JPS61184475A - レ−ダ受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、捜索レーダや目標追跡レーダにおいて用い
られるパルス・ドツプラ・レーダの受信装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

第４図は例えばＩｈＥＥ　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｓｎａ
ｌ　Ｃｏｎ−ｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ａｃｏｕｓｔｉｃ
ｓ、　５ｐｅｅｃｈ　ａｎｄ　ＳｉｇｎａｌＰ　ｒｏｃ
ｅｓｓ　ｉｎｇ　”　　の１９８４年度講演のうちの講
演番号４７．８において発表されたクラッタ除去手段を
有するパルス・ドツプラ・レーダ受信装置のブロック図
を示し、図において１５は受信アンテナであり、レーダ
に使われているラジオ周波ＲＦの反射電波を受信する。

２０は位相検波手段であり、増幅器、フィルタ、ミキサ
等より構成され、受信アンテナ１５からの受信信号を位
相検波して互に直交するＩ　（１ｎ−ｐｈａｓｅ　）及
びＱ　（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　）成分からなる信号ｕ
０を生成する。３ｏはアナログ・ディジタルＡ／Ｄ変換
器であり、位相検波手段２０の信号ｕ０をディジタルの
複素数信号に変換する。４０はクラッタ除去信号処理手
段であり、Ａ／Ｄ変換器３０によりディジタル化された
信号Ｕ、からＰＲＴ（パルス繰り返し時間）だけ隔たっ
た同一レンジゲートの信号を用いて、ドツプラ周波数ス
ペクトルを推定して、スペクトル中の大電力を持つ周波
数成分を消去するものであり、クラッタが消去され、パ
ルス状の目標信号のみが残留する信号を出力する。５０
は目標検出手段であり、目標信号を入力し、その二乗検
波を行い、その値があらかじめ設定した閾値を超えたと
きは、目標が存在すると判定し、その時のレンジ値を出
力する。６０は追跡フィルタ手段であり、入力された目
標位置観測値のスキャン相関を考裏して位置データをス
ムージングして観測誤差を取り除き、目標の位置を推定
し、また次のスキャンの時の目標の移動位置を算出して
受信アンテナ１５の方向駆動や、レンジゲートの設定に
必要な情報を与えるものである。

第５図は、クラッタ除去信号処理手段４００機能的なブ
ロック図である。図において、１はそれぞれパルス繰返
し時間（ＰＲＴ）Ｔだけの遅延素（１：（粉　　　　ｆ
ｌ１　　　　　ｒ４＋子テア’）、信号Ｕ　を信号ｕ　
　、ｕ　　、ｕ　　、ｕ　　Ｋより示す４つの信号群に
変換する。２はそれぞれ掛算器、３，４はそれぞれ加算
器であり、これらによって次式のような複素演算をし、
信号ｙを生成する。

ｔｏ＋ ｙ＝ｕ　　十ｖ ＝　、ｔｏ＋　＋（ａｆｉｌ　ｕｆｌｌ　＋ａ＋２１　
ｕ＋２１＋ａｌｌｌ　ｕｔｅｌ＋ａ＋４１　、＋４１　
）、（ｉ）５は荷重計算手段であり、信号ｕ”−ｕ　　
及びｙｔｌｌ　　　　　＋２１　　　　　＋３１から各
掛算器２に印加する荷重ａ　　、ａ　、ａ　　及びａ　
を算出する。

次に動作について説明する。いま、あるに番目Ｔｅｌ　
　　　　１１１ のレンジゲートに着目すると、信号ｕｋ　＋　”ｋ　　
ｔ・・・、　ｕｋ　　はクラッタ等の不要信号や目標信
号のレンジ方向への移動に対応して、それらの速度に比
例したドツプラ周波数を持つ信号要素を含んでいる。例
えば第７図は横軸に信号ｕ９０１〜ｕ（４１をとり、縦
軸にスペクトルＳをとり、周期４Ｔの信号Ｃ１と周期３
Ｔの信号Ｃ２との波形図を示す。また第８１ｏｔ　　　
　　＋４１ 図はＩ信号を含む信号ｕ−ｕ　　のスペクトル図であり
、横軸を周波数（ｆｌ、縦軸をスペクトル値ｌｓｃげ）
１　としている。

