JP3567906B2 - Radar signal processor - Google Patents

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JP3567906B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナから電波を放射し、照射された物標からの反射波を受けて物標の存在を検知するとともにその位置を測るためのレーダ装置に用いられる、レーダ用信号処理装置に関し、詳しくは、目標からの反射信号のドップラ周波数成分から反射物体を類別するレーダ用信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のレーダ用信号処理装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００３】
レーダ用信号処理装置５３は、目標からの反射信号に基づき当該目標の検出及び追尾を行う検出・追尾系５５と、反射信号のドップラ周波数成分に基づき反射物体を類別する類別処理系５６とを備え、反射波のドップラ周波数成分から移動目標を類別するコヒアレントパルスドップラ方式のレーダ装置に用いられている。
【０００４】
レーダ用信号処理装置５３における動作モードは、目標を捜索・追尾するための捜索モードと、操作員による目標種類の類別を支援するための類別モードとの、二つのモードに大別される。目標類別までの手順を以下に示す。
【０００５】
まず、操作員は、捜索モードで類別対象の目標を選定した後、動作モードを類別モードに変更する。続いて、空中線部１において放射されるビーム方向が類別対象の目標の方向になるように、空中線方向を調整することにより、類別処理を行う距離を目標の位置に設定する。そして、継続的に出力される前述の類別処理の結果を確認し、最終的には自らの判断で目標類別を行う。以下に、目標類別までの運用手順に沿って、捜索モード、類別モードの順に動作説明を行う。
【０００６】
捜索モードにおいては、空中線部１は定められた捜索周期に従い方位方向に駆動される。指向されたビーム方向に目標が存在する場合、目標からの反射信号は、空中線部１を介して送受信部２に入力され、周波数変換及び位相検波がなされてコヒアレント受信Ｉ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ），Ｑ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ）ビデオとしてレーダ用信号処理装置５３に入力される。
【０００７】
コヒアレント受信Ｉ，Ｑビデオは、レーダ用信号処理装置５３の内部で、目標の検出及び追尾を行うための検出・追尾系５５と、目標類別用のドップラ情報を出力するための類別処理系５６との、両方の系に分岐される。類別処理系５６については、捜索モードでは運用上有意な処理を行うわけではないので、ここでは説明を省略する。
【０００８】
検出・追尾系５５に入力されたコヒアレント受信Ｉ，Ｑビデオは、クラッタ（不要反射）抑圧部５７においてＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｔａｒｇｅｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）処理、ドップラフィルタ処理、ＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理等がなされることにより、目標信号以外の不要信号が除去された処理ビデオとして、表示制御部５４及び目標検出・標定部５８へ出力される。目標検出・標定部５８では、処理ビデオの振幅に対するスレッショールド判定処理等により目標の有無を検出するとともに、空中線部１からの空中線方向信号を参照して目標の位置を標定し、目標位置、処理ビデオ振幅等の標定結果を目標追尾部５９及び表示制御部５４へ出力する。
【０００９】
目標追尾部５９では、前回までのアンテナ走査により得られた過去の標定結果に基づき計算された現アンテナ走査における目標予測位置範囲を示す予測ゲートと、今回入力された目標位置との比較を行い、予測ゲート内の目標のうち最も予測中心位置に近い目標を追尾目標と判定し、追尾目標位置等の追尾結果を表示制御部５４へ出力する。
【００１０】
レーダ用信号処理装置５３から出力された処理ビデオと目標の追尾結果とは、表示制御部５４のレーダスコープ５４ａ上に表示されるので、操作員はこの表示内容から目標の位置を知ることができる。
【００１１】
次に、類別モードの内容及び動作について説明する。類別モードでは、空中線部１のビーム方向を目標方向に指向させ、継続的に目標からの反射波が受信できる状態で、レーダ送信パルス周期毎に得られるコヒアレント受信Ｉビデオ及びＱビデオから、目標のレーダ方向分の移動により生じるドップラ周波数成分を抽出することにより、ドップラスペクトラム表示及びドップラ聴音発生を行っている。
【００１２】
捜索モードにより得られた目標の中から任意の類別対象目標を決定後、操作員は、表示制御部５４のレーダ制御部５４ｂの操作により、レーダ動作モードを捜索モードから類別モードに変更し、類別対象目標方向に空中線部１のビーム方向を走査し、更に、類別処理を行う距離をレーダスコープ５４ａ上で指定する。
【００１３】
このとき、レーダ制御部５４ｂから類別処理系５６に対して、類別処理を行う距離を示す距離ゲート信号が出力される。類別処理系５６のＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理部６８及びドップラ聴音抽出部６１では、距離ゲート信号により指定された距離について、それぞれドップラスペクトラム表示のためのＦＦＴ処理とドップラ聴音発生のためのドップラ聴音データ抽出処理とを行っている。
【００１４】
ＦＦＴ処理部６８から出力されるスペクトラムデータは、表示制御部５４のスペクトラム表示器５４ｃにおいて、図７に示すようなスペクトラム波形として表示される。図７において、横軸はドップラ周波数、縦軸は目標受信信号パワーを示しており、ＦＦＴのポイント数がｎの場合、ドップラ周波数の周波数分解能Δｆ［Ｈｚ］は、
Δｆ＝ＰＲＦ／ｎ ただし、ＰＲＦは送信パルス繰り返し周波数［Ｈｚ］
となり、ドップラ周波数Δｆ毎のｎ個のスペクトラムデータ列が得られる。
【００１５】
類別処理系５６におけるＦＦＴ処理時の周波数分解能Δｆは、スペクトラム表示から操作員が視覚により類別を行うために、十分な分解能を有する必要がある。したがって、通常の場合、類別処理系５６のＦＦＴ処理時の周波数分解能は、図８に示すように、検出・追尾系５５のクラッタ抑圧部５７で用いられるドップラフィルタの周波数分解能より大きく（Δｆの値が小さく）なる。
【００１６】
また、目標のレーダ方向の移動速度をＶｒ［ｍ／ｓ］とすると、受信信号電力がピーク値となるドップラ周波数ｆｐ［Ｈｚ］は、一般に次式で与えられる。
ｆｐ＝２Ｖｒ／λ ただし、λはレーダ送信波長［ｍ］
【００１７】
目標が、レーダ方向に対して、目標の移動速度成分以外に別の速度成分を持つ場合は、前述のドップラ周波数ｆｐ以外のドップラ周波数でも、スペクトラムが表示されることになる。例えば、車輪により移動する車両を本レーダ装置で観測した場合は、車輪からの反射波のドップラ周波数は、原理的に０〜２Ｖｒの範囲で広がりを持つことになる。したがって、目標毎のスペクトラム形状の違いから、目標を類別することが可能となる。
【００１８】
ドップラ聴音抽出部６１では、送受信部２からレーダ送信パルス周期毎に入力されるコヒアレント受信Ｉビデオ又はＱビデオから、ドップラ聴音データを抽出して表示制御部５４へ出力する。聴音データは、表示制御部５４の聴音変換部５４ｄにてアナログ信号である可聴音信号に変換され、ドップラ聴音としてスピーカ６２から発生される。
【００１９】
同一目標を類別中であっても、レーダ用信号処理装置５３から出力されるドップラスペクトラム表示やドップラ聴音は、その目標の移動方向や速度の変化に応じて様々に変動する。従って、レーダ用信号処理装置５３では、操作員が、継続的に得られるスペクトラム表示とドップラ聴音とから、自己の視覚及び聴覚の記憶に基づいて目標の類別を実施している。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーダ用信号処理装置５３では次のよう問題点があった。
【００２１】
第一の問題点は、目標類別時に他の目標を追尾できないことである。その理由は、操作員が自己の視覚及び聴覚により目標の類別を行う都合上、類別が終了するまでの間、継続的に目標からの受信信号が得られる状態を保つ必要があるので、アンテナのビーム方向を類別対象の目標方向に指向させておく必要があるからである。
【００２２】
第二の問題点は、目標類別時の操作員の労力及び熟練度が大きくなることである。その理由は、次のとおりである。類別に資する情報としてドップラスペクトラム及びドップラ聴音を操作員へ提供する機能を有しているものの、それらのドップラスペクトラム及びドップラ聴音は、目標の移動方向や速度の変化に応じて、時々刻々、様々に変化する。そのため、操作員は、スペクトラム表示の読み取りやドップラ聴音の聞き分けに十分慣れており、類別する目標種類毎の特徴的なスペクトラム表示やドップラ聴音についての予備知識を有していないと、類別が困難になるからである。
【００２３】
一方、操作員の熟練度に頼らずに自動的に目標を類別処理する目標類別装置が、例えば特開平７−９２２５９号公報に開示されている。この目標類別装置は、ドップラレーダによって取得した情報から特徴を抽出し、抽出した特徴と既に持っている類別対象の特徴とを比較し、その合致する割合に基づいて類別処理を行うものである。
【００２４】
しかしながら、この種の目標類別装置では次のような問題点があった。
【００２５】
第一の問題点は、目標類別時に他の目標を追尾することが難しいことである。その理由は、目標の移動方向及び速度に応じてアンテナ走査毎に変化するドップラスペクトラムに対して何も工夫されていないことにより、類別が終了するまでの間、継続的に目標からの受信信号が得られる状態を保つ必要があるので、空中線のビーム方向を類別対象の目標方向に指向させておく必要があるからである。
【００２６】
第二の問題点は、目標類別を迅速かつ正確に実行することが難しいことである。その理由は、目標の移動方向及び速度の変化に応じて時々刻々様々に変化するドップラスペクトラムに対して何も工夫されていないことにより、照合用のデータベースが膨大になるので、照合に要する時間も長くなってしまうからである。そのため、実際の現場では前述のレーダ用信号処理装置５３が使用されている。
【００２７】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、捜索・追尾処理と並行して、目標の類別を行うことができるレーダ用信号処理装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、目標類別のために要する操作員の労力や熟練度を軽減することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレーダ用信号処理装置は、目標からの反射信号に基づき当該目標の検出及び追尾を行う検出・追尾系と、その反射信号のドップラ周波数成分に基づき反射物体を類別する類別処理系とを備えたものである。そして、類別処理系は、検出・追尾系から目標の位置を入力して、その位置におけるドップラスペクトラムを目標スペクトラムとして出力する目標スペクトラム出力部（例えばＦＦＴ処理部）と、目標スペクトラムを構成するパワー及びそのドップラ周波数について、ピークパワー及びそのドップラ周波数で除算することにより相対化し、その相対化されたスペクトラムを所定のフォーマットに変換した規格化スペクトラムとして出力するスペクトラム規格化部と、その規格化スペクトラムに基づき目標を類別処理する目標類別処理部とを備えている（請求項１）。
【００２９】
類別処理系は、目標スペクトラムからノイズレベル相当の不要成分を除去してスペクトラム規格化部へ出力する不要信号除去部を更に備えた、としてもよい（請求項２）。
【００３０】
類別処理系は、複数回のアンテナ走査によって入力された同一の前記目標についての複数の規格化スペクトラムを平均化し、その平均値を平均化スペクトラムとして出力するスペクトラム平均化部を更に備え、目標類別処理部が平均化スペクトラムに基づき目標を類別処理する、としてもよい（請求項３）。
【００３１】
スペクトラム平均化部は、今回のアンテナ走査における規格化スペクトラムと、スペクトラムメモリ中に保持されている平均化スペクトラムとの間で平均値を求め、その平均値を平均化スペクトラムとしてスペクトラムメモリに保持するとともに目標類別処理部へ出力する、としてもよい（請求項４）。
【００３２】
スペクトラム平均化部は、アンテナ走査毎に、規格化スペクトラムを構成する規格化ドップラ周波数毎の規格化パワーの積分値と、規格化パワーが０以外の有効値であった有効走査数とを求め、積分値を有効走査数で除算することにより、規格化ドップラ周波数毎の規格化パワーの平均値を算出し、その平均値を平均化スペクトラムとして目標類別処理部へ出力する、としてもよい（請求項５）。
【００３３】
検出・追尾系は、反射信号の中から特定のドップラ周波数を持つ信号のみを抽出して出力する複数のドップラフィルタからなるドップラフィルタ群と、各ドップラフィルタの出力信号に対して、そのレベルが規定レベル以上、かつそのレンジが所定長以上であるものをクラッタと判定し、目標の位置における各ドップラフィルタ毎にクラッタ有無の判定結果を類別処理系へ出力するクラッタ抽出部とを備えた、としてもよい（請求項６）。
【００３４】
スペクトラム規格化部は、検出・追尾系におけるドップラフィルタ情報を用いて目標のドップラ周波数範囲を算定し、そのドップラ周波数範囲の中から目標スペクトラムのピークパワーを検出する、としてもよい（請求項７）。
【００３５】
目標類別処理部は、反射物体の種類毎の規格化スペクトラムからなるデータベースを有し、平均化スペクトラムとデータベースとの一致度を求めることにより目標を類別処理する、としてもよい（請求項８）。
【００３６】
目標類別処理部は、目標の移動方向とレーダ方向とのなす角を示す目標アスペクト角毎に構築されたデータベースを有し、検出・追尾系から目標位置及び目標移動方向を入力し、その目標のアスペクト角を算出し、算出されたアスペクト角に対応するデータベースを利用して目標を類別処理する、としてもよい（請求項９）。
【００３７】
