JP4664839B2 - Detection distance calculation method and radar system using the same - Google Patents
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Description
本発明は、レーダ装置の探知距離を算出する探知距離算出方法およびこれを用いたレーダシステムに関する。 The present invention relates to a detection distance calculation method for calculating a detection distance of a radar apparatus and a radar system using the detection distance calculation method.
レーダ装置の実際の探知距離を評価するためには、目標機を飛行させて、レーダ装置によって検出された検出情報を収集し、この収集した検出情報を処理することによって所定の距離における探知確率を算出し、この算出された探知確率が所定の確率を満足しているか否かを判断する必要がある。収集された検出情報の処理は、一般に、データ解析装置において実施される。 In order to evaluate the actual detection distance of the radar device, the detection information detected by the radar device is collected by flying the target aircraft, and the detection probability at a predetermined distance is processed by processing the collected detection information. It is necessary to calculate and determine whether or not the calculated detection probability satisfies a predetermined probability. The processing of the collected detection information is generally performed in a data analysis apparatus.
図７は、従来のデータ解析装置を含むレーダシステムの構成を示すブロック図である。このレーダシステムは、レーダ装置１、データ収集装置２およびデータ解析装置３から構成される。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a radar system including a conventional data analysis apparatus. This radar system includes a
まず、レーダ装置１について説明する。レーダ装置１は、アンテナ１１、サーキュレータ１２、送信機１３、受信機１４、目標検出部１５、追随制御部１６、レーダ制御部１７およびデータ収集装置インタフェース（Ｉ／Ｆ）部１８から構成されている。
First, the
アンテナ１１は、送信機１３からサーキュレータ１２を経由して送られてくる送信信号を電波に変換し、送信波として指定方向の空間に送出するとともに、送信波の反射波を受信して電気信号に変換し、受信信号としてサーキュレータ１２を介して受信機１４に送る。受信機１４は、アンテナ１１からサーキュレータ１２を経由して送られてくる受信信号をデジタル信号に変換し、目標検出部１５に送る。
The
目標検出部１５は、受信機１４から送られてくる受信信号に基づき目標を検出する。この目標検出部１５で検出された目標を表す情報は、検出情報として追随制御部１６に送られるとともに、データ収集装置インタフェース部（Ｉ／Ｆ）１８を介してデータ収集装置２に送られる。追随制御部１６は、目標検出部１５から送られてくる検出情報を用いて追尾処理を実施する。この追随制御部１６における追尾処理により得られた追尾情報は、レーダ制御部１７に送られるとともに、データ収集装置インタフェース部１８を介してデータ収集装置２に送られる。
The
レーダ制御部１７は、追随制御部１６から送られてくる追尾情報に基づきレーダ装置１の各部を制御するとともに、自己の内部で発生された制御情報を、データ収集装置インタフェース部１８を介してデータ収集装置２に送る。データ収集装置インタフェース部１８は、上述したように、目標検出部１５からの検出情報、追随制御部１６からの追尾情報およびレーダ制御部１７からの制御情報を、データ収集装置２に送る。
The
次に、データ収集装置２について説明する。データ収集装置２は、レーダ装置インタフェース（Ｉ／Ｆ）部２１、データ記録部２２およびデータ解析装置インタフェース（Ｉ／Ｆ）部２３から構成されている。
Next, the
レーダ装置インタフェース部２１は、レーダ装置１から送られてくる検出情報、追尾情報および制御情報を受け取ってデータ記録部２２に送る。データ記録部２２は、レーダ装置１からレーダ装置インタフェース部２１を介して送られてくる検出情報、追尾情報および制御情報を記録する。このデータ記録部２２に記録された検出情報、追尾情報および制御情報は、データ解析装置インタフェース部２３を介してデータ解析装置３に送られる。
The radar
次に、データ解析装置３について説明する。データ解析装置３は、データ収集装置インタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１およびデータ解析部３２から構成されている。データ収集装置インタフェース部３１は、データ収集装置２から送られてくる検出情報および追尾情報を受け取ってデータ解析部３２に送る。データ解析部３２は、データ収集装置２からデータ収集装置インタフェース部３１を介して送られてくる検出情報および追尾情報に基づき、所定の距離における探知確率を算出する。
Next, the
次に、上記のように構成される従来のレーダシステムを構成するデータ解析装置３の動作を、探知距離算出処理を中心に、図８に示すフローチャートを参照しながら説明する。
Next, the operation of the
