WO2022107247A1 - Radar signal processing device, radar device, and radar signal processing method - Google Patents
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Abstract
This radar signal processing device (100) comprises: a constraint condition configuration unit (10) which configures a constraint condition of a block matrix having a first Toeplitz matrix as a block; and an optimization problem solving unit (11) which solves an optimization problem under the constraint condition of the block matrix configured by the constraint condition configuration unit (10), wherein the first Toeplitz matrix has a second Toeplitz matrix having, as a component, an estimated value of a reflected signal.
Description
本開示は、レーダ信号処理装置に関する。
This disclosure relates to a radar signal processing device.
レーダが目標からの反射信号を受信することにより得られた受信信号に基づいて目標を検出する技術では、受信信号から熱雑音を除去するために目標の運動を様々に仮定した上で目標の検出を行う。しかし、仮定できる運動の個数が有限個であるため、仮定した運動と目標の運動とは完全には一致しない場合がある。これにより、検出アルゴリズムが仮定する目標に関するパラメータと、実際の目標に関するパラメータとに差異があることにより信号処理損失（以下、スキャルプ損失と呼称する）が発生するという問題がある。
In the technique of detecting a target based on the received signal obtained by the radar receiving the reflected signal from the target, the target is detected after various assumptions of the target motion in order to remove thermal noise from the received signal. I do. However, since the number of possible motions is finite, the assumed motion and the target motion may not completely match. As a result, there is a problem that signal processing loss (hereinafter referred to as scalp loss) occurs due to a difference between the parameter relating to the target assumed by the detection algorithm and the parameter relating to the actual target.
そこで、例えば、非特許文献１に記載の方法では、目標からの反射波である複素正弦波を検出する際に、スキャルプ損失の発生を抑制するために、仮定する周波数の個数を極限まで高める。
Therefore, for example, in the method described in Non-Patent Document 1, when detecting a complex sine wave which is a reflected wave from a target, the number of assumed frequencies is increased to the utmost in order to suppress the occurrence of scalp loss.
上記のような方法では、受信信号から熱雑音を除去する最適化問題を解くことにより、受信信号に含まれる反射信号を推定する。その際、テプリッツ行列を成分として有する行列の制約条件の下で、当該最適化問題を解く（例えば、非特許文献１の式（１９）を参照）。当該テプリッツ行列は、目標からの反射信号の推定値（仮定した値）を成分とする。つまり、当該最適化問題を解くことにより得られたテプリッツ行列に基づいて、尤もらしい反射信号の推定値が求まる。
In the above method, the reflected signal included in the received signal is estimated by solving the optimization problem of removing thermal noise from the received signal. At that time, the optimization problem is solved under the constraint condition of the matrix having the Toeplitz matrix as a component (see, for example, the equation (19) of Non-Patent Document 1). The Toeplitz matrix is composed of an estimated value (assumed value) of the reflected signal from the target. That is, a plausible estimated value of the reflected signal can be obtained based on the Toeplitz matrix obtained by solving the optimization problem.
しかし、以上のような制約条件は、反射信号が、等速度運動する目標から反射された信号であることを前提としたものであるため、等加速度運動する目標からの反射信号を推定する場合には適用できない。より詳細には、等加速度運動する目標からの反射信号は、チャープ信号であり、周波数が変化するため、上記の制約条件を適用した場合、上述のスキャルプ損失が生じてしまう。
However, since the above constraint condition is based on the premise that the reflected signal is a signal reflected from the target that moves at a constant velocity, when estimating the reflected signal from the target that moves at a constant acceleration, Is not applicable. More specifically, the reflected signal from the target that moves at a constant acceleration is a chirp signal, and the frequency changes. Therefore, when the above constraint conditions are applied, the above-mentioned scalp loss occurs.
本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、等加速度運動する目標からの反射信号を推定する際に生じるスキャルプ損失を抑制する技術を提供することを目的とする。
The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present disclosure is to provide a technique for suppressing a scalp loss that occurs when estimating a reflected signal from a target that moves at a constant acceleration. ..
本開示に係るレーダ信号処理装置は、等加速度運動する目標からの反射信号を受信アンテナが受信することにより得られた受信信号から熱雑音を除去する最適化問題に対する制約条件であって、第１のテプリッツ行列をブロックとして有する区分行列の制約条件を構成する制約条件構成部と、制約条件構成部が構成した区分行列の制約条件の下で、最適化問題を解く最適化問題解決部と、を備え、第１のテプリッツ行列は、反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有する。
The radar signal processing apparatus according to the present disclosure is a constraint condition for the optimization problem of removing thermal noise from the received signal obtained by receiving the reflected signal from the target moving at a constant acceleration by the receiving antenna. The constraint condition component that configures the constraint condition of the segmented matrix that has the Teplitz matrix as a block, and the optimization problem solving unit that solves the optimization problem under the constraint condition of the partitioned matrix configured by the constraint condition constructor. The first Teplitz matrix has a second Teplitz matrix having an estimated value of the reflected signal as a component.
本開示によれば、等加速度運動する目標からの反射信号を推定する際に生じるスキャルプ損失を抑制することができる。
According to the present disclosure, it is possible to suppress the scalp loss that occurs when estimating the reflected signal from the target that moves at a constant acceleration.
