JPWO2020003459A1 - 目標検出装置、測角装置及びレーダ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1に開示されているFMCWレーダ装置では、ターゲットに反射された受信信号に含まれているサイドローブを低減するために、受信信号に窓関数を乗算するようにしている。
受信信号に乗算する窓関数は、複数のターゲットのピーク周波数が互いに接近している場合、分解能を向上させる第1の窓関数であり、複数のターゲットのピーク周波数が離れている場合、サイドローブを低減する第2の窓関数である。
しかし、複数の目標の間の相対距離が小さいときに、CFAR処理をドップラー周波数方向に実施すると、或る目標におけるドップラー周波数方向のサンプルセル内に、隣の目標の電力が漏れ込み、CFAR閾値を正しく算出できなくなることがある。
また、複数の目標の間の相対ドップラー周波数が小さいときに、CFAR処理をレンジ方向に実施すると、或る目標におけるレンジ方向のサンプルセル内に、隣の目標の電力が漏れ込み、CFAR閾値を正しく算出できなくなることがある。CFAR閾値を正しく算出できなければ、目標の誤検出を招く可能性が高くなる。
したがって、従来のレーダ装置では、CFAR閾値を正しく算出することができないために、CFAR処理を実施しても、目標の誤検出を招いてしまうことがあるという課題があった。
図1は、実施の形態1による目標検出装置10を含むレーダ装置を示す構成図である。
図2は、実施の形態1によるレーダ装置の送受信部1を示す構成図である。
図1及び図2において、送受信部1は、送信部2、送受切替器3、送受信アンテナ4及び受信部5を備えている。
送受信部1は、送信RF(Radio Frequency)信号を生成し、送信RF信号を電磁波として空間に放射した後、目標に反射された送信RF信号を受信RF信号として受信する。
発振器2aは、送信RF信号を発振し、送信RF信号をパルス変調器2bに出力する。
パルス変調器2bは、発振器2aから出力された送信RF信号をパルス変調し、パルス変調後の送信RF信号を送信機2cに出力する。
また、パルス変調器2bは、受信RF信号のダウンコンバート用の信号を受信機5aに出力する。
また、パルス変調器2bは、パルス圧縮に用いる信号として、参照信号をアナログデジタル変換器(以下、「A/D変換器」と称する)5bに出力する。
送信機2cは、パルス変調器2bから出力されたパルス変調後の送信RF信号の増幅処理等を実施して、パルス変調後の送信RF信号を送受切替器3に出力する。
送受信アンテナ4は、送受切替器3から出力された送信RF信号を電磁波として空間に放射するとともに、目標に反射された送信RF信号を受信RF信号として受信し、受信RF信号を送受切替器3に出力する。
受信機5aは、送受切替器3から出力された受信RF信号に対する増幅処理等などの受信処理を実施する。
また、受信機5aは、パルス変調器2bから出力されたダウンコンバート用の信号を用いて、受信RF信号の周波数をダウンコンバートする。
受信機5aは、周波数をダウンコンバートした受信信号をA/D変換器5bに出力する。
A/D変換器5bは、受信機5aから出力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を受信データとしてデータ格納部6に出力する。
A/D変換器5bは、パルス変調器2bから出力された参照信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、当該デジタル信号を参照データとしてデータ格納部6に出力する。
データ格納部6は、A/D変換器5bから出力された受信データ及び参照データのそれぞれを格納する記憶媒体である。
目標検出装置10は、データ格納部6により格納されている受信データ及び参照データのそれぞれを用いて、経過時間毎に、射出装置100から連続的に射出された複数の目標を検出する装置である。
射出装置100は、複数の目標を連続的に空間に射出する装置である。
射出装置100は、複数の目標の射出条件として、複数の目標の射出速度、射出角度及び射出時間間隔などを示す情報を目標検出装置10に出力する。
信号処理条件決定部11は、相対値算出部12、窓関数選択部13及び方向決定部14を備えている。
相対値算出部12は、例えば、図3に示す相対値算出回路31によって実現される。
相対値算出部12は、射出装置100から、複数の目標の射出条件を取得する。
相対値算出部12は、複数の目標の射出条件から、複数の目標の軌道を予測し、軌道の予測結果から、複数の目標の間の相対距離を算出する。
また、相対値算出部12は、複数の目標の射出条件から、複数の目標の間の相対ドップラー周波数を算出する。
レンジ窓関数選択部13aは、複数のレンジ窓関数の中から、相対値算出部12により算出された相対距離に対応するレンジ窓関数を選択し、選択したレンジ窓関数をパルス圧縮部21に出力する。
