JP2016138787A - Passive radar device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、自身では電波の送信を行わずに、既存の電波送信源から送信された電波を受信して、観測対象である目標の観測を行うパッシブレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a passive radar device that receives a radio wave transmitted from an existing radio wave transmission source and observes a target that is an observation target without transmitting a radio wave by itself.
パッシブレーダ装置は、既存の電波送信源から送信された電波の直接波を受信する直接波受信系と、直接波受信系と隣接している位置に設置されており、既存の電波送信源から送信されたのち、観測対象である目標に反射された電波の反射波を受信する反射波受信系とから構成されており、直接波受信系により受信された直接波と、反射波受信系により受信された反射波とを比較することで、目標の観測が行われる。
以下の特許文献１には、既存の電波送信源として、パルスを発信するパルスレーダが用いられているパッシブレーダ装置が開示されている。
Passive radar equipment is installed in a direct wave reception system that receives direct waves of radio waves transmitted from existing radio wave transmission sources, and in a position adjacent to the direct wave reception system, and is transmitted from existing radio wave transmission sources. After that, it is composed of a reflected wave receiving system that receives the reflected wave of the radio wave reflected by the target to be observed. The direct wave received by the direct wave receiving system is received by the reflected wave receiving system. The target is observed by comparing the reflected wave.
Patent Document 1 below discloses a passive radar device in which a pulse radar that transmits pulses is used as an existing radio wave transmission source.
従来のパッシブレーダ装置は以上のように構成されているので、直接波受信系と反射波受信系を隣接して設置することを前提としている。したがって、既存のパルスレーダから送信されたパルスの直接波を受信することができない位置には反射波受信系を設置することができない。このため、反射波受信系の設置位置が、既存のパルスレーダから送信されたパルスの直接波を受信できる位置に制限されてしまうという課題があった。 Since the conventional passive radar apparatus is configured as described above, it is assumed that the direct wave reception system and the reflected wave reception system are installed adjacent to each other. Therefore, a reflected wave receiving system cannot be installed at a position where a direct wave of a pulse transmitted from an existing pulse radar cannot be received. For this reason, there is a problem that the installation position of the reflected wave receiving system is limited to a position where a direct wave of a pulse transmitted from an existing pulse radar can be received.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、既存のパルスレーダから発信されたパルスの直接波を受信することができない位置に反射波受信系を設置しても、目標の観測を実施することができるパッシブレーダ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and even if a reflected wave receiving system is installed at a position where a direct wave of a pulse transmitted from an existing pulse radar cannot be received, An object of the present invention is to obtain a passive radar device capable of performing observation.
この発明に係るパッシブレーダ装置は、パルスを発信するパルスレーダを見通せる位置に設置され、パルスレーダから発信されたパルスの直接波を受信する直接波受信系と、直接波受信系と別の位置に設置され、パルスレーダから発信されたのち、観測対象である目標に反射されたパルスの反射波を受信する反射波受信系とから構成されており、直接波受信系が、直接波の到来時刻を推定して、その到来時刻を示す時刻情報を送信し、反射波受信系が、反射波の受信信号を出力する信号受信部と、直接波受信系から送信された時刻情報を受信し、その時刻情報が示す到来時刻と、パルスレーダ、直接波受信系及び反射波受信系の設置位置とから、直接波が反射波受信系に到来する時刻を推定する第１の到来時刻推定部と、第１の到来時刻推定部により推定された直接波の到来時刻と信号受信部から出力された受信信号を用いて、目標を観測する目標観測部とを備えているようにしたものである。 The passive radar device according to the present invention is installed at a position where a pulse radar that emits a pulse can be seen, and a direct wave receiving system that receives a direct wave of a pulse transmitted from the pulse radar, and a position different from the direct wave receiving system. It is composed of a reflected wave receiving system that receives the reflected wave of the pulse reflected by the target to be observed after being installed and transmitted from the pulse radar. The direct wave receiving system determines the arrival time of the direct wave. Estimate and transmit time information indicating the arrival time, and the reflected wave reception system receives the time information transmitted from the signal reception unit that outputs the reception signal of the reflected wave and the direct wave reception system. A first arrival time estimation unit for estimating a time at which a direct wave arrives at the reflected wave reception system from the arrival time indicated by the information and the installation positions of the pulse radar, the direct wave reception system, and the reflected wave reception system; Arrival time estimation Using the received signals output from the arrival time and the signal receiving portion of the direct wave estimated by, but you as a target observation unit for observing a target.
この発明によれば、直接波受信系が、直接波の到来時刻を推定して、その到来時刻を示す時刻情報を送信し、反射波受信系の第１の到来時刻推定部が、直接波受信系から送信された時刻情報を受信し、その時刻情報が示す到来時刻と、パルスレーダ、直接波受信系及び反射波受信系の設置位置とから、直接波が反射波受信系に到来する時刻を推定するように構成したので、既存のパルスレーダから発信されたパルスの直接波を受信することができない位置に反射波受信系を設置しても、目標の観測を実施することができる効果がある。 According to the present invention, the direct wave reception system estimates the arrival time of the direct wave, transmits time information indicating the arrival time, and the first arrival time estimation unit of the reflected wave reception system receives the direct wave reception. The time information transmitted from the system is received, and the time when the direct wave arrives at the reflected wave receiving system from the arrival time indicated by the time information and the installation positions of the pulse radar, the direct wave receiving system and the reflected wave receiving system Since it is configured to estimate, even if a reflected wave receiving system is installed at a position where a direct wave of a pulse transmitted from an existing pulse radar cannot be received, the target can be observed. .
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。 Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるパッシブレーダ装置を示す構成図である。
図１において、パルスレーダ１は観測対象である目標２に向けて、パルスを繰り返し発信する既存のレーダである。