以下、本開示をより詳細に説明するため、本開示を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。図１が示すように、レーダ装置１００は、受信アンテナ１、及びレーダ信号処理装置２を備えている。レーダ信号処理装置２は、制約条件構成部１０、最適化問題解決部１１、及び目標諸元算出部１２を備えている。 Hereinafter, in order to explain the present disclosure in more detail, a mode for carrying out the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the radar device 100 includes a receiving antenna 1 and a radarsignal processing device 2. The radar signal processing device 2 includes a constraint condition configuration unit 10, an optimization problem solving unit 11, and a target specification calculation unit 12.
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。図１が示すように、レーダ装置１００は、受信アンテナ１、及びレーダ信号処理装置２を備えている。レーダ信号処理装置２は、制約条件構成部１０、最適化問題解決部１１、及び目標諸元算出部１２を備えている。 Hereinafter, in order to explain the present disclosure in more detail, a mode for carrying out the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar device 100 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the radar device 100 includes a receiving antenna 1 and a radar
なお、図示しないが、レーダ装置１００は、目標に電波を送信する送信アンテナを備えているものとする。また、レーダ装置１００は、目標の検出結果を表示する表示部を備えていてもよい。
Although not shown, it is assumed that the radar device 100 is provided with a transmitting antenna that transmits radio waves to the target. Further, the radar device 100 may include a display unit that displays a target detection result.
受信アンテナ１は、等加速度運動する目標からの反射信号を受信することにより受信信号を取得する。受信アンテナ１が取得する受信信号は、等加速度運動する目標からの反射信号、及び熱雑音を含むものとする。受信アンテナ１は、取得した受信信号をレーダ信号処理装置２の制約条件構成部１０に出力する。
The receiving antenna 1 acquires a received signal by receiving a reflected signal from a target that moves at a constant acceleration. The received signal acquired by the receiving antenna 1 is assumed to include a reflected signal from a target that moves at a constant acceleration and thermal noise. The receiving antenna 1 outputs the acquired received signal to the constraint condition component 10 of the radar signal processing device 2.
制約条件構成部１０は、受信アンテナ１が取得した受信信号から熱雑音を除去する最適化問題に対する制約条件を構成する。より詳細には、制約条件構成部１０は、受信アンテナ１が取得した受信信号に基づいて、当該最適化問題及び当該制約条件を設定する。制約条件構成部１０は、設定した最適化問題及び制約条件を最適化問題解決部１１に出力する。
The constraint condition component 10 configures a constraint condition for the optimization problem of removing thermal noise from the received signal acquired by the receiving antenna 1. More specifically, the constraint condition component 10 sets the optimization problem and the constraint condition based on the received signal acquired by the receiving antenna 1. The constraint condition configuration unit 10 outputs the set optimization problem and the constraint condition to the optimization problem solving unit 11.
制約条件についてより詳細には、制約条件構成部１０は、第１のテプリッツ行列をブロックとして有する区分行列の制約条件を構成する。当該第１のテプリッツ行列は、反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有する。
More specifically, the constraint condition component 10 constitutes a constraint condition of a block matrix having a first Toeplitz matrix as a block. The first Toeplitz matrix has a second Toeplitz matrix having an estimated value of the reflected signal as a component.
実施の形態１では、上記の区分行列は、ベクトルをブロックとしてさらに有し、制約条件構成部１０は、当該ベクトルの特定の成分を０に設定する。なお、制約条件構成部１０で０に設定されたベクトル成分は、最適化問題の変数にならない。
In the first embodiment, the above-mentioned block matrix further has a vector as a block, and the constraint condition component 10 sets a specific component of the vector to 0. The vector component set to 0 in the constraint condition component 10 does not become a variable of the optimization problem.
最適化問題解決部１１は、制約条件構成部１０が構成した区分行列の制約条件の下で、上述の最適化問題を解く。最適化問題解決部１１は、最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列を目標諸元算出部１２に出力する。なお、ここにおける、最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列は、尤もらしい反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有する。
The optimization problem solving unit 11 solves the above-mentioned optimization problem under the constraint condition of the block matrix configured by the constraint condition configuration unit 10. The optimization problem solving unit 11 outputs the first Toeplitz matrix obtained by solving the optimization problem to the target specification calculation unit 12. The first Toeplitz matrix obtained by solving the optimization problem here has a second Toeplitz matrix having a plausible estimated value of the reflected signal as a component.
