JP7464392B2

JP7464392B2 - クラッタ識別装置及びクラッタ識別プログラム

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Publication number: JP7464392B2
Application number: JP2020005473A
Authority: JP
Inventors: 晃板倉; 直哉平木; 廣憲土屋
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2020-01-16
Filing date: 2020-01-16
Publication date: 2024-04-09
Anticipated expiration: 2040-01-16
Also published as: JP2021113697A

Description

本開示は、目標をクラッタと識別するレーダ技術に関する。

目標をクラッタと識別するレーダ技術が、特許文献１に開示されている。クラッタとして、シークラッタ及びグランドクラッタ等が挙げられる。特許文献１では、ＳＴＣ（ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＴｉｍｅＣｏｎｔｒｏｌ）を用いて、近距離ほど反射強度を低減するとともに、遠距離ほど反射強度を維持することにより、目標をクラッタと識別する。

特許第６０６１５８８号明細書

一般の技術では、ユーザが、ＳＴＣの反射強度の低減程度を調整したうえで、目標をクラッタと識別する。特許文献１では、自動的に、ＳＴＣの反射強度の低減程度を調整したうえで、目標をクラッタと識別する。しかし、無人機等では、一般の技術と異なり、ユーザがＳＴＣの反射強度の低減程度を調整することができず、特許文献１と異なり、自動的にＳＴＣの反射強度の低減程度を調整する複雑な処理を実行することができない。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、自動的に処理を実行するとともに複雑な処理を不要とすることを目的とする。

前記課題を解決するために、クラッタによる反射強度及び反射距離が、目標による反射強度及び反射距離と比べて、小さい反射強度及び反射距離にのみ分布することを、クラッタ及び目標の識別に応用する。

具体的には、本開示は、レーダ信号から反射強度及び反射距離の情報を抽出する反射強度抽出部と、前記反射強度及び前記反射距離の情報に基づいて、前記レーダ信号がクラッタ及び目標のうちのいずれによるものであるかを識別するクラッタ識別部と、を備えることを特徴とするクラッタ識別装置である。

また、本開示は、レーダ信号から反射強度及び反射距離の情報を抽出する反射強度抽出ステップと、前記反射強度及び前記反射距離の情報に基づいて、前記レーダ信号がクラッタ及び目標のうちのいずれによるものであるかを識別するクラッタ識別ステップと、を順にコンピュータに実行させるためのクラッタ識別プログラムである。

これらの構成によれば、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、自動的に処理を実行するとともに複雑な処理を不要とすることができる。

また、本開示は、前記クラッタ識別部は、（１）前記反射強度が強度閾値より小さく前記反射距離が距離閾値より小さい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（２）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当しなければ、前記レーダ信号が目標によるものと識別することを特徴とするクラッタ識別装置である。

この構成によれば、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、クラッタによる反射強度及び反射距離が小さい反射強度及び反射距離にのみ分布することを応用することができる。

前記課題を解決するために、クラッタによる速度分散が、目標による速度分散と比べて、大きい速度分散にまで分布することを、クラッタ及び目標の識別に応用する。

具体的には、本開示は、前記レーダ信号から速度分散の情報を抽出する速度分散抽出部を備え、前記クラッタ識別部は、前記反射強度、前記反射距離及び前記速度分散の情報に基づいて、前記レーダ信号がクラッタ及び目標のうちのいずれによるものであるかを識別することを特徴とするクラッタ識別装置である。

この構成によれば、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、自動的に処理を実行するとともに識別の精度をより高くすることができる。

また、本開示は、前記クラッタ識別部は、（１）前記反射強度が強度閾値より小さく前記反射距離が距離閾値より小さい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（２）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当せず、前記速度分散が分散閾値より大きい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（３）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当せず、前記速度分散が前記分散閾値より大きい場合に該当しなければ、前記レーダ信号が目標によるものと識別することを特徴とするクラッタ識別装置である。

この構成によれば、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、反射強度及び反射距離に基づく識別を優先し、速度分散に基づく識別で優先識別結果の誤り訂正ができる。

また、本開示は、前記クラッタ識別部は、（１）前記反射強度が強度閾値より小さく前記反射距離が距離閾値より小さい場合に該当し、前記速度分散が分散閾値より大きい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（２）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当し、前記速度分散が前記分散閾値より大きい場合に該当しなければ、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（３）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当せず、前記速度分散が前記分散閾値より大きい場合に該当しなければ、前記レーダ信号が目標によるものと識別することを特徴とするクラッタ識別装置である。

