WO2020031506A1 - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

信号処理装置及び信号処理方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020031506A1
WO2020031506A1 PCT/JP2019/023743 JP2019023743W WO2020031506A1 WO 2020031506 A1 WO2020031506 A1 WO 2020031506A1 JP 2019023743 W JP2019023743 W JP 2019023743W WO 2020031506 A1 WO2020031506 A1 WO 2020031506A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
point
spectrum
candidate
echo
signal processing
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/023743
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
洋 酒巻
生也 柿元
松田　知也
尚道 中溝
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2019568113A priority Critical patent/JP6746811B2/ja
Priority to EP19846660.9A priority patent/EP3835825A4/en
Priority to US17/263,893 priority patent/US11892535B2/en
Publication of WO2020031506A1 publication Critical patent/WO2020031506A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/534—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi based upon amplitude or phase shift resulting from movement of objects, with reference to the surrounding clutter echo signal, e.g. non coherent MTi, clutter referenced MTi, externally coherent MTi
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Definitions

  • the present invention relates to a signal processing device and a signal processing method for performing signal processing of an observation device (measurement device) that uses waves such as electromagnetic waves and sound waves to measure the distance and speed of a remotely located target or object. .
  • an observation device using waves such as electromagnetic waves and sound waves as a device for measuring the distance and speed of a remotely located target or object.
  • a pulse Doppler technique using a radar device, a lidar (lightwave radar) device, a soda (sonic wave radar) device, or the like is known.
  • Some pulse Doppler techniques use or remove echoes outside the basic sweep period (outside the range of distance measurements).
  • a radar device particularly, a pulse Doppler radar device
  • the application of the signal processing device and the signal processing method according to the present application is not limited to the radar device.
  • the pulse Doppler technology is also used in observation devices (measurement devices) such as weather radar devices that use a target as precipitation particles (raindrops).
  • observation devices such as weather radar devices that use a target as precipitation particles (raindrops).
  • a meteorological radar device emits pulsed electromagnetic waves into space, receives reflected waves scattered by meteorological particles (precipitation particles), which are targets in the space, and performs signal processing on the received signal to perform target processing. , Intensity (power), Doppler velocity, spectrum width, and the like.
  • an observation method for measuring the distance and velocity of a remotely located target or object by using an observation device (measurement device) is to perform pulse modulation on a transmission wave and perform transmission and reception between pulses. The distance is calculated from the time difference. Further, a target Doppler frequency (Doppler velocity) can be calculated by performing frequency analysis on the received signal sampled at the pulse repetition cycle. Further, the observation device (measurement device) can accurately measure the target by removing unnecessary waves.
  • a terrain echo is more or less received.
  • the side lobes may be captured on a nearby terrain.
  • the terrain echo is mixed, two peaks due to the terrain and precipitation appear on the Doppler spectrum, and the terrain echo not only apparently shifts the Doppler velocity of precipitation (weather echo) to zero, but also has a prominent power. Therefore, the intensity (electric power), that is, the intensity of rainfall is also overestimated. Therefore, it is necessary to remove the terrain echo.
  • the process of removing the terrain echo is generally called MTI (Moving @ Target @ Indicator).
  • Non-Patent Document 1 A method of removing the vicinity of Doppler velocity 0 on the Doppler spectrum, and further interpolating the removal area with surrounding signals to recover the weather echo near Doppler velocity 0 suppressed together with the terrain echo (for example, Non-Patent Document 1 See).
  • the Gaussian shape that is the source of a terrain echo and a weather echo is generally defined by three parameters such as amplitude, average, and variance (standard deviation).
  • the Gaussian fitting for optimizing has a problem that the calculation amount and the calculation time are long.
  • a low level is required. The more the amount of operation (operation time), the better.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and a signal capable of extracting an interpolation point for restoring a target echo (weather echo) in a short time by narrowing a parameter search space.
  • the present invention relates to a processing device and a signal processing method.
  • the pulse wave is repeatedly transmitted to the space, and the spectrum of the terrain echo is removed from the Doppler spectrum derived from the received signal of the reflected wave of the reflected pulse wave, From the Doppler spectrum from which the spectrum of the terrain echo has been removed, a plurality of candidate points of the spectrum of the target echo are extracted, and a plurality of removal points of the spectrum of the terrain echo removed from the Doppler spectrum and the candidate point. Determining a positional relationship and extracting a point where the spectrum of the target echo is missing by removing the spectrum of the terrain echo from the positional relationship between the removed point and the candidate point in the frequency axis direction, as an interpolation point. It is characterized by the following.
  • a signal processing apparatus capable of extracting an interpolation point for restoring a target echo from a positional relationship between a terrain echo spectrum removal point and a target echo spectrum candidate point. And a signal processing method.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of a weather radar device to which the signal processing device according to Embodiments 1 and 2 of the present invention is applied.
  • 4 is a flowchart of a signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • 4 is a flowchart of a signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a Doppler spectrum of a received signal in the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating terrain echo removal and target echo (weather echo) restoration in the signal processing device and the signal processing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between a terrain echo removal point and a target echo (weather echo) candidate point in the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between a terrain echo removal point and a target echo (weather echo) candidate point in the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between a terrain echo removal point and a target echo (weather echo) candidate point in the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between a terrain echo removal point and a target echo (weather echo) candidate point in the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between a terrain echo removal point and a target echo (weather echo) candidate point in the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between a terrain echo removal point and a target echo (weather echo) candidate point in the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a relationship between a terrain echo removal point and a target echo (weather echo) candidate point in the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a pulse wave is repeatedly transmitted to a space, and a signal processing device that performs signal processing on a Doppler spectrum derived from a received signal of a reflected wave of a reflected pulse wave, and a pulse wave is repeatedly transmitted to a space and reflected.
  • the Doppler spectrum derived from the received signal of the reflected wave of the pulse wave From the Doppler spectrum derived from the received signal of the reflected wave of the pulse wave, the Doppler spectrum obtained by removing the terrain echo using the distribution function from the target echo spectrum and the terrain echo spectrum, which have the same distribution function, is processed.
  • a signal processing method In the embodiment, a case where an observation device (measurement device) to which the signal processing device and the signal processing method are applied is a weather radar device will be exemplarily described. Therefore, the target echo is a weather echo.
  • the distribution function is a Gaussian function.
  • the present application can be used for restoring weather echoes, and is preferably applied to terrain echo removal by Gaussian fitting on a spectrum which is also used in many terrain echo removal methods.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a weather radar device (observation device, measurement device) to which the signal processing device according to the first embodiment is applied.
  • the present application can be implemented with a configuration of a functional block different from that in FIG. That is, what is shown in FIG. 1 is an example of a block configuration.
  • the same reference numerals indicate the same or corresponding parts, and detailed description thereof may be omitted.
  • a weather radar device to which the signal processing device according to the first embodiment is applied includes a transmission unit 1, a transmission / reception switching unit 2, an antenna unit 3 (antenna unit 3), a reception unit 4, and a signal processing unit 5 (signal processing unit).
  • the unit 5 includes a signal processing device according to the present application). These can be said to be the weather radar devices according to the first embodiment.
  • the observation device (measuring device) according to the first embodiment includes a transmission unit 1, a transmission / reception switching unit 2, an antenna unit 3 (antenna unit 3) or an optical scanner unit 3 or a sound wave speaker unit 3, a reception unit 4, It can be said that the processing unit 5 (the signal processing device according to the present application) is provided.
  • the antenna unit 3 (antenna unit 3), the optical scanner unit 3, or the sound wave speaker unit 3 can be said to be a wave transmitting / receiving unit 3.
  • the transmission / reception of such a wave transmission / reception unit 3 may be separate.
  • the transmission unit 1 generates a reference signal as a source of a transmission wave, and performs pulse modulation on the reference signal, phase modulation such that the initial phase changes for each transmission, frequency conversion, and amplification.
  • the transmission / reception switching unit 2 outputs a pulse wave which is a transmission wave generated by the transmission unit 1 to the antenna unit 3 and takes in a reception wave from the antenna unit 3.
  • the antenna unit 3 radiates a pulse wave to a space as a transmission wave, and acquires a radio wave (reflection wave) arriving after being reflected by an object existing in the space as a reception wave (reflection wave).
  • the receiving unit 4 receives the reception wave received by the antenna unit 3 and passed through the transmission / reception switching unit 2, converts the frequency, amplifies the reception wave, and detects the reception wave to thereby receive a reception signal (a reception signal of a reflected wave of a pulse wave). Is generated and sent to the signal processing unit 5.
  • the signal processing device 5 is the signal processing device according to the first embodiment.
  • the signal processing device 5 includes a spectrum calculation unit 7, a terrain echo suppression unit 8, a weather echo restoration unit 11 (target echo restoration unit 11), and a spectrum parameter estimation unit 15 (target echo restoration unit 15). At least one of the spectrum calculation unit 7 and the spectrum parameter estimation unit 15 (target echo restoration unit 15) may be provided outside the signal processing device 5.
  • FIG. 1 illustrates a case where both the spectrum calculation unit 7 and the spectrum parameter estimation unit 15 are outside the portion of the signal processing device 5 surrounded by the dotted line.
  • the signal processing device 5 sends at least one of a weather echo candidate point (referred to as a candidate point), a terrain echo point (referred to as a removal point), an interpolation point, and a restored target echo spectrum to the outside.
  • a weather echo candidate point referred to as a candidate point
  • a terrain echo point referred to as a removal point
  • an interpolation point a restored target echo spectrum
  • the display unit 6 is a display device such as a liquid crystal display that displays the candidate points, the elimination points, the interpolation points, and the restored target echo output from the signal processing device 5.
  • the display unit 6 may display a spectrum parameter input from the signal processing unit 5 (spectrum parameter estimation unit 15) described later by a predetermined method.