目標諸元算出部１２は、最適化問題解決部１１が最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列に基づいて、目標に関する目標諸元（パラメータ）を算出する。目標諸元算出部１２が算出する目標諸元の例として、目標の加速度、目標の初速度、又は目標の個数等が挙げられる。より具体的には、例えば、目標諸元算出部１２は、最適化問題解決部１１が最適化問題を解くことにより得られたテプリッツ行列［Ｕ］を行列分解し、行列分解した結果に基づいて、目標の加速度及び初速度を算出する。なお、レーダ装置１００が上述の表示部を備えている場合、当該表示部は、目標諸元算出部１２が算出した目標諸元を表示してもよい。
The target specification calculation unit 12 calculates the target specifications (parameters) related to the target based on the first Toeplitz matrix obtained by the optimization problem solving unit 11 solving the optimization problem. Examples of the target specifications calculated by the target specification calculation unit 12 include the acceleration of the target, the initial velocity of the target, the number of targets, and the like. More specifically, for example, the target specification calculation unit 12 matrix-decomposes the Toeplitz matrix [U] obtained by the optimization problem-solving unit 11 solving the optimization problem, and based on the result of the matrix decomposition. , Calculate the target acceleration and initial velocity. When the radar device 100 includes the above-mentioned display unit, the display unit may display the target specifications calculated by the target specification calculation unit 12.
以下で、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２の動作について図面を参照して説明する。図２は、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２によるレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。
図２が示すように、制約条件構成部１０は、第１のテプリッツ行列をブロックとして有する区分行列の制約条件を構成する（ステップＳＴ１）。なお、当該第１のテプリッツ行列は、反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有する。制約条件構成部１０は、構成した制約条件を最適化問題解決部１１に出力する。 Hereinafter, the operation of the radarsignal processing device 2 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a flowchart showing a radar signal processing method by the radar signal processing device 2 according to the first embodiment.
As shown in FIG. 2, theconstraint condition component 10 configures a constraint condition of a block matrix having a first Toeplitz matrix as a block (step ST1). The first Toeplitz matrix has a second Toeplitz matrix having an estimated value of the reflected signal as a component. The constraint condition configuration unit 10 outputs the configured constraint condition to the optimization problem solving unit 11.
図２が示すように、制約条件構成部１０は、第１のテプリッツ行列をブロックとして有する区分行列の制約条件を構成する（ステップＳＴ１）。なお、当該第１のテプリッツ行列は、反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有する。制約条件構成部１０は、構成した制約条件を最適化問題解決部１１に出力する。 Hereinafter, the operation of the radar
As shown in FIG. 2, the
最適化問題解決部１１は、制約条件構成部１０が構成した区分行列の制約条件の下で、上述の最適化問題を解く（ステップＳＴ２）。最適化問題解決部１１は、最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列を目標諸元算出部１２に出力する。
目標諸元算出部１２は、最適化問題解決部１１が最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列に基づいて、目標に関する目標諸元を算出する（ステップＳＴ３）。 The optimizationproblem solving unit 11 solves the above-mentioned optimization problem under the constraint condition of the block matrix configured by the constraint condition configuration unit 10 (step ST2). The optimization problem solving unit 11 outputs the first Toeplitz matrix obtained by solving the optimization problem to the target specification calculation unit 12.
The targetspecification calculation unit 12 calculates the target specifications related to the target based on the first Toeplitz matrix obtained by the optimization problem solving unit 11 solving the optimization problem (step ST3).
目標諸元算出部１２は、最適化問題解決部１１が最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列に基づいて、目標に関する目標諸元を算出する（ステップＳＴ３）。 The optimization
The target
以下で、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２によるレーダ信号処理方法の具体例について説明する。なお、以下の説明において、［］で挟まれた文字は、以下の各式において太字で記された行列又はベクトルを示すものとする。
まず、受信アンテナ１は、等加速度運動する目標からの反射信号を受信することにより以下の式（１）で示される受信信号［ｙ］を取得する（ｎは０又は正の整数 Ｎは正の整数）。
Hereinafter, a specific example of the radar signal processing method by the radar signal processing device 2 according to the first embodiment will be described. In the following description, the characters between [] indicate the matrix or vector shown in bold in each of the following equations.
First, the receiving antenna 1 acquires the received signal [y] represented by the following equation (1) by receiving the reflected signal from the target moving at a constant acceleration (n is 0 or a positive integer N is positive). integer).
まず、受信アンテナ１は、等加速度運動する目標からの反射信号を受信することにより以下の式（１）で示される受信信号［ｙ］を取得する（ｎは０又は正の整数 Ｎは正の整数）。
First, the receiving antenna 1 acquires the received signal [y] represented by the following equation (1) by receiving the reflected signal from the target moving at a constant acceleration (n is 0 or a positive integer N is positive). integer).
次に、上述のステップＳＴ１において、制約条件構成部１０は、上述の制約条件として、以下の式（２）で示される区分行列［Ｐ］を構成する。
Next, in the above-mentioned step ST1, the constraint condition component 10 constitutes the block matrix [P] represented by the following equation (2) as the above-mentioned constraint condition.
式（２）に関して、第１のテプリッツ行列［Ｕ］は、以下の式（３）で示される。
Regarding the formula (2), the first Toeplitz matrix [U] is represented by the following formula (3).
式（３）に関して、第２のテプリッツ行列［Ｔｎ］は、以下の式（４）で示される（成分ｕは、反射信号の推定値を示す）。
Regarding the equation (3), the second Toeplitz matrix [ Tn ] is represented by the following equation (4) (component u indicates an estimated value of the reflected signal).
