JP2014174093A - Incoming wave direction estimation device, radar device, sonar device, and method and program for estimating incoming wave direction - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、到来波の到来方向を推定する到来波推定装置、到来波推定装置を備えるレーダ装置、到来波推定装置を備えるソナー装置、到来波の到来方向を推定する到来波推定方法、及び到来波の到来方向を推定する到来波推定プログラムに関する。 The present invention relates to an arrival wave estimation device that estimates an arrival direction of an incoming wave, a radar device that includes an arrival wave estimation device, a sonar device that includes an arrival wave estimation device, an arrival wave estimation method that estimates an arrival direction of an arrival wave, and an arrival The present invention relates to an arrival wave estimation program for estimating the arrival direction of a wave.
従来より、到来波の到来方法を推定する方法として、例えば非特許文献１に示すようなビームフォーマ法が知られている。ビームフォーマ法では、方位毎にその方位にメインビームが向くような所定のビームパターンを持つ受信ビームを形成することで、方位毎のエコーの強さを推定することができる。
Conventionally, as a method for estimating the arrival method of an incoming wave, for example, a beam former method as shown in Non-Patent
上述のようなビームフォーマ法を用いて、異なる方向から到来する複数の到来波の到来方向を推定する場合を考える。この場合、メインローブが、ピーク強度の低い到来波の方位に向いているときに、サイドローブが、ピーク強度の高い到来波の方向に向くことが考えらえる。そうなると、ピーク強度の低い到来波の出力ピークがサイドローブに埋もれてしまうおそれがある。 Consider a case where the arrival directions of a plurality of incoming waves arriving from different directions are estimated using the beamformer method as described above. In this case, when the main lobe is directed to the direction of the incoming wave having a low peak intensity, the side lobe may be directed to the direction of the incoming wave having a high peak intensity. If so, the output peak of the incoming wave with low peak intensity may be buried in the side lobe.
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、異なる方位から到来する複数の到来波の中から出力ピークが低い到来波を検出することである。 The present invention is to solve the above-described problems, and an object thereof is to detect an incoming wave having a low output peak from a plurality of incoming waves arriving from different directions.
（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る到来波推定装置は、入力される受信データを処理対象信号として保持可能な処理対象信号保持部と、前記処理対象信号保持部で保持されている処理対象信号に対してビームフォーマ法によるビームフォーミング処理を行うビームフォーミング部と、前記ビームフォーミング部から出力される角度スペクトラム信号に基づいて、該角度スペクトラム信号における最大ピーク値の強度であるピーク強度、該最大ピーク値を有する到来波が到来する方位である到来方位、及び該到来方位に基づく到来波の位相推定値、のそれぞれを到来波データとして導出する導出部と、前記導出部から出力される前記到来波データに基づく到来波信号成分を算出する到来波信号成分算出部と、前記処理対象信号保持部で保持されている処理対象信号に含まれる前記到来波信号成分を低減するように、該処理対象信号を前記到来波信号成分で補正する補正部と、前記処理対象信号保持部で保持されている処理対象信号を、前記補正部で補正された処理対象信号で置換し、置換後の該処理対象信号を新たな処理対象信号として前記処理対象信号保持部に保持させる置換部と、を備えている。 (1) In order to solve the above problem, an arrival wave estimation device according to an aspect of the present invention includes a processing target signal holding unit capable of holding input received data as a processing target signal, and the processing target signal holding unit. Based on the beam forming unit that performs beam forming processing on the held signal to be processed by the beam former method and the angle spectrum signal output from the beam forming unit, the intensity of the maximum peak value in the angle spectrum signal is A derivation unit for deriving, as arrival wave data, a certain peak intensity, an arrival azimuth as an arrival direction of the arrival wave having the maximum peak value, and a phase estimation value of the arrival wave based on the arrival direction; An incoming wave signal component calculation unit for calculating an incoming wave signal component based on the incoming wave data output from A correction unit that corrects the processing target signal with the incoming wave signal component so as to reduce the incoming wave signal component included in the processing target signal held by the signal holding unit, and the processing target signal holding unit A replacement unit that replaces the processed signal to be processed with the processing target signal corrected by the correction unit, and holds the processed signal after replacement in the processing target signal holding unit as a new processing target signal; I have.
（２）好ましくは、前記補正部は、前記処理対象信号保持部で保持されている処理対象信号から前記到来波信号成分を減算することにより該処理対象信号を補正する。 (2) Preferably, the correction unit corrects the processing target signal by subtracting the incoming wave signal component from the processing target signal held by the processing target signal holding unit.
（３）好ましくは、前記到来波推定装置は、前記導出部で導出された前記到来波データを保持するとともに、保持している前記到来波データを表示部へ出力可能な到来波データ保持部を更に備えている。 (3) Preferably, the arrival wave estimation device has an arrival wave data holding unit capable of holding the arrival wave data derived by the deriving unit and outputting the held arrival wave data to a display unit. In addition.
（４）更に好ましくは、前記到来波データ保持部は、前記導出部で前記到来波データが導出された導出回数が所定回数未満の場合、保持している前記到来波データのうち最新の到来波データであるピーク強度、到来方位、及び位相推定値を、前記到来波信号成分算出部へ出力する一方、前記導出回数が所定回数に達した場合、保持している前記到来波データを前記表示部へ出力する。 (4) More preferably, the arrival wave data holding unit, when the derivation number of the arrival wave data derived by the derivation unit is less than a predetermined number, the latest arrival wave among the held arrival wave data. While outputting peak intensity, direction of arrival, and phase estimation value, which are data, to the arrival wave signal component calculation unit, when the number of derivations reaches a predetermined number, the displayed arrival wave data is displayed on the display unit Output to.
（５）更に好ましくは、前記到来波データ保持部は、保持している前記ピーク強度のうち強度が最も低いピーク強度が所定値を超えている場合、該ピーク強度と、該ピーク強度に対応する前記到来方位及び前記位相推定値とを、前記到来波信号成分算出部へ出力する一方、保持している前記ピーク強度のうち強度が最も低いピーク強度が前記所定値以下になった場合、保持している前記到来波データを前記表示部へ出力する。 (5) More preferably, the arrival wave data holding unit corresponds to the peak intensity and the peak intensity when the peak intensity having the lowest intensity among the held peak intensity exceeds a predetermined value. The arrival direction and the phase estimation value are output to the arrival wave signal component calculation unit, and held when the peak intensity having the lowest intensity among the held peak intensities is equal to or less than the predetermined value. The incoming wave data is output to the display unit.
（６）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るレーダ装置は、上述したいずれかの到来波推定装置と、複数のアンテナ素子を有し、電波を送受信するアレイアンテナと、前記アレイアンテナから出力されたエコー信号をデジタル信号に変換して前記到来波推定装置に出力する送受信装置とを備えている。 (6) Moreover, in order to solve the said subject, the radar apparatus which concerns on a certain situation of this invention has one of the incoming wave estimation apparatuses mentioned above, the array antenna which has several antenna elements, and transmits / receives an electromagnetic wave, And a transmission / reception device that converts the echo signal output from the array antenna into a digital signal and outputs the digital signal to the arrival wave estimation device.
（７）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るソナー装置は、上述したいずれかの到来波推定装置と、複数のセンサを有し、超音波を送受信するアレイセンサと、前記アレイセンサから出力されたエコー信号をデジタル信号に変換して前記到来波推定装置に出力する送受信装置とを備えている。 (7) Moreover, in order to solve the said subject, the sonar apparatus which concerns on a certain situation of this invention has one of the incoming wave estimation apparatuses mentioned above, the array sensor which has several sensors, and transmits / receives an ultrasonic wave, A transmission / reception device that converts the echo signal output from the array sensor into a digital signal and outputs the digital signal to the arrival wave estimation device.