探知距離算出処理においては、まず、区間毎の探知確率が算出される（ステップＳ１０１）。具体的には、データ解析部３２は、目標機の検出機会と検出情報に含まれる目標機の検出回数から、所定の距離区間毎の探知確率を算出する。ここで、目標機の検出機会とは、目標検出部１５が目標を検出するタイミングにおいて、目標機が当該距離区間に存在する可能性を言い、目標の移動速度によって決定される。また、目標機の検出回数とは、レーダ装置１が実際に目標を検出した回数を言う。
In the detection distance calculation process, first, the detection probability for each section is calculated (step S101). Specifically, the
次いで、探知確率フィッティングが行われる（ステップＳ１０２）。すなわち、データ解析部３２は、所定の距離における信号対雑音比をパラメータとした理論的探知確率カーブが、ステップＳ１０１で算出された区間毎の探知確率に最も良くフィッティングする信号対雑音比を算出する。
Next, detection probability fitting is performed (step S102). That is, the
次いで、信号対雑音比・探知確率変換が行われる（ステップＳ１０３）。すなわち、データ解析部３２は、ステップＳ１０２において算出された、最も良くフィッティングした所定の距離における信号対雑音比を、所定の距離における探知確率に変換する。さらに、探知確率が所定の値、例えば０．５になる距離に変換することもできる。
Next, signal-to-noise ratio / detection probability conversion is performed (step S103). That is, the
上述した従来のレーダ装置の探知距離を算出する探知距離算出方法は、実際に飛行する目標機の諸元、特にＲＣＳ（Radar Cross Section：レーダ有効反射面積）が、探知距離の設計時の目標機のＲＣＳと一致している場合は問題ない。 The detection distance calculation method for calculating the detection distance of the conventional radar device described above is based on the specifications of the target aircraft actually flying, in particular, the RCS (Radar Cross Section: radar effective reflection area) when the detection distance is designed. If it matches the RCS, there is no problem.
しかしながら、小目標対処用のレーダ装置の探知距離を測定する場合、実際に小さいＲＣＳを有する目標機を飛行させることは難しいので、通常のＲＣＳを有する目標機を飛行させて、測定が行われる。この場合、設計上の探知距離付近から、探知確率が高くなってしまい、探知確率が大きく変化する、探知確率０．５付近のデータが得られなくなる。その結果、上述した探知確率フィッティングによって得られる信号対雑音比のばらつきが大きくなり、結果的に探知確率のばらつきが大きくなる。 However, when measuring the detection distance of a radar device for dealing with small targets, it is difficult to actually fly a target aircraft having a small RCS, and thus measurement is performed by flying a target aircraft having a normal RCS. In this case, the detection probability becomes high from the vicinity of the designed detection distance, and data near the detection probability of 0.5 in which the detection probability changes greatly cannot be obtained. As a result, the variation in the signal-to-noise ratio obtained by the detection probability fitting described above increases, and as a result, the variation in detection probability increases.
この場合のシミュレーション結果を図９に示す。図９（ａ）〜図９（ｃ）は、ＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳと一致している場合（正規化距離１．０において、信号対雑音比が１２．８ｄＢの場合）を示し、図９（ｄ）〜図９（ｆ）は、ＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳよりも１０ｄＢ大きい場合（正規化距離１．０において、信号対雑音比が２２．８ｄＢの場合）を示している。 The simulation result in this case is shown in FIG. 9 (a) to 9 (c) show the case where the RCS matches the RCS of the target aircraft at the time of designing the detection distance (when the normalized distance is 1.0 and the signal-to-noise ratio is 12.8 dB). 9 (d) to 9 (f) show that when the RCS is 10 dB larger than the RCS of the target aircraft at the time of designing the detection distance (at a normalized distance of 1.0, the signal-to-noise ratio is 22.2). 8 dB).