式（２）に関して、（［ｓ´］）Ｈは、［ｓ´］の共役転置を示す。ｔは、スカラーを示す。ベクトル［ｓ´］は、以下の式（５）で示される。
With respect to equation (2), ([s']) H indicates the conjugate transpose of [s']. t indicates a scalar. The vector [s'] is represented by the following equation (5).
式（５）に関して、ベクトル［ｓ´］の成分ｓｉ´は、以下の式（６）で示される。
つまり、ｉ＝ｎ２Ｎ＋ｎを満たす成分ｓｉ´は、ｓｎであり、ｉ＝ｎ２Ｎ＋ｎを満たさない成分ｓｉ´は、０である。
Regarding the equation (5), the component s i ′ of the vector [s ′] is represented by the following equation (6).
That is, the component s i ′ that satisfies i = n 2 N + n is s n , and the component s i ′ that does not satisfy i = n 2 N + n is 0.
また、制約条件構成部１０は、区分行列［Ｐ］の制約条件とともに、受信信号［ｙ］に基づいて、以下の式（７）で示される最適化問題を構成し、最適化問題解決部１１は、上述のステップＳＴ２において、区分行列［Ｐ］の制約条件の下で、当該最適化問題を解く。
Further, the constraint condition constituent unit 10 configures an optimization problem represented by the following equation (7) based on the received signal [y] together with the constraint condition of the block matrix [P], and the optimization problem solving unit 11 Solves the optimization problem in the above-mentioned step ST2 under the constraint condition of the block matrix [P].
式（７）に関して、λは、正則化パラメータを示す。つまり、最適化問題解決部１１は、区分行列［Ｐ］が半正定値であるという制約条件の下で、式（７）における上段の式の数値を最小化する［ｓ］、ｔ、［ｕ］を求める。これにより、尤もらしい反射信号の推定値ｕを成分として有する第２のテプリッツ行列［Ｔｎ］を成分として有する第１のテプリッツ行列［Ｕ］が得られる。
なお、以上の制約条件は、レーダ装置１００のステアリング方向に存在する等加速度運動目標の個数は少数であるという先験情報に基づいたものである。 For equation (7), λ represents a regularization parameter. That is, the optimizationproblem solving unit 11 minimizes the numerical values of the upper equation in the equation (7) under the constraint that the block matrix [P] is a semi-positive definite value [s], t, [u]. ] Is asked. As a result, a first Toeplitz matrix [U] having a second Toeplitz matrix [ Tn ] having a plausible estimated value u of the reflected signal as a component is obtained.
The above constraint condition is based on the prior test information that the number of equal acceleration motion targets existing in the steering direction of the radar device 100 is small.
なお、以上の制約条件は、レーダ装置１００のステアリング方向に存在する等加速度運動目標の個数は少数であるという先験情報に基づいたものである。 For equation (7), λ represents a regularization parameter. That is, the optimization
The above constraint condition is based on the prior test information that the number of equal acceleration motion targets existing in the steering direction of the radar device 100 is small.
次に、上述のステップＳＴ３において、目標諸元算出部１２は、最適化問題解決部１１が最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列［Ｕ］に基づいて、目標に関する目標諸元を算出する。より具体的には、当該具体例では、目標諸元算出部１２は、最適化問題解決部１１が最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列［Ｕ］にVandermonde Decompositionを実施し、等加速度運動する目標の個数と目標毎の加速度及び初速度を抽出する。
Next, in step ST3 described above, the target specification calculation unit 12 has the target specifications related to the target based on the first Toeplitz matrix [U] obtained by the optimization problem solving unit 11 solving the optimization problem. Calculate the yuan. More specifically, in the specific example, the target specification calculation unit 12 performs Vandermonde Decomposition on the first Toeplitz matrix [U] obtained by the optimization problem solving unit 11 solving the optimization problem. , The number of targets that move at a constant acceleration, and the acceleration and initial velocity for each target are extracted.
レーダ信号処理装置２における、制約条件構成部１０、最適化問題解決部１１及び目標諸元算出部１２の各機能は、処理回路により実現される。すなわち、レーダ信号処理装置２は、図２に示した各ステップの処理を実行するための処理回路を備える。この処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。
Each function of the constraint condition configuration unit 10, the optimization problem solving unit 11, and the target specification calculation unit 12 in the radar signal processing device 2 is realized by the processing circuit. That is, the radar signal processing device 2 includes a processing circuit for executing the processing of each step shown in FIG. This processing circuit may be dedicated hardware, or may be a CPU (Central Processing Unit) that executes a program stored in the memory.
図３Ａは、レーダ信号処理装置２の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図３Ｂは、レーダ信号処理装置２の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。
FIG. 3A is a block diagram showing a hardware configuration that realizes the functions of the radar signal processing device 2. FIG. 3B is a block diagram showing a hardware configuration for executing software that realizes the functions of the radar signal processing device 2.
上記処理回路が図３Ａに示す専用のハードウェアの処理回路２０である場合、処理回路２０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はこれらを組み合わせたものが該当する。
When the processing circuit is the processing circuit 20 of the dedicated hardware shown in FIG. 3A, the processing circuit 20 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, or an ASIC (Application Specific Integrated Circuitd). Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array) or a combination thereof is applicable.
