WO2022029865A1 - 信号処理装置、レーダ及びレーダ信号処理方法 - Google Patents

信号処理装置、レーダ及びレーダ信号処理方法 Download PDF

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健太郎 磯田
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    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Definitions

  • the disclosed technology relates to a signal processing device, a radar, and a radar signal processing method.
  • HF radar a radar using an HF charged wave of 3 to 30 MHz
  • Non-Patent Document 1 shows that it is possible to observe moving objects such as ships and aircraft traveling on the sea by using two HF radar systems installed at positions about 70 km apart from each other.
  • the HF radar system shown in Non-Patent Document 1 observes an aircraft, which is a high-speed moving object, based on a radar observation signal in accordance with the Constant False-Alarm-Rate algorithm (hereinafter referred to as “CFAR”).
  • CFAR Constant False-Alarm-Rate algorithm
  • Non-Patent Document 1 discloses that a mode of short-time coherent integration is applied, and a reflected echo from an aircraft can be observed even on a range Doppler map in a short-time coherent integration mode of 8 seconds.
  • Non-Patent Document 1 discloses a technique for observing a moving object moving on the sea using an HF radar, it has not been possible to automatically identify a moving object such as a ship or an aircraft moving on the sea.
  • the signal processing device is a signal processing device for radar including a transmitting antenna for transmitting a transmission signal obtained by sweeping a frequency a plurality of times and a receiving antenna for receiving a reflected signal.
  • the entire sweep section is divided into a plurality of blocks, and the FFT section in the block that Fourier transforms the data consisting of the reflected signal for each block to calculate the range Doppler map in the block and the range Doppler in the block between the adjacent blocks.
  • the NCMTI unit that calculates the difference image of the map, the moving clutter detecting unit that detects the moving clutter from the difference image, and the block number, range, and Doppler speed of the detected moving clutter.
  • Data consisting of a data deletion unit that deletes the data of the moving clutter from the range Doppler map in the block, an IFFT unit in the block that reverse Fourier transforms the range Doppler map in the block after deleting the data of the moving clutter, and the reflection signal. Is replaced with the portion subjected to the inverse Fourier transform, and a sweep section FFT section for performing the Fourier transform again in the entire sweep section is provided.
  • the reflected echo from a moving object on the sea is detected as a moving clutter in the difference image if the coordinates do not change by comparing the range Doppler maps in the blocks of adjacent blocks. Not done.
  • the reflected echo is detected as a moving clutter in the difference image if the coordinates change by comparing the range Doppler maps in the blocks of adjacent blocks.
  • a moving object moving on the sea can be identified by the presence or absence of detection of the moving clutter.
  • the signal processing device for the purpose of ship detection
  • the reflected echo from a ship at sea changes in coordinates by comparing the range Doppler maps in blocks of adjacent blocks. Therefore, it is not detected as a moving clutter in the difference image.
  • the reflected echo from an aircraft flying over the sea is detected as a moving clutter in the difference image because the coordinates change by comparing the range Doppler maps in the blocks of adjacent blocks. Therefore, it is possible to provide an HF radar capable of automatically identifying whether a moving object moving on the sea is a ship or an aircraft.
  • Configuration block diagram of the radar device 1 according to the first embodiment Hardware configuration diagram of the signal processing device 5 according to the first embodiment A flowchart showing the operation of the radar device 1 according to the first embodiment.
  • the block diagram which shows the functional structure of the moving clutter suppression part 520 which concerns on Embodiment 1. Schematic diagram showing ships and aircraft on the Range Doppler map Schematic diagram showing ships and aircraft on the range Doppler map in the block Schematic diagram showing the difference image of the range Doppler map in the block Schematic diagram showing the signed difference image of the range Doppler map in the block
  • the radar according to the first embodiment includes a transmitting antenna and a receiving antenna as separate array antennas, and performs beam scanning by Digital Beamforming (hereinafter referred to as “DBF”).
  • this radar transmits a radar signal of the continuous frequency modulation method (hereinafter referred to as "FMCW method") and Fourier transforms the reflected signal from the sea to create a range Doppler map and observe moving objects on the sea. do.
  • the signal processing device is the signal processing device for the radar.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the radar device 1 according to the first embodiment of the present disclosure.
  • the radar device 1 includes a signal generation unit 20, a transmission / reception unit 30, an antenna unit 40, and a signal processing device 5.
  • the signal generation unit 20 includes a radar signal generation unit 200.
  • the transmission / reception unit 30 includes a transmission signal generation unit 300 and a signal reception unit 310.
  • the antenna unit 40 includes transmitting antennas 400-1 to 400-N (N is the number of transmitting antennas) and receiving antennas 410-1 to 410 to M (M is the number of receiving antennas).
  • the signal processing device 5 includes a range compression unit 500, a DBF unit 510, a moving clutter suppression unit 520, a sweep section FFT unit 530, and a detection unit 540.
  • sweep means increasing or decreasing the frequency with time like a chirp signal.
  • “sweep" is used as the unit for sweeping the frequency once.