図９（ａ）および図９（ｄ）は、観測された探知確率とフィッティングカーブを示している。図９（ｂ）および図９（ｅ）は、正規化距離１．０における信号対雑音比に対する観測された探知確率とフィッティングカーブとの残差の二乗和の関係を示している。図９（ｃ）および図９（ｆ）は、（残差の二乗和が最小となる）最適信号対雑音比の１００回のシミュレーションによるヒストグラムである。 FIG. 9A and FIG. 9D show the detected detection probability and the fitting curve. FIGS. 9B and 9E show the relationship of the square sum of the residuals of the observed detection probability and the fitting curve with respect to the signal-to-noise ratio at the normalized distance of 1.0. FIGS. 9 (c) and 9 (f) are histograms of 100 simulations of the optimal signal-to-noise ratio (which minimizes the sum of squared residuals).
ＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳと一致している場合、図９（ｂ）に示すように、正しい信号対雑音比（１２．８ｄＢ）付近において、観測された探知確率とフィッティングカーブとの残差の二乗和が最小となる最適信号対雑音比が求められる。図９（ｃ）に示す最適信号対雑音比のヒストグラムからも、最適信号対雑音比のばらつきが小さいことがわかる。 When the RCS matches the RCS of the target aircraft at the time of designing the detection distance, as shown in FIG. 9B, the detected detection probability and the fitting curve near the correct signal-to-noise ratio (12.8 dB). An optimal signal-to-noise ratio that minimizes the sum of squared residuals is obtained. It can also be seen from the optimum signal-to-noise ratio histogram shown in FIG. 9C that the variation in the optimum signal-to-noise ratio is small.
一方、ＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳよりも１０ｄＢ大きい場合、図９（ｄ）に示すように、設計上の探知距離付近から探知確率が高くなるため、探知確率が大きく変化する探知確率０．５付近のデータが得られなくなり、図９（ｅ）に示すように、２０〜３０ｄＢ付近において、観測された探知確率とフィッティングカーブとの残差の二乗和が略一定となっている。この結果、図９（ｆ）に示す最適信号対雑音比のヒストグラムでも、最適信号対雑音比のばらつきが大きくなっている。 On the other hand, when the RCS is 10 dB larger than the RCS of the target aircraft at the time of designing the detection distance, as shown in FIG. 9D, the detection probability increases from the vicinity of the designed detection distance, and thus the detection probability changes greatly. Data near the detection probability of 0.5 cannot be obtained, and as shown in FIG. 9E, the sum of squares of the residuals of the detected detection probability and the fitting curve becomes substantially constant in the vicinity of 20 to 30 dB. Yes. As a result, even in the optimum signal-to-noise ratio histogram shown in FIG. 9F, the variation in the optimum signal-to-noise ratio is large.
なお、探知距離算出方法に関連する技術として、特許文献１は、気象現象を観測するレーダ装置において、観測時の気象条件に応じて、レーダ観測諸元の最適化を効率よく行うレーダ装置を開示している。このレーダ装置は、気象現象を観測するレーダ装置において、観測時の気象条件に応じて気象モデルの設定を行う気象モデル設定手段と、設定された気象モデルから大気および粒子による電波の減衰率を求める減衰率計算手段と、この算出された大気および粒子による電波の減衰率を用いて探知距離を算出する探知距離評価手段と、この算出された探知距離からレーダ観測諸元を決定するレーダ観測諸元決定手段とを備えている。
上述したように、従来のレーダ装置の探知距離の算出は、上述した方法で行われているので、実際に飛行する目標機のＲＣＳが、探知距離の設計時の目標機のＲＣＳよりも大きい場合、算出される探知確率の誤差が大きくなるという問題がある。 As described above, since the calculation of the detection distance of the conventional radar apparatus is performed by the above-described method, the RCS of the target aircraft that actually flies is larger than the RCS of the target aircraft at the time of designing the detection distance. There is a problem that the error of the calculated detection probability becomes large.