ドップラー窓関数選択部13bは、複数のドップラー窓関数の中から、相対値算出部12により算出された相対ドップラー周波数に対応するドップラー窓関数を選択し、選択したドップラー窓関数をマップ作成部22に出力する。
方向決定部14は、相対値算出部12により算出された相対距離と相対ドップラー周波数とに基づいて、レンジドップラーマップに対する一定誤警報率(CFAR:Constant False Alarm Rate)処理の実施方向を決定する。
方向決定部14は、決定した実施方向を目標検出部23に出力する。
パルス圧縮部21は、例えば、図3に示すパルス圧縮回路34によって実現される。
パルス圧縮部21は、データ格納部6により格納されている受信データに、レンジ窓関数選択部13aから出力されたレンジ窓関数を乗算する。
パルス圧縮部21は、データ格納部6により格納されている参照データを用いて、レンジ窓関数乗算後の受信データのパルス圧縮を実施し、パルス圧縮後の受信データをマップ作成部22に出力する。
マップ作成部22は、パルス圧縮部21から出力されたパルス圧縮後の受信データに、ドップラー窓関数選択部13bから出力されたドップラー窓関数を乗算する。
マップ作成部22は、ドップラー窓関数乗算後の受信データをヒット方向の周波数領域に変換することで、レンジドップラーマップを作成し、レンジドップラーマップを目標検出部23に出力する。
レンジドップラーマップは、複数の目標までの距離と複数の目標のドップラー周波数とを示す2次元データである。
目標検出部23は、例えば、図3に示す目標検出回路36によって実現される。
目標検出部23は、マップ作成部22から出力されたレンジドップラーマップから、複数の目標を検出する。
図4において、クラッタ抑圧処理部23aは、マップ作成部22により作成されたレンジドップラーマップに対して、方向決定部14により決定された方向にCFAR処理を実施することで、クラッタを抑圧する。
クラッタ抑圧処理部23aは、クラッタ抑圧後のレンジドップラーマップをピーク検出処理部23bに出力する。
ピーク検出処理部23bは、クラッタ抑圧処理部23aから出力されたレンジドップラーマップに含まれているピーク値を検出することで、複数の目標を検出する。
ここで、相対値算出回路31、窓関数選択回路32、方向決定回路33、パルス圧縮回路34、マップ作成回路35及び目標検出回路36は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして、コンピュータのメモリに格納される。コンピュータは、プログラムを実行するハードウェアを意味し、例えば、CPU(Central Processing Unit)、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、あるいは、DSP(Digital Signal Processor)が該当する。
図5は、目標検出装置10がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合のコンピュータのハードウェア構成図である。
目標検出装置10がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合、相対値算出部12、窓関数選択部13、方向決定部14、パルス圧縮部21、マップ作成部22及び目標検出部23の処理手順をコンピュータに実行させるためのプログラムがメモリ41に格納される。そして、コンピュータのプロセッサ42がメモリ41に格納されているプログラムを実行する。
図6は、目標検出装置10がソフトウェア又はファームウェアなどで実現される場合の処理手順を示すフローチャートである。
発振器2aは、送信RF信号sosc(τ)を発振し、送信RF信号sosc(τ)をパルス変調器2bに出力する。
図1に示すレーダ装置では、発振器2aが、送信RF信号sosc(τ)として、時間の経過に伴って周波数が変化するチャープ信号を発振するものとする。
時間の経過に伴って周波数が変化する送信RF信号sosc(τ)は、以下の式(1)のように表される。
式(1)において、Ampは、送信RF信号sosc(τ)の振幅、τは、レンジ方向の時間、Krは、チャープ率である。
パルス変調後の送信RF信号st(τ)は、以下の式(2)のように表される。
式(2)において、fcは、送信RF信号st(τ)の中心周波数である。
チャープ率Krは、以下の式(3)のように表される。
式(3)において、Bは、送信RF信号st(τ)の周波数帯域幅、Tpは、送信RF信号st(τ)を構成しているパルス信号のパルス幅である。
信号sdown(τ)は、以下の式(4)のように表される。
また、パルス変調器2bは、パルス圧縮部21がパルス圧縮に用いる信号として、参照信号sref(τ)をA/D変換器5bに出力する。
