JP2014174093A - Incoming wave direction estimation device, radar device, sonar device, and method and program for estimating incoming wave direction - Google Patents
Incoming wave direction estimation device, radar device, sonar device, and method and program for estimating incoming wave direction Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014174093A JP2014174093A JP2013049009A JP2013049009A JP2014174093A JP 2014174093 A JP2014174093 A JP 2014174093A JP 2013049009 A JP2013049009 A JP 2013049009A JP 2013049009 A JP2013049009 A JP 2013049009A JP 2014174093 A JP2014174093 A JP 2014174093A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- processing target
- arrival
- wave
- target signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013049009A JP2014174093A (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Incoming wave direction estimation device, radar device, sonar device, and method and program for estimating incoming wave direction |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013049009A JP2014174093A (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Incoming wave direction estimation device, radar device, sonar device, and method and program for estimating incoming wave direction |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014174093A true JP2014174093A (en) | 2014-09-22 |
Family
ID=51695425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013049009A Pending JP2014174093A (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Incoming wave direction estimation device, radar device, sonar device, and method and program for estimating incoming wave direction |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014174093A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
-
2013
- 2013-03-12 JP JP2013049009A patent/JP2014174093A/en active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9759806B2 (en) | Radar apparatus | |
JP6391888B2 (en) | Radar equipment | |
KR20190084593A (en) | Method and apparatus for estimating direction of arrival using generation of virtual received signals | |
JP6296907B2 (en) | Radar apparatus and radar signal processing method thereof | |
JP2014174093A (en) | Incoming wave direction estimation device, radar device, sonar device, and method and program for estimating incoming wave direction | |
JP2009002909A (en) | Signal processing device, angle measuring device, method of signal processing, and method of angle measurement | |
JP2011158430A (en) | Transceiver beam shaping device | |
JP6339446B2 (en) | Detection device, detection method, and program | |
JP6403327B2 (en) | Signal processing device, underwater detection device, and radar device | |
JP6179973B2 (en) | Signal processing device, underwater detection device, signal processing method, and program | |
US11467242B2 (en) | Direction-of-arrival estimation apparatus, method, and non-transitory medium | |
JP2010223895A (en) | Radar system | |
JP2015129695A (en) | Pulse compression radar device and radar signal processing method therefor | |
GB2573909A (en) | Adaptive array antenna device | |
JPWO2019082269A1 (en) | Radar equipment | |
JP6132576B2 (en) | Signal processing apparatus, radar apparatus, and signal processing method | |
JP4867190B2 (en) | Radar apparatus and angle measuring method | |
JP5874369B2 (en) | Radar apparatus and detection method | |
JP6415392B2 (en) | Signal processing device | |
JP2005148013A (en) | Radar device | |
JP2016014566A (en) | Signal processing device, underwater detection device, radar device, signal processing method, and signal processing program | |
JP2009128165A (en) | Undesired wave suppressing device | |
WO2021210479A1 (en) | Communication device and communication method | |
JP6261859B2 (en) | Signal processing device, underwater detection device, signal processing method, and program | |
JP2014238347A (en) | Detection device, detection method, and detection program |