JP2008096337A - 妨害信号除去方式 - Google Patents

Abstract

【目的】
パルス圧縮レーダ装置において、特別なアナログ回路を設けることなく、妨害信号を除去することを可能とする。
【構成】
パルス圧縮レーダにおいて、注目データと参照データからなるデータを用い、振幅によりソートする並べ替え手段と、閾値算出手段と、振幅比較手段と、妨害波有無判定手段と、妨害信号除去手段からなる妨害信号除去装置であり、該妨害信号除去装置をパルス圧縮の前後にそれぞれ挿入することによって、二次的妨害信号を除去することを可能とする妨害信号除去方式に関する。

【選択図】図９

Description

この発明はパルス圧縮法を用いるレーダ装置における妨害信号を除去するための妨害信号除去方法に関するものである。

従来は妨害波をキャンセルする装置として、探知目標方向に主ビームを有するアンテナパターンからなる主アンテナと、その主アンテナの主ビーム方向から電波を受信することなく、主ビーム以外の方向から電波を受信するアンテナパターンからなる補助アンテナとを備えたものがあった。この装置の動作としては、主アンテナにより探知目標からの目標信号に妨害装置からの妨害電波が重畳されて受信されるが、補助アンテナにより別途妨害電波を受信し、主アンテナにより受信された電波（目標信号＋妨害電波）から補助アンテナにより受信された電波（妨害電波）を除くことにより、その妨害電波の影響を除去するものである。

また、従来の別の手法として、注目する受信データ（注目データ）と、その前後にある複数の受信データ（参照データ）の振幅比較によって妨害データを除去する手法も考案されていた。この手法について図１に示す。

図１は注目データ１０１（掃引ｎ）と参照データ４個の場合の例である。図中の掃引ｎ−２から掃引ｎ＋２は、それぞれ連続したパルス送信タイミングに対応して受信された信号の、ある同一レンジの信号であり、パルス検波された振幅データである。これら５個のデータはソート回路１０３に入力され、小さい順もしくは大きな順に並べ替えられる。

並べ替えられたデータはデータセレクタ１０５に入力される。データセレクタではあらかじめ決めた、小さい方から３番目、といった規定番目のデータを選択し出力する。

対象とするレーダ装置Ａと、そのレーダ装置が送信する信号の周波数と同一な周波数を使用する他のレーダ装置Ｂがあった場合、Ａの送信信号が山や建物などの物標において反射して再びＡに戻ってくる信号よりも、Ａに進入するＢの信号の方が充分に大きな振幅を持つため、データセレクタにおいて最も振幅が大きいと判断したデータ以外の、上記のような３番目などのデータを使用すれば、つまり妨害波とみなされる掃引については置き換えを施すことにより、妨害信号の影響を受けることは無くなる。

また、下記特許文献１のような、受信データをフーリエ変換し、不連続にフーリエ係数が増大している箇所を除去することによる妨害信号除去装置も提案されている。
特開２００２−１４８３２９号公報

しかるにこういった従来手法ではパルス圧縮レーダ装置では使用することはできない。なぜならば、パルス圧縮処理においては信号の位相にも情報が含まれており重要な役割を果たしているのであるが、前述のような掃引データの入れ替えを行うと位相情報が不連続になってしまうからである。

本発明はパルス圧縮レーダ装置においても位相情報の不連続無く、妨害信号を除去する手段を提供するものである。

本発明にかかる妨害信号除去方式は、
パルス圧縮法を用いたレーダ装置において、パルス圧縮直前における受信データ列における注目データと、該注目データの前後に連なる１個以上の参照データからなる合計ｎ１個のデータを用い、該ｎ１個のデータを振幅によりソートする第一並べ替え手段と、並べ替えた結果のｍ１番目のデータに常数ｐ１を乗じた積を閾値ｑ１とする第一閾値算出手段と、該閾値ｑ１と前記注目データの振幅を比較する第一振幅比較手段と、比較した結果として注目データの振幅が大きかった場合に注目データに妨害波が存在すると判定する第一妨害波有無判定手段と、妨害波が存在する場合に注目データをゼロに置き換える処理を行い又妨害波が存在しない場合には注目データに手を加えない第一妨害信号除去手段と、パルス圧縮直後における注目データと、該注目データの前後に連なる１個以上の参照データからなる合計ｎ２個のデータを用い、該ｎ２個のデータを振幅によりソートする第二並べ替え手段と、並べ替えた結果のｍ２番目のデータに常数ｐ２を乗じた積を閾値ｑ２とする第二閾値算出手段と、該閾値ｑ２と前記注目データの振幅を比較する第二振幅比較手段と、比較した結果として注目データの振幅が大きかった場合に注目データに二次的妨害波が存在すると判定する第二妨害波有無判定手段と、二次的妨害波が存在する場合に注目データをゼロに置き換える処理を行い又二次的妨害波が存在しない場合には注目データに手を加えない第二妨害信号除去手段とからなる妨害信号除去方式であるとする。