一般的に、クラッタは、多くの周波数成分を含み、その
スペクトルも第８図のような線スペクトルからなるので
はなく、第８図と同一の座標軸をもつ第９図に示すスペ
クトル図のようにある帯域にわたって分布するスペクト
ルからなる場合がほとんとである。クラッタにおけるこ
のよっなスペクトル分布は複数の連続したレンジビンに
渡ってほぼ一定であるとみなすことができる。これはク
ラック源である地表や、海面、雨雲、チャフ等はレンジ
ビンに対応する距離に比べて広範囲にわたって電波反射
率、移動速度等が一定であると考えられるからである。

従って荷重計算手段５は第９図のようなスペクトル分布
をもつクラッタを効率良く消去するために、信号ｙの電
力が最小になるように制御する。

第６図は荷重計算手段５０機能的なブロック図を示し、
図において信号の流れ順に６は複素共役演算器、７は複
素掛算器、８は増幅器、９は複素加算器、１０はレンジ
方向の遅延素子である。遅延素子１０の遅延時間はレン
ジビン１個に対応する時間（ここではτ、とする）とす
る。この荷重計算手段５は各荷重ａ　　−ａ　　を次式
により計算する。

ａｋ＋ｔ＝ａｋ＋μｙｋｕｈ　　（ｉ＝１．２，３．４
）・・−（２）但し、（２１式において、μは増幅器８
の増幅率である。このようにして計算された荷重により
信号ｙの電力は最小値になる。これは周波数ｆ軸上では
第９図のようになるクラッタ・スペクトル５ｃ（ｚ）（
ｚ＝ｅｊ２ｆｆＴ）に対して逆数特性ξ／　８　ｃ　（
ｚ）のフィルタ処理をして信号ｙを生成することに相当
する。

第１０図は横軸に周波数ｆ、縦軸にスペクトル値をとり
、クラッタ・スペクトルＳ　ｃ　（ｚ）に対する特性ξ
／　８　ｃ　（ｚ）のフィルタ特性と、信号ｙのクラッ
タ・スペクトルＳ　ｙ　（ｚ）を示すものである。この
ような荷重計算手段５により、どのようなドツプラ・ス
ペクトルを持つクラッタも、出力電力が最小となるよう
に消去される。しかし、目標信号のドツプラ・スペクト
ルが、クラッタのドツプラ・スペクトルＳ　ｙ　（ｚ）
上に重畳されていないときは、目標信号は消去されるこ
となく、信号ｙに現われる。また、目標信号の荷重ａ　
、・・・、ａ　に対する影響も小さい。何故ならば（２
）式かられかるように荷重ａ１１＋　、　ａｔ４１は入
出力信号のレンジ方向の積分にて計算されるが、目標信
号は高々ルンジゲートにしかはいらないため、目標信号
をレンジ方向に積分してもその値はクラッタに比べて小
さく、（２）式における荷重制御にはほとんど影響がな
いためである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来のレーダ受信装置は、以上のように構成されている
ので、目標信号のドツプラ周波数がクラッタ・スペクト
ルの電力の大きい部分に重畳すると、目標信号も合わせ
て消去されてしまい、信号対雑音比が向上しないという
問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされ
たもので、目標信号の信号対雑音比を向上させることが
できるレーダ受信装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るレーダ受信装置は、目標信号の持つべき
ドツプラ周波数を追跡フィルタ手段からクラッタ除去信
号処理手段にフィードバックして入力し、クラッタ除去
信号処理手段中の荷重計算手段より、このドツプラ周波
数を消去しないように拘束条件を付して出力電力の最小
化を行うように構成したものである。

