JP7330131B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、目標を捜索、検定、および追尾するレーダ装置に関する。

レーダ装置は、地上に設置されたり、車両、艦船などの移動体に搭載されたりする。レーダ装置は、ビームで目標の捜索および検定を行った後、目標の追尾へ移行する。レーダ装置は、目標と推定される候補のみに検定を行うことでレーダリソースの消耗を抑えることができる。検定とは、探知確率を捜索より高くなるようにビームを制御して、目標と推定される候補のうち受信電力があらかじめ定められたしきい値を超えた候補に再度ビームを照射することである。レーダリソースは、ビームの時間の配分に関するレーダのパラメータであり、送信パルス幅、ヒット数およびＰＲＩ(Pulse Repetition Interval)によって決定される。探知確率とは、レーダ装置が目標を探知することができる確率を示し、レーダ装置が備えるアンテナの利得、レーダ装置が照射するレーダの波長、目標の大きさ、目標との距離、大気の条件などで決定される。レーダ装置は、捜索、検定、および追尾をそれぞれ時分割で処理する。

特許文献１は、ビームを形成して送信する送信信号の周波数をアップチャープしているときに受信する反射波の信号、および送信信号の周波数をダウンチャープしているときに受信する反射波の信号を用いて、目標までの相対距離および相対速度を算出するＦＭ－ＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）レーダ装置を開示する。

特開２０１６－０９９１４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のレーダ装置は、アップチャープの信号およびダウンチャープの信号、つまり２種類のチャープ信号を用いて、目標までの相対距離および相対速度を算出する。このため、特許文献１に記載のレーダ装置は、１種類の信号で目標を捜索および検定するレーダ装置に比べて多くのレーダリソースを消耗してしまうという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、レーダリソースの消耗を抑制することができるレーダ装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるレーダ装置は、目標からの信号を受信する送受信部と、信号を信号のパルス幅より狭いパルス信号に圧縮することで第１のパルス信号を生成する第１のパルス圧縮部と、第１の速度で近づいてくる目標により生じる信号のドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、信号を圧縮することで第２のパルス信号を生成する第２のパルス圧縮部と、第１の速度で遠ざかる目標により生じる信号のドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、信号を圧縮することで第３のパルス信号を生成する第３のパルス圧縮部と、第１の速度とは異なる第２の速度で近づいてくる目標により生じるドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、パルス信号を圧縮することで第４のパルス信号を生成する第４のパルス圧縮部と、第２の速度で遠ざかる目標により生じるドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、パルス信号を圧縮することで第５のパルス信号を生成する第５のパルス圧縮部と、第１のパルス信号、第２のパルス信号、第３のパルス信号、第４のパルス信号、および第５のパルス信号の信号対雑音比のうち最も高い信号対雑音比を用いて目標の相対速度および目標の相対位置を算出するドップラ処理部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、レーダリソースの消耗を抑制することができるレーダ装置を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１にかかるレーダ装置を示す図 実施の形態１にかかる制御回路を示す図 実施の形態１にかかるレーダ装置を詳細に示す図 実施の形態１にかかるパルス圧縮部ごとのパルス信号を示す図 実施の形態１にかかるパルス圧縮部ごとのパルス信号の信号対雑音比を示す図 実施の形態１にかかる目標の対勢を示す図 実施の形態２にかかるレーダ装置を示す図

以下に、レーダ装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかるレーダ装置を示す図である。レーダ装置１００は、アンテナ３０と、信号処理部１と、追尾計算部２と、ビーム制御部３と、アンテナインターフェイス部４と、送受信部５と、を備える。

アンテナ３０は、直線状周波数変調を施したビームを目標に照射し、照射したビームの反射波を受信する。送受信部５は、アンテナ３０が照射するビームの送受信のタイミングの制御を行う。また、送受信部５には、アンテナ３０から目標からの信号である実数部および虚数部で表されるレーダ受信ビデオが入力される。また、送受信部５は、レーダ受信ビデオを信号処理部１に出力する。信号処理部１は、レーダ受信ビデオを用いて追尾目標位置、測角誤差などの目標の位置に関する情報を示す目標検出結果を生成し、目標検出結果を追尾計算部２に出力する。また、信号処理部１は、レーダ受信ビデオの受信電力があらかじめ定められたしきい値を超える場合、検定要求をビーム制御部３に出力する。

