JP2010243247A

JP2010243247A - 信号処理装置

Info

Publication number: JP2010243247A
Application number: JP2009090201A
Authority: JP
Inventors: Chuichi Watanabe; 忠一渡邉; Hisashi Yoshiko; 尚志吉子
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-04-02
Filing date: 2009-04-02
Publication date: 2010-10-28

Abstract

【課題】従来のＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）回路では、入力信号特性とＣＦＡＲ回路特性が合わないため、近接する複数目標を検出できない場合や、クラッタを抑圧できず誤検出する場合があった。
【解決手段】ＣＦＡＲ回路内の各参照セル内の最大値を除いて平均することにより、特定振幅によるノイズレベル上昇を抑圧することができる。また、クラッタのような広がりのある信号存在時には、ＧＯ−ＣＦＡＲを用いることにより、ノイズレベルが上昇し誤警報を抑圧することができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、レーダ装置に搭載されて目標検出に用いられる、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）回路を有した信号処理装置に関するものである。

ＣＦＡＲ回路は、レーダ用受信機の受信信号から、不要信号であるクラッタとノイズを抑圧し、必要とする目標信号を検出するレーダ信号処理装置に用いられる。ＣＦＡＲ回路は、入力信号に対する信号検出のための閾値（スレッショルド）を決定し、誤警報確率を一定に保って目標検出を行う。ＣＦＡＲ回路は、捜索、追尾レーダ等のレーダ信号処理装置に搭載され、その構成に関しては様々な提案がなされている。

ＣＦＡＲ回路の一例として、入力信号の特性に応じてＧＯ(Greatest Of)−ＣＦＡＲと、ＣＡ(Cell Averaging)−ＣＦＡＲを切り換える技術や、その他のＣＦＡＲと切り換える技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

特開平３−１３８５８５号公報（第４頁、第１図）

特開平９−１４５８２９号公報（第１１頁、第１図）

一般に、小型化を要求される航空機搭載型や車載型等のレーダ装置においては、未知の入力信号特性を判定する特性判定回路や、複数のＣＦＡＲ回路を設けることが寸法制約上難しくなるため、入力信号特性に最も近いＣＦＡＲ回路を、一つだけ搭載しているのが実情である。

しかし、従来の小型なレーダ装置においては、入力信号特性とＣＦＡＲ回路特性が合わないため、近接する複数目標を検出できない場合や、クラッタや干渉波ノイズを抑圧できず、目標を誤検出する場合があった。

この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、クラッタや干渉波ノイズ等の不要波を抑圧し、目標の誤検出や近接する複数目標の未検出の発生頻度を下げることを目的とする。

この発明に係る信号処理装置は、入力信号に対してレンジビンにおける選択した注目セルの両側の信号の振幅値をそれぞれ取り出す少なくとも２つの参照セルと、上記各参照セルから取り出した信号をそれぞれ積分する少なくとも２つの積分器と、上記各参照セルから取り出した信号からそれぞれ最大値を検出する少なくとも２つの最大値検出器と、上記各積分器のそれぞれの出力から上記各最大値検出器により検出された最大値をそれぞれ除く少なくとも２つの演算器と、上記各演算器のそれぞれの出力から上記各参照セルのセル数による平均値をそれぞれ算出する少なくとも２つの平均値算出器と、上記各注目セルの両側における上記２つの平均値算出器の出力を比較する比較器と、上記比較器の出力に定数を乗算し、この乗算値と上記注目セルの振幅値とを比較して、上記注目セルの振幅値の方が大きい場合、この注目セルを目標と判定する目標検出器と、から構成されるＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）回路を備えたものである。

この発明によれば、ＣＦＡＲ回路内の各参照セル内の最大値を除いて平均することにより、特定振幅によるノイズレベル上昇を抑圧することができる。また、クラッタのような広がりのある信号存在時には、ＧＯ−ＣＦＡＲを用いることにより、ノイズレベルが上昇し誤警報を抑圧することができる。

この発明の実施の形態１によるＧＯ−ＣＦＡＲ回路の構成を説明するための図である。この発明の実施の形態１によるＧＯ−ＣＦＡＲ回路の動作を説明するための図である。比較例のＧＯ−ＣＦＡＲ回路の動作を説明するための図である。比較例のＳＯ−ＣＦＡＲ回路の動作を説明するための図である。

実施の形態１．
以下、図を用いて、この発明に係る実施の形態１のＣＦＡＲ回路について説明する。実施の形態１のＣＦＡＲ回路は、目標検出信号処理装置に設けられ、レンジビンにおける参照セル内の最大値検出回路を備えたことを特長とする。図１は、実施の形態１によるＧＯ−ＣＦＡＲタイプのＣＦＡＲ回路の構成を示す図である。