レーダ信号処理装置２における、制約条件構成部１０、最適化問題解決部１１及び目標諸元算出部１２の各機能を別々の処理回路で実現してもよいし、これらの機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
The functions of the constraint condition configuration unit 10, the optimization problem solving unit 11, and the target specification calculation unit 12 in the radar signal processing device 2 may be realized by separate processing circuits, or these functions may be combined into one. It may be realized by a processing circuit.
上記処理回路が図３Ｂに示すプロセッサ２１である場合、レーダ信号処理装置２における、制約条件構成部１０、最適化問題解決部１１及び目標諸元算出部１２の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。
なお、ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ２２に記憶される。 When the processing circuit is theprocessor 21 shown in FIG. 3B, each function of the constraint condition configuration unit 10, the optimization problem solving unit 11, and the target specification calculation unit 12 in the radar signal processing device 2 is software, firmware, or software. It is realized by the combination of and firmware.
The software or firmware is described as a program and stored in thememory 22.
なお、ソフトウェア又はファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ２２に記憶される。 When the processing circuit is the
The software or firmware is described as a program and stored in the
プロセッサ２１は、メモリ２２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、レーダ信号処理装置２における、制約条件構成部１０、最適化問題解決部１１及び目標諸元算出部１２の各機能を実現する。すなわち、レーダ信号処理装置２は、これらの各機能がプロセッサ２１によって実行されるときに、図２に示した各ステップの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ２２を備える。
The processor 21 realizes each function of the constraint condition configuration unit 10, the optimization problem solving unit 11, and the target specification calculation unit 12 in the radar signal processing device 2 by reading and executing the program stored in the memory 22. do. That is, the radar signal processing device 2 includes a memory 22 for storing a program in which the processing of each step shown in FIG. 2 is executed as a result when each of these functions is executed by the processor 21.
これらのプログラムは、レーダ信号処理装置２における、制約条件構成部１０、最適化問題解決部１１及び目標諸元算出部１２の各手順又は方法をコンピュータに実行させる。メモリ２２は、コンピュータを、レーダ信号処理装置２における、制約条件構成部１０、最適化問題解決部１１及び目標諸元算出部１２として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。
These programs cause the computer to execute each procedure or method of the constraint condition configuration unit 10, the optimization problem solving unit 11, and the target specification calculation unit 12 in the radar signal processing device 2. The memory 22 is a computer-readable storage medium in which a program for making the computer function as the constraint condition configuration unit 10, the optimization problem solving unit 11, and the target specification calculation unit 12 in the radar signal processing device 2 is stored. May be good.
プロセッサ２１には、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、処理装置、演算装置、プロセッサ、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などが該当する。
The processor 21 corresponds to, for example, a CPU (Central Processing Unit), a processing device, a computing device, a processor, a microprocessor, a microcomputer, a DSP (Digital Signal Processor), or the like.
メモリ２２には、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ－ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、ハードディスク、フレキシブルディスク等の磁気ディスク、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、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）などが該当する。
The memory 22 may include, for example, a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a flash memory, an EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), an EPROM (Electrically-volatile) semiconductor, or an EPROM (Electrically-EPROM). This includes hard disks, magnetic disks such as flexible disks, flexible disks, optical discs, compact disks, mini disks, CDs (Compact Disc), DVDs (Digital Versaille Disc), and the like.
レーダ信号処理装置２における、制約条件構成部１０、最適化問題解決部１１及び目標諸元算出部１２の各機能について一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。
Part of each function of the constraint condition configuration unit 10, the optimization problem solving unit 11, and the target specification calculation unit 12 in the radar signal processing device 2 is realized by dedicated hardware, and a part is realized by software or firmware. You may.
例えば、制約条件構成部１０の機能は、専用のハードウェアとしての処理回路で機能を実現する。最適化問題解決部１１及び目標諸元算出部１２については、プロセッサ２１がメモリ２２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機能を実現してもよい。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組み合わせにより上記機能のそれぞれを実現することができる。 For example, the function of the constraintcondition configuration unit 10 is realized by a processing circuit as dedicated hardware. The functions of the optimization problem solving unit 11 and the target specification calculation unit 12 may be realized by the processor 21 reading and executing the program stored in the memory 22.
As described above, the processing circuit can realize each of the above functions by hardware, software, firmware or a combination thereof.
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はこれらの組み合わせにより上記機能のそれぞれを実現することができる。 For example, the function of the constraint
As described above, the processing circuit can realize each of the above functions by hardware, software, firmware or a combination thereof.
以上のように、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２は、等加速度運動する目標からの反射信号を受信アンテナ１が受信することにより得られた受信信号から熱雑音を除去する最適化問題に対する制約条件であって、第１のテプリッツ行列をブロックとして有する区分行列の制約条件を構成する制約条件構成部１０と、制約条件構成部１０が構成した区分行列の制約条件の下で、最適化問題を解く最適化問題解決部１１と、を備え、第１のテプリッツ行列は、反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有する。
As described above, the radar signal processing device 2 according to the first embodiment has an optimization problem of removing thermal noise from the received signal obtained by receiving the reflected signal from the target moving at a constant acceleration by the receiving antenna 1. It is an optimization condition under the constraint condition of the constraint condition component 10 constituting the constraint condition of the partition matrix having the first Teplitz matrix as a block and the constraint condition of the partition matrix configured by the constraint condition component 10. The optimization problem solving unit 11 for solving the problem is provided, and the first Teplitz matrix has a second Teplitz matrix having an estimated value of the reflected signal as a component.