目標２は例えば飛行機や船舶などの移動体が該当する。ただし、停止中の飛行機や船舶なども観測対象に含まれる。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a passive radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, a pulse radar 1 is an existing radar that repeatedly emits pulses toward a
The
Ｒｅｆ受信系アンテナ３はパルスレーダ１を見通せる位置に設置されており、パルスレーダから発信されたパルスの直接波を受信する。
Ｒｅｆ受信系４はＲｅｆ受信系アンテナ３の受信信号から、その直接波の到来時刻ＴＯＡ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）を推定して、その到来時刻ＴＯＡを示す時刻情報を送信する。
なお、Ｒｅｆ受信系アンテナ３及びＲｅｆ受信系４から直接波受信系が構成されている。
The Ref
The
The Ref
Ｓｕｒ受信系アンテナ５はＲｅｆ受信系アンテナ３と別の位置に設置され、パルスレーダ１から発信されたのち、目標２に反射されたパルスの反射波を受信する。
図１の例では、Ｓｕｒ受信系アンテナ５は、パルスレーダ１との間に遮蔽物が存在しているために、パルスレーダ１から発信されたパルスの直接波を受信することができない位置に設置されているが、パルスレーダ１から発信されたパルスの直接波を受信することができる位置に設置されていてもよい。
Ｓｕｒ受信系６はＲｅｆ受信系４から送信された時刻情報を受信し、その時刻情報が示す到来時刻ＴＯＡと、配置情報が示すパルスレーダ１、Ｒｅｆ受信系アンテナ３及びＳｕｒ受信系アンテナ５の設置位置とから、直接波がＳｕｒ受信系アンテナ５に到来する時刻ＴＯＡを推定する。
また、Ｓｕｒ受信系６は推定した直接波の到来時刻ＴＯＡとＳｕｒ受信系アンテナ５により受信された反射波を用いて、目標２を観測する。
なお、Ｓｕｒ受信系アンテナ５及びＳｕｒ受信系６から反射波受信系が構成されている。
The Sur
In the example of FIG. 1, the
The
The
A reflected wave receiving system is configured by the Sur
Ｒｅｆ受信系４の局部発振器１１は基準信号である周波数ｆＬＯの局部発振信号を出力する発振器である。
ＲＦ部１２は局部発振器１１から出力された周波数ｆＬＯの局部発振信号を用いて、Ｒｅｆ受信系アンテナ３の受信信号の周波数を変換する周波数変換器である。例えば、ＲＦ部１２は受信信号の周波数をダウンコンバートする。
また、ＲＦ部１２はＲｅｆ受信系アンテナ３の受信信号又は周波数変換後の受信信号を必要に応じて増幅する。
ＡＤＣ１３はＲＦ部１２による周波数変換後の受信信号をＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号（デジタル信号）を出力するアナログデジタル変換器である。
The local oscillator 11 of the
The
Further, the
The
パルス圧縮器１４は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ＡＤＣ１３から出力されたデジタルの受信信号をパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号を出力する処理を実施する。
ＴＯＡ推定部１５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、パルス圧縮器１４から出力されたパルス圧縮後の受信信号から直接波の到来時刻ＴＯＡを推定し、その到来時刻ＴＯＡを示す時刻情報を出力する処理を実施する。
送信部１６はＳｕｒ受信系６の受信部２５と無線又は有線で接続されており、ＴＯＡ推定部１５から出力された時刻情報をＳｕｒ受信系６の受信部２５に送信する通信機器である。
The
The
The
Ｓｕｒ受信系６の局部発振器２１は基準信号である周波数ｆＬＯの局部発振信号を出力する発振器である。
ＲＦ部２２は局部発振器２１から出力された周波数ｆＬＯの局部発振信号を用いて、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の受信信号の周波数を変換する周波数変換器である。例えば、ＲＦ部２２は受信信号の周波数をダウンコンバートする。
また、ＲＦ部２２はＳｕｒ受信系アンテナ５の受信信号又は周波数変換後の受信信号を必要に応じて増幅する。
ＡＤＣ２３はＲＦ部２２による周波数変換後の受信信号をＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号（デジタル信号）を出力するアナログデジタル変換器である。
The
The
In addition, the
The
パルス圧縮器２４はＡＤＣ２３から出力されたデジタルの受信信号をパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号を出力する処理を実施する。
なお、局部発振器２１、ＲＦ部２２、ＡＤＣ２３及びパルス圧縮器２４から信号受信部が構成されている。
The
The
受信部２５はＲｅｆ受信系４の送信部１６と無線又は有線で接続されており、Ｒｅｆ受信系４の送信部１６から送信された時刻情報を受信し、その時刻情報を補正ＴＯＡ生成部２６に出力する通信機器である。
補正ＴＯＡ生成部２６はパルスレーダ１、Ｒｅｆ受信系アンテナ３及びＳｕｒ受信系アンテナ５の設置位置を示す配置情報を入力し、その配置情報が示す設置位置を用いて、受信部２５から出力された時刻情報が示す到来時刻ＴＯＡを補正することで、直接波がＳｕｒ受信系アンテナ５に到来する時刻である補正ＴＯＡを算出する処理を実施する。
なお、受信部２５及び補正ＴＯＡ生成部２６から第１の到来時刻推定部が構成されている。
The
The correction
The
レンジング部２７はパルス圧縮器２４から出力されたパルス圧縮後の受信信号から反射波の到来時刻を推定し、その反射波の到来時刻と、補正ＴＯＡ生成部２６により算出された補正後の直接波の到来時刻である補正ＴＯＡとの時刻差から、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の設置位置から目標２が存在している可能性がある位置までの距離であるバイスタティックレンジＲＢｉを算出する処理を実施する。
また、レンジング部２７はパルスヒット毎、即ち、ＴＯＡ推定部１５により直接波の到来時刻ＴＯＡが推定されて、補正ＴＯＡ生成部２６により直接波の到来時刻が補正される毎に、バイスタティックレンジＲＢｉを算出すると、各パルスヒットに対応するバイスタティックレンジＲＢｉを示すレンジプロファイルを生成する処理を実施する。なお、レンジング部２７は目標観測部を構成している。
目標検出測位部２８はレンジング部２７により生成されたレンジプロファイルを参照して、目標２の検出処理や測位処理を実施する。
The ranging
In addition, the ranging
The target
図１の例では、Ｓｕｒ受信系６の構成要素であるパルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、レンジング部２７及び目標検出測位部２８のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、Ｓｕｒ受信系６の構成要素であるパルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、レンジング部２７、目標検出測位部２８がコンピュータで構成されていてもよい。
図２はＲｅｆ受信系４又はＳｕｒ受信系６の一部がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
In the example of FIG. 1, each of the
FIG. 2 is a hardware configuration diagram when a part of the
例えば、パルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、レンジング部２７及び目標検出測位部２８がコンピュータで構成される場合、パルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、レンジング部２７及び目標検出測位部２８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ３１に格納し、当該コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１により格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
なお、Ｒｅｆ受信系４の構成要素であるパルス圧縮器１４及びＴＯＡ推定部１５についても、コンピュータで構成されていてもよく、コンピュータで構成される場合には、パルス圧縮器１４及びＴＯＡ推定部１５の処理内容を記述しているプログラムを図２に示すコンピュータのメモリ３１に格納し、当該コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１により格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
For example, when the
Note that the
次に動作について説明する。
パルスレーダ１は、観測対象である目標２に向けて、パルスを繰り返し発信する。
Ｒｅｆ受信系アンテナ３は、パルスレーダ１を見通せる位置に設置されており、パルスレーダから発信されたパルスの直接波を受信する。
Ｒｅｆ受信系４は、Ｒｅｆ受信系アンテナ３の受信信号から、その直接波の到来時刻ＴＯＡを推定して、その到来時刻ＴＯＡを示す時刻情報をＳｕｒ受信系６に送信する。
以下、Ｒｅｆ受信系４の処理内容を具体的に説明する。
図３はＲｅｆ受信系４における信号の遷移を示す説明図である。
Next, the operation will be described.
The pulse radar 1 repeatedly transmits a pulse toward a
The Ref
The
Hereinafter, the processing content of the
FIG. 3 is an explanatory diagram showing signal transition in the
Ｒｅｆ受信系４の局部発振器１１は、基準信号である周波数ｆＬＯの局部発振信号をＲＦ部１２に出力する。
ＲＦ部１２は、局部発振器１１から周波数ｆＬＯの局部発振信号を受けると、その局部発振信号をＲｅｆ受信系アンテナ３の受信信号に乗算することで、Ｒｅｆ受信系アンテナ３の受信信号の周波数を変換し、周波数変換後の受信信号をＡＤＣ１３に出力する。
なお、ＲＦ部１２は、Ｒｅｆ受信系アンテナ３の受信信号又は周波数変換後の受信信号を必要に応じて増幅する。
ＡＤＣ１３は、ＲＦ部１２から周波数変換後の受信信号を受けると、その受信信号をＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号をパルス圧縮器１４に出力する。
図３（ａ）は、ＡＤＣ１３から出力されたデジタルの受信信号を示しており、送信源であるパルスレーダ１がアンテナ装置の電子制御や機械回転によって、電波照射方位が時間変動する場合、Ｒｅｆ受信系アンテナ３により受信されたパルス毎に振幅（電力）が変動する。
The local oscillator 11 of the
When the
Note that the
Upon receiving the frequency-converted received signal from the
FIG. 3A shows a digital reception signal output from the
パルス圧縮器１４は、ＡＤＣ１３からデジタルの受信信号を受けると、デジタルの受信信号をパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号をＴＯＡ推定部１５に出力する。
パルス圧縮器１４による受信信号のパルス圧縮処理は、レプリカ信号による整合フィルタ（Ｍａｔｃｈｅｄ Ｆｉｌｔｅｒ）処理が該当し、時間領域でのシフト相関演算処理や周波数領域でのスペクトル乗算処理などで実現することができる。
図３（ｂ）は、パルス圧縮器１４から出力されたパルス圧縮後の受信信号を示している。
When receiving the digital reception signal from the
The pulse compression process of the received signal by the