  • the spectrum calculation unit 7 performs a Fourier transform on the reception signal generated by the reception unit 4 to generate a Doppler spectrum.
  • the terrain echo suppression unit 8 includes a terrain echo estimation unit 9 and a terrain echo removal unit 10.
  • the terrain echo estimating unit 9 estimates a terrain echo from a Doppler spectrum derived from a received signal of a reflected pulse wave.
  • the estimation by the terrain echo estimating unit 9 preferably estimates the spectral distribution of the terrain echo by fitting to the Doppler spectrum generated by the spectrum calculating unit 7.
  • the terrain echo removal unit 10 removes Doppler spectrum points included in the spectrum distribution of the terrain echo estimated by the terrain echo estimation unit 9.
  • the weather echo restoration unit 11 includes a weather echo candidate point extraction unit 12 (candidate point extraction unit 12), a weather echo clutter superimposition determination unit 13 (determination unit 13), and a weather echo reproduction unit. 14 (target echo reproducing unit 14).
  • the weather echo candidate point extracting unit 12 extracts a plurality of weather echo candidate points from the Doppler spectrum.
  • the extraction by the weather echo candidate point extraction unit 12 is performed by inputting the Doppler spectrum after the terrain echo removal output from the terrain echo suppression unit 8 (the terrain echo removal unit 10), and converting the spectral points having a predetermined noise level or higher into the weather echo. Is preferably extracted as a candidate point.
  • a weather echo clutter superimposition determining unit 13 (determining unit 13) is estimated by a terrain echo estimating unit 9 and has a positional relationship between a plurality of removal points of a spectrum of a terrain echo removed from the Doppler spectrum and a plurality of candidate points. Is determined.
  • the determination of the positional relationship by the weather echo clutter superimposition determination unit 13 is performed by inputting the removal point estimated by the terrain echo estimation unit 9 and the candidate point extracted by the weather echo candidate point extraction unit 12 and superimposing and adjoining both. It is preferable to determine whether or not there is.
  • the weather echo reproducing unit 14 is configured to reproduce a weather echo (spectrum) based on the weather echo clutter position information (position information of a removal point) output from the weather echo clutter superimposition determination unit 13. Reproduces a meteorological echo spectrum by fitting using candidate points. If there is no need to reproduce, the removal point is replaced with 0 or a value of a predetermined noise level.
  • the weather echo reproducing unit 14 (the target echo reproducing unit 14) includes an interpolation point extracting unit 14a and a removal point processing unit 14b.
  • the interpolation point extraction unit 14a extracts a point where the spectrum of the weather echo is lacking by removing the spectrum of the terrain echo from the positional relationship between the removal point and the candidate point as the interpolation point.
  • the elimination point processing unit 14b replaces the level of the elimination point with zero or the noise level of the Doppler spectrum.
  • the signal processing device includes only the operation up to the extraction of the interpolation point by the interpolation point extraction unit 14a.
  • a spectrum parameter estimating unit 15 detects a weather echo spectrum from the Doppler spectrum input from the weather echo restoring unit 11 (weather echo reproducing unit 14), and obtains an intensity as a spectrum parameter. (Power), Doppler velocity, and spectrum width are calculated by estimation. That is, the spectrum parameter estimating unit 15 restores the spectrum of the weather echo (target echo) at the position of the interpolation point. Specifically, the spectrum parameter estimating unit 15 restores the interpolation point suppressed by the terrain echo from the positional relationship between the candidate point and the removal point.
  • FIG. 2 (b) is obtained by adding the processing of the spectrum parameter estimating unit 15 and the elimination point processing unit 14b to the steps (ST103 and ST103) in the steps of the signal processing method according to the first embodiment.
  • the same reference numerals indicate the same or corresponding parts, and detailed description thereof may be omitted.
  • the candidate point extraction step (ST101) is a process in which the pulse wave is repeatedly transmitted to the space and the shape of the same distribution function is obtained from the Doppler spectrum derived from the received signal of the reflected wave of the reflected pulse wave. And extracting a plurality of candidate points of the weather echo spectrum from the Doppler spectrum obtained by removing the terrain echo spectrum using the distribution function from the weather echo spectrum and the terrain echo spectrum. Since the candidate points are extracted from the removal points, the process ends if there are no removal points. That is, when there is no removal point, there is no suppression of the weather echo due to the terrain echo, and there is no need to restore. If there is no candidate point even if there is a removal point, the process ends. That is, when there is no candidate point, there is a terrain echo, but there is no suppression of the weather echo by the terrain echo.
  • the positional relationship determination step (ST102) is a step of determining the positional relationship between a plurality of elimination points of the spectrum of the terrain echo removed from the Doppler spectrum and a plurality of candidate points. If the removal point and the candidate point are not adjacent to each other, the process ends. In other words, there is a terrain echo, but there is no suppression of the weather echo by the terrain echo, so there is no need to restore it.
  • the interpolation point extraction step (ST103) is a step of extracting, as an interpolation point, a point where the spectrum of the weather echo is missing by removing the spectrum of the terrain echo from the positional relationship between the removal point and the candidate point.
  • the interpolation point restoration step (ST103) is a step of restoring the spectrum of the target echo at the position of the interpolation point.
  • the removal point processing step (ST104) is a step of replacing the level of the removal point with a noise level of zero or a Doppler spectrum when there is no candidate point.
  • the level of the removal point of the portion other than the restored target echo spectrum or the portion of the target echo to be restored other than the spectrum is replaced with a noise level of zero or a Doppler spectrum. Step.
  • the horizontal axis indicates the frequency axis direction (frequency direction, Doppler direction, velocity direction) of the Doppler spectrum
  • the vertical axis indicates the power axis direction (power direction) of the Doppler spectrum.
  • the principle of the terrain echo suppression unit 8 and the weather echo restoration unit 11 shown in FIG. 1 is that the terrain echo spectrum and the weather echo spectrum each have a Gaussian-type spectrum shape, and the spectrum of the received signal output from the spectrum calculation unit 7 is expressed by the following equation. This is based on the assumption that it can be expressed as (1).
  • S ( ⁇ ) represents the entire spectrum of the received signal
  • the first term of equation (1) is a terrain echo component
  • S C terrain echo (peak) power
  • ⁇ C terrain echo spectrum width
  • the second term of the equation (1) is a weather echo component
  • SW is the weather echo (peak) power
  • ⁇ W is the weather echo (average) Doppler velocity (the terrain echo is an average Doppler velocity near zero).
  • ⁇ W represents the weather echo spectrum width
  • the third term ⁇ in equation (1) represents noise power (component).
  • FIG. 4 schematically shows the spectrum of the received signal.
  • 4A shows the entire spectrum
  • FIG. 4B shows the terrain echo component
  • FIG. 4C shows the weather echo component
  • FIG. 4D shows the noise component.
  • Vn is the Nyquist speed.
  • FIG. 5 shows a terrain echo and a weather echo modeled with a Gaussian type spectrum.
  • the terrain echo represents a process of estimating and removing (suppressing)
  • the weather echo represents a process of estimating and reproducing (restoring). .
  • FIG. 5 (a) corresponds to FIG. 4 (a) and shows the entire spectrum.
  • the spectrum of the terrain echo and the spectrum of the weather echo are modeled into a Gaussian type shown by a thick solid line as shown in the figure, and the noise level is set to a constant value as shown by the thick solid line in the figure.
  • FIG. 5B shows a state in which the spectral points included in the terrain echo spectrum (broken line in the figure) have been removed, and the removed points are marked with x as shown in the figure.
  • FIG. 5B shows a state in which the spectral points included in the terrain echo spectrum (broken line in the figure) have been removed, and the removed points are marked with x as shown in the figure.
  • 5C shows a situation in which a point (candidate point) at or above the noise level is extracted, the spectrum of the weather echo is set in accordance with the candidate point, and the spectral point at the position of the removal point is newly interpolated.
  • a white circle is a candidate point of a weather echo spectrum
  • a black circle is an interpolation point.
  • a terrain echo spectrum is set for the spectrum (entire) (ST1).
  • the terrain echo is a reflection from the ground or a mountain, and does not greatly change depending on environmental conditions. Therefore, the spectrum width ⁇ C can be a predetermined fixed value.
  • Unknown parameter is the only peak power S C in ground clutter spectra, this value may be an average of several points value or Doppler velocity near zero Doppler velocity zero point of the original spectrum.
  • the terrain echo spectrum can be set without fitting (searching).
  • the spectral points included in the terrain echo spectrum set in ST1 are removed (ST2, FIG. 5B).
  • the presence or absence of the elimination point is checked (ST3), and if there is no spectral point included in the terrain echo spectrum, that is, if there is no elimination point, it means that there is no terrain echo.
  • ST3 the presence or absence of the elimination point is checked
  • ST4 a weather echo candidate point is extracted (ST4).
  • This candidate point is a point whose power is higher than a predetermined noise level.
  • the presence or absence of a candidate point is checked (ST5).
  • ST3, ST4, and ST5 correspond to ST101 shown in FIG.
  • ST6 corresponds to ST105 shown in FIG. That is, when it is determined in the candidate point extraction step (ST101) by the weather echo candidate point extraction unit 12 that there is no candidate point, the level of the removal point is replaced with zero or the noise level of the Doppler spectrum. If the candidate points appear sparsely (discontinuously) in the frequency (velocity) direction or appear in large numbers, it means that the set noise level is low, so the noise level is adjusted (increased).
  • the candidate point extraction step (ST101) by the weather echo candidate point extraction unit 12 when the candidate points are discontinuous with respect to the preset continuity in the frequency axis direction (frequency direction, Doppler direction, velocity direction). Or, when the number of candidate points is larger than a preset number, the noise level of the Doppler spectrum is increased to extract candidate points.
  • a maximum / minimum point on a frequency (speed) axis (horizontal axis in the drawing) of the candidate point is extracted, and a spectrum of a maximum / minimum section is extracted.