レーダ送信機から送信され、目標にて反射されてレーダ受信機に入力される受信信号は、ディジタル信号に変換された後、レーダ信号処理装置に入力される。レーダ信号処理装置では、クラッタ抑圧回路において地面、山、海、雨および雲等からの反射波であるクラッタを除去される。クラッタを除去された受信信号はリニア検波器において振幅を検出され、次に積分回路においてＳ／Ｎを改善する処理を施された後、目標検出を行うための目標検出信号処理装置に入力される（例えば、特許文献１、２参照）。この目標検出信号処理装置においては、入力されたディジタル化された受信信号が、メモリに構成されるレンジビンに格納されてから、実施の形態１によるＣＦＡＲ回路に入力されることで、必要な閾値に基づいた目標検出が行われる。

図１において、実施の形態１によるＣＦＡＲ回路は、２系統の最大値検出器４ａ，４ｂと、２系統の積分器３ａ，３ｂと、２系統の演算器５ａ，５ｂと、２系統の平均値算出器６ａ，６ｂと、比較器７と、検出器８とを備える。ＣＦＡＲ回路に入力された受信信号は、レンジビン間隔で分割された受信時間について移動窓を設定し、移動窓の範囲内のレンジビンにそれぞれ格納された信号の振幅値について、注目セルとその注目セルの両側にそれぞれ隣接した参照セル２ａと参照セル２ｂを設定する。参照セル２ａと参照セル２ｂは、何れもセル数がＮｃとなる複数のセルから構成される。参照セル２ａと参照セル２ｂは、ノイズレベルを算出するために入力信号から信号の振幅レベルを振幅値として取り出す。参照セル２ａと参照セル２ｂにより取り出された信号は、積分器３ａと積分器３ｂによりそれぞれ積分が実施される。また、参照セル２ａと参照セル２ｂにより取り出された信号は、最大値検出器４ａと最大値検出器４ｂによりそれぞれの参照セルの最大値が検出される。

演算器５ａと演算器５ｂにて、積分器３ａと積分器３ｂによるそれぞれの積分結果から、最大値検出器４ａと最大値検出器４ｂによりそれぞれ検出された参照セルの最大値を、それぞれ減算する。平均値算出器６ａと平均値算出器６ｂは、演算器５ａと演算器５ｂによるそれぞれの演算値をセル数Ｎｃで除算することにより、参照セルから最大値を除いた平均値を算出する。比較器７は、平均値算出器６ａと平均値算出器６ｂによりそれぞれ平均値を算出した演算器６ａと演算器６ｂの演算値を比較し、比較結果に基づいて大きい方の演算値を出力する。検出器８は、比較器７の出力Ｂに対し、検出器８の外部回路から入力される乗数（係数）Ｋを乗算した値（Ｂ＊Ｋ）を、閾値レベルとして演算する。検出器８は、この乗算により得られた閾値（Ｂ＊Ｋ）と順次選択する注目セル１の出力Ａとを比較し、注目セル１の出力Ａが閾値（Ｂ＊Ｋ）よりも大きい場合に、その出力Ａを目標の振幅値として出力する。

次に、周波数軸上において近接した２目標とクラッタが存在する入力信号に対し各部の動作を説明する。図２は、実施の形態１によるＧＯ−ＣＦＡＲタイプのＣＦＡＲ回路の各部の動作を説明するための図である。

図において、入力信号９に対して、図１の演算器６ａは出力信号１０を出力する。図１の演算器６ｂは出力信号１１を出力する。図１の比較器７では入力信号１０と出力信号１１を比較し、大きい方を出力信号１２として出力する。図１の検出器８では入力信号１２に乗数Ｋを乗算したものと、図１の注目セル１の信号レベルとを比較し、注目セルの信号レベルが大きい場合、目標信号１３として出力する。ここで、例えば乗数Ｋを３に設定した場合、図２に示すクラッタはその注目セルにおける出力信号１２の３倍よりも小さくなるので、目標として検出されることはない。一方、図２に示す目標信号１３については、その注目セルにおける出力信号１２の３倍よりも大きくなるので、確実に目標として検出されることとなる。

すなわち、図２の例では、目標レベルより振幅レベルが大きく周波数軸方向に広がっているクラッタを目標として誤検出せず、近接した２目標を目標信号１３として検出していることを示している。

