JPWO2016039043A1 - 物標探知装置、レーダ装置および物標探知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】干渉を精度良く抑圧する物標探知装置およびそれを備えるレーダ装置を提供する。【解決手段】信号処理部１５は、探知データおよび補間データに基づいて、干渉の影響が抑圧された物標データを生成する。信号処理部１５は、干渉検出部１９、補間データ生成部２１および物標データ生成部２４を備える。干渉検出部１９は、干渉が発生している位置を探知データから検出する。補間データ生成部２１は、干渉が検出された位置における干渉発生前の探知データに基づいて、補間データを生成する。物標データ生成部２４は、干渉が検出された位置の探知データを補間データで置換することにより、物標データを生成する。【選択図】図１

Description

本発明は、干渉の影響を抑圧する物標探知装置およびそれを備えるレーダ装置に関する。

レーダ装置は、送信信号を放射し、物標から反射されたエコー信号を受信することにより、物標の存否を検出する。しかし、レーダ装置が受信する信号は、このエコー信号の他に人工的な干渉波を含む。レーダ装置に用いられる物標探知装置は干渉波による影響を抑圧する。干渉を抑圧する方法として、例えば、図９に示すものがある。

図９（Ａ）は、最小値を選択することにより干渉を抑圧する方法を示す図である。ここで、探知データａ，ｉ，ｂは、物標から反射されたエコー信号の振幅を表している。探知データａ，ｉ，ｂに係る物標は方位方向にこの順で並んでいる。探知データａ，ｂはａ＜ｂの関係を有する。探知データｉは干渉の影響を受けている。最小値を選択する方法では、探知データｉを探知データａで置換する。すなわち、干渉の影響を受けている探知データを周囲の探知データのうちで最小の探知データで置換する。

図９（Ｂ）は、線形補間により干渉を抑圧する方法を示す図である（特許文献１参照）。探知データｃ，ｉ_１，ｉ_２，ｉ_３，ｄは、物標から反射されたエコー信号の振幅を表している。探知データｃ，ｉ_１，ｉ_２，ｉ_３，ｄに係る物標は方位方向にこの順で並んでいる。探知データｉ_１，ｉ_２，ｉ_３は干渉の影響を受けている。線形補間を行う方法では、Δ＝（ｄ−ｃ）／４として、ｉ_ｘ＝ｃ＋Δｘ（ｘ＝１，２，３）と置換する。

特開２０１１−１９１１４１号公報

しかし、最小値を選択する方法では、干渉以外の部分まで除去するおそれがある。また、データ配列を変更するため、後段の信号処理でエコー信号の位相情報を利用することができない。線形補間を行う方法では、後段の処理に悪影響を与えないような十分な精度で、干渉を抑圧することができない。

本発明の目的は、干渉を精度良く抑圧する物標探知装置およびそれを備えるレーダ装置を提供することにある。

本発明の物標探知装置は、探知データおよび補間データに基づいて、干渉の影響が抑圧された物標データを生成する。本発明の物標探知装置は、干渉検出部、補間データ生成部および物標データ生成部を備える。干渉検出部は、干渉が発生している位置を探知データから検出する。補間データ生成部は、干渉が検出された位置における干渉発生前の探知データに基づいて、補間データを生成する。物標データ生成部は、干渉が検出された位置の探知データを補間データで置換することにより、物標データを生成する。

この構成では、補間データは干渉発生前の物標情報に基づいて生成される。このため、精度が良い補間データを得ることができる。そして、干渉が発生している探知データを補間データで置換することにより、探知データの干渉を精度良く抑圧することができる。

また、本発明の物標探知装置では、補間データ生成部はデータ置換部とフィルタとを有する。データ置換部は、干渉が検出された位置の探知データを干渉発生前の探知データで置換することにより、第１中間データを生成する。フィルタは、第１中間データの高周波成分を抑圧することにより、第２中間データを出力する。物標データ生成部は、干渉が検出された位置の第２中間データを補間データとする。

