JP2010025576A - Wave number estimating apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To overcome the problem that a conventional wave number estimating apparatus erroneously estimates a wave number if a difference between a target characteristic value and a noise characteristic value are reduced by a low SNR. <P>SOLUTION: A beam synthesis of a reflection signal from a target is implemented so as to obtain a high gain in the beam orientation direction of an antenna. An inter-pulse integration of a beam synthesis signal is implemented. If a target signal is detected from an inter-pulse integration signal, a correlation matrix of the reflection signal from the target is calculated by a correlation matrix calculating means. A characteristic value and a characteristic vector are calculated by a characteristic value and characteristic vector calculating means. A beam is formed by a characteristic beam forming means using the characteristic vector. A coherent integration of a beam formation output is implemented by a coherent integration means. A coherent integration value is extracted by a predetermined reference. The wave number is estimated by a wave number estimating means. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、レーダやソーナーなど複数のパルスを送受信するセンサアレーシステムにおいて、受信した信号に含まれている目標数を推定する波数推定装置に関するものである。   The present invention relates to a wave number estimating apparatus for estimating a target number included in a received signal in a sensor array system such as a radar or a sonar that transmits and receives a plurality of pulses.

従来のこの種の波数推定装置としては、例えば非特許文献「M． Wax、 T． Kailath、 “Detection of signals by information theoretic criteria、” IEEE Trans． Acoustics、 Speech、 and Signal Processing、 Vol．33、 No．2、 pp．387-392、 Apr． 1985」に示されたものがある。   As a conventional wave number estimation device of this type, for example, non-patent literature “M. Wax, T. Kailath,“ Detection of signals by information theoretic criteria, ”IEEE Trans. Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. 33, No. 2, pp. 387-392, Apr. 1985 ”.

上記文献では、受信信号の相関行列より固有値・固有ベクトルを求め、降順に並べた固有値よりAIC（Akaike Information Criterion）に基づく規範値を求めて、最小となる規範値より波数推定を行うようにしている。また、上記文献では、同様に固有値よりMDL（Minimum Description Length）に基づく規範値を求めて、最小となる規範値より波数推定を行うようにしている。   In the above document, eigenvalues and eigenvectors are obtained from the correlation matrix of the received signal, a normative value based on AIC (Akaike Information Criterion) is obtained from the eigenvalues arranged in descending order, and the wave number is estimated from the minimum normative value. . In the above-mentioned document, similarly, a normative value based on the minimum description length (MDL) is obtained from the eigenvalue, and the wave number is estimated from the smallest normative value.

M． Wax、 T． Kailath、 “Detection of signals by information theoretic criteria、” IEEE Trans． Acoustics、 Speech、 and Signal Processing、 Vol．33、 No．2、 pp．387-392、 Apr． 1985M. Wax, T. Kailath, “Detection of signals by information theoretic criteria,” IEEE Trans. Acoustics, Speech, and Signal Processing, Vol. 33, no. 2, pp. 387-392, Apr. 1985

従来の波数推定装置では、上記いずれの方法も、目標の固有値と雑音の固有値との差が小さくなるような低SNR（Signal to Noise Ratio）の場合には、誤った波数推定を行うという問題があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、低SNRでの波数推定性能を改善する波数推定装置を得ることを目的とする。 In the conventional wave number estimating device, any of the above methods has a problem of performing an erroneous wave number estimation when the signal to noise ratio (SNR) is small so that the difference between the target eigenvalue and the noise eigenvalue is small. there were.
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a wave number estimation device that improves the wave number estimation performance at a low SNR.

この発明に係る波数推定装置は、複数のセンサにより複数のパルス波の送受信を行い、目標からの反射信号を取得する目標信号取得手段と、上記目標信号取得手段の出力に対して和ビームを形成する和ビーム形成手段と、上記和ビームの出力の積分を行うパルス間積分手段と、上記パルス間積分手段の出力の振幅検波を行う振幅検波手段と、上記振幅検波手段の出力の信号検出を行う信号検出手段と上記信号検出手段にて信号が検出された場合に、上記目標信号取得手段の出力より、目標信号の相関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列より固有値・固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出手段と、上記固有ベクトルと上記目標信号取得手段の出力より固有ビーム形成を行う固有ビーム形成手段と、上記固有ビーム形成手段による各ビーム出力をコヒーレント積分するコヒーレント積分手段と、上記コヒーレント積分の値より所定のコヒーレント積分値を抽出する積分値抽出手段と、上記積分値抽出手段の出力により目標信号の波数を推定する波数推定手段とから構成される。   The wave number estimating apparatus according to the present invention transmits and receives a plurality of pulse waves by a plurality of sensors, and forms a sum beam with respect to the output of the target signal acquiring means for acquiring the reflected signal from the target and the target signal acquiring means Sum beam forming means, pulse integration means for integrating the output of the sum beam, amplitude detection means for detecting amplitude of the output of the pulse integration means, and signal detection of the output of the amplitude detection means. When a signal is detected by the signal detection means and the signal detection means, a correlation matrix calculation means for calculating a correlation matrix of the target signal from the output of the target signal acquisition means, and eigenvalues / eigenvectors are calculated from the correlation matrix. Eigenvalue / eigenvector calculation means, eigenbeam forming means for performing eigenbeam formation from the eigenvector and the output of the target signal acquisition means, A coherent integration means for coherently integrating each beam output by the means, an integration value extraction means for extracting a predetermined coherent integration value from the coherent integration value, and a wave number for estimating the wave number of the target signal from the output of the integration value extraction means And estimation means.