例えば、レーダが目標からの反射信号を受信することにより得られた受信信号に基づいて目標を検出する従来技術では、高機動目標検出方式であるＦＢＤ（Ｆｏｃｕｓ－Ｂｅｆｏｒｅ－Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）が用いられる。ＦＢＤでは、目標の運動を様々に仮定し、仮定した運動に対応する整合フィルタを用いて目標の検出を行う。
For example, in the conventional technique of detecting a target based on a received signal obtained by the radar receiving a reflected signal from the target, FBD (Focus-Before-Detection), which is a high mobility target detection method, is used. In FBD, various assumptions of the target motion are performed, and the target is detected by using a matching filter corresponding to the assumed motion.
当該従来技術では、仮定できる運動の個数が有限個であるため、仮定した運動と目標の運動とは完全には一致せず、スキャルプ損失が発生するという問題がある。スキャルプ損失とは、上述の通り、検出アルゴリズムが仮定する目標に関するパラメータと、実際の目標のパラメータとに差異があることで発生する信号処理損失を意味する。例えば、等速直線運動する目標の検出に用いられるＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）が仮定するドップラー周波数としては、周波数ビンに対応するドップラー周波数しか存在しない。そのため、目標からの反射信号がそれ以外のドップラー周波数を有する場合、周波数ビンが充分に積み上がらない。これは目標の機動性が上がるほど深刻となる。そこで、例えば、上述の非特許文献１に記載の方法では、目標からの反射波である複素正弦波を検出する際に、スキャルプ損失の発生を抑制するために、仮定する周波数の個数を極限まで高める。
In the conventional technique, since the number of possible motions is finite, the assumed motion and the target motion do not completely match, and there is a problem that scalp loss occurs. As described above, the scalp loss means the signal processing loss caused by the difference between the parameters related to the target assumed by the detection algorithm and the parameters of the actual target. For example, as the Doppler frequency assumed by the DFT (Discrete Fourier Transform) used for detecting a target that moves linearly at a constant velocity, only the Doppler frequency corresponding to the frequency bin exists. Therefore, if the reflected signal from the target has a other Doppler frequency, the frequency bins will not be fully stacked. This becomes more serious as the mobility of the target increases. Therefore, for example, in the method described in Non-Patent Document 1 described above, the number of assumed frequencies is limited to the limit in order to suppress the occurrence of scalp loss when detecting a complex sine wave which is a reflected wave from a target. Increase.
上記のような従来の方法では、受信信号から熱雑音を除去する最適化問題を解くことにより、受信信号に含まれる反射信号を推定する。その際、テプリッツ行列を成分として有する行列の制約条件の下で、当該最適化問題を解く。当該テプリッツ行列は、目標からの反射信号の推定値（仮定した値）を成分とする。つまり、当該最適化問題を解くことにより得られたテプリッツ行列に基づいて、尤もらしい反射信号の推定値が求まる。
In the conventional method as described above, the reflected signal included in the received signal is estimated by solving the optimization problem of removing thermal noise from the received signal. At that time, the optimization problem is solved under the constraint condition of the matrix having the Toeplitz matrix as a component. The Toeplitz matrix is composed of an estimated value (assumed value) of the reflected signal from the target. That is, a plausible estimated value of the reflected signal can be obtained based on the Toeplitz matrix obtained by solving the optimization problem.
しかし、上述の通り、以上のような従来の制約条件は、反射信号が、等速度運動する目標から反射された信号であることを前提としたものであるため、当該従来の制約条件を適用した場合、上述のスキャルプ損失が生じてしまうという問題がある。
However, as described above, the conventional constraint conditions as described above are based on the premise that the reflected signal is a signal reflected from the target moving at a constant velocity, and therefore the conventional constraint conditions are applied. In that case, there is a problem that the above-mentioned scalp loss occurs.
そこで、実施の形態１に係るレーダ装置１００の上述の構成によれば、第１のテプリッツ行列が、反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有することにより、反射信号が、等加速度運動する目標から反射された信号であることを前提とした制約条件を構成することができる。これにより、等加速度運動する目標からの反射信号を推定する際に生じるスキャルプ損失を抑制することができる。
Therefore, according to the above-described configuration of the radar device 100 according to the first embodiment, the reflected signal is obtained by having the second Toeplitz matrix having the estimated value of the reflected signal as a component in the first Toeplitz matrix. , It is possible to construct a constraint condition assuming that the signal is reflected from a target that moves at a constant acceleration. This makes it possible to suppress the scalp loss that occurs when estimating the reflected signal from the target that moves at a constant acceleration.