  • a threshold value is provided for the number of candidate points, and it can be determined by comparing with the threshold value.
  • the noise level adjustment if the appearance of the candidate points does not change, it is determined that the fluctuation range of the noise is large or the spectrum itself is abnormal, and the process proceeds to ST6. That is, in the candidate point extraction step (ST101) by the weather echo candidate point extraction unit 12, the noise level of the Doppler spectrum is compared with the noise level after the noise level is increased and before the noise level is increased. It is determined that there is no candidate point, and the process proceeds to ST6.
  • FIG. 6A is an example showing the entire spectrum
  • FIG. 6B is an example showing the positional relationship between the removal points and the candidate points on the frequency (speed) axis.
  • the removal point and the candidate point are adjacent to each other, and the distance is 1 (sample point).
  • the distance between the elimination point and the candidate point for example, the distance between the maximum point in the elimination point group and the minimum point in the candidate point group, and the minimum point in the elimination point group and the candidate point group It can be calculated by adopting the smaller one of the distances of the middle maximum points. However, as shown in FIG.
  • the candidate points may be widely distributed so as to include the removal points.
  • the extraction can be performed under the condition that the maximum point of the candidate points is larger than the maximum point of the removal points and the minimum point of the candidate points is smaller than the minimum point of the removal points.
  • the pitch between the candidate points and between the removal points (between the sample points) and the pitch between the extracted interpolation points are predetermined pitches. At this pitch, if the sequence of candidate points and the sequence of removal points are adjacent, or if the candidate point and the sequence of removal points are adjacent, the sequence of candidate points and the sequence of removal points are continuous, The point and the removal point are said to be continuous.
  • Step7 and ST8 correspond to ST102 shown in FIG. If they are not adjacent to each other, the spectrum of the weather echo will not be superimposed on the removal point, that is, it is considered that the fitting of the weather echo spectrum is unnecessary (FIGS. 7A and 7B). Then, interpolation is performed (ST6), and the processing is terminated. It is determined that the candidate point is adjacent when the value range of the candidate point includes the value range of the removal point.
  • the positional relationship is determined at intervals of a preset distance in the frequency axis direction, and whether the removal point and the candidate point are continuous is determined. Is determined. Then, in the candidate point extraction step (ST101) by the weather echo candidate point extraction unit 12, when the removal point and the candidate point are not continuous, it is determined that there is no candidate point.
  • ST9 corresponds to ST103 shown in FIG.
  • the type of parameter to be searched and the search method can be changed depending on the positional relationship between the removal point and the candidate point.
  • FIG. 8 shows a case of a positional relationship in which the range of candidate points includes the range of removed points.
  • the search range of ⁇ W can be, for example, the middle point of the candidate point group ⁇ 1 speed bin. 8A, the center of the candidate point indicates the position of the peak (Doppler velocity) of the weather echo spectrum.
  • FIG. 9 shows a case where the candidate point exists only on one side above or below the removal point.
  • the range of the unknown parameters of the weather echo spectrum is considered to be from the center of the point where the removal point and the candidate point are combined to the center of the value range of the candidate point, and the parameter is searched in this range.
  • FIG. 10 shows a case where the range of the candidate point includes the range of the elimination point as in FIG. 8, and in particular, a case where the center of the sample point obtained by combining the elimination point and the candidate point is in the candidate point group.
  • the unknown parameter [nu W weather echo spectrum is the central sample point of the combined removal point and the candidate point, and, S W can also be considered as the value of the spectral points. Therefore, [nu W the search range to the midpoint ⁇ 1 speed bin, for example the candidate point groups, S W may be an average value of the spectral points or adjacent spectral points.
  • the white arrow shown in FIG. 10A indicates the position of the peak (Doppler velocity) and the peak power of the weather echo spectrum at the center of the candidate point.
  • FIG. 11 shows a case where the candidate point exists only on one side of the elimination point, as in FIG. 9, and in particular, a case where the center of the sample point combining the elimination point and the candidate point is in the candidate point group.
  • the unknown parameter [nu W weather echo spectrum is the position of the maximum point of the candidate points, and, S W can also be considered as the value of the spectral points (maximum point).
  • the outline arrow shown in FIG. 11A indicates the position of the peak (Doppler velocity) and the peak power of the weather echo spectrum at the maximum candidate point.
  • the spectrum width ⁇ W can be, for example, the step width of the sample point of the Doppler spectrum.
  • the end condition of the weather echo spectrum parameter search in ST9 may be, for example, an upper limit of the number of searches set to a predetermined number, or a square error between a candidate point and a point corresponding to the set weather echo spectrum. Is minimized.
  • the removal points are interpolated using the corresponding points of the weather echo spectrum obtained in ST9 (ST10).
  • the signal processing device and the signal processing method according to the first embodiment exclude the points on the spectrum removed by the terrain echo suppression unit 8 and the points on the removed spectrum, and are equal to or more than a predetermined threshold.
  • the meteorological echo restoration unit 11 performs the meteorological echo restoration only when the points having the powers of the following are adjacent in the frequency axis direction. The details are as follows.
  • the spectrum parameter estimating unit 15 determines that if there is a removal point between candidate points in the frequency axis direction, the entire sequence of candidate points sandwiching the removal point The midpoint of is the point at which the spectrum of the weather echo becomes the maximum value, and the spectrum of the weather echo is restored including interpolation points whose values are unknown.
  • the weather echo restoring unit 11 sets the center of the remaining points on the spectrum equal to or higher than the predetermined power to the weather echo.
  • Weather echo reconstruction is performed as the peak position of the spectrum.
  • the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 1 when the candidate point exists only above or below the removal point, the presence range of the unknown parameter ⁇ W of the meteorological echo spectrum, the removal point and the candidate Since the range is limited from the center of the combined points to the center of the range of candidate points, the search space can be reduced, and the amount of calculation (time) can be reduced.
  • the sequence of candidate points and the sequence of removal points exist continuously in the frequency axis direction (in the interpolation point restoring step, ST103)
  • the spectrum of the weather echo is restored including the interpolation point whose value is unknown, with the maximum value as the maximum value of the spectrum of the weather echo.
  • the weather echo clutter superimposition determination unit 13 positional relationship determination step, ST102
  • points on the spectrum having a power equal to or higher than a predetermined power remaining after the processing by the terrain echo removal unit 10 are processed by the terrain echo removal unit 10. If it exists only in the Doppler velocity region higher than the removed spectral point or only in the lower Doppler velocity region, the center on the Doppler velocity of the remaining spectral power above the predetermined power
  • the weather echo restoring unit 11 interpolation point restoring step, ST103
  • the points on the spectrum removed after the processing by the terrain echo removing unit 10 are combined with the remaining points on the spectrum equal to or higher than the predetermined power.
  • Weather echo restoration is performed with the search range up to the center of the spectrum point.
  • the signal processing device and the signal processing method according to the first embodiment are arranged so that the range of the candidate point includes the range of the elimination point.
  • the center of the sample point combining the elimination point and the candidate point is included in the candidate point group.
  • the unknown parameter [nu W weather echo spectrum, the central combined sample point removal point and the candidate point, and, for the S W and the value of the spectral points can reduce the search space, the amount of computation (Time) can be reduced. That is, the spectrum parameter estimating unit 15 determines (in the interpolation point restoring step, ST103) that a removal point exists between the candidate points in the frequency axis direction, and a series of candidate points sandwiching the removal point in the frequency axis direction.
  • the midpoint candidate point spectral point is defined as the point of the maximum value of the meteorological echo spectrum, including the interpolation point whose value is unknown. Restore the spectrum.
  • the weather echo restoration unit 11 In (interpolation point restoring step, ST103), weather echo restoration is performed with the value of the center point of the points on the spectrum having a predetermined power or more remaining after the processing of the terrain echo removing unit 10 as the peak of the weather echo spectrum. I have.
  • the signal processing device and the signal processing method according to the first embodiment are arranged such that the candidate point exists only on one side of the removal point, and particularly, the center of the sample point combining the removal point and the candidate point is included in the candidate point group.
  • the unknown parameter ⁇ W of the weather echo spectrum is set to the position of the maximum point of the candidate point, and SW is set to the value of the spectral point (maximum point). (Time) can be reduced. That is, the spectrum parameter estimating unit 15 determines (in the interpolation point restoring step, ST103) that a series of candidate points and a series of removal points exist continuously in the frequency axis direction, and that the series of candidate points exist in the frequency axis direction.
  • the intermediate point candidate point spectral point is regarded as the maximum point of the weather echo spectrum, and the interpolation point whose value is unknown is determined. And restore the spectrum of the weather echo.
  • the weather echo clutter superimposition determination unit 13 positional relationship determination step, ST102
  • points on the spectrum having a power equal to or higher than a predetermined power remaining after the processing by the terrain echo removal unit 10 are processed by the terrain echo removal unit 10.
  • the center of the point on the spectrum that exists only in the Doppler velocity region higher than the point on the removed spectrum or only in the low Doppler velocity region and that remains above a predetermined power is the center of the removal point. If the value is outside the range, the peak of the weather echo exists in the remaining points, so that the weather echo restoring unit 11 (interpolation point restoring step, ST103) remains in advance after the processing by the terrain echo removing unit 10.
  • Weather echo restoration is performed with the maximum value of the points on the spectrum higher than the power as the peak of the weather echo spectrum. .
  • the signal processing device and the signal processing method according to the first embodiment may use the operation (processing) of the weather echo clutter superimposition determination unit 13 (positional relationship determination step, ST102) in combination. That is, an operation (process) for restoring the spectrum of the weather echo may be selected according to the conditions of the candidate points and the removal points. That is, the operation (processing) of the weather echo clutter superimposition determination unit 13 (positional relationship determination step, ST102) may be selected for each of a plurality of weather echoes obtained from the received signals obtained at the same timing.