さらに前記第一妨害信号除去装置は常数ｐ１を随時変更できる第一常数設定手段を有し、該ｐ１の修正により第一妨害波有無判定手段の結果を調整でき、特にｐ１を設定可能な最大値に修正することにより、第一妨害波除去手段の動作を停止させることも可能である事を特徴とする妨害信号除去方式であるとする。

さらに前記第二妨害信号除去装置は常数ｐ２を随時変更できる第二常数設定手段を有し、該ｐ２の修正により第二妨害波有無判定手段の結果を調整でき、特にｐ２を設定可能な最大値に修正することにより、第二妨害波除去手段の動作を停止させることも可能である事を特徴とする妨害信号除去方式であるとする。

本発明により、パルス圧縮レーダにおいても、特別なアナログ回路等を設置することなく妨害信号を除去することが可能となる。つまり、妨害信号の除去後も位相信号が残っているため、妨害信号を除去した後においても位相情報を用いた信号処理を実行することが可能となる。

本発明の最良の実施形態を図を参照しながら説明する。本発明はパルス圧縮レーダのための妨害信号除去方式であり、従来の方法とは異なり、位相情報をもった信号を取り扱う。具体的には、受信された信号は直交検波され、互いに９０度位相が異なるＩ信号とＱ信号に分離される。これらの信号は、Ｉ信号を実部、Ｑ信号を虚部とする複素信号の形で取り扱われる。本発明では、そのようにして得られた複素信号を用いて妨害信号を除去する。

本発明による妨害波除去手段は図２に示すような２度の妨害信号除去手段を使用する２段構成になっており、妨害信号除去１において圧縮前の信号から妨害信号を除去し、この除去の影響によりパルス圧縮２０７において生成される二次的妨害信号を妨害信号除去２において除去するというものである。

ここで、妨害信号除去２への入力データにおいて、妨害信号除去１における注目データ１と参照データのタイミングと同様に、パルス圧縮２０７の最新の出力を注目データとする場合のみならず、メモリに格納された圧縮済みデータの中に注目データを設定する場合もあり、その方が有効であるため、図において注目データ２を圧縮済みデータの中に設定している。出力データ２１５は注目データ２に対する妨害除去結果の出力である。

また、妨害信号除去１と妨害信号除去２における妨害信号の除去の度合いを係数２０５及び２１１によって制御することが可能である。係数によっては妨害信号除去１もしくは妨害信号除去２の動作を無効化することが可能である。

妨害信号除去１または妨害信号除去２の具体的な内部構成を図３に示す。なお、妨害信号除去１と妨害信号除去２は同様の構成によって実現されている。図において矢尻が２重になっている信号は複素信号を表す。

本発明では妨害信号除去に入力される各掃引データは、直交検波された複素信号である。図３では図１と同様に、掃引ｎが注目データであり、他の掃引は参照データである。入力された掃引データは、絶対値演算回路３０１によって絶対値が計算される。ここで絶対値とは、複素信号の実部の二乗と虚部の二乗の和の平方根である。

計算された絶対値はソート回路３０３によって小さい順あるいは大きい順に並べ替えられ、データセレクタ３０５によって任意に決められた規定番目のデータが取り出される。ここで、図のような参照データ及び注目データの絶対値をソート回路３０３に入力する方法のみならず、該振幅をそのまま入力する実施形態であってもかまわない。

データセレクタ３０５が取り出したデータは、あらかじめ、もしくは随時設定する係数３０７を乗算し、その積を妨害判定の閾値とする。ここで係数３０７は妨害信号除去の度合いを制御するための値であり、大きな値を設定すると妨害信号除去の度合いが弱くなり、係数を小さくすると妨害信号除去が過剰にはたらく。