（８）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る到来波推定方法は、入力される受信データを処理対象信号として保持するステップと、保持している処理対象信号に対してビームフォーマ法によるビームフォーミング処理を行うステップと、前記ビームフォーミング処理を行うステップで生成された角度スペクトラム信号に基づいて、該角度スペクトラム信号における最大ピーク値の強度であるピーク強度、該最大ピーク値を有する到来波が到来する方位である到来方位、及び該到来方位に基づく到来波の位相推定値、のそれぞれを到来波データとして導出するステップと、前記到来波データに基づく到来波信号成分を算出するステップと、保持している処理対象信号に含まれる前記到来波信号成分を低減するように、保持している処理対象信号を前記到来波信号成分で補正するステップと、保持している処理対象信号を、前記補正するステップで補正された処理対象信号で置換し、置換後の該処理対象信号を新たな処理対象信号として保持するステップとを含む。 (8) Moreover, in order to solve the said subject, the incoming wave estimation method which concerns on a certain situation of this invention hold | maintains the input received data as a process target signal, and the process target signal currently hold | maintained Based on the angle spectrum signal generated in the beam forming process by the beamformer method and the step of performing the beam forming process, the peak intensity that is the intensity of the maximum peak value in the angle spectrum signal, and the maximum peak value are A step of deriving, as arrival wave data, an arrival direction that is the direction in which the incoming wave arrives and a phase estimation value of the arrival wave based on the arrival direction, and calculating an arrival wave signal component based on the arrival wave data Step and hold so as to reduce the incoming wave signal component contained in the held signal to be processed. Correcting the processing target signal with the incoming wave signal component, replacing the held processing target signal with the processing target signal corrected in the correcting step, and replacing the replaced processing target signal with a new one. Holding as a signal to be processed.
（９）また、上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る到来波推定プログラムは、コンピュータに、入力される受信データを処理対象信号として保持するステップと、保持している処理対象信号に対してビームフォーマ法によるビームフォーミング処理を行うステップと、前記ビームフォーミング処理を行うステップで生成された角度スペクトラム信号に基づいて、該角度スペクトラム信号における最大ピーク値の強度であるピーク強度、該最大ピーク値を有する到来波が到来する方位である到来方位、及び該到来方位に基づく到来波の位相推定値、のそれぞれを到来波データとして導出するステップと、前記到来波データに基づく到来波信号成分を算出するステップと、保持している処理対象信号に含まれる前記到来波信号成分を低減するように、保持している処理対象信号を前記到来波信号成分で補正するステップと、保持している処理対象信号を、前記補正するステップで補正された処理対象信号で置換し、置換後の該処理対象信号を新たな処理対象信号として保持するステップとを実行させるためのプログラムである。 (9) Moreover, in order to solve the said subject, the incoming wave estimation program which concerns on a certain situation of this invention hold | maintains the received data input to a computer as a process target signal, and the process target signal currently hold | maintained A beam forming process using a beamformer method, and a peak intensity that is the intensity of the maximum peak value in the angular spectrum signal based on the angle spectrum signal generated in the beam forming process, Deriving, as arrival wave data, an arrival direction that is the direction in which an arrival wave having a peak value arrives and a phase estimation value of the arrival wave based on the arrival direction, and an arrival wave signal component based on the arrival wave data And calculating the incoming wave signal component included in the held processing target signal. So as to reduce the held processing target signal with the incoming wave signal component, and replace the held processing target signal with the processing target signal corrected in the correcting step, and after the replacement For holding the process target signal as a new process target signal.
本発明によれば、異なる方位から到来する複数の到来波の中から出力ピークが低い到来波を検出できる。 According to the present invention, an incoming wave with a low output peak can be detected from a plurality of incoming waves coming from different directions.
［第１実施形態］
本発明に係るレーダ装置の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１は、第１実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。本実施形態のレーダ装置１は、例えば、漁船などの船舶に装備され、海上の物標（他船等）の位置を把握するために用いられる。
[First Embodiment]
A first embodiment of a radar apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a
［レーダ装置の概要］
図１に示すように、本実施形態に係るレーダ装置１は、アンテナ２と、送受信装置５と、到来波推定装置１０と、表示装置９とを備えている。なお、到来波推定装置１０は、送受信装置５内に設けられていてもよい。
[Outline of radar equipment]
As shown in FIG. 1, the
アンテナ２は、送信用のアンテナ３と、受信用のアレイアンテナ４とを有している。アレイアンテナ４は、例えば、Ｋ個のアンテナ素子４１〜４Ｋが等間隔且つ直線状に配置されている。
The
図２に、受信ビームを形成するアレイアンテナ４の概念図を示す。図２においては、所望波が角度θでアンテナ素子４１〜４Ｋに入射している状態が示されている。時刻ｔにおけるアンテナ素子４１〜４Ｋの複素受信信号をまとめて入力ベクトルＸ１（ｔ）で表すことができ、Ｘ１（ｔ）＝［ｘ１１（ｔ）、ｘ１２（ｔ）、・・・、ｘ１Ｋ（ｔ）］Ｔである。なお、Ｔは転置を表している。
FIG. 2 is a conceptual diagram of the
送受信装置５は、送信部６と、受信部７と、局部発振器８とを有している。送信部６は、マイクロ波を発振する電子素子として、例えば、Ｄ／Ａコンバータ、周波数変換器、及び電力増幅器を有している。送信部６は、レーダ送信信号を生成して送信用アンテナ３に送出する。送信部６からレーダ送信信号が出力されるタイミングは、送信部６から到来波推定装置１０に出力される。これにより、到来波推定装置１０は、送信用アンテナ３から出力された電磁波の反射波が受信用のアレイアンテナ４で受信されるまでの時間を検知し、レーダ受信信号に係る電磁波の伝搬距離を算出することができる。
The transmission /
受信部７は、アレイアンテナ４からレーダ受信信号を取り込み、増幅した後に、中間周波数に変換してデジタル信号に変換し、到来波推定装置１０へ出力する。受信部７は、アレイアンテナ４の各アンテナ素子４１〜４Ｋのレーダ受信信号を処理するために、Ｋ個のアンテナ素子４１〜４Ｋのそれぞれに対応するＫ個の受信機７１〜７Ｋを有している。各受信機７１〜７Ｋは、ＬＮＡ（ローノイズアンプ）７ａ、ミキサ７ｂ、ＡＭＰ（リニアアンプ）７ｃ、及びＡ／Ｄコンバータ７ｄを有している。
The
ＬＮＡ７ａで増幅されたレーダ受信信号は、ミキサ７ｂにおいて局部発振器８から出力されるローカル信号とミキシングされ、中間周波数に変換される。ＡＭＰ７ｃは、中間周波数に変換された受信信号を増幅する。Ａ／Ｄコンバータ７ｄは、ＡＭＰ７ｃが出力した信号をＩＱ検波等により複素デジタル信号に変換し、この複素デジタル信号に変換後の受信データを到来波推定装置１０に対して出力する。
The radar reception signal amplified by the LNA 7a is mixed with a local signal output from the
到来波推定装置１０は、送受信装置５から出力される受信データを処理して到来波のピーク強度、到来方向、及び位相を推定する処理を行い、その処理結果を表示装置９に出力する。到来波推定装置１０の構成及び動作については、後述する。
The arrival
表示装置９は、表示部９ａ及び操作部９ｂを有している。表示部９ａは、到来波推定装置１０から出力された到来波に関するデータを表示するように構成されている。操作部９ｂには、種々の入力キー等の入力手段が設けられており、電磁波の送受信、信号処理、又は映像表示に必要な種々の設定又は種々のパラメータなどを入力できるように構成されている。
The
