JP2008185357A - レーダ信号処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置規模を増大させることなく、信号処理の演算負荷をより軽減した簡易な演算により不要波を効果的に抑圧するレーダ信号処理装置を得る。
【解決手段】レーダ反射波信号中のクラッタ等の不要波成分を抑圧する際に、レーダ覆域を分割した各セル毎に、反射波信号中に含まれるドップラ周波数成分を、反射波の位相回転量に対する平均値及び標準偏差といった、簡易かつ小規模な演算処理で結果を得ることのできる統計量を算出することによって求める。そして、これら統計量に基づいてノッチフィルタを形成し、このノッチフィルタを用いて反射波信号をフィルタリングすることにより不要波成分を抑圧する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーダ信号処理装置に係り、特にレーダ反射波中に含まれるクラッタ等の不要な反射波を抑圧するレーダ信号処理装置に関する。

レーダ反射波中には、対象目標からの反射波以外にクラッタと呼ばれる不要反射波成分が混在する。このため、レーダ装置等では、このような不要反射波を除去するための各種信号処理が行なわれており、移動目標検出（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ、以下、ＭＴＩと表す）処理もそのひとつである。一般にＭＴＩ処理では、反射波中のドップラ周波数成分の違いにより移動目標を検出している。このＭＴＩ処理は一種のフィルタ処理であり、近年では、デジタル信号処理技術を活用し、クラッタを含むレーダ反射波中の不要波成分の特性を解析して最適な形状にフィルタを形成するアダプティブＭＴＩ処理が知られている。

アダプティブＭＴＩ処理については、種々の手法が提案されており、それらの技術内容は、例えば非特許分献１に開示されている。また、受信ビームの形成と組み合わせた事例も開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に開示された事例では、アレー状に配列された複数のアンテナ素子毎に不要波を抑圧するための信号処理部を設けている。そして、これら複数のアンテナ素子からの受信信号に基づき受信ビームパターンを形成する際に、アンテナ素子毎に受信信号中の不要波成分をアダプティブに抑圧した後に所望するビームの形成を行なっている。
特開２００４−２５７７６１号公報（第７ページ、図１） 菊間信良著、「アレーアンテナによる適応信号処理」、科学技術出版、１９９８年

アダプティブＭＴＩ処理においては、不要波の特性を解析しながらこれらを除去するために、デジタル化された入力信号に対して種々の信号処理演算を施す。そして、最適な形状のフィルタが形成されるように、例えばフィルタ係数の算出演算等を繰返し実行する。

しかしながら、これらの信号処理は演算の負荷が重いため、短い演算時間応答の中で不要波を良好に抑圧するには、例えば専用のプロセッサを複数台用いて信号処理を実行させるなど、信号処理を担うハードウェアやソフトウェアの規模が大きくなるという課題があった。また、種々の特性の不要波に対してその抑圧効果を期待できるものの、その信号処理手法は複雑多岐にわたるため、不要波の特性が安定して分析できる環境においては、より簡易な手法が望まれていた。

本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、装置規模を増大させることなく、信号処理の演算負荷をより軽減した簡易な演算により不要波を効果的に抑圧するレーダ信号処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のレーダ信号処理装置は、レーダ覆域をビーム走査方向には連続する複数ヒットを含むように、また距離方向には連続する複数の反射波サンプル値を含むようにメッシュ状のセルに分割し、ビーム走査しながら所定のＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）で前記レーダ覆域に放射されるレーダパルス信号の反射波を受信して、この反射波中の不要波成分を、この反射波の有するドップラ周波数成分に基づき前記セル毎に抑圧するレーダ信号処理装置であって、前記レーダパルス信号毎に所定のビームで受信した前記反射波を受信処理し距離方向にサンプリングされた一連のサンプル値として出力する受信処理部と、前記各セル内に含まれる前記サンプル値の位相回転量に基づき当該セルのドップラ中心周波数及びそのひろがりを算出する不要波特性分析部と、この不要波特性分析部からのドップラ中心周波数及びその広がりをそれぞれノッチ中心周波数及びノッチ幅としてノッチフィルタを形成するとともに、前記各セルに含まれる前記サンプル値にこのノッチフィルタを適用し前記反射波中の不要波成分を抑圧して出力するフィルタ演算部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、装置規模を増大させることなく、信号処理の演算負荷をより軽減した簡易な演算により不要波を効果的に抑圧することのできるレーダ信号処理装置を得ることができる。