〔作用〕

この発明におけるクラッタ除去信号処理手段は目標信号
のドツプラ周波数がクラッタ・スペクトルの大きなエネ
ルギ部分に重畳しても目標信号を減衰させることはなく
、目標信号を目標検出手段に伝達して目標の発見確率を
向上させる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図であり、
第４図と同一符号は同一部分を示し、４１はクラッタ除
去信号処理手段であり、Ａ／Ｄ変換器３０からの信号ｕ
０と共に、追跡フィルタ手段６０から出力される目標の
速度を示す拘束ドツプラ周波数ｆｃがフィードバックさ
れており、第２図にその詳細なブロック図を示す。

第２図において、遅延素子１、掛算器２、加算器３は、
従来の技術の項で説明したものである。

次忙動作について説明する。第２図の場合は、信号ｕ３
０′九対しても掛算器２により複素荷重がかけられ、他
のＰＲ，Ｔごとの信号ｕ（１１〜１（４）とともに加算
器３により加算さレル。

荷重計算手段５は信号Ｕ　、・・・、ｕ　、及び拘束ド
ツプラ周波数ｆｅをもとに次のような計算により複素荷
重ａ、ａ、・・・、ａ　を生成する。

但し、ａｋ＋ｔ、　ｃは５次元のベクトルで、Ｊｋ＋１
：（ａｈ＋ｔ　、　ａｋ＋１＊　−＊　ａｋ＋ｔ　　］
　（Ｔは転置を表わすｊ　２＊ｆｅＴ　　　　ｊ４ｒｆ
ｅＴ　　　　Ｊ６ｇｆｅ前記号）、Ｃ＝（ｌｅ　　　ｓ
ｅ　　ｔ”Ｊ８ｓｃｔｅＴ〕により表わされる。また、
Ｒｋは５×５の相関行列（推定値）であり、次式により
表わされる。

次のように逆行列の補選を使って求められる。

α また、相関行列Ｒｋの初期値Ｒ８が必要であるが、初期
値Ｒ１ｏは５×５の単位行列に適当な定数を掛けたもの
とする。

荷重計算手段５は拘束ドツプラ周波数ｆ０を持つような
信号 ｕ　ｃ＝ｕ　（１，ｅ　　　、　・・−、ｅ”””　）
　”２ｔｆｅＴ ＋０１ に対しては必ず信号Ｕ　を保存し、また、それ以外のド
ツプラ周波数を持つ入力に対しては出力電力Ｅの総和が
最小になるように制御する。このことを示すため、今、
荷重計算手段５の出力である荷重ベクトルを１とし、信
号ｕ１の相関行列をＲ＝　Ｅ　（ｕ＋　ｕ＋　）　　　
　　　　　　　　　、”　（６）とおく。さて、このと
きの出力電力Ｅを求めると、Ｂ（ｌｙｌ”）＝Ｅ［ａＴ
ｕ＋ｕ＋”ａ”　）＝ａ”Ｅ（ｕ＋ｕ＋”ｌａ”＝１几
Ｃ ＋　　　　　　　　　・・・（７） Ｒｅ となる。従って荷重ベクトル１が次の最適荷重ベクトル ”ｌｊｐ！＝＊　−１・・・（８） ｅＲΦ をとるとき、この出力電力Ｅが最小になる。

また、この場合の荷重ベクトル１については、１工、ｔ
ｃ＝１　　　　　　　　　　　　　・・・（９）が成り
立つため、拘束ドツプラ周波数ｆ６を持つ入力の信号ｕ
ｅｅＫ対しては出力が信号ｕ８　となり、このクラッタ
除去信号処理手段４１１１Ｃよっては除去されない。

さて、荷重計算手段５は（２）式かられかるように、（
８）式の最適荷重ベクトル１゜いの推定値を与えるもの
である。従ってクラッタ除去信号処理手段４１を用いれ
ば、あるレンジ範囲にわたって、そのドツプラ・スペク
トル分布が一定で変化しないようなりラックを含むレー
ダエコーに対して拘束ドツプラ周波数ｆｃ以外の成分を
除去し、その信号ｙの信号対クラッタ比率を高めること
ができる。