特に「無限大」を意味する設定、つまり、扱うことができる最大値などを設定すれば、妨害信号除去の動作をしない場合と同様の結果を得ることが出来、事実上、妨害信号除去を無効化できる。

妨害波の有り無しといった判定は、注目データの絶対値と上記のように算出された閾値の比較結果によって判定部３０９でなされる。判定部３０９は、注目データの絶対値ａが閾値Ｔよりも大きい場合には「妨害有り」と判定をし、注目データを複素数のゼロに置き換える。また、注目データの絶対値ａが閾値Ｔよりも小さい場合にはデータをゼロに置き換えることはせず、そのままの形で出力する。この方式ではデータの置き換えをした場所の位相情報は変わってしまうが、妨害が存在しない場所においては位相情報は保持されているので、パルス圧縮をしても問題はない。

ところが、前記のように妨害波が有ると判定を下し、注目データをゼロに置き換えるという処理をした場合、不都合が発生する場合がある。つまり、レーダーに映るべき物標信号に妨害信号が重畳している場合に、このようなデータ置き換えを施すと、パルス圧縮した際に他の信号にもデータ置き換えの影響が拡がることがある。これを二次的妨害信号と呼ぶ。

パルス圧縮による二次的妨害信号の生成について、図４を参照して説明する。図４は物標信号と妨害信号が独立に存在している場合の例である。物標信号は基準信号との相関演算を施され、パルス圧縮により同図のように圧縮されるが、妨害信号は当該レーダ装置の基準信号と相関が無いため、圧縮されることは無く、圧縮前の物標信号の幅まで引き伸ばされてしまう。

次に、物標信号に妨害信号が重畳した場合について、図５を参照して説明する。前記のように、妨害波があると判定された注目データは強制的にゼロに置き換えることになるため、図５に示すように物標信号と妨害波が重なっている場合に物標信号を欠損させることになる。図４に基づいて考えると、正常な物標信号は正確にパルス圧縮されるが、データ欠損箇所については基準信号との相関が取れずに、送信パルス幅にまで引き伸ばされた信号となってしまう。これを二次的妨害信号とよぶ。このことにより、物標信号と妨害波が重なっている信号について妨害波除去処理を行うと、図５のように、圧縮パルスに二次的妨害信号が重畳した結果となる。

前記二次的妨害信号も、既に述べた妨害信号除去の方法を用いて、同様に除去することができる。従って、図２に示すように、妨害除去手段をパルス圧縮の前後に計２個挿入することによって、物標信号のデータ欠損による二次的妨害信号をも除去することが可能となる。ただし妨害信号除去２０３と２１３は全く同じ構成である必要はなく、例えば参照データの数が異なっていてもかまわない。

次に、妨害信号除去の度合いを決める係数２０５、２１１を用いて、妨害信号除去１あるいは妨害信号除去２のどちらか一方、または両方を無効にする方法も可能である。というのも、通常の使用においては、第１段目の妨害信号除去をせずとも、妨害信号除去２のみだけで充分に妨害信号除去が可能である場合も多いからである。

妨害信号除去１が有用である場合について図６を参照して説明する。妨害信号除去１が必要なのは、主に、周囲に妨害信号源が多く存在する場合である。例えば船舶レーダの場合であれば、多くの船舶が停留する主要な港付近においては妨害信号除去１が必要である。図６はこのように、妨害信号源が多い場合の受信信号をあらわしている。

図６において、妨害信号は６０１のようにレンジ方向に短いインパルス状のパターンで観測されているとする。この信号をパルス圧縮すると、６０３のようにレーダの送信パルス幅程度まで妨害信号が引き伸ばされ、点在していた妨害信号が複数の掃引データについて、同一レンジで連続して観測されるようになる。本発明では、注目データの前後の掃引データを参照して妨害信号の判定を行うため、６０１のように妨害信号が連続してあらわれる場合には、妨害信号の有無の判定が困難になる。従って、妨害信号が多い場合には、６０３のように妨害信号が引き伸ばされる前に妨害信号除去を行った方がより効果的である。つまり、この場合は妨害信号除去１を動作させておいた方が良い。