この発明の波数推定装置によれば、目標からの反射信号をビーム指向方向に高利得を得るようビーム合成して、ビーム合成信号をパルス間積分し、パルス間積分信号から目標信号の検出処理をし、目標信号が検出された場合、目標からの反射信号の相関行列を算出して、固有値・固有ベクトルを算出し、この固有ベクトルによりビーム形成を行い、ビーム形成出力に対してコヒーレント積分を行う。コヒーレント積分値を所定の基準で抽出して、波数を推定しているので、低SNRでの波数推定性能を改善できる効果を有する。   According to the wave number estimating apparatus of the present invention, the reflected signal from the target is beam-synthesized so as to obtain a high gain in the beam directing direction, the beam synthesized signal is integrated between pulses, and the target signal is detected from the inter-pulse integrated signal. When the target signal is detected, the correlation matrix of the reflected signal from the target is calculated, eigenvalues / eigenvectors are calculated, beam forming is performed using the eigenvectors, and coherent integration is performed on the beam forming output. Since the wave number is estimated by extracting the coherent integration value according to a predetermined reference, the wave number estimation performance at a low SNR can be improved.

実施の形態１．
図１〜図３は、レーダシステムに組み込んだこの発明の波数推定装置の実施の形態１を示す構成図である。
図１において送信機１は、予め設定された諸元に基づいて送信波を生成し、その送信波を複数のサーキュレータ２に出力する。
サーキュレータ２は、送信機１から出力された送信波をそれぞれ対応する複数の移相器４に出力し、また、移相器４からの目標で反射し対応する複数のセンサとしてのアンテナ５で受信した受信信号をそれぞれ対応する複数の受信機６に出力する。
移相値計算手段３は、予め設定されたセンサとしてのアンテナ５のビーム指向方向に応じた移相値を算出し、その移相値を複数の移相器４に出力する。
移相器４は、移相値算出手段３により設定された移相値だけサーキュレータ２から出力された送信波の位相を移相し、また、アンテナ５により受信された受信波の位相を移相する。なお、アンテナ５より受信された受信波の位相を移相しなくてもよい。 Embodiment 1 FIG.
1 to 3 are configuration diagrams showing Embodiment 1 of a wave number estimating apparatus of the present invention incorporated in a radar system.
In FIG. 1, a transmitter 1 generates a transmission wave based on preset specifications and outputs the transmission wave to a plurality of circulators 2.
The circulator 2 outputs the transmission waves output from the transmitter 1 to the corresponding plurality of phase shifters 4, reflects the target from the phase shifter 4, and receives it by the corresponding antennas 5 as the plurality of sensors. The received signals are output to the corresponding receivers 6.
The phase shift value calculating means 3 calculates a phase shift value corresponding to the beam directing direction of the antenna 5 as a preset sensor, and outputs the phase shift value to the plurality of phase shifters 4.
The phase shifter 4 shifts the phase of the transmission wave output from the circulator 2 by the phase shift value set by the phase shift value calculating means 3, and shifts the phase of the reception wave received by the antenna 5. To do. Note that the phase of the received wave received from the antenna 5 may not be shifted.

センサとしてのアンテナ５は、素子アンテナもしくはサブアレーアンテナであり、移相器４から出力された送信波を予め設定されたビーム指向方向に放射し、目標で反射された送信波を目標信号として受信する。このとき、合わせて不要波であるクラッタや妨害波を受信する場合もある。
受信機６は、サーキュレータ２から出力された受信波を受信し、その受信波の周波数をダウンコンバートして、ベースバンドの受信信号に変換する。
AD（Analog to Digital）変換器７は、受信機６から出力されたアナログの受信信号をディジタルの受信信号に変換する。
なお、送信機１、複数のサーキュレータ２、移相値計算手段３、複数の移相器４、複数のアンテナ５、複数の受信機６、複数のAD変換器７から、目標信号取得手段が構成されている。 The antenna 5 as a sensor is an element antenna or a subarray antenna, and radiates the transmission wave output from the phase shifter 4 in a preset beam directing direction and receives the transmission wave reflected by the target as a target signal. . At this time, clutter and interference waves that are unnecessary waves may be received.
The receiver 6 receives the reception wave output from the circulator 2, down-converts the frequency of the reception wave, and converts it into a baseband reception signal.
The AD (Analog to Digital) converter 7 converts the analog reception signal output from the receiver 6 into a digital reception signal.
The transmitter 1, the plurality of circulators 2, the phase shift value calculation means 3, the plurality of phase shifters 4, the plurality of antennas 5, the plurality of receivers 6, and the plurality of AD converters 7 constitute target signal acquisition means. Has been.