この構成によれば、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、反射強度及び反射距離に基づく識別と、速度分散に基づく識別と、の同等な取り扱いができる。

また、本開示は、前記クラッタ識別部は、（１）前記レーダ信号がクラッタによるものと識別したときに、前記レーダ信号のレーダ表示装置への出力を中止し、（２）前記レーダ信号が目標によるものと識別したときに、前記レーダ信号のレーダ表示装置への出力を実行することを特徴とするクラッタ識別装置である。

この構成によれば、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、自動的にクラッタの除去を実行するとともに複雑な処理を不要とすることができる。

このように、本開示は、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、自動的に処理を実行するとともに複雑な処理を不要とすることができる。

本開示のレーダシステムの構成を示す図である。本開示の第１のクラッタ識別原理を示す図である。本開示の第２のクラッタ識別原理を示す図である。本開示の第１のクラッタ識別手順を示す図である。本開示の第２のクラッタ識別手順を示す図である。本開示の反射強度及び反射距離の実験結果を示す図である。本開示の物標速度及び速度分散の実験結果を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

本開示のレーダシステムの構成を図１に示す。レーダシステムＲは、レーダ送受信装置１、クラッタ識別装置２及びレーダ表示装置３を備える。クラッタ識別装置２は、反射強度抽出部２１、速度分散抽出部２２及びクラッタ識別部２３を備える。クラッタ識別装置２は、図４又は図５に示したクラッタ識別プログラムをコンピュータ（例えば、ＣＰＵ等。）にインストールすることにより実現可能であり、図４又は図５に示したクラッタ識別処理をＲＯＭを有したＩＣ（例えば、ＦＰＧＡ等。）に実行させることにより実現可能であり、上記のコンピュータ及びＲＯＭを有したＩＣを両方とも備えることによっても実現可能である。クラッタとして、シークラッタ及びグランドクラッタ等が挙げられる。以下の説明では、クラッタとして、シークラッタが想定されている。

本開示の第１のクラッタ識別原理を図２に示す。クラッタによる反射強度及び反射距離は、ほぼ０の反射強度及び反射距離から小さい反射強度及び反射距離まで分布する。目標による反射強度は、反射距離が短距離であれば、大きい反射強度に分布し、反射距離が長距離であれば、ほぼ０の反射強度から小さい反射強度まで分布する。つまり、クラッタによる反射強度及び反射距離は、目標による反射強度及び反射距離と比べて、小さい反射強度及び反射距離にのみ分布する。なお、クラッタによる反射強度は、目標による反射強度と比べて、ＳＴＣの動作に応じて反射距離に対する依存性が低い。

そこで、クラッタ識別部２３は、反射強度及び反射距離の情報に基づいて、レーダ信号がクラッタ及び目標のうちのいずれによるものであるかを識別する。具体的には、クラッタ識別部２３は、反射強度が強度閾値より小さく反射距離が距離閾値より小さい場合に該当すれば、レーダ信号がクラッタによるものと識別する。一方で、クラッタ識別部２３は、反射強度が強度閾値より小さく反射距離が距離閾値より小さい場合に該当しなければ、レーダ信号が目標によるものと識別する。ここで、強度閾値及び距離閾値として、クラッタによる反射強度及び反射距離の分布の上限の近傍等が挙げられる。そして、好天候（悪天候）に応じて、強度閾値及び距離閾値を小さく（大きく）設定してもよい。

本開示の第２のクラッタ識別原理を図３に示す。クラッタによる速度分散は、ほぼ０の速度分散から大きい速度分散まで分布する。目標による速度分散は、ほぼ０の速度分散から小さい速度分散まで分布する。つまり、クラッタによる速度分散は、目標による速度分散と比べて、大きい速度分散にまで分布する。なお、クラッタによる物標速度は、目標による物標速度と比べて、ほぼ同様な物標速度の分布を有する。

そこで、クラッタ識別部２３は、速度分散の情報に基づいて、レーダ信号がクラッタ及び目標のうちのいずれによるものであるかを識別する。具体的には、クラッタ識別部２３は、速度分散が分散閾値より大きい場合に該当すれば、レーダ信号がクラッタによるものと識別する。一方で、クラッタ識別部２３は、速度分散が分散閾値より大きい場合に該当しなければ、レーダ信号がクラッタ及び目標のうちのいずれかによるものと識別する。ここで、分散閾値として、目標による速度分散の分布の上限の近傍等が挙げられる。そして、好天候（悪天候）に応じて、分散閾値を小さく（大きく）設定してもよい。