実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２が用いる区分行列は、ベクトルをブロックとしてさらに有し、制約条件構成部１０は、当該ベクトルの特定の成分を０に設定する。
上記の構成によれば、制約条件を単純化することができるため、最適化問題を解く際に計算が複雑化することを抑制することができる。 The block matrix used by the radarsignal processing device 2 according to the first embodiment further has a vector as a block, and the constraint condition component 10 sets a specific component of the vector to 0.
According to the above configuration, since the constraints can be simplified, it is possible to suppress the complexity of the calculation when solving the optimization problem.
上記の構成によれば、制約条件を単純化することができるため、最適化問題を解く際に計算が複雑化することを抑制することができる。 The block matrix used by the radar
According to the above configuration, since the constraints can be simplified, it is possible to suppress the complexity of the calculation when solving the optimization problem.
実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２は、最適化問題解決部１１が最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列に基づいて、目標に関する目標諸元を算出する目標諸元算出部１２をさらに備えている。
In the radar signal processing device 2 according to the first embodiment, the target specifications for calculating the target specifications regarding the target are calculated based on the first Toeplitz matrix obtained by the optimization problem solving unit 11 solving the optimization problem. The calculation unit 12 is further provided.
上記の構成によれば、反射信号が、等加速度運動する目標から反射された信号であることを前提とした制約条件の下で最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列に基づいて、目標諸元を算出する。これにより、算出する目標諸元の精度を高めることができる。
According to the above configuration, it is based on the first Toeplitz matrix obtained by solving the optimization problem under the constraint that the reflected signal is a signal reflected from a target that moves at a constant acceleration. And calculate the target specifications. As a result, the accuracy of the calculated target specifications can be improved.
実施の形態１に係るレーダ装置１００は、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２と、受信アンテナ１と、を備えている。
上記の構成によれば、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２が奏する効果をレーダ装置１００において実現することができる。 The radar device 100 according to the first embodiment includes a radarsignal processing device 2 according to the first embodiment and a receiving antenna 1.
According to the above configuration, the effect of the radarsignal processing device 2 according to the first embodiment can be realized in the radar device 100.
上記の構成によれば、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２が奏する効果をレーダ装置１００において実現することができる。 The radar device 100 according to the first embodiment includes a radar
According to the above configuration, the effect of the radar
実施の形態１に係るレーダ信号処理方法は、等加速度運動する目標からの反射信号を受信アンテナ１が受信することにより得られた受信信号から熱雑音を除去する最適化問題に対する制約条件であって、第１のテプリッツ行列をブロックとして有する区分行列の制約条件を構成する制約条件構成ステップと、制約条件構成ステップで構成した区分行列の制約条件の下で、最適化問題を解く最適化問題解決ステップと、を含み、第１のテプリッツ行列は、反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有する。
上記の構成によれば、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２が奏する効果と同様の効果を奏する。
なお、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 The radar signal processing method according to the first embodiment is a constraint condition for an optimization problem of removing thermal noise from a received signal obtained by receiving a reflected signal from a target that moves at a constant acceleration by the receiving antenna 1. , An optimization problem solving step that solves an optimization problem under the constraint condition of the partition matrix configured by the constraint condition configuration step that configures the constraint condition of the partition matrix having the first Teplitz matrix as a block and the constraint condition configuration step. And, and the first Teplitz matrix has a second Teplitz matrix having an estimated value of the reflected signal as a component.
According to the above configuration, the same effect as that of the radarsignal processing device 2 according to the first embodiment is obtained.
It is possible to modify any component of the embodiment or omit any component of the embodiment.
上記の構成によれば、実施の形態１に係るレーダ信号処理装置２が奏する効果と同様の効果を奏する。
なお、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 The radar signal processing method according to the first embodiment is a constraint condition for an optimization problem of removing thermal noise from a received signal obtained by receiving a reflected signal from a target that moves at a constant acceleration by the receiving antenna 1. , An optimization problem solving step that solves an optimization problem under the constraint condition of the partition matrix configured by the constraint condition configuration step that configures the constraint condition of the partition matrix having the first Teplitz matrix as a block and the constraint condition configuration step. And, and the first Teplitz matrix has a second Teplitz matrix having an estimated value of the reflected signal as a component.
According to the above configuration, the same effect as that of the radar
It is possible to modify any component of the embodiment or omit any component of the embodiment.
本開示に係るレーダ信号処理装置は、等加速度運動する目標からの反射信号を推定する際に生じるスキャルプ損失を抑制することができるため、レーダ装置に利用可能である。
The radar signal processing device according to the present disclosure can be used as a radar device because it can suppress scalp loss generated when estimating a reflected signal from a target that moves at a constant acceleration.
１ 受信アンテナ、２ レーダ信号処理装置、１０ 制約条件構成部、１１ 最適化問題解決部、１２ 目標諸元算出部、２０ 処理回路、２１ プロセッサ、２２ メモリ、１００ レーダ装置。
1 receiving antenna, 2 radar signal processing device, 10 constraint condition configuration unit, 11 optimization problem solving unit, 12 target specification calculation unit, 20 processing circuit, 21 processor, 22 memory, 100 radar device.