次に、図１の最大値検出器４ａと４ｂ、及び演算器５ａと５ｂが無く、積分器３ａと３ｂの出力を、直接演算器６ａと６ｂに入れた場合のＣＦＡＲ回路について、従来技術に相当する比較例を説明する。図３は、比較例のＧＯ−ＣＦＡＲ回路の各部の動作を説明するための図である。

図において、入力信号１４に対して比較例の比較器７は、信号１５を出力する。検出器８では信号１５に係数Ｋを乗算したものと、図１に示した注目セル１の信号レベルとを比較する。

図３の信号１５は図２の信号１３よりも、最大値信号を減算していない分だけ、振幅レベルが高くなる。これによってクラッタを目標として検出しないものの、図２では目標信号１３として検出できていた近接目標が、図３では検出できなくなることを示している。

次に、図１の比較器７が、入力レベルの大きいものを出力するのではなく、小さいものを出力する従来のＳＯ(Smallest Of)−ＣＦＡＲの場合の動作を示す。図４は比較例のＳＯ−ＣＦＡＲ回路の動作を説明するための図である。

入力信号１６に対して、ＳＯ−ＣＦＡＲの比較器７は、信号１７を出力する。検出器８では信号１７に係数Ｋを乗算したものと、図１の注目セル１の信号レベルとを比較する。

図４の信号１７は、図２の信号１２より、振幅レベルが低くなる。図４では近接目標を目標信号１８として検出できるものの、クラッタを目標信号１９として誤検出してしまうことを示している。

なお、実施の形態１によるＧＯ−ＣＦＡＲ回路は、周波数軸上だけでなく、時間軸上においても同様の効果を奏することは言うまでもない。

以上説明したとおり、この実施の形態１による目標検出信号処理装置は、入力信号に対してレンジビンにおける選択した注目セルの両側の信号の振幅値をそれぞれ取り出す少なくとも２つの参照セルと、上記各参照セルから取り出した信号をそれぞれ積分する少なくとも２つの積分器と、上記各参照セルから取り出した信号からそれぞれ最大値を検出する少なくとも２つの最大値検出器と、上記各積分器のそれぞれの出力から上記各最大値検出器により検出された最大値をそれぞれ除く少なくとも２つの演算器と、上記各演算器のそれぞれの出力から上記各参照セルのセル数による平均値をそれぞれ算出する少なくとも２つの平均値算出器と、上記各注目セルの両側における上記２つの平均値算出器の出力を比較する比較器と、上記比較器の出力に定数を乗算し、この乗算値と上記注目セルの振幅値とを比較して、上記注目セルの振幅値の方が大きい場合、この注目セルを目標と判定する目標検出器と、から構成されるＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）回路を備えたこの実施の形態によれば、ＧＯ−ＣＦＡＲ回路内の各参照セル内の最大値を除いて平均することにより、特定振幅のノイズレベル上昇を抑圧し、またクラッタのような広がりのある信号存在時には、ノイズレベルが上昇し誤警報を抑圧することができる。さらに、従来のＣＦＡＲ回路に対して、単純な回路の追加により性能改善が見込まれる。

１注目セル、２ａ参照セル、２ｂ参照セル、３ａ積分器、３ｂ積分器、４ａ最大値検出器、４ｂ最大値検出器、５ａ演算器、５ｂ演算器、６ａ平均値算出器、６ｂ平均値算出器、７比較器、８検出器、９入力信号、１０ノイズレベル、１１ノイズレベル、１２ノイズレベル、１３目標信号、１４入力信号、１５ノイズレベル、１６入力信号、１７ノイズレベル、１８目標信号、１９誤検出目標信号。

Claims

入力信号に対してレンジビンにおける選択した注目セルの両側の信号の振幅値をそれぞれ取り出す少なくとも２つの参照セルと、
上記各参照セルから取り出した信号をそれぞれ積分する少なくとも２つの積分器と、
上記各参照セルから取り出した信号からそれぞれ最大値を検出する少なくとも２つの最大値検出器と、
上記各積分器のそれぞれの出力から上記各最大値検出器により検出された最大値をそれぞれ除く少なくとも２つの演算器と、
上記各演算器のそれぞれの出力から上記各参照セルのセル数による平均値をそれぞれ算出する少なくとも２つの平均値算出器と、
上記各注目セルの両側における上記２つの平均値算出器の出力を比較する比較器と、
上記比較器の出力に定数を乗算し、この乗算値と上記注目セルの振幅値とを比較して、上記注目セルの振幅値の方が大きい場合、この注目セルを目標と判定する目標検出器と、
から構成されるＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate）回路を備えた信号処理装置。