目標類別処理部は、検出・追尾系から入力した目標位置と目標受信信号振幅とに基づき目標ＲＣＳを算出し、この目標ＲＣＳと検出・追尾系から入力した目標移動速度とに基づき想定される目標の種類を絞り込み、絞り込まれた種類に対してのみ目標を類別処理する、としてもよい（請求項１０）。
【００３８】
換言すると、本発明に係るレーダ用信号処理装置では、目標を捜索・追尾中に、目標類別処理を行う手段を有している。具体的には、類別処理系の中に、レーダ送信パルス繰り返し周期毎に入力される受信ビデオ信号に対してＦＦＴ処理を行い、得られた目標のドップラスペクトラムの中から、アンテナ走査毎に検出・追尾系で得られる目標の追尾結果を元に、追尾中の目標のドップラスペクトラムを抽出するＦＦＴ処理部と、抽出した目標のスペクトラムから類別処理に不要なスペクトラム成分を除去するための不要信号除去部と、不要スペクトラム成分が除去された目標のスペクトラムから、目標の移動方向や速度に依存しにくい、スペクトラムのピークに対する相対的なスペクトラムに変換し、更に、後段の類別処理に適したフォーマットに規格化するためのスペクトラム規格化部と、同一追尾目標の規格化したスペクトラムを、アンテナ走査にわたって平均化するためのスペクトラム平均化部、及び、平均化されたスペクトラムから目標の類別処理を行う目標類別処理部を有している。
【００３９】
次に、本発明に係るレーダ用信号処理装置の作用を述べる。
【００４０】
目標の捜索・追尾処理と類別処理を並行して実施するためには、識別対象目標に関するドップラスペクトラムデータは間欠的にしか得られない。そのため、従来のレーダ用信号処理装置において出力されていた識別対象目標の絶対的なドップラスペクトラムは、目標の時間推移による速度や移動方向の変化により、様々に異なることになる。
【００４１】
本発明に係るレーダ用信号処理装置では、時間変化により生じる目標の移動状態の変化の影響を受けにくいようにするため、スペクトラム規格化部において、スペクトラムのピーク値に対する相対関係を求め、この相対的なスペクトラムを類別処理に適したフォーマットで規格化したスペクトラム（以下「規格化スペクトラム」という。）に変換している。更に、この規格化スペクトラムをスペクトラム平均化部によりアンテナ走査にわたって平均化することによって、等価的に従来のレーダ用信号処理装置における、操作員の視覚によるスペクトラム表示波形の平均化を行っている。
【００４２】
具体的には、まず、ＦＦＴ処理部が、検出・追尾系から指定された追尾目標距離、方向についてのＦＦＴ結果（以下「目標スペクトラム」という。）のみを抽出する。続いて、不要信号除去部において、この目標スペクトラムから、類別処理に不要なスペクトラム成分が除去される。続いて、スペクトラム規格化部において、不要成分が除去された目標スペクトラムが、そのピーク値に対する相対的なスペクトラムに変換された後、類別処理に適した規格化スペクトラムにフォーマット変換される。
【００４３】
この規格化スペクトラムは、スペクトラム平均化部において、複数回のアンテナ走査にわたって平均化されたスペクトラム（以下「平均化スペクトラム」という。）として、目標類別処理部へ出力される。この平均化スペクトラムは、目標類別処理部で類別処理がなされて、更に表示制御部へ出力される。
【００４４】
上記の作用により、本発明に係るレーダ用信号処理装置では、アンテナを駆動させて別の目標の捜索や追尾を行いつつ、追尾中の目標の類別処理が可能となる。しかも、規格化スペクトラムや平均化スペクトラム及び類別処理結果が表示制御部に表示されることにより、従来のレーダ用信号処理装置よりも容易に目標類別を行うことが可能となる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４６】
図１は、本発明に係るレーダ用信号処理装置の第一実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００４７】
本実施形態のレーダ用信号処理装置３は、目標からの反射信号に基づき当該目標の検出及び追尾を行う検出・追尾系５と、反射信号のドップラ周波数成分に基づき反射物体を類別する類別処理系６とを備えている。類別処理系６は、検出・追尾系５から目標の位置を入力して、その位置におけるドップラスペクトラムを目標スペクトラムとして出力する目標スペクトラム出力部としてのＦＦＴ処理部１８と、目標スペクトラムからノイズレベル相当の不要成分を除去する不要信号除去部１９と、不要成分除去後の目標スペクトラムを構成するパワー及びそのドップラ周波数について、ピークパワー及びそのドップラ周波数で除算することにより相対化し、その相対化されたスペクトラムを所定のフォーマットに変換した規格化スペクトラムとして出力するスペクトラム規格化部２０と、複数回のアンテナ走査によって入力された同一の目標についての複数の規格化スペクトラムを平均化し、その平均値を平均化スペクトラムとして出力するスペクトラム平均化部２１と、平均化スペクトラムに基づき目標を類別処理する目標類別処理部２２とを備えている。
【００４８】
本実施形態のレーダ用信号処理装置３では、従来のレーダ用信号処理装置の捜索モードに該当する動作モード（以下、ここでも「捜索モード」とする。）でも類別処理を行うことが可能となることが運用上の特徴となるので、ここでは捜索モードに関する部位についてのみ述べることとする。なお、レーダ用信号処理装置３に、従来のレーダ用信号装置のドップラ聴音発生に関する部位を設ければ、従来のレーダ用信号装置における類別モードの機能が備わることになることは言うまでもない。
【００４９】
空中線部１及び送受信部２は、それぞれ図６に示した従来の空中線部１及び送受信部２と同等のものでよいため、ここでは説明を省略する。
【００５０】
レーダ用信号処理装置３は、従来のレーダ用信号処理装置の場合と同様に、検出・追尾系５と類別処理系６とに大別される。検出・追尾系５は、従来のレーダ用処理装置と同様なクラッタ抑圧部７、目標検出・標定部８及び目標追尾部９に加え、クラッタの存在するドップラ周波数を抽出して類別処理系６に伝達するためのクラッタ抽出部１０から構成される。以下に、検出・追尾系５を構成する各部の機能について説明する。
【００５１】
クラッタ抑圧部７は、キャンセラ１１、検出系ドップラフィルタ群１２、ＣＦＡＲ処理器１３、最大値選択器１４等を備え、最大信号フィルタ番号を目標検出・標定部８へ出力する機能を除いては、図６の従来のクラッタ抑圧部５７と基本的に同等の機能を持つ。キャンセラ１１は固定クラッタを抑圧する。
【００５２】
検出系ドップラフィルタ群１２は、ドップラ周波数軸上にほぼ各フィルタの通過帯域幅毎の周波数間隔で、複数のドップラフィルタを配列したものである。ドップラフィルタとは、目標信号とクラッタとをドップラ周波数軸上で分離させるとともに、目標信号のＳＮ比を向上させるために、レーダ送信パルス周期毎に連続したコヒアレント受信Ｉ，Ｑビデオデータから、特定のドップラ周波数を持つ信号のみを集中的に抽出するものである。
【００５３】
ＣＦＡＲ処理器１３は、後段の目標検出処理時の誤警報率を低くかつ一定化するために、検出系ドップラフィルタ群１２の各フィルタ出力毎にＣＦＡＲ（一定誤警報率）処理を行う。
【００５４】
最大値選択器１４は、レーダ処理レンジが同一のＣＦＡＲ処理後の各フィルタ出力の中で、振幅が最大となる信号を選択出力するとともに、信号が最大値となるドップラフィルタ番号（以下「最大信号フィルタ番号」という。）を出力する。
【００５５】
目標検出・標定部８は、図６の従来の目標検出・標定部５８の有する機能の他に、目標を検出及び標定した際の前記最大信号フィルタ番号（以下「目標検出フィルタ番号」という。）を、目標位置、受信信号振幅等からなる標定結果の中に盛り込んで目標追尾部９へ出力する機能と、目標距離をクラッタ抽出部１０へ出力する機能とを有する。
【００５６】
目標追尾部９は、図６の従来の目標追尾部５９と同様に、前回までのアンテナ走査により得られた過去の標定結果に基づき計算された現アンテナ走査における目標予測位置範囲である予測ゲートと、今回入力された目標位置とを比較し、予測ゲート内の目標を追尾目標と判定する機能の他に、追尾目標の目標番号、目標位置、目標検出フィルタ番号、予測ゲート算出のために使用している目標速度及び目標移動方向等を、追尾結果として類別処理系６及び表示制御部４へ出力する機能を有する。
【００５７】
クラッタ抽出部１０は、レベル判定器１５、レンジ判定器１６、クラッタフィルタ選択器１７等から構成され、目標が検出された距離において、クラッタが存在する検出系ドップラフィルタ群１２のフィルタ番号を類別処理系６へ出力する。
【００５８】
ここで、レベル判定器１５は、検出系ドップラフィルタ群１２から各フィルタ毎へ出力される信号のレベルに対して、それぞれ、クラッタの有無を検出するためのスレッショールドによる判定を行い、スレッショールドレベルを越えたか否かの二値を、それぞれ「ヒット有」及び「ヒット無」に対応するヒット検出信号として、レーダ装置の処理レンジビン単位でレンジ判定器１６へ出力する。
【００５９】
また、レンジ判定器１６は、一般にクラッタがレンジ方向に広がりを持つことを利用して、ヒット検出信号のレンジ方向の長さに対してスレッショールド判定を行い、所定のスレッショールド長を越えたか否かの二値を、それぞれ「クラッタ有」及び「クラッタ無」に対応するクラッタ検出信号としてクラッタフィルタ選択器１７へ出力する。
【００６０】
クラッタフィルタ選択器１７は、レンジ判定器１６から入力されるクラッタ検出信号を、目標検出・標定部８から入力された目標距離でサンプルし、検出系ドップラフィルタ毎に、目標距離におけるクラッタ検出信号の有無を調査し、クラッタ検出信号が「クラッタ有」の検出系のドップラフィルタ番号（以下「クラッタフィルタ番号」という。）を類別処理系６へ出力する。
【００６１】
次に、類別処理系６の構成及び機能について説明する。類別処理系６は、ＦＦＴ処理部１８の他に、図６の従来の類別処理系５６にはない、不要信号除去部１９、スペクトラム規格化部２０、スペクトラム平均化部２１、目標類別処理部２２等から構成される。以下に、類別処理系６の各部の機能について説明する。
【００６２】
ＦＦＴ処理部１８は、図６の従来のＦＦＴ処理部６８と同等以上のＦＦＴ演算機能と、一時的に蓄えたＦＦＴ処理結果の中から、目標追尾部９から入力される目標位置のドップラスペクトラムである目標スペクトラムを抽出し、これを不要信号除去部１９及び表示制御部４へ出力する機能とを有する。
【００６３】
不要信号除去部１９は、操作員が表示制御部４で指定した、類別処理を有効とする前記目標スペクトラムのドップラ周波数の範囲である、類別有効フィルタ範囲を入力して、その類別有効フィルタ範囲内の目標スペクトラムデータのみを抽出する機能と、ノイズやクラッタ等の不要信号を除去する機能とを有しており、ノイズ除去器２３及びクラッタ除去器２４から構成される。ここで、通常では、固定クラッタの影響が大きい図７のドップラ周波数が０近傍及びレーダ送信パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）近傍の類別処理系６のドップラフィルタは、類別有効フィルタ範囲から除かれる。
【００６４】
また、ノイズ除去器２３は、前記指定範囲の目標スペクトラムのうちノイズレベル相当のスペクトラムデータを「０」にして、クラッタ除去器２４へ出力する。クラッタ除去器２４は、クラッタ抽出部１０から入力されるクラッタフィルタ番号の通過周波数帯域に該当するドップラ周波数について、入力目標スペクトラムデータを「０」とする。
【００６５】
スペクトラム規格化部２０は、目標の移動方向や速度の変化に応じて様々に変動するドップラスペクトラムを、目標類別処理部２２で処理できるフォーマットに規格化したスペクトラム（以下「規格化スペクトラム」という。）として出力する機能を有しており、ピーク検出器２５及び規格化演算器２６から構成される。
【００６６】
ここで、ピーク検出器２５は、目標追尾部９から入力される目標検出フィルタ番号に該当するドップラ周波数範囲の入力目標スペクトラムデータの中からパワーのピーク値とそのときのドップラ周波数を求め、目標スペクトラムとともに規格化演算器２６へ出力する。
【００６７】
また、規格化演算器２６は、目標スペクトラムのパワー及びドップラ周波数を、それぞれピーク検出器２６から入力したピークパワーとそのときのドップラ周波数とで除算することにより、ピークに対する相対的なスペクトラム（以下「相対スペクトラム」という。）とし、更にその相対スペクトラムを類別処理に適するフォーマットを有する規格化スペクトラムに変換して、スペクトラム平均化部２１及び表示制御部４へ出力する。
【００６８】
スペクトラム平均化部２１は、スペクトラムメモリ２８及び平均値演算器２７を備え、アンテナ走査毎に得られた規格化スペクトラムの平均的なスペクトラムである平均化スペクトラムを出力する。
【００６９】
ここで、スペクトラムメモリ２８は、目標追尾部９から追尾目標番号を入力し、その目標番号に関して記憶していた前アンテナ走査までの平均化スペクトラムを読み出して平均値演算器２７へ出力する機能と、平均値演算器２７が出力する平均化されたスペクトラムを記録する機能とを有している。
【００７０】
また、平均値演算器２７は、スペクトラム規格化部２０から入力する規格化スペクトラムと、スペクトラムメモリ２８から入力する前アンテナ走査までの平均化された規格化スペクトラムとの平均値を演算して、これをスペクトラムメモリ２８及び表示制御部４へ出力する。
【００７１】
なお、ここでは、スペクトラム平均化部２０のハードウェア規模をできるだけ小さくするため、アンテナ走査毎にスペクトラムメモリ２８の平均化スペクトラムを上書き更新する構成例を述べたが、スペクトラムメモリ容量を大きくとれる場合は、過去の複数のアンテナ走査毎の規格化スペクトラムを保存しておいて、この複数走査分の規格化スペクトラムと現アンテナ走査で入力された規格化スペクトラムとで平均値を求める方式としてもよい。
【００７２】
目標類別処理部２２は、基本的にはスペクトラム平均化部２１から入力される平均化スペクトラムに基づき目標の類別処理を行う。ここで平均化スペクトラムによる目標類別処理は、スペクトラム波形を情報源として用いる処理であれば、どのような手法であってもよい。例えば、目標種類毎に事前に構築した典型的な規格化スペクトラムデータ（以下「データベース」という。）との一致度の評価や、平均化スペクトラム波形の分散、対称性等に関する統計的分析結果の典型的データとの比較等が考えられる。
【００７３】