参照信号sref(τ)は、以下の式(5)に示すように、パルス変調後の送信RF信号st(τ)におけるチャープ成分の位相の複素共役がとられた信号である。
送受切替器3は、送信機2cから出力された送信RF信号st(τ)を送受信アンテナ4に出力することで、送受信アンテナ4から送信RF信号st(τ)を電磁波として空間に放射させる。
送受信アンテナ4から放射された送信RF信号st(τ)は、目標に反射されて、送受信アンテナ4に戻ってくる。
送受信アンテナ4は、目標に反射された送信RF信号st(τ)を受信RF信号sr(τ)として受信し、受信RF信号sr(τ)を送受切替器3に出力する。
或る1つの目標に反射された受信RF信号sr(τ)は、以下の式(6)のように表される。
式(6)において、Amp’は、受信RF信号sr(τ)の振幅であり、Amp>Amp’である。
τdは、送受信アンテナ4から送信RF信号st(τ)が放射されたのち、目標に反射されて、受信RF信号sr(τ)が送受信アンテナ4に戻ってくるまでの往復反射時間であり、以下の式(7)のように表される。
式(7)において、cは、電磁波の伝搬速度であり、R(τ)は、送受信アンテナ4から1つの目標までの距離である。
また、受信機5aは、パルス変調器2bから出力されたダウンコンバート用の信号sdown(τ)を用いて、受信処理後の受信RF信号の周波数をダウンコンバートする。
受信機5aは、周波数をダウンコンバートした受信信号をA/D変換器5bに出力する。
受信データsr0(n,h)は、以下の式(8)のように表される。
式(8)において、Amp’hは、受信データsr0(n,h)のヒット毎の振幅、Tpriは、パルス繰り返し周期(PRI)、nは、PRI内のサンプリング番号、Δtは、PRI内のサンプリング間隔である。
hは、ヒット番号、Hは、ヒット数であり、以下の式(9)のように表される。
式(9)において、floorは、(Tp/Tpri)で表される値の小数点を切り捨てる関数である。
式(8)に示す受信データsr0(τ,h)は、レンジ方向の時間τとヒット番号hとで表される2次元のデータとしてデータ格納部6に格納される。
参照データsref(n,h)は、以下の式(10)のように表される。
射出装置100は、射出条件を示す情報を相対値算出部12に出力する。
ここで、図7は、複数の目標の間の相対距離Δrと相対ドップラー周波数Δfdopとの関係を示す説明図である。
図7では、複数の目標がレーダ装置から近距離の位置に存在しているときの相対距離Δrと相対ドップラー周波数Δfdopとの関係を示している。また、図7では、複数の目標がレーダ装置から遠距離の位置に存在しているときの相対距離Δrと相対ドップラー周波数Δfdopとの関係を示している。
なお、複数の目標が、レーダ装置から近距離の位置に存在しているか、遠距離の位置に存在しているかにかかわらず、射出装置100から目標が出射される際の射出速度及び射出角度に応じて、相対距離Δr及び相対ドップラー周波数Δfdopは、共に変化する。
相対値算出部12は、複数の目標の射出条件に含まれている複数の目標の射出速度及び射出角度から、複数の目標の軌道を予測する。目標の軌道を予測する処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
相対値算出部12は、軌道の予測結果から複数の目標の間の相対距離Δrを算出する。
射出装置100から連続的に射出される複数の目標の射出時間間隔が射出条件に含まれているため、目標の軌道が分かれば、相対距離Δrは、容易に算出することができる。
また、相対値算出部12は、以下の式(11)に示すように、複数の目標の間の相対ドップラー周波数Δfdopを算出する。
式(11)において、λは、送信RF信号st(τ)の波長であり、v1−v2は、隣接する目標の間の相対の射出速度である。
相対値算出部12は、相対距離Δrをレンジ窓関数選択部13a及び方向決定部14のそれぞれに出力する。
また、相対値算出部12は、相対ドップラー周波数Δfdopをドップラー窓関数選択部13b及び方向決定部14のそれぞれに出力する。
以下、レンジ窓関数選択部13aによるレンジ窓関数wrの選択処理の具体例を説明する。
図8Aは、パルス圧縮部21が受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算する前の受信データsr0(n,h)のレンジ分解能、メインローブ及びサイドローブを示している。図8Bは、パルス圧縮部21が受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算した後の受信データsr(n,h)のレンジ分解能、メインローブ及びサイドローブを示している。