  • the sweep section is a section of time during which the signal is swept.
  • FIG. 2 is a diagram showing a hardware configuration of the signal processing device 5 according to the first embodiment.
  • Each function of the range compression unit 500, the DBF unit 510, the moving clutter suppression unit 520, the sweep section FFT unit 530, and the detection unit 540 of the signal processing device 5 is realized by the processing circuit. That is, the signal processing device 5 generates range data, DBFs the range data, suppresses the movement clutter, coherently integrates or Fourier transforms the signal in the sweep section, and detects the target to move on the sea. It is equipped with a processing circuit for automatically identifying whether the body is a ship or an aircraft.
  • the processor 601 that executes the program stored in the memory 602 is a CPU, a central processing unit, a processing unit, an arithmetic unit, a microprocessor, a microprocessor, a DSP, and an FPGA.
  • Each function of the range compression unit 500, the DBF unit 510, the moving clutter suppression unit 520, the sweep section FFT unit 530, and the detection unit 540 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • the necessary software and firmware are written as a program and stored in the memory.
  • the processing circuit realizes the functions of each part by reading and executing the program stored in the memory. That is, the signal processing device 5 generates range data when executed by the processing circuit, DBFs the range data, suppresses the moving clutter, and coherently integrates the signal in the sweep section, that is, Fourier transforms. It includes a memory 602 for storing a program for which the step of detecting the target will be executed as a result.
  • the memory corresponds to, for example, a non-volatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, EEPROM, or a magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD, or the like. ..
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the radar device 1 according to the first embodiment. The operation of the disclosed technique will be described with reference to FIG.
  • the radar signal generation unit 200 generates an FMCW type radar signal (ST10).
  • the FMCW method uses a signal obtained by sweeping the frequency multiple times.
  • the transmission signal generation unit 300 frequency-converts the radar signal to generate a transmission signal, and transmits the transmission signal from the transmission antennas 400-1 to 400-N (ST20).
  • the receiving antennas 410-1 to 410-M receive the reflected signal and output it to the signal receiving unit 310 (ST30).
  • the signal receiving unit 310 frequency-converts the received reflected signal using the information of the transmission signal, performs A / D conversion, and performs A / D conversion to obtain a signal (hereinafter, “video signal””. Is output to the signal processing device 5 (ST40).
  • the signal processing device 5 range-compresses the video signal in the range compression unit 500 and generates range data (ST50). If it is an FMCW type radar signal like the radar according to the first embodiment, the range compression process performs Fourier transform. That is, the range compression unit 500 Fourier transforms the video signal to generate range data. In the case of a pulse compression radar, the range compression process may be, for example, a pulse compression process using a linear chirp signal.
  • the DBF unit 510 performs DBF on the range data based on the array data of the receiving antennas 410-1 to 410-M, and converts the range data into data in which the beam is directed in each direction (ST60).
  • the moving clutter is suppressed in the moving clutter suppressing unit 520 (ST70).
  • the detailed processing of the mobile clutter suppression unit 520 which is a point of the present disclosure technique, will be described later.
  • the data in which the moving clutter is suppressed is coherently integrated, that is, Fourier transformed in the sweep section FFT section 530 together with the data of the entire sweep section, and a correction range Doppler map in each direction is created (ST80). From the created correction range Doppler map, the detection unit 540 detects the target (ST90).
  • the radar device 1 may be a transmitting / receiving antenna like a monostatic radar. Further, the transmitting antenna and the receiving antenna may be a sub-array antenna composed of several element antennas. Here, the antenna will be described as an element antenna.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a functional configuration of the moving clutter suppression unit 520.
  • the moving clutter suppression unit 520 includes an in-block FFT unit 520-1, an NCMTI unit 520-2, a moving clutter detection unit 520-3, a data deletion unit 520-4, and an in-block IFFT unit 520-5.
  • the FFT unit 520-1 in the block Fourier transforms the data in each direction from the DBF unit 510 in the sweep direction for each block, that is, in the time axis direction, and calculates the range Doppler map in the block for each block.
  • the in-block range Doppler map for each block is sent to NCMTI unit 520-2 and data deletion unit 520-4. In the present disclosure technique, the length of the block, that is, the number of sweeps per block can be arbitrarily changed by the user.
  • each RD [a, b, c] represents a power value in [a, b, c] in the direction in which the radar beam is directed, and is a complex number.
  • the power value represented by this complex number includes gain information and phase information.
  • the magnitude of the complex number, which is gain information, that is, the magnitude of electric power is used.
  • the difference block range Doppler map (RD2-1, RD2-2, RD2-3) output from the NCMTI unit 520-2 is sent to the moving clutter detection unit 520-3.
  • the moving clutter detection unit 520-3 sets the range direction (the direction in which the distance number a is changed from 1 to A) or the Doppler speed direction (the Doppler speed number b is 1 to 1) with respect to all the sent difference block range Doppler maps. Detection is performed using CFAR (Constant False Allarm Rate) in the direction of changing to B).
  • CFAR Constant False Allarm Rate
  • the echo ST caused by the ship is received as a point-like echo on the range Doppler map RD.