そして、目標類別処理部２２における目標類別処理により得られた、最もデータベースとの相関性が高い目標種類や、入力された平均化スペクトラムに対する目標種類毎の類別結果の確信度等が目標類別処理結果として、表示制御部４へ出力される。なお、目標追尾部９から入力した追尾目標の位置と受信信号振幅とから目標のＲＣＳ（有効反射面積）を算出し、これを目標追尾部９から入力した移動速度とともに蓄える機能と、アンテナ走査毎に蓄積されるＲＣＳと移動速度とに基づき想定される類別目標候補を絞り込む機能とを目標類別処理部２２に付設することにより、類別処理の効率化を図ることも可能である。
【００７４】
表示制御部４は、図６の従来の表示制御部５４と基本的に同機能を有する他、規格化スペクトラム、平均化スペクトラム及び類別処理結果を表示する機能を有している。
【００７５】
次に、本実施形態のレーダ用信号処理装置３の動作を説明する。
【００７６】
受信Ｉ，Ｑビデオは、レーダ送信パルス周期毎に送受信部２からレーダ用信号処理装置３に入力され、レーダ用信号処理装置３の内部で検出・追尾系４と類別処理系５とに分岐される。以下に、検出・追尾系４及び類別処理系５の動作内容について説明する。
【００７７】
検出・追尾系５は、図６の従来の検出・追尾系５５と同様に、受信Ｉ，Ｑビデオ信号に基づく目標の検出、検出目標の位置標定及び目標追尾を行い、また目標スペクトラムに重畳した移動クラッタを類別処理時に除去するためのクラッタ抽出動作を行う。類別処理系６は、検出・追尾系５によって検出及び追尾された目標の種類を自動的に類別する。
【００７８】
以下に、検出・追尾系４及び類別処理系５の動作内容について、信号の流れに沿って順次説明する。
【００７９】
検出・追尾系４に分岐入力された受信Ｉ，Ｑビデオ信号は、図６の従来の検出・追尾系５４と同様にクラッタ抑圧部７に入力され、キャンセラ１１により固定クラッタ成分が抑圧された後、検出系ドップラフィルタ群１２により、ドップラ周波数軸上で互いに分離されたビデオ信号として出力される。検出系ドップラフィルタ群１２の各フィルタからの出力信号は、ＣＦＡＲ処理器１３側とクラッタ抽出部１０側とに分岐される。以下に、分岐された各々の信号の流れに従って、検出・追尾系５の動作の説明を行う。
【００８０】
ＣＦＡＲ処理器１３側に入力された信号は、ＣＦＡＲ処理器１３において各フィルタ出力毎にＣＦＡＲ処理がなされて、最大値選択器１４へ出力される。最大値選択器１４は、レーダが処理するレンジビン毎に、ＣＦＡＲ処理後の各フィルタ毎の出力信号の中から、最大の振幅を有する信号とそのフィルタ番号（以下「最大信号フィルタ番号」という。）とを選択し、目標検出・標定部８へ出力する。ここで、前者の最大の振幅を有する信号は、処理ビデオとして表示制御部４へ送出されて表示される。
【００８１】
目標検出・標定部８では、図６の従来の目標検出・標定部５８と同様に目標検出及び位置標定を行い、目標検出及び位置標定された距離及び方向（以下「標定位置」という。）と、その標定位置における処理ビデオ振幅及び最大信号フィルタ番号とを標定結果として目標追尾部９及び表示制御部４へ出力する。
【００８２】
目標追尾部９に入力された標定結果は、図６の従来の目標追尾部９における処理と同様に、前スキャンまでの標定結果から算出した現スキャンでの目標予測位置範囲を示す予測ゲートと比較される。その予測ゲート内部に複数の標定結果が存在する場合は、その中で、追尾中の目標との相関性が最も高い標定結果を持つものが、真の追尾目標と判定される。
【００８３】
ここで、多目標追尾を行っている場合、予測ゲートの計算や追尾の相関処理は、目標追尾部９が管理する追尾目標の目標番号毎に実施される。また、目標番号、追尾目標の標定位置、追尾目標が検出された目標検出フィルタ番号並びに予測ゲートの計算に用いた目標移動方向及び目標速度は、追尾結果として類別処理系６及び表示制御部４へ出力される。
【００８４】
一方、検出系ドップラフィルタ群１２からクラッタ抽出部１０側へ分岐された信号は、各フィルタ出力毎に、レベル判定器１５において、信号レベルについてのスレッショールド判定がなされ、スレッショールドレベルを越える信号については、「ヒット有」、スレッショールドレベル以下の信号については「ヒット無」とする二値の状態信号（以下「ヒット検出信号」という。）に変換されて、レンジ判定器１６へ出力される。
【００８５】
レンジ判定器１６では、各ドップラフィルタ毎のヒット検出信号のレンジ方向の長さについてのスレッショールド判定を行い、所定のレンジ長を越える「ヒット有」信号を「クラッタ有」、所定のレンジ長以下の「ヒット有」信号及び「ヒット無」信号を「クラッタ無」の二値の状態信号（以下「クラッタ検出信号」という。）として、クラッタフィルタ選択器１７へ出力する。
【００８６】
クラッタフィルタ選択器１７は、目標検出・標定部８から入力される目標距離信号を元に、目標距離におけるクラッタ検出信号の状態を確認し、「クラッタ有」の状態になっている検出系ドップラフィルタ群１２のフィルタ番号を、類別処理系６へ出力する。
【００８７】
次に、類別処理系６の動作を図面を参照して詳細に説明する。送受信部２からレーダ送信パルス周期毎に入力される受信Ｉ，Ｑビデオは、ＦＦＴ処理部１８において、図６の従来のＦＦＴ処理部６８と同様のＦＦＴ処理がなされ、スペクトラムデータとして一時的に蓄えられ、この一時的に蓄えられたスペクトラムデータのうち、目標追尾部９から入力された目標位置に対応するスペクトラムデータ（図２（ａ）の目標スペクトラム）のみが抽出され、不要信号除去部１９及び表示制御部４へ出力される。ここで得られる目標スペクトラムは、そのときの目標のレーダ方向分移動速度が直接反映された生データであるため、目標のレーダ方向分速度が時々刻々と変化する場合は、アンテナ走査毎に変動することになる。
【００８８】
従来技術では、操作員が、類別モード時に継続的に表示される目標スペクトラムを目視により確認して、自己の視覚記憶及び類別経験によって目標を類別していた。これに対し、本発明では、従来人間が行っていた作業を装置が代行するように、類別処理系６の各部が動作するようになっている。
【００８９】
同一目標であっても時々刻々と変動する目標スペクトラムを用いて、目標類別を行うためには、目標のレーダ方向分速度や、目標の距離により変化する入力信号振幅に依存しにくい、目標種類毎の特徴的なスペクトラム波形を、類別処理の前段階で保持しておくことが重要になる。例えば、目標が車両の場合は、類別上有意な目標スペクトラムが現れるドップラ周波数範囲は０〜２ｆｐの間であり、スペクトラムのピーク値に対するスペクトラム波形の相対的関係は、目標の種類によってある特定の関係になる。ここでｆｐは、目標のレーダ方向分速度に相当するドップラ周波数であり、通常、スペクトラムがピーク値をとるときのドップラ周波数となる。よって、この相対関係を類別処理のためのデータベースとして使用することが有効になる。
【００９０】
本実施形態のレーダ用信号処理装置３では、目標スペクトラムのパワー及びドップラ周波数を、それぞれについてピーク時のパワーとドップラ周波数で除算した相対スペクトラムを求め、この相対スペクトラムを、類別処理に適したフォーマットで統一した規格化スペクトラムに変換し、更にこの規格化スペクトラムをアンテナ走査毎に平均化した平均化スペクトラムを用いて類別処理を行っている。
【００９１】
以下に、本実施形態のレーダ用信号処理装置３において、新たに追加された類別処理系６の各部の動作について説明する。
【００９２】
規格化スペクトラムを使用して類別処理を行う前提として、目標スペクトラムにおける類別対象目標以外の不要な信号を除去する必要がある。その理由は、次のとおりである。ノイズレベル相当のスペクトラム成分や、クラッタが重畳したドップラ周波数のスペクトラム成分は、目標の本来の規格化スペクトラム形状を保持していないので、類別処理に使用することができない不要成分である。更には、これらの不要成分を用いて規格化スペクトラムの平均値算出を行うと、その不要成分の規格化ドップラ周波数における規格化スペクトラムのパワー平均値が、本来の目標の規格化スペクトラムのパワーから隔絶する恐れがあるからである。以上の理由により、入力された目標スペクトラムは、不要信号除去部１９において、操作員が表示制御部４で指定した類別処理フィルタ範囲内の目標スペクトラムのみが抽出されるとともに、ノイズ成分及び移動クラッタ成分が除去される処理がなされる。
【００９３】
まず、類別有効フィルタ範囲内の目標スペクトラムは、ノイズ除去器２３において、ノイズレベルより若干高いレベルに設定されたスレッショールドレベルと比較され、スレッショールドレベルＴＨ以下のスペクトラムデータは、図２（ｂ）に示すように「０」とされる。
【００９４】
続いて、クラッタ除去器２４において、クラッタ抽出部１０から伝達された、クラッタが存在する検出系のドップラフィルタ番号の通過周波数帯域に該当するドップラ周波数範囲のスペクトラムデータが、図２（ｃ）に示すように「０」とされる。
【００９５】
不要信号除去部１９によって、不要なスペクトラムデータのパワーが「０」とされた目標スペクトラムは、スペクトラム規格化部２０において、後段の目標類別処理部２２で処理できる規格化スペクトラムにフォーマット変換される。
【００９６】
まず、相対スペクトラムを求めるための目標スペクトラムのピークが、ピーク検出器２５により検出される。ここで、図３（ｄ）に示すように、目標スペクトラムのピークは、ピーク検出器２５において、目標追尾部９から伝達された目標検出フィルタ番号の通過帯域幅に該当するドップラ周波数範囲内から検出される。このことは、目標追尾部９から伝達された目標検出フィルタ番号に該当しないドップラ周波数に、目標のピークスペクトラムよりも大きいパワーを有するスペクトラムが存在した場合に、相対スペクトラムを求める際に誤って目標スペクトラムの中心ドップラ周波数以外のドップラ周波数で除算することを、未然に防ぐ効果がある。
【００９７】
なお、目標検出フィルタ番号に該当しないドップラ周波数におけるピ−クスペクトラムは、検出・追尾系５において最大値選択器１４によって除去されている。したがって、このピークスペクトラムは、ピーク値が大きくてもドップラ周波数軸上での広がりが小さい急峻なスペクトラムであるため、そのドップラ周波数に対応する速度が真の目標移動速度であるとは考えにくい。
【００９８】
続いて、目標スペクトラムは、規格化演算器２６において、図３（ｅ）に示すように、後段の目標類別処理部２２での処理に適合したフォーマットに規格化される。まず、目標スペクトラムを構成する各々のデータが、ピーク検出器２５で検出されたピークパワー及びそのドップラ周波数で除算され、相対スペクトラムに変換される。
【００９９】
ドップラ周波数軸上でｉ番目の目標スペクトラム成分Ｐｉに対する相対パワーＰＮｉは、次式で求められる。
ＰＮｉ＝Ｐｉ／Ｐｐ×Ｋ （ｉ＝０，１，…，ｎ−１）
ただし、Ｐｐ：ピーク検出器２５で検出されたピークパワー
Ｋ ：定数（目標類別処理部２２に保持されている類別処理用のデータベースに対して、規格化スペクトラムのピーク値を合わせるための定数）
ｎ ：ＦＦＴ処理部１８におけるＦＦＴポイント数
ここで、相対パワーＰＮｉがＫを越えた場合、その相対パワーは「０」とされる。
【０１００】
また、ドップラ周波数軸上でｉ番目のドップラ周波数Ｆｉに対する相対ドップラ周波数ＦＮｉは、次式で求められる。
ＦＮｉ＝Ｆｉ／Ｆｐ （ｉ＝０，１，・・・，ｎ−１）
ただし、Ｆｐ：ピーク検出器２５で検出されたピークドップラ周波数（目標のレーダ方向分速度に対応するドップラ周波数）
ｎ：ＦＦＴ処理部１８におけるＦＦＴポイント数
ＦＮ０＝０［Ｈｚ］
ここで、相対ドップラ周波数ＦＮｉは、ピークドップラ周波数Ｆｐが大きい場合は小さくなり、ピークドップラ周波数Ｆｐが小さい場合は大きくなる。したがって、相対ドップラ周波数ＦＮｉがとり得るデータの範囲や間隔は、目標のレーダ方向の移動速度によりアンテナ走査毎に変動する。
【０１０１】
そこで、上式により計算された相対ドップラ周波数は、図４に示すように、類別処理に適合したフォーマットでサンプルされる。図４のケースＡのように、入力される相対ドップラ周波数の方が、類別処理用フォーマットにおけるサンプル後の規格化ドップラ周波数よりも細かい間隔となる場合、サンプル後の規格化ドップラ周波数Ｆｓｘに対応する複数の相対ドップラ周波数における相対パワーの平均値が、規格化ドップラ周波数Ｆｓｘにおけるサンプル後の規格化パワーとなる。一方、図４のケースＢのように、入力される相対ドップラ周波数の方が、類別処理用フォーマットにおける規格化ドップラ周波数よりも広い間隔となる場合は、規格化ドップラ周波数Ｆｓｘに対応する相対ドップラ周波数における相対パワーが、規格化ドップラ周波数Ｆｓｘにおけるサンプル後の規格化パワーとなる。
【０１０２】
スペクトラム規格化部２０によって類別処理に適合したフォーマットに規格化された規格化スペクトラムは、スペクトラム平均化部２１に入力される。入力された規格化スペクトラムと、目標追尾部９から伝達された追尾目標番号に従いスペクトラムメモリ２８から読み出された、前アンテナ走査までの平均化処理がなされた規格化スペクトラム（平均化スペクトラム）とは、図３（ｆ）に示すように平均値演算器２７において平均化され、現アンテナ走査での平均化スペクトラムとして、目標類別処理部２２に送出されるとともに、当該追尾目標番号のスペクトラムメモリ２８へ出力され保存される。
【０１０３】
ここで、スペクトラム平均化部２１における平均化処理は、規格化スペクトラムの同じ規格化ドップラ周波数Ｆｓｘにおける規格化パワー同士の平均値を算出するものである。ただし、ある規格化ドップラ周波数Ｆｓｙにおける規格化パワーが０の場合は、０でない側の規格化パワーがそのまま平均値として残される。また、ある規格化ドップラ周波数Ｆｓｚにおける規格化パワーが両方とも０の場合は、平均値は０となる。
【０１０４】
なお、新規に追尾が開始された目標や、検出されただけで追尾されていない目標の規格化スペクトラムが入力された場合は、スペクトラムメモリ２８の規格化パワーは全て０であるため、入力された規格化スペクトラムが、平均化スペクトラムとしてそのまま出力されることになる。
【０１０５】
平均化スペクトラムは、目標類別処理部２２に入力されて、目標類別処理がなされる。ここで目標類別処理の内容は、既に述べたようにスペクトラム波形を情報源として用いる処理であれば、どのような手法であってもよいが、ここでは、目標種類毎に事前に構築したデータベースとの一致度を評価することによる類別処理の動作について述べる。
【０１０６】
目標類別処理部２２は、類別実施に先立ち、追尾目標のＲＣＳ、移動速度及び移動方向に基づき、前記一致度を計算する元のデータベースの絞り込み及び選択を行う。まずＲＣＳと移動速度からのデータベースの絞り込み動作について説明する。