追尾計算部２は、目標検出結果を用いて、目標の未来位置の予測、速度計算などを行い、これらの結果である追尾目標諸元をビーム制御部３に出力する。ビーム制御部３は、検定要求および追尾目標諸元を用いて、ＰＲＦ(Pulse Repetition Frequency)、パルス幅、ヒット数などのビームパラメータを算出し、信号処理部１およびアンテナインターフェイス部４に出力する。アンテナインターフェイス部４は、ビームパラメータに基づいて、アンテナ３０にビームを形成するためのアンテナ素子の位相の情報を設定する。また、アンテナインターフェイス部４は、ビームパラメータに基づいて、送受信部５にビームの送受信のタイミングを出力する。

レーダ装置１００のハードウェア構成について説明する。信号処理部１、追尾計算部２、ビーム制御部３、アンテナインターフェイス部４、および送受信部５は、各処理を行う電子回路である処理回路により実現される。

本処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリ及びメモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit、中央演算装置）を備える制御回路であってもよい。ここでメモリとは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、光ディスクなどが該当する。図２は、実施の形態１にかかる制御回路を示す図である。本処理回路がＣＰＵを備える制御回路である場合、この制御回路は例えば、図２に示す構成の制御回路２００となる。

図２に示すように、制御回路２００は、ＣＰＵであるプロセッサ２００ａと、メモリ２００ｂとを備える。図２に示す制御回路２００により実現される場合、プロセッサ２００ａがメモリ２００ｂに記憶された、各処理に対応するプログラムを読みだして実行することにより実現される。また、メモリ２００ｂは、プロセッサ２００ａが実施する各処理における一時メモリとしても使用される。

図３は、実施の形態１にかかるレーダ装置１００を詳細に示す図である。信号処理部１は、アナログデジタル変換部６と、第１のパルス圧縮部７と、第２のパルス圧縮部２０と、第３のパルス圧縮部２１と、振幅検出部８－１～８－３と、ＰＤＩ（Post Detection Integral）部９－１～９－３と、目標検出部１０－１～１０－３と、ドップラ処理部２２と、を備える。振幅検出部８－１～８－３のそれぞれを区別せずに示すときは、振幅検出部８と呼ぶ。ＰＤＩ部９－１～９－３のそれぞれを区別せずに示すときは、ＰＤＩ部９と呼ぶ。目標検出部１０－１～１０－３のそれぞれを区別せずに示すときは、目標検出部１０と呼ぶ。

アナログデジタル変換部６は、受信信号であるレーダ受信ビデオをデジタル信号に変換し、デジタル変換されたレーダ受信ビデオを第１のパルス圧縮部７、第２のパルス圧縮部２０、および第３のパルス圧縮部２１にそれぞれ出力する。第１のパルス圧縮部７は、パルス幅を狭くする第１のパルス圧縮フィルタを備える。第１のパルス圧縮部７は、第１のパルス圧縮フィルタを用いて、デジタル変換されたレーダ受信ビデオから得られる送信パルスを、ビームを送信したときのパルス幅より狭い第１のパルス信号に圧縮し、圧縮した第１のパルス信号を振幅検出部８－１に出力する。

第２のパルス圧縮部２０は、レーダ装置１００に向かって第１の速度で近づいてくる目標により生じるドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトした第２のパルス圧縮フィルタを備える。第２のパルス圧縮部２０は、第２のパルス圧縮フィルタを用いて、デジタル変換されたレーダ受信ビデオから得られる送信パルスを、第２のパルス信号に圧縮し、圧縮した第２のパルス信号を振幅検出部８－２に出力する。

第３のパルス圧縮部２１は、レーダ装置１００から第１の速度で遠ざかる目標により生じるドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトした第３のパルス圧縮フィルタを備える。第３のパルス圧縮部２１は、第３のパルス圧縮フィルタを用いて、デジタル変換されたレーダ受信ビデオから得られる送信パルスを第３のパルス信号に圧縮し、圧縮した第３のパルス信号を振幅検出部８－３に出力する。第１の速度は、たとえば、目標の最大速度である。