図8Bに示すサイドローブのレベルは、図8Aに示すサイドローブのレベルよりも低下している。したがって、パルス圧縮部21が受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算することで、受信データsr0(n,h)のサイドローブが抑圧される。
図8Bに示すメインローブは、図8Aに示すメインローブよりも広がっている。したがって、パルス圧縮部21が受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算することで、レンジ分解能がΔrresoからΔrreso,wに変化している。Δrreso<Δrreso,wである。
パルス圧縮部21がレンジ窓関数wrを乗算した後のレンジ分解能Δrreso,wは、以下の式(13)で表される。
式(13)において、αr,wは、レンジ窓関数wrを乗算した際のレンジ分解能Δrreso,wの補正係数である。
図9Aは、パルス圧縮部21が受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算する前の受信データsr0(n,h)のメインローブ及びサイドローブを示している。
図9B及び図9Cは、パルス圧縮部21が受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算した後の受信データsr(n,h)のメインローブ及びサイドローブを示している。
図9Cに示す受信データsr(n,h)に乗算されているレンジ窓関数wrの形状は、図9Bに示す受信データsr(n,h)に乗算されているレンジ窓関数wrの形状と比べて、振幅減衰が急峻である。
図9Cに示す受信データsr(n,h)に乗算されているレンジ窓関数wrは、適用区間の中心から両端にかけて振幅減衰が急峻な形状の窓関数である。振幅減衰が急峻な形状の窓関数としては、例えばブラックマンハリス窓のように、メインローブの広がりが大きいが、サイドローブの大幅な抑圧が期待できる窓関数が該当する。
受信データsr(n,h)のレンジ分解能Δrreso,wが、目標(1)と目標(2)のメインローブの間の相対距離Δrよりも大きくなるようなレンジ窓関数wrが選択された場合、互いのメインローブが干渉するため、位相のずれが生じて目標の検出精度が低下してしまう。
しかし、目標(1)と目標(2)がレーダ装置から近距離の位置に存在している場合、目標(1)と目標(2)の相対距離Δrは、比較的大きい。したがって、目標(1)と目標(2)がレーダ装置から近距離の位置に存在している場合、レンジ窓関数選択部13aが、振幅減衰が急峻な形状のレンジ窓関数wrを選択しても、互いのメインローブが干渉する可能性は低い。
図10Aは、パルス圧縮部21が受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算する前の受信データsr0(n,h)のメインローブ及びサイドローブを示している。
図10B及び図10Cは、パルス圧縮部21が受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算した後の受信データsr(n,h)のメインローブ及びサイドローブを示している。
図10Cに示す受信データsr(n,h)に乗算されているレンジ窓関数wrの形状は、図10Bに示す受信データsr(n,h)に乗算されているレンジ窓関数wrの形状と比べて、振幅減衰が急峻である。
図10Cに示す受信データsr0(n,h)に乗算されているレンジ窓関数wrは、適用区間の中心から両端にかけて振幅減衰が急峻な形状の窓関数である。
受信データsr(n,h)のレンジ分解能Δrreso,wが、目標(1)と目標(2)のメインローブの間の相対距離Δrよりも大きくなるようなレンジ窓関数wrが選択された場合、互いのメインローブが干渉するため、位相のずれが生じて目標の検出精度が低下してしまう。
目標(1)と目標(2)がレーダ装置から遠距離の位置に存在している場合、目標(1)と目標(2)の相対距離Δrは、比較的小さい。したがって、目標(1)と目標(2)がレーダ装置から遠距離の位置に存在している場合、レンジ窓関数選択部13aが、振幅減衰が急峻な形状のレンジ窓関数wrを選択すると、互いのメインローブが干渉する可能性が高い。
図10Cの例では、振幅減衰が急峻な形状のレンジ窓関数wrが選択されており、サイドローブが大きく低減されているが、互いのメインローブが干渉している。
互いのメインローブが干渉しない範囲で、サイドローブを出来るだけ低減するには、Δrreso,w<Δrを満たすレンジ窓関数wrの中で、レンジ分解能Δrreso,wが最も大きくなるレンジ窓関数wrを選択することが望ましい。
なお、カイザー窓など、窓関数の形状を特徴付けるパラメータの変更が可能な窓関数を用いる場合、パラメータを変更することで、Δrreso,w<Δrを満たすように、窓関数の形状を変更することが可能である。