  • the high-speed moving clutter FT caused by the aircraft is received as an echo spreading in the distance and velocity directions on the range Doppler map RD.
  • the echo caused by the ship appear in dots as on the range Doppler map RD. Echoes caused by aircraft (FT-1, FT-2, FT-3, FT-4) can be captured in a non-spread state unlike on the Range Doppler Map RD.
  • NCMTI unit 520-2 calculates a difference image between adjacent blocks. On the calculated difference block range Doppler map (RD2-1, RD2-2, RD2-3), the echo ST caused by the ship does not appear, and the moving clutter (FT-1, FT-2, FT) caused by the aircraft does not appear. Since -3 and FT-4) appear, both can be distinguished.
  • the moving clutter caused by the aircraft appears in different places, for example, in the first block RD-1 and the second block RD-2, but is it 2 on the difference block range Doppler map RD2-1? Appears in the place. It is not possible to determine which moving clutter is in the first block and which moving clutter is in the second block only from the coordinate information of these two places, that is, the range and the Doppler velocity information.
  • the moving clutter detection unit 520-3 detects
  • Y, z + 1] is determined to have a moving clutter.
  • are compared to determine which block has the moving clutter.
  • the moving clutter detection unit 520-3 determines a block in which the moving clutter data should be deleted based on the block number of the original block of the difference image in which the moving clutter exists and the positive / negative information of the moving clutter on the difference image. Identify.
  • the data deletion unit 520-4 deletes the movement clutter detected by the movement clutter detection unit 520-3 from the in-block range Doppler map from the in-block FFT unit 520-1. That is, the data whose range and Doppler speed both match the moving clutter detection location is deleted.
  • the in-block IFFT section 520-5 reverse-Fourier transforms the range Doppler map after data deletion output from the data deletion section 520-4 in the Doppler direction for each block, and converts it into sweep axis, that is, time axis data. ..
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing a signed difference image of the range Doppler map in the block.
  • the mobile clutter detection unit 520-3 uses the absolute value of the power value of the difference block range Doppler map (RD2-1, RD2-2, RD2-3)
  • the moving clutter detection unit 520-3 moves the moving clutter to either the z or z + 1 block according to the positive / negative information of
  • the moving clutter can be detected by using both sides of the test cell as reference cells and calculating the average value for comparison. Further, for the detection of the moving clutter, SO-CFAR (Smallest Orderer CFAR) may be used, in which the average value of each reference cell on one side is calculated and the smaller value is used as the threshold value. In this case, there is an advantage that the edge portion of the moving clutter can be easily detected. In addition, CA-CFAR (cell-avaging constant false average rate) may be used to detect the moving clutter.
  • SO-CFAR Smallest Orderer CFAR
  • CA-CFAR cell-avaging constant false average rate
  • the value to be substituted for deletion may be a noise signal value measured in advance instead of 0.
  • the average value of the surrounding data may be substituted as the value to be substituted for deletion.
  • the detection unit 540 performs Fourier transform again in the sweep section FFT unit 530, and performs target detection from the corrected range Doppler map.
  • the target detection is ship detection.
  • moving objects are not limited to ships and aircraft, and flock of migratory birds may be considered.
  • the signal processing device 5 includes a range compression unit 500, a DBF unit 510, a mobile clutter suppression unit 520, a sweep section FFT unit 530, and a detection unit 540, and the mobile clutter suppression unit 520 is an in-block FFT unit. Since it is equipped with 520-1, NCMTI unit 520-2, mobile clutter detection unit 520-3, data deletion unit 520-4, and in-block IFFT unit 520-5, it is possible to detect the mobile clutter, depending on the presence or absence of the mobile clutter. It has the effect of being able to identify moving objects that move over the sea.
  • 1 radar device 5 signal processing device, 20 signal generation unit, 30 transmission / reception unit, 40 antenna unit, 200 radar signal generation unit, 300 transmission signal generation unit, 310 signal reception unit, 400-1 to N transmission antenna, 410-1 ⁇ M receiving antenna, 500 range compression unit, 510 DBF unit, 520 mobile clutter suppression unit, 520-1 FFT unit in block, 520-2 NCMTI unit, 520-3 mobile clutter detection unit, 520-4 data deletion unit, 520 -5 In-block IFFT section, 530 sweep section FFT section, 540 detection section, 601 processor, 602 memory, RD range doppler map, RD-1 to RD-4 in-block range doppler map, RD2-1 to RD2-3 difference block Range Doppler map, echo caused by ST ship, FT high-speed moving clutter, echo caused by aircraft.