［到来波推定装置の構成］
図３は、本実施形態に係る到来波推定装置１０の構成を示すブロック図である。到来波推定装置１０は、処理対象信号生成部１１と、ビームフォーミング部１５と、導出部２０と、到来波データ保持部２５と、到来波信号成分算出部３０とを備えている。この到来波推定装置１０は、例えば図示しないＣＰＵ、ＦＰＧＡ、及びメモリなどのデバイスで構成される。例えば、ＣＰＵがメモリからプログラムを読み出して実行することにより、処理対象信号生成部１１と、ビームフォーミング部１５と、導出部２０と、到来波データ保持部２５と、到来波信号成分算出部３０との機能を構成することができる。
[Configuration of arrival wave estimation device]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the incoming
処理対象信号生成部１１は、到来波に関するデータを導出するための処理対象となる信号を生成する。処理対象信号生成部１１は、処理対象信号保持部１２と、減算部１３と、置換部１４とを有している。
The processing target
処理対象信号保持部１２は、到来波推定装置１０での処理対象となる処理対象信号Ｘｎ（ｔ）＝［ｘｎ１（ｔ）、ｘｎ２（ｔ）、・・・、ｘｎＫ（ｔ）］Ｔ（但し、ｎ＝１，２，…，Ｎ）を保持する。具体的には、処理対象信号保持部１２は、送受信装置５から出力される受信データＸ１（ｔ）、又は、減算部１３による減算処理後の信号であるＸ２（ｔ），Ｘ３（ｔ），…，ＸＮ（ｔ）のいずれか１つを、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）として保持する。なお、Ｘ２（ｔ）は、受信データＸ１（ｔ）について減算処理が１回行われた処理対象信号であり、Ｘ３（ｔ）は、Ｘ１（ｔ）について減算処理が２回行われた処理対象信号であり、ＸＮ（ｔ）は、Ｘ１（ｔ）について減算処理がＮ−１回行われた処理対象信号を示す。処理対象信号保持部１２は、保持している処理対象信号を、ビームフォーミング部１５へ出力する。
The processing target
減算部１３は、処理対象信号保持部１２で保持されている処理対象信号Ｘｎ（ｔ）を、到来波信号成分算出部３０で算出された到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）（詳しくは後述する）で補正する補正部として設けられている。本実施形態では、減算部１３は、処理対象信号保持部１２で保持されている処理対象信号Ｘｎ（ｔ）を到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）で減算する減算処理を行うことにより、処理対象信号を補正する。
The subtracting
置換部１４は、処理対象信号保持部１２で保持されている処理対象信号Ｘｎ（ｔ）を、減算部１３で減算処理された処理対象信号Ｘｎ＋１（ｔ）で置換する。これにより、この置換後の処理対象信号Ｘｎ＋１（ｔ）は、新たな処理対象信号Ｘｎ＋１（ｔ）として、処理対象信号保持部１２に保持される。これにより、処理対象信号保持部１２には、その段階で減算処理が行われた回数が最も多い処理対象信号が保持される。
The
ビームフォーミング部１５は、相関行列算出部１６と、角度スペクトラム算出部１７とを有している。ビームフォーミング部１５は、処理対象信号生成部１１から順次、出力される処理対象信号Ｘｎ（ｔ）（Ｘ１（ｔ），Ｘ２（ｔ），…，ＸＮ（ｔ））に対して、ビームフォーマ法によるビームフォーミング処理を行う。
The
具体的には、相関行列算出部１６は、処理対象信号生成部１１から順次、出力される処理対象信号Ｘｎ（ｔ）に基づき、時刻ｔにおける各アンテナ素子４１〜４Ｋ間の受信信号の相関値を示す相関行列Ｒｎ（ｔ）（Ｒ１（ｔ），Ｒ２（ｔ），…，ＲＮ（ｔ））を算出する。相関行列Ｒｎ（ｔ）は、次の（１）式で与えられる。
Specifically, the correlation
［数１］
Ｒｎ（ｔ）＝Ｅ［Ｘｎ（ｔ）Ｘｎ Ｈ（ｔ）］ ・・・（１）
[Equation 1]
R n (t) = E [X n (t) X n H (t)] (1)
ここで、Ｅ［・］は、期待値（アンサンブル平均）を求める操作を表し、Ｈは複素共役転置を表す。アンサンブル平均は、時間平均で代用される。つまり、時刻ｔにおける相関行列Ｒｎ（ｔ）を求めるにあたり、その時刻ｔの前後のサンプリング時刻における入力ベクトルも用いる。一様時間平均の場合、相関行列Ｒｎ（ｔ）は次の式（２）で与えられる。 Here, E [•] represents an operation for obtaining an expected value (ensemble average), and H represents a complex conjugate transpose. The ensemble average is substituted by the time average. That is, in obtaining the correlation matrix R n (t) at time t, input vectors at sampling times before and after the time t are also used. In the case of uniform time averaging, the correlation matrix R n (t) is given by the following equation (2).
ここで、時間平均の範囲を［ｔ−Ｔｍｉｎ，ｔ＋Ｔｍａｘ］とした。
Here, the range of the time average was set to [t−T min , t + T max ].
相関行列Ｒｎ（ｔ）の時間平均は、一様ではなく適当な重みを付けた時間平均でもよい。また、時間平均は行わなくてもよい。なお、本実施形態では、相関行列Ｒｎ（ｔ）の時間平均は行わない。 The time average of the correlation matrix R n (t) is not uniform and may be a time average with an appropriate weight. In addition, time averaging may not be performed. In the present embodiment, time averaging of the correlation matrix R n (t) is not performed.
角度スペクトラム算出部１７は、相関行列算出部１６で算出された相関行列Ｒｎ（ｔ）に基づいて、角度スペクトラム信号Ｐｎ（θ）を算出する。具体的には、角度スペクトラム算出部１７は、式（３）に基づいて算出される出力電力を、式（４）で示す式で正規化することにより、角度スペクトラム信号Ｐｎ（θ）を算出する。角度スペクトラム算出部１７は、算出した角度スペクトラム信号Ｐｎ（θ）（Ｐ１（θ），Ｐ２（θ），…，ＰＮ（θ））を順次、導出部２０へ出力する。
The angle
ここで、式（３）及び式（４）におけるｗ（θ）は、Ｋ個のアンテナ素子で得られる複素信号ベクトルＸｎ（ｔ）＝［ｘ１（ｔ），…，ｘＫ（ｔ）］Ｔ（Ｔは転置の意味）に乗ずる複素ウェイトであり、式（５）で表される。
但し、λは搬送波（マイクロ波）の波長、ｊは虚数単位、ｄｋ（ｋ＝１，２，・・・，Ｋ）は基準点から第ｋ番目の超音波振動子２１ｋの位置までの距離を表す。
Here, w (θ) in the equations (3) and (4) is a complex signal vector X n (t) = [x 1 (t),..., X K (t) obtained by K antenna elements. ] Is a complex weight multiplied by T (T is the meaning of transposition), and is represented by Expression (5).
Where λ is the wavelength of the carrier wave (microwave), j is the imaginary unit, and d k (k = 1, 2,..., K) is from the reference point to the position of the kth
導出部２０は、検出部２１と、位相算出部２２とを有している。導出部２０は、ピーク強度Ｐｎ、到来方位θｎ、及び位相推定値φｎのそれぞれを、到来波データとして導出する。導出部２０は、角度スペクトラム算出部１７から順次、出力される角度スペクトラム信号Ｐｎ（θ）に基づき、各角度スペクトラム信号Ｐｎ（θ）に対応する到来波データを導出する。
The
具体的には、検出部２１は、角度スペクトラム算出部１７で算出された角度スペクトラム信号Ｐｎ（θ）においてθを変化させて、Ｐｎ（θ）のピーク値（極大値）のうち最も信号レベルの値が大きい最大ピーク値を検出する。そして、その最大ピーク値をピーク強度Ｐｎとして検出し、そのときの方位を到来方位θｎとして検出する。
Specifically, the
位相算出部２２は、検出部２１で検出された到来方位θｎから、該到来方位θｎから到来する到来波の位相推定値φｎを、式（６）に基づいて算出する。
From the arrival direction θ n detected by the
［数６］
φｎ＝arg［ｗ（θｎ）HXｎ（ｔ）］ ・・・（６）
[Equation 6]
φ n = arg [w (θ n ) H X n (t)] (6)
すなわち、導出部２０は、各角度スペクトラム信号Ｐｎ（θ）（Ｐ１（θ），Ｐ２（θ），…，ＰＮ（θ））に含まれる最大ピーク値を有する到来波に関する到来波データＰｎ，θｎ，φｎ（Ｐ１，θ１，φ１、Ｐ２，θ２，φ２、…、ＰＮ，θＮ，φＮ）を導出する。導出部２０は、導出した到来波データＰｎ，θｎ，φｎを順次、到来波データ保持部２５に出力する。
That is, the
到来波データ保持部２５は、規定回数記憶部２６と、出力部２７とを有する。到来波データ保持部２５は、導出部２０から順次、出力される到来波データＰｎ，θｎ，φｎを蓄積する。
The incoming wave
規定回数記憶部２６には、ユーザによって規定される規定回数Ｎが記憶される。ユーザは、例えば、表示装置９の操作部９ｂを操作することにより、上記規定回数Ｎを入力することができる。
The prescribed
出力部２７は、到来波データを、導出部２０で到来波データＰｎ，θｎ，φｎが導出された導出回数に応じて、到来波信号成分算出部３０及び表示装置９のいずれか一方へ出力する。具体的には、出力部２７は、上記導出回数が上記規定回数Ｎ未満の場合、到来波データ保持部２５で保持されている到来波データのうち最新の到来波データであるピーク強度Ｐｎ、到来方位θｎ、及び位相推定値φｎを、到来波信号成分算出部３０へ出力する。一方、出力部２７は、上記導出回数が規定回数Ｎに達した場合、到来波データ保持部２５で保持される全ての到来波データＰ１，θ１，φ１、Ｐ２，θ２，φ２、…、ＰＮ，θＮ，φＮを表示装置９へ出力する。
The
なお、導出回数とは、その段階において到来波データＰｎ，θｎ，φｎが導出された回数である。例えば、処理対象信号Ｘ１（ｔ）に基づいて到来波データＰ１，θ１，φ１が導出され、その後、処理対象信号Ｘ２（ｔ）に基づいて到来波データＰ２，θ２，φ２が導出された段階では、導出回数は２回となる。 The number of derivations is the number of times that the incoming wave data P n , θ n , and φ n are derived at that stage. For example, processing signal X 1 (t) arriving wave data P 1 on the basis of, theta 1, phi 1 is derived, then processed signal X 2 (t) arriving wave data P 2 based on, theta 2, in the stage where φ 2 is derived, the derived number of times is 2 times.