FIG. 3B shows the received signal after pulse compression output from the
ＴＯＡ推定部１５は、パルス圧縮器１４からパルス圧縮後の受信信号を受けると、パルス圧縮後の受信信号から直接波の到来時刻ＴＯＡを推定し、その到来時刻ＴＯＡを示す時刻情報を送信部１６に出力する。
即ち、ＴＯＡ推定部１５は、予め設定された閾値と、パルス圧縮後の受信信号であるパルスの振幅（電力）とを比較し、その閾値より電力が大きいパルスの立ち上がり時刻を到来時刻ＴＯＡとして抽出し、その到来時刻ＴＯＡを示す時刻情報を送信部１６に出力する。
送信源であるパルスレーダ１の空中線電力やアンテナパターン、パルスレーダ１とＲｅｆ受信系アンテナ３の間の距離、Ｒｅｆ受信系４における利得や雑音、パルス圧縮の利得等から容易に計算されるＲｅｆ受信系アンテナ３の受信パルスのＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）を考慮し、上記の閾値は、パルス圧縮後の受信信号であるパルスだけが、所望のＳＮＲを上回るような値に設定される。
図３（ｃ）は、ＴＯＡ推定部１５により推定された到来時刻ＴＯＡを示している。
When receiving the received signal after pulse compression from the
That is, the
Ref reception easily calculated from the antenna power and antenna pattern of the pulse radar 1 as a transmission source, the distance between the pulse radar 1 and the Ref
FIG. 3C shows the arrival time TOA estimated by the
送信部１６は、Ｓｕｒ受信系６の受信部２５と無線又は有線で接続されており、ＴＯＡ推定部１５から出力された時刻情報をＳｕｒ受信系６の受信部２５に送信する。
送信部１６から送信される時刻情報は、到来時刻ＴＯＡとして、各パルスの立ち上がり時刻を示す情報であり、各時刻の複素振幅のサンプリング情報であるパルス圧縮後の受信信号と比較して、データ量が大幅に削減されているため、高速な通信回線を用いなくても通信可能である。
The
The time information transmitted from the
Ｓｕｒ受信系アンテナ５は、パルスレーダ１との間に遮蔽物が存在しているために、パルスレーダ１から発信されたパルスの直接波を受信することができない位置に設置されており、パルスレーダ１から発信されたのち、目標２に反射されたパルスの反射波を受信する。
Ｓｕｒ受信系６は、Ｒｅｆ受信系４から送信された時刻情報を受信し、その時刻情報が示す到来時刻ＴＯＡと、配置情報が示すパルスレーダ１、Ｒｅｆ受信系アンテナ３及びＳｕｒ受信系アンテナ５の設置位置とから、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の設置位置で直接波を受信した場合と等価な直接波の到来時刻ＴＯＡを推定する。
また、Ｓｕｒ受信系６は、その推定した直接波の到来時刻ＴＯＡとＳｕｒ受信系アンテナ５により受信された反射波を用いて、目標２を観測する。
以下、Ｓｕｒ受信系６の処理内容を具体的に説明する。
図４はＳｕｒ受信系６における信号の遷移を示す説明図である。図４では説明の便宜上、目標２の反射波のみを記載している。
The Sur
The
The
The processing contents of the
FIG. 4 is an explanatory diagram showing signal transitions in the
Ｓｕｒ受信系６の局部発振器２１は、Ｒｅｆ受信系４の局部発振器１１と同様に、基準信号である周波数ｆＬＯの局部発振信号をＲＦ部２２に出力する。
Ｓｕｒ受信系６のＲＦ部２２は、局部発振器２１から周波数ｆＬＯの局部発振信号を受けると、その局部発振信号をＳｕｒ受信系アンテナ５の受信信号に乗算することで、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の受信信号の周波数を変換し、周波数変換後の受信信号をＡＤＣ２３に出力する。
なお、ＲＦ部２２は、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の受信信号又は周波数変換後の受信信号を必要に応じて増幅する。
Similar to the local oscillator 11 of the
When receiving the local oscillation signal having the frequency f LO from the
The
ＡＤＣ２３は、ＲＦ部２２から周波数変換後の受信信号を受けると、その受信信号をＡ／Ｄ変換して、デジタルの受信信号をパルス圧縮器２４に出力する。
図４（ａ）は、ＡＤＣ２３から出力されたデジタルの受信信号を示しており、送信源であるパルスレーダ１がアンテナ装置の電子制御や機械回転によって、電波照射方位が時間変動する場合、Ｓｕｒ受信系アンテナ５により受信されたパルス毎に振幅（電力）が変動する。
パルス圧縮器２４は、ＡＤＣ２３からデジタルの受信信号を受けると、Ｒｅｆ受信系４のパルス圧縮器１４と同様に、デジタルの受信信号をパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号をレンジング部２７に出力する。
図４（ｂ）は、パルス圧縮器２４から出力されたパルス圧縮後の受信信号を示している。
Upon receiving the frequency-converted received signal from the
FIG. 4A shows a digital reception signal output from the
When receiving the digital reception signal from the
FIG. 4B shows the received signal after pulse compression output from the
受信部２５は、Ｒｅｆ受信系４の送信部１６から送信された時刻情報を受信し、その時刻情報を補正ＴＯＡ生成部２６に出力する。
ただし、この時刻情報は、Ｒｅｆ受信系アンテナ３の設置位置で直接波を受信した場合の直接波の到来時刻ＴＯＡを示すものであって、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の設置位置で直接波を受信した場合の直接波の到来時刻ＴＯＡを示すものではない。このため、この時刻情報が示す直接波の到来時刻ＴＯＡをそのまま用いて、目標２の距離等の算出を行うと、Ｒｅｆ受信系アンテナ３とＳｕｒ受信系アンテナ５の設置位置の違いに依存する誤差が生じる。
そこで、補正ＴＯＡ生成部２６は、Ｒｅｆ受信系アンテナ３とＳｕｒ受信系アンテナ５の配置の関係に基づいて、その時刻情報が示す到来時刻ＴＯＡを補正することで、直接波がＳｕｒ受信系アンテナ５に到来する時刻である補正ＴＯＡを算出する。
以下、補正ＴＯＡ生成部２６の処理内容を具体的に説明する。
The
However, this time information indicates the arrival time TOA of the direct wave when the direct wave is received at the installation position of the Ref
Therefore, the correction
Hereinafter, the processing content of the correction
まず、補正ＴＯＡ生成部２６は、パルスレーダ１、Ｒｅｆ受信系アンテナ３及びＳｕｒ受信系アンテナ５の設置位置を示す配置情報を入力し、その配置情報が示す設置位置にしたがって、時刻情報が示す直接波の到来時刻ＴＯＡを遅らせる遅延時間τを算出する。
即ち、補正ＴＯＡ生成部２６は、下記の式（１）によって遅延時間τを算出する。
また、ｐＴｘはパルスレーダ１の位置ベクトル、ｐＳｕｒはＳｕｒ受信系アンテナ５の位置ベクトル、ｐＲｅｆはＲｅｆ受信系アンテナ３の位置ベクトルである。
ｃはパルスレーダ１から発信されたパルスの伝搬速度、||・||はユークリッドノルムである。
First, the correction
That is, the corrected
P Tx is a position vector of the pulse radar 1, p Sur is a position vector of the Sur
c is a propagation speed of a pulse transmitted from the pulse radar 1, and || · || is a Euclidean norm.
補正ＴＯＡ生成部２６は、遅延時間τを算出すると、その遅延時間τを受信部２５から出力された時刻情報が示す到来時刻ＴＯＡに加算することで、その到来時刻ＴＯＡを補正する。
実際には、Ｓｕｒ受信系アンテナ５ではパルスの直接波を受信することができないが、補正後の到来時刻ＴＯＡである補正ＴＯＡは、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の設置位置で直接波を受信した場合と等価な直接波の到来時刻である。
補正ＴＯＡ＝到来時刻ＴＯＡ＋τ （２）
図４（ｃ）は、補正ＴＯＡ生成部２６により算出された補正ＴＯＡを示している。
After calculating the delay time τ, the corrected
Actually, the
Correction TOA = arrival time TOA + τ (2)
FIG. 4C shows the corrected TOA calculated by the corrected
レンジング部２７は、パルス圧縮器２４からパルス圧縮後の受信信号を受けると、パルス圧縮後の受信信号から反射波の到来時刻を推定する。
即ち、レンジング部２７は、Ｒｅｆ受信系４のＴＯＡ推定部１５と同様に、予め設定された閾値と、パルス圧縮後の受信信号であるパルスの振幅（電力）とを比較し、その閾値より電力が大きいパルスの立ち上がり時刻を反射波の到来時刻として抽出する。
送信源であるパルスレーダ１の空中線電力やアンテナパターン、パルスレーダ１とＳｕｒ受信系アンテナ５の間の距離、Ｓｕｒ受信系６における利得や雑音、パルス圧縮の利得等から容易に計算されるＳｕｒ受信系アンテナ５の受信パルスのＳＮＲを考慮し、上記の閾値は、パルス圧縮後の受信信号であるパルスだけが、所望のＳＮＲを上回るような値に設定される。
When receiving the received signal after pulse compression from the
That is, like the
Sur reception that is easily calculated from the antenna power and antenna pattern of the pulse radar 1 as a transmission source, the distance between the pulse radar 1 and the Sur
レンジング部２７は、反射波の到来時刻を推定すると、その反射波の到来時刻と補正ＴＯＡ生成部２６により算出された補正ＴＯＡとの時刻差ΔＴＯＡから、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の設置位置から目標２が存在している可能性がある位置までの距離であるバイスタティックレンジＲＢｉを算出する。
即ち、レンジング部２７は、下記の式（３）に示すように、反射波の到来時刻と補正ＴＯＡとの時刻差ΔＴＯＡにパルスの伝搬速度ｃを乗算することで、バイスタティックレンジＲＢｉを算出する。
That is, the ranging
なお、バイスタティックレンジＲＢｉは、パルスを送受信するアンテナが同一であるモノスタティックレーダで観測されるレンジとは異なるものである。
即ち、モノスタティックレーダで観測されるレンジは、レーダを中心として、目標が円周上に存在する円（球）の情報であるのに対し、パッシブレーダのバイスタティックレンジＲＢｉは、送信源であるパルスレーダ１とＳｕｒ受信系アンテナ５を焦点として、目標が円周上に存在する楕円（球）の情報である。
ただし、バイスタティックレンジを観測する場合でも、通常のモノスタティックレーダと同様に、目標２の方位情報等と組み合わせることで、目標２の位置推定を容易に行うことができる。
The bistatic range R Bi is different from the range observed by a monostatic radar having the same antenna for transmitting and receiving pulses.