また、実際に飛行する目標機のＲＣＳが、探知距離の設計時の目標機のＲＣＳと同等である場合であっても、所定の距離における探知確率の信頼性は、データ数に比例するため、探知確率の信頼性を上げようとすれば、目標機の飛行回数を増加する必要があるという問題がある。 Even if the RCS of the target aircraft that actually flies is equivalent to the RCS of the target aircraft at the time of design of the detection distance, the reliability of the detection probability at a predetermined distance is proportional to the number of data. In order to increase the reliability of the detection probability, there is a problem that it is necessary to increase the number of flights of the target aircraft.
本発明は、上述した問題を解決するためになされたもので、その課題は、実際に飛行する目標機のＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳよりも大きい場合であっても、算出される探知確率の誤差を小さくでき、しかも目標機の飛行回数を増やさずに、探知確率の信頼性を上げることができる探知距離算出方法およびこれを用いたレーダシステムを提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and the problem is that even if the RCS of the target aircraft actually flying is larger than the RCS of the target aircraft at the time of designing the detection distance, the calculation is performed. It is an object of the present invention to provide a detection distance calculation method and a radar system using the detection distance calculation method, which can reduce the detection error error and increase the detection probability reliability without increasing the number of flights of the target aircraft.
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、目標を検出するレーダ装置の探知距離を算出する探知距離算出方法であって、検出された目標までの距離と信号強度比とから距離区間毎の信号強度比の平均値を求めることにより平均信号強度比を算出する区間毎平均信号強度比算出ステップと、算出された平均信号強度比を信号対雑音比に変換する信号強度比・信号対雑音比変換ステップと、変換により得られた信号対雑音比を、所定の距離における信号対雑音比に正規化する信号対雑音比正規化ステップと、正規化された信号対雑音比を探知確率に変換する信号対雑音比・探知確率変換ステップを含むことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、距離の４乗による正規化関数およびクラッタを考慮した雑音と距離の関係に基づいた正規化関数を含む複数の正規化関数の中から１つの正規化関数を選択する正規化関数選択ステップを含み、信号対雑音比正規化ステップは、正規化関数選択ステップで選択された関数を用いて、変換により得られた信号対雑音比を、所定の距離における信号対雑音比に正規化することを特徴とする。
The invention according to
請求項３記載の発明は、目標を検出するレーダ装置の探知距離を算出する探知距離算出方法であって、目標の検出機会と目標の検出回数とから距離区間毎の探知確率を算出する区間毎探知確率算出ステップと、算出された距離区間毎の探知確率が高い距離区間のデータを抽出する高探知確率区間抽出ステップと、前記高探知確率区間抽出ステップにより抽出された高探知確率区間のデータに基づいて、検出された目標までの距離と信号強度比とから、信号強度比を所定の距離における信号強度比に正規化する信号強度比正規化ステップと、正規化された信号強度比の平均値を求めることにより平均信号強度比を算出する平均信号強度比算出ステップと、算出された平均信号強度比を探知確率に変換する信号強度比・探知確率変換ステップを含むことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a detection distance calculation method for calculating a detection distance of a radar device that detects a target, wherein each detection interval for calculating a detection probability for each distance interval is calculated from a target detection opportunity and a target detection count. a detection probability calculation step, and a high detection probability interval extraction step of detection probability for each calculated distance interval to extract data of high range section, the data of a high detection probability interval extracted by the high detection probability interval extraction step Based on the detected distance to the target and the signal strength ratio, a signal strength ratio normalizing step for normalizing the signal strength ratio to a signal strength ratio at a predetermined distance, and an average value of the normalized signal strength ratio An average signal strength ratio calculating step for calculating an average signal strength ratio by obtaining a signal strength ratio and a detection probability conversion step for converting the calculated average signal strength ratio into a detection probability. It is characterized in.