この構成では、補間データ生成部の具体的な例を示している。

また、本発明の物標探知装置では、探知データは距離方向および方位方向に配列される。距離が一定である領域の第１中間データが、フィルタに入力される。

この構成では、第１中間データは方位方向に配列される。一方、干渉が検出される位置は、距離方向に細長く延び、方位方向に延びない。このため、第１中間データをフィルタに通すことにより、第１中間データの高周波成分を抑圧することができる。

また、本発明の物標探知装置では、フィルタはローパスフィルタである。

また、本発明のレーダ装置は、送信部、受信部および本発明の物標探知装置を備える。送信部は探知信号を送信する。受信部は、探知信号に対するエコー信号を受信して、探知データを生成する。

また、本発明の物標探知方法は、探知データおよび補間データに基づいて、干渉の影響が抑圧された物標データを生成する。本発明の物標探知方法は以下の工程を備える。干渉が発生している位置を探知データから検出する。干渉が検出された位置における干渉発生前の探知データに基づいて、補間データを生成する。干渉が検出された位置の探知データを補間データで置換することにより、物標データを生成する。

本発明によると、干渉を精度良く抑圧する物標探知装置およびそれを備えるレーダ装置を実現することができる。

図１（Ａ）は第１の実施形態に係るレーダ装置を示すブロック図である。図１（Ｂ）は第１の実施形態に係る物標探知装置を示すブロック図である。 図２（Ａ）は探知データＸ_ｎのデータ構造を示す図である。図２（Ｂ）は探知データＸ_ｎの各領域を説明する図である。 干渉を抑圧する工程を示す図である。 探知データＸ_{ｎ−ｍ，ｋ}の取得フローを示すフローチャートである。 干渉抑圧フローを示すフローチャートである。 図６（Ａ）は探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。図６（Ｂ）は整合フィルタのみで信号処理された探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。図６（Ｃ）は、干渉補間部２０および整合フィルタで信号処理された探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。 図７（Ａ）は探知データＸ_ｎの位相を示す図である。図７（Ｂ）は整合フィルタのみで信号処理された探知データＸ_ｎの位相を示す図である。図７（Ｃ）は、干渉補間部２０および整合フィルタで信号処理された探知データＸ_ｎの位相を示す図である。 図８（Ａ）は探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。図８（Ｂ）は、陸地除去の処理のみが行われた探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。図８（Ｃ）は、干渉補間部２０で信号処理された後、陸地除去の処理が行われた探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。 図９（Ａ）は、最小値を選択することにより干渉を抑圧する方法を示す図である。図９（Ｂ）は、線形補間により干渉を抑圧する方法を示す図である。

本発明の第１の実施形態に係る物標探知装置およびそれを備えるレーダ装置について説明する。図１（Ａ）はレーダ装置１０を示すブロック図である。レーダ装置１０は、アンテナ１１、送受信切換部１２、送信部１３、受信部１４、信号処理部１５および表示部１６を備える。信号処理部１５は本発明の物標探知装置に相当する。

送信部１３から出力された探知信号は、送受信切換部１２を通り、アンテナ１１から放射される。探知信号は、物標に当たり、エコー信号として再放射される。エコー信号は、アンテナ１１により受信され、送受信切換部１２を通り、受信部１４に入力される。エコー信号は受信部１４により探知データに変換される。探知データは、信号処理部１５により信号処理され、所定の形式で表示部１６に表示される。アンテナ１１を所定の回転数で回転させながら、これらの工程を繰り返す。これにより、レーダ装置１０はアンテナの周囲の物標の存否を検出する。

図１（Ｂ）は信号処理部１５（物標探知装置）を示すブロック図である。信号処理部１５は、記憶部１８、干渉検出部１９、干渉補間部２０およびフィルタ処理部２５を有する。干渉補間部２０は補間データ生成部２１および物標データ生成部２４を有する。補間データ生成部２１はデータ置換部２２およびローパスフィルタ２３を有する。