That is, the range observed by the monostatic radar is information on a circle (sphere) whose target is on the circumference with the radar as the center, whereas the bistatic range R Bi of the passive radar is the transmission source. This is information on an ellipse (sphere) whose target is on the circumference with a certain pulse radar 1 and Sur receiving
However, even when the bistatic range is observed, the position of the
レンジング部２７は、パルスヒット毎に、バイスタティックレンジＲＢｉを算出すると、各パルスヒットに対応するバイスタティックレンジＲＢｉを示すレンジプロファイルを生成する。
図４（ｄ）では、パルス圧縮後の受信信号であるパルス毎に、補正ＴＯＡが基準時刻（時刻＝０）に設定されており、←→は各パルスヒットでのバイスタティックレンジを示している。
When the ranging
In FIG. 4D, the correction TOA is set at the reference time (time = 0) for each pulse that is a received signal after pulse compression, and ← → indicates the bistatic range at each pulse hit. .
目標検出測位部２８は、レンジング部２７がレンジプロファイルを生成すると、そのレンジプロファイルを参照して、目標２の検出処理や測位処理を実施する。
目標２の検出処理や測位処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、目標２の検出処理や測位処理を実施する際、送信源であるパルスレーダ１の各パルスヒットでのビーム指向方位の情報を使用するようにしてもよい。また、各パルスヒットのレンジプロファイルをノンコヒーレントに加算する処理を適用することが可能である。
When the ranging
The
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、Ｒｅｆ受信系４のＴＯＡ推定部１５が、パルス圧縮後の受信信号から直接波の到来時刻ＴＯＡを推定して、送信部１６が、直接波の到来時刻ＴＯＡを示す時刻情報を送信し、Ｓｕｒ受信系６が、Ｒｅｆ受信系４から送信された時刻情報が示す到来時刻ＴＯＡと、パルスレーダ１、Ｒｅｆ受信系アンテナ３及びＳｕｒ受信系アンテナ５の設置位置とから、直接波がＳｕｒ受信系アンテナ５に到来する時刻を推定し、その推定した直接波の到来時刻とＳｕｒ受信系アンテナ５により受信された反射波を用いて、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の設置位置から目標２が存在している可能性がある位置までの距離であるバイスタティックレンジＲＢｉを算出するように構成したので、既存のパルスレーダ１から発信されたパルスの直接波を受信することができない位置にＳｕｒ受信系アンテナ５を設置しても、バイスタティックレンジＲＢｉを算出することができる効果を奏する。
即ち、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の設置位置が、パルスの直接波を受信できる位置に制限されないため、目標２の観測に適している位置に設置することができるため、バイスタティックレンジＲＢｉの算出精度を高めることができる。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the
That is, the installation position of the Sur receiving
実施の形態２．
上記実施の形態１では、Ｓｕｒ受信系アンテナ５の設置位置から目標２が存在している可能性がある位置までの距離であるバイスタティックレンジＲＢｉを算出するものを示したが、この実施の形態２では、さらに、目標２のドップラ周波数を示すバイスタティックドップラ周波数を算出するものを説明する。
図５はこの発明の実施の形態２によるパッシブレーダ装置を示す構成図であり、図５において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
Ｓｕｒ受信系６のヒット間積分部４１はパルスヒット毎、即ち、ＴＯＡ推定部１５により直接波の到来時刻ＴＯＡが推定されて、補正ＴＯＡ生成部２６により直接波の到来時刻が補正される毎に、パルスヒット間で、パルス圧縮器２４から出力されたパルス圧縮後の受信信号を積分することで、バイスタティックレンジＲＢｉ及びバイスタティックドップラ周波数からなるレンジドップラマップを生成する処理を実施する。なお、ヒット間積分部４１は目標観測部を構成している。
目標検出測位部４２はヒット間積分部４１により生成されたレンジドップラマップを参照して、目標２の検出処理や測位処理を実施する。
In the first embodiment, the calculation of the bistatic range R Bi that is the distance from the installation position of the
5 is a block diagram showing a passive radar device according to
The
The target
図５の例では、Ｓｕｒ受信系６の構成要素であるパルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、ヒット間積分部４１及び目標検出測位部４２のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、Ｓｕｒ受信系６の構成要素であるパルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、ヒット間積分部４１及び目標検出測位部４２がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、パルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、ヒット間積分部４１及び目標検出測位部４２がコンピュータで構成される場合、パルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、ヒット間積分部４１及び目標検出測位部４２の処理内容を記述しているプログラムを図２に示すコンピュータのメモリ３１に格納し、当該コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１により格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
In the example of FIG. 5, each of the
For example, when the
次に動作について説明する。
ただし、ヒット間積分部４１及び目標検出測位部４２以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、ヒット間積分部４１及び目標検出測位部４２の処理内容だけを説明する。
図６はＳｕｒ受信系６における信号の遷移を示す説明図である。図６では説明の便宜上、目標２の反射波のみを記載している。
Next, the operation will be described.
However, except for the
FIG. 6 is an explanatory diagram showing signal transition in the
Ｓｕｒ受信系６のヒット間積分部４１は、パルス圧縮器２４からパルス圧縮後の受信信号を受けると、パルスヒット間で、パルス圧縮器２４から出力されたパルス圧縮後の受信信号を積分することで、バイスタティックレンジＲＢｉを算出するレンジング処理だけでなく、バイスタティックドップラ周波数を算出するドップラ処理を併せて行う構成となっている。
以下、ヒット間積分部４１の処理内容を具体的に説明する。
When receiving the received signal after pulse compression from the
Hereinafter, the processing content of the hit
ヒット間積分部４１は、補正ＴＯＡ生成部２６が図６（ａ）に示すような補正ＴＯＡを算出すると、各々の補正ＴＯＡを基準時刻（時刻＝０）とする新たな時間軸ｔ’を設定する。
図６（ｂ）では、パルス圧縮後の受信信号であるパルス毎に、基準時刻が設定されていることを示している。
そして、ヒット間積分部４１は、隣接している補正ＴＯＡの間のパルス圧縮後の受信信号の時間サンプルを縦方向に並べた２次元データのマップとして、レンジヒットマップを生成する。
図６（ｃ）は、レンジヒットマップを示している。なお、ｔ’の単位は時間であるが、ｔ’を距離に変換することが可能であり、図６（ｃ）では、説明の便宜上、ｔ’をレンジとして記述している。例えば、ｔ’にパルスの伝搬速度を乗算することで距離に変換することができる。
When the correction
FIG. 6B shows that a reference time is set for each pulse that is a received signal after pulse compression.
Then, the hit-to-hit
FIG. 6C shows a range hit map. Although the unit of t ′ is time, it is possible to convert t ′ into distance, and in FIG. 6C, t ′ is described as a range for convenience of explanation. For example, it can be converted into a distance by multiplying t ′ by the propagation speed of the pulse.