レンジ窓関数選択部13aは、レンジ分解能Δrreso,wが相対距離Δrよりも小さいレンジ窓関数が存在していない場合、互いのメインローブが干渉してしまうため、レンジ窓関数wrを乗算しない旨をパルス圧縮部21に通知する。
あるいは、レンジ窓関数選択部13aは、図11に示すように、2つの目標(1)(2)におけるレンジ窓関数乗算後のそれぞれのNull点が、隣の目標(2)(1)のメインローブのピーク位置となるようなレンジ窓関数wrを選択する。当該レンジ窓関数wrを選択した場合、互いのメインローブの干渉は少なくなる。
図11は、レンジ分解能Δrreso,wが相対距離Δrよりも大きい場合でも、互いのメインローブの干渉が少ない例を示す説明図である。
レンジ窓関数選択部13aにより選択されるレンジ窓関数wrは、以下の式(15)で表される。
式(15)において、calcは、括弧内の条件を満足する窓関数を算出するための関数である。βrは、レンジ分解能Δrreso,wが相対距離Δrよりも小さくなるように、レンジ分解能Δrreso,wを調整するための係数である。
なお、係数βrは、Δrreso,w<Δrを満たす範囲で、レンジ窓関数乗算後のレンジ分解能Δrreso,wが最も大きくなるような係数であることが望ましい。
ドップラー窓関数選択部13bは、選択したドップラー窓関数wdopをマップ作成部22に出力する。
以下、ドップラー窓関数選択部13bによるドップラー窓関数wdopの選択処理の具体例を説明する。
式(16)において、Nhitはヒット数である。
マップ作成部22がドップラー窓関数wdopを乗算した後のドップラー周波数の分解能Δfdop,reso,wは、以下の式(17)で表される。
式(17)において、αdop,wは、ドップラー窓関数wdopを乗算した際のドップラー周波数の分解能Δfdop,reso,wの補正係数である。
そこで、ドップラー窓関数選択部13bは、以下の式(18)に示すように、事前に用意している複数のドップラー窓関数の中に、分解能Δfdop,reso,wが相対ドップラー周波数Δfdopよりも小さいドップラー窓関数が存在しているか否かを判定する。
あるいは、ドップラー窓関数選択部13bは、複数の目標におけるレンジ窓関数乗算後のそれぞれのNull点が、隣の目標のメインローブのピーク位置となるようなドップラー窓関数wdopを選択する。当該ドップラー窓関数wdopを選択した場合、互いのメインローブの干渉は少なくなる。
ドップラー窓関数選択部13bにより選択されるレンジ分解能Δrreso,wは、以下の式(19)で表される。
式(20)において、βdopは、ドップラー周波数の分解能Δfdop,reso,wが相対ドップラー周波数Δfdopよりも小さくなるように、分解能Δfdop,reso,wを調整するための係数である。
係数βdopは、Δfdop,reso,w<Δfdopを満たす範囲で、ドップラー窓関数乗算後の分解能Δfdop,reso,wが最も大きくなるような係数であることが望ましい。
calcは、括弧内の条件で窓関数を算出する関数である。
CFAR処理では、図12に示すように、目標の有無を判定する対象のセルであるテストセルの前後に存在している複数のサンプルセルにおける電力の平均値であるサンプルセル平均電力とCFAR係数を乗算することで、CFAR閾値を算出する。
次に、CFAR処理では、テストセルの電力とCFAR閾値とを比較し、テストセルの電力がCFAR閾値以上であれば、目標がテストセルに存在していると判定し、テストセルの電力がCFAR閾値未満であれば、目標がテストセルに存在していないと判定する。
CFAR処理では、図12に示すように、ガードセルを設けることで、CFAR閾値を算出する際に、サイドローブの電力の漏れ込みを防ぐことが可能である。
目標(1)と目標(2)は、互いの相対距離Δrが小さい場合がある。また、目標(1)と目標(2)は、互いの相対ドップラー周波数Δfdopが小さい場合がある。
相対距離Δrが小さいときに、CFAR処理をドップラー周波数方向に実施すると、図13に示すように、目標(1)のサンプルセルに隣の目標(2)の電力が漏れ込み、CFAR閾値を正しく算出できなくなることがある。
相対ドップラー周波数Δfdopが小さいときに、CFAR処理をレンジ方向に実施すると、同様に、CFAR閾値を正しく算出できなくなることがある。
相対距離Δrが、相対ドップラー周波数Δfdopよりも小さい場合、図14Bに示すように、CFAR処理をドップラー周波数方向に実施するよりも、レンジ方向に実施する方が、CFAR閾値を正しく算出できる可能性が高くなる。
図14は、相対距離Δr及び相対ドップラー周波数ΔfdopとCFAR処理の実施方向との関係を示す説明図である。
図14Aは、相対ドップラー周波数Δfdopが相対距離Δrよりも小さい場合のCFAR処理の実施方向を示し、図14Bは、相対距離Δrが相対ドップラー周波数Δfdopよりも小さい場合のCFAR処理の実施方向を示している。