Claims (6)
- 等加速度運動する目標からの反射信号を受信アンテナが受信することにより得られた受信信号から熱雑音を除去する最適化問題に対する制約条件であって、第１のテプリッツ行列をブロックとして有する区分行列の制約条件を構成する制約条件構成部と、
前記制約条件構成部が構成した区分行列の制約条件の下で、前記最適化問題を解く最適化問題解決部と、を備え、
前記第１のテプリッツ行列は、前記反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有することを特徴とする、レーダ信号処理装置。 It is a constraint condition for the optimization problem of removing thermal noise from the received signal obtained by receiving the reflected signal from the target moving at a uniform acceleration, and is a constraint of the block matrix having the first Toeplitz matrix as a block. The constraint condition component that configures the constraint condition and the constraint condition component
An optimization problem solving unit that solves the optimization problem under the constraint condition of the block matrix configured by the constraint condition component unit is provided.
The radar signal processing apparatus, wherein the first Toeplitz matrix has a second Toeplitz matrix having an estimated value of the reflected signal as a component. - 前記区分行列は、ベクトルをブロックとしてさらに有し、
前記制約条件構成部は、前記ベクトルの特定の成分を０に設定することを特徴とする、請求項１に記載のレーダ信号処理装置。 The block matrix further has a vector as a block.
The radar signal processing device according to claim 1, wherein the constraint condition component unit sets a specific component of the vector to 0. - 前記最適化問題解決部が前記最適化問題を解くことにより得られた第１のテプリッツ行列に基づいて、前記目標に関する目標諸元を算出する目標諸元算出部をさらに備えていることを特徴とする、請求項１に記載のレーダ信号処理装置。 The feature is that the optimization problem solving unit further includes a target specification calculation unit that calculates target specifications related to the target based on the first Toeplitz matrix obtained by solving the optimization problem. The radar signal processing apparatus according to claim 1.
- 前記受信アンテナは、等加速度運動する目標からの反射信号を受信することにより以下の式（１）で示される前記受信信号［ｙ］を取得し、
制約条件構成部は、前記制約条件として、以下の式（２）で示される前記区分行列［Ｐ］を構成し、
式（２）に関して、前記第１のテプリッツ行列［Ｕ］は、以下の式（３）で示され
式（３）に関して、第２のテプリッツ行列［Ｔｎ］は、以下の式（４）で示され
式（２）に関して、（［ｓ´］）Ｈは、［ｓ´］の共役転置を示し、ｔは、スカラーを示し、ベクトル［ｓ´］は、以下の式（５）で示され、
式（５）に関して、ベクトル［ｓ´］の成分ｓｉ´は、以下の式（６）で示され、
前記最適化問題解決部は、前記制約条件構成部が構成した区分行列［Ｐ］の制約条件の下で、以下の式（７）で示される最適化問題を解く
ことを特徴とする、請求項１に記載のレーダ信号処理装置。 The receiving antenna acquires the received signal [y] represented by the following equation (1) by receiving the reflected signal from the target moving at a constant acceleration, and obtains the received signal [y] represented by the following equation (1).
The constraint condition component unit constitutes the block matrix [P] represented by the following equation (2) as the constraint condition.
Regarding the formula (2), the first Toeplitz matrix [U] is represented by the following formula (3).
With respect to equation (3), the second Toeplitz matrix [ Tn ] is represented by equation (4) below.
With respect to equation (2), ([s']) H represents the conjugate transpose of [s'], t represents a scalar, and the vector [s'] is represented by the following equation (5).
Regarding the equation (5), the component s i ′ of the vector [s ′] is represented by the following equation (6).
The optimization problem solving unit solves the optimization problem represented by the following equation (7) under the constraint condition of the block matrix [P] configured by the constraint condition component unit.
The radar signal processing apparatus according to claim 1, wherein the radar signal processing device is characterized in that. - 請求項１に記載のレーダ信号処理装置と、
前記受信アンテナと、を備えていることを特徴とする、レーダ装置。 The radar signal processing device according to claim 1 and
A radar device comprising the receiving antenna. - 等加速度運動する目標からの反射信号を受信アンテナが受信することにより得られた受信信号から熱雑音を除去する最適化問題に対する制約条件であって、第１のテプリッツ行列をブロックとして有する区分行列の制約条件を構成する制約条件構成ステップと、
前記制約条件構成ステップで構成した区分行列の制約条件の下で、前記最適化問題を解く最適化問題解決ステップと、を含み、
前記第１のテプリッツ行列は、前記反射信号の推定値を成分として有する第２のテプリッツ行列を成分として有することを特徴とする、レーダ信号処理方法。 It is a constraint condition for the optimization problem of removing thermal noise from the received signal obtained by receiving the reflected signal from the target moving at a uniform acceleration, and is a constraint of the block matrix having the first Toeplitz matrix as a block. Constraint configuration steps that configure constraints and
Includes an optimization problem solving step that solves the optimization problem under the constraint condition of the block matrix configured by the constraint condition configuration step.
The radar signal processing method, wherein the first Toeplitz matrix has a second Toeplitz matrix having an estimated value of the reflected signal as a component.
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| JP2022563310A JP7258247B2 (en) | 2020-11-18 | 2020-11-18 | Radar signal processing device, radar device, and radar signal processing method |
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