JPS63171378A - 物標信号検出装置 - 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］ 本発明は振幅特性が任意の分布を呈する雑音信号から物
標信号を検出する物標信号検出装置に関する。

［従来の技術］ レーダ観測においては捕捉すべき目標物体（以下、ター
ゲットという）を検出するために、物体近傍からの不要
な反射波（以下、クラッタという）をりかに抑圧し、目
標物体からの信号（以下、物標信号という）をいかに検
出するかが問題になる。

クラッタには地表−面からの反射によるグランド・クラ
ッタ、海面からの反射によるシー・クラッタ及び雨雲か
らの反射によるウェザ−・クラッタ等がある。

従来の物標信号検出装置は適当な雑音分布を規定し、こ
の雑音分布に基づいて物標信号を検出するようにしぞい
た。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、従来の物標信号検出方法は、雑音分布が規定
したちの以外のものであるときは、物標、信号を充分に
検出できないという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
任意の雑音分布を呈する雑音信号から物標信号を検出す
る物標信号検出装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ そこで、本発明では入力信号Ｘを増幅する信号増幅手段
と、信号増幅手段により増幅された出力信号Ｑの分散値
σ２を算出する分散値演算手段と、分散値σ２をに乗（
Ｋは任意の実数）した非線形信号を出力する非線形演算
手段と、非線形信号と予め設定された閾値とを比較し、
閾値より大きい非線形信号を物標信号として出力する物
標信号検出手段から物標信号検出装置を構成する。

［作　用］ 上記構成の物標信号検出装置は、信号増幅手段が入力信
号Ｘ゛、即ち任意の雑音分布を呈する雑音信号を含む物
標信号を増幅し、分散値演算手段が増幅された出力信号
Ｑの分散値σ２を算出し、非線形演算手段が分散値σ２
をに乗した非線形信号を出力し、物標信号検出手段が非
線形信号と予設定された閾値とを比較し、閾値より大き
い非線形信号を物標信号として出力する。

［実施例］ 以下、本ｉ明め一実施例を添付図面を参照して詳細に説
明する。

まず、本発明に係る物標信号検出装置の信号処理理論を
説明する。

本発明に係る物標信号検出装置は振幅特性が任意の分布
を呈する雑音信号から物標信号を検出するものであるが
、ここでは、振幅強度Ｘがワイブル分布（Ｗｅｉｂｕｌ
　１分布）及び対数正規分布（Ｌｏｇ−ｎｏｒａａ１分
布）を呈する場合について説明する。

振幅強度Ｘがワイブル分布に従い、その確率密度関数Ｐ
Ｃ（Ｘ）が、 （ここで、ｂはスケールパラメータ、Ｃは形状パラメー
タである。）である受信信号を線形　増幅した増幅信号
Ｘの平均値＜ｘ＞は、 ＜Ｘ＞　　＝ｆ　　　　Ｘ　　−Ｐ　　　（Ｘ）Ｃ −ｂｒ　（−＋１）　　　　　　　（２）となる。ここ
でｒ’　（ｚ）はガンマ関数でｏＺ−１ ｒ’　（Ｚ）　−ｆ　　ｔ　　　Ｅｘｐ（−ｔＭｔ　　
　　　（ａ）である。又、増幅信号Ｘの二乗平均値＜ｘ
２〉は２　　　ｏｏ２ ＜ｙ、＞−ｆ　　　　Ｘ　　　　Ｐ　　　　（Ｘ）　　
　　　　　　　　　　　　　　（４）Ｃ −ｂ　　ｒ　（−＋１） である。従って、分散値σ２は ２　°　２２ σ　　　■＜ｘ　＞−＜ｘ＞ −ｂ２＜ｒ　（’−＋１）　−ｒ２＜主＋１））　　（
５）ＣＣ となる。この分散値σ２をに乗（Ｋは任意の実数）し、
物標信号を検出する。