式(20)において、Δrbinは、規格化後の相対距離である。
方向決定部14は、以下の式(21)に示すように、相対ドップラー周波数Δfdopをドップラー周波数の分解能Δfdop,reso,wで規格化する。
式(21)において、Δfdop,binは、規格化後の相対ドップラー周波数である。
方向決定部14は、規格化後の相対距離Δrbinが規格化後の相対ドップラー周波数Δfdop,binよりも大きければ(図6のステップST3:Yesの場合)、CFAR処理の実施方向をドップラー周波数方向に決定する(図6のステップST4)。
方向決定部14は、規格化後の相対距離Δrbinが規格化後の相対ドップラー周波数Δfdop,bin以下であれば(図6のステップST3:Noの場合)、CFAR処理の実施方向をレンジ方向に決定する(図6のステップST5)。
方向決定部14は、決定した実施方向を目標検出部23に出力する。
パルス圧縮部21は、レンジ窓関数選択部13aからレンジ窓関数wrを受けると、以下の式(22)に示すように、受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算する(図6のステップST6)。
パルス圧縮部21は、レンジ窓関数選択部13aからレンジ窓関数wrを乗算しない旨の通知を受けているときは、以下の式(23)に示すように、受信データsr0(n,h)にレンジ窓関数wrを乗算しない。
パルス圧縮部21は、パルス圧縮後の受信データsrfm(n,h)をマップ作成部22に出力する。
即ち、パルス圧縮部21は、受信データsr(n,h)及び参照データsref(n,h)のそれぞれを周波数領域の信号に変換する。
次に、パルス圧縮部21は、受信データsr(n,h)の周波数領域信号と、参照データsref(n,h)の周波数領域信号とを複素乗算することで、チャープ成分を除去する。
そして、パルス圧縮部21は、複素乗算した信号を時間領域の信号に変換することで、パルス圧縮後の受信データsrfm(n,h)を得る。
マップ作成部22は、ドップラー窓関数選択部13bからドップラー窓関数wdopを乗算しない旨の通知を受けているときは、以下の式(26)に示すように、受信データsrfm(n,h)にドップラー窓関数wdopを乗算しない。
式(26)において、Hfftは、ヒット方向のFFTデータ点数である。
なお、受信データsrfm,w(n,h)をヒット方向の周波数領域に変換する方法としては、受信データsrfm,w(n,h)をヒット方向に高速フーリエ変換する方法が考えられる。
また、受信データsrfm,w(n,h)をヒット方向に離散フーリエ変換する方法又は受信データsrfm,w(n,h)をヒット方向にチャープz変換する方法が考えられる。
マップ作成部22は、レンジドップラーマップs2D(n,k)を目標検出部23に出力する。
図14Aの例では、クラッタ抑圧処理部23aが、レンジドップラーマップs2D(n,k)に対して、ドップラー周波数方向のCFAR処理を実施している。
図14Bの例では、クラッタ抑圧処理部23aが、レンジドップラーマップs2D(n,k)に対して、レンジ方向のCFAR処理を実施している。
クラッタ抑圧処理部23aは、CFAR処理後のレンジドップラーマップs2D,CFAR(n,k)をピーク検出処理部23bに出力する。
実施の形態1のレーダ装置では、目標検出装置10を備えている。
実施の形態2では、測角装置60を備えているレーダ装置について説明する。
図16は、実施の形態2によるレーダ装置の送受信部50を示す構成図である。
図17は、実施の形態2による測角装置60のハードウェアを示すハードウェア構成図である。
図15から図17において、図1から図3と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
送受信部50は、送信部2、M(Mは1以上の整数)個の送受切替器3−1〜3−M、M個の送受信アンテナ4−1〜4−M及び受信部5を備えている。
送受信部50は、送信RF信号を生成し、送信RF信号を電磁波として空間に放射した後、目標に反射された送信RF信号を受信RF信号として受信する。
送受信部50が、M個の送受切替器3−1〜3−Mと、M個の送受信アンテナ4−1〜4−Mとを備えることで、例えば、アダプティブアレーアンテナとして使用することが可能になる。
目標検出部23のピーク検出処理部23bは、複数の目標を検出すると、複数の目標のそれぞれの位相を抽出し、それぞれの位相を測角部24に出力する。
測角部24は、例えば、図17に示す測角回路37によって実現される。
測角部24は、ピーク検出処理部23bから出力された位相を用いて、モノパルス測角方式などの測角処理を実施することで、複数の目標を測角する。
図1に示すレーダ装置では、送受信部1が備える送受信アンテナ4の数が1つであるため、A/D変換器5bから、式(8)に示すような受信データsr0(n,h)がデータ格納部6に出力されている。