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Abstract

本開示に係る信号処理装置は、送信信号の全スイープ区間を分割したブロックごとに反射信号からなるデータをフーリエ変換して、ブロック内レンジドップラマップを算出し、隣り合うブロック間のブロック内レンジドップラマップの差分画像を算出し、差分画像から移動クラッタを検出し、検出した移動クラッタについてのブロック番号、レンジ及びドップラ速度に基づいて、該当するブロック内レンジドップラマップから移動クラッタを削除し、移動クラッタデータ削除後のブロック内レンジドップラマップを逆フーリエ変換し、反射信号からなるデータを逆フーリエ変換した部分は置き換えて、全スイープ区間で再度フーリエ変換する。

Description

信号処理装置、レーダ及びレーダ信号処理方法
 本開示技術は、信号処理装置、レーダ及びレーダ信号処理方法に関する。
 3~30MHzのHF帯電波を利用したレーダ(以下、「HFレーダ」という)は、海上の各種移動体の観測に応用できることが知られている。
 非特許文献1は、お互いにおよそ70km離れた位置に設置された2基のHFレーダシステムを用いて、海上を行き交う船舶及び航空機等の移動体を観測できることを示している。非特許文献1に示すHFレーダシステムは、Constant False-Alarm-Rateアルゴリズム(以下「CFAR」という)に従い、レーダ観測信号に基づいて高速移動物体である航空機の観測を行っている。また、非特許文献1は、短時間のコヒーレント積分のモードを適用し、8秒間という短時間のコヒーレント積分モードでのレンジドップラマップ上でも航空機からの反射エコーは観測できることを開示している。
Anna Dzvonkovskaya and Hermann Rohling,"Fast-Moving Target Observation Using High-Frequency Surface Wave Radar", IEEE 2014 International Radar Conference
 非特許文献1では、HFレーダを用いて海上を移動する移動体を観測する技術は開示しているものの、海上を移動する船舶及び航空機といった移動体を自動的に識別することはできなかった。
 本開示技術は、海上を移動する移動体を自動的に識別することができる信号処理装置、レーダ及びレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。
 本開示に係る信号処理装置は、周波数を複数回スイープしてなる送信信号を送信する送信アンテナと、反射信号を受信する受信アンテナとを備えるレーダ用の信号処理装置であって、前記送信信号の全スイープ区間を複数のブロックに分割し、前記ブロックごとに前記反射信号からなるデータをフーリエ変換しブロック内レンジドップラマップを算出するブロック内FFT部と、隣り合う前記ブロック間の前記ブロック内レンジドップラマップの差分画像を算出するNCMTI部と、前記差分画像から移動クラッタを検出する移動クラッタ検出部と、検出した前記移動クラッタについてのブロック番号、レンジ及びドップラ速度に基づいて、該当する前記ブロックの前記ブロック内レンジドップラマップから前記移動クラッタのデータを削除するデータ削除部と、前記移動クラッタのデータ削除後の前記ブロック内レンジドップラマップを逆フーリエ変換するブロック内IFFT部と、前記反射信号からなるデータを、前記逆フーリエ変換した部分は置き換えて、全スイープ区間で再度フーリエ変換するスイープ区間FFT部とを備える。
 本開示に係る信号処理装置によれば、海上の移動体からの反射エコーは、隣り合うブロックのブロック内レンジドップラマップを比較して座標が変化しないものであれば、差分画像において移動クラッタとして検出されない。一方で、反射エコーは、隣り合うブロックのブロック内レンジドップラマップを比較して座標が変化するものであれば、差分画像において移動クラッタとして検出される。移動クラッタの検出有無により、海上を移動する移動体を識別することができる。
 例えば、本開示に係る信号処理装置を、船舶探知を目的としたHFレーダに適用すれば、海上にある船舶からの反射エコーは、隣り合うブロックのブロック内レンジドップラマップを比較して座標が変化しないため、差分画像において移動クラッタとして検出されない。一方で、海上を飛行する航空機からの反射エコーは、隣り合うブロックのブロック内レンジドップラマップを比較して座標が変化するため、差分画像において移動クラッタとして検出される。よって、海上を移動する移動体が船舶か航空機かを自動的に識別することができるHFレーダを提供することができる。
実施の形態1に係るレーダ装置1の構成ブロック図 実施の形態1に係る信号処理装置5のハードウェア構成図 実施の形態1に係るレーダ装置1の動作を示すフローチャート 実施の形態1に係る移動クラッタ抑圧部520の機能構成を示すブロック図 レンジドップラマップ上での船舶と航空機を表す模式図 ブロック内レンジドップラマップ上での船舶と航空機を表す模式図 ブロック内レンジドップラマップの差分画像を表す模式図 ブロック内レンジドップラマップの符号付き差分画像を表す模式図
実施の形態1.