以下に、本発明に係るレーダ信号処理装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。

図１は、本発明に係るレーダ信号処理装置の一実施例を示すブロック図である。なお、以下の説明においては、レーダビームの走査方向を方位角方向として説明する。

この図１に例示したレーダ信号処理装置１は、受信処理部１１、不要波特性分析部１２、フィルタ演算部１３、操作処理部１４から構成されている。

受信処理部１１は、方位角方向にビーム走査しながら所定のＰＲＩで放射されるレーダパルス信号の反射波を各パルス毎に受信処理し、距離方向に所定間隔でサンプリングしてデジタル量とした一連のサンプル値からなるサンプルデータを出力する。本実施例においては、反射波を直交検波して得たＩＱ信号をサンプルデータとして出力するものとしている。レーダパルス信号、反射波、及びサンプル値との関係を、図２にモデル化して例示する。サンプルデータは、この図２において反射波を所定の時間間隔、すなわち距離間隔でサンプリングされた一連のサンプル値から構成されている。

不要波特性分析部１２は、受信処理部１１からのサンプルデータを、メッシュ状にレーダ覆域を分割した各セルにあてはめて保持し、後述する操作処理部１４からの処理対象エリア情報に該当するセルに対して、そのセル内に含まれるサンプルデータそれぞれの位相回転量に基づき当該セルのドップラ中心周波数及びそのひろがりを算出する。本実施例におけるセルの分割の一例をモデル化して図３（ａ）及び（ｂ）に示す。

この図３（ａ）に示した事例では、対象の覆域を次のようにメッシュ状のセルに分割している。すなわち、方位角方向には、レーダ信号処理の際に用いられる処理単位である１ＣＰＩの期間に対応する大きさとしている。このＣＰＩは、良好な目標検出を行なうためにレーダパルス信号の反射波を複数パルス分にわたって積分する期間に相当し、ＰＲＩの整数倍で表される。また、距離方向には、受信処理部１１からのサンプル値を複数個含む大きさとしている。このようにして分割したセルのひとつをモデル化して図３（ｂ）に示す。この図３（ｂ）の事例では、１ＣＰＩをＰＲＩの１０倍の期間として方位角方向は１０ＰＲＩに相当する期間とし、距離方向は連続する１０個のサンプル値を含む大きさとしている。そして、この図中には、１０Ｘ１０＝１００のサンプル値が含まれている。

また、ドップラ中心周波数及びそのひろがりの算出にあたっては、各サンプル値の持つ位相回転角の統計量を用いている。すなわち、セル内で同一距離にあって方位角方向に隣接するサンプル値間における位相回転角の差の平均値及び標準偏差を算出し、これらをそれぞれＰＲＩに基づいて周波数に変換し、ドップラ中心周波数、及びそのひろがりとしている。

フィルタ演算部１３は、不要波特性分析部１２で算出したセル毎のドップラ中心周波数及びそのひろがりに基づきノッチフィルタを形成するとともに、該当するセルのサンプルデータにこのノッチフィルタを適用して不要波成分を抑圧し、後段の機器に出力する。操作処理部１４は、操作員から入力される抑圧処理の対象とするレーダ覆域中の範囲の指定操作を受けつけて、これを処理対象エリア情報として不要波特性分析部１２に送出する。

次に、前述の図１乃至図３ならびに図４の説明図を参照して、上述のように構成されたレーダ信号処理装置の動作について説明する。なお、セルについては、図３に例示したように分割されているものとする。