  • the amount of calculation (time) can be reduced. That is, only when the elimination point and the candidate point are adjacent to each other in the frequency axis direction, the spectrum parameter is searched, so that the amount of calculation (time) can be reduced as compared with the full search.
  • the search range of the parameter can be narrowed by the phase relationship between the terrain echo and the weather echo (target) on the Doppler spectrum. It is possible to remove the terrain echo and restore the weather echo with a small amount of calculation (at high speed). In other words, the signal processing device and the signal processing method according to the first embodiment can remove the terrain echo and restore the weather echo (target echo).
  • the embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.
  • the scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射されたパルス波動の反射波の受信信号から導出されたドップラスペクトルを信号処理する信号処理装置（５）は、ドップラスペクトルから地形エコーのスペクトルを除去し、地形エコーのスペクトルが除去されたドップラスペクトルから、目標エコーのスペクトルの複数の候補点を抽出する。さらに、信号処理装置（５）は、ドップラスペクトルから除去される地形エコーのスペクトルの複数の除去点と候補点との位置関係を判定し、周波数軸方向における除去点と候補点との位置関係から、地形エコーのスペクトルの除去を行うことで目標エコーのスペクトルが欠ける点を補間点として抽出する。

Description

信号処理装置及び信号処理方法
　この発明は、遠隔に存在する目標や物体の距離及び速度を計測するために電磁波や音波などの波動を用いる観測装置（計測装置）の信号処理を行う信号処理装置及び信号処理方法に関するものである。
　従来、遠隔に存在する目標や物体の距離及び速度を計測するものとして、電磁波や音波などの波動を用いた観測装置（計測装置）がある。このような観測装置（計測装置）においては、レーダ装置、ライダー（光波レーダ）装置、ソーダ（音波レーダ）装置などを使ったパルスドップラの技術が知られている。パルスドップラの技術には、基本掃引周期外（距離計測範囲の外）エコーを使用するもの又は除去するものがある。以降は、レーダ装置（特に、パルスドップラレーダ装置）を観測装置の例として説明を行なうが、本願に係る信号処理装置及び信号処理方法の適用は、レーダ装置に限らない。また、パルスドップラの技術は、目標物を降水粒子（雨粒）とする気象レーダ装置などの観測装置（計測装置）にも使用されている。気象レーダ装置は、空間にパルス状の電磁波を放射するとともに、空間内の目標物である気象粒子（降水粒子）で散乱された反射波を受信し、受信信号に信号処理を施すことにより、対象の位置や、強度（電力）、ドップラ速度、スペクトル幅等を計測するものである。
　このように観測装置（計測装置）を使って、遠隔に存在する目標や物体の距離及び速度を計測するための観測方法（計測方法）は、送信波にパルス変調を施し、パルスの送受信間の時間差から距離を算出するものである。また、パルス繰り返し周期でサンプルされた受信信号に周波数解析を施すことにより、目標のドップラ周波数（ドップラ速度）を算出することができる。また、観測装置（計測装置）は、不要波を除去することで、目標を精度良く計測することができる。
　例えば、気象レーダ装置においては、３次元空間を高速かつ高密度に計測する要求があるが、水平に近い仰角で計測させると、多かれ少なかれ地形エコーが受信される。また仰角が、ある程度大きい場合でもサイドローブが近距離の地形に捉えられることがある。地形エコーが混入するとドップラスペクトル上には地形と降水による二つのピークが出現し、地形エコーは降水（気象エコー）のドップラ速度を見かけ上ゼロ方向にシフトさせるだけでなく、一般に突出した電力を持つことから強度（電力）すなわち雨量強度も過大評価させる。そのため、地形エコーを除去する必要がある。地形エコーを除去する処理は、一般に、ＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）と呼ばれる。
　地形エコーの信号は、ドップラ速度が０付近の低周波域に集中していることから、時系列位相差信号の低周波ろ過フィルタを用いて除去する手法（例えば、非特許文献１参照）や、ドップラスペクトル上でドップラ速度０付近を除去し、さらにその除去域を周辺の信号で補間することで地形エコーとともに抑圧されたドップラ速度０付近の気象エコーの回復を図る手法（例えば、非特許文献１参照）がある。
　また、地形エコーの除去及び気象エコーの復元を行う手法として、地形エコー及び気象エコーがドップラスペクトル上では共にガウス分布形状を成していることを利用し、ガウス分布当てはめ（以降、ガウシアンフィッティングと呼ぶ）を用いるものがある（例えば、特許文献１参照）。
米国特許第７，５８９，６６６号明細書
石原正仁、ドップラー気象レーダー、気象研究ノート第２００号、日本気象学会、ｐｐ．３０－３１、２００１．
　しかし、特許文献１に開示される方法は、地形エコーや気象エコーの元となるガウシアン形状は一般に、振幅、平均、分散（標準偏差）といった３つのパラメータで規定されるため、３つのパラメータを調整しながら最適化（最小２乗誤差最小化）を図るガウシアンフィッティングは演算量、演算時間が長いという課題がある。このように、受信信号から導出されたドップラスペクトルのうち、同じ分布関数の形状である目標エコー（気象エコー）のスペクトル及び地形エコーのスペクトルから、分布関数を用いて地形エコーを除去する場合、低演算量（演算時間）であればあるほどよい。
　この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、パラメータの探索空間を狭めて、目標エコー（気象エコー）を復元するための補間点を短時間で抽出することができる信号処理装置及び信号処理方法に関するものである。
　この発明に係る信号処理装置及び信号処理方法は、パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射された前記パルス波動の反射波の受信信号から導出されたドップラスペクトルから地形エコーのスペクトルを除去し、前記地形エコーのスペクトルが除去された前記ドップラスペクトルから、前記目標エコーのスペクトルの複数の候補点を抽出し、前記ドップラスペクトルから除去される前記地形エコーのスペクトルの複数の除去点と前記候補点との位置関係を判定し、周波数軸方向における前記除去点と前記候補点との位置関係から、前記地形エコーのスペクトルの除去を行うことで前記目標エコーのスペクトルが欠ける点を、補間点として抽出することを特徴とするものである。
　以上のように、この発明によれば、地形エコーのスペクトルの除去点と目標エコーのスペクトルの候補点との位置関係から、目標エコーを復元するための補間点を抽出することができる信号処理装置及び信号処理方法を得ることができる。
この発明の実施の形態１及び２に係る信号処理装置を適用した気象レーダ装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理方法のフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る信号処理方法のフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法における受信信号のドップラスペクトルの構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法における地形エコー除去、目標エコー（気象エコー）復元を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法における地形エコー除去点と目標エコー（気象エコー）候補点との関係を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法における地形エコー除去点と目標エコー（気象エコー）候補点との関係を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法における地形エコー除去点と目標エコー（気象エコー）候補点との関係を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法における地形エコー除去点と目標エコー（気象エコー）候補点との関係を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法における地形エコー除去点と目標エコー（気象エコー）候補点との関係を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法における地形エコー除去点と目標エコー（気象エコー）候補点との関係を示す模式図である。
　本願は、パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射されたパルス波動の反射波の受信信号から導出されたドップラスペクトルを信号処理する信号処理装置と、パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射されたパルス波動の反射波の受信信号から導出されたドップラスペクトルのうち、同じ分布関数の形状である目標エコーのスペクトル及び地形エコーのスペクトルから、分布関数を用いて地形エコーを除去したドップラスペクトルを信号処理する信号処理方法とに関するものである。実施の形態では、信号処理装置及び信号処理方法を適用する観測装置（計測装置）が気象レーダ装置の場合を例示的に説明する。そのため、目標エコーは気象エコーとなる。また、分布関数はガウス関数であるものを例示的に説明する。つまり、本願は、気象エコーの復元にも利用可能で、多くの地形エコー除去手法でも採用されているスペクトル上でのガウシアンフィッティングによる地形エコー除去に適用が好ましいものである。
　実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法については図１から図１１を用いて説明する。特に、実施の形態１に係る信号処理方法については図２及び図３を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る信号処理装置を適用した気象レーダ装置（観測装置、計測装置）の機能ブロック図である。図１とは異なる機能ブロックの構成でも本願は実施できる。つまり、図１に示すものは、一例のブロック構成である。本願の図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する場合がある。
　図１において、実施の形態１に係る信号処理装置を適用した気象レーダ装置は、送信部１、送受切替部２、空中線部３（アンテナ部３）、受信部４、信号処理部５（信号処理部５は、本願に係る信号処理装置に相当）を備えている。これらが、実施の形態１に係る気象レーダ装置といえる。換言すると、実施の形態１に係る観測装置（計測装置）は、送信部１、送受切替部２、空中線部３（アンテナ部３）又は光スキャナ部３或いは音波スピーカ部３、受信部４、信号処理部５（本願に係る信号処理装置）を備えているといえる。空中線部３（アンテナ部３）又は光スキャナ部３或いは音波スピーカ部３は、波動送出・受入部３といえる。このような波動送出・受入部３は送受が別体でもよい。