【０１０７】
目標のＲＣＳは、レーダ方程式から一般に次式で与えられる。
ＲＣＳ＝（４π）３・Ｐｒ・Ｒ４／｛Ｐｔ・Ｇｔ・Ｇｒ・λ２｝
ただし、Ｐｔ：送信電力
Ｐｒ：受信電力
Ｇｔ：送信アンテナ利得
Ｇｒ：受信アンテナ利得
λ：自由空間波長
Ｒ：目標距離
ここで、Ｐｔ、Ｇｔ、Ｇｒ、λは、レーダ装置に固有の既知の値である。また、ＲとＰｒは、目標追尾部９から得られる目標位置と受信信号振幅から求められる。したがって、上式から目標のＲＣＳが算出できる。
【０１０８】
算出したＲＣＳと、目標追尾部９から入力した目標速度とは、アンテナ走査毎に蓄積される。目標種類の特性上、追尾中の目標が、蓄積された目標ＲＣＳ又は目標速度を有することがあり得ない目標である確率は０であるため、その目標種類のデータベースを使用した一致度の計算は不要となる。
【０１０９】
次に、目標移動方向からデータベースを選択する動作について述べる。
【０１１０】
一般に目標のドップラスペクトラムは、レーダに近づくときと、レーダから遠ざかるときとで、ドップラ周波数軸上でのスペクトラムの配列がほぼ逆転する。例えば、図７のスペクトラムを有する目標がレーダに対して逆方向に同じ速度で移動する場合、ｆ１のスペクトラムがｆｎ−１のスペクトラムとして現れ、ｆｎ−１のスペクトラムがｆ１のスペクトラムとして現れる。ただし、目標の構造は、一般にその移動方向の前後で全く同じ形状ではなく、回転部分のレーダ方向への露出状況も異なる。そのため、目標のレーダ方向分移動速度の反転に伴うスペクトラムのドップラ周波数軸上の配列の逆転現象は、主としてスペクトラムがピークとなるドップラ周波数近傍において現れる。
【０１１１】
よって、データベースとなるスペクトラムは、少なくとも目標がレーダに近づく場合と遠ざかる場合との二通りについて持つことが望ましく、更には目標移動方向と目標から見たレーダ方向とのなす角（以下「アスペクト角」という。）毎に持つことが望ましい。入力された平均化スペクトラムとデータベースとの一致度を計算する際は、目標の移動方向及び目標方向から算出した、アスペクト角に最も近いアスペクト角のデータベースを用いる。
【０１１２】
以上の動作により絞り込まれたデータベースを用いて、入力される平均化スペクトラムと目標種類毎のデータベースとの一致度を評価する。一致度は、例えば、同じ規格化ドップラ周波数同士の規格化パワーの自乗誤差を求め、この自乗誤差の総和を、自乗誤差の計算に供された規格化ドップラ周波数のサンプル数で除算した、単位規格化ドップラ周波数当たりの自乗誤差の大小により評価することができる。
【０１１３】
一致度の評価の際に、入力された平均化スペクトラムのデータが０の規格化ドップラ周波数がある場合は、自乗誤差の計算の対象外とする。入力された平均化スペクトラムと目標種類毎に異なる複数のデータベースとの一致度は、単位規格化ドップラ周波数当たりの自乗誤差に対する段階的なスレッショールド判定を実施することにより評価可能である。一致度の評価結果や、前記の単位規格化ドップラ周波数当たりの自乗誤差は、類別処理結果の一部として表示制御部４へ出力されて、表示される。
【０１１４】
検出・追尾系５で得られた標定結果及び追尾結果と、類別処理系６で求められた目標スペクトラム、規格化スペクトラム、平均化スペクトラム及び類別結果とは、表示制御部４の画面上に表示される。これにより、操作員は、従来技術と異なり捜索及び追尾を中止することなく、目標の捜索及び追尾並びに類別結果を容易に得ることが可能となる。
【０１１５】
図５は、本発明に係るレーダ用信号処理装置の第二実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０１１６】
本実施形態のレーダ用信号処理装置３３は、図１のレーダ用信号処理装置３に対して、スペクトラム平均化部３１の構成及び動作が異なるとともに、目標追尾部９の類別処理系３６に対する出力データに追尾目標の走査番号が加わったことが異なる。そのため、ここではスペクトラム平均化部３１の構成と動作を中心に説明する。
【０１１７】
スペクトラム平均化部３１は、無効走査数演算器２９、積分器３０及び平均値演算器３７から構成される。無効走査数演算器２９は、類別処理用フォーマットでサンプルされた規格化ドップラ周波数毎の規格化パワーが０になる走査数（以下「無効アンテナ走査数」という。）を求める。積分器３０は、類別処理用にフォーマット統一された規格化スペクトラムの規格化パワーを、規格化ドップラ周波数毎に積分する。平均値演算器３７は、目標追尾部９から入力される、当該追尾目標に対する目標追尾が成功した走査回数を示す走査番号と、無効走査数演算器２９から入力される無効アンテナ走査数と、積分器２９から入力される現アンテナ走査までの積分結果とに基づき、規格化ドップラ周波数毎に規格化パワーの平均値を求める。
【０１１８】
図１のスペクトラム平均化部２１では、入力される規格化スペクトラムと、前アンテナ走査までの平均化スペクトラムとの間の平均値を演算していた。これに対して、本実施形態のスペクトラム平均化部３１では、現アンテナ走査までに入力された規格化スペクトラムのうち、同一規格化ドップラ周波数における規格化パワーが０でない有効なスペクトラムデータの全てを積分し、その積分結果を、データが０でない有効走査数で除算することにより、平均化スペクトラムを求める。以下、その動作について説明する。
【０１１９】
無効走査数演算器２９は、規格化ドップラ周波数毎に、データが０になった無効走査数Ｎｚをカウントして保持し、該当追尾目標の規格化スペクトラムが入力される度に、規格化ドップラ周波数毎の現アンテナ走査における無効走査数Ｎｚを平均値演算器２７へ出力する。また、積分器２９は、該当追尾目標の規格化スペクトラムが入力される度に、規格化ドップラ周波数毎に規格化パワーを積分し、平均値演算器２７へ出力する。
【０１２０】
目標追尾部９から入力される走査番号がｋのとき、ｉ番目の規格化ドップラ周波数における現アンテナ走査までの積分結果ＰＳｉは、次式により算出される。
ＰＳｉ ＝ Σｋ ｍ＝１（Ｐｉｍ）
ここで、Ｐｉｍは、ｉ番目の規格化ドップラ周波数における走査番号ｍのときの規格化パワーである。
【０１２１】
平均化演算器３７は、規格化ドップラ周波数毎に入力される無効走査数と積分結果とを用いて、目標類別用の平均化スペクトラムを算出する。走査番号がｋのとき、ｉ番目の規格化ドップラ周波数における平均化された規格化パワーＰＡｉは、積分結果ＰＳｉとｉ番目の規格化ドップラ周波数における無効走査数Ｎｚｉを用いて、次式により算出される。
ＰＡｉ＝ＰＳｉ／（ｋ−Ｎｚｉ）
【０１２２】
以上の処理により求められた平均化スペクトラムは、図１のレーダ用信号処理装置３の場合と同様の手順で目標類別処理器２２において類別処理に供されることとなる。
【０１２３】
なお、本発明は、電磁波を用いるレーダに限らず、音波を用いるソナー等にも適用できる。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明に係るレーダ用信号処理装置によれば、目標類別を迅速かつ正確に実行することができる。その理由は、目標の移動方向及び速度の変動によって様々に変化してしまうドップラスペクトラムに対して、パワー及びドップラ周波数の両方について規格化することにより、目標種類に固有の相対関係を正確に抽出できるためである。その結果、全てのドップラスペクトラムではなく規格化されたドップラスペクトラムについて照合用データベースを構築すればよいので、照合に要する時間も短縮できる。
【０１２５】
請求項２記載のレーダ用信号処理装置によれば、目標スペクトラムからノイズレベル相当の不要成分を除去してスペクトラム規格化部へ出力するので、より正確に目標を類別できる。
【０１２６】
請求項３記載のレーダ用信号処理装置によれば、複数回のアンテナ走査によって入力された同一の目標についての複数の規格化スペクトラムを平均化し、その平均値を平均化スペクトラムとして出力し、その平均化スペクトラムに基づき目標を類別処理するので、アンテナ走査毎に目標の移動方向及び速度に応じてドップラスペクトラムが変化しても、前述の規格化とあいまってより正確に目標を類別できる。
【０１２７】
請求項４記載のレーダ用信号処理装置によれば、今回のアンテナ走査における規格化スペクトラムと、スペクトラムメモリ中に保持されている平均化スペクトラムとの間で平均値を求め、その平均値を平均化スペクトラムとしてスペクトラムメモリに保持するとともに目標類別処理部へ出力することにより、各回のアンテナ走査ごとの規格化スペクトラムを記憶しなくてよいので、記憶容量を低減できる。
【０１２８】
請求項６記載のレーダ用信号処理装置によれば、反射信号の中から特定のドップラ周波数を持つ信号のみを抽出し、そのレベルが規定レベル以上、かつそのレンジが所定長以上であるものをクラッタと判定することにより、クラッタを排除できるので、類別処理の精度を向上できる。
【０１２９】
請求項７記載のレーダ用信号処理装置によれば、検出・追尾系におけるドップラフィルタ情報を用いて目標のドップラ周波数範囲を算定し、そのドップラ周波数範囲の中から目標スペクトラムのピークパワーを検出することにより、クラッタ及びノイズを排除できるので類別処理の精度を向上できるとともに、ピークサーチを容易化できる。
【０１３０】
請求項９記載のレーダ用信号処理装置によれば、目標アスペクト角毎に構築されたデータベースと、算出されたアスペクト角とを利用することにより、アスペクト角も考慮されるので、類別処理の精度をより向上できる。
【０１３１】
請求項１０記載のレーダ用信号処理装置によれば、目標ＲＣＳ及び目標移動速度とに基づき目標の種類を絞り込み、絞り込まれた種類に対してのみ類別処理することにより、類別処理の効率を向上できる。例えば人や自動車等に応じて、目標ＲＣＳ及び目標移動速度の採り得る範囲がある。
【０１３２】
換言すると、本発明に係るレーダ用信号処理装置によれば、目標の捜索及び追尾を実施しながら目標類別処理を行うことが可能になる。その理由は、アンテナ走査毎に間欠的にしか得られないが故に目標の移動方向や移動速度の変動によって様々に変化してしまう目標のドップラスペクトラムから、目標種類に固有のスペクトラム内部の相対関係を抽出するために、パワー及びドップラ周波数の両方についてスペクトラムを規格化する手段を有しており、更に、同一追尾目標に関してアンテナ走査毎に得られる前記の規格化された目標のスペクトラムを、アンテナ走査にわたり平均化する手段と、この平均化されたスペクトラムを用いて目標を類別する手段とを有しているからである。
【０１３３】
また、目標類別処理に要する操作員の労力及び熟練度が低減される。その理由は、目標ドップラスペクトラムの目標速度変化に依存しにくいスペクトラムのピ−ク値との相対的な関係を示した規格化スペクトラムとして出力する機能と、この規格化スペクトラムをアンテナ走査にわたって平均化した平均化スペクトラムを出力する機能を有しており、更にこの平均化スペクトラムを用いて自動的に目標類別処理を行う手段を有しているからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーダ用信号処理装置の第一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のレーダ用信号処理装置におけるドップラスペクトラムの処理過程を示すグラフであり、（ａ）は入力される目標ドップラスペクトラム、（ｂ）はノイズ除去処理時のドップラスペクトラム、（ｃ）はクラッタ除去処理時のドップラスペクトラムである。
【図３】図１のレーダ用信号処理装置におけるドップラスペクトラムの処理過程を示すグラフであり、（ｄ）はピーク検出処理時のドップラスペクトラム、（ｅ）はスペクトラム規格化処理後の規格化スペクトラムとスペクトラムメモリに保持されている規格化スペクトラム、（ｆ）は平均化スペクトラムである。
【図４】図１のレーダ用信号処理装置における、類別処理に適したフォーマットの規格化スペクトラムの算出方法を示す図表である。
【図５】本発明に係るレーダ用信号処理装置の第二実施形態を示すブロック図である。
【図６】従来のレーダ用信号処理装置を示すブロック図である。
【図７】目標のドップラスペクトラムの一例を示すグラフである。
【図８】検出・追尾系及び類別処理系のドップラフィルタの関係を示すグラフであり、（ａ）は検出・追尾系、（ｂ）は類別処理系である。
【符号の説明】
１ 空中線部
２ 送受信部
３，３３ レーダ用信号処理装置
４ 表示制御部
５ 検出・追尾系
６，３６ 類別処理系
７ クラッタ抑圧部
８ 目標検出・標定部
９ 目標追尾部
１０ クラッタ抽出部
１１ キャンセラ
１２ 検出系ドップラフィルタ群
１３ ＣＦＡＲ処理器
１４ 最大値選択器
１５ レベル判定器
１６ レンジ判定器
１７ クラッタフィルタ選択器
１８ ＦＦＴ処理部（目標スペクトラム出力部）
１９ 不要信号除去部
２０ スペクトラム規格化部
２１，３１ スペクトラム平均化部
２２ 目標類別処理部
２３ ノイズ除去器
２４ クラッタ除去器
２５ ピーク検出器
２６ 規格化演算器
２７，３７ 平均値演算器
２８ スペクトラムメモリ
２９ 無効走査数演算器
３０ 積分器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a radar signal processing device that emits radio waves from an antenna, receives a reflected wave from an irradiated target, detects the presence of the target, and is used in a radar device for measuring the position of the target. More specifically, the present invention relates to a radar signal processing device for classifying a reflected object from a Doppler frequency component of a reflected signal from a target.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional radar signal processing device. Hereinafter, description will be made based on this drawing.