まず、操作員が、処理対象とするレーダ覆域中の範囲を操作処理部１４に入力し、操作処理部１４はこの操作員の入力操作を受けつける。入力に際しては、その範囲を方位角方向と距離方向とについて数値指定したり、あるいはグラフィカルに表示されたレーダ覆域上でポインタツールを用いて範囲指定する等の手法を採用できる。入力された処理対象の範囲は、処理対象エリア情報として不要波特性分析部１２に送出される。

レーダパルス信号の反射波は、１パルス分の反射波毎に受信処理部１１において所定の方位角方向からの反射波として受信処理される。この受信処理には、空中線等（図示せず）で反射波が受信された後の低雑音増幅、周波数変換、直交検波等の一連の処理が含まれる。また、例えばＤＢＦ手法等を用いて受信ビーム形成を行なう場合においては、これらビーム形成のための処理も含まれるものとしている。

そして、ビーム走査しながら所定のＰＲＩで送信したレーダパルス信号の反射波が受信されるたび毎に、その反射波を直交検波してＩＱ信号を得て、これを距離方向に所定の間隔でサンプリングして一連のサンプル値からなるサンプルデータを生成する。生成されたこれらＩＱ信号のサンプルデータは、不要波特性分析部１２、及びフィルタ演算部１３に送出される。

不要波特性分析部１２では、操作処理部１４から指定された処理対象エリア内のセルに対しては、まず、受信処理部１１からのサンプルデータを各セル毎にあてはめて保持する。すなわち、例えば図３（ｂ）の事例のように、第ｎ番目のレーダパルス信号の反射波に対する１０個のサンプル値Ｄ００〜Ｄ０９を距離方向に連続させて保持し、次の第（ｎ＋１）番目の反射波についても同様に、１０個のサンプル値Ｄ１０〜Ｄ１９を保持する。さらにビーム走査に伴って、１ＣＰＩに相当する第（ｎ＋９）番目のまでのサンプルデータＤ９０〜Ｄ９９を保持する。

次に、合計１００サンプルの各サンプル値のそれぞれについて位相回転角を求めた後、同一距離にあって方位角方向に隣接するサンプル値間における位相回転角の差を算出する。図３（ｂ）の事例ではＤ００−Ｄ１０間、Ｄ１０−Ｄ２０間、（中略）、Ｄ８９−Ｄ９９間の差であり、この事例では、位相回転角の差のデータが９０データ取得される。さらに続けて、これら９０データの平均値及び標準偏差を算出する。これにより、１ＰＲＩ期間中における当該セル内での位相回転角の平均値及び標準偏差が得られたので、次の関係式に基づいてドップラ中心周波数、及びそのひろがりに変換する。

すなわち、
（ドップラ中心周波数）＝（位相回転角の差の平均値）／ＰＲＩ ・・（１）
（ひろがり）＝（位相回転角の差の標準偏差）／ＰＲＩ ・・（２）
そして、この結果は、クラッタ等の不要波に起因する当該セルにおけるドップラ中心周波数及びそのひろがりとして、不要波特性分析部１２からフィルタ演算部１３に送出される。

フィルタ演算部１３では、不要波特性分析部１２の分析結果に基づいてノッチフィルタを形成する。このノッチフィルタは、処理対象エリア内の各セル毎に形成し、ノッチ中心周波数、及びノッチ幅は、それぞれ不要波特性分析部１２からのドップラ中心周波数及びそのひろがりとしている。その特性を図４に例示する。この図４の事例は、ノッチ無しのフィルタレスポンスとノッチフィルタを形成した場合のそれとをモデル化して例示したものである。ノッチフィルタは、例えばデジタルフィルタとして構成することができ、その係数を制御することによって所望するノッチ中心周波数及びノッチ幅を得ることができる。そして、該当セル毎に、受信処理部１１からのサンプルデータをこのノッチフィルタでフィルタリングし、反射波中のクラッタ等の不要波成分を抑圧する。このようにして不要波成分が抑圧された反射波は、フィルタ演算部１３から後段の機器に送出され、さらに、例えば目標検出等の処理に供される。