クラッタ抑圧手段８は、クラッタのドップラ周波数にヌルを有するドップラフィルタを用いて、AD変換器７より出力される受信信号に含まれるクラッタ電力を抑圧する。具体的なドップラフィルタとしてはMTI（Moving Target Indicator）やAMTI（Adaptive Moving Target Indicator）がある。
妨害波抑圧手段９は、妨害波の到来方向にヌルを有する空間フィルタを用いて、クラッタ抑圧部８より出力されるクラッタ抑圧後の受信信号に含まれる妨害波電力を抑圧する。具体的な空間フィルタとしては、SMI（Sample Matrix Inverse）やPCI（Principal Component Inverse）がある。 The clutter suppression unit 8 suppresses the clutter power included in the reception signal output from the AD converter 7 using a Doppler filter having a null in the Doppler frequency of the clutter. Specific Doppler filters include MTI (Moving Target Indicator) and AMTI (Adaptive Moving Target Indicator).
The interference wave suppression means 9 suppresses interference wave power included in the received signal after clutter suppression output from the clutter suppression unit 8 using a spatial filter having a null in the arrival direction of the interference wave. Specific spatial filters include SMI (Sample Matrix Inverse) and PCI (Principal Component Inverse).

和ビーム形成手段１０は、妨害波抑圧手段９より出力される妨害波抑圧後の受信信号を、予め設定されたビーム指向方向に高利得を有するようにビーム合成を行う。
パルス間積分手段１１は、和ビーム形成手段１０より出力される受信信号のパルス間積分を行う。具体的なパルス間積分としては、NCI（Noncohernet Integration）やCI（Coherent Integration）がある。
信号検出手段１２は、パルス間積分手段１１より出力される受信信号に対して振幅検波してから閾値処理による信号検出が行われる。具体的な閾値処理としてはCFAR（Constant False Alarm Ratio）処理がある。 The sum beam forming unit 10 performs beam synthesis on the reception signal after the interference wave suppression output from the interference wave suppression unit 9 so as to have a high gain in a preset beam directing direction.
The inter-pulse integration unit 11 performs inter-pulse integration of the reception signal output from the sum beam forming unit 10. Specific integration between pulses includes NCI (Noncohernet Integration) and CI (Coherent Integration).
The signal detection means 12 performs signal detection by threshold processing after detecting the amplitude of the reception signal output from the interpulse integration means 11. Specific threshold processing includes CFAR (Constant False Alarm Ratio) processing.

以上に説明したレーダでは、複数の目標信号が受信された場合、これらが互いにレーダの距離分解能あるいはドップラ分解能以上に離れていれば、別々に検出することが可能であり、その検出数が目標数となる。しかしながら、複数の目標信号が距離分解能およびドップラ分解能以下の場合には、検出数をそのまま目標数として扱うと、目標数を誤ってしまう問題点がある。複数目標にもかかわらず１目標として扱うと、オペレータがレーダ周囲の状況を誤って認識してしまうほか、モノパルス測角や超分解能測角等による目標の角度等の推定が正しく行えないといったシステム的な問題に発展する。このため、距離およびドップラ分解能以下の複数目標数を正しく知ることが重要な課題である。   In the radar described above, when a plurality of target signals are received, they can be detected separately if they are separated from each other by the distance resolution or the Doppler resolution of the radar. It becomes. However, when a plurality of target signals are equal to or smaller than the distance resolution and the Doppler resolution, there is a problem that the target number is erroneously handled if the detected number is handled as it is. Treating it as a single target despite multiple targets causes the operator to misrecognize the situation around the radar, and makes it impossible to correctly estimate the target angle by monopulse angle measurement or super-resolution angle measurement. Develop into a serious problem. For this reason, it is an important issue to correctly know the distance and the multiple target numbers below the Doppler resolution.

この発明では、目標信号を距離方向およびドップラ方向で分離することが困難な場合に備え、上記レーダ構成に、相関行列算出手段、固有値・固有ベクトル算出手段、固有ビーム形成手段、コヒーレント積分手段、積分値抽出手段、波数推定手段を加えることで、目標信号の波数推定機能を付与する。
相関行列算出手段１３は、信号検出有りの場合、その検出レンジビンにおいて、妨害波抑圧手段９より出力される目標信号の相関行列を算出する。
固有値・固有ベクトル算出手段１４は、相関行列算出手段１３より出力された相関行列の固有値・固有ベクトルを算出する。 In the present invention, in preparation for the case where it is difficult to separate the target signal in the distance direction and the Doppler direction, the radar configuration includes a correlation matrix calculation unit, an eigenvalue / eigenvector calculation unit, an eigenbeam formation unit, a coherent integration unit, an integration value By adding extraction means and wave number estimation means, a wave number estimation function of the target signal is given.
When there is signal detection, the correlation matrix calculation means 13 calculates the correlation matrix of the target signal output from the interference wave suppression means 9 in the detection range bin.
The eigenvalue / eigenvector calculation means 14 calculates the eigenvalue / eigenvector of the correlation matrix output from the correlation matrix calculation means 13.