[0003]
The radar signal processing device 53 includes a detection / tracking system 55 for detecting and tracking the target based on the reflected signal from the target, and a classification processing system 56 for classifying the reflected object based on the Doppler frequency component of the reflected signal. Is used in a coherent pulse Doppler radar apparatus that classifies moving targets based on Doppler frequency components of reflected waves.
[0004]
The operation modes of the radar signal processing device 53 are roughly classified into two modes: a search mode for searching and tracking a target, and a classification mode for supporting classification of a target type by an operator. The procedure up to the target classification is shown below.
[0005]
First, the operator selects the classification target in the search mode, and then changes the operation mode to the classification mode. Subsequently, by adjusting the antenna direction so that the beam direction radiated in the antenna unit 1 becomes the direction of the target to be classified, the distance for performing the classification processing is set to the target position. Then, the result of the above-described classification processing that is continuously output is confirmed, and finally, the target classification is performed by its own judgment. The operation will be described below in the order of the search mode and the classification mode in accordance with the operation procedure up to the target classification.
[0006]
In the search mode, the antenna unit 1 is driven in the azimuth direction according to a predetermined search cycle. When a target exists in the directed beam direction, a reflected signal from the target is input to the transmission / reception unit 2 via the antenna unit 1 and subjected to frequency conversion and phase detection to perform coherent reception I (In-phase), Q The signal is input to the radar signal processing device 53 as (Quadrature) video.
[0007]
The coherent reception I and Q videos are provided inside a radar signal processing device 53 by a detection / tracking system 55 for detecting and tracking a target, and a classification processing system 56 for outputting Doppler information for target classification. Diverged to both systems. The classification processing system 56 does not perform any operationally significant processing in the search mode, and a description thereof will be omitted.
[0008]
The coherent reception I and Q videos input to the detection / tracking system 55 are subjected to MTI (Moving Target Indicator) processing, Doppler filter processing, CFAR (Constant False Alarm Rate) processing and the like in a clutter (unnecessary reflection) suppressing section 57. As a result, the processed video from which unnecessary signals other than the target signal have been removed is output to the display control unit 54 and the target detection / orientation unit 58. The target detecting and locating unit 58 detects the presence or absence of a target by a threshold determination process or the like with respect to the amplitude of the processed video, and locates the target by referring to the antenna direction signal from the antenna unit 1 to determine the target position. The orientation results such as the processed video amplitude are output to the target tracking unit 59 and the display control unit 54.
[0009]
In the target tracking unit 59, the prediction gate indicating the target predicted position range in the current antenna scanning calculated based on the past orientation results obtained by the previous antenna scanning is compared with the target position input this time, The target closest to the prediction center position among the targets in the prediction gate is determined as the tracking target, and the tracking result such as the tracking target position is output to the display control unit 54.
[0010]
The processed video output from the radar signal processing device 53 and the tracking result of the target are displayed on the radar scope 54a of the display control unit 54, so that the operator can know the position of the target from the displayed contents. .
[0011]
Next, the contents and operation of the classification mode will be described. In the classification mode, the beam direction of the antenna unit 1 is directed to the target direction, and in a state where the reflected wave from the target can be continuously received, the target signal is obtained from the coherent reception I video and Q video obtained every radar transmission pulse period. By extracting Doppler frequency components generated by movement in the radar direction, Doppler spectrum display and Doppler hearing sound generation are performed.
[0012]
After determining an arbitrary classification target from among the targets obtained in the search mode, the operator changes the radar operation mode from the search mode to the classification mode by operating the radar control unit 54b of the display control unit 54, and The beam direction of the antenna unit 1 is scanned in the target direction, and the distance for performing the classification process is specified on the radar scope 54a.
[0013]
At this time, a distance gate signal indicating the distance at which the classification processing is performed is output from the radar control unit 54b to the classification processing system 56. The FFT (Fast Fourier Transform) processing unit 68 and the Doppler hearing sound extraction unit 61 of the classification processing system 56 perform FFT processing for Doppler spectrum display and Doppler hearing sound for Doppler sound generation for the distance specified by the distance gate signal. And data extraction processing.
[0014]
The spectrum data output from the FFT processing unit 68 is displayed as a spectrum waveform as shown in FIG. 7 on the spectrum display unit 54c of the display control unit 54. 7, the horizontal axis represents the Doppler frequency, and the vertical axis represents the target received signal power. When the number of FFT points is n, the frequency resolution Δf [Hz] of the Doppler frequency is:
Δf = PRF / n where PRF is the transmission pulse repetition frequency [Hz]
Thus, n spectrum data strings for each Doppler frequency Δf are obtained.
[0015]
The frequency resolution Δf at the time of the FFT processing in the classification processing system 56 needs to have a sufficient resolution so that the operator can visually classify from the spectrum display. Therefore, in the normal case, the frequency resolution at the time of the FFT processing of the classification processing system 56 is larger than the frequency resolution of the Doppler filter used in the clutter suppression unit 57 of the detection / tracking system 55 (the value of Δf, as shown in FIG. 8). Becomes smaller).
[0016]
If the target moving speed in the radar direction is Vr [m / s], the Doppler frequency fp [Hz] at which the received signal power has a peak value is generally given by the following equation.
fp = 2Vr / λ where λ is the radar transmission wavelength [m]
[0017]
When the target has another speed component in the radar direction other than the target moving speed component, the spectrum is displayed even at a Doppler frequency other than the above-mentioned Doppler frequency fp. For example, when a vehicle moving by wheels is observed by the radar apparatus, the Doppler frequency of the reflected wave from the wheels spreads in a range of 0 to 2 Vr in principle. Therefore, it is possible to classify the targets based on the difference in the spectrum shape for each target.
[0018]
The Doppler hearing sound extraction unit 61 extracts Doppler hearing sound data from coherent reception I-video or Q-video input from the transmission / reception unit 2 for each radar transmission pulse period, and outputs the data to the display control unit 54. The audible sound data is converted into an audible sound signal which is an analog signal by a audible sound conversion unit 54d of the display control unit 54, and is generated from the speaker 62 as Doppler audible sound.
[0019]
Even if the same target is being categorized, the Doppler spectrum display and the Doppler listening sound output from the radar signal processing device 53 fluctuate variously in accordance with changes in the moving direction and speed of the target. Therefore, in the radar signal processing device 53, the operator classifies the target from the continuously obtained spectrum display and Doppler hearing sound based on his / her own visual and auditory memory.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
However, the radar signal processing device 53 has the following problems.
[0021]
The first problem is that other targets cannot be tracked during target classification. The reason is that the operator needs to keep a state in which a received signal from the target can be continuously obtained until the classification is completed because the operator classifies the target by his / her own visual and auditory senses. This is because the beam direction needs to be directed to the target direction of the classification target.
[0022]
The second problem is that the labor and skill of the operator at the time of target classification are increased. The reason is as follows. Although it has a function of providing Doppler spectrum and Doppler hearing sound to the operator as information contributing to classification, the Doppler spectrum and Doppler hearing sound vary from moment to moment according to changes in the moving direction and speed of the target. Change. For this reason, operators are sufficiently familiar with reading spectrum displays and distinguishing Doppler listening sounds, and classification is difficult unless they have prior knowledge of characteristic spectrum displays and Doppler listening sounds for each type of target to be classified. Because it becomes.
[0023]
On the other hand, a target classifying apparatus for automatically classifying targets without relying on the skill level of the operator is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-92259. This target classification device extracts a feature from information acquired by a Doppler radar, compares the extracted feature with a feature already possessed by the classification target, and performs a classification process based on the matching ratio.
[0024]
However, this kind of target classification apparatus has the following problems.
[0025]
The first problem is that it is difficult to track other targets during target classification. The reason for this is that nothing has been devised for the Doppler spectrum that changes for each antenna scan according to the moving direction and speed of the target, so that the received signal from the target is continuously output until the classification is completed. This is because it is necessary to keep the obtained state, so that it is necessary to direct the beam direction of the antenna to the target direction of the classification target.
[0026]
The second problem is that it is difficult to execute target classification quickly and accurately. The reason is that the database for collation becomes enormous because the Doppler spectrum, which changes every moment according to the change of the moving direction and speed of the target, is enormous. Because it becomes long. Therefore, the above-mentioned radar signal processing device 53 is used at an actual site.
[0027]
[Object of the invention]
Therefore, an object of the present invention is to provide a radar signal processing device capable of performing target classification in parallel with search and tracking processing. Another object of the present invention is to reduce the labor and skill of an operator required for target classification.
[0028]
[Means for Solving the Problems]
The radar signal processing device according to the present invention includes a detection / tracking system that detects and tracks the target based on a reflection signal from the target, and a classification processing system that classifies a reflection object based on a Doppler frequency component of the reflection signal. It is provided with. The classification processing system inputs a target position from the detection / tracking system, and outputs a Doppler spectrum at the position as a target spectrum (for example, an FFT processing unit); The Doppler frequency is relativized by dividing by the peak power and the Doppler frequency, and a spectrum normalizing unit that outputs the relativized spectrum as a normalized spectrum converted into a predetermined format, based on the normalized spectrum A target classification processing unit for classifying the targets (claim 1);
[0029]
The classification processing system may further include an unnecessary signal removing unit that removes an unnecessary component corresponding to a noise level from the target spectrum and outputs the signal to the spectrum normalizing unit.
[0030]
The classification processing system further includes a spectrum averaging unit that averages a plurality of standardized spectra for the same target input by a plurality of antenna scans and outputs an average value as an averaged spectrum. The unit may classify the target based on the averaged spectrum (claim 3).
[0031]
The spectrum averaging unit obtains an average value between the normalized spectrum in the current antenna scanning and the averaged spectrum held in the spectrum memory, and holds the average value in the spectrum memory as an averaged spectrum. The information may be output to the target classification processing unit (claim 4).
[0032]
The spectrum averaging unit obtains, for each antenna scan, the integrated value of the normalized power for each normalized Doppler frequency constituting the normalized spectrum, and the number of effective scans in which the normalized power is an effective value other than 0, By dividing the integral value by the number of effective scans, an average value of the normalized power for each normalized Doppler frequency is calculated, and the average value is output to the target classification processing unit as an averaged spectrum. 5).
[0033]
The detection and tracking system specifies a Doppler filter group consisting of multiple Doppler filters that extract and output only a signal with a specific Doppler frequency from the reflected signals, and the level of each Doppler filter output signal is specified. A clutter extraction unit that determines that the level is greater than or equal to the predetermined length and that the range is greater than or equal to the predetermined length, and outputs a determination result of the presence or absence of clutter for each Doppler filter at the target position to the classification processing system. Good (claim 6).
[0034]
The spectrum normalizing unit may calculate a target Doppler frequency range using Doppler filter information in the detection / tracking system, and detect a peak power of the target spectrum from the Doppler frequency range (claim 7). .
[0035]
The target classification processing unit may include a database including a standardized spectrum for each type of the reflection object, and may classify the target by obtaining a degree of coincidence between the averaged spectrum and the database (claim 8).
[0036]
The target classification processing unit has a database constructed for each target aspect angle indicating an angle between the moving direction of the target and the radar direction, inputs a target position and a target moving direction from a detection / tracking system, and The aspect angle may be calculated, and the target may be classified using a database corresponding to the calculated aspect angle (claim 9).
[0037]
The target classification processing unit calculates a target RCS based on the target position and the target received signal amplitude input from the detection / tracking system, and calculates a target RCS based on the target RCS and the target moving speed input from the detection / tracking system. May be narrowed down, and the target may be classified only for the narrowed down type (claim 10).
[0038]
In other words, the radar signal processing device according to the present invention has means for performing target classification processing while searching for and tracking a target. Specifically, an FFT process is performed on the received video signal input in each radar transmission pulse repetition period in the classification processing system, and detection / detection is performed for each antenna scan from the obtained target Doppler spectrum. FFT processing unit that extracts the Doppler spectrum of the target being tracked based on the tracking result of the target obtained by the tracking system, and unnecessary signal removal unit that removes spectrum components unnecessary for classification processing from the extracted target spectrum. From the target spectrum from which unnecessary spectrum components have been removed into a spectrum relative to the peak of the spectrum, which is less dependent on the moving direction and speed of the target, and further standardized to a format suitable for subsequent classification processing And a standardized spectrum for the same tracking target over the antenna scan. Spectrum averaging unit for disproportionation, and has a target classification processing unit that performs classification processing of the target from the averaged spectrum.
[0039]
Next, the operation of the radar signal processing device according to the present invention will be described.
[0040]
In order to execute the target search / tracking processing and the classification processing in parallel, Doppler spectrum data on the target to be identified can be obtained only intermittently. Therefore, the absolute Doppler spectrum of the target to be identified, which has been output in the conventional radar signal processing device, varies in various ways due to changes in speed and moving direction due to the time transition of the target.
[0041]
In the radar signal processing device according to the present invention, in order to be less susceptible to a change in the moving state of the target caused by a time change, a spectrum normalizing unit obtains a relative relationship with respect to a peak value of the spectrum. Is converted into a spectrum standardized in a format suitable for classification processing (hereinafter, referred to as "normalized spectrum"). Further, by averaging the normalized spectrum over the antenna scanning by the spectrum averaging unit, the spectrum display waveform is visually averaged by the operator in a conventional radar signal processing apparatus.
[0042]
Specifically, first, the FFT processing unit extracts only the FFT result (hereinafter, referred to as “target spectrum”) for the tracking target distance and direction specified from the detection / tracking system. Subsequently, an unnecessary signal removing unit removes, from the target spectrum, a spectrum component unnecessary for the classification process. Subsequently, in the spectrum normalizing unit, the target spectrum from which the unnecessary components have been removed is converted into a spectrum relative to the peak value, and then converted into a standardized spectrum suitable for classification processing.
[0043]
The standardized spectrum is output to the target classification processing unit as a spectrum averaged over a plurality of antenna scans in the spectrum averaging unit (hereinafter, referred to as “averaged spectrum”). This averaged spectrum is subjected to classification processing by the target classification processing unit, and is further output to the display control unit.
[0044]
According to the above-described operation, the radar signal processing device according to the present invention allows the antenna to be driven to search and track another target, and to perform classification processing of the target being tracked. In addition, since the standardized spectrum, the averaged spectrum, and the classification processing result are displayed on the display control unit, the target classification can be performed more easily than the conventional radar signal processing device.