次に、第１図は本発明に係る物標信号検出装置のブロッ
ク図である。第１図において、線形増幅回路１０（信号
増幅手段）は第３図に示した信号、即ち振幅がＸである
受信信号を増幅した増幅信号Ｘを二乗平均値算出手段２
０及び平均値の二乗値算出手段３０にそれぞれ入力する
。二乗平均値算出手段２０は二乗演算回路２１．例えば
シフトレジスタ等によ、って構成される遅延回路２２、
積算回路２３及び割算回路２４から構成されており、第
２式に示した信号Ｘの二乗平均値＜ｘ２〉を算出する。

即ち、二乗演算回路２１が信号Ｘの振幅Ｘを二乗して振
幅ｘ２とし、遅延回路２２が信号Ｘを標本化・量子化し
て信号Ｘの振幅ｘ２に対応するｎ　（ｎは自然数）積算
値 を算出し、さらに割算回路２４が積算値をｎで除し、二
乗平均値＜ｘ２〉 を算出する。

又、平均値の二乗算出手段３０は遅延回路３１１積算回
路３２、割算回路３３及び二乗演算回路３４から構成さ
れており、第（２）式に示した信号Ｘの平均値の二乗値
＜ｘ〉２を算出する。即ち、遅延回路８１が信号Ｘを標
本化・量子化して信号Ｘの振幅Ｘに対応するｎ個の標本
値ＸＩ　、　Ｘ２　、・・・、Ｘｎを取り出し、積算回
路３２がｎ個の標本値ＸＩ。

Ｘ２、・・・、ｘｎの積算値 を算出し、割算回路３３が積算値をｎで除し積算値の平
均値 を算出し、さ′らに二乗演算器３４が平均値を二乗し、
し、信号Ｘの平均値の二乗値＜ｘ〉２ を算出する。

次に、引算回路４０は二乗平均値＜ｘ２〉及び平均値の
二乗値（ｘ〉２に基づいて分散値 ｇ　　２−　＜ｘ２＞−＜Ｘ＞２　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　（１１）を算出する。

第２図は以上のようにして得られた分散値σ２を示す図
である。第２図において、線形増幅回路１０に入力され
た信号Ｘは物標信号Ｏ８の振幅と雑音信号の振幅がほぼ
同様な値であっても（第２図（ａ）参照）、引算回路４
０から出力される分散値σ２は物標信号Ｏ８に対応する
部分の値が大きく、又雑音信号ＮＳに対応する部分の値
がほぼ一定で変動幅が小さいので（第２図（ｂ）参照）
、物標信号Ｏ８に対応する分散値σ２を容易に検出でき
る。

本°実施例に゛おいては、物標信号Ｏ８に対応する分散
値σ２の検出をより容易なものにするため、分散値σ２
を非線形増幅回路５０（非線形増幅手段）に加える。

この非線形増幅回路５０は分散値σ２をに乗（ただし、
ｋは実数）した非線形信号２ Ｚ−（σ２ｋ）　　　　　　　　　　　　　　（１２）
を出力するものである。なお、非線形増幅回路５０の具
体例としてはに−２とし５た二乗増幅回路等が知られて
いる。非線形増幅回路５０から出力される非線形信号２
は、第２図（Ｃ）に示すように引算回路４Ｇから出力さ
れる分散値σ２に比べて雑音信号ＮＳに対応する部分の
変動が抑圧され、物標信号Ｏ８に対応する部分が大きく
増幅されており、物標信号Ｏ８に対応する分散値σ２の
検出、即ち閾値の設定がさらに容易になる。

さらに、物標信号検出回路６０（物標信号検出手段）は
非線形増幅回路５０から出力される非線形信号Ｚを手動
又は自動により予め設定された閾値と比較して、閾値よ
りも大きい非線形信号２を物標信号ｏｓに対応゛するも のとして、出力する。

上述した閾値ＺＴＨは手動又は自動によって設定するが
、手動による場合には非線形信号ＺをＡスコープ、Ｂス
コープ又はＰＰＩスコープ等で観察しなから設定する。

又、自動による場合は非線形信号Ｚの平均値＜ｚ＞と平
均値＜ｚ〉のまわりの分散値Ｗａｒに基づいて、雑音信
号ＮＳが物標信号Ｏ８と誤って検出される誤警報確率又
は物標信号Ｏ８の検出確率を所定の値とするような値に
設定する。