ヒット間積分部４１は、レンジヒットマップを生成すると、そのレンジヒットマップの各レンジにおいて、ドップラ周波数に応じた位相補償を行いながら、パルス圧縮後の受信信号をパルスヒット間で積分を行うことで、図６（ｄ）に示すようなレンジドップラマップを生成する。レンジドップラマップは、バイスタティックレンジＲＢｉと目標２のドップラ周波数ｆｄを示すバイスタティックドップラ周波数からなるマップであるため、レンジドップラマップが生成されれば、目標２のドップラ周波数ｆｄが算出されたことと等価である。
このパルスヒット間の積分処理は、パルスヒットをサンプルタイミングとする以下の離散フーリエ変換として処理することができる。
The integration process between the pulse hits can be processed as the following discrete Fourier transform using the pulse hit as a sample timing.
ここでは、ヒット間積分部４１が、パルス圧縮後の受信信号の積分処理として、パルスヒットをサンプルタイミングとして、パルス圧縮後の受信信号を離散フーリエ変換する例を示しているが、パルスレーダ１から等間隔でパルスが発信される場合、即ち、ＴＯＡが等間隔である場合、パルス圧縮後の受信信号の積分処理として、パルス圧縮後の受信信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）するようにしても、レンジドップラマップを生成することができる。
Here, an example is shown in which the
また、パルスレーダ１から等間隔で発信されるパルスの間隔が途中で切り替えられる場合、例えば、パルスレーダ１からＴ１の間隔で複数のパルスが発信された後、パルスレーダ１からＴ２の間隔で複数のパルスが発信されるような場合、パルス圧縮後の受信信号を同一間隔のパルスに対応する受信信号単位にグループ分けし、パルス圧縮後の受信信号の積分処理として、同一グループに属する受信信号毎に、当該受信信号を高速フーリエ変換するようにしてもよい。
例えば、パルスレーダ１から発信されるパルスの間隔がＴ１からＴ２に切り替えられた場合、パルス圧縮後の受信信号を、Ｔ１の間隔でパルスが発信されているときの受信信号と、Ｔ２の間隔でパルスが発信されているときの受信信号とにグループ分けする。
そして、Ｔ１の間隔でパルスが発信されているときの受信信号を高速フーリエ変換し、また、Ｔ２の間隔でパルスが発信されているときの受信信号を高速フーリエ変換するようにする。
Further, if the pulse interval of the originating at equal intervals from pulse radar 1 is switched in the middle, for example, after a plurality of pulses are transmitted at intervals of T 1 from the pulse radar 1, the pulse radar 1 T 2 spacing When a plurality of pulses are transmitted, the received signals after pulse compression are grouped into received signal units corresponding to pulses of the same interval, and the received signals belonging to the same group are integrated as processing for integrating the received signals after pulse compression. For each signal, the received signal may be fast Fourier transformed.
For example, when the interval of pulses transmitted from the pulse radar 1 is switched from T 1 to T 2 , the received signal after pulse compression is changed to a received signal when pulses are transmitted at an interval of T 1 , and T Grouped into received signals when pulses are transmitted at intervals of 2 .
Then, the received signal fast Fourier transform when the pulse at intervals of T 1 is originated, also, the received signal so as to fast Fourier transform at the time of the pulse at intervals of T 2 is originated.
目標検出測位部４２は、ヒット間積分部４１がレンジドップラマップを生成すると、そのレンジドップラマップを参照して、目標２の検出処理や測位処理を実施する。
目標２の検出処理や測位処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略するが、この実施の形態２では、目標検出測位部４２が、レンジドップラマップを参照して、目標２の検出処理や測位処理を実施するので、例えば、ドップラ周波数が非ゼロの成分のみを検出対象とすることで、移動している目標２のみを検出する等の処理も可能である。
When the
The
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、ヒット間積分部４１が、パルスヒット間で、パルス圧縮器２４から出力されたパルス圧縮後の受信信号を積分することで、目標２のレンジドップラマップを生成するように構成したので、上記実施の形態１と同様の効果を奏する他に、目標２のドップラ周波数ｆｄの算出精度を高めることができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the second embodiment, the hit
実施の形態３．
上記実施の形態２では、Ｓｕｒ受信系６の局部発振器２１が、基準信号である周波数ｆＬＯの局部発振信号を出力するものを示しているが、その局部発振信号の周波数に誤差が含まれている場合、その誤差の影響で、目標２のドップラ周波数ｆｄの算出結果にも誤差が生じる。
この実施の形態３では、局部発振信号の周波数に含まれている誤差を推定して、目標２のドップラ周波数ｆｄの算出結果を補正するものについて説明する。
In the second embodiment, the
In the third embodiment, to estimate the error contained in the frequency of the local oscillator signal, will be described corrects the calculation result of the
図７はこの発明の実施の形態３によるパッシブレーダ装置を示す構成図であり、図７において、図５と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
Ｓｕｒ受信系６の局部発振器５１は基準信号である局部発振信号を出力する発振器である。この局部発振信号の周波数には周波数誤差Δｆ２が含まれているため、この局部発振信号の周波数は（ｆＬＯ＋Δｆ２）になっている。
周波数誤差推定部５２はヒット間積分部４１により生成されたレンジドップラマップを参照して、静止クラッタ源であるグランドクラッタ５０のドップラ周波数を探索し、グランドクラッタ５０のドップラ周波数から周波数誤差Δｆ２を推定する処理を実施する。なお、周波数誤差推定部５２は第１の周波数誤差推定部を構成している。
ドップラ周波数補正部５３は周波数誤差推定部５２により推定された周波数誤差Δｆ２を用いて、ヒット間積分部４１により生成されたレンジドップラマップを補正する処理を実施する。
7 is a block diagram showing a passive radar apparatus according to
The
The frequency
The Doppler frequency correction unit 53 performs processing for correcting the range Doppler map generated by the
この実施の形態３では、局部発振器５１が第１の局部発振器を構成し、ＲＦ部２２が第１の周波数変換器を構成し、ＡＤＣ２３が第１のアナログデジタル変換器を構成し、パルス圧縮器２４が第１のパルス圧縮器を構成している。
In the third embodiment, the
図７の例では、Ｓｕｒ受信系６の構成要素であるパルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、ヒット間積分部４１、目標検出測位部４２、周波数誤差推定部５２及びドップラ周波数補正部５３のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、Ｓｕｒ受信系６の構成要素であるパルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、ヒット間積分部４１、目標検出測位部４２、周波数誤差推定部５２及びドップラ周波数補正部５３がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、パルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、ヒット間積分部４１、目標検出測位部４２、周波数誤差推定部５２及びドップラ周波数補正部５３がコンピュータで構成される場合、パルス圧縮器２４、補正ＴＯＡ生成部２６、ヒット間積分部４１、目標検出測位部４２、周波数誤差推定部５２及びドップラ周波数補正部５３の処理内容を記述しているプログラムを図２に示すコンピュータのメモリ３１に格納し、当該コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１により格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
In the example of FIG. 7, the
For example, when the
次に動作について説明する。
この実施の形態３では、Ｓｕｒ受信系６の局部発振器５１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ２が含まれており、局部発振器５１から周波数（ｆＬＯ＋Δｆ２）の局部発振信号が出力される点で、上記実施の形態２と相違している。
また、局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ２の影響で生じる目標２のドップラ周波数ｆｄの算出結果の誤差を補償する点で相違している。
Next, the operation will be described.