[0045]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0046]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a radar signal processing device according to the present invention. Hereinafter, description will be made based on this drawing.
[0047]
The radar signal processing device 3 according to the present embodiment includes a detection / tracking system 5 that detects and tracks a target based on a reflected signal from the target, and a classification processing system that classifies a reflected object based on a Doppler frequency component of the reflected signal. 6 is provided. The classification processing system 6 inputs a target position from the detection / tracking system 5, and outputs an Doppler spectrum at the position as a target spectrum, an FFT processing unit 18 as a target spectrum output unit, and a noise level equivalent to a noise level from the target spectrum. An unnecessary signal removing unit 19 for removing unnecessary components and a power and a Doppler frequency constituting a target spectrum after removing the unnecessary components are relativized by dividing by a peak power and the Doppler frequency, and the relativized spectrum is obtained. A spectrum normalizing unit 20 that outputs a standardized spectrum converted into a predetermined format, and a plurality of standardized spectra for the same target input by a plurality of antenna scans are averaged, and the average value is used as an averaged spectrum. Output spectrum flat A unit 21, and a target classification processor 22 for classification processing target based on the average of the spectrum.
[0048]
In the radar signal processing device 3 of the present embodiment, the classification process can be performed even in an operation mode corresponding to the search mode of the conventional radar signal processing device (hereinafter, also referred to as “search mode”). Since this is an operational feature, only the part relating to the search mode will be described here. It is needless to say that if the radar signal processing device 3 is provided with a portion related to the generation of Doppler hearing sound of the conventional radar signal device, the function of the classification mode in the conventional radar signal device will be provided.
[0049]
The antenna unit 1 and the transmission / reception unit 2 may be the same as the conventional antenna unit 1 and the transmission / reception unit 2 shown in FIG. 6, respectively, and thus description thereof will be omitted.
[0050]
The radar signal processing device 3 is roughly divided into a detection / tracking system 5 and a classification processing system 6 as in the case of the conventional radar signal processing device. The detection / tracking system 5 includes a clutter suppression unit 7, a target detection / locating unit 8, and a target tracking unit 9 similar to those of the conventional radar processing apparatus, and also extracts a Doppler frequency at which clutter exists to the classification processing system 6. It comprises a clutter extraction unit 10 for transmitting. Hereinafter, the function of each unit constituting the detection / tracking system 5 will be described.
[0051]
The clutter suppression unit 7 includes a canceller 11, a detection system Doppler filter group 12, a CFAR processor 13, a maximum value selector 14, and the like. Except for a function of outputting the maximum signal filter number to the target detection / location unit 8, It has basically the same function as the conventional clutter suppressing section 57 of FIG. The canceller 11 suppresses fixed clutter.
[0052]
The detection system Doppler filter group 12 includes a plurality of Doppler filters arranged on a Doppler frequency axis at a frequency interval substantially corresponding to the pass bandwidth of each filter. The Doppler filter separates a target signal and a clutter on the Doppler frequency axis and, in order to improve the S / N ratio of the target signal, obtains a specific signal from coherent reception I and Q video data that are continuous for each radar transmission pulse period. Only signals having a Doppler frequency are intensively extracted.
[0053]
The CFAR processor 13 performs a CFAR (constant false alarm rate) process for each filter output of the detection system Doppler filter group 12 in order to keep the false alarm rate at the time of target detection processing in the subsequent stage low and constant.
[0054]
The maximum value selector 14 selects and outputs the signal having the maximum amplitude from among the filter outputs after the CFAR processing having the same radar processing range, and also performs the Doppler filter number (hereinafter, referred to as “maximum signal”) having the maximum signal. Filter number ").
[0055]
The target detecting / locating unit 8 has the maximum signal filter number (hereinafter, referred to as “target detecting filter number”) when detecting and locating the target, in addition to the functions of the conventional target detecting / locating unit 58 in FIG. And a function of outputting the target distance to the clutter extracting unit 10 by incorporating the target distance into the target tracking unit 9 and a target position, a received signal amplitude, and the like.
[0056]
Similar to the conventional target tracking unit 59 in FIG. 6, the target tracking unit 9 includes a prediction gate that is a target prediction position range in the current antenna scanning calculated based on the past orientation results obtained by the previous antenna scanning. In addition to the function of comparing the target position input this time and determining the target in the prediction gate as the tracking target, it is used for calculating the target number of the tracking target, the target position, the target detection filter number, and the prediction gate. It has a function of outputting the target speed, the target movement direction, and the like to the classification processing system 6 and the display control unit 4 as tracking results.
[0057]
The clutter extraction unit 10 includes a level determiner 15, a range determiner 16, a clutter filter selector 17, and the like, and performs classification processing on the filter numbers of the detection system Doppler filter groups 12 in which the clutter exists at the distance where the target is detected. Output to system 6.
[0058]
Here, the level determiner 15 performs a determination based on a threshold for detecting the presence or absence of clutter with respect to the level of the signal output from the detection system Doppler filter group 12 to each filter. And outputs a binary value indicating whether the threshold level has been exceeded to the range determiner 16 in units of processing range bins of the radar apparatus as hit detection signals corresponding to "hit" and "no hit", respectively.
[0059]
Further, the range determiner 16 makes a threshold determination on the length of the hit detection signal in the range direction, generally using the fact that the clutter has a spread in the range direction, and exceeds the predetermined threshold length. The binary value of whether or not the data is output to the clutter filter selector 17 as a clutter detection signal corresponding to “clutter present” and “clutter not present”, respectively.
[0060]
The clutter filter selector 17 samples the clutter detection signal input from the range determiner 16 at the target distance input from the target detection / orientation unit 8, and outputs a clutter detection signal at the target distance for each detection system Doppler filter. The presence / absence of the clutter detection signal is checked, and the Doppler filter number (hereinafter, referred to as “clutter filter number”) of the detection system whose clutter detection signal is “clutter present” is output to the classification processing system 6.
[0061]
Next, the configuration and functions of the classification processing system 6 will be described. The classification processing system 6 includes, in addition to the FFT processing unit 18, an unnecessary signal removing unit 19, a spectrum normalizing unit 20, a spectrum averaging unit 21, and a target classification processing unit 22, which are not included in the conventional classification processing system 56 of FIG. And so on. Hereinafter, the function of each unit of the classification processing system 6 will be described.
[0062]
The FFT processing unit 18 has an FFT calculation function equal to or more than that of the conventional FFT processing unit 68 of FIG. 6 and a Doppler spectrum of a target position input from the target tracking unit 9 from the temporarily stored FFT processing results. It has a function of extracting a certain target spectrum and outputting it to the unnecessary signal removing unit 19 and the display control unit 4.
[0063]
The unnecessary signal removing unit 19 inputs a category effective filter range, which is a range of the Doppler frequency of the target spectrum for which the classification process is valid, designated by the display control unit 4 by the operator, and enters the category effective filter range. Has a function of extracting only target spectrum data and a function of removing unnecessary signals such as noise and clutter, and includes a noise remover 23 and a clutter remover 24. Here, normally, the Doppler filter of the classification processing system 6 in which the Doppler frequency in FIG. 7 where the influence of the fixed clutter is great near 0 and near the radar transmission pulse repetition frequency (PRF) is excluded from the classification effective filter range.
[0064]
Further, the noise remover 23 sets the spectrum data corresponding to the noise level in the target spectrum in the specified range to “0” and outputs the spectrum data to the clutter remover 24. The clutter remover 24 sets the input target spectrum data to “0” for the Doppler frequency corresponding to the pass frequency band of the clutter filter number input from the clutter extraction unit 10.
[0065]
The spectrum normalizing unit 20 standardizes a Doppler spectrum that fluctuates variously according to a change in a moving direction and a speed of a target into a format that can be processed by the target classification processing unit 22 (hereinafter, referred to as a “normalized spectrum”). , And has a function of outputting a peak detector 25 and a normalization calculator 26.
[0066]
Here, the peak detector 25 obtains the peak value of the power and the Doppler frequency at that time from the input target spectrum data in the Doppler frequency range corresponding to the target detection filter number input from the target tracking unit 9, and obtains the target spectrum. At the same time, the data is output to the normalization calculator 26.
[0067]
Further, the normalization calculator 26 divides the power and Doppler frequency of the target spectrum by the peak power input from the peak detector 26 and the Doppler frequency at that time, respectively, thereby obtaining a spectrum relative to the peak (hereinafter referred to as “the peak power”). The relative spectrum is further converted into a normalized spectrum having a format suitable for the classification process, and output to the spectrum averaging unit 21 and the display control unit 4.
[0068]
The spectrum averaging unit 21 includes a spectrum memory 28 and an average calculator 27, and outputs an averaged spectrum, which is an average spectrum of the normalized spectrum obtained for each antenna scan.
[0069]
Here, the spectrum memory 28 receives a tracking target number from the target tracking unit 9, reads out the averaged spectrum up to the previous antenna scan stored for the target number, and outputs the averaged spectrum to the average calculator 27. And a function of recording the averaged spectrum output by the average calculator 27.
[0070]
The average calculator 27 calculates the average value of the normalized spectrum input from the spectrum normalizing unit 20 and the averaged normalized spectrum up to the previous antenna scan input from the spectrum memory 28. Is output to the spectrum memory 28 and the display control unit 4.
[0071]
Here, in order to make the hardware scale of the spectrum averaging unit 20 as small as possible, the configuration example in which the averaged spectrum of the spectrum memory 28 is overwritten and updated for each antenna scan has been described. However, when the spectrum memory capacity can be increased, Alternatively, a standardized spectrum for each of a plurality of antenna scans in the past may be stored, and an average value may be obtained from the standardized spectrum for the plurality of scans and the standardized spectrum input in the current antenna scan.
[0072]
The target classification processing unit 22 basically performs target classification processing based on the averaged spectrum input from the spectrum averaging unit 21. Here, the target classification processing based on the averaged spectrum may be any method as long as the processing uses a spectrum waveform as an information source. For example, evaluation of the degree of coincidence with typical standardized spectrum data (hereinafter, referred to as “database”) constructed in advance for each target type, and typical statistical analysis results on variance, symmetry, and the like of an averaged spectrum waveform. Comparison with statistical data.
[0073]
The target type having the highest correlation with the database and the certainty degree of the classification result for each target type with respect to the input averaged spectrum, which are obtained by the target classification processing in the target classification processing unit 22, are obtained by the target classification processing result. Is output to the display control unit 4. A function of calculating a target RCS (effective reflection area) from the position of the tracking target input from the target tracking unit 9 and the received signal amplitude and storing the same with the moving speed input from the target tracking unit 9; By adding a function for narrowing down classification target candidates assumed based on the RCS and the moving speed accumulated in the target classification processing unit 22 to the target classification processing unit 22, the efficiency of the classification processing can be improved.
[0074]
The display control unit 4 has basically the same function as the conventional display control unit 54 of FIG. 6, and also has a function of displaying a standardized spectrum, an averaged spectrum, and a classification processing result.
[0075]
Next, the operation of the radar signal processing device 3 of the present embodiment will be described.
[0076]
The received I and Q videos are input from the transmission / reception unit 2 to the radar signal processing device 3 every radar transmission pulse period, and are branched into the detection / tracking system 4 and the classification processing system 5 inside the radar signal processing device 3. You. The operation of the detection / tracking system 4 and the classification processing system 5 will be described below.
[0077]
The detection and tracking system 5 performs detection of a target based on the received I and Q video signals, localization of the detection target, and tracking of the target similarly to the conventional detection and tracking system 55 of FIG. 6, and is superimposed on the target spectrum. A clutter extraction operation for removing moving clutter at the time of classification processing is performed. The classification processing system 6 automatically classifies the types of targets detected and tracked by the detection and tracking system 5.
[0078]
Hereinafter, the operation contents of the detection / tracking system 4 and the classification processing system 5 will be sequentially described along the signal flow.
[0079]
The received I and Q video signals branched and input to the detection / tracking system 4 are input to the clutter suppression unit 7 in the same manner as the conventional detection / tracking system 54 of FIG. 6, and after the fixed clutter component is suppressed by the canceller 11. Are output from the detection system Doppler filter group 12 as video signals separated from each other on the Doppler frequency axis. An output signal from each filter of the detection system Doppler filter group 12 is branched to the CFAR processor 13 side and the clutter extraction unit 10 side. The operation of the detection / tracking system 5 will be described below in accordance with the flow of each branched signal.
[0080]
The signal input to the CFAR processor 13 is subjected to CFAR processing for each filter output in the CFAR processor 13 and output to the maximum value selector 14. The maximum value selector 14 selects, for each range bin processed by the radar, a signal having the maximum amplitude and its filter number (hereinafter, referred to as a “maximum signal filter number”) from the output signals of the respective filters after the CFAR processing. And outputs it to the target detection and orientation unit 8. Here, the former signal having the maximum amplitude is sent to the display control unit 4 as processed video and displayed.
[0081]
The target detecting and locating unit 8 performs target detection and position locating in the same manner as the conventional target detecting and locating unit 58 shown in FIG. 6, and determines the distance and direction (hereinafter, referred to as “located position”) at which the target is detected and located. , And outputs the processed video amplitude and the maximum signal filter number at the location to the target tracking unit 9 and the display control unit 4 as the location results.
[0082]
The orientation result input to the target tracking unit 9 is compared with a prediction gate indicating the target predicted position range in the current scan calculated from the orientation results up to the previous scan, similarly to the processing in the conventional target tracking unit 9 in FIG. Is done. When there are a plurality of orientation results inside the prediction gate, among them, the one having the orientation result with the highest correlation with the target being tracked is determined as the true tracking target.
[0083]
Here, when multi-target tracking is performed, calculation of a prediction gate and correlation processing of tracking are performed for each target number of a tracking target managed by the target tracking unit 9. The target number, the orientation of the tracking target, the target detection filter number at which the tracking target was detected, and the target moving direction and target speed used for calculating the prediction gate are sent to the classification processing system 6 and the display control unit 4 as tracking results. Is output.
[0084]
On the other hand, the signal branched from the detection system Doppler filter group 12 to the clutter extraction unit 10 is subjected to threshold determination for the signal level in the level determiner 15 for each filter output, and exceeds the threshold level. The signal is converted into a binary state signal (hereinafter, referred to as a "hit detection signal"), which is "hit" and a signal below the threshold level is "no hit", and is output to the range determiner 16. Is done.