固有ビーム形成手段１５は、妨害波抑圧手段９より出力される目標信号に対して、固有値・固有ベクトル算出手段１４にて算出した固有ベクトルによるビーム形成を行う。
コヒーレント積分手段１６は、固有ビーム形成手段１５からのビーム出力に対してコヒーレント積分を行う。
積分値抽出手段１７は、コヒーレント積分手段１６の出力であるコヒーレント積分値より所定の積分値を抽出する。
波数推定手段２１は、積分値抽出手段１７からの出力である積分値により、目標数を推定する。 The eigen beam forming unit 15 performs beam forming on the target signal output from the interference wave suppressing unit 9 using the eigen vector calculated by the eigen value / eigen vector calculating unit 14.
The coherent integration unit 16 performs coherent integration on the beam output from the eigen beam forming unit 15.
The integral value extracting unit 17 extracts a predetermined integral value from the coherent integral value that is the output of the coherent integrating unit 16.
The wave number estimating means 21 estimates the target number from the integrated value that is the output from the integrated value extracting means 17.

図２は、この発明の実施の形態１における積分値抽出手段１７を示す構成図であり、積分値抽出手段１７は第１の最大値抽出手段１８で形成され、第１の最大値抽出手段１８は、コヒーレント積分手段１６の出力であるコヒーレント積分値の最大値を抽出する。
図３は、この発明の実施の形態１における積分値抽出手段１７の他の実施例を示す構成図であり、積分値抽出手段１７は移動平均手段１９と第２の最大値抽出手段２０で形成される。
移動平均手段１９は、複数のコヒーレント積分手段１６からの出力であるコヒーレント積分値の移動平均を行い、第２の最大値抽出手段２０は、移動平均手段１９からの出力より最大値を抽出する。 FIG. 2 is a block diagram showing the integral value extracting means 17 according to the first embodiment of the present invention. The integral value extracting means 17 is formed by a first maximum value extracting means 18, and the first maximum value extracting means 18 is shown. Extracts the maximum value of the coherent integration value that is the output of the coherent integration means 16.
FIG. 3 is a block diagram showing another example of the integral value extracting means 17 according to Embodiment 1 of the present invention. The integral value extracting means 17 is formed by a moving average means 19 and a second maximum value extracting means 20. Is done.
The moving average means 19 performs a moving average of the coherent integration values that are outputs from the plurality of coherent integration means 16, and the second maximum value extraction means 20 extracts the maximum value from the output from the moving average means 19.

相関行列算出手段１３では、次の式（１）ように目標信号の相関行列ＲXXを求める。 The correlation matrix calculation means 13 obtains a target signal correlation matrix R XX as in the following equation (1).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

ただし、N (ｎ＝１,・・・,Ｎ)はパルスヒット数、x(n)はアンテナ数M(ｍ＝１,・・・,Ｍ)のアレーアンテナにおける目標信号ベクトル、H はエルミート転置である。   Where N (n = 1,..., N) is the number of pulse hits, x (n) is the target signal vector for the array antenna with the number of antennas M (m = 1,..., M), and H is the Hermitian transpose. It is.

ここで目標信号ベクトルｘ(n)は式（２）のように表される。   Here, the target signal vector x (n) is expressed as shown in Equation (2).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

ただし、ＡはK 個のステアリングベクトル ａ(θk) を列ベクトルとする行列であり、Ａは式（３）、ａ(θk)は式（４）のように表される。 However, A is a matrix having K steering vectors a (θ k ) as column vectors, and A is expressed as equation (3), and a (θ k ) is expressed as equation (4).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

ｇm(θk)は、第ｋ波の到来方向θk に対する第ｎアンテナの複素ゲイン、Ψm(θk)は第ｋ波の到来方向θk に対する第ｎアンテナの位相である。
また、式（２）における ｓ(n) は互いに完全相関ではないK個の目標信号の複素振幅ベクトルであり、次式（５）で表される。 g m (θ k ) is the complex gain of the n-th antenna with respect to the arrival direction θ k of the k-th wave, and Ψ m (θ k ) is the phase of the n-th antenna with respect to the arrival direction θ k of the k-th wave.
Further, s (n) in equation (2) is a complex amplitude vector of K target signals that are not completely correlated with each other, and is represented by the following equation (5).