　図１において、送信部１は、送信波の元となる基準信号を発生し、基準信号にパルス変調、送信ごとに初期位相が変化するような位相変調、周波数変換、増幅を行うものである。送受切替部２は、送信部１で生成された送信波であるパルス波動を空中線部３へと出力するとともに、空中線部３から受信波を取り込むものである。空中線部３は、パルス波動を送信波として空間に放射するとともに、空間中に存在する物体で反射されて到来した電波（反射波動）を受信波（反射波）として取得するものである。受信部４は、空中線部３で受信して送受切替部２を経由した受信波を取り込み、周波数変換、増幅した後、受信波を検波することにより受信信号（パルス波動の反射波の受信信号）を生成し信号処理部５へ送るものである。
　図１において、信号処理装置５は、実施の形態１に係る信号処理装置である。信号処理装置５は、スペクトル算出部７、地形エコー抑圧部８、気象エコー復元部１１（目標エコー復元部１１）、スペクトルパラメータ推定部１５（目標エコー復元部１５）を有している。スペクトル算出部７及びスペクトルパラメータ推定部１５（目標エコー復元部１５）の少なくとも一方を信号処理装置５の外部に設けてもよい。図１では、スペクトル算出部７及びスペクトルパラメータ推定部１５の両方が信号処理装置５の点線で囲った部分の外部にある場合を例示している。また、信号処理装置５は、後述する気象エコー候補点（候補点と呼ぶ）、地形エコー点（除去点と呼ぶ）、補間点及び復元された目標エコーのスペクトルのうち、少なくとも一つを外部へ出力する。表示部６は、信号処理装置５から出力された候補点、除去点、補間点及び復元された目標エコーを表示する例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置である。表示部６は、後述する信号処理部５（スペクトルパラメータ推定部１５）から入力されたスペクトルパラメータを予め定められた方法で表示するようにしもてよい。
　図１において、スペクトル算出部７は、受信部４で生成された受信信号にフーリエ変換を施し、ドップラスペクトルを生成する。地形エコー抑圧部８は、地形エコー推定部９及び地形エコー除去部１０を有する。地形エコー推定部９は、反射されたパルス波動の反射波の受信信号から導出されたドップラスペクトルから地形エコーを推定するものである。地形エコー推定部９による推定は、スペクトル算出部７で生成されたドップラスペクトルに対して、地形エコーのスペクトル分布をフィッティングにより推定することが好ましい。地形エコー除去部１０は、地形エコー推定部９で推定された地形エコーのスペクトル分布に含まれるドップラスペクトルの点を除去する。
　図１において、気象エコー復元部１１（目標エコー復元部１１）は、気象エコー候補点抽出部１２（候補点抽出部１２）、気象エコークラッタ重畳判定部１３（判定部１３）及び気象エコー再現部１４（目標エコー再現部１４）を有している。気象エコー候補点抽出部１２（候補点抽出部１２）は、ドップラスペクトルから気象エコーの複数の候補点を抽出するものである。気象エコー候補点抽出部１２による抽出は、地形エコー抑圧部８（地形エコー除去部１０）から出力された地形エコー除去後のドップラスペクトルを入力とし、予め定められたイズレベル以上のスペクトル点を気象エコーの候補点として抽出することが好ましい。
　図１において、気象エコークラッタ重畳判定部１３（判定部１３）は地形エコー推定部９に推定され、ドップラスペクトルから除去される地形エコーのスペクトルの複数の除去点と複数の候補点との位置関係を判定するものである。気象エコークラッタ重畳判定部１３による位置関係の判定は、地形エコー推定部９で推定された除去点と気象エコー候補点抽出部１２で抽出された候補点を入力として、両者が重畳・隣接しているか否かを判定することが好ましい。
　図１において、気象エコー再現部１４は、気象エコークラッタ重畳判定部１３から出力された気象エコークラッタ位置情報（除去点の位置情報）に基づき、気象エコー（スペクトル）を再現する必要がある場合には候補点を用いてフィッティングにより、気象エコースペクトルを再現する。再現する必要がない場合には、除去点を０又は予め定められたノイズレベルの値に置き換えるものである。気象エコー再現部１４（目標エコー再現部１４）は、補間点抽出部１４ａ及び除去点処理部１４ｂを有している。補間点抽出部１４ａは、除去点と候補点との位置関係から、地形エコーのスペクトルの除去を行うことで気象エコーのスペクトルが欠ける点を、補間点として抽出するものである。除去点処理部１４ｂは、候補点抽出部１２が候補点は無いと判定したとき、除去点のレベルを零又はドップラスペクトルのノイズレベルに置き換えるものである。実施の形態１に係る信号処理装置は、補間点抽出部１４ａによる補間点の抽出までの動作だけのものも含む。
　図１において、スペクトルパラメータ推定部１５（目標エコー復元部１５）は、気象エコー復元部１１（気象エコー再現部１４）から入力されたドップラスペクトルから気象エコースペクトルを検出し、そのスペクトルパラメータである強度（電力）、ドップラ速度、スペクトル幅を推定により算出するものである。つまり、スペクトルパラメータ推定部１５は、補間点の位置における気象エコー（目標エコー）のスペクトルを復元するものである。詳しくは、スペクトルパラメータ推定部１５は、候補点と除去点との位置関係から、地形エコーによって抑圧された補間点を復元するものである。
　ここで、図２を用いて実施の形態１に係る信号処理方法のステップ（処理、処理ステップ、ＳＴ）を説明する。実施の形態１に係る信号処理方法は、実施の形態１に係る信号処理装置（信号処理部５）の処理に関するものである。図２（ｂ）は、実施の形態１に係る信号処理方法のステップにおいて、スペクトルパラメータ推定部１５及び除去点処理部１４ｂの処理もステップ（ＳＴ１０３及びＳＴ１０３）に加えたものである。本願の図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する場合がある。
　図２（ａ）において、候補点抽出ステップ（ＳＴ１０１）は、パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射されたパルス波動の反射波の受信信号から導出されたドップラスペクトルのうち、同じ分布関数の形状である気象エコーのスペクトル及び地形エコーのスペクトルから、分布関数を用いて地形エコーのスペクトルが除去されたドップラスペクトルから、気象エコーのスペクトルの複数の候補点を抽出するステップである。候補点は、除去点から抽出するため、除去点がない場合は終了する。つまり、除去点がない場合は、地形エコーによる気象エコーの抑圧が無い状態であるので復元する必要はない。また、除去点があった場合でも、候補点がない場合は終了する。つまり、候補点がない場合は、地形エコーはあるが、地形エコーによる気象エコーの抑圧が無い状態であるので復元する必要はない。
　図２（ａ）において、位置関係判定ステップ（ＳＴ１０２）は、ドップラスペクトルから除去される地形エコーのスペクトルの複数の除去点と複数の候補点との位置関係を判定するステップである。除去点と候補点とが隣接していない場合は終了する。つまり、地形エコーはあるが、地形エコーによる気象エコーの抑圧が無い状態であるので復元する必要はない。補間点抽出ステップ（ＳＴ１０３）は、除去点と候補点との位置関係から、地形エコーのスペクトルの除去を行うことで気象エコーのスペクトルが欠ける点を、補間点として抽出するステップである。
　図２（ｂ）において、補間点復元ステップ（ＳＴ１０３）は、補間点の位置における目標エコーのスペクトルを復元するステップである。除去点処理ステップ（ＳＴ１０４）は、候補点がない場合に除去点のレベルを零又はドップラスペクトルのノイズレベルに置き換えるステップである。また、除去点処理ステップ（ＳＴ１０４）は、復元された目標エコーのスペクトル以外の部分、又は、復元されるべき目標エコーのスペクトル以外の部分の除去点のレベルを零又はドップラスペクトルのノイズレベルに置き換えるステップである。
　次に、実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法の好適な構成を図３のフローチャートを用いて説明する。すなわち、実施の形態１に係る信号処理装置の主要部である信号処理部５内の地形エコー抑圧部８及び気象エコー復元部１１の好適な動作説明をする。図４から図１１は、地形エコー抑圧部８及び気象エコー復元部１１の詳細な処理を補足するものである。図４から図１１においては、横軸がドップラスペクトルの周波数軸方向（周波数方向、ドップラ方向、速度方向）を示しており、縦軸がドップラスペクトルの電力軸方向（電力方向）を示している。
　図１に示す地形エコー抑圧部８及び気象エコー復元部１１の原理は、地形エコースペクトル及び気象エコースペクトルが各々ガウシアン型のスペクトル形状を持ち、スペクトル算出部７から出力された受信信号のスペクトルが式（１）のように表すことができるという仮定に基づくものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　式（１）において、Ｓ（ν）は受信信号のスペクトル全体を表し、式（１）第一項は地形エコー成分であり、ＳＣは地形エコー（ピーク）電力、σＣは地形エコースペクトル幅を表し、式（１）第二項は気象エコー成分であり、ＳＷは気象エコー（ピーク）電力、νＷは気象エコー（平均）ドップラ速度（なお、地形エコーは平均ドップラ速度が０付近であるため表記していない）、σＷは気象エコースペクトル幅を表し、式（１）第三項ηは雑音電力（成分）を表している。
　図４は、受信信号のスペクトルを模式的に表したものである。図４（ａ）はスペクトル全体を、図４（ｂ）は地形エコー成分を、図４（ｃ）は気象エコー成分を、図４（ｄ）は雑音成分を、それぞれ示す。なお、Ｖｎはナイキスト速度である。また、図５は、地形エコー及び気象エコーをガウシアン型のスペクトルでモデル化し、地形エコーは推定・除去（抑圧）するプロセスを、気象エコーは推定・再現（復元）するプロセスを表したものである。
　図５（ａ）は、図４（ａ）に対応するものでスペクトル全体を示している。このとき、地形エコーのスペクトル及び気象エコーのスペクトルは、同図の通り太実線で示したガウシアン型にモデル化し、ノイズレベルも同図太実線のように一定値としている。図５（ｂ）は、地形エコースペクトル（同図破線）に含まれるスペクトル点を除去した状況を示し、除去点には同図の通り×印を付している。図５（ｃ）はノイズレベル以上の点（候補点）を抽出し、候補点に合わせて気象エコーのスペクトルを設定し、除去点の位置のスペクトル点を、新たに補間した状況を示している。同図において、白丸が気象エコースペクトルの候補点で、黒丸が補間点である。
　図３のフローチャートにおいて、まず、スペクトル（全体）に対して、地形エコースペクトルを設定する（ＳＴ１）。ここで、地形エコーは地面や山からの反射であり、環境条件によって大きく変わることは少ない。よって、スペクトル幅σＣは予め定められた固定値とすることができる。地形エコースペクトルにおける未知パラメータはピーク電力ＳＣのみとなるが、この値は元のスペクトルのドップラ速度０点の値又はドップラ速度０近傍の数点の平均値とすることができる。以上のように、地形エコースペクトルに対してはフィッティング（探索）することなく設定することができる。
　次に、ＳＴ１で設定した地形エコースペクトルに含まれるスペクトル点を除去する（ＳＴ２、図５（ｂ））。ここで、除去点の有無を調べ（ＳＴ３）、地形エコースペクトルに含まれるスペクトル点、すなわち、除去点がない場合は、地形エコーが存在しないということであり、地形エコー抑圧及び気象エコー復元をせずに終了する。ＳＴ３において除去点がある場合は、次に、気象エコー候補点を抽出する（ＳＴ４）。この候補点は予め定められたノイズレベルよりも電力が高い点である。ここで、候補点の有無を調べる（ＳＴ５）。ＳＴ３、ＳＴ４、ＳＴ５が図２に示すＳＴ１０１に相当する。