式(28)において、mは、送受信アンテナ4−1〜4−Mのアンテナ番号、Mは、送受信アンテナ4−1〜4−Mの個数、dは、送受信アンテナ4−1〜4−Mの間隔、θは、送受信アンテナ4−1〜4−Mに対する目標の角度である。
パルス圧縮部21は、データ格納部6から受信データsr0(n,h,m)及び参照データsref(n,h,m)を取得する。
パルス圧縮部21は、レンジ窓関数選択部13aからレンジ窓関数wrを受けると、以下の式(29)に示すように、受信データsr0(n,h,m)にレンジ窓関数wrを乗算する。
パルス圧縮部21は、レンジ窓関数選択部13aからレンジ窓関数wrを乗算しない旨の通知を受けているときは、以下の式(30)に示すように、受信データsr0(n,h,m)にレンジ窓関数wrを乗算しない。
パルス圧縮部21は、パルス圧縮後の受信データsrfm(n,h,m)をマップ作成部22に出力する。
即ち、パルス圧縮部21は、受信データsr(n,h,m)及び参照データsref(n,h,m)のそれぞれを周波数領域の信号に変換する。
次に、パルス圧縮部21は、受信データsr(n,h,m)の周波数領域信号と、参照データsref(n,h,m)の周波数領域信号とを複素乗算することで、チャープ成分を除去する。
そして、パルス圧縮部21は、複素乗算した信号を時間領域の信号に変換することで、パルス圧縮後の受信データsrfm(n,h,m)を得る。
マップ作成部22は、ドップラー窓関数選択部13bからドップラー窓関数wdopを乗算しない旨の通知を受けているときは、以下の式(33)に示すように、受信データsrfm(n,h,m)にドップラー窓関数wdopを乗算しない。
なお、受信データsrfm,w(n,h,m)をヒット方向の周波数領域に変換する方法としては、受信データsrfm,w(n,h,m)をヒット方向に高速フーリエ変換する方法が考えられる。
また、受信データsrfm,w(n,h,m)をヒット方向に離散フーリエ変換する方法又は受信データsrfm,w(n,h,m)をヒット方向にチャープz変換する方法が考えられる。
マップ作成部22は、レンジドップラーマップs2D(n,k,m)を目標検出部23に出力する。
クラッタ抑圧処理部23aは、CFAR処理後のレンジドップラーマップs2D,CFAR(n,k,m)をピーク検出処理部23bに出力する。
ピーク検出処理部23bは、複数の目標を検出すると、複数の目標のそれぞれの位相を抽出し、それぞれの位相を測角部24に出力する。
測角部24は、複数の目標の測角値を射出装置100に出力する。
測角部24は、モノパルス測角方式の測角処理を実施する場合、以下の式(35)に示す和信号Σと、以下の式(36)に示す差信号Δとを用いて、以下の式(37)に示す角度誤差電圧εを算出する。
Uiは、送受信アンテナ4−1〜4−Mのうちの他の1つの送受信アンテナの受信RF信号についてのレンジドップラーマップにおけるi番目の目標信号である。例えば、他の1つの送受信アンテナが、送受信アンテナ4−(m+1)であれば、Giは、レンジドップラーマップs2D(n,k,m+1)におけるi番目の目標信号である。
Ψは、目標信号Giと目標信号Uiとの位相差である。
式(40)において、nθは、複数の目標の測角値番号、Nθは、複数の目標の測角値の個数である。
また、測角部24が複数の目標の測角値の平均値θバーを算出することで、複数の目標の測角値の標準偏差σθは、以下の式(42)のように表される。
測角部24は、複数の目標の測角値の平均値θバーを射出装置100に出力する。
射出装置100は、測角部24から測角値の平均値θバーを受けると、例えば、測角値の平均値θバーと、複数の目標の射出角度との差分を算出する。
そして、射出装置100は、算出した差分に基づいて、複数の目標の射出角度を補正する。
また、この発明は、目標を測角する測角装置に適している。
Claims (14)
- 複数の目標に反射された電磁波の受信信号から、前記複数の目標までの距離と前記複数の目標のドップラー周波数とを示すレンジドップラーマップを作成するマップ作成部と、
前記複数の目標の間の相対距離と前記複数の目標の間の相対ドップラー周波数とに基づいて、前記レンジドップラーマップに対する一定誤警報率処理の実施方向を決定する方向決定部と、
前記マップ作成部により作成されたレンジドップラーマップに対する一定誤警報率処理を前記方向決定部により決定された方向に実施することで、前記レンジドップラーマップに含まれているクラッタを抑圧し、クラッタ抑圧後のレンジドップラーマップから、前記複数の目標を検出する目標検出部と
を備えた目標検出装置。 - 前記目標検出部は、
前記方向決定部により決定された方向がレンジ方向であれば、前記レンジドップラーマップに対する一定誤警報率処理をレンジ方向に実施することで、前記レンジドップラーマップに含まれているクラッタを抑圧し、