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、高探知確率区間抽出ステップでは、探知確率が０．９以上である場合に、探知確率が高いと断されることを特徴とする。
The invention of
請求項５記載の発明は、目標を検出するレーダ装置の探知距離を算出する探知距離算出方法であって、安定に追尾しているデータに基づいて、検出された目標までの距離と信号強度比とから、信号強度比を所定の距離における信号強度比に正規化する信号強度比正規化ステップと、正規化された信号強度比の平均値を求めることにより平均信号強度比を算出する平均信号強度比算出ステップと、算出された平均信号強度比を探知確率に変換する信号強度比・探知確率変換ステップとを含むことを特徴とする。 The invention according to claim 5 is a detection distance calculation method for calculating a detection distance of a radar device for detecting a target, wherein the distance to the detected target and the signal intensity ratio based on the stably tracked data A signal strength ratio normalizing step for normalizing the signal strength ratio to a signal strength ratio at a predetermined distance, and calculating an average signal strength ratio by calculating an average value of the normalized signal strength ratio. The method includes a ratio calculation step and a signal strength ratio / detection probability conversion step of converting the calculated average signal strength ratio into a detection probability.
請求項６記載の発明は、目標を検出してレーダシステムに含まれるレーダ装置の探知距離を算出するレーダシステムであって、目標を検出する目標検出部と、目標検出部で検出された目標を表す目標情報に基づき追随制御を行う追随制御部と、追随制御部からの追尾情報に基づきレーダシステムに含まれるレーダ装置の探知距離を算出するデータ解析部とを備え、データ解析部は、追尾情報に含まれる検出された目標までの距離と信号強度比とから距離区間毎の信号強度比の平均値を求めることにより平均信号強度比を算出し、算出された平均信号強度比を信号対雑音比に変換し、変換により得られた信号対雑音比を、所定の距離における信号対雑音比に正規化し、正規化された信号対雑音比を探知確率に変換することを特徴とする。
The invention according to
本発明に係る探知距離算出方法およびこれを用いたレーダシステムによれば、実際に飛行する目標機のＲＣＳが、探知距離の設計時の目標機のＲＣＳよりも大きな場合にも、算出される探知確率の誤差が大きくならず、また、目標機の飛行回数を増やさずに、探知確率の信頼性を上げることができる。 According to the detection distance calculation method and the radar system using the detection distance according to the present invention, the detection can be calculated even when the RCS of the target aircraft actually flying is larger than the RCS of the target aircraft at the time of designing the detection distance. The probability error is not increased, and the reliability of the detection probability can be increased without increasing the number of flights of the target aircraft.
以下、本発明の実施の形態の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、従来の技術の欄で説明した構成部分に相当する部分には、従来の技術の欄で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。 Hereinafter, it will be described in detail with reference to the drawings of embodiments of the present invention. In the following description, the same reference numerals as those used in the column of the conventional technology are used for the parts corresponding to the components described in the column of the conventional technology.
本発明の実施例１に係る探知距離算出方法に使用されるレーダシステムの構成は、図７を参照して説明した従来のレーダシステムの構成と同じであり、データ解析装置３において実施される処理のみが従来の処理と異なる。したがって、以下では、レーダシステムの構成の説明は省略し、データ解析装置３において実施される処理を中心に説明する。
The configuration of the radar system used in the detection distance calculation method according to the first embodiment of the present invention is the same as the configuration of the conventional radar system described with reference to FIG. Only the conventional processing is different. Therefore, in the following, description of the configuration of the radar system will be omitted, and description will be made centering on processing performed in the
本発明の実施例１に係る探知距離算出方法に使用されるレーダシステムを構成するデータ解析装置３の動作を、探知距離算出処理を中心に、図１に示すフローチャートを参照しながら説明する。
The operation of the
探知距離算出処理においては、まず、区間毎平均信号強度比算出が行われる（ステップＳ１０４）。すなわち、データ解析部３２は、目標機の距離と信号強度比とから、所定の距離区間毎の信号強度比の平均値を求めることにより平均信号強度比を算出する。ここで、信号強度比は、雑音Ｎに対する信号Ｓと雑音Ｎとの和の割合である。次いで、信号強度比・信号対雑音比変換が行われる（ステップＳ１０５）。すなわち、データ