　ＳＴ５の処理において、候補点がない場合は、気象エコーがない、すなわち、除去点を気象エコースペクトルで補間する必要がないことを意味しており、除去点をノイズレベルの点又は零で補間する（ＳＴ６）。ＳＴ６が図２に示すＳＴ１０５に相当する。つまり、気象エコー候補点抽出部１２による候補点抽出ステップ（ＳＴ１０１）にて、候補点が無いと判定したとき、除去点のレベルを零又はドップラスペクトルのノイズレベルに置き換えている。なお、候補点が周波数（速度）方向にまばら（不連続）に、又は、多数出現する場合は設定したノイズレベルが低いことを意味しているためノイズレベルの調整（上昇）を行う。つまり、気象エコー候補点抽出部１２による候補点抽出ステップ（ＳＴ１０１）にて、候補点が周波数軸方向（周波数方向、ドップラ方向、速度方向）に予め設定された連続性に対して不連続のとき、又は、候補点が予め設定された数よりも多いときは、ドップラスペクトルのノイズレベルを上げて、候補点を抽出する。
　候補点がまばら（不連続）に出現しているか否かを調べるには、例えば、候補点の周波数（速度）軸（図面では横軸）上の最大最小点を抽出し、最大最小区間のスペクトルのサンプル点の個数と、出現した候補点の数を比較し、ほぼ同数であれば連続的、サンプル点の方が２倍以上多い場合は不連続と判定することができる。また、多数出現しているか否かを調べるには、候補点の個数に対して閾値を設け、当該閾値との比較により判定することができる。ノイズレベル調整の結果、候補点の出現の仕方が変わらなければ、ノイズの変動幅が大きい、又は、スペクトルそのものが異常と判定し、ＳＴ６へ移行する。つまり、気象エコー候補点抽出部１２による候補点抽出ステップ（ＳＴ１０１）にて、ドップラスペクトルのノイズレベルを上げた後と上げる前とを比較して、候補点の出現の仕方が変化しないときは、候補点が無いと判定して、ＳＴ６へ移行する。
　ＳＴ５において候補点がある場合は、次に、除去点と候補点の周波数（速度）軸上の距離を算出する（ＳＴ７）。図６（ａ）はスペクトル全体、図６（ｂ）は周波数（速度）軸上の除去点と候補点の位置関係を示す例である。図６（ｂ）の例では、除去点と候補点とは隣接しており、距離は１（サンプル点）である。除去点と候補点の距離を算出するには、例えば、除去点群の中の最大点と候補点群の中の最小点の距離、及び、除去点群の中の最小点と候補点群の中の最大点の距離のうち、小さい方を採用することで算出することができる。但し、図８に示すように候補点が除去点を包含するように広く分布する場合も考えられる。この場合は、候補点の最大点が除去点の最大点よりも大きく、かつ、候補点の最小点が除去点の最小点よりも小さい条件による抽出することができる。候補点間及び除去点間（サンプル点間）のピッチや抽出した補間点間のピッチは、予め定められたピッチである。このピッチにおいて、候補点の連なりと除去点の連なりとが隣り合う場合、又は、候補点と除去点とが隣り合う場合を、候補点の連なりと除去点の連なりとが連続する、又は、候補点と除去点とが連続するという。
　次に、除去点と候補点の距離（位置関係）を用いて隣接（連続）か否かを判定する（ＳＴ８）。ＳＴ７、ＳＴ８が図２に示すＳＴ１０２に相当する。隣接していない場合は除去点に気象エコーのスペクトルが重畳することはない、すなわち、気象エコースペクトルのフィッティングは不要と考えられることから（図７（ａ）（ｂ））、除去点をノイズレベルで、補間し（ＳＴ６）、終了する。なお、候補点の値域が除去点の値域を包含する場合も隣接と判定する。つまり、気象エコー候補点抽出部１２による候補点抽出ステップ（ＳＴ１０１）にて、周波数軸方向に予め設定された距離の間隔で位置関係を判定し、除去点と候補点とが連続しているかどうかを判定する。そして、気象エコー候補点抽出部１２による候補点抽出ステップ（ＳＴ１０１）は、除去点と候補点とが連続していないときは、候補点が無いと判定する。
　ＳＴ８において、隣接している場合（図７（ｃ））は、補間点として抽出できるので、それらの補間点から、気象エコースペクトルの再現、すなわち、フィッティングによるパラメータ探索を行う（ＳＴ９）。ＳＴ９が図２に示すＳＴ１０３に相当する。なお、除去点と候補点の位置関係によって、探索するパラメータの種類や探索方法を変えることができる。図８は、候補点の値域が除去点の値域を包含するような位置関係の場合である。この場合は、気象エコースペクトルの未知パラメータνＷは候補点の中央に存在すると考えられ、νＷの探索範囲を例えば候補点群の中点±１速度ビンとすることができる。図８（ａ）に示す白抜きの矢印は、候補点の中央が気象エコースペクトルのピーク（ドップラ速度）の位置を指している。
　図９は、候補点が除去点の上側又は下側一方にのみ存在する場合である。この場合は、気象エコースペクトルの未知パラメータの存在範囲は、除去点と候補点を合わせた点の中央から、候補点の値域の中央までと考えられ、この範囲でパラメータを探索する。
　図１０は、図８と同様に候補点の値域が除去点の値域を包含する場合で、特に、除去点と候補点を合わせたサンプル点の中央が候補点群内にある場合である。この場合は、気象エコースペクトルの未知パラメータνＷは、除去点と候補点を合わせたサンプル点の中央であり、かつ、ＳＷもそのスペクトル点の値と考えることができる。よって、νＷの探索範囲を例えば候補点群の中点±１速度ビンに、ＳＷはそのスペクトル点又は隣接するスペクトル点の平均値とすることができる。図１０（ａ）に示す白抜きの矢印は、候補点の中央が気象エコースペクトルのピーク（ドップラ速度）かつピーク電力の位置を指している。
　図１１は、図９と同様に候補点が除去点の片側一方にのみ存在する場合で、特に、除去点と候補点を合わせたサンプル点の中央が候補点群内にある場合である。この場合は、気象エコースペクトルの未知パラメータνＷは、候補点の最大点の位置であり、かつ、ＳＷもそのスペクトル点（最大点）の値と考えることができる。図１１（ａ）に示す白抜きの矢印は、候補点の最大点が気象エコースペクトルのピーク（ドップラ速度）かつピーク電力の位置を指している。
　ＳＴ８の結果、ＳＴ９（ＳＴ１０３）及びＳＴ１０（ＳＴ１０４）における気象エコースペクトルのパラメータ探索において、スペクトル幅σＷは、例えばドップラスペクトルのサンプル点の刻み幅とすることができる。ＳＴ９における気象エコースペクトルのパラメータ探索の終了条件は、例えば、探索回数の上限を予め設定して定められた回数とする、又は、候補点と設定した気象エコースペクトルと対応する点との２乗誤差が最小とすることを条件とすることができる。最後に、除去点をＳＴ９で求めた気象エコースペクトルの該当する点を用いて補間する（ＳＴ１０）。
　よって、実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法は、地形エコー抑圧部８によって除去されたスペクトル上の点と、除去されたスペクトル上の点を除き、かつ、予め定められた閾値以上の電力を持つ点が、周波数軸方向において隣接する場合にのみ、気象エコー復元部１１において気象エコー復元を行うものである。詳しくは次の通りである。
　実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法は、候補点の値域が除去点の値域を包含するような位置関係の場合は、気象エコースペクトルの未知パラメータνＷは候補点の中央に設定するため、探索空間を削減でき、演算量（時間）を低減することができる。つまり、スペクトルパラメータ推定部１５が（補間点復元ステップ，ＳＴ１０３にて）、周波数軸方向において候補点と候補点の間に、除去点が存在するときは、除去点を挟んだ候補点の連なり全体の中点が、気象エコーのスペクトルの最大値となる点として、値が未知の補間点を含めて、気象エコーのスペクトルを復元する。
　すなわち、気象エコークラッタ重畳判定部１３（位置関係判定ステップ，ＳＴ１０２）において、地形エコー除去部１０の処理後に残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点の値域が、地形エコー除去部１０の処理後に除去されたスペクトル上の点の値域を包含する場合は、気象エコー復元部１１（補間点復元ステップ，ＳＴ１０３）において、残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点の中央を気象エコースペクトルのピーク位置として気象エコー復元を行っている。
　実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法は、候補点が除去点の上側又は下側一方にのみ存在する場合は、気象エコースペクトルの未知パラメータνＷの存在範囲を、除去点と候補点を合わせた点の中央から、候補点の値域の中央までに限定するため、探索空間を削減でき、演算量（時間）を低減することができる。つまり、スペクトルパラメータ推定部１５が（補間点復元ステップ，ＳＴ１０３にて）、周波数軸方向において候補点の連なりと除去点の連なりとが連続して存在しているとき、候補点の連なりの中で、最大値のものを気象エコーのスペクトルの最大値として、値が未知の補間点を含めて、気象エコーのスペクトルを復元する。
　すなわち、気象エコークラッタ重畳判定部１３（位置関係判定ステップ，ＳＴ１０２）において、地形エコー除去部１０の処理後に残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点が、地形エコー除去部１０の処理後に除去されたスペクトル上の点よりも高いドップラ速度領域のみに存在する、又は、低いドップラ速度領域にのみ存在する場合は、残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点のドップラ速度上の中央から、気象エコー復元部１１（補間点復元ステップ，ＳＴ１０３）において、地形エコー除去部１０の処理後に除去されたスペクトル上の点と残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点とを合わせたスペクトル点の中央までの間を探索範囲として気象エコー復元を行っている。
　実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法は、候補点の値域が除去点の値域を包含する場合で、特に、除去点と候補点を合わせたサンプル点の中央が候補点群内にある場合は、気象エコースペクトルの未知パラメータνＷを、除去点と候補点を合わせたサンプル点の中央とし、かつ、ＳＷをそのスペクトル点の値とするため、探索空間を削減でき、演算量（時間）を低減することができる。つまり、スペクトルパラメータ推定部１５が（補間点復元ステップ，ＳＴ１０３にて）、周波数軸方向において候補点の間に、除去点が存在し、かつ、周波数軸方向において除去点を挟んだ候補点の連なり全体の中点が、候補点の一つのときは、中点となる候補点のスペクトル点を、気象エコーのスペクトルの最大値となる点として、値が未知の補間点を含めて、気象エコーのスペクトルを復元する。
　すなわち、気象エコークラッタ重畳判定部１３（位置関係判定ステップ，ＳＴ１０２）において、地形エコー除去部１０の処理後に残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点の値域が、地形エコー除去部１０の処理後に除去されたスペクトル上の点の値域を包含する場合で、かつ、残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点の中央が除去点の値域外にある場合は、気象エコー復元部１１（補間点復元ステップ，ＳＴ１０３）において地形エコー除去部１０の処理後に残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点の中央の点の値を気象エコーのスペクトルのピークとして気象エコー復元を行っている。
　実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法は、候補点が除去点の片側一方にのみ存在する場合で、特に、除去点と候補点を合わせたサンプル点の中央が候補点群内にある場合は、気象エコースペクトルの未知パラメータνＷを、候補点の最大点の位置とし、かつ、ＳＷをそのスペクトル点（最大点）の値とすることから、探索空間を削減でき、演算量（時間）を低減することができる。つまり、スペクトルパラメータ推定部１５が（補間点復元ステップ，ＳＴ１０３にて）、周波数軸方向において候補点の連なりと除去点の連なりとが連続して存在し、かつ、周波数軸方向において候補点の連なり及び除去点の連なりによる連なり全体の中点が、候補点の一つのときは、中点となる候補点のスペクトル点を、気象エコーのスペクトルの最大値となる点として、値が未知の補間点を含めて、気象エコーのスペクトルを復元する。