前記方向決定部により決定された方向がドップラー周波数方向であれば、前記レンジドップラーマップに対する一定誤警報率処理をドップラー周波数方向に実施することで、前記レンジドップラーマップに含まれているクラッタを抑圧することを特徴とする請求項1記載の目標検出装置。 - 複数のレンジ窓関数の中から、前記相対距離に対応するレンジ窓関数を選択し、複数のドップラー窓関数の中から、前記相対ドップラー周波数に対応するドップラー窓関数を選択する窓関数選択部と、
前記複数の目標に反射された電磁波の受信信号に前記窓関数選択部により選択されたレンジ窓関数を乗算し、レンジ窓関数乗算後の受信信号のパルス圧縮を行うパルス圧縮部とを備え、
前記マップ作成部は、前記パルス圧縮部によりパルス圧縮された受信信号に前記窓関数選択部により選択されたドップラー窓関数を乗算し、ドップラー窓関数乗算後の受信信号から、前記レンジドップラーマップを作成することを特徴とする請求項1記載の目標検出装置。 - 前記複数の目標を射出する射出装置における前記複数の目標の射出条件から、前記相対距離及び前記相対ドップラー周波数のそれぞれを算出する相対値算出部を備えたことを特徴とする請求項1記載の目標検出装置。
- 前記窓関数選択部は、前記複数のレンジ窓関数の中から、前記相対距離が大きいほど、前記レンジ窓関数乗算後の受信信号におけるメインローブの広がりが大きくなるレンジ窓関数を選択することを特徴とする請求項1記載の目標検出装置。
- 前記窓関数選択部は、前記複数のドップラー窓関数の中から、前記相対ドップラー周波数が大きいほど、前記ドップラー窓関数乗算後の受信信号におけるメインローブの広がりが大きくなるドップラー窓関数を選択することを特徴とする請求項1記載の目標検出装置。
- 前記マップ作成部は、前記ドップラー窓関数乗算後の受信信号をヒット方向の周波数領域に変換することで、前記レンジドップラーマップを作成することを特徴とする請求項3記載の目標検出装置。
- 前記マップ作成部は、前記ドップラー窓関数乗算後の受信信号をヒット方向に高速フーリエ変換することで、当該受信信号をヒット方向の周波数領域に変換することを特徴とする請求項7記載の目標検出装置。
- 前記マップ作成部は、前記ドップラー窓関数乗算後の受信信号をヒット方向に離散フーリエ変換することで、当該受信信号をヒット方向の周波数領域に変換することを特徴とする請求項7記載の目標検出装置。
- 前記マップ作成部は、前記ドップラー窓関数乗算後の受信信号をヒット方向にチャープz変換することで、当該受信信号をヒット方向の周波数領域に変換することを特徴とする請求項7記載の目標検出装置。
- 複数の目標に反射された電磁波の受信信号から、前記複数の目標までの距離と前記複数の目標のドップラー周波数とを示すレンジドップラーマップを作成するマップ作成部と、
前記複数の目標の間の相対距離と前記複数の目標の間の相対ドップラー周波数とに基づいて、前記レンジドップラーマップに対する一定誤警報率処理の実施方向を決定する方向決定部と、
前記マップ作成部により作成されたレンジドップラーマップに対する一定誤警報率処理を前記方向決定部により決定された方向に実施することで、前記レンジドップラーマップに含まれているクラッタを抑圧し、クラッタ抑圧後のレンジドップラーマップから、前記複数の目標を検出して、前記複数の目標のそれぞれの位相を抽出する目標検出部と、
前記目標検出部により抽出された位相から、前記複数の目標を測角する測角部と
を備えた測角装置。 - 前記測角部は、前記複数の目標の測角値の平均値を算出することを特徴とする請求項11記載の測角装置。
- 電磁波を複数の目標に向けて放射したのち、前記複数の目標に反射されて戻ってきた前記電磁波を受信し、前記電磁波の受信信号を出力する送受信部と、
前記送受信部から出力された受信信号から、前記複数の目標までの距離と前記複数の目標のドップラー周波数とを示すレンジドップラーマップを作成するマップ作成部と、
前記複数の目標の間の相対距離と前記複数の目標の間の相対ドップラー周波数とに基づいて、前記レンジドップラーマップに対する一定誤警報率処理の実施方向を決定する方向決定部と、
前記マップ作成部により作成されたレンジドップラーマップに対する一定誤警報率処理を前記方向決定部により決定された方向に実施することで、前記レンジドップラーマップに含まれているクラッタを抑圧し、クラッタ抑圧後のレンジドップラーマップから、前記複数の目標を検出する目標検出部と
を備えたレーダ装置。 - 前記目標検出部は、前記複数の目標のそれぞれの位相を抽出し、
前記目標検出部により抽出された位相から、前記複数の目標を測角する測角部を備えたことを特徴とする請求項13記載のレーダ装置。
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