このように、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、自動的に処理を実行するとともに複雑な処理を不要とすることができる。むろん、ＳＴＣを用いてもよいが、ＳＴＣカーブを多種類も有する必要はない。そして、クラッタによる反射強度及び反射距離が、小さい反射強度及び反射距離にのみ分布することを応用することができる。さらに、クラッタによる速度分散が、大きい速度分散にまで分布することを応用することができる。

ここで、クラッタ識別部２３は、反射強度、反射距離及び速度分散の情報に基づいて、レーダ信号がクラッタ及び目標のうちのいずれによるものであるかを識別することもできる。よって、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、自動的に処理を実行するとともに識別の精度をより高くすることもできる。以下の説明では、２種類の手順を示す。

本開示の第１のクラッタ識別手順を図４に示す。第１の手順では、反射強度及び反射距離に基づく識別を優先し、速度分散に基づく識別で優先識別結果の誤り訂正ができる。

反射強度抽出部２１は、各レンジ及び各セクタのレーダ信号から、反射強度及び反射距離の情報を抽出する（ステップＳ１）。速度分散抽出部２２は、各レンジ及び各セクタのレーダ信号から、速度分散の情報を抽出する（ステップＳ１）。

クラッタ識別部２３は、反射強度が強度閾値より小さく反射距離が距離閾値より小さい場合に該当すれば（ステップＳ２、ＹＥＳ）、レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（ステップＳ３）、レーダ信号のレーダ表示装置３への出力を中止する（ステップＳ４）。

クラッタ識別部２３は、反射強度が強度閾値より小さく反射距離が距離閾値より小さい場合に該当せず（ステップＳ２、ＮＯ）、速度分散が分散閾値より大きい場合に該当すれば（ステップＳ５、ＹＥＳ）、レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（ステップＳ６）、レーダ信号のレーダ表示装置３への出力を中止する（ステップＳ７）。

クラッタ識別部２３は、反射強度が強度閾値より小さく反射距離が距離閾値より小さい場合に該当せず（ステップＳ２、ＮＯ）、速度分散が分散閾値より大きい場合に該当しなければ（ステップＳ５、ＮＯ）、レーダ信号が目標によるものと識別し（ステップＳ８）、レーダ信号のレーダ表示装置３への出力を実行する（ステップＳ９）。

このように、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、自動的にクラッタの除去を実行するとともに複雑な処理を不要とすることができる。

本開示の第２のクラッタ識別手順を図５に示す。第２の手順では、反射強度及び反射距離に基づく識別と、速度分散に基づく識別と、の同等な取り扱いができる。

反射強度抽出部２１は、各レンジ及び各セクタのレーダ信号から、反射強度及び反射距離の情報を抽出する（ステップＳ１１）。速度分散抽出部２２は、各レンジ及び各セクタのレーダ信号から、速度分散の情報を抽出する（ステップＳ１１）。

クラッタ識別部２３は、反射強度が強度閾値より小さく反射距離が距離閾値より小さい場合に該当し（ステップＳ１２、ＹＥＳ）、速度分散が分散閾値より大きい場合に該当すれば（ステップＳ１３、ＹＥＳ）、レーダ信号がクラッタによるものと識別し（ステップＳ１４）、レーダ信号のレーダ表示装置３への出力を中止する（ステップＳ１５）。

クラッタ識別部２３は、反射強度が強度閾値より小さく反射距離が距離閾値より小さい場合に該当し（ステップＳ１２、ＹＥＳ）、速度分散が分散閾値より大きい場合に該当しなければ（ステップ１３、ＮＯ）、レーダ信号がクラッタによるものと識別し（ステップＳ１６）、レーダ信号のレーダ表示装置３への出力を中止する（ステップＳ１７）。

クラッタ識別部２３は、反射強度が強度閾値より小さく反射距離が距離閾値より小さい場合に該当せず（ステップＳ１２、ＮＯ）、速度分散が分散閾値より大きい場合に該当すれば（ステップＳ１８、ＹＥＳ）、レーダ信号がクラッタ及び目標のうちのいずれかによるものと識別する（ステップＳ１９）。なお、クラッタ識別部２３は、矛盾する識別結果に対して、レーダ信号のレーダ表示装置３への出力を実行してもよく中止してもよい。

クラッタ識別部２３は、反射強度が強度閾値より小さく反射距離が距離閾値より小さい場合に該当せず（ステップＳ１２、ＮＯ）、速度分散が分散閾値より大きい場合に該当しなければ（ステップＳ１８、ＮＯ）、レーダ信号が目標によるものと識別し（ステップＳ２０）、レーダ信号のレーダ表示装置３への出力を実行する（ステップＳ２１）。