Figure 2010025576
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同じく、式（２）におけるｎ(n) はアンテナ以降の受信系チャネル間で無相関な受信機雑音ベクトルであり、式（６）で表される。   Similarly, n (n) in Equation (2) is a receiver noise vector that is uncorrelated between the receiving channels after the antenna, and is represented by Equation (6).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

固有値・固有ベクトル算出手段１４では、次式（７）のように目標信号の相関行列ＲXXの固有値・固有ベクトルを求める。 The eigenvalue / eigenvector calculation means 14 obtains the eigenvalue / eigenvector of the correlation matrix R XX of the target signal as shown in the following equation (7).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

ここで相関行列ＲXXはエルミート行列であることから、ΛはM 個の固有値による対角行列であり式（８）のように表される。なお、Ｅ は固有値λm に対応する固有ベクトル ｅm を列ベクトルとする行列である。さらに固有ベクトル ｅm については式（９）が成り立つ。なお、固有ベクトル ｅm のノルムについては式（１０）を満たすものとする。 Here, since the correlation matrix R XX is a Hermitian matrix, Λ is a diagonal matrix with M eigenvalues and is expressed as in Equation (8). Incidentally, E is a matrix with column vectors eigenvectors e m corresponding to the eigenvalue lambda m. Further Equation (9) holds for the eigenvector e m. Note that the norm of the eigenvector e m shall meet the equation (10).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

Figure 2010025576
Figure 2010025576

Figure 2010025576
Figure 2010025576

固有ビーム形成手段１５では、次のようにして目標信号ベクトルx(n)に対する固有ビーム出力ｙm(n)を求める。
初めに、K 個の目標信号がそれぞれ異なる正規化ドップラ周波数を有する場合、目標信号ｓk(n) は次式(11)のように表わすことができる。 The eigen beam forming means 15 obtains the eigen beam output y m (n) for the target signal vector x (n) as follows.
First, when the K target signals have different normalized Doppler frequencies, the target signal s k (n) can be expressed as the following equation (11).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

ただし、Ａkは振幅、ｆkは正規化ドップラ周波数、φkは初期位相である。
よって、目標信号ベクトルx(n)は次式(12)のようになる。 Where A k is the amplitude, f k is the normalized Doppler frequency, and φ k is the initial phase.
Therefore, the target signal vector x (n) is expressed by the following equation (12).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

目標信号ベクトルｘ(n)の相関行列ＲXXから求まる固有ベクトルｅm をビームウェイトとするM 本の固有ビームを考えると、各ビーム出力は以下のように表すことができる。 Given the inherent beam of the M to the eigenvector e m which is obtained from the correlation matrix R XX of the target signal vector x (n) and the beam weight, each beam output can be expressed as follows.

まず、固有ベクトルｅm が目標固有値λm に対応する場合、目標固有値λmに対応する固有ベクトルｅmが張る部分空間には目標信号のステアリングベクトルａ(θk)も含まれるので、ｅm Hａ(θk)＝ｃm(θk)と表すことができる。すなわち、以降に示すようにビーム出力ｙm(n)は各目標のドップラ周波数信号および受信機雑音が合成されたものとなる。 First, if the eigenvector e m corresponds to the target eigenvalue lambda m, since the subspace eigenvectors corresponding to the target eigenvalues lambda m e m spanned target signal steering vector a (θ k) are also included, e m H a It can be expressed as (θ k ) = c m (θ k ). That is, as will be described later, the beam output y m (n) is a combination of each target Doppler frequency signal and receiver noise.

Figure 2010025576
Figure 2010025576

一方、固有ベクトルｅmが雑音固有値λmに対応する場合、雑音固有値λmに対応する固有ベクトルｅmが張る部分空間に目標信号のステアリングベクトルａ(θk)は直交するため、ｅm Hａ(θk)＝０となる。すなわち、以降に示すようにビーム出力ｙm(n)は受信機雑音のみが合成されたものとなる。 On the other hand, the eigenvector if e m corresponding to the noise eigenvalues lambda m, since the noise eigenvalues lambda eigenvectors corresponding to m e m of the target signal subspace spanned by the steering vectors a (θ k) are orthogonal, e m H a ( θ k ) = 0. That is, as shown below, the beam output y m (n) is a combination of only receiver noise.

Figure 2010025576
Figure 2010025576

ここで、コヒーレント積分はノンコヒーレント積分に比べて積分効率がよい。このため目標信号がそれぞれ異なるドップラ周波数信号で表される場合には、固有ビーム出力をコヒーレント積分した場合の積分値を求めることにより、目標信号によるコヒーレント積分値と雑音によるコヒーレント積分値との差がより明確になる。したがって、このコヒーレント積分値を利用して目標数の推定を行うことで、低SNRでの目標数の推定精度を改善できる。   Here, coherent integration has better integration efficiency than non-coherent integration. For this reason, when the target signals are represented by different Doppler frequency signals, the difference between the coherent integral value due to the target signal and the coherent integral value due to noise is obtained by obtaining the integral value when the eigenbeam output is coherently integrated. Become clearer. Therefore, by estimating the target number using this coherent integration value, the target number estimation accuracy at a low SNR can be improved.

そこでコヒーレント積分手段１６では、第m 固有ビーム出力に対して次のようにコヒーレント積分を行う。   Therefore, the coherent integration means 16 performs coherent integration on the m-th eigenbeam output as follows.