 本実施の形態1に係るレーダは、送信アンテナ、受信アンテナを別々のアレイアンテナとして備え、Digital Beam Forming(以下「DBF」)によりビーム走査を行う。また、本レーダは、周波数連続変調方式(以下「FMCW方式」という)のレーダ信号を送信し、海上からの反射信号をフーリエ変換することにより、レンジドップラマップを作成し、海上の移動体を観測する。本実施の形態1に係る信号処理装置は、上記レーダ用の信号処理装置である。
 図1は本開示の実施の形態1に係るレーダ装置1の構成を示すブロック図である。レーダ装置1は、図1に示すように信号生成部20、送受信部30、アンテナ部40、信号処理装置5を備える。
 信号生成部20は、レーダ信号生成部200を備える。送受信部30は、送信信号生成部300、信号受信部310を備える。アンテナ部40は、送信アンテナ400-1~400-N(Nは送信アンテナ数)、受信アンテナ410-1~410~M(Mは受信アンテナ数)を備える。信号処理装置5は、レンジ圧縮部500、DBF部510、移動クラッタ抑圧部520、スイープ区間FFT部530、検出部540を備える。ここで、スイープとは、チャープ信号のように時間とともに周波数を増加又は減少させることをいう。また、1回周波数を掃引する単位も「スイープ」を使う。スイープ区間とは、信号をスイープさせている時間の区間をいう。
 また、図2は実施の形態1に係る信号処理装置5のハードウェア構成を示す図である。信号処理装置5のレンジ圧縮部500、DBF部510、移動クラッタ抑圧部520、スイープ区間FFT部530、検出部540の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、信号処理装置5は、レンジデータを生成し、レンジデータをDBFし、移動クラッタを抑圧し、信号をスイープ区間でコヒーレント積分すなわちフーリエ変換し、目標を検出することによって、海上を移動する移動体が船舶か航空機かを自動的に識別するための処理回路を備える。処理回路は、メモリ602に格納されるプログラムを実行するプロセッサ601は、CPU、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、DSP、FPGAである。
 レンジ圧縮部500、DBF部510、移動クラッタ抑圧部520、スイープ区間FFT部530、検出部540の各機能は、ソフトウエア、ファームウエア、又はソフトウエアとファームウエアとの組合せにより実現される。必要なソフトウエア及びファームウエアはプログラムとして記述され、メモリに格納される。処理回路は、メモリに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、信号処理装置5は、処理回路により実行されるときにレンジデータを生成するステップ、レンジデータをDBFするステップ、移動クラッタを抑圧するステップ、信号をスイープ区間でコヒーレント積分すなわちフーリエ変換するステップ、目標を検出するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ602を備える。また、これらのプログラムは、レンジ圧縮部500、DBF部510、移動クラッタ抑圧部520、スイープ区間FFT部530、検出部540の手順及び方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリとは、例えば、RAM、ROM、フラッシュメモリー、EPROM、EEPROM等の不揮発性若しくは揮発性の半導体メモリ、又は磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD等が該当する。
 図3は、実施の形態1に係るレーダ装置1の動作を示すフローチャートである。本開示技術の動作は、図3を用いて説明する。
 レーダ信号生成部200は、FMCW方式のレーダ信号を生成する(ST10)。FMCW方式は、周波数を複数回スイープして得られる信号を用いる。次に、送信信号生成部300はレーダ信号を周波数変換して送信信号を生成し、送信アンテナ400-1~400-Nから送信する(ST20)。受信アンテナ410-1~410-Mは反射信号を受信し、信号受信部310に出力する(ST30)。信号受信部310は、受信した反射信号を、前記送信信号の情報を用いて周波数変換し、A/D変換を実施し、A/D変換を実施して得られた信号(以下「ビデオ信号」という)を信号処理装置5へ出力する(ST40)。
 信号処理装置5は、レンジ圧縮部500において、ビデオ信号をレンジ圧縮し、レンジデータを生成する(ST50)。実施の形態1に係るレーダのようにFMCW方式のレーダ信号であれば、レンジ圧縮処理はフーリエ変換を実施する。つまり、レンジ圧縮部500は、ビデオ信号をフーリエ変換しレンジデータを生成する。なお、パルス圧縮レーダの場合、レンジ圧縮処理は、例えば線形チャープ信号を用いたパルス圧縮処理を行えばよい。
 DBF部510は、受信アンテナ410-1~410-Mのアレイデータに基づいて、レンジデータにDBFを実施し、レンジデータを各方向にビームを指向したデータに変換する(ST60)。各方向のデータは、移動クラッタ抑圧部520において移動クラッタが抑圧される(ST70)。本開示技術のポイントである移動クラッタ抑圧部520の詳細処理は、後述する。移動クラッタが抑圧されたデータは、全スイープ区間のデータとともにスイープ区間FFT部530においてコヒーレント積分すなわちフーリエ変換され、各方向の補正レンジドップラマップが作成される(ST80)。作成された補正レンジドップラマップから、検出部540において目標の検出が行われる(ST90)。
 レーダ装置1は、送信アンテナ、受信アンテナを別々として説明したが、モノスタティックレーダのように送受信アンテナとしてもよい。また、送信アンテナ、及び受信アンテナは、いくつかの素子アンテナで構成されるサブアレイアンテナであってもよい。ここでは、アンテナは素子アンテナとして説明する。