本開示の反射強度及び反射距離の実験結果を図６に示す。本開示の物標速度及び速度分散の実験結果を図７に示す。ここで、ＳＴＣを用いており、ＳＴＣカーブを１種類のみ有している。そして、ＭＴＩ（ＭｏｖｉｎｇＴａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｏｒ）を用いており、レーダシステムＲを搭載する無人機が約１０ｍ／ｓで移動しているため、物標速度の約１０ｍ／ｓを検出していない。さらに、目標として、近方のヘリコプター及び遠方のヘリコプターを検出しており、クラッタとして、シークラッタを考慮している。

図６では、約０～２０レンジの反射強度は、クラッタによるものは目標によるものと比べて小さい。図７では、クラッタ及び目標をユーザの視認により識別しており、約２０ｍ^２／ｓ^２の速度分散は、クラッタによるものでもあり、目標によるものでもある。そこで、図４に示したクラッタ識別プログラムを実行すればよく、反射強度及び反射距離に基づく識別を優先し、速度分散に基づく識別で優先識別結果の誤り訂正をすればよい。

本実施形態では、反射強度、反射距離及び速度分散に対して、強度閾値、距離閾値及び分散閾値を経験的に設定している。変形例として、反射強度、反射距離及び速度分散に対して、クラッタ又は目標を対応付けるデータセットを機械学習してもよい。

このように、本開示のクラッタ識別装置及びクラッタ識別プログラムは、目標をクラッタと識別するレーダ技術において、無人機等及び有人機等のいずれに適用するかによらず、自動的に処理を実行するとともに複雑な処理を不要とすることができる。

Ｒ：レーダシステム
１：レーダ送受信装置
２：クラッタ識別装置
３：レーダ表示装置
２１：反射強度抽出部
２２：速度分散抽出部
２３：クラッタ識別部

Claims

レーダ信号から反射強度及び反射距離の情報を抽出する反射強度抽出部と、
ＳＴＣ（ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＴｉｍｅＣｏｎｔｒｏｌ）を用いることなく、（１）前記反射強度が強度閾値より小さく前記反射距離が距離閾値より小さい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（２）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当しなければ、前記レーダ信号が目標によるものと識別するクラッタ識別部と、
を備えることを特徴とするクラッタ識別装置。
前記レーダ信号から速度分散の情報を抽出する速度分散抽出部、をさらに備え、
前記クラッタ識別部は、（１）前記速度分散が分散閾値より大きい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（２）前記速度分散が前記分散閾値より大きい場合に該当しなければ、前記レーダ信号がクラッタ及び目標のうちのいずれかによるものと識別することを特徴とする、請求項１に記載のクラッタ識別装置。
前記クラッタ識別部は、（１）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（２）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当せず、前記速度分散が前記分散閾値より大きい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（３）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当せず、前記速度分散が前記分散閾値より大きい場合に該当しなければ、前記レーダ信号が目標によるものと識別することを特徴とする、請求項２に記載のクラッタ識別装置。
前記クラッタ識別部は、（１）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当し、前記速度分散が前記分散閾値より大きい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（２）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当し、前記速度分散が前記分散閾値より大きい場合に該当しなければ、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（３）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当せず、前記速度分散が前記分散閾値より大きい場合に該当しなければ、前記レーダ信号が目標によるものと識別することを特徴とする、請求項２に記載のクラッタ識別装置。
前記クラッタ識別部は、（１）前記レーダ信号がクラッタによるものと識別したときに、前記レーダ信号のレーダ表示装置への出力を中止し、（２）前記レーダ信号が目標によるものと識別したときに、前記レーダ信号のレーダ表示装置への出力を実行することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のクラッタ識別装置。
レーダ信号から反射強度及び反射距離の情報を抽出する反射強度抽出ステップと、
ＳＴＣ（ＳｅｎｓｉｔｉｖｅＴｉｍｅＣｏｎｔｒｏｌ）を用いることなく、（１）前記反射強度が強度閾値より小さく前記反射距離が距離閾値より小さい場合に該当すれば、前記レーダ信号がクラッタによるものと識別し、（２）前記反射強度が前記強度閾値より小さく前記反射距離が前記距離閾値より小さい場合に該当しなければ、前記レーダ信号が目標によるものと識別するクラッタ識別ステップと、
を順にコンピュータに実行させるためのクラッタ識別プログラム。