到来波信号成分算出部３０は、到来波データ保持部２５から順次、出力される到来波データＰｎ，θｎ，φｎから、到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）（Ｙ１（ｔ），Ｙ２（ｔ），…，ＹＮ（ｔ））を算出する。具体的には、到来波信号成分算出部３０は、式（７）に基づいて到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）を算出する。到来波信号成分算出部３０は、算出した到来波信号成分を順次、処理対象信号生成部１１へ出力する。
Incoming wave signal
［数７］
Ｙｎ（ｔ）＝Ａｎ・ｗ（θｎ）Ｔ ・・・（７）
[Equation 7]
Y n (t) = A n · w (θ n ) T (7)
ここで、式（７）におけるＡｎは、ピーク強度Ｐｎと位相推定値φｎとで表される複素振幅であり、式（８）で与えられる。 Here, A n in the formula (7) is a complex amplitude represented by a peak intensity P n and phase estimates phi n, is given by Equation (8).
［レーダ装置の動作］
図４は、本実施形態に係るレーダ装置１の動作を示すフローチャートである。以下では、本実施形態に係るレーダ装置１の動作について、具体例を用いて説明する。
[Operation of radar equipment]
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the
図５は、物標の存在状態の一例を示す図である。本実施形態では、図５に示すような物標に起因する到来波が到来する状況について説明する。なお、図５において、０度の方向から到来する０ｄＢの到来波をＡ、２０度の方向から到来する−１０ｄＢの到来波をＢ、−２０度の方向から到来する−２０ｄＢの到来波をＣ、とする。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the presence state of a target. In the present embodiment, a situation where an incoming wave caused by a target as shown in FIG. 5 arrives will be described. In FIG. 5, a 0 dB arrival wave coming from a 0 degree direction is A, a -10 dB arrival wave coming from a 20 degree direction is B, and a -20 dB arrival wave coming from a -20 degree direction is C. , And.
まず、ステップＳ１では、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）に乗ずる複素ウェイトｗ（θ）が生成される。この複素ウェイトｗ（θ）は、モードベクトルとも呼ばれ、アレイアンテナ４の形状等の条件により求めることができる。一旦モードベクトルが生成されると、このモードベクトルによって一連の信号処理が行われる。なお、アレイアンテナ４についての形状等の条件は機器設計時に仕様として与えられるものであるので、モードベクトルはあらかじめ算出できる。よって、あらかじめ算出しておいたモードベクトルの値を数値データとしてメモリ等に保持しておき、到来波推定装置１０における信号処理実行時に適宜読みだすようにしてもよい。
First, in step S1, a complex weight w (θ) to be multiplied by the processing target signal X n (t) is generated. This complex weight w (θ) is also called a mode vector, and can be obtained according to conditions such as the shape of the
次に、ステップＳ２では、送信用のアンテナ３から送信ビームが自船の周囲に送信され、所定時間経過毎に、入力ベクトルＸ１（ｔ１）、Ｘ１（ｔ２）、Ｘ１（ｔ３）、・・・、Ｘ１（ｔｍ）が生成される。そして、受信部７は、これらの入力ベクトルＸ１（ｔ）を処理して複素デジタル信号に変換し、受信データとして処理対象信号生成部１１に出力する。この受信データは、処理対象信号Ｘ１（ｔ）として、処理対象信号保持部１２に保持される（ステップＳ３）。処理対象信号生成部１１は、この処理対象信号Ｘ１（ｔ）をビームフォーミング部１５に出力する。
Next, in step S2, a transmission beam is transmitted from the transmitting
次に、ステップＳ４では、相関行列算出部１６が、上述した式（１）及び式（２）に基づいて相関行列Ｒ１（ｔ）を算出する。そして、角度スペクトラム算出部１７が角度スペクトラム信号Ｐ１（θ）を算出する。具体的には、角度スペクトラム算出部１７は、−９０度から９０度までの各方位の出力電力（例えば、Ｐ（−９０°），Ｐ（−８９°），…，Ｐ（９０°））を、式（３）及び式（４）に基づいて算出する。ビームフォーミング部１５は、このように算出された角度スペクトラム信号Ｐ１（θ）を、導出部２０へ出力する。
Next, in step S4, the correlation
図６に、角度スペクトラム算出部１７によって算出された角度スペクトラム信号Ｐ１（θ）の一例を示す。本実施形態では、図６に示すように、信号レベルが低い到来波（到来波Ｂ及び到来波Ｃ）はサイドローブに埋もれた状態となる。
FIG. 6 shows an example of the angle spectrum signal P 1 (θ) calculated by the angle
次に、ステップＳ５では、導出部２０が、角度スペクトラム信号Ｐ１（θ）に基づいて、該角度スペクトラム信号Ｐ１（θ）に含まれる最大到来波（到来波Ａ）に関するデータである到来波データを導出する。この到来波データには、角度スペクトラム信号Ｐ１（θ）における最大ピーク値の強度であるピーク強度Ｐ１、該最大ピーク値を有する到来波が到来する方位である到来方位θ１、及び該到来方位に基づく到来波の位相推定値φ１が含まれる。
Next, in step S5, deriving
具体的には、まず、検出部２１が、角度スペクトラム信号Ｐ１（θ）の最大ピーク値の到来方位θ１、及び該到来方位θ１におけるピーク強度Ｐ１を検出する。次に、位相算出部２２が、式（６）に基づいて位相推定値φ１を算出する。導出部２０は、これらの到来方位θ１、ピーク強度Ｐ１、及び位相推定値φ１を、到来波データ保持部２５に出力する。到来波データ保持部２５は、これらの到来波データＰ１，θ１，φ１を保持する。この到来波データＰ１，θ１，φ１は、アレイアンテナ４で受信した受信データ中に含まれる、ピーク強度が最も高い到来波Ａに関するデータである。
Specifically, first, the
次に、ステップＳ６では、到来波データが導出された導出回数が、ユーザによって予め設定される規定回数Ｎ以上であるか否かが判定される。本実施形態では、ユーザが、到来波の数が３つであると予め予測できており、上記規定回数Ｎを３回に設定しているとする。そして、本実施形態のここまでの段階では、到来波データの導出回数は１回である。よって、出力部２７は、導出回数が規定回数未満であるため（ステップＳ６のＮｏ）、ピーク強度Ｐ１、到来方位θ１、及び位相推定値φ１を、到来波信号成分算出部３０へ出力する。
Next, in step S6, it is determined whether or not the number of derivations from which the incoming wave data is derived is equal to or greater than a predetermined number N preset by the user. In the present embodiment, it is assumed that the user can predict in advance that the number of incoming waves is three and has set the specified number N to three. And in the stage so far of this embodiment, the derivation | leading-out number of arrival wave data is one time. Therefore, the
次に、ステップＳ７では、到来波信号成分算出部３０が、Ｐ１、θ１、及びφ１に基づいて到来波信号成分Ｙ１（ｔ）を算出する。具体的には、到来波信号成分算出部３０は、式（７）及び式（８）に基づいて、到来波信号成分Ｙ１（ｔ）を算出し、この到来波信号成分Ｙ１（ｔ）を処理対象信号生成部１１へ出力する。この到来波信号成分Ｙ１（ｔ）は、本実施形態におけるアレイアンテナ４が実際に受信している３つの到来波のうち到来波Ａのみを受信していると仮定した場合の、アレイアンテナ４の受信データを推定したものである。
Next, in step S7, the incoming wave signal
次に、ステップＳ８では、処理対象信号生成部１１の減算部１３が、処理対象信号保持部１２が保持している処理対象信号Ｘ１（ｔ）から、到来波信号成分算出部３０から出力された到来波信号成分Ｙ１（ｔ）を減算する。このように減算処理された処理対象信号Ｘ１（ｔ）−Ｙ１（ｔ）は、置換部１４によって、処理対象信号保持部１２が保持している処理対象信号に置換される。これにより、処理対象信号保持部１２は、減算処理された処理対象信号Ｘ１（ｔ）−Ｙ１（ｔ）を、新たな処理対象信号Ｘ２（ｔ）として保持する（ステップＳ９）。この処理対象信号Ｘ２（ｔ）は、本実施形態におけるアレイアンテナ４が実際に受信している３つの到来波のうち到来波Ａを除く２つの到来波（到来波Ｂ及び到来波Ｃ）を受信していると仮定した場合の、アレイアンテナ４の受信データを推定したものである。
Next, in step S <b> 8, the