 本開示技術のポイントは、移動クラッタ抑圧部520の処理であり、ここで説明する。図4は、移動クラッタ抑圧部520の機能構成を示すブロック図である。移動クラッタ抑圧部520は、ブロック内FFT部520-1、NCMTI部520-2、移動クラッタ検出部520-3、データ削除部520-4、ブロック内IFFT部520-5を備える。
 ブロック内FFT部520-1は、DBF部510からの各方向のデータを、ブロックごとにスイープ方向に、すなわち時間軸方向にフーリエ変換し、ブロックごとのブロック内レンジドップラマップを算出する。ここでブロックとは全スイープ区間をある数で区切った単位である。例えば、全スイープ区間は4096スイープであり、それを128スイープずつに区切った場合、この128スイープは1ブロックとなる。この場合、ブロックの総数は4096/128=32である。ブロックごとのブロック内レンジドップラマップは、NCMTI部520-2、データ削除部520-4に送られる。本開示技術において、ブロックの長さ、すなわち1ブロックあたりのスイープ回数は使用者が任意に変えることができる。
 NCMTI部520-2(NCMTIはNonCoherent Moving Target Idicatorの略)は、前後のブロック間で、ブロック内レンジドップラマップの差分を計算する。つまり、距離番号a(a=1~A)、ドップラ速度番号b(b=1~B)、ブロック番号c(c=1~C-1)のブロック内レンジドップラマップは、RD[a,b,c]とする。すると、前後のブロック間の差分(以下「差分ブロックレンジドップラマップ」という)は、RD2[a,b,c]=RD[a,b,c+1]-RD[a,b,c]と表される。ここで、各RD[a,b,c]は、レーダビームを指向した方向の[a,b,c]における電力値を表しており、複素数である。この複素数で表される電力値にはゲイン情報と位相情報とが含まれる。カラー又はグレイスケールを利用して画像に加工する際は、ゲイン情報である当該複素数の大きさ、すなわち、電力の大きさを利用する。
 位相情報は考えずにゲイン情報のみに着目し、差分ブロックレンジドップラマップはRD3[a,b,c]=|RD[a,b,c+1]|-|RD[a,b,c]|であると定義してもよい。ここで|・|は、複素数の大きさ(原点からの距離)を表す。
 NCMTI部520-2からの出力される差分ブロックレンジドップラマップ(RD2-1、RD2-2、RD2-3)は、移動クラッタ検出部520-3に送られる。移動クラッタ検出部520-3は、送られたすべての差分ブロックレンジドップラマップに対して、レンジ方向(距離番号aを1~Aまで変化させる方向)又はドップラ速度方向(ドップラ速度番号bを1~Bまで変化させる方向)にCFAR(Constant False Alarm Rate)を用いて検出を行う。
 図5に示すように、船舶を起因としたエコーSTはレンジドップラマップRD上で点状のエコーとして受信される。また、航空機を起因とする高速移動クラッタFTはレンジドップラマップRD上で距離及び速度方向に広がったエコーとして受信される。一方で、図6に示すように、ブロック内レンジドップラマップ(RD-1、RD-2、RD-3、RD-4)上では、船舶に起因したエコー(ST-1、ST-2、ST-3、ST-4)はレンジドップラマップRD上と同じように点状に現れる。航空機に起因したエコー(FT-1、FT-2、FT-3、FT-4)は、レンジドップラマップRD上とは異なって広がっていない状態でとらえることができる。
 各ブロック内レンジドップラマップ(RD-1、RD-2、RD-3、RD-4)を観察すると、航空機を起因とした高速移動クラッタFTは、レンジとドップラ速度とがそれぞれ変化していることがわかる(FT-1、FT-2、FT-3、FT-4)。この性質を利用して、NCMTI部520-2は隣り合うブロック間で差分画像を算出する。算出された差分ブロックレンジドップラマップ(RD2-1、RD2-2、RD2-3)上では、船舶に起因するエコーSTは現れず、航空機に起因する移動クラッタ(FT-1、FT-2、FT-3、FT-4)は現れるため、両者を識別することができる。
 航空機に起因する移動クラッタは、図7に示すように例えば1ブロック目RD-1と2ブロック目RD-2とに別の場所に現れるが、その差分ブロックレンジドップラマップRD2-1上では2か所に現れる。この2か所の座標情報、すなわちレンジとドップラ速度の情報のみでは、どちらの移動クラッタが1ブロック目のものか、どちらの移動クラッタが2ブロック目のものか、判断することができない。
 そこで、移動クラッタ検出部520-3は、CFARにより|RD2[x,y,z]|(又はRD3[x,y,z])を検出すると、RD[x,y,z]又はRD[x,y,z+1]に移動クラッタがあると判断する。そして、|RD[x,y,z]|と|RD[x,y,z+1]|とを比較して、いずれのブロックに移動クラッタがあったかを判断する。ここで、|・|は複素数の大きさ、すなわち原点からの距離を表し、x、y、zはそれぞれ1~A、1~B、1~C-1の或る値を表す。すなわち、移動クラッタ検出部520-3は、移動クラッタが存在した差分画像の元ブロックのブロック番号と、差分画像上の移動クラッタの正負情報とに基づいて、移動クラッタのデータを削除すべきブロックを特定する。
 データ削除部520-4は、ブロック内FFT部520-1からのブロック内レンジドップラマップから、移動クラッタ検出部520-3で検出した移動クラッタを削除する。すなわちレンジ及びドップラ速度がともに前記移動クラッタ検出箇所と一致するデータを削除する。
 ブロック内IFFT部520-5は、データ削除部520-4から出力されたデータ削除後のレンジドップラマップを、ブロックごとにドップラ方向に逆フーリエ変換し、スイープ軸、すなわち時間軸のデータに変換する。