非線形信号２の平均値＜ｚ＞と二乗平均値＜２２〉は非
線形信号Ｚの確率密度関数をＰ　（Ｚ）とすると、くｚ
＞　　−ｆ　　　　Ｚ　　−Ｐ　　（Ｚ）ｄＺ　　　　
　　　　　　　　　　　　　（１３）となり、非線形信
号Ｚの平均値＜Ｚ＞のまわりの分散値Ｗａｒは為 Ｖａｒ　　−＜Ｚ２＞−＜Ｚ＞２　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　（１５）となる。又、誤警報確
率Ｐｆａは、 Ｐｆ’ａ　−Ｊ　　　Ｐ　（Ｚ）ｄＺ　　　　　　　　
　（１Ｂ）２・ＴＩ となり、非線形信号Ｚに物標信号Ｏ８の振幅ｔが重畳さ
れているときの物標信号Ｏ８の検出確率ＰａはＰａ＝ｊ
’　　　Ｐ（Ｚ＋ｔ）ｄ（Ｚ＋ｔ）　　　　　　’　　
（１７）ＴＨ となる。従って、誤警報確率Ｐｆａ又は検出確率Ｐａが
所定の値となるように閾値ＺＴＨを設定する。

次に、上述したようにして算出される閾値ＺＴＨの具体
的な値について説明する。即ち、引算回路４０の出力で
ある分散値σ２のｍ乗をＭ、Ｍの平均値を＜％＞　、Ｍ
の二乗平均値を〈Ｍ２〉、Ｍの分散値を（〈Ｍ２〉　−
〈Ｍ）２）、定数をに、Ａ。

とすると、次のいずれかの値となる。

Ｋ　・　＜）４＞　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　（１ｇ）Ｋ−ｆη２＞　　
　　　　　　　　　　　　　（１９）１＜、ｆ１Ｃフイ
＞２　　　　　　　　　　　（２０）〈Ｍ〉　　十　Ｋ
−４Σ＞−＜７４＞２　　　　　　　　　　　　　　　
（２１）Ｋ　・　（＜）ｌ＞＋　Ｊ−；１Σ＞−〈Ｍ）
７丁　　　　　　　　　　　（セ２）Ｋ　・　〈Ｍ＞　
　＋　　Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（２３）Ｋ・ｆイ■＋Ａ　　　　　　　　
　　　　　（２４）１．ベアー〈Ｍ）２＋　Ａ　　　　
　　　　（２５）＜１４＞＋Ｋ　　φ　Ｊ−５０！＞−
〈Ｍ〉７十Ａ　　　　　　　　　　　（２Ｂ）Ｋ　　−
（〈Ｍ＞　　＋　　　〈Ｍ２＞−〈Ｍ）２）　　十Ａ　
　　　　　　（２７）次に、振幅強度Ｘが対数正規分布
（Ｌｏｇ−１１０ｒｌａ１分布）を呈する場合について
説明する。

受信信号Ｘに対して対数正規（ｌｏｇ　ｎｏｒｖａｌ）
分布は、 Ｐ（Ｘ；ｍ、　　ρ） となる。ここで、ｍは受信信号Ｘの中央値、ρは平均値
対中央値比で 一！−Ｌ−＜　２９　＞ ρ−ｍ である。受信信号Ｘの平均値＜ｘ＞は、〈Ｍ〉　　−、
ｊ　　　ＸＰ（Ｘ：ｍ、　　ｐ）　　ｄｘ−ｍｐ　　　
（３０）又、受信信号Ｘの二乗平均値＜ｘＺ〉は、とな
る。従って、分散値σ２は、 （７２ｍ＜ｘＺ＞　　　＜ｘ＞２−ｍ２　０２　　　（
ρ　２　−　１　　）となる。実際の回路においては、
受信信号を線形増幅　した増幅信号Ｘの二乗平均値＜ｘ
＞及び平均値の二蝉値＜Ｘ＞は第７式及び第１Ｏ式と同
様であるのでその説明は省略・する。