Figure 2010025576
Figure 2010025576

ただし、Lはドップラ周波数ビン数、l（l=0、・・・、L-1）はドップラ周波数ビン番号である。
ここでk 波の各ドップラ周波数の差が互いにドップラ周波数分解能以下であり、かつ同じドップラビンに存在するとすれば、コヒーレント積分値Ｚm(l)のうち高々１つのドップラビンに信号成分が積分される。 Here, L is the number of Doppler frequency bins, and l (l = 0,..., L-1) is a Doppler frequency bin number.
Here, if the difference between the Doppler frequencies of the k waves is equal to or less than the Doppler frequency resolution and exists in the same Doppler bin, the signal component is integrated into at most one Doppler bin of the coherent integration value Z m (l).

よって、積分値抽出手段１７では信号成分が雑音成分よりも大きいものとして、以降に示すいずれかの手段により、コヒーレント積分値Ｚm(l)より特定の積分値を抽出する。 Therefore, the signal component in the integration value extracting means 17 as larger than the noise components, by any of the means shown later, to extract particular the integrated value from the coherent integration value Z m (l).

図２は積分値抽出手段１７の１つの実施例に関する構成図である。
図２の第１の最大値抽出手段１８は、コヒーレント積分値Ｚm(l)を入力とし、次式のとおり、その最大値 Ｚmax(m)を出力する。 FIG. 2 is a block diagram of an embodiment of the integrated value extracting means 17.
The first maximum value extraction means 18 in FIG. 2 receives the coherent integral value Z m (l) and outputs the maximum value Z max (m) as shown in the following equation.

Figure 2010025576
Figure 2010025576

図３は積分値抽出手段１７の他の実施例に関する構成図である。
図３の移動平均手段１９は、コヒーレント積分値Ｚm(l)を入力とし、次式(21)のとおり、その移動平均値 Ｚm-MA(l)を出力する。 FIG. 3 is a block diagram of another embodiment of the integrated value extracting means 17.
The moving average means 19 of FIG. 3 receives the coherent integral value Z m (l) as an input, and outputs the moving average value Z m-MA (l) as shown in the following equation (21).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

第２の最大値抽出手段２０は、移動平均値Ｚm-MA(l)を入力とし、次式(22)のとおり、その最大値Ｚmax(m)を出力する。 The second maximum value extraction means 20 receives the moving average value Z m-MA (l) as input, and outputs the maximum value Z max (m) as shown in the following equation (22).

Figure 2010025576
Figure 2010025576

波数推定手段２１では、積分抽出手段１７の出力である最大値Ｚmax(m)に対して、スレッショルド検定、あるいは最大値Ｚmax(m)を降順に並びかえてAICやMDLを適用することにより、目標数を推定する。 The wave number estimation means 21 applies the AIC or MDL to the maximum value Z max (m) output from the integral extraction means 17 by rearranging the threshold test or the maximum value Z max (m) in descending order. Estimate the target number.

以上に説明したとおり、本実施の形態の波数推定装置では、相関行列算出手段１３、固有値・固有ベクトル算出手段１４、固有ビーム形成手段１５、コヒーレント積分手段１６、積分値抽出手段１７、波数推定手段２１を加えることで、低SNRでの波数推定性能を改善できる効果を有する。   As described above, in the wave number estimating apparatus according to the present embodiment, the correlation matrix calculating unit 13, the eigenvalue / eigenvector calculating unit 14, the eigen beam forming unit 15, the coherent integrating unit 16, the integral value extracting unit 17, and the wave number estimating unit 21. The effect of improving the wave number estimation performance at a low SNR is added.

実施の形態２．
図４は、レーダシステムに組み込んだこの発明の波数推定装置の実施の形態２を示す構成図である。
本実施の形態２は、実施の形態１とは波数推定手段２１の構成が異なるものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同一である。そこで、本実施の形態２の波数推定手段２１についてのみ説明する。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing Embodiment 2 of the wave number estimating apparatus of the present invention incorporated in a radar system.
The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the wave number estimating means 21, and the other configurations are the same as those in the first embodiment. Therefore, only the wave number estimating means 21 of the second embodiment will be described.

実施の形態２における波数推定手段２１では、積分抽出手段１７の出力である Ｚmax(m) を降順に並びかえ、これに固有値・固有ベクトル算出手段の出力 λ1,・・・,λk,・・・,λM を加算した値に対してAICやMDLを適用することにより、目標数を推定する In the wave number estimating means 21 in the second embodiment, Z max (m) which is the output of the integral extracting means 17 is rearranged in descending order, and the outputs λ 1 ,..., Λ k ,. .. Estimating the target number by applying AIC or MDL to the value obtained by adding λ M

以上に説明したとおり、本実施の形態の波数推定装置では、相関行列算出手段１３、固有値・固有ベクトル算出手段１４、固有ビーム形成手段１５、コヒーレント積分手段１６、積分値抽出手段１７、波数推定手段２１を加えることで、低SNRでの波数推定性能を改善できる効果を有する。   As described above, in the wave number estimating apparatus according to the present embodiment, the correlation matrix calculating unit 13, the eigenvalue / eigenvector calculating unit 14, the eigen beam forming unit 15, the coherent integrating unit 16, the integral value extracting unit 17, and the wave number estimating unit 21. The effect of improving the wave number estimation performance at a low SNR is added.