上記処理対象信号Ｘ２（ｔ）について、再びステップＳ４からステップＳ６の処理が施される。具体的には、ステップＳ４で、ビームフォーミング部１５が処理対象信号Ｘ２（ｔ）に対してビームフォーミング処理を行って、相関行列Ｒ２（ｔ）及び角度スペクトラム信号Ｐ２（θ）を算出する。この角度スペクトラム信号Ｐ２（θ）は、アレイアンテナ４が到来波Ｂ及び到来波Ｃを受信していると仮定した場合の角度スペクトラム信号を推定したものである。
The processing target signal X 2 (t) is subjected to the processing from step S4 to step S6 again. Specifically, in step S4, the
図７に、角度スペクトラム算出部１７によって算出された角度スペクトラム信号Ｐ２（θ）の一例を示す。図７に示すように、到来波Ａに起因する到来波信号成分Ｙ１（ｔ）が減算された角度スペクトラム信号Ｐ２（θ）では、２番目に信号レベルが高い到来波Ｂを確認できる。しかし、３つの到来波の中で最も信号レベルが低い到来波Ｃについては、当該到来波Ｃに起因するピークなのか、サイドローブなのか、判別がつきにくくなっている。
FIG. 7 shows an example of the angle spectrum signal P 2 (θ) calculated by the angle
次に、ステップＳ５では、導出部２０が、角度スペクトラム信号Ｐ２（θ）に基づいて、該角度スペクトラム信号Ｐ２（θ）に含まれる最大到来波（到来波Ｂ）に関するデータである到来波データＰ２，θ２，φ２を導出する。この到来波データＰ２，θ２，φ２は、到来波データ保持部２５に出力され、到来波データ保持部２５は、既に保持している到来波データＰ１，θ１，φ１とともに、上記Ｐ２，θ２，φ２を保持する。
Next, in step S5, deriving
次に、ステップＳ６で、到来波データの導出回数が規定回数Ｎ以上であるか否かが判定される。本実施形態のここまでの段階では、到来波データの導出回数は２回である。よって出力部２７は、保持している到来波データのうち最新の到来波データであるピーク強度、到来方位、及び位相推定値を、到来波信号成分算出部３０へ出力する。具体的には、出力部２７は、到来波Ｂに関する到来波データＰ２，θ２，φ２を、到来波信号成分算出部３０へ出力する。
Next, in step S6, it is determined whether or not the derivation number of the incoming wave data is equal to or greater than the prescribed number N. At this stage of the present embodiment, the number of derivations of incoming wave data is two. Therefore, the
上記Ｐ２，θ２，φ２について、再びステップＳ７からステップＳ９の処理が施される。具体的には、ステップＳ７で、到来波信号成分算出部３０が、Ｐ２，θ２，φ２に基づいて到来波信号成分Ｙ２（ｔ）を算出する。この到来波信号成分Ｙ２（ｔ）は、アレイアンテナ４が到来波Ｂのみを受信していると仮定した場合、アレイアンテナ４の受信データを推定したものである。
With respect to P 2 , θ 2 , and φ 2 , the processing from
次に、ステップＳ８で、減算部１３が減算処理を行って新たな処理対象信号Ｘ３（ｔ）（＝Ｘ２（ｔ）−Ｙ２（ｔ））を生成する。処理対象信号保持部１２は、この新たな処理対象信号Ｘ３（ｔ）を保持する（ステップＳ９）。この処理対象信号Ｘ３（ｔ）は、アレイアンテナ４が到来波Ｃのみを受信していると仮定した場合の、アレイアンテナ４の受信データを推定したものである。
Next, in step S8, the
上記処理対象信号Ｘ３（ｔ）について、再びステップＳ４からステップＳ６の処理が施される。具体的には、ステップＳ４で、ビームフォーミング部１５が処理対象信号Ｘ３（ｔ）に対してビームフォーミング処理を行って、相関行列Ｒ３（ｔ）及び角度スペクトラム信号Ｐ３（θ）を算出する。この角度スペクトラム信号Ｐ３（θ）は、アレイアンテナ４が到来波Ｃを受信していると仮定した場合の角度スペクトラム信号を推定したものである。
The processing target signal X 3 (t) is subjected to the processing from step S4 to step S6 again. Specifically, in step S4, the
図８に、角度スペクトラム算出部１７によって算出された角度スペクトラム信号Ｐ３（θ）の一例を示す。図８に示すように、到来波Ａに起因する到来波信号成分Ｙ１（ｔ）及び到来波Ｂに起因する到来波信号成分Ｙ２（ｔ）が減算された角度スペクトラム信号Ｐ３（θ）では、最も信号レベルが低い到来波Ｃを確認できる。
FIG. 8 shows an example of the angle spectrum signal P 3 (θ) calculated by the angle
次に、ステップＳ５では、導出部２０が、角度スペクトラム信号Ｐ３（θ）に基づいて、該角度スペクトラム信号Ｐ３（θ）に含まれる最大到来波（到来波Ｃ）に関するデータである到来波データＰ３，θ３，φ３を導出する。この到来波データＰ３，θ３，φ３は、到来波データ保持部２５に出力され、到来波データ保持部２５は、既に保持している到来波データＰ１，θ１，φ１及びＰ２，θ２，φ２とともに、上記Ｐ３，θ３，φ３を保持する。
Next, in step S5, deriving
そして、ステップＳ６で、到来波データの導出回数が規定回数Ｎ以上であるか否かが判定される。本実施形態のこの段階では、到来波データの導出回数は３回となっている。よって、出力部２７は、保持している全ての到来波データＰ１〜Ｐ３，θ１〜θ３及びφ１〜φ３を表示装置９へ出力する（ステップＳ１０）。
Then, in step S6, it is determined whether or not the number of derivations of incoming wave data is equal to or greater than the prescribed number N. At this stage of the present embodiment, the number of derivations of incoming wave data is three. Therefore, the
図９に、表示装置９の表示部９ａの一例を示す。図９に示すように、表示部９ａには、３つの到来波に関するデータが、非常に幅の狭いパルス状の波形として表示される。このように表示される波形により、３つの到来波Ａ，Ｂ及びＣのそれぞれに関する到来波データを確認することができる。なお、位相推定値φ１〜φ３については、例えば図９における各波形付近に表示される。また、到来波データの表示方法は、図９に示すものに限らず、例えば、表示部９ａに、到来波データの値を表示してもよい。
FIG. 9 shows an example of the
また、上述した説明においては、到来波データの導出回数を３回と設定しているが、この限りでなく、ユーザが想定する到来波の数に応じて、ユーザが適宜、設定することができる。具体的には、到来波の数が１０程度であるとユーザが想定した場合、その数よりもやや多い１２程度の数を、規定回数Ｎとして設定してもよい。この場合、本実施形態に係る到来波推定装置１０は、ステップＳ６において導出回数が規定回数であるＮに到達するまでステップＳ４からステップＳ９の処理を繰り返す。そして、導出回数が１２回に到達すると、到来波データ保持部２５は、それまでに導出された全ての到来波データＰ１，θ１，φ１、Ｐ２，θ２，φ２、…、Ｐ１２，θ１２，φ１２、を表示装置９の表示部９ａへ出力する。そして、表示部９ａに、これらの到来波データに関する情報が表示される。これにより、ユーザは、強度の異なる複数の到来波のそれぞれに関する情報を知ることができる。
In the above description, the number of derivations of incoming wave data is set to 3, but this is not restrictive, and the user can set it appropriately according to the number of incoming waves assumed by the user. . Specifically, when the user assumes that the number of incoming waves is about 10, a number of about 12 that is slightly larger than that number may be set as the prescribed number N. In this case, the incoming
また、ユーザは、到来波の数を想定できない場合であっても、Ｎとして比較的大きい数を設定すればよい。この場合、ユーザは、ピーク強度がある程度のレベルに達しているものを到来波データと推定し、ピーク強度が極端に低いものをノイズと推定することにより、物標に起因する到来波に関する到来波データを推定できる。 Further, even when the user cannot assume the number of incoming waves, the user may set a relatively large number as N. In this case, the user estimates that the peak intensity has reached a certain level as arrival wave data, and estimates that the peak intensity is extremely low as noise, so that the arrival wave related to the arrival wave due to the target is estimated. Data can be estimated.