なお、本実施例では信号増幅手段として線形増幅回路１
０を用いたが対数増幅回路を初めとし、任意の特性を有
する増幅回路を用いても良い。受信信号がワイブル分布
の場合、対数増幅回路１０の出力Ｙは、 Ｙ−ａｏＱｔｎ　（ｂｇ　Ｘ）　　　　　　　　　　（
３２）となる。従って、対数増幅信号Ｙの平均値（Ｙ＞
は、＜Ｙ＞＝ｆ　　　　ａ　　　９Ａ　（ｂ　　　　ｘ
）　　Ｐ　　　　（Ｘ）ｄＸｏ　０　　０　　　Ｃ −ａ　　１１４１（ｂ　　−ｂ）　−一エｒ　　　　（
３３）０　　０　　　Ｃ となる。ここでγはオイラー関数でγ−０．５７７２・
・・である。又、対数増幅信号Ｙの二乗平均値（Ｙ２＞
はである。従って、分散値σ２は σ２　＝　＜Ｙ２＞−＜Ｙ）２ となる。実際の回路では、二乗平均値＜Ｙ２〉及び平均
値の二乗値＜Ｙ〉２はそれぞれ、 となり、分散値σ２は、 σ２　閤＜Ｙ２）　−＜Ｙ：＞２ となる。

次に、受信信号が多数正規分布の場合、対数増幅回路１
０の出力Ｙは、 Ｙ−ａｇ　９ｔｎ　（ｂｏＸ）　　　　　　　　　　（
３９）となる。従って、対数増幅信号Ｙの平均値＜Ｙ）
は、＜Ｙ＞　　−ｆ　　　　ａ　　　　１ｌａ（ｂ　　
Ｘ）　　Ｐ　　（Ｘ；ａ＋、　　ｐ　）　ｄＸ＝　ａ　
Ｑ　’ｋｎ　（ｂｇｍ）　　　　　　　　　　（４０）
又、対数増幅受信Ｙの二乗平均値＜Ｙ２〉は、２　　　
　ｏｏ　　２　　２ ＜Ｙ　　＞−ｆ　　　　ａ　　　Ｉｌａ　　（ｂ　　Ｘ
）Ｐ’（Ｘ：ｍ、　　ρ）　　ｄＸＤｏ　　　　　　Ｏ −ａ　０１Ａ２（ｂＯｍ）＋　２　ａ　２９Ａｐ　　　
　（４１）となる。従って、分散値σ２は、 ｙ　２　　ｍ　＜ｙ２＞−＜ｙ：＞２−　２　　ａ　　
”　　ｂ　ｐ　　　　　　　　　（４２）となる。実際
の回路においては、受信信号を対数増幅　した対数増幅
信号Ｙの二乗平均値＜Ｙ２〉及び平均値の二蝉値（Ｙ＞
は第（３６）式及び第（３７）式と同様であるのでその
説明は省略する。