In the third embodiment, a frequency error Δf 2 is included in the frequency of the local oscillation signal output from the
Moreover, it is different in terms of compensating for error in the calculation result of the Doppler frequency f d of the
Ｓｕｒ受信系６のヒット間積分部４１は、上記実施の形態２と同様に、パルス圧縮後の受信信号をパルスヒット間で積分を行うことで、図６（ｄ）に示すようなレンジドップラマップを生成する。
ただし、局部発振器５１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ２が含まれているため、その周波数誤差Δｆ２の影響で、レンジドップラマップから得られる目標２のドップラ周波数ｆｄは誤差を含んでいるものとなる。
The
However, since the frequency error Δf 2 is included in the frequency of the local oscillation signal output from the
周波数誤差推定部５２は、ヒット間積分部４１がレンジドップラマップを生成すると、そのレンジドップラマップを参照して、グランドクラッタ５０のドップラ周波数を探索する。
図８はＳｕｒ受信系６における信号の遷移を示す説明図である。図８では、目標２の反射波のほかに、グランドクラッタ５０の反射波も記載している。
グランドクラッタ５０は静止物であるため、グランドクラッタ５０のドップラ周波数は、本来０であるが、局部発振器５１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ２が含まれているため、図８（ａ）に示すように、グランドクラッタ５０のドップラ周波数が非ゼロの領域に発生している。
When the
FIG. 8 is an explanatory diagram showing signal transitions in the
Since the
周波数誤差推定部５２は、グランドクラッタ５０のドップラ周波数を探索すると、そのドップラ周波数と０の差分が、局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ２であると推定する。
このとき、レンジドップラマップ上には、目標２の反射波の成分も存在しているが、一般的に、グランドクラッタ５０の反射波の電力は、目標２の反射波の電力より大きいので、単純にレンジドップラマップ上で、最も電力が大きいピークの探索を行い、そのピークの電力をグランドクラッタ５０の反射波の電力として扱うようにすればよい。
At this time, the component of the reflected wave of the
ドップラ周波数補正部５３は、周波数誤差推定部５２が周波数誤差Δｆ２を推定すると、その周波数誤差Δｆ２を用いて、ヒット間積分部４１により生成されたレンジドップラマップを補正する。
即ち、ドップラ周波数補正部５３は、図８（ｂ）に示すように、局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ２だけ、レンジドップラマップのドップラ周波数軸の原点をシフトさせることで、レンジドップラマップを補正する。
これにより、グランドクラッタ５０のドップラ周波数が０になるようにレンジドップラマップが補正されるので、補正後のレンジドップラマップから得られる目標２のドップラ周波数ｆｄも補正されて、ドップラ周波数ｆｄの誤差が補償される。
When the frequency
That is, as shown in FIG. 8B, the Doppler frequency correction unit 53 shifts the origin of the Doppler frequency axis of the range Doppler map by the frequency error Δf 2 included in the frequency of the local oscillation signal. Correct the range Doppler map.
Thus, since the range Doppler map to Doppler frequency is zero
目標検出測位部４２は、ドップラ周波数補正部５３がレンジドップラマップを補正すると、補正後のレンジドップラマップを参照して、上記実施の形態２と同様に、目標２の検出処理や測位処理を実施する。
When the Doppler frequency correction unit 53 corrects the range Doppler map, the target
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、ヒット間積分部４１により生成されたレンジドップラマップを参照して、グランドクラッタ５０のドップラ周波数を探索し、グランドクラッタ５０のドップラ周波数から、局部発振器５１から出力される局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ２を推定する周波数誤差推定部５２を設け、ドップラ周波数補正部５３が、周波数誤差推定部５２により推定された周波数誤差Δｆ２を用いて、ヒット間積分部４１により生成されたレンジドップラマップを補正するように構成したので、局部発振器５１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ２が含まれている場合でも、目標２のドップラ周波数ｆｄを正確に算出することができる効果を奏する。
As is clear from the above, according to the third embodiment, the Doppler frequency of the
実施の形態４．
上記実施の形態３では、局部発振器５１から出力される局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ２を推定して、目標２のドップラ周波数ｆｄの算出結果を補正するものを示したが、この実施の形態４では、更に、Ｒｅｆ受信系４の局部発振器から出力される局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ１を推定して、ＴＯＡ推定部１５により推定された直接波の到来時刻ＴＯＡを補正するものについて説明する。
In the third embodiment, the frequency error Δf 2 included in the frequency of the local oscillation signal output from the
図９はこの発明の実施の形態４によるパッシブレーダ装置を示す構成図であり、図９において、図７と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
Ｒｅｆ受信系４の局部発振器６１は基準信号である局部発振信号を出力する発振器である。この局部発振信号の周波数には周波数誤差Δｆ１が含まれているため、この局部発振信号の周波数は（ｆＬＯ＋Δｆ１）になっている。
FIG. 9 is a block diagram showing a passive radar apparatus according to
The
ヒット間積分部６２はパルスヒット毎、即ち、ＴＯＡ推定部１５により直接波の到来時刻が推定される毎に、パルスヒット間でパルス圧縮器１４から出力されたパルス圧縮後の受信信号を積分することで、バイスタティックレンジ及びバイスタティックドップラ周波数からなるレンジドップラマップを生成する処理を実施する。
直接波探索部６３はヒット間積分部６２により生成されたレンジドップラマップを参照して、パルスレーダ１から発信された直接波のドップラ周波数を探索し、直接波のドップラ周波数から、局部発振器６１から出力された局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ１を推定する処理を実施する。
なお、ヒット間積分部６２及び直接波探索部６３から第２の周波数誤差推定部が構成されている。
到来時刻補正部６４は直接波探索部６３により推定された周波数誤差Δｆ１を用いて、ＴＯＡ推定部１５により推定された直接波の到来時刻ＴＯＡを補正する処理を実施する。
The
The direct
Note that the second frequency error estimation unit is configured by the hit
The arrival
この実施の形態４では、局部発振器６１が第２の局部発振器を構成し、ＲＦ部１２が第２の周波数変換器を構成し、ＡＤＣ１３が第２のアナログデジタル変換器を構成し、パルス圧縮器１４が第２のパルス圧縮器、ＴＯＡ推定部１５が第２の到来時刻推定部を構成している。
In the fourth embodiment, the
図９の例では、Ｒｅｆ受信系４の構成要素であるパルス圧縮器１４、ＴＯＡ推定部１５、ヒット間積分部６２、直接波探索部６３及び到来時刻補正部６４のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、Ｒｅｆ受信系４の構成要素であるパルス圧縮器１４、ＴＯＡ推定部１５、ヒット間積分部６２、直接波探索部６３及び到来時刻補正部６４がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、パルス圧縮器１４、ＴＯＡ推定部１５、ヒット間積分部６２、直接波探索部６３及び到来時刻補正部６４がコンピュータで構成される場合、パルス圧縮器１４、ＴＯＡ推定部１５、ヒット間積分部６２、直接波探索部６３及び到来時刻補正部６４の処理内容を記述しているプログラムを図２に示すコンピュータのメモリ３１に格納し、当該コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１により格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
In the example of FIG. 9, each of the
For example, when the
次に動作について説明する。
この実施の形態４では、Ｒｅｆ受信系４の局部発振器６１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ１が含まれており、局部発振器６１から周波数（ｆＬＯ＋Δｆ１）の局部発振信号が出力される点で、上記実施の形態３と相違している。
また、局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ１の影響で生じる直接波の到来時刻ＴＯＡの誤差を補正する点で相違している。
Next, the operation will be described.
In the fourth embodiment, the frequency of the local oscillation signal output from the
Further, the difference is that an error of the arrival time TOA of the direct wave caused by the influence of the frequency error Δf 1 included in the frequency of the local oscillation signal is corrected.