実施の形態３．
図５は、レーダシステムに組み込んだこの発明の波数推定装置の実施の形態３を示す構成図である。
同図は、測角手段２２を除いた構成については、実施の形態１と同一である。そこで、本実施の形態の測角手段２２についてのみ説明する。 Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing Embodiment 3 of the wave number estimating apparatus of the present invention incorporated in a radar system.
In the figure, the configuration excluding the angle measuring means 22 is the same as that of the first embodiment. Therefore, only the angle measuring means 22 of the present embodiment will be described.

測角手段２２では、波数推定手段の波数推定値に応じて測角を行い、測角値を出力する。測角アルゴリズムとしては、モノパルス測角法、あるいはMUSIC（Multiple Signal Classification）やMLE（Maximum Likelihood Estimator）に代表されるような超分解能測角法がある。
例えば波数推定値が1の場合には、モノパルス測角法を実施することにより、超分解能測角法に比べて低い演算量により高精度な測角値を得ることができる。波数推定値が複数の場合には、超分解能測角法を用いることにより、波数推定値に一致した複数の高精度な測角値を得ることができる。
もちろん、演算量に制約がない場合には、波数推定値が1の場合でも超分解能測角法を用いて測角値を得ることができる。 The angle measurement means 22 measures the angle according to the wave number estimation value of the wave number estimation means, and outputs the angle measurement value. As the angle measurement algorithm, there are a monopulse angle measurement method or a super-resolution angle measurement method represented by MUSIC (Multiple Signal Classification) and MLE (Maximum Likelihood Estimator).
For example, when the wave number estimation value is 1, a highly accurate angle measurement value can be obtained with a smaller amount of calculation than the super-resolution angle measurement method by performing the monopulse angle measurement method. When there are a plurality of wave number estimation values, a plurality of highly accurate angle measurement values that match the wave number estimation values can be obtained by using the super-resolution angle measurement method.
Of course, when there is no restriction on the amount of calculation, even if the wave number estimation value is 1, the angle measurement value can be obtained using the super-resolution angle measurement method.

以上に説明したとおり、本実施の形態の波数推定装置では、相関行列算出手段１３、固有値・固有ベクトル算出手段１４、固有ビーム形成手段１５、コヒーレント積分手段１６、積分値抽出手段１７、波数推定手段２１、測角手段２２を加えることで、低SNRでの波数推定性能が改善された波数推定値に基づいた測角が行え、測角性能を改善できる効果を有する。   As described above, in the wave number estimating apparatus according to the present embodiment, the correlation matrix calculating unit 13, the eigenvalue / eigenvector calculating unit 14, the eigen beam forming unit 15, the coherent integrating unit 16, the integral value extracting unit 17, and the wave number estimating unit 21. By adding the angle measurement means 22, angle measurement can be performed based on the wave number estimation value with improved wave number estimation performance at a low SNR, and the angle measurement performance can be improved.

実施の形態４．
図６は、レーダシステムに組み込んだこの発明の波数推定装置の実施の形態４を示す構成図である。
同図は、測角手段２２を除いた構成については、実施の形態２と同一である。また、測角手段２２の機能・性能については、実施の形態３で示したとおりである。 Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing Embodiment 4 of the wave number estimating apparatus of the present invention incorporated in a radar system.
In the figure, the configuration excluding the angle measuring means 22 is the same as that of the second embodiment. Further, the function and performance of the angle measuring means 22 are as described in the third embodiment.

以上に説明したとおり、本実施の形態の波数推定装置では、相関行列算出手段１３、固有値・固有ベクトル算出手段１４、固有ビーム形成手段１５、コヒーレント積分手段１６、積分値抽出手段１７、波数推定手段２１、測角手段２２を加えることで、低SNRでの波数推定性能が改善された波数推定値に基づいた測角が行え、測角性能を改善できる効果を有する。   As described above, in the wave number estimating apparatus according to the present embodiment, the correlation matrix calculating unit 13, the eigenvalue / eigenvector calculating unit 14, the eigen beam forming unit 15, the coherent integrating unit 16, the integral value extracting unit 17, and the wave number estimating unit 21. By adding the angle measurement means 22, angle measurement can be performed based on the wave number estimation value with improved wave number estimation performance at a low SNR, and the angle measurement performance can be improved.

この発明による波数推定装置は、複数のパルスを送受信するセンサアレーシステムにおいて、受信した信号に含まれている目標数を推定するに関するものであり、レーダやソーナーなどで目標数推定に利用される。   The wave number estimation apparatus according to the present invention relates to estimating a target number included in a received signal in a sensor array system that transmits and receives a plurality of pulses, and is used for target number estimation by a radar or a sonar.