第１１図は、受信アンテナ１５の信号のドツプラ周波数
スペクトルａと、クラッタ除去信号処理手段４１０周波
数の伝達関数とを示す伝達関数図を示すものである。

なお、上記実施例では、パルス繰り返し時間ＴＫ相当す
る遅延素子を４個用いて、合計５個のタップを持つ信号
Ｕ、Ｕ、・・・、Ｕ　の場合を示したが、一般にはこの
種の遅延素子はいくつ用いても同様の装置が構成でき、
上記実施例と同様の効果を奏する。

また、上記実施例では信号Ｕ　に対しても荷重ｔｏ＋ ａ　を乗する場合を説明したが、ａ（０１＝１と考えて
、第０タツプにおける掛算器２を省略しても良い。

第３図はこのような場合を示すこの発明の他の実施例な
示すクラッタ除去信号処理装置４１のブロック図で、荷
重計算手段５が荷重ベクトルｌｂｋを次の式により求め
る。

このようにすれば掛算器２が１個省略できるだけでなく
、拘束ドツプラ周波数を指定しない従来装置と構成が同
じとなり、荷重計算手段５を変えるだけで同じ機能が実
現できる。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば目標を識別するための
目標信号が持つドツプラ周波数に関する情報を入力し、
クラッタと目標信号のドツプラ周波数が重なった時でも
、該当するドツプラ成分を除去しないように拘束荷重付
けをする構成としたので常に信号対クラッタ比を低下さ
せることなく、クラッタを除去することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にょるレーダ受信装置のブ
ロック図、第２図は第１図に示すクラッタ除去信号処理
手段ブロック図、第３図はこの発明の他の実施例を示す
クラッタ除去信号処理手段のブロック図、第４図は従来
のレーダ受信装置のブロック図、第５図は第４図に示す
クラッタ除去信号処理手段のブロック図、第６図は第５
図に示す荷重計算手段のブロック図、第７図は工信号の
波形図、第８図は第７図に示すＩ信号を含む受信信号の
スペクトル図、第９図はクラッタのスペクトル図、第１
０図は従来のレーダ受信装置におけるクラッタ除去信号
処理手段の伝達関数図、第１１図はこの発明のレーダ受
信装置におけるクラッタ除去信号処理手段の伝達関数図
である。 ２０・・・位相検波手段、４１・・・クラッタ除去信号
処理手段、５０・・・目標検出手段、６０・・・追跡フ
ィルタ手段。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。 第２図 第３図 　　　ｔｃ １　　　　　　　　　　　　　　　　　　　クラ・７餘
圭信号々す’ｌ＋ＪＬ　　　ＩＬ　　　　　　　　　−
＋−＋＋＋　　　　　＋　　　　　−」第５図 ４ｎ 第６図 第７図 −Ｔ← 第８図 第９図 第１０面 第１１図 手続補正書（方式）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コヒーレントに放射されたレーダ・パルスからなる受信
   信号を位相検波する位相検波手段と、この位相検波手段
   からの信号により上記レーダ・パルスのパルス繰返し時
   間に対応する時間間隔の相関をとり、クラッタを消去す
   るように目標の速度による拘束ドップラ周波数以外の上
   記クラッタにおける周波数成分の総和を最小にさせるク
   ラッタ除去信号処理手段と、このクラッタ除去信号処理
   手段からの信号により上記目標の位置を検出する目標検
   出手段と、この目標検出手段により検出された上記目標
   の位置を上記レーダ・パルスの走査間の相関によつて追
   跡し、上記クラッタ除去信号処理手段に上記拘束ドップ
   ラ周波数をフィードバックするようにした追跡フィルタ
   手段とを備えたレーダ受信装置。