［実施形態の効果］
以上のように、本実施形態に係る到来波推定装置１０では、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）に含まれる前記到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）を低減するように、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）を、該処理対象信号Ｘｎ（ｔ）に含まれる最大到来波の寄与成分である到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）で補正している。こうすると、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）において信号レベルが最も高い到来波の影響を低減できる。これにより、信号レベルの低い到来波が、信号レベルの高い到来波のサイドローブに埋もれてしまうのを抑制できるため、信号レベルの低い到来波のピークを確認できる。
[Effect of the embodiment]
As described above, in the incoming
従って、本実施形態に係る到来波推定装置１０では、異なる方位から到来する複数の到来波の中から出力ピークが低い到来波を検出することができる。
Therefore, the incoming
また、到来波推定装置１０では、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）から到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）を減算することにより、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）に含まれる最大到来波に起因する成分を除去している。これにより、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）に含まれる最大到来波を適切に取り除くことができる。
Further, the incoming
また、到来波推定装置１０は、到来波データを保持するとともに該到来波データを表示部へ出力可能な到来波データ保持部２５を備えている。これにより、ユーザは、受信データＸ１（ｔ）に含まれる複数の到来波に関する情報である到来波データを確認できる。
In addition, the arrival
また、到来波推定装置１０によれば、到来波データが導出された導出回数が規定回数Ｎ以上となるまで、到来波データの導出が繰り返される。これにより、ユーザは、到来波の数を推測した上で規定回数Ｎを適切な回数に設定することで、所望の到来波に関する到来波データを確認できる。また、到来波推定装置１０によれば、ユーザが到来波の数を推定せずとも、Ｎとして比較的大きい数を設定すればよい。この場合、ユーザは、ピーク強度がある程度のレベルに達しているものを到来波データと推定し、ピーク強度が極端に低いものをノイズと推定することができる。こうすると、到来波の数を推測する手間が省けるため、複数の物標に起因する到来波データを容易に推測できる。
In addition, according to the arrival
また、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、異なる方位から到来する複数の到来波の中から出力ピークが低い到来波を検出することができる。
Moreover, according to the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these, A various change is possible unless it deviates from the meaning of this invention.
（１）図１０は、変形例に係るレーダ装置１ａの構成を示すブロック図であり、図１１は、変形例に係るレーダ装置１ａの到来波推定装置４０の構成を示すブロック図である。図１０及び図１１に示すように、本変形例に係る到来波推定装置４０は、上記実施形態に係る到来波推定装置１０と比べると、到来波データ保持部の構成が異なる。以下、上記実施形態と異なる点について主に説明し、上記実施形態と同様の構成の説明については、図面において同一の符号を付すことで又は同一の符号を引用して説明することで、省略する。
(1) FIG. 10 is a block diagram illustrating a configuration of a
本変形例に係る到来波推定装置４０の到来波データ保持部３５は、閾値記憶部３６と、出力部３７とを有している。閾値記憶部３６には、ユーザによって規定される閾値Ｐｔｈｒが記憶される。ユーザは、例えば、表示装置９の操作部９ｂを操作することにより、上記閾値Ｐｔｈｒを入力できる。
The incoming wave
出力部３７は、到来波データ保持部３５が保持しているピーク強度の値に応じて、到来波データを到来波信号成分算出部３０及び表示装置９のいずれか一方へ出力する。具体的には、出力部２７は、保持しているピーク強度Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｑのうち強度が最も低いピーク強度Ｐｑが閾値Ｐｔｈｒを超えている場合、Ｐｑ、θｑ及びφｑを、到来波信号成分算出部３０へ出力する。一方、保持しているピーク強度Ｐ１、Ｐ２、…、Ｐｑのうち強度が最も低いピーク強度ＰＱが閾値Ｐｔｈｒ以下になった場合、保持している全ての到来波データＰ１，θ１，φ１、Ｐ２，θ２，φ２、…、ＰＱ，θＱ，φＱを表示部へ出力する。
The
図１２は、本変形例に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。以下では、上記実施形態の場合と同様、図５に示すような物標に起因する到来波が到来する状況について説明する。 FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the radar apparatus according to this modification. Below, the situation where the incoming wave resulting from the target as shown in FIG. 5 arrives is demonstrated similarly to the case of the said embodiment.
本変形例に係るレーダ装置は、ステップＳ１からステップＳ５までは、上記実施形態に係るレーダ装置１と同じように動作する。具体的には、レーダ装置は、処理対象信号Ｘｑ（ｔ）に乗ずるモードベクトルを生成し（ステップＳ１）、送信用のアンテナ３から送信ビームを自船の周囲に送信する（ステップＳ２）。次に、アレイアンテナ４で受信された受信信号が受信部７で処理されて複素デジタル信号に変換され、受信データとして処理対象信号生成部１１に出力される。到来波推定装置４０では、この受信データが処理対象信号Ｘ１（ｔ）として保持される（ステップＳ３）。そして、この処理対象信号Ｘ１（ｔ）に基づいて角度スペクトラム信号Ｐ１（θ）が算出され（ステップＳ４）、この角度スペクトラム信号Ｐ１（θ）に基づいて到来波データＰ１，θ１，φ１が導出される（ステップＳ５）。この到来波データＰ１，θ１，φ１は、到来波データ保持部３５に出力され、到来波データ保持部３５は、到来波データＰ１，θ１，φ１を保持する。
The radar apparatus according to this modification operates in the same manner as the
次に、本変形例に係る到来波推定装置４０では、保持しているピーク強度のうち強度が最も低いピーク強度が閾値Ｐｔｈｒ以下であるか否かが判定される。本変形例では、ユーザが閾値Ｐｔｈｒを−１８ｄＢと設定しているとする。本変形例のこの時点では、保持しているピーク強度はＰ１のみであり、Ｐ１は０ｄＢである。よって、Ｐ１はＰｔｈｒを上回っているため（ステップＳ１１のＮｏ）、出力部２７は、ピーク強度Ｐ１、到来方位θ１、及び位相推定値φ１を、到来波信号成分算出部３０へ出力する。
Next, in the arrival
次に、到来波推定装置４０は、ステップＳ７からステップＳ９、ステップＳ４、及びステップＳ５について、上記実施形態の場合と同様に動作する。具体的には、到来波信号成分Ｙ１（ｔ）が算出され（ステップＳ７）、Ｘ１（ｔ）について減算処理が行われ（ステップＳ８）、新たな処理対象信号Ｘ２（ｔ）が生成されて処理対象信号生成部１１に保持される（ステップＳ９）。そして、この新たな処理対象信号Ｘ２（ｔ）に基づいて角度スペクトラム信号Ｐ２（θ）が算出され（ステップＳ４）、この角度スペクトラム信号Ｐ２（θ）に基づいて到来波データＰ２，θ２，φ２が導出される（ステップＳ５）。この到来波データＰ２，θ２，φ２は、到来波データ保持部３５に出力され、到来波データ保持部３５は、既に保持しているＰ１，θ１，φ１とともに、上記Ｐ２，θ２，φ２を保持する。
Next, the incoming
次に、再びステップＳ１１で、保持しているピーク強度のうち強度が最も低いピーク強度が閾値Ｐｔｈｒ以下であるか否かが判定される。本変形例のこの時点では、保持しているピーク強度のうち強度が最も低いピーク強度はＰ２であり、Ｐ２は−１０ｄＢである。よって、Ｐ２はＰｔｈｒを上回っているため（ステップＳ１１のＮｏ）、出力部２７は、ピーク強度Ｐ２、到来方位θ２、及び位相推定値φ２を、到来波信号成分算出部３０へ出力する。
Next, in step S11 again, it is determined whether or not the peak intensity having the lowest intensity among the held peak intensity is equal to or less than the threshold value Pthr . At this time of the present modification, the peak intensity having the lowest intensity among the held peak intensity is P 2 , and P 2 is −10 dB. Therefore, since P 2 exceeds P thr (No in step S11), the