この発明の波数推定装置の実施の形態１を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 1 of the wave number estimation apparatus of this invention. この発明の実施の形態１における積分値抽出手段の一実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Example of the integral value extraction means in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１における積分値抽出手段の他の実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other Example of the integral value extraction means in Embodiment 1 of this invention. この発明の波数推定装置の実施の形態２を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 2 of the wave number estimation apparatus of this invention. この発明の波数推定装置の実施の形態３を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 3 of the wave number estimation apparatus of this invention. この発明の波数推定装置の実施の形態４を示す構成図である。It is a block diagram which shows Embodiment 4 of the wave number estimation apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１；送信機、２；サーキュレータ、３；移相値計算手段、４；移相器、５；アンテナ、６；受信機、７；AD変換器、８；クラッタ抑圧手段、９；妨害波抑圧手段、１０；和ビーム形成手段、１１；パルス間積分手段、１２；信号検出手段、１３；相関行列算出手段、１４；固有値・固有ベクトル算出手段、１５；固有ビーム形成手段、１６；コヒーレント積分手段、１７；積分値抽出手段、１８；最大値抽出手段、１９；移動平均手段、２０；第２の最大値抽出手段、２１；波数推定手段、２２；測角手段。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1; Transmitter, 2; Circulator, 3; Phase shift value calculation means, 4; Phase shifter, 5; Antenna, 6; Receiver, 7; AD converter, 8: Clutter suppression means, 9: Interference wave suppression means 10; sum beam forming means, 11; inter-pulse integrating means, 12; signal detecting means, 13; correlation matrix calculating means, 14; eigenvalue / eigenvector calculating means, 15; eigen beam forming means, 16; coherent integrating means, 17 Integrated value extraction means, 18; maximum value extraction means, 19; moving average means, 20; second maximum value extraction means, 21; wave number estimation means, 22;

Claims (5)

複数のセンサにより複数のパルス波の送受信を行い、目標からの反射信号を取得する目標信号取得手段と、上記目標信号取得手段の出力に対して和ビームを形成する和ビーム形成手段と、上記和ビームの出力の積分を行うパルス間積分手段と、上記パルス間積分手段の出力の振幅検波を行い、振幅検波後の出力の信号検出を行う信号検出手段と、上記信号検出手段にて信号が検出された場合に、上記目標信号取得手段の出力より、目標信号の相関行列を算出する相関行列算出手段と、上記相関行列より固有値・固有ベクトルを算出する固有値・固有ベクトル算出手段と、上記固有ベクトルと上記目標信号取得手段の出力より固有ビーム形成を行う固有ビーム形成手段と、上記固有ビーム形成手段による各ビーム出力をコヒーレント積分するコヒーレント積分手段と、上記コヒーレント積分の値より所定のコヒーレント積分値を抽出する積分値抽出手段と、上記積分値抽出手段の出力により目標信号の波数を推定する波数推定手段とから構成されることを特徴とする波数推定装置。   A target signal acquisition unit that transmits and receives a plurality of pulse waves by a plurality of sensors to acquire a reflected signal from a target, a sum beam forming unit that forms a sum beam with respect to an output of the target signal acquisition unit, and the sum Inter-pulse integration means for integrating the output of the beam, amplitude detection of the output of the inter-pulse integration means, signal detection means for detecting the output signal after amplitude detection, and signal detection by the signal detection means A correlation matrix calculation means for calculating a correlation matrix of the target signal from an output of the target signal acquisition means, an eigenvalue / eigenvector calculation means for calculating an eigenvalue / eigenvector from the correlation matrix, the eigenvector and the target An eigen beam forming unit that performs eigen beam formation from the output of the signal acquisition unit, and a coherent integration of each beam output by the eigen beam forming unit -Integral means, integral value extracting means for extracting a predetermined coherent integral value from the coherent integration value, and wave number estimating means for estimating the wave number of the target signal from the output of the integral value extracting means. A characteristic wave number estimation device. 上記波数推定手段は、上記積分値抽出手段の出力に加え、上記固有値・固有ベクトル算出手段の出力を用いて目標信号の波数を推定する構成にされることを特徴とする請求項１記載の波数推定装置。   The wave number estimation unit according to claim 1, wherein the wave number estimation unit is configured to estimate the wave number of the target signal using the output of the eigenvalue / eigenvector calculation unit in addition to the output of the integral value extraction unit. apparatus. 上記波数推定手段による波数推定結果に基づき目標信号の到来角を求める測角手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の波数推定装置。   3. The wave number estimating apparatus according to claim 1, further comprising angle measuring means for obtaining an arrival angle of the target signal based on a wave number estimation result obtained by the wave number estimating means. 積分値抽出手段は、上記コヒーレント積分値の最大値を抽出する第１の最大値抽出手段から構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の波数推定装置。   The wave number estimation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the integral value extracting means is constituted by first maximum value extracting means for extracting the maximum value of the coherent integral value. . 積分値抽出手段は、上記コヒーレント積分値の移動平均を行う移動平均手段と、上記移動平均手段の出力の最大値を抽出する第２の最大値抽出手段とから構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の波数推定装置。   The integral value extracting means comprises a moving average means for performing a moving average of the coherent integral value, and a second maximum value extracting means for extracting the maximum value of the output of the moving average means. The wave number estimation apparatus according to any one of claims 1 to 3.
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