[0085]
The range determiner 16 performs a threshold determination on the length in the range direction of the hit detection signal for each Doppler filter, and outputs a "hit" signal exceeding a predetermined range length as "clutter" and a predetermined range length. The following "hit" signal and "no hit" signal are output to the clutter filter selector 17 as a binary state signal of "no clutter" (hereinafter referred to as "clutter detection signal").
[0086]
The clutter filter selector 17 checks the state of the clutter detection signal at the target distance based on the target distance signal input from the target detection and orientation unit 8, and detects the detection system Doppler filter in the “clutter existence” state. The filter number of the group 12 is output to the classification processing system 6.
[0087]
Next, the operation of the classification processing system 6 will be described in detail with reference to the drawings. The received I and Q videos input from the transmission / reception unit 2 at every radar transmission pulse period are subjected to the same FFT processing as the conventional FFT processing unit 68 of FIG. 6 in the FFT processing unit 18 and temporarily stored as spectrum data. Only the spectrum data corresponding to the target position input from the target tracking unit 9 (the target spectrum in FIG. 2A) is extracted from the temporarily stored spectrum data, and the unnecessary signal removing unit 19 and Output to the display control unit 4. Since the target spectrum obtained here is raw data directly reflecting the target moving speed in the radar direction at that time, if the target moving speed in the radar direction changes every moment, it fluctuates with each antenna scan. Will be.
[0088]
In the related art, an operator visually checks a target spectrum continuously displayed in the classification mode, and classifies the target based on his / her own visual memory and classification experience. On the other hand, in the present invention, each unit of the classification processing system 6 is operated so that the device performs the work conventionally performed by a human.
[0089]
In order to perform target classification using the target spectrum that fluctuates every moment even for the same target, it is difficult to depend on the target velocity in the radar direction or the input signal amplitude that changes depending on the target distance. It is important to hold the characteristic spectrum waveform at the stage before the classification processing. For example, if the target is a vehicle, the Doppler frequency range in which a categorically significant target spectrum appears is between 0 and 2 fp, and the relative relationship of the spectrum waveform to the peak value of the spectrum is a specific relationship depending on the type of the target. become. Here, fp is the Doppler frequency corresponding to the target velocity in the radar direction, and is usually the Doppler frequency when the spectrum has a peak value. Therefore, it is effective to use this relative relationship as a database for classification processing.
[0090]
In the radar signal processing device 3 of the present embodiment, a relative spectrum is obtained by dividing the power and the Doppler frequency of the target spectrum by the peak power and the Doppler frequency, respectively, and this relative spectrum is converted into a format suitable for classification processing. The data is converted into a unified standardized spectrum, and classification processing is further performed using an averaged spectrum obtained by averaging the standardized spectrum for each antenna scan.
[0091]
Hereinafter, the operation of each unit of the newly added classification processing system 6 in the radar signal processing device 3 of the present embodiment will be described.
[0092]
As a premise of performing the classification process using the normalized spectrum, it is necessary to remove unnecessary signals other than the classification target in the target spectrum. The reason is as follows. The spectrum component corresponding to the noise level and the spectrum component of the Doppler frequency on which the clutter is superimposed are unnecessary components that cannot be used for the classification process because they do not hold the target original normalized spectrum shape. Furthermore, when the average value of the normalized spectrum is calculated using these unnecessary components, the average power of the normalized spectrum at the normalized Doppler frequency of the unnecessary components is isolated from the power of the original target normalized spectrum. This is because there is a risk of doing so. For the above-described reason, the input target spectrum is extracted from the unnecessary signal removing unit 19 by extracting only the target spectrum within the classification processing filter range specified by the operator on the display control unit 4, as well as the noise component and the moving clutter component. Is removed.
[0093]
First, the target spectrum within the categorized effective filter range is compared with a threshold level set to a level slightly higher than the noise level in the noise remover 23, and the spectrum data below the threshold level TH is shown in FIG. It is set to “0” as shown in b).
[0094]
Subsequently, in the clutter remover 24, the spectrum data in the Doppler frequency range corresponding to the pass frequency band of the Doppler filter number of the detection system in which the clutter exists, transmitted from the clutter extraction unit 10, is shown in FIG. As described above.
[0095]
The target spectrum for which the unnecessary spectrum data power is set to “0” by the unnecessary signal removing unit 19 is format-converted by the spectrum normalizing unit 20 into a standardized spectrum that can be processed by the target classification processing unit 22 at the subsequent stage.
[0096]
First, the peak of the target spectrum for obtaining the relative spectrum is detected by the peak detector 25. Here, as shown in FIG. 3D, the peak of the target spectrum is detected by the peak detector 25 from within the Doppler frequency range corresponding to the pass bandwidth of the target detection filter number transmitted from the target tracking unit 9. Is done. This means that if a Doppler frequency that does not correspond to the target detection filter number transmitted from the target tracking unit 9 has a spectrum having a power larger than the target peak spectrum, the target spectrum is erroneously determined when the relative spectrum is obtained. There is an effect of preventing division by a Doppler frequency other than the center Doppler frequency.
[0097]
Note that the peak spectrum at the Doppler frequency that does not correspond to the target detection filter number is removed by the maximum value selector 14 in the detection / tracking system 5. Therefore, since this peak spectrum is a steep spectrum with a small spread on the Doppler frequency axis even if the peak value is large, it is unlikely that the speed corresponding to the Doppler frequency is the true target moving speed.
[0098]
Subsequently, the target spectrum is standardized by the standardization arithmetic unit 26 into a format suitable for processing in the target classification processing unit 22 in the subsequent stage, as shown in FIG. First, each data constituting the target spectrum is divided by the peak power detected by the peak detector 25 and its Doppler frequency to be converted into a relative spectrum.
[0099]
The relative power PNi for the i-th target spectrum component Pi on the Doppler frequency axis is obtained by the following equation.
PNi = Pi / Pp × K (i = 0, 1,..., N−1)
Here, Pp: peak power detected by the peak detector 25
K: constant (constant for adjusting the peak value of the standardized spectrum to the classification processing database held in the target classification processing unit 22)
n: the number of FFT points in the FFT processing unit 18
Here, when the relative power PNi exceeds K, the relative power is set to “0”.
[0100]
Further, the relative Doppler frequency FNi with respect to the i-th Doppler frequency Fi on the Doppler frequency axis is obtained by the following equation.
FNi = Fi / Fp (i = 0, 1,..., N-1)
Where Fp is the peak Doppler frequency detected by the peak detector 25 (the Doppler frequency corresponding to the target velocity in the radar direction).
n: the number of FFT points in the FFT processing unit 18
FN0 = 0 [Hz]
Here, the relative Doppler frequency FNi decreases when the peak Doppler frequency Fp is large, and increases when the peak Doppler frequency Fp is small. Therefore, the range or interval of data that the relative Doppler frequency FNi can take varies for each antenna scan depending on the target moving speed in the radar direction.
[0101]
Therefore, the relative Doppler frequency calculated by the above equation is sampled in a format suitable for the classification process, as shown in FIG. As in case A of FIG. 4, when the input relative Doppler frequency has a smaller interval than the standardized Doppler frequency after sampling in the classification processing format, it corresponds to the standardized Doppler frequency Fsx after sampling. The average value of the relative power at a plurality of relative Doppler frequencies is the normalized power after sampling at the normalized Doppler frequency Fsx. On the other hand, when the input relative Doppler frequency has a wider interval than the normalized Doppler frequency in the classification processing format as in the case B of FIG. 4, the relative Doppler frequency corresponding to the normalized Doppler frequency Fsx Is the normalized power after sampling at the normalized Doppler frequency Fsx.
[0102]
The standardized spectrum standardized by the spectrum standardizing unit 20 into a format suitable for the classification process is input to the spectrum averaging unit 21. The input standardized spectrum and the standardized spectrum (averaged spectrum) read out from the spectrum memory 28 in accordance with the tracking target number transmitted from the target tracking unit 9 and subjected to averaging processing up to the previous antenna scanning are as follows. As shown in FIG. 3 (f), the averaged value is averaged in the average value calculator 27, sent to the target classification processing section 22 as an averaged spectrum in the current antenna scanning, and is sent to the spectrum memory 28 of the tracking target number. Output and saved.
[0103]
Here, the averaging process in the spectrum averaging unit 21 is for calculating an average value of normalized powers at the same normalized Doppler frequency Fsx of the normalized spectrum. However, when the normalized power at a certain normalized Doppler frequency Fsy is 0, the normalized power on the non-zero side is left as an average value as it is. When both normalized powers at a certain normalized Doppler frequency Fsz are 0, the average value is 0.
[0104]
If a target whose tracking has been newly started or a standardized spectrum of a target that has been detected but not tracked is input, the normalized power of the spectrum memory 28 is all 0, so that the input is performed. The standardized spectrum is output as it is as the averaged spectrum.
[0105]
The averaged spectrum is input to the target classification processing section 22, where the target classification processing is performed. Here, the contents of the target classification processing may be any method as long as the processing uses a spectrum waveform as an information source as described above. Here, a database constructed in advance for each target type is used. The operation of the classification processing by evaluating the degree of coincidence of is described.
[0106]
Prior to performing the classification, the target classification processing unit 22 narrows down and selects the original database for calculating the coincidence based on the RCS, the moving speed, and the moving direction of the tracking target. First, the operation of narrowing down the database from the RCS and the moving speed will be described.
[0107]
The target RCS is generally given by the following equation from the radar equation.
RCS = (4π)3・ Pr ・ R4/ ｛Pt ・ Gt ・ Gr ・ λ2｝
Here, Pt: transmission power
Pr: received power
Gt: transmission antenna gain
Gr: receiving antenna gain
λ: free space wavelength
R: target distance
Here, Pt, Gt, Gr, and λ are known values specific to the radar device. Further, R and Pr are obtained from the target position obtained from the target tracking unit 9 and the received signal amplitude. Therefore, the target RCS can be calculated from the above equation.
[0108]
The calculated RCS and the target speed input from the target tracking unit 9 are accumulated for each antenna scan. Due to the characteristics of the target type, the probability that the target being tracked is a target that cannot have the stored target RCS or target speed is 0, and therefore the calculation of the degree of coincidence using the target type database is It becomes unnecessary.
[0109]
Next, an operation of selecting a database from a target moving direction will be described.
[0110]
In general, the target Doppler spectrum has an almost reverse arrangement of the spectrum on the Doppler frequency axis when approaching the radar and when distant from the radar. For example, if the target having the spectrum of FIG. 7 moves in the opposite direction with respect to the radar at the same speed, the spectrum of f1 appears as the spectrum of fn−1, and the spectrum of fn−1 appears as the spectrum of f1. However, the target structure generally does not have exactly the same shape before and after the moving direction, and the situation of exposure of the rotating part in the radar direction is different. Therefore, the reversal of the arrangement of the spectrum on the Doppler frequency axis due to the reversal of the target moving speed in the radar direction mainly appears near the Doppler frequency where the spectrum has a peak.
[0111]
Therefore, it is desirable that the spectrum serving as a database has at least two cases, that is, a case where the target approaches the radar and a case where the target moves away from the radar. It is desirable to have each. When calculating the degree of coincidence between the input averaged spectrum and the database, a database of the aspect angle closest to the aspect angle calculated from the moving direction and the target direction of the target is used.
[0112]
Using the database narrowed down by the above operation, the degree of coincidence between the input averaged spectrum and the database for each target type is evaluated. The degree of coincidence is, for example, a unit standard obtained by calculating the squared error of the normalized power of the same normalized Doppler frequency and dividing the sum of the squared errors by the number of samples of the normalized Doppler frequency used for the calculation of the squared error. Can be evaluated based on the magnitude of the square error per normalized Doppler frequency.
[0113]
At the time of evaluation of the degree of coincidence, if there is a normalized Doppler frequency whose input averaged spectrum data is 0, it is excluded from the calculation of the square error. The degree of coincidence between the input averaged spectrum and a plurality of databases different for each target type can be evaluated by performing a stepwise threshold determination for a square error per unit normalized Doppler frequency. The evaluation result of the degree of coincidence and the square error per unit normalized Doppler frequency are output to the display control unit 4 as a part of the classification processing result and displayed.
[0114]
The orientation result and tracking result obtained by the detection / tracking system 5 and the target spectrum, standardized spectrum, averaged spectrum, and classification result obtained by the classification processing system 6 are displayed on the screen of the display control unit 4. You. Thus, unlike the related art, the operator can easily obtain the target search and tracking and the classification result without stopping the search and tracking.
[0115]
FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the radar signal processing device according to the present invention. Hereinafter, description will be made based on this drawing.
[0116]
The radar signal processing device 33 of this embodiment differs from the radar signal processing device 3 of FIG. 1 in the configuration and operation of the spectrum averaging unit 31 and the output data to the classification processing system 36 of the target tracking unit 9. Is that the scan number of the tracking target has been added to. Therefore, the configuration and operation of the spectrum averaging unit 31 will be mainly described here.
[0117]
The spectrum averaging unit 31 includes an invalid scanning number calculator 29, an integrator 30, and an average value calculator 37. The invalid-scanning-number calculator 29 obtains the number of scans at which the normalized power for each normalized Doppler frequency sampled in the classification processing format becomes 0 (hereinafter referred to as “invalid antenna scanning number”). The integrator 30 integrates, for each normalized Doppler frequency, the normalized power of the normalized spectrum that has been standardized for classification processing. The average calculator 37 receives the scan number input from the target tracking unit 9 indicating the number of scans in which the target tracking for the tracking target has succeeded, the invalid antenna scan number input from the invalid scan number calculator 29, and the integration. An average value of the normalized power is obtained for each normalized Doppler frequency based on the integration result up to the current antenna scanning input from the detector 29.
[0118]
The spectrum averaging unit 21 in FIG. 1 calculates an average value between the input standardized spectrum and the averaged spectrum up to the previous antenna scan. On the other hand, the spectrum averaging unit 31 of the present embodiment integrates all the effective spectrum data whose normalized power at the same normalized Doppler frequency is not 0 among the normalized spectrums input up to the current antenna scanning. Then, an averaged spectrum is obtained by dividing the integration result by the number of effective scans whose data is not zero. Hereinafter, the operation will be described.