 図8は、ブロック内レンジドップラマップの符号付き差分画像を表す模式図である。移動クラッタ検出部520-3は、差分ブロックレンジドップラマップ(RD2-1、RD2-2、RD2-3)の電力値の絶対値|RD2[x,y,z]|(又はRD3[x,y,z])に対してCFARを実施して移動クラッタを検出する。ここで、移動クラッタ検出部520-3は|RD[x,y,z+1]|-|RD[x,y,z]|の正負情報によりzとz+1とのどちらのブロックに移動クラッタが存在するか判断し、その情報をデータ削除部520-4に出力する。
 移動クラッタの検出は、テストセルの両側を参照セルとし、平均値を求めて比較する方法でもよい。また、移動クラッタの検出は、片側の参照セルそれぞれの平均値を計算し、値の小さい方を閾値の基準とするSO-CFAR(Smallest Order CFAR)を用いてもよい。この場合、移動クラッタのエッジ部分を検出しやすくなるという利点がある。移動クラッタの検出は、ほかにも、CA-CFAR(cell-averaging constant false alarm rate)を用いてもよい。
 移動クラッタの削除方法には、いくつかの方法が考えられる。最も単純な方法は、移動クラッタが検出された箇所のデータに0を代入する方法である。例えば、距離番号a=10、ドップラ速度番号b=2、ブロック番号c=3に移動クラッタが検出された場合、RD[10,2,3]=0とする方法である。また、移動クラッタが検出された箇所とドップラ速度が等しいデータ全てに0を代入する方法も考えらえる。具体的な式は、RD[10,1~B,3]=0となる。また、移動クラッタが検出されたブロックのデータすべてに0を代入していもよい。具体的な式は、RD[1~A,1~B,3]=0となる。また、削除のために代入する値は、0ではなくあらかじめ計測しておいた雑音信号値としてもよい。また、削除のために代入する値は、周囲のデータの平均値を代入してもよい。具体的な式は、RD[10,2,3]=(RD[10,1,3]+RD[10,3,3])/2等である。いずれの方法も、移動クラッタが検出されたブロック内レンジドップラマップにおいて、移動クラッタが無いようにデータを加工することにより、最終的に得られる補正レンジドップラマップにおいて移動クラッタが無いようにする方法であれば、何でもよい。
 スイープ区間FFT部530は、ブロック内IFFT部520-5でレンジ軸(=電力信号の振幅)及びスイープ軸(=時間軸)に変換されたデータを含めた全スイープ区間の全データをフーリエ変換し、補正したレンジドップラマップを得る。言い換えれば、スイープ区間FFT部530は、反射信号からなるデータを、ブロック内IFFT部520-5で逆フーリエ変換した部分は置き換えて、全スイープ区間で再度フーリエ変換する。
検出部540は、スイープ区間FFT部530で再度フーリエ変換し、補正したレンジドップラマップから、目標検出を行う。本実施の形態の場合、目標検出とは船舶検出である。なお、一般に移動体は船舶及び航空機に限定せず、渡り鳥の群れなども考えられる。
 実施の形態1に係る信号処理装置5は、レンジ圧縮部500、DBF部510、移動クラッタ抑圧部520、スイープ区間FFT部530、検出部540を備え、移動クラッタ抑圧部520は、ブロック内FFT部520-1、NCMTI部520-2、移動クラッタ検出部520-3、データ削除部520-4、ブロック内IFFT部520-5を備えるため、移動クラッタを検出することができ、移動クラッタの有無により海上を移動する移動体を識別することができるという効果がある。
 1 レーダ装置、5 信号処理装置、20 信号生成部、30 送受信部、40 アンテナ部、200 レーダ信号生成部、300 送信信号生成部、310 信号受信部、400-1~N 送信アンテナ、410-1~M 受信アンテナ、500 レンジ圧縮部、510 DBF部、520 移動クラッタ抑圧部、520-1 ブロック内FFT部、520-2 NCMTI部、520-3 移動クラッタ検出部、520-4 データ削除部、520-5 ブロック内IFFT部、530 スイープ区間FFT部、540 検出部、601 プロセッサ、602 メモリ、RD レンジドップラマップ、RD-1~RD-4 ブロック内レンジドップラマップ、RD2-1~RD2-3 差分ブロックレンジドップラマップ、ST 船舶に起因するエコー、FT 高速移動クラッタ、航空機に起因するエコー。

Claims (10)

  1.  周波数を複数回スイープしてなる送信信号を送信する送信アンテナと、反射信号を受信する受信アンテナとを備えるレーダ用の信号処理装置であって、
     前記送信信号の全スイープ区間を複数のブロックに分割し、ブロックごとに前記反射信号からなるデータをフーリエ変換しブロック内レンジドップラマップを算出するブロック内FFT部と、
     隣り合う前記ブロック間の前記ブロック内レンジドップラマップの差分画像を算出するNCMTI部と、
     前記差分画像から移動クラッタを検出する移動クラッタ検出部と、
     検出した前記移動クラッタについてのブロック番号、レンジ及びドップラ速度に基づいて、該当する前記ブロックの前記ブロック内レンジドップラマップから前記移動クラッタのデータを削除するデータ削除部と、
     前記移動クラッタのデータ削除後の前記ブロック内レンジドップラマップを逆フーリエ変換するブロック内IFFT部と、
     前記反射信号からなるデータを、前記逆フーリエ変換した部分は置き換えて、全スイープ区間で再度フーリエ変換するスイープ区間FFT部とを備えることを特徴とする信号処理装置。
  2.  前記移動クラッタ検出部は、前記移動クラッタが存在した前記差分画像の元ブロックのブロック番号と、前記差分画像上の前記移動クラッタの正負情報とに基づいて、前記移動クラッタのデータを削除すべき前記ブロックを特定することを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
  3.  前記データ削除部は、前記移動クラッタが検出された前記ブロックの前記ブロック内レンジドップラマップにおいて、レンジ及びドップラ速度がともに移動クラッタ検出箇所と一致するデータにあらかじめ決められた値を代入することを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