振幅検出部８は、パルス信号を用いて振幅値を求め、求めた振幅値をＰＤＩ部９に出力する。ＰＤＩ部９は、ビームパラメータの１つとして設定されるパルス積分数に従い振幅値を積分することで、振幅値の雑音対信号比を改善し、積分後の振幅値を目標検出部１０に出力する。目標検出部１０は、積分後の振幅値の信号対雑音比を算出する。また、目標検出部１０は、目標を検出するための振幅値のあらかじめ定められたしきい値と、積分後の振幅値とを比較することで目標の検出の有無を判定し、目標を検出したと判定した場合、目標の目標検出結果と、積分後の振幅値の信号対雑音比とをドップラ処理部２２に出力する。

ドップラ処理部２２は、第１のパルス圧縮部７、第２のパルス圧縮部２０、および第３のパルス圧縮部２１にそれぞれ対応する目標検出部１０－１～１０－３が出力する、第１のパルス信号の信号対雑音比、第２のパルス信号の信号対雑音比、および第３のパルス信号の信号対雑音比を比較して最も高い信号対雑音比を求める。また、ドップラ処理部２２は、最も高い信号対雑音比を用いて目標の対勢を示すドップラ情報を求め、ドップラ情報および検定要求を追尾計算部２に出力する。また、ドップラ処理部２２は、最も高い信号対雑音比を用いて目標の相対速度および目標の相対位置を算出する。ドップラ処理部２２の動作の詳細は後述する。

追尾計算部２は、追尾フィルタ部１１と、追尾要求データ生成部１２と、を備える。追尾フィルタ部１１は、目標検出結果に基づいて追尾目標の未来位置の予測および追尾目標の速度計算を行い、追尾目標の未来位置および目標接近速度を追尾要求データ生成部１２に出力する。追尾要求データ生成部１２は、追尾目標の未来位置および目標接近速度を追尾目標諸元としてビーム制御部３に出力する。

ビーム制御部３は、既追尾目標緒元格納部１３と目標判定部１９と、第１の検定パラメータ算出部１４と、追尾パラメータ算出部１５と、捜索ビームスポットマップ生成部１６と、捜索パラメータ算出部１７と、スケジューリング部１８と、を備える。

既追尾目標緒元格納部１３は、追尾目標諸元に基づいて追尾している全目標の諸元を格納する。目標判定部１９は、ドップラ情報、検定要求、および追尾している目標の諸元に基づいて、目標に検定のためのビームを要求する検定ビーム要求を第１の検定パラメータ算出部１４に出力する。第１の検定パラメータ算出部１４は、検定ビーム要求に対して探知確率を上げて再度目標かどうか、つまり目標の候補に近いところを探索するためのビームパラメータを計算する。検定ビーム要求は、第１の情報である。追尾パラメータ算出部１５は、追尾目標諸元で指示される追尾要求精度を得るためのビームパラメータを計算する。捜索ビームスポットマップ生成部１６は、あらかじめ定められた捜索覆域のビームスポットを生成し格納する。

捜索パラメータ算出部１７は、あらかじめ定められた捜索覆域を、あらかじめ定められた捜索時間の間隔で、かつ最大探知距離を満足するためのビームスポットを捜索ビームスポットマップ生成部１６から取得し、ビームパラメータを計算する。スケジューリング部１８は、第１の検定パラメータ算出部１４と追尾パラメータ算出部１５と捜索パラメータ算出部１７とから入力される各々のビームパラメータを単位時間ごとに、決められた優先順位で並べ、アンテナインターフェイス部４にビームパラメータとして送出する。

信号処理部１の動作について説明する。第２のパルス圧縮部２０は、レーダ装置１００に向かって第１の速度で近づいてくる目標により生じるドップラ周波数を想定し、送信パルスの受信周波数帯域をシフトする第２のパルス圧縮フィルタを用いてパルスを圧縮する。第３のパルス圧縮部２１は、同様に直線周波数変調をかけた送信パルスが、レーダ装置１００から第１の速度で遠ざかる目標により生じるドップラ周波数を想定し、受信周波数帯域をシフトした第３のパルス圧縮フィルタを用いてパルスを圧縮する。第１のパルス圧縮部７は、直線周波数変調をかけた送信パルスが目標速度による変調を受けずに受信されることを想定した通常使用される第１のパルス圧縮フィルタを用いてパルスを圧縮する。上記３つのパルス圧縮フィルタで目標の検出を行った場合、実際の目標速度のドップラ周波数に近いドップラ周波数で圧縮されたパルスは、他のパルスよりも信号対雑音比は良くなる。このため、目標速度で生じるドップラ周波数に近いものの順で信号対雑音比は良くなる。目標速度とは、目標とレーダ装置１００との相対速度である。