[0119]
The invalid scanning number calculator 29 counts and holds the invalid scanning number Nz at which the data becomes 0 for each standardized Doppler frequency, and every time the standardized spectrum of the tracking target is input, the standardized Doppler frequency is calculated. The number of invalid scans Nz in each current antenna scan is output to the average calculator 27. The integrator 29 integrates the normalized power for each normalized Doppler frequency every time the normalized spectrum of the tracking target is input, and outputs the integrated power to the average calculator 27.
[0120]
When the scan number input from the target tracking unit 9 is k, the integration result PSi up to the current antenna scan at the i-th normalized Doppler frequency is calculated by the following equation.
PSi = Σk m = 1(Pim)
Here, Pim is the normalized power at the scan number m at the i-th normalized Doppler frequency.
[0121]
The averaging calculator 37 calculates an averaging spectrum for target classification using the number of invalid scans and the integration result input for each normalized Doppler frequency. When the scan number is k, the averaged normalized power PAi at the i-th normalized Doppler frequency is calculated by the following equation using the integration result PSi and the number of invalid scans Nzi at the i-th normalized Doppler frequency. You.
PAi = PSi / (k-Nzi)
[0122]
The averaged spectrum obtained by the above processing is subjected to classification processing in the target classification processing unit 22 in the same procedure as in the case of the radar signal processing device 3 of FIG.
[0123]
Note that the present invention is not limited to radar using electromagnetic waves, but can also be applied to sonar and the like using sound waves.
[0124]
【The invention's effect】
According to the radar signal processing device of the present invention, target classification can be executed quickly and accurately. The reason is that by normalizing both the power and the Doppler frequency with respect to the Doppler spectrum that changes variously due to the fluctuation of the moving direction and speed of the target, it is possible to accurately extract the relative relationship specific to the target type. That's why. As a result, it is only necessary to construct a collation database for the standardized Doppler spectrum instead of all Doppler spectra, so that the time required for collation can be reduced.
[0125]
According to the radar signal processing device of the second aspect, since unnecessary components corresponding to the noise level are removed from the target spectrum and output to the spectrum normalizing unit, the target can be classified more accurately.
[0126]
According to the radar signal processing device of the third aspect, a plurality of normalized spectra for the same target input by a plurality of antenna scans are averaged, and the average value is output as an averaged spectrum. Since the target is classified based on the normalized spectrum, even if the Doppler spectrum changes according to the moving direction and speed of the target for each antenna scan, the target can be classified more accurately in combination with the standardization described above.
[0127]
According to the radar signal processing device of the fourth aspect, an average value is obtained between the standardized spectrum in the current antenna scanning and the averaged spectrum held in the spectrum memory, and the average value is averaged. By storing the spectrum in the spectrum memory and outputting the spectrum to the target classification processing unit, it is not necessary to store the standardized spectrum for each antenna scan, so that the storage capacity can be reduced.
[0128]
According to the radar signal processing apparatus of the present invention, only a signal having a specific Doppler frequency is extracted from the reflected signals, and a signal whose level is equal to or more than a specified level and whose range is equal to or more than a predetermined length is cluttered. By judging that clutter can be eliminated, the accuracy of the classification process can be improved.
[0129]
According to the radar signal processing device of the present invention, the target Doppler frequency range is calculated using the Doppler filter information in the detection / tracking system, and the peak power of the target spectrum is detected from the Doppler frequency range. Accordingly, clutter and noise can be eliminated, so that the accuracy of the classification process can be improved and the peak search can be facilitated.
[0130]
According to the radar signal processing apparatus of the ninth aspect, by using the database constructed for each target aspect angle and the calculated aspect angle, the aspect angle is also considered, so that the accuracy of the classification processing can be improved. Can be further improved.
[0131]
According to the radar signal processing device of the tenth aspect, the type of the target is narrowed based on the target RCS and the target moving speed, and the classification process is performed only on the narrowed type, so that the efficiency of the classification process can be improved. . For example, there is a possible range of the target RCS and the target moving speed according to a person, a car, and the like.
[0132]
In other words, according to the radar signal processing device of the present invention, it is possible to perform target classification processing while performing search and tracking of a target. The reason is that from the Doppler spectrum of the target, which can be obtained only intermittently for each antenna scan, and thus varies variously depending on the movement direction and movement speed of the target, the relative relationship inside the spectrum specific to the target type is calculated. Means for normalizing the spectrum for both power and Doppler frequency to extract, and furthermore, the standardized target spectrum obtained for each antenna scan with respect to the same tracking target, over the antenna scan. This is because there are means for averaging, and means for classifying the target using the averaged spectrum.
[0133]
In addition, the labor and skill of the operator required for the target classification process are reduced. The reason is that the function of outputting as a standardized spectrum indicating the relative relationship with the peak value of the spectrum which is hardly dependent on the change in the target speed of the target Doppler spectrum, and this normalized spectrum is averaged over the antenna scanning This is because it has a function of outputting an averaged spectrum, and further has means for automatically performing a target classification process using the averaged spectrum.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a radar signal processing device according to the present invention.
2A and 2B are graphs showing a Doppler spectrum processing process in the radar signal processing apparatus of FIG. 1, wherein FIG. 2A shows an input target Doppler spectrum, FIG. 2B shows a Doppler spectrum at the time of noise removal processing, and FIG. Is the Doppler spectrum at the time of clutter removal processing.
3A and 3B are graphs showing a Doppler spectrum processing process in the radar signal processing device of FIG. 1, wherein FIG. 3D is a Doppler spectrum at the time of peak detection processing, and FIG. 3E is a normalized spectrum after the spectrum normalization processing. The normalized spectrum held in the spectrum memory, and (f) is the averaged spectrum.
FIG. 4 is a table showing a method of calculating a standardized spectrum in a format suitable for classification processing in the radar signal processing device of FIG. 1;
FIG. 5 is a block diagram showing a second embodiment of the radar signal processing device according to the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a conventional radar signal processing device.
FIG. 7 is a graph showing an example of a target Doppler spectrum.
FIGS. 8A and 8B are graphs showing a relationship between a Doppler filter of a detection / tracking system and a classification processing system, wherein FIG. 8A is a detection / tracking system and FIG. 8B is a classification processing system.
[Explanation of symbols]
1 Antenna
2 Transceiver
3,33 Radar signal processor
4 Display control unit
5 Detection and tracking system
6,36 Classification system
7 Clutter suppression unit
8 Target detection / location section
9 Target tracking unit
10 Clutter extraction unit
11 Canceller
12 Doppler filter group for detection system
13 CFAR processor
14 Maximum value selector
15 Level judgment device
16 Range judgment device
17 Clutter filter selector
18 FFT processing unit (target spectrum output unit)
19 Unwanted signal remover
20 Spectrum Standardization Department
21,31 Spectrum averaging unit
22 Target classification processing section
23 Noise remover
24 Clutter remover
25 Peak detector
26 Standardized arithmetic unit
27,37 Average calculator
28 Spectrum Memory
29 Invalid scan number calculator
30 integrator

Claims (10)

目標からの反射信号に基づき当該目標の検出及び追尾を行う検出・追尾系と、前記反射信号のドップラスペクトラムに基づき反射物体を類別する類別処理系とを備えたレーダ用信号処理装置において、
前記類別処理系は、
前記検出・追尾系から前記目標の位置を入力して、その位置における前記ドップラスペクトラムを目標スペクトラムとして出力する目標スペクトラム出力部と、
前記目標スペクトラムを構成するパワー及びそのドップラ周波数について、ピークパワー及びそのドップラ周波数で除算することにより相対化し、その相対化されたスペクトラムを所定のフォーマットに変換した規格化スペクトラムとして出力するスペクトラム規格化部と、
前記規格化スペクトラムに基づき前記目標を類別処理する目標類別処理部と、
を備えたことを特徴とするレーダ用信号処理装置。In a radar signal processing device including a detection and tracking system that performs detection and tracking of the target based on a reflection signal from the target, and a classification processing system that classifies a reflection object based on a Doppler spectrum of the reflection signal,
The classification processing system includes:
A target spectrum output unit that inputs the position of the target from the detection / tracking system and outputs the Doppler spectrum at that position as a target spectrum,
A spectrum normalizing unit that relativizes the power and the Doppler frequency constituting the target spectrum by dividing by the peak power and the Doppler frequency, and outputs the relativized spectrum as a normalized spectrum converted into a predetermined format. When,
A target classification processing unit that classifies the target based on the standardized spectrum,
A signal processing device for radar, comprising: 前記類別処理系は、
前記目標スペクトラムからノイズレベル相当の不要成分を除去して前記スペクトラム規格化部へ出力する不要信号除去部を更に備えた、
請求項１記載のレーダ用信号処理装置。The classification processing system includes:
An unnecessary signal removing unit that removes an unnecessary component corresponding to a noise level from the target spectrum and outputs the signal to the spectrum normalizing unit,
The radar signal processing device according to claim 1. 前記類別処理系は、
複数回のアンテナ走査によって入力された同一の前記目標についての複数の前記規格化スペクトラムを平均化し、その平均値を平均化スペクトラムとして出力するスペクトラム平均化部を更に備え、
前記目標類別処理部が前記平均化スペクトラムに基づき前記目標を類別処理する、
請求項１又は２記載のレーダ用信号処理装置。The classification processing system includes:
A spectrum averaging unit that averages a plurality of the normalized spectra for the same target input by a plurality of antenna scans and outputs the average value as an averaged spectrum,
The target classification processing unit classifies the target based on the averaged spectrum,
The radar signal processing device according to claim 1. 前記スペクトラム平均化部は、
今回のアンテナ走査における前記規格化スペクトラムと、スペクトラムメモリ中に保持されている平均化スペクトラムとの間で平均値を求め、
その平均値を前記平均化スペクトラムとして前記スペクトラムメモリに保持するとともに前記目標類別処理部へ出力する、
請求項３記載のレーダ用信号処理装置。 The spectrum averaging unit includes:
An average value is obtained between the normalized spectrum in the current antenna scanning and the averaged spectrum held in the spectrum memory,
Outputting the average value to the target classification processing unit while holding the average value in the spectrum memory as the averaged spectrum,
The radar signal processing device according to claim 3 . 前記スペクトラム平均化部は、
前記アンテナ走査毎に、前記規格化スペクトラムを構成する規格化ドップラ周波数毎の規格化パワーの積分値と、当該規格化パワーが０以外の有効値であった有効走査数とを求め、
前記積分値を前記有効走査数で除算することにより、前記規格化ドップラ周波数毎の規格化パワーの平均値を算出し、
その平均値を前記平均化スペクトラムとして前記目標類別処理部へ出力する、
請求項３記載のレーダ用信号処理装置。 The spectrum averaging unit includes:
For each antenna scan, the integrated value of the normalized power for each normalized Doppler frequency that constitutes the normalized spectrum, and the number of effective scans whose normalized power was an effective value other than 0,
By dividing the integral value by the number of effective scans, an average value of normalized power for each normalized Doppler frequency is calculated,
Outputting the average value to the target classification processing unit as the averaged spectrum,
The radar signal processing device according to claim 3 . 前記検出・追尾系は、
前記反射信号の中から特定のドップラ周波数を持つ信号のみを抽出して出力する複数のドップラフィルタからなるドップラフィルタ群と、
前記各ドップラフィルタの出力信号に対して、そのレベルが規定レベル以上、かつそのレンジが所定長以上であるものをクラッタと判定し、前記目標の位置における前記各ドップラフィルタ毎にクラッタ有無の判定結果を前記目標類別処理部へ出力するクラッタ抽出部とを備えた、
請求項１、２、３、４又は５記載のレーダ用信号処理装置The detection and tracking system includes:
A Doppler filter group including a plurality of Doppler filters that extract and output only a signal having a specific Doppler frequency from the reflected signals,
For the output signal of each Doppler filter, a signal whose level is equal to or greater than a specified level and whose range is equal to or greater than a predetermined length is determined as clutter, and the result of determining whether or not clutter exists for each Doppler filter at the target position And a clutter extraction unit that outputs the target classification processing unit,
The radar signal processing apparatus according to claim 1, 2, 3, 4, or 5. 前記スペクトラム規格化部は、
前記検出・追尾系におけるドップラフィルタ情報を用いて前記目標のドップラ周波数範囲を算定し、
そのドップラ周波数範囲の中から前記目標スペクトラムのピークパワーを検出する、
請求項１、２、３、４、５又は６記載のレーダ用信号処理装置。The spectrum normalization unit,
Using the Doppler filter information in the detection and tracking system to calculate the Doppler frequency range of the target,
Detecting the peak power of the target spectrum from the Doppler frequency range,
The radar signal processing device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, or 6. 前記目標類別処理部は、
反射物体の種類毎の前記規格化スペクトラムからなるデータベースを有し、
前記平均化スペクトラムと前記データベースとの一致度を求めることにより前記目標を類別処理する、
請求項１、２、３、４、５、６又は７記載のレーダ用信号処理装置。The target classification processing unit,
Having a database consisting of the standardized spectrum for each type of reflective object,
Classifying the target by determining the degree of coincidence between the averaged spectrum and the database,
The radar signal processing device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, or 7. 前記目標類別処理部は、
前記目標の移動方向とレーダ方向とのなす角を示す目標アスペクト角毎に構築されたデータベースを有し、
前記検出・追尾系から目標位置及び目標移動方向を入力し、その目標のアスペクト角を算出し、算出されたアスペクト角に対応する前記データベースを利用して前記目標を類別処理する、
請求項１、２、３、４、５、６、７又は８記載のレーダ用信号処理装置。The target classification processing unit,
Having a database constructed for each target aspect angle indicating the angle between the moving direction of the target and the radar direction,
A target position and a target moving direction are input from the detection / tracking system, an aspect angle of the target is calculated, and the target is classified using the database corresponding to the calculated aspect angle.
The radar signal processing device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, or 8. 前記目標類別処理部は、
前記検出・追尾系から入力した目標位置と目標受信信号振幅とに基づき目標ＲＣＳを算出し、この目標ＲＣＳと前記検出・追尾系から入力した目標移動速度とに基づき想定される目標の種類を絞り込み、絞り込まれた種類に対してのみ目標を類別処理する、
請求項１、２、３、４、５、６、７、８又は９記載のレーダ用信号処理装置。The target classification processing unit,
A target RCS is calculated based on a target position and a target received signal amplitude input from the detection / tracking system, and a type of a target assumed is narrowed down based on the target RCS and a target moving speed input from the detection / tracking system. , Categorize goals only for the narrowed types,
The radar signal processing device according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9.
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