次に、到来波推定装置４０は、ステップＳ７からステップＳ９、ステップＳ４、及びステップＳ５について、上記実施形態の場合と同様に動作する。具体的には、到来波信号成分Ｙ２（ｔ）が算出され（ステップＳ７）、Ｘ２（ｔ）について減算処理が行われ（ステップＳ８）、新たな処理対象信号Ｘ３（ｔ）が生成されて処理対象信号生成部１１に保持される（ステップＳ９）。そして、この新たな処理対象信号Ｘ３（ｔ）に基づいて角度スペクトラム信号Ｐ３（θ）が算出され（ステップＳ４）、この角度スペクトラム信号Ｐ３（θ）に基づいて到来波データＰ３，θ３，φ３が導出される（ステップＳ５）。この到来波データＰ３，θ３，φ３は、到来波データ保持部３５に出力され、到来波データ保持部３５は、既に保持しているＰ１，θ１，φ１、Ｐ２，θ２，φ２とともに、上記Ｐ３，θ３，φ３を保持する。
Next, the incoming
次に、再びステップＳ１１で、保持しているピーク強度のうち強度が最も低いピーク強度が閾値Ｐｔｈｒ以下であるか否かが判定される。本変形例のこの時点では、保持しているピーク強度のうち強度が最も低いピーク強度はＰ３であり、Ｐ３は−２０ｄＢである。よって、Ｐ３はＰｔｈｒ以下になるため（ステップＳ１１のＹｅｓ）、出力部２７は、保持している全ての到来波データＰ１〜Ｐ３，θ１〜θ３及びφ１〜φ３を表示装置９へ出力する（ステップＳ１０）。これにより、ユーザは、強度の異なる複数の到来波のそれぞれに関する情報を知ることができる。
Next, in step S11 again, it is determined whether or not the peak intensity having the lowest intensity among the held peak intensity is equal to or less than the threshold value Pthr . At this point in the present modification, the peak intensity having the lowest intensity among the retained peak intensities is P 3 , and P 3 is −20 dB. Therefore, since P 3 becomes equal to or less than P thr (Yes in step S11), the
以上のように、本変形例に係る到来波推定装置４０でも、上記実施形態の場合と同様、異なる方位から到来する複数の到来波の中から出力ピークが低い到来波を検出することができる。
As described above, the arrival
また、到来波推定装置４０によれば、ピーク強度が閾値Ｐｔｈｒ以下になるまで、到来波データの導出が繰り返される。これにより、ユーザが閾値Ｐｔｈｒを適切なレベルに設定することで、ユーザは、所望の出力レベル以上の到来波データを確認できる。
Further, according to the arrival
（２）上記実施形態及び上記変形例では、到来波推定装置をレーダ装置に適用しているが、この限りでなく、ソナー装置に適用することもできる。 (2) Although the arrival wave estimation device is applied to the radar device in the embodiment and the modification example described above, the present invention is not limited to this, and can also be applied to a sonar device.
図１３は、変形例に係るソナー装置１ｂの 構成を示すブロック図である。以下、上記実施形態と異なる点について主に説明し、上記実施形態と同様の構成の説明については、図面において同一の符号を付すことで又は同一の符号を引用して説明することで、省略する。また、本変形例に係るソナー装置１ｂの到来波推定装置４０の構成及び動作についても、上記実施形態に係るレーダ装置１の構成及び動作と概ね同様であるため、その説明を省略する。
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a
［ソナー装置の概要］
図１３に示すように、本実施形態に係るソナー装置１ｂは、トランスデューサ５０（アレイセンサ）と、送受信装置５１と、到来波推定装置１０と、表示装置９とを備えている。なお、到来波推定装置１０は、送受信装置５１内に設けられていてもよい。
[Outline of sonar device]
As shown in FIG. 13, the
トランスデューサ５０は、例えば、Ｍ個の超音波振動子が直線状に配置されているリニアアレイ型トランスデューサである。超音波振動子は、例えば、キャリア周波数の波長の２分の１の間隔で、等間隔に配置されている。各超音波振動子は、電気信号を超音波に変換して水中に超音波を送信するとともに、受信した超音波を電気信号（エコー信号）に変換する。トランスデューサ５０は、超音波の送受信を行うため、例えば、船底に装備されて海中に露出されている。
The
送受信装置５１は、送受切替部５２と、送信部５３と、受信部５４とを備えている。送受切替部５２は、送信時には、送信部５３からトランスデューサ５０に送信信号が送られる接続に切り替える。また、送受切替部５２は、受信時には、トランスデューサ５０によって超音波から変換された電気信号がトランスデューサ５０から受信部５４に送られる接続に切り替える。
The transmission /
送信部５３は、表示装置９において設定された条件に基づいて送信信号を生成する。また、送信部５３は、送受切替部５２を介して、生成した送信信号をトランスデューサ５０に対して出力する。この送信信号により、各超音波振動子が駆動され、トランスデューサ５０から各方位に超音波が放射される。
The
受信部５４は、増幅部５４ａと、Ａ／Ｄ変換部５４ｂとを有している。増幅部５４ａは、Ｍ個の超音波振動子のそれぞれから送受切替部５２を介して送られてきた電気信号を増幅してＭ個の受信信号をＡ／Ｄ変換部５４ｂに対して出力する。
The
Ａ／Ｄ変換部５４ｂは、増幅部５４ａから出力される受信信号をＩＱ検波等により複素デジタル信号に変換し、この複素デジタル信号に変換後の受信データを到来波推定装置１０に対して出力する。
The A /
そして、本変形例に係る到来波推定装置１０は、上記実施形態の場合と同様の動作をすることで、複数の到来波のそれぞれに対応する到来波データＰ１，θ１，φ１、Ｐ２，θ２，φ２、…、Ｐｎ，θｎ，φｎを導出する。
The incoming
以上のように、本変形例に係るソナー装置１ｂでも、異なる方位から到来する複数の到来波の中から出力ピークが低い到来波を検出することができる。
As described above, the
（３）また、到来波推定装置１０，４０は、上述したレーダ装置１，１ａ、及びソナー装置１ｂに限らず、超音波診断装置に適用することもできる。
(3) In addition, the arrival
（４）また、上記実施形態及び変形例では、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）から到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）を減算することにより新たな処理対象信号を生成しているが、この限りでない。例えば、到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）に所定の係数を乗じたものを、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）から減算してもよい。更には、上記実施形態及び変形例では、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）を到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）で補正する補正部を、減算部１３で構成しているが、この限りでなく、補正部は、処理対象信号Ｘｎ（ｔ）に含まれる到来波信号成分Ｙｎ（ｔ）を低減できれば、どのような構成であってもよい。
(4) In the above-described embodiment and the modification, a new processing target signal is generated by subtracting the incoming wave signal component Y n (t) from the processing target signal X n (t). Not. For example, a signal obtained by multiplying the incoming wave signal component Y n (t) by a predetermined coefficient may be subtracted from the processing target signal X n (t). Furthermore, in the above embodiments and variations, the correction unit for correcting the processing target signal X n (t) the incoming wave signal components Y n (t), but is constituted by a
本発明は、アレイアンテナを有するレーダ装置、ソナー装置、又は超音波診断装置として広く適用することができるものである。 The present invention can be widely applied as a radar apparatus, a sonar apparatus, or an ultrasonic diagnostic apparatus having an array antenna.