次に図７及び図８を参照して、別の実施形態を説明する。図７はパルス圧縮した複素信号をさらに掃引間で複素加算つまり積分することによって、信号対雑音比を改善する手法の位相制御が可能なレーダ装置に、本発明の妨害信号除去１及び妨害信号除去２を適用した例である。７０１において積分処理を施すことから、パルス圧縮後にあっては、全てが注目データであり、かつ、参照データであることになる。

図８は図７における妨害信号除去２の内部の構成である。読み出した掃引データ８個全てが注目データであり、かつ、参照データである。８個のデータの絶対値を計算し、ソート後、データセレクタで選択した値に係数を乗じて閾値を得るのは前述と同様であるが、この例では、読み出したデータ全てが注目データであるので、閾値判定をすべてのデータに対して実行し、結果としての複素数を出力する。図中において、Ｔ、ａ、ｘ、ｙはａ＜Ｔならば複素信号ｙ＝ｘを出力し、それ以外においてはｙ＝０を出力する。

本発明の前述した内容について、フローチャートを図９に示す。

従来の妨害信号除去手段 本発明による妨害信号除去手段 妨害信号除去装置の構成例 物標信号と妨害信号が独立している場合のパルス圧縮 物標信号と妨害信号が重畳している場合のパルス圧縮 妨害信号が多数存在する場合のパルス圧縮 パルス圧縮後の掃引間の積分に対応した本発明の応用例 図７における妨害信号除去２の構成例 処理フローチャート

符号の説明

１０１…注目データ、 １０３…ソート回路、 １０５…データセレクタ、
２０１…注目データ１、 ２０３…妨害信号除去１、 ２０５…係数１、
２０７…パルス圧縮装置、 ２０９…圧縮済み参照データ、
２１１…係数２、 ２１２…注目データ２、
２１３…妨害信号除去２、 ２１５…出力データ、
３０１…絶対値演算器、 ３０３…ソート回路、 ３０５…データセレクタ、
３０７…係数、 ３０９…妨害信号有無判定装置、
６０１…パルス圧縮前、 ６０３…パルス圧縮後、
７０１…複素加算器

Claims (3)

1. パルス圧縮法を用いたレーダ装置において、
   パルス圧縮直前における受信データ列における注目データと、該注目データの前後に連なる１個以上の参照データからなる合計ｎ１個のデータを用い、
   該ｎ１個のデータを振幅によりソートする第一並べ替え手段と、
   並べ替えた結果のｍ１番目のデータに常数ｐ１を乗じた積を閾値ｑ１とする第一閾値算出手段と、
   該閾値ｑ１と前記注目データの振幅を比較する第一振幅比較手段と、
   比較した結果として注目データの振幅が大きかった場合に注目データに妨害波が存在すると判定する第一妨害波有無判定手段と、
   妨害波が存在する場合に注目データをゼロに置き換える処理を行い又妨害波が存在しない場合には注目データに手を加えない第一妨害信号除去手段と、
   
   パルス圧縮直後における注目データと、該注目データの前後に連なる１個以上の参照データからなる合計ｎ２個のデータを用い、
   該ｎ２個のデータを振幅によりソートする第二並べ替え手段と、
   並べ替えた結果のｍ２番目のデータに常数ｐ２を乗じた積を閾値ｑ２とする第二閾値算出手段と、
   該閾値ｑ２と前記注目データの振幅を比較する第二振幅比較手段と、
   比較した結果として注目データの振幅が大きかった場合に注目データに二次的妨害波が存在すると判定する第二妨害波有無判定手段と、
   二次的妨害波が存在する場合に注目データをゼロに置き換える処理を行い又二次的妨害波が存在しない場合には注目データに手を加えない第二妨害信号除去手段と、
   からなる妨害信号除去方式。
   
2. 前記第一妨害信号除去装置は常数ｐ１を随時変更できる第一常数設定手段を有し、該ｐ１の修正により第一妨害波有無判定手段の結果を調整でき、特にｐ１を設定可能な最大値に修正することにより、第一妨害波除去手段の動作を停止させることも可能である事を特徴とする、請求項１に記載の妨害信号除去方式。
   
3. 前記第二妨害信号除去装置は常数ｐ２を随時変更できる第二常数設定手段を有し、該ｐ２の修正により第二妨害波有無判定手段の結果を調整でき、特にｐ２を設定可能な最大値に修正することにより、第二妨害波除去手段の動作を停止させることも可能である事を特徴とする、請求項１に記載の妨害信号除去方式。