　すなわち、気象エコークラッタ重畳判定部１３（位置関係判定ステップ，ＳＴ１０２）において、地形エコー除去部１０の処理後に残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点が、地形エコー除去部１０の処理後に除去されたスペクトル上の点よりも高いドップラ速度領域のみに存在する、又は、低いドップラ速度領域にのみ存在し、かつ、残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点の中央が除去点の値域外にある場合は、残存点中に気象エコーのピークが存在することから、気象エコー復元部１１（補間点復元ステップ，ＳＴ１０３）において、地形エコー除去部１０の処理後に残存する予め定められた電力以上のスペクトル上の点の最大の点の値を気象エコーのスペクトルのピークとして気象エコー復元を行っている。
　実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法は、これらの気象エコークラッタ重畳判定部１３（位置関係判定ステップ，ＳＴ１０２）の動作（処理）を併用してもよい。つまり、候補点及び除去点の条件によって、気象エコーのスペクトルを復元する動作（処理）を選択すればよい。つまり、同じタイミングで取得できた受信信号から得られた複数の気象エコーごとに、気象エコークラッタ重畳判定部１３（位置関係判定ステップ，ＳＴ１０２）の動作（処理）を選択すればよい。
　以上のように、実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法では、周波数軸方向における除去点と候補点の距離（位置関係）を用いて補間点を抽出するので、演算量（時間）を低減することができる。すなわち、周波数軸方向において除去点と候補点が隣接する場合にのみ、スペクトルパラメータを探索することから、全探索と比較し演算量（時間）を低減することができる。
　さらに、実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法では、補間点が抽出できるので、地形エコーと気象エコー（目標）のドップラスペクトル上での位相関係により、パラメータの探索範囲を絞ることが可能で、低演算量で（高速に）地形エコーの除去及び気象エコーの復元を行うことができる。換言すると、実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法は、地形エコーの除去及び気象エコー（目標エコー）の復元を行うことができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　送信部、２　送受信切替部、３　空中線部（アンテナ部、波動送出・受入部）、４　受信部、５　信号処理部、６　表示部、７　スペクトル算出部、８　地形エコー抑圧部、９　地形エコー推定部、１０　地形エコー除去部、１１　気象エコー復元部（目標エコー復元部）、１２　気象エコー候補点抽出部（候補点抽出部）、１３　気象エコークラッタ重畳判定部（判定部）、１４　気象エコー再現部（目標エコー再現部）、１４ａ　補間点抽出部、１４ｂ　除去点処理部、１５　スペクトルパラメータ推定部（目標エコー復元部）。

Claims (23)

  1. 　パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射された前記パルス波動の反射波の受信信号から導出されたドップラスペクトルを信号処理する信号処理装置において、
    　前記ドップラスペクトルから地形エコーを推定する地形エコー推定部と、
    　前記ドップラスペクトルから目標エコーの複数の候補点を抽出する候補点抽出部と、
    　前記地形エコー推定部に推定され、前記ドップラスペクトルから除去される前記地形エコーのスペクトルの複数の除去点と前記候補点との位置関係を判定する判定部と、
    　周波数軸方向における前記除去点と前記候補点との位置関係から、前記地形エコーのスペクトルの除去を行うことで前記目標エコーのスペクトルが欠ける点を、補間点として抽出する補間点抽出部とを備えた、信号処理装置。
  2. 　目標エコー復元部をさらに備え、
    　前記目標エコー復元部は、前記補間点の位置における前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項１に記載の信号処理装置。
  3. 　前記目標エコー復元部は、前記周波数軸方向において前記候補点と前記候補点の間に、前記除去点が存在するときは、前記除去点を挟んだ前記候補点の連なり全体の中点が、前記目標エコーのスペクトルの最大値となる点として、前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項２に記載の信号処理装置。
  4. 　前記目標エコー復元部は、前記周波数軸方向において前記候補点の連なりと前記除去点の連なりとが連続して存在しているとき、前記候補点の連なりの中で、最大値のものを前記目標エコーのスペクトルの最大値として、前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項２又は請求項３に記載の信号処理装置。
  5. 　前記目標エコー復元部は、前記周波数軸方向において前記候補点の間に、前記除去点が存在し、かつ、前記周波数軸方向において前記除去点を挟んだ前記候補点の連なり全体の中点が、前記候補点の一つのときは、前記中点となる前記候補点のスペクトル点を、前記目標エコーのスペクトルの最大値となる点として、前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の信号処理装置。
  6. 　前記目標エコー復元部は、前記周波数軸方向において前記候補点の連なりと前記除去点の連なりとが連続して存在し、かつ、前記周波数軸方向において前記候補点の連なり及び前記除去点の連なりによる連なり全体の中点が、前記候補点の一つのときは、前記中点となる前記候補点のスペクトル点を、前記目標エコーのスペクトルの最大値となる点として、前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
  7. 　前記候補点抽出部は、前記周波数軸方向において前記除去点と前記候補点とが連続していないとき、又は、前記ドップラスペクトルのノイズレベルを上げた後と上げる前とを比較して、前記候補点の出現の仕方が変化しないときは、前記候補点が無いと判定する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
  8. 　除去点処理部をさらに備え、
    　前記除去点処理部は、前記候補点抽出部が前記候補点は無いと判定したとき、前記除去点のレベルを零又は前記ドップラスペクトルのノイズレベルに置き換える、請求項７に記載の信号処理装置。
  9. 　前記信号処理装置は、前記候補点、前記除去点、前記補間点及び復元された前記目標エコーのスペクトルのうち、少なくとも一つを外部へ出力する、請求項２から請求項８のいずれか１項に記載の信号処理装置。
  10. 　前記目標エコーのスペクトル及び前記地形エコーのスペクトルは、同じ分布関数の形状を有し、
    　前記分布関数はガウス関数であり、前記目標エコーは気象エコーである、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の信号処理装置。
  11. 　パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射された前記パルス波動の反射波の受信信号から導出されたドップラスペクトルのうち、同じ分布関数の形状である目標エコーのスペクトル及び地形エコーのスペクトルから、前記分布関数を用いて前記地形エコーを除去した前記ドップラスペクトルを信号処理する信号処理方法において、
    　前記地形エコーのスペクトルが除去された前記ドップラスペクトルから、前記目標エコーのスペクトルの複数の候補点を抽出する候補点抽出ステップと、
    　前記ドップラスペクトルから除去される前記地形エコーのスペクトルの複数の除去点と前記候補点との位置関係を判定する位置関係判定ステップと、
    　周波数軸方向における前記除去点と前記候補点との位置関係から、前記地形エコーのスペクトルの除去を行うことで前記目標エコーのスペクトルが欠ける点を、補間点として抽出する補間点抽出ステップとを備えた、信号処理方法。
  12. 　補間点復元ステップをさらに備え、
    　前記補間点復元ステップは、前記補間点の位置における前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項１１に記載の信号処理方法。
  13. 　除去点処理ステップをさらに備え、
    　前記除去点処理ステップは、復元された前記目標エコーのスペクトル以外の部分の前記除去点のレベルを零又は前記ドップラスペクトルのノイズレベルに置き換える、請求項１２に記載の信号処理方法。
  14. 　前記補間点復元ステップは、前記周波数軸方向において前記候補点と前記候補点の間に、前記除去点が存在するときは、前記除去点を挟んだ前記候補点の連なり全体の中点が、前記目標エコーのスペクトルの最大値となる点として、前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項１２又は請求項１３に記載の信号処理方法。
  15. 　前記補間点復元ステップは、前記周波数軸方向において前記候補点の連なりと前記除去点の連なりとが連続して存在しているとき、前記候補点の連なりの中で、最大値のものを前記目標エコーのスペクトルの最大値として、前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の信号処理方法。
  16. 　前記補間点復元ステップは、前記周波数軸方向において前記候補点の間に、前記除去点が存在し、かつ、前記周波数軸方向において前記除去点を挟んだ前記候補点の連なり全体の中点が、前記候補点の一つのときは、前記中点となる前記候補点のスペクトル点を、前記目標エコーのスペクトルの最大値となる点として、前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項１２から請求項１５のいずれか１項に記載の信号処理方法。
  17. 　前記補間点復元ステップは、前記周波数軸方向において前記候補点の連なりと前記除去点の連なりとが連続して存在し、かつ、前記周波数軸方向において前記候補点の連なり及び前記除去点の連なりによる連なり全体の中点が、前記候補点の一つのときは、前記中点となる前記候補点のスペクトル点を、前記目標エコーのスペクトルの最大値となる点として、前記目標エコーのスペクトルを復元する、請求項１２から請求項１６のいずれか１項に記載の信号処理方法。
  18. 　前記候補点抽出ステップは、前記周波数軸方向に予め設定された距離の間隔で位置関係を判定し、前記除去点と前記候補点とが連続しているかどうかを判定する、請求項１１から請求項１７のいずれか１項に記載の信号処理方法。
  19. 　前記候補点抽出ステップは、前記周波数軸方向において前記除去点と前記候補点とが連続していないときは、前記候補点が無いと判定する、請求項１８に記載の信号処理方法。
  20. 　前記候補点抽出ステップは、前記周波数軸方向において前記候補点が周波数軸方向に予め設定された連続性に対して不連続のとき、又は、前記候補点が予め設定された数よりも多いときは、前記ドップラスペクトルのノイズレベルを上げて、前記候補点を抽出する、請求項１１から請求項１９のいずれか１項に記載の信号処理方法。
  21. 　前記候補点抽出ステップは、前記ドップラスペクトルのノイズレベルを上げた後と上げる前とを比較して、前記候補点の出現の仕方が変化しないときは、前記候補点が無いと判定する、請求項２０に記載の信号処理方法。