  4.  前記データ削除部は、前記移動クラッタが検出された前記ブロックの前記ブロック内レンジドップラマップにおいて、ドップラ速度が移動クラッタ検出箇所と一致するデータにあらかじめ決められた値を代入することを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
  5.  前記データ削除部は、前記移動クラッタが検出された前記ブロックの前記ブロック内レンジドップラマップのすべてのデータにあらかじめ決められた値を代入することを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
  6.  前記あらかじめ決められた値は、0、雑音信号値、又は周囲の平均値であることを特徴とする請求項3から請求項5までのいずれか1項に記載の信号処理装置。
  7.  前記ブロックの長さは、使用者によって変更可能であることを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
  8.  前記移動クラッタ検出部は、CA-CFAR又はSO-CFARを用いた検出を行うことを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。
  9.  請求項1に記載の信号処理装置を備えるレーダ。
  10.  周波数を複数回スイープしてなる送信信号を送信する送信アンテナと、反射信号を受信する受信アンテナとを備えるレーダ用の信号処理装置の信号処理方法であって、前記信号処理装置は、
     前記送信信号の全スイープ区間を複数のブロックに分割し、ブロックごとに前記反射信号からなるデータをフーリエ変換しブロック内レンジドップラマップを算出し、
     隣り合う前記ブロック間の前記ブロック内レンジドップラマップの差分画像を算出し、
     前記差分画像から移動クラッタを検出し、
     検出した前記移動クラッタについてのブロック番号、レンジ及びドップラ速度に基づいて、該当する前記ブロックの前記ブロック内レンジドップラマップから前記移動クラッタのデータを削除し、
     前記移動クラッタのデータ削除後の前記ブロック内レンジドップラマップを逆フーリエ変換し、
     前記反射信号からなるデータを、前記逆フーリエ変換した部分は置き換えて、全スイープ区間で再度フーリエ変換することを特徴とする信号処理方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116027325A (zh) * 2023-03-31 2023-04-28 泛擎科技(深圳)有限公司 基于智能可穿戴设备的人体动作识别方法、装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5416488A (en) * 1993-12-27 1995-05-16 Motorola, Inc. Radar return signal processing method
JP2005520161A (ja) * 2002-03-13 2005-07-07 レイセオン・カナダ・リミテッド レーダ検出の適応的システムおよび方法
JP2016170023A (ja) * 2015-03-12 2016-09-23 株式会社東芝 レーダ装置及びレーダ信号処理方法
US20170254893A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-07 Raytheon Company System and method for estimating number and range of a plurality of moving targets

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6352688B2 (ja) * 2014-06-06 2018-07-04 株式会社東芝 レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法
JP7399706B2 (ja) * 2019-12-20 2023-12-18 株式会社東芝 レーダ装置及びそのレーダ信号処理方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5416488A (en) * 1993-12-27 1995-05-16 Motorola, Inc. Radar return signal processing method
JP2005520161A (ja) * 2002-03-13 2005-07-07 レイセオン・カナダ・リミテッド レーダ検出の適応的システムおよび方法
JP2016170023A (ja) * 2015-03-12 2016-09-23 株式会社東芝 レーダ装置及びレーダ信号処理方法
US20170254893A1 (en) * 2016-03-03 2017-09-07 Raytheon Company System and method for estimating number and range of a plurality of moving targets

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116027325A (zh) * 2023-03-31 2023-04-28 泛擎科技(深圳)有限公司 基于智能可穿戴设备的人体动作识别方法、装置
CN116027325B (zh) * 2023-03-31 2023-08-01 泛擎科技(深圳)有限公司 基于智能可穿戴设备的人体动作识别方法、装置

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