以上説明したように、本実施例のレーダ信号処理装置においては、レーダ反射波信号中のクラッタ等の不要波成分を抑圧する際に、レーダ覆域を分割した各セル毎に、この反射波信号中に含まれるドップラ周波数成分を、反射波の位相回転量に対する平均値及び標準偏差といった、簡易かつ小規模な演算処理で結果を得ることのできる統計量を算出することによって求めている。そして、これら統計量に基づいてノッチフィルタを形成し、このノッチフィルタを用いてレーダ反射波信号をフィルタリングすることにより不要波成分を抑圧している。

これにより、不要波抑圧のために必要な信号処理演算の負荷を大幅に軽減することができるとともに、良好な時間応答で不要波を効果的に抑圧することができる。また、これら信号処理は負荷の軽い簡易な演算処理で構成されているので、その実行にあたっては、例えば、他のレーダ信号処理等と共存させるなどして、信号処理用のハードウェア及びソフトウェア規模を増大させることなく、小規模・軽量に装置を構成することができる。従って、装置規模を増大させることなく、信号処理の演算負荷をより軽減した簡易な演算により不要波を効果的に抑圧することができる。

さらに、レーダ覆域内における処理対象エリアを選択的に指定できるので、不要波成分の抑圧処理を必要としない領域については処理の対象としないことによって、信号処理の負荷を一層軽減することができる。

なお、本発明は上述した実施例のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。特にセルの分割や形成するノッチフィルタのノッチ幅等については種々に変形が可能である。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施例に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係るレーダ信号処理装置の一実施例を示すブロック図。 レーダパルス信号、反射波、及び一連のサンプル値からなるサンプルデータとの関係をモデル化して示す図。 セルの分割の一例をモデル化して示す図。 フィルタレスポンスの一例をモデル化して示す図。

符号の説明

１ レーダ信号処理装置
１１ 受信処理部
１２ 不要波特性分析部
１３ フィルタ演算部
１４ 操作処理部

Claims (4)

1. レーダ覆域をビーム走査方向には連続する複数ヒットを含むように、また距離方向には連続する複数の反射波サンプル値を含むようにメッシュ状のセルに分割し、ビーム走査しながら所定のＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）で前記レーダ覆域に放射されるレーダパルス信号の反射波を受信して、この反射波中の不要波成分を、この反射波の有するドップラ周波数成分に基づき前記セル毎に抑圧するレーダ信号処理装置であって、
   前記レーダパルス信号毎に所定のビームで受信した前記反射波を受信処理し距離方向にサンプリングされた一連のサンプル値として出力する受信処理部と、
   前記各セル内に含まれる前記サンプル値の位相回転量に基づき当該セルのドップラ中心周波数及びそのひろがりを算出する不要波特性分析部と、
   この不要波特性分析部からのドップラ中心周波数及びその広がりをそれぞれノッチ中心周波数及びノッチ幅としてノッチフィルタを形成するとともに、前記各セルに含まれる前記サンプル値にこのノッチフィルタを適用し前記反射波中の不要波成分を抑圧して出力するフィルタ演算部と
   を有することを特徴とするレーダ信号処理装置。
2. 前記セルは、ビーム走査方向にはＣＰＩ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｖａｌ）の期間またはその倍数としてメッシュ状に分割された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。
3. 前記不要波特性分析部において各セル毎にドップラ中心周波数及びそのひろがりを算出する際は、当該セル内で同一距離にあってビーム走査方向に隣接するサンプル値間における位相回転角の差の平均値及び標準偏差を算出し、前記ＰＲＩに基づいてこの平均値を周波数に変換してドップラ中心周波数とし、この標準偏差を周波数に変換してそのひろがりとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ信号処理装置。
4. さらに操作部を有し、操作員から入力される処理対象範囲の指定を受けつけて前記レーダ覆域内の指定された領域に対して前記反射波中の不要波成分の抑圧を行なうことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のレーダ信号処理装置。

Images