記憶部１８は探知データ｛Ｘ_ｎ，Ｘ_ｎ−１，Ｘ_ｎ−２，…｝を保存している。探知データＸ_ｎはｎ回目の探知データである。図２（Ａ）は探知データＸ_ｎのデータ構造を示す図である。図２（Ｂ）は探知データＸ_ｎの各領域を説明する図である。探知データＸ_ｎは、

と表される。ここで、ｎ，ｉ，ｊ，Ｎ_ｄ，Ｎ_ｓは整数である。ｘ_ｎ（ｉ，ｊ）は複素数である。ｘ_ｎ（ｉ，ｊ）の絶対値はエコー信号の振幅に相当し、ｘ_ｎ（ｉ，ｊ）の位相はエコー信号の位相に相当する。このエコー信号は、距離ｉΔｒ、方位角ｊΔθに位置する物標により反射されている。ΔθおよびΔｒはスケールファクタである。ただし、ｘ_ｎ（ｉ，ｊ）の値は、干渉、雑音、マルチパス等の影響を受けている。

また、等距離データＳ_ｎ，ｋは、

と表される。等距離データＳ_ｎ，ｋは、距離ｋΔｒに位置する物標の存否を示す。また、探知データＸ_ｎで干渉が発生している領域を領域Ｄ_ｎとして、干渉データＩ_ｎは、

と表される。干渉データＩ_ｎは、干渉が発生している探知データである。また、等距離データＳ_ｎ，ｋに含まれる干渉データＩ_ｎ，ｋは、

と表される。

干渉検出部１９は、干渉が発生している領域Ｄ_ｎを探知データＸ_ｎから検出する。そして、干渉検出部１９はデータ置換部２２および物標データ生成部２４に領域Ｄ_ｎの情報を出力する。領域Ｄ_ｎの検出方法として、ルールベース方式、振幅偏差比較方式、ＳＴＦＴ方式等が用いられる。

データ置換部２２は、等距離データＳ_ｎ，ｋ，Ｓ_{ｎ−ｍ，ｋ}を取得し、中間データＶ_ｎ，ｋを生成する。等距離データＳ_{ｎ−ｍ，ｋ}は本発明の「干渉発生前の探知データ」に相当する。中間データＶ_ｎ，ｋは本発明の第１中間データに相当する。

データ置換部２２は、図３（Ａ）のように、探知データＸ_ｎから等距離データＳ_ｎ，ｋを取得する。また、データ置換部２２は探知データＸ_ｎ−ｍから等距離データＳ_{ｎ−ｍ，ｋ}を取得する。図３（Ａ）は等距離データＳ_ｎ，ｋ，Ｓ_{ｎ−ｍ，ｋ}を示す図である。

探知データＸ_{ｎ−ｍ，ｋ}は図４のように取得される。図４は探知データＸ_{ｎ−ｍ，ｋ}の取得フローを示すフローチャートである。まず、ｍ＝１とする（Ｓ２０１）。領域Ｄ_{ｎ−ｍ，ｋ}が空集合φである場合（Ｓ２０２）、等距離データＳ_{ｎ−ｍ，ｋ}を取得する（Ｓ２０４）。領域Ｄ_{ｎ−ｍ，ｋ}が空集合φでない場合（Ｓ２０２）、ｍをｍ＋１として、ステップＳ２０２に戻る（Ｓ２０３）。なお、領域Ｄ_ｎ，ｋと領域Ｄ_{ｎ−ｍ，ｋ}とが重ならない場合、等距離データＳ_{ｎ−ｍ，ｋ}を取得してもよい。

中間データＶ_ｎ，ｋは、図３（Ｂ）のように、領域Ｄ_ｎ，ｋの等距離データＳ_{ｎ−ｍ，ｋ}で干渉データＩ_ｎ，ｋを置換することにより生成される。図３（Ｂ）は中間データＶ_ｎ，ｋを生成する工程を示す図である。中間データＶ_ｎ，ｋは、