Ｒｅｆ受信系４のヒット間積分部６２は、パルス圧縮器１４からパルス圧縮後の受信信号を受けると、パルスヒット間でパルス圧縮後の受信信号を積分することで、バイスタティックレンジ及びバイスタティックドップラ周波数からなるレンジドップラマップを生成する。
レンジドップラマップを生成する処理自体は、Ｓｕｒ受信系６のヒット間積分部４１の処理内容と同様であるため詳細な説明を省略する。
When the
The processing itself for generating the range Doppler map is the same as the processing content of the hit-to-hit
直接波探索部６３は、ヒット間積分部６２がレンジドップラマップを生成すると、そのレンジドップラマップを参照して、パルスレーダ１から発信された直接波のドップラ周波数を探索する。
図１０はＲｅｆ受信系４における信号の遷移を示す説明図である。図１０では、説明の便宜上、直接波のみを記載している。
直接波もグランドクラッタ５０と同様に、本来はドップラ周波数が０となる信号成分であるが、局部発振器６１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ１が含まれているため、図１０（ａ）に示すように、直接波のドップラ周波数が非ゼロの領域に発生している。
When the
FIG. 10 is an explanatory diagram showing signal transition in the
Similarly to the
直接波探索部６３は、直接波のドップラ周波数を探索すると、そのドップラ周波数と０の差分が、局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ１であると推定する。
図１０（ａ）には、反射波の成分を記載していないが、レンジドップラマップ上には、目標２の反射波の成分も存在することがある。一般的に、直接波の電力は、目標２の反射波の電力より大きいので、単純にレンジドップラマップ上で、最も電力が大きいピークの探索を行い、そのピークの電力を直接波の電力として扱うようにすればよい。
When the direct
Although the component of the reflected wave is not shown in FIG. 10A, the component of the reflected wave of the
到来時刻補正部６４は、直接波探索部６３が局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ１を推定すると、その周波数誤差Δｆ１を用いて、ＴＯＡ推定部１５により推定された直接波の到来時刻ＴＯＡを補正する。
即ち、到来時刻補正部６４は、例えば、パルスレーダ１から発信されるパルスの信号波形、パルスの信号時間長Ｔ、パルスの周波数帯域幅Ｂなどから容易に決定される時間ずれ関数ｄ（・）を用いて、到来時刻ＴＯＡの時間ずれｄ（Δｆ１）を算出し、その時間ずれｄ（Δｆ１）をＴＯＡ推定部１５により推定された直接波の到来時刻ＴＯＡに加算することで、直接波の到来時刻ＴＯＡを補正する。下記の式（５）は、時間ずれｄ（Δｆ１）の算出例を示している。
送信部１６は、Ｓｕｒ受信系６の受信部２５と無線又は有線で接続されており、到来時刻補正部６４により補正された到来時刻ＴＯＡを示す時刻情報をＳｕｒ受信系６の受信部２５に送信する。
Arrival
That is, the arrival
The
図１１はＳｕｒ受信系６における信号の遷移を示す説明図である。
Ｓｕｒ受信系６の処理内容は、上記実施の形態３と同様であるため詳細な説明を省略する。
ただし、ドップラ周波数補正部５３が、上記実施の形態３と同様に、レンジドップラマップにおけるバイスタティックドップラ周波数を補正するほかに、レンジドップラマップにおけるバイスタティックレンジを補正することもできる。
即ち、ドップラ周波数補正部５３が、到来時刻補正部６４と同様の方法で、局部発振器５１から出力される局部発振信号に含まれている周波数誤差Δｆ２の影響で生じる反射波の到来時刻ＴＯＡの時間ずれｄ（Δｆ２）を算出する。
そして、ドップラ周波数補正部５３が、その時間ずれｄ（Δｆ２）にパルスの伝搬速度ｃを乗算することで、その時間ずれｄ（Δｆ２）に伴うレンジずれを算出したのち、そのレンジずれをバイスタティックレンジＲＢｉに加算することで、バイスタティックレンジＲＢｉを補正することができる。
図１１（ｂ）は、バイスタティックドップラ周波数とバイスタティックレンジを補正している様子を示している。
この場合、局部発振器５１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ２が含まれている場合でも、バイスタティックドップラ周波数とバイスタティックレンジの双方を正確に算出することができる。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing signal transitions in the
Since the processing contents of the
However, the Doppler frequency correction unit 53 can also correct the bistatic range in the range Doppler map in addition to correcting the bistatic Doppler frequency in the range Doppler map, as in the third embodiment.
That is, the Doppler frequency correction unit 53 uses the same method as the arrival
Then, the Doppler frequency correction unit 53 calculates the range shift associated with the time shift d (Δf 2 ) by multiplying the time shift d (Δf 2 ) by the pulse propagation velocity c, and then calculates the range shift. by adding the bistatic range R Bi, it is possible to correct the bistatic range R Bi.
FIG. 11B shows a state where the bistatic Doppler frequency and the bistatic range are corrected.
In this case, even when the frequency error Δf 2 is included in the frequency of the local oscillation signal output from the
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、パルスヒット間で、パルス圧縮器１４から出力されたパルス圧縮後の受信信号を積分することで、バイスタティックレンジ及びバイスタティックドップラ周波数からなるレンジドップラマップを生成するヒット間積分部６２と、ヒット間積分部６２により生成されたレンジドップラマップを参照して、パルスレーダ１から発信された直接波のドップラ周波数を探索し、直接波のドップラ周波数から、局部発振器６１から出力された局部発振信号の周波数に含まれている周波数誤差Δｆ１を推定する直接波探索部６３とを設け、到来時刻補正部６４が、直接波探索部６３により推定された周波数誤差Δｆ１を用いて、ＴＯＡ推定部１５により推定された直接波の到来時刻ＴＯＡを補正するように構成したので、局部発振器６１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ１が含まれている場合でも、バイスタティックドップラ周波数及びバイスタティックレンジを正確に算出することができる効果を奏する。
As is apparent from the above, according to the fourth embodiment, the pulse-compressed received signal output from the
この実施の形態４では、ヒット間積分部６２、直接波探索部６３及び到来時刻補正部６４を実装しているＲｅｆ受信系４を上記実施の形態３のパッシブレーダ装置に適用する例を示しているが、ヒット間積分部６２、直接波探索部６３及び到来時刻補正部６４を実装しているＲｅｆ受信系４を上記実施の形態１，２のパッシブレーダ装置に適用するようにしてもよい。
上記実施の形態１のパッシブレーダ装置に適用した場合、局部発振器６１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ１が含まれている場合でも、バイスタティックレンジを正確に算出することができる効果を奏する。
また、上記実施の形態２のパッシブレーダ装置に適用した場合、局部発振器６１から出力される局部発振信号の周波数に周波数誤差Δｆ１が含まれている場合でも、この実施の形態４と同様に、バイスタティックドップラ周波数及びバイスタティックレンジを正確に算出することができる効果を奏する。
In the fourth embodiment, an example in which the
When applied to the passive radar device of the first embodiment, the bistatic range can be accurately calculated even when the frequency error Δf 1 is included in the frequency of the local oscillation signal output from the
Further, when applied to the passive radar device of the second embodiment, even when the frequency error Δf 1 is included in the frequency of the local oscillation signal output from the
実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、Ｒｅｆ受信系アンテナ３と別に位置に、１つのＳｕｒ受信系アンテナ５が設置されて、そのＳｕｒ受信系アンテナ５とＳｕｒ受信系６が接続されているものを示したが、Ｒｅｆ受信系アンテナ３と別に位置に、複数のＳｕｒ受信系アンテナ５が設置されて、複数のＳｕｒ受信系アンテナ５がＳｕｒ受信系６とそれぞれ接続されているものであってもよい。
In the first to fourth embodiments, one Sur
図１２はこの発明の実施の形態５によるパッシブレーダ装置を示す構成図であり、図１２の例では、Ｒｅｆ受信系アンテナ３と別に位置に、２つのＳｕｒ受信系アンテナ５が設置されて、２つのＳｕｒ受信系アンテナ５がＳｕｒ受信系６とそれぞれ接続されている。
このとき、Ｒｅｆ受信系４の送信部１６は、到来時刻ＴＯＡを示す時刻情報を２つのＳｕｒ受信系６に送信し、２つのＳｕｒ受信系６は、その時刻情報が示す到来時刻ＴＯＡを用いて、上記実施の形態１〜４と同様の処理を実施する。
これにより、上記実施の形態１〜４と同様の効果を奏するほか、複数のＳｕｒ受信系６を設置しても、Ｓｕｒ受信系６毎に、Ｒｅｆ受信系４を設置する必要がないため、Ｒｅｆ受信系４の設置数を削減することができる効果も奏する。
FIG. 12 is a block diagram showing a passive radar device according to
At this time, the
As a result, the same effects as those of the first to fourth embodiments are obtained, and even if a plurality of
この実施の形態５では、複数のＳｕｒ受信系６と別個に、１つのＲｅｆ受信系４を独立に設置しているが、複数のＳｕｒ受信系６のうち、パルスレーダ１を見通せる位置にＳｕｒ受信系アンテナ５が設置されているＳｕｒ受信系６とＲｅｆ受信系４をセットにし、このＳｕｒ受信系６とＲｅｆ受信系４の組をパッシブレーダとして取り扱うようにしてもよい。
In the fifth embodiment, one
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
１ パルスレーダ、２ 目標、３ Ｒｅｆ受信系アンテナ（直接波受信系）、４ Ｒｅｆ受信系（直接波受信系）、５ Ｓｕｒ受信系アンテナ（反射波受信系）、６ Ｓｕｒ受信系（反射波受信系）、１１ 局部発振器、１２ ＲＦ部（第２の周波数変換器）、１３ ＡＤＣ（第２のアナログデジタル変換器）、１４ パルス圧縮器（第２のパルス圧縮器）、１５ ＴＯＡ推定部（第２の到来時刻推定部）、１６ 送信部、２１ 局部発振器（信号受信部）、２２ ＲＦ部（第１の周波数変換器、信号受信部）、２３ ＡＤＣ（第１のアナログデジタル変換器、信号受信部）、２４ パルス圧縮器（第１のパルス圧縮器、信号受信部）、２５ 受信部（第１の到来時刻推定部）、２６ 補正ＴＯＡ生成部（第１の到来時刻推定部）、２７ レンジング部（目標観測部）、２８ 目標検出測位部、３１ メモリ、３２ プロセッサ、４１ ヒット間積分部（目標観測部）、４２ 目標検出測位部、５０ グランドクラッタ（静止物）、５１ 局部発振器（第１の局部発振器）、５２ 周波数誤差推定部（第１の周波数誤差推定部）、５３ ドップラ周波数補正部、６１ 局部発振器（第２の局部発振器）、６２ ヒット間積分部（第２の周波数誤差推定部）、６３ 直接波探索部（第２の周波数誤差推定部）、６４ 到来時刻補正部。 1 pulse radar, 2 target, 3 Ref reception system antenna (direct wave reception system), 4 Ref reception system (direct wave reception system), 5 Sur reception system antenna (reflection wave reception system), 6 Sur reception system (reflection wave reception) System), 11 local oscillator, 12 RF unit (second frequency converter), 13 ADC (second analog-digital converter), 14 pulse compressor (second pulse compressor), 15 TOA estimation unit (first 2 arrival time estimation unit), 16 transmission unit, 21 local oscillator (signal reception unit), 22 RF unit (first frequency converter, signal reception unit), 23 ADC (first analog-digital converter, signal reception) Part), 24 pulse compressor (first pulse compressor, signal receiving part), 25 receiving part (first arrival time estimation part), 26 correction TOA generation part (first arrival time estimation part), 27 ranging Department ( Target observation unit), 28 target detection positioning unit, 31 memory, 32 processor, 41 integration unit between hits (target observation unit), 42 target detection positioning unit, 50 ground clutter (stationary object), 51 local oscillator (first local unit) Oscillator), 52 frequency error estimator (first frequency error estimator), 53 Doppler frequency corrector, 61 local oscillator (second local oscillator), 62 integrator between hits (second frequency error estimator), 63 Direct wave search unit (second frequency error estimation unit), 64 Arrival time correction unit.