図４は、実施の形態１にかかるパルス圧縮部ごとのパルス信号を示す図である。図４では、縦軸を目標との距離、横軸を受信信号として表す。第１のパルス圧縮部７が出力するパルス信号はパルス信号３１である。第２のパルス圧縮部２０が出力するパルス信号はパルス信号３２である。第３のパルス圧縮部２１が出力するパルス信号はパルス信号３３である。パルス信号３３のパルスは、パルス信号３１およびパルス信号３２に比べて小さい。

図５は、実施の形態１にかかるパルス圧縮部ごとのパルス信号の信号対雑音比を示す図である。図５では、縦軸を信号対雑音比として表す。パルス信号３１の信号対雑音比をＳＮ４１で示す。パルス信号３２の信号対雑音比をＳＮ４２で示す。パルス信号３３の信号対雑音比をＳＮ４３で示す。図５で示されるように、ＳＮ４３の値は、ＳＮ４１およびＳＮ４２に比べて小さい。

図６は、実施の形態１にかかる目標の対勢を示す図である。ドップラ処理部２２は、ＳＮ４１、ＳＮ４２、およびＳＮ４３の３つの信号対雑音比を用いて図６に示すようにドップラ方向、つまり目標がレーダ装置１００に近づく対勢、つまり近対勢であるか、レーダ装置１００から遠ざかる対勢、つまり遠対勢であるかを判断する。目標速度で生じるドップラ周波数に近いものの順で信号対雑音比は良くなるため、ＳＮ４２＞ＳＮ４１＞ＳＮ４３である場合、目標の対勢は、近対勢である。ＳＮ４３＞ＳＮ４１＞ＳＮ４２である場合、目標の対勢は、遠対勢である。ＳＮ４１＞ＳＮ４２＞ＳＮ４３である場合、目標の対勢は、近対勢である。ＳＮ４１＞ＳＮ４３＞ＳＮ４２である場合、目標の対勢は、遠対勢である。３つの信号対雑音比がこれら以外の大小関係である場合、ドップラ処理部２２は、目標の対勢を判定することができない。図５で示される信号対雑音比の関係の場合、ＳＮ４３の値が一番小さいため、目標の対勢は近対勢である。

また、本実施の形態では、レーダ装置１００は、第２のパルス圧縮部２０、および第３のパルス圧縮部２１を備えたが、レーダ装置１００から第１の速度ではなく第１の速度とはことなる第２の速度で遠ざかる目標により生じるドップラ周波数を想定し、受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、第４のパルス信号を生成する第４のパルス圧縮部を少なくとも１つ備えても良い。または、レーダ装置１００は、第２の速度で遠ざかる目標により生じるドップラ周波数を想定し、受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、第５のパルス信号を生成する第５のパルス圧縮部を少なくとも１つ備えても良い。このとき、ドップラ処理部２２は、第４のパルス信号および第５のパルス信号を用いて最も高い信号対雑音比を判定する。このように、ドップラ対応のパルス圧縮部を増やせば増やすほど、信号対雑音比が最も良くなる目標速度を求めることができ、１種類の信号で目標を捜索および検定することができるため、レーダリソースの消耗を抑制することができる。また、レーダ装置１００は、クラッタが多い環境であっても１種類の信号で目標を捜索および検定できるため、誤警報によるレーダリソース消耗および捜索性能の劣化を抑制することができる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２にかかるレーダ装置１００ａを示す図である。なお、実施の形態１と重複する機能部に関しては説明を省略する。レーダ装置１００ａは、検定切替部２３と、第２の検定パラメータ算出部２４とを備える。検定切替部２３は、実施の形態１で算出した目標の相対位置および相対速度の探知確率に応じて検定方式を切り替える。