と表される。

ローパスフィルタ２３は、図３（Ｃ）のように、中間データＶ_ｎ，ｋの高周波成分を抑圧することにより、データの値が滑らかに変化する中間データＷ_ｎ，ｋを出力する。図３（Ｃ）は中間データＷ_ｎ，ｋを生成する工程を示す図である。中間データＷ_ｎ，ｋは本発明の第２中間データに相当する。中間データＷ_ｎ，ｋは、

と表される。ここで、ｗ_ｎ（ｉ，ｊ）はローパスフィルタ２３の出力である。

干渉データＩ_ｎは、距離方向に細長く延び、方位方向に延びていない。このため、方位方向に連続する中間データＶ_ｎ，ｋをローパスフィルタ２３に通すことにより、中間データＶ_ｎ，ｋの高周波成分を抑圧することができる。

物標データ生成部２４は、図３（Ｄ）のように、干渉データＩ_ｎ，ｋを補間データＰ_ｎ，ｋで置換することにより、物標データＹ_ｎ，ｋを生成する。図３（Ｄ）は物標データＹ_ｎ，ｋを生成する工程を示す図である。補間データＰ_ｎ，ｋは、領域Ｄ_ｎ，ｋの中間データＷ_ｎ，ｋであり、

と表される。物標データＹ_ｎ，ｋは、

と表される。

フィルタ処理部２５は、整合フィルタ（MatchedFilter）等を物標データＹ_ｎ，ｋに適用し、雑音、クラッタ等を除去する。

等距離データＳ_ｎ，ｋ（ｋ＝１，…，Ｎ_ｄ）に対して以上の信号処理を行うことにより、探知データＸ_ｎに発生した干渉を抑圧することができる。

次に、干渉を抑圧する工程を説明する。図５は干渉抑圧フローを示すフローチャートである。まず、等距離データＳ_ｎ，ｋ，Ｓ_{ｎ−ｍ，ｋ}を取り出す（Ｓ１０１）。領域Ｄ_ｎ，ｋの等距離データＳ_{ｎ−ｍ，ｋ}で干渉データＩ_ｎ，ｋを置換することにより、中間データＶ_ｎ，ｋを生成する（Ｓ１０２）。中間データＶ_ｎ，ｋをローパスフィルタ２３に通すことにより、中間データＷ_ｎ，ｋを生成する（Ｓ１０３）。領域Ｄ_ｎ，ｋの中間データＷ_ｎ，ｋを補間データＰ_ｎ，ｋとする。補間データＰ_ｎ，ｋで干渉データＩ_ｎ，ｋを置換することにより、物標データＹ_ｎ，ｋを生成する（Ｓ１０４）。

図６（Ａ）は探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。図６（Ｂ）は整合フィルタのみで信号処理された探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。図６（Ｃ）は、干渉補間部２０および整合フィルタで信号処理された探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。ここで、絶対値が一定値以上である領域を表示している。

信号処理が行われていない場合、距離方向に延びる直線が干渉の影響により現れている。整合フィルタのみで信号処理された場合、物標が干渉とともに除去されたため、物標の一部が表示されていない。一方、干渉補間部２０および整合フィルタで信号処理された場合、干渉のみが抑圧されたため、物標が正確に表示されている。

図７（Ａ）は探知データＸ_ｎの位相を示す図である。図７（Ｂ）は整合フィルタのみで信号処理された探知データＸ_ｎの位相を示す図である。図７（Ｃ）は、干渉補間部２０および整合フィルタで信号処理された探知データＸ_ｎの位相を示す図である。ここで、位相が一定の範囲内の値である領域を表示している。

信号処理が行われていない場合、図６（Ａ）と同様に、距離方向に延びる直線が干渉の影響により現れている。干渉補間部２０および整合フィルタで信号処理された場合、整合フィルタのみで信号処理された場合に比べて、干渉が精度良く抑圧されているため、位相の変化が滑らかになっている。