Claims (9)
前記直接波受信系は、前記直接波の到来時刻を推定して、前記到来時刻を示す時刻情報を送信し、
前記反射波受信系は、
前記反射波の受信信号を出力する信号受信部と、
前記直接波受信系から送信された時刻情報を受信し、前記時刻情報が示す到来時刻と、前記パルスレーダ、前記直接波受信系及び前記反射波受信系の設置位置とから、前記直接波が前記反射波受信系に到来する時刻を推定する第１の到来時刻推定部と、
前記第１の到来時刻推定部により推定された直接波の到来時刻と前記信号受信部から出力された受信信号を用いて、前記目標を観測する目標観測部とを備えたことを特徴とするパッシブレーダ装置。 Installed in a position where the pulse radar that transmits the pulse can be seen, a direct wave receiving system that receives the direct wave of the pulse transmitted from the pulse radar, and installed in a position different from the direct wave receiving system, from the pulse radar After being transmitted, it consists of a reflected wave receiving system that receives the reflected wave of the pulse reflected by the target to be observed,
The direct wave receiving system estimates the arrival time of the direct wave and transmits time information indicating the arrival time,
The reflected wave receiving system is
A signal receiving unit that outputs a reception signal of the reflected wave; and
The time information transmitted from the direct wave receiving system is received, and the direct wave is transmitted from the arrival time indicated by the time information and the installation positions of the pulse radar, the direct wave receiving system, and the reflected wave receiving system. A first arrival time estimation unit for estimating a time of arrival at the reflected wave reception system;
A passive unit comprising a target observation unit for observing the target using the arrival time of the direct wave estimated by the first arrival time estimation unit and the received signal output from the signal reception unit. Radar device.
局部発振信号を出力する第１の局部発振器と、
前記第１の局部発振器から出力された局部発振信号を用いて、前記反射波の周波数を変換する第１の周波数変換器と、
前記第１の周波数変換器により周波数が変換された反射波をデジタル信号に変換する第１のアナログデジタル変換器と、
前記第１のアナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号をパルス圧縮し、パルス圧縮後のデジタル信号を前記反射波の受信信号として出力する第１のパルス圧縮器とから構成されており、
前記目標観測部による受信信号の積分結果から静止物のドップラ周波数を探索して、前記静止物のドップラ周波数から前記局部発振信号の周波数誤差を推定する第１の周波数誤差推定部と、
前記第１の周波数誤差推定部により推定された周波数誤差を用いて、前記目標観測部により算出されたバイスタティックドップラ周波数を補正するドップラ周波数補正部とを備えたことを特徴とする請求項３記載のパッシブレーダ装置。 The signal receiver is
A first local oscillator for outputting a local oscillation signal;
A first frequency converter that converts the frequency of the reflected wave using a local oscillation signal output from the first local oscillator;
A first analog-to-digital converter that converts a reflected wave having a frequency converted by the first frequency converter into a digital signal;
A digital signal converted by the first analog-to-digital converter is pulse-compressed, and the digital signal after the pulse compression is configured to be output as a reception signal of the reflected wave.
A first frequency error estimator that searches for the Doppler frequency of the stationary object from the integration result of the received signal by the target observing unit and estimates the frequency error of the local oscillation signal from the Doppler frequency of the stationary object;
The Doppler frequency correction part which correct | amends the bistatic Doppler frequency calculated by the said target observation part using the frequency error estimated by the said 1st frequency error estimation part is provided. Passive radar equipment.
局部発振信号を出力する第２の局部発振器と、
前記第２の局部発振器から出力された局部発振信号を用いて、前記直接波の周波数を変換する第２の周波数変換器と、
前記第２の周波数変換器により周波数が変換された直接波をデジタル信号に変換する第２のアナログデジタル変換器と、
前記第２のアナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号をパルス圧縮し、パルス圧縮後のデジタル信号を前記直接波の受信信号として出力する第２のパルス圧縮器と、
前記第２のパルス圧縮器より出力された直接波の受信信号から、前記直接波の到来時刻を推定する第２の到来時刻推定部と、
前記第２の到来時刻推定部により直接波の到来時刻が推定される毎に、隣接している到来時刻の間で、前記第２のパルス圧縮器から出力された直接波の受信信号を積分し、前記受信信号の積分結果から前記直接波のドップラ周波数を探索して、前記直接波のドップラ周波数から、前記第２の局部発振器より出力された局部発振信号の周波数誤差を推定する第２の周波数誤差推定部と、
前記第２の周波数誤差推定部により推定された周波数誤差を用いて、前記第２の到来時刻推定部により推定された直接波の到来時刻を補正する到来時刻補正部と、
前記到来時刻補正部により補正された直接波の到来時刻を示す時刻情報を送信する送信部とから構成されていることを特徴とする請求項３または請求項４記載のパッシブレーダ装置。 The direct wave receiving system is
A second local oscillator that outputs a local oscillation signal;
A second frequency converter for converting the frequency of the direct wave using a local oscillation signal output from the second local oscillator;
A second analog-digital converter that converts a direct wave having a frequency converted by the second frequency converter into a digital signal;
A second pulse compressor that pulse-compresses the digital signal converted by the second analog-digital converter and outputs the digital signal after the pulse compression as the reception signal of the direct wave;
A second arrival time estimation unit that estimates an arrival time of the direct wave from a reception signal of the direct wave output from the second pulse compressor;
Every time the arrival time of the direct wave is estimated by the second arrival time estimation unit, the reception signal of the direct wave output from the second pulse compressor is integrated between adjacent arrival times. The second frequency for searching the Doppler frequency of the direct wave from the integration result of the received signal and estimating the frequency error of the local oscillation signal output from the second local oscillator from the Doppler frequency of the direct wave An error estimator;
An arrival time correction unit that corrects the arrival time of the direct wave estimated by the second arrival time estimation unit using the frequency error estimated by the second frequency error estimation unit;
5. The passive radar device according to claim 3, further comprising: a transmission unit that transmits time information indicating the arrival time of the direct wave corrected by the arrival time correction unit.
前記直接波受信系は、前記直接波の到来時刻を推定して、前記到来時刻を示す時刻情報を前記複数の反射波受信系に送信することを特徴とする請求項１から請求項８のうちのいずれか１項記載のパッシブレーダ装置。 A plurality of the reflected wave receiving systems are installed at different positions from the direct wave receiving system,
The direct wave receiving system estimates an arrival time of the direct wave and transmits time information indicating the arrival time to the plurality of reflected wave receiving systems. The passive radar device according to any one of the above.
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