なお、本実施例ではワイブル分布及び対数正規分布を呈
する雑音信号から物標信号Ｏ８を検出する場合について
説明したが、任意の分布を呈する雑音信号であっても、
物標信号を検出できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、振幅特性が任意の
分布を呈する雑音信号の分散値を出力し、さらに分散値
を非線形増幅することにより、物標信号に対応する分散
値若しくは非線形増幅された分散値の大きさが雑音信号
に対応する分散値の大きさよりも大きくなるので、適当
な閾値を設定することにより、物標信号の振幅が雑音信
号の振幅より小さい場合であっても、容易に物標信号を
検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る物標信号検出装置のブロック図、
Ｔ４２図は受信信号の時間に対する変化、分散値及び分
散値をに乗した新たな分散値の説明図、第３図は受信信
号の時間に対する変化を示す説明図である゛。 １０・・・線形増幅回路、２０・・・二乗平均値算出手
段、２１・・・二乗演算回路、２２．３１・・・遅延回
路、２３．３２・・・積算回路、２４．３３・・・割算
回路、３０・・・平均値の二乗値算出手段、３４・・・
二乗演算回路、４０・・・引算回路、５０・・・非線形
増幅回路、ＢＯ・・・物標信号検出回路。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. （１）任意の分布を呈する雑音が混入している入力信号
   Ｘから物標信号を検出する物標信号検出装置において、 前記入力信号Ｘを増幅する信号増幅手段と、前記信号増
   幅手段により増幅された出力信号Ｑの分散値σ＾２を算
   出する分散値演算手段と、前記分散値σ＾２をＫ乗（Ｋ
   は任意の実数）した非線形信号を出力する非線形演算手
   段と、 前記非線形信号と予め設定された閾値とを比較し、該閾
   値より大きい非線形信号を物標信号として出力する物標
   信号検出手段とを備えたことを特徴とする物標信号検出
   装置。
2. （２）信号増幅手段は、線形増幅回路である特許請求の
   範囲第１項記載の物標信号検出装置。
3. （３）信号増幅手段は、対数増幅回路であり、前記入力
   信号Ｘを対数増幅した対数増幅信号Ｙ（Ｙ＝ａ＿０ｌｎ
   （ｂ＿０Ｘ）（ただし、ａ＿０、ｂ＿０は該信号増幅手
   段の利得を決める定数）を出力する特許請求の範囲第１
   項記載の物標信号検出装置。
4. （４）物標信号検出手段における閾値は、前記分散値演
   算手段によって得られる分散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの
   平均値及び該Ｍの平均値のまわりの分散値に基づいて、
   前記物標信号の誤警報確率又は検出確率が所定の値にな
   るように設定する特許請求の範囲第１項記載の物標信号
   検出装置。
5. （５）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる分
   散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの平均値〈Ｍ〉に定数Ｋを乗
   じた値 Ｋ・〈Ｍ〉 である特許請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。
6. （６）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる分
   散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの二乗平均値〈Ｍ＾２〉の平
   方根√〈Ｍ＾２〉に定数Ｋを乗じた値 Ｋ・√〈Ｍ＾２〉 である特許請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。
7. （７）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる分
   散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの平均値〈Ｍ〉のまわりの分
   散値（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）を算出し、さらに該分
   散値の平方根√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）に定数Ｋを
   乗じた値 Ｋ・√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２） である特許請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。
8. （８）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる分
   散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの平均値〈Ｍ〉のまわりの分
   散値（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）を算出し、さらに該分
   散値の平方根√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）に定数Ｋを
   乗じ、さらに該平均値〈Ｍ〉を加えた値 〈Ｍ〉＋Ｋ・√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）である特許
   請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。
9. （９）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる分
   散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの平均値〈Ｍ〉のまわりの分
   散値（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）を算出し、該分散値の
   平方根√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）に該平均値〈Ｍ〉
   を加え、さらに定数Ｋを乗じた値 Ｋ・（〈Ｍ〉＋√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）である特
   許請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。
10. （１０）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる
    分散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの平均値〈Ｍ〉に定数Ｋを
    乗じ、さらに定数Ａを加えた値 Ｋ・〈Ｍ〉＋Ａ である特許請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。
11. （１１）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる
    分散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの二乗平均値〈Ｍ＾２〉の
    平方根√〈Ｍ＾２〉に定数Ｋを乗じ、さらに定数Ａを加
    えた値 Ｋ・√〈Ｍ＾２〉＋Ａ である特許請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。
12. （１２）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる
    分散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの平均値〈Ｍ〉のまわりの
    分散値（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）を算出し、該分散値
    の平方根√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）に定数Ｋを乗じ
    、さらに定数Ａを加えた値 Ｋ・√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）＋Ａ である特許請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。
13. （１３）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる
    分散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの平均値〈Ｍ〉のまわりの
    分散値（〈Ｈ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）を算出し、該分散値
    の平方根√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）に定数Ｋを乗じ
    、該平均値〈Ｍ〉を加え、さらに定数Ａを加えた値〈Ｍ
    〉＋Ｋ・√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）＋Ａである特許
    請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。
14. （１４）閾値は、前記分散値演算手段によって得られる
    分散値σ＾２をｍ乗した値Ｍの平均値〈Ｍ〉のまわりの
    分散値（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）を算出し、該分散値
    の平方根√（〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）に該平均値〈Ｍ
    〉を加え、該分散値の平方根と該平均値の和に定数Ｋを
    乗じ、さらに定数Ａを加えた値 Ｋ・（〈Ｍ〉＋√〈Ｍ＾２〉−〈Ｍ〉＾２）＋Ａである
    特許請求の範囲第１項記載の物標信号検出装置。