  22. 　前記候補点抽出ステップは、前記候補点が無いと判定したとき、前記除去点のレベルを零又は前記ドップラスペクトルのノイズレベルに置き換える、請求項１９又は請求項２１に記載の信号処理方法。
  23. 　前記分布関数はガウス関数であり、前記目標エコーは気象エコーである、請求項１１から請求項２２のいずれか１項に記載の信号処理方法。
PCT/JP2019/023743 2018-08-06 2019-06-14 信号処理装置及び信号処理方法 WO2020031506A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019568113A JP6746811B2 (ja) 2018-08-06 2019-06-14 信号処理装置及び信号処理方法
EP19846660.9A EP3835825A4 (en) 2018-08-06 2019-06-14 SIGNAL PROCESSING DEVICE AND SIGNAL PROCESSING METHOD
US17/263,893 US11892535B2 (en) 2018-08-06 2019-06-14 Signal processing apparatus and signal processing method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018147534 2018-08-06
JP2018-147534 2018-08-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020031506A1 true WO2020031506A1 (ja) 2020-02-13

Family

ID=69414701

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/023743 WO2020031506A1 (ja) 2018-08-06 2019-06-14 信号処理装置及び信号処理方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11892535B2 (ja)
EP (1) EP3835825A4 (ja)
JP (2) JP6746811B2 (ja)
WO (1) WO2020031506A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002131421A (ja) * 2000-10-24 2002-05-09 Mitsubishi Electric Corp レーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法
JP2002257933A (ja) * 2001-03-01 2002-09-11 Mitsubishi Electric Corp 気象レーダデータ処理装置
JP2006292476A (ja) * 2005-04-07 2006-10-26 Mitsubishi Electric Corp レーダ信号処理装置及びドップラ気象レーダ
US7589666B2 (en) 2004-12-30 2009-09-15 Vaisala, Inc. System and method for processing data in weather radar
JP2012018154A (ja) * 2010-06-11 2012-01-26 Toshiba Corp レーダ受信信号処理装置とその方法
JP2013205268A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Japan Radio Co Ltd レーダ信号処理装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005023787A1 (de) * 2005-05-19 2006-11-23 Selex Sistemi Intergrati Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Korrigieren von Wetterdaten sowie Computerprogrammprodukt
WO2010042757A1 (en) * 2008-10-09 2010-04-15 Colorado State University Research Foundation Gaussian model adaptive processing in the time domain
US9310480B2 (en) * 2013-05-08 2016-04-12 Jorn Sierwald Method and arrangement for removing ground clutter
JP6449595B2 (ja) * 2014-08-29 2019-01-09 古野電気株式会社 クラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002131421A (ja) * 2000-10-24 2002-05-09 Mitsubishi Electric Corp レーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法
JP2002257933A (ja) * 2001-03-01 2002-09-11 Mitsubishi Electric Corp 気象レーダデータ処理装置
US7589666B2 (en) 2004-12-30 2009-09-15 Vaisala, Inc. System and method for processing data in weather radar
JP2006292476A (ja) * 2005-04-07 2006-10-26 Mitsubishi Electric Corp レーダ信号処理装置及びドップラ気象レーダ
JP2012018154A (ja) * 2010-06-11 2012-01-26 Toshiba Corp レーダ受信信号処理装置とその方法
JP2013205268A (ja) * 2012-03-29 2013-10-07 Japan Radio Co Ltd レーダ信号処理装置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MASAHITO ISHIHARA: "Kisho Kenkyuu Note", 2001, METEOROLOGICAL SOCIETY OF JAPAN, article "Doppler Weather Radar", pages: 30 - 31
See also references of EP3835825A4
SIGGIA, A. D. ET AL.: "Gaussian model adaptive processing (GMAP) for improved ground clutter cancellation and moment calculation", PROCEEDINGS OF ERAD, 2004, pages 67 - 73, XP009130036, Retrieved from the Internet <URL:http://copernicus.org/erad/2004/online/ERAD04_P_67.pdf> [retrieved on 20190802] *

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2020031506A1 (ja) 2020-08-20
EP3835825A4 (en) 2021-09-29
JP6983960B2 (ja) 2021-12-17
EP3835825A1 (en) 2021-06-16
US20210231790A1 (en) 2021-07-29
JP6746811B2 (ja) 2020-08-26
JP2020177031A (ja) 2020-10-29
US11892535B2 (en) 2024-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6031267B2 (ja) 干渉検出装置、干渉除去器、レーダ装置、干渉検出方法および干渉検出用プログラム
EP2339369B1 (fr) Procédé de détection radar, notamment pour des radars aéroportés mettant en oeuvre une fonction de détection et d&#39;évitement d&#39;obstacles
CN108051812B (zh) 基于二维速度搜索的星载sar运动目标检测方法
JP6150474B2 (ja) ウィンドプロファイラにおける信号処理装置および信号処理方法
US9784827B2 (en) Foreign object debris detection system and method
JP2008014837A (ja) レーダ装置とその信号処理方法
JP5752481B2 (ja) パッシブレーダ装置、誘導装置及び電波検出方法
JP2012018155A (ja) レーダ受信信号処理装置とその方法
CN114325695A (zh) 一种基于旋转天线的雷达目标二维高分辨成像方法
WO2020031506A1 (ja) 信号処理装置及び信号処理方法
EP1812807B1 (fr) Procede de gestion de forme d &#39; onde utilisant une cartographie doppler par segmentation statistique
JP6695513B1 (ja) 信号処理装置及び信号処理方法
JP6656497B1 (ja) 信号処理装置及び信号処理方法
Radius et al. Phase Variant Analysis Algorithm for Azimuth Ambiguity Detection
EP1099958B1 (fr) Procédés et dispositifs associés de détermination de la forme d&#39;une antenne linéaire et de lever d&#39;ambiguité conique
CN108132460B (zh) 基于频域通道均衡的脉冲压缩补偿算法
JP3949489B2 (ja) レーダ装置
JP2003021680A (ja) レーダ波浪測定方法及び装置
Hongxing Stepped frequency chirp signal SAR imaging
Lim Method for Eliminating Spurious Signal from Deramped SAR Raw Data
KR101641129B1 (ko) x 밴드 레이더를 이용한 해류속도 및 연안 수심 측정 시스템 및 그 시스템을 이용한 해류속도 및 연안 수심 측정방법
CN118311528A (en) Distance speed decoupling method and device, electronic equipment and storage medium
JP2012173040A (ja) レーダ装置及び入射時間推定方法
JP2004101364A (ja) レーダ装置
JP2016224067A (ja) ウィンドプロファイラにおける信号処理装置および信号処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019568113

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19846660

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019846660

Country of ref document: EP

Effective date: 20210309