レーダ装置１００ａの動作について説明する。検定切替部２３は、目標の相対位置および目標の相対速度を用いて探知確率を計算する。また、検定切替部２３は、探知確率があらかじめ定められた値以上であれば、検定ではなく目標の追尾に移行させるため第２の検定パラメータ算出部２４に追尾に移行させることを示す第２の情報を出力する。第２の検定パラメータ算出部２４は、検定ビーム要求に基づいて、追尾するビームのビームパラメータをレーダ方程式から算出し、ビームパラメータをスケジューリング部１８に出力する。探知確率があらかじめ定められた値より小さく、追尾に移行できない場合、検定切替部２３は、第１の検定パラメータ算出部１４に検定ビーム要求を出力し、検定を実施するよう指示する。

以上説明したように、本実施の形態では、レーダ装置１００ａが目標の検出位置の誤差により、ドップラを用いた信号対雑音比で目標の正確な相対位置および相対速度が求めることができなくても、検定切替部２３が探知確率を算出し、探知確率を用いることで、探知確率があらかじめ定められた値より小さい場合は従来の検定を実施することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 信号処理部、２ 追尾計算部、３ ビーム制御部、４ アンテナインターフェイス部、５ 送受信部、６ アナログデジタル変換部、７ 第１のパルス圧縮部、８，８－１～８－３ 振幅検出部、９，９－１～９－３ ＰＤＩ部、１０，１０－１～１０－３ 目標検出部、１１ 追尾フィルタ部、１２ 追尾要求データ生成部、１３ 既追尾目標緒元格納部、１４ 第１の検定パラメータ算出部、１５ 追尾パラメータ算出部、１６ 捜索ビームスポットマップ生成部、１７ 捜索パラメータ算出部、１８ スケジューリング部、１９ 目標判定部、２０ 第２のパルス圧縮部、２１ 第３のパルス圧縮部、２２ ドップラ処理部、２３ 検定切替部、２４ 第２の検定パラメータ算出部、３０ アンテナ、３１～３３ パルス信号、４１～４３ ＳＮ、１００，１００ａ レーダ装置、２００ 制御回路、２００ａ プロセッサ、２００ｂ メモリ。

Claims (2)

1. 目標からの信号を受信する送受信部と、
   前記信号を前記信号のパルス幅より狭いパルス信号に圧縮することで第１のパルス信号を生成する第１のパルス圧縮部と、
   第１の速度で近づいてくる前記目標により生じる前記信号のドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、前記信号を圧縮することで第２のパルス信号を生成する第２のパルス圧縮部と、
   前記第１の速度で遠ざかる前記目標により生じる前記信号のドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、前記信号を圧縮することで第３のパルス信号を生成する第３のパルス圧縮部と、
   前記第１の速度とは異なる第２の速度で近づいてくる目標により生じるドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、パルス信号を圧縮することで第４のパルス信号を生成する第４のパルス圧縮部と、
   前記第２の速度で遠ざかる目標により生じるドップラ周波数を想定し受信周波数帯域をシフトしたパルス圧縮フィルタを用いて、パルス信号を圧縮することで第５のパルス信号を生成する第５のパルス圧縮部と、
   前記第１のパルス信号、前記第２のパルス信号、前記第３のパルス信号、前記第４のパルス信号、および前記第５のパルス信号の信号対雑音比のうち最も高い信号対雑音比を用いて前記目標の相対速度および前記目標の相対位置を算出するドップラ処理部と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. あらかじめ定められた目標を検出するための振幅値のしきい値と、雑音対信号比を改善した後の振幅値とを比較することで、目標の検出の有無を判定し、目標を検出したと判定した場合、前記目標の位置の情報を出力する目標検出部と、
   前記目標の位置および前記目標の速度を用いて探知確率を計算し、前記探知確率があらかじめ定められた値より小さい場合、前記目標を検定するためのビームを要求する第１の情報を出力し、前記探知確率があらかじめ定められた値以上の場合、前記目標を追尾するためのビームを要求する第２の情報を出力する検定切替部と、
   前記第１の情報に基づいて、探知確率を上げて再度前記目標かどうかを確認するためのビームパラメータを計算する第１の検定パラメータ算出部と、
   前記第２の情報に基づいて、前記目標を追尾するビームのビームパラメータを算出する、第２の検定パラメータ算出部と、
   前記ビームパラメータに基づいて、ビームの位相の情報を設定するアンテナインターフェイス部と、
   前記ビームを照射するアンテナと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。

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