図８（Ａ）は探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。図８（Ｂ）は、陸地除去の処理のみが行われた探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。図８（Ｃ）は、干渉補間部２０で信号処理された後、陸地除去の処理が行われた探知データＸ_ｎの絶対値を示す図である。ここで、図６と同様に、絶対値が一定値以上である領域を表示している。

陸地除去では探知データＸ_ｎの低周波成分を抑圧する。陸地除去の処理のみが行われた場合、位相のばらつきがあるため、陸地が十分に除去されていない。一方、干渉補間部２０で信号処理された後、陸地除去の処理が行われた場合、位相の変化が滑らかになっているため、陸地が精度良く除去されている。

第１の実施形態によると、補間データＰ_ｎ，ｋは、干渉発生前の等距離データＳ_{ｎ−ｍ，ｋ}に基づいて生成される。すなわち、補間データＰ_ｎ，ｋは干渉発生前の物標情報に基づいて生成される。このため、精度が良い補間データＰ_ｎ，ｋを得ることができる。そして、干渉データＩ_ｎ，ｋを補間データＰ_ｎ，ｋで置換することにより、探知データＸ_ｎの干渉を精度良く抑圧することができる。

また、探知データＸ_ｎの絶対値だけでなく位相についても、干渉発生前の物標情報に基づいて干渉を抑圧する。これにより、エコー信号の振幅情報および位相情報を失うことなく、干渉を抑圧することができる。このため、後段の信号処理で、エコー信号の振幅情報および位相情報を利用することができる。

１０…レーダ装置
１１…アンテナ
１２…送受信切換部
１３…送信部
１４…受信部
１５…信号処理部
１６…表示部
１８…記憶部
１９…干渉検出部
２０…干渉補間部
２１…補間データ生成部
２２…データ置換部
２３…ローパスフィルタ
２４…物標データ生成部
２５…フィルタ処理部

Claims (6)

1. 探知データおよび補間データに基づいて、干渉の影響が抑圧された物標データを生成する物標探知装置であって、
   前記干渉が発生している位置を前記探知データから検出する干渉検出部と、
   前記干渉が検出された位置における干渉発生前の探知データに基づいて、前記補間データを生成する補間データ生成部と、
   前記干渉が検出された位置の前記探知データを前記補間データで置換することにより、前記物標データを生成する物標データ生成部とを備える物標探知装置。
2. 請求項１に記載の物標探知装置であって、
   前記補間データ生成部はデータ置換部とフィルタとを有し、
   前記データ置換部は、前記干渉が検出された位置の前記探知データを前記干渉発生前の探知データで置換することにより、第１中間データを生成し、
   前記フィルタは、前記第１中間データの高周波成分を抑圧することにより、第２中間データを出力し、
   前記物標データ生成部は、前記干渉が検出された位置の前記第２中間データを前記補間データとする、物標探知装置。
3. 請求項２に記載の物標探知装置であって、
   前記探知データは距離方向および方位方向に配列され、
   距離が一定である領域の前記第１中間データが、前記フィルタに入力される、物標探知装置。
4. 請求項２または３に記載の物標探知装置であって、
   前記フィルタはローパスフィルタである、物標探知装置。
5. 探知信号を送信する送信部と、
   前記探知信号に対するエコー信号を受信して、前記探知データを生成する受信部と、
   請求項１ないし４のいずれかの物標探知装置とを備える、レーダ装置。
6. 探知データおよび補間データに基づいて、干渉の影響が抑圧された物標データを生成する物標探知方法であって、
   前記干渉が発生している位置を前記探知データから検出する工程と、
   前記干渉が検出された位置における干渉発生前の探知データに基づいて、前記補間データを生成する工程と、
   前記干渉が検出された位置の前記探知データを前記補間データで置換することにより、前記物標データを生成する工程とを備える物標探知方法。

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