１，１ａ レーダ装置
１ｂ ソナー装置
１２ 処理対象信号保持部
１３ 減算部（補正部）
１４ 置換部
１５ ビームフォーミング部
２０ 導出部
２５ 到来波データ保持部
３０ 到来波信号成分算出部
1,
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記処理対象信号保持部で保持されている処理対象信号に対してビームフォーマ法によるビームフォーミング処理を行うビームフォーミング部と、
前記ビームフォーミング部から出力される角度スペクトラム信号に基づいて、該角度スペクトラム信号における最大ピーク値の強度であるピーク強度、該最大ピーク値を有する到来波が到来する方位である到来方位、及び該到来方位に基づく到来波の位相推定値、のそれぞれを到来波データとして導出する導出部と、
前記導出部から出力される前記到来波データに基づく到来波信号成分を算出する到来波信号成分算出部と、
前記処理対象信号保持部で保持されている処理対象信号に含まれる前記到来波信号成分を低減するように、該処理対象信号を前記到来波信号成分で補正する補正部と、
前記処理対象信号保持部で保持されている処理対象信号を、前記補正部で補正された処理対象信号で置換し、置換後の該処理対象信号を新たな処理対象信号として前記処理対象信号保持部に保持させる置換部と、
を備えている、到来波推定装置。 A processing target signal holding unit capable of holding input received data as a processing target signal;
A beam forming unit that performs a beam forming process by a beam former method on the processing target signal held in the processing target signal holding unit;
Based on the angle spectrum signal output from the beam forming unit, the peak intensity that is the intensity of the maximum peak value in the angle spectrum signal, the arrival direction that is the direction in which the incoming wave having the maximum peak value arrives, and the arrival A derivation unit for deriving each of the estimated phase values of the incoming wave based on the direction as incoming wave data;
An incoming wave signal component calculation unit that calculates an incoming wave signal component based on the incoming wave data output from the derivation unit;
A correction unit that corrects the processing target signal with the incoming wave signal component so as to reduce the incoming wave signal component included in the processing target signal held by the processing target signal holding unit;
The processing target signal held by the processing target signal holding unit is replaced with the processing target signal corrected by the correction unit, and the processing target signal after the replacement is used as a new processing target signal. A replacement part to be held in,
An arrival wave estimation device comprising:
前記補正部は、前記処理対象信号保持部で保持されている処理対象信号から前記到来波信号成分を減算することにより該処理対象信号を補正する、到来波推定装置。 The arrival wave estimation device according to claim 1,
The said correction part is an arrival wave estimation apparatus which correct | amends this process target signal by subtracting the said arrival wave signal component from the process target signal currently hold | maintained at the said process target signal holding part.
前記導出部で導出された前記到来波データを保持するとともに、保持している前記到来波データを表示部へ出力可能な到来波データ保持部を更に備えている、到来波推定装置。 An arrival wave estimation device according to claim 1 or claim 2,
An arrival wave estimation device that further includes an arrival wave data holding unit that holds the arrival wave data derived by the deriving unit and that can output the held arrival wave data to a display unit.
前記到来波データ保持部は、前記導出部で前記到来波データが導出された導出回数が所定回数未満の場合、保持している前記到来波データのうち最新の到来波データであるピーク強度、到来方位、及び位相推定値を前記到来波信号成分算出部へ出力する一方、前記導出回数が所定回数に達した場合、保持している前記到来波データを前記表示部へ出力する、到来波推定装置。 The arrival wave estimation device according to claim 3,
The arrival wave data holding unit, when the number of derivations from which the arrival wave data is derived by the derivation unit is less than a predetermined number, the peak intensity, which is the latest arrival wave data among the held arrival wave data, An arriving wave estimation device that outputs an azimuth and phase estimation value to the arrival wave signal component calculation unit, and outputs the held arrival wave data to the display unit when the number of derivations reaches a predetermined number .
前記到来波データ保持部は、保持している前記ピーク強度のうち強度が最も低いピーク強度が所定値を超えている場合、該ピーク強度と、該ピーク強度に対応する前記到来方位及び前記位相推定値とを、前記到来波信号成分算出部へ出力する一方、保持している前記ピーク強度のうち強度が最も低いピーク強度が前記所定値以下になった場合、保持している前記到来波データを前記表示部へ出力する、到来波推定装置。 The arrival wave estimation device according to claim 3,
The arrival wave data holding unit, when the peak intensity having the lowest intensity among the held peak intensity exceeds a predetermined value, the peak intensity, the arrival direction corresponding to the peak intensity, and the phase estimation When the peak intensity having the lowest intensity among the held peak intensities is less than or equal to the predetermined value, An incoming wave estimation device that outputs to the display unit.
複数のアンテナ素子を有し、電波を受信するアレイアンテナと、
前記アレイアンテナから出力されたエコー信号をデジタル信号に変換して前記到来波推定装置に出力する送受信装置と
を備えている、レーダ装置。 An incoming wave estimation device according to any one of claims 1 to 5,
An array antenna having a plurality of antenna elements and receiving radio waves;
A radar apparatus comprising: a transmission / reception apparatus that converts an echo signal output from the array antenna into a digital signal and outputs the digital signal to the arrival wave estimation apparatus.
複数のセンサを有し、超音波を送受信するアレイセンサと、
前記アレイセンサから出力されたエコー信号をデジタル信号に変換して前記到来波推定装置に出力する送受信装置と
を備えている、ソナー装置。 An incoming wave estimation device according to any one of claims 1 to 5,
An array sensor having a plurality of sensors and transmitting and receiving ultrasonic waves;
A sonar device comprising: a transmission / reception device that converts an echo signal output from the array sensor into a digital signal and outputs the digital signal to the arrival wave estimation device.
保持している処理対象信号に対してビームフォーマ法によるビームフォーミング処理を行うステップと、
前記ビームフォーミング処理を行うステップで生成された角度スペクトラム信号に基づいて、該角度スペクトラム信号における最大ピーク値の強度であるピーク強度、該最大ピーク値を有する到来波が到来する方位である到来方位、及び該到来方位に基づく到来波の位相推定値、のそれぞれを到来波データとして導出するステップと、
前記到来波データに基づく到来波信号成分を算出するステップと、
保持している処理対象信号に含まれる前記到来波信号成分を低減するように、保持している処理対象信号を前記到来波信号成分で補正するステップと、
保持している処理対象信号を、前記補正するステップで補正された処理対象信号で置換し、置換後の該処理対象信号を新たな処理対象信号として保持するステップと
を含む、到来波推定方法。 Holding input received data as a signal to be processed;
Performing beam forming processing by a beamformer method on a processing target signal held;
Based on the angle spectrum signal generated in the step of performing the beam forming process, the peak intensity that is the intensity of the maximum peak value in the angle spectrum signal, the arrival direction that is the direction in which the incoming wave having the maximum peak value arrives, And a phase estimation value of the arrival wave based on the arrival direction, respectively, and deriving as arrival wave data,
Calculating an incoming wave signal component based on the incoming wave data;
Correcting the held processing target signal with the incoming wave signal component so as to reduce the incoming wave signal component included in the held processing target signal;
Replacing the held processing target signal with the processing target signal corrected in the correcting step, and holding the replaced processing target signal as a new processing target signal.
保持している処理対象信号に対してビームフォーマ法によるビームフォーミング処理を行うステップと、
前記ビームフォーミング処理を行うステップで生成された角度スペクトラム信号に基づいて、該角度スペクトラム信号における最大ピーク値の強度であるピーク強度、該最大ピーク値を有する到来波が到来する方位である到来方位、及び該到来方位に基づく到来波の位相推定値、のそれぞれを到来波データとして導出するステップと、
前記到来波データに基づく到来波信号成分を算出するステップと、
保持している処理対象信号に含まれる前記到来波信号成分を低減するように、保持している処理対象信号を前記到来波信号成分で補正するステップと、
保持している処理対象信号を、前記補正するステップで補正された処理対象信号で置換し、置換後の該処理対象信号を新たな処理対象信号として保持するステップと
をコンピュータに実行させるための到来波推定プログラム。 Holding input received data as a signal to be processed;
Performing beam forming processing by a beamformer method on a processing target signal held;
Based on the angle spectrum signal generated in the step of performing the beam forming process, the peak intensity that is the intensity of the maximum peak value in the angle spectrum signal, the arrival direction that is the direction in which the incoming wave having the maximum peak value arrives, And a phase estimation value of the arrival wave based on the arrival direction, respectively, and deriving as arrival wave data,
Calculating an incoming wave signal component based on the incoming wave data;
Correcting the held processing target signal with the incoming wave signal component so as to reduce the incoming wave signal component included in the held processing target signal;
The replacement of the held processing target signal with the processing target signal corrected in the correcting step, and holding the replaced processing target signal as a new processing target signal. Wave estimation program.
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|---|---|---|---|---|
| JPWO2013175558A1 (en) * | 2012-05-21 | 2016-01-12 | トヨタ自動車株式会社 | Radar device, angle verification method |
| WO2017221593A1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-28 | ソニー株式会社 | Signal processing device, signal processing method, and signal reception device |
| JP2019066248A (en) * | 2017-09-29 | 2019-04-25 | 株式会社デンソーテン | Radar device and target detection method |
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2013
- 2013-03-12 JP JP2013049009A patent/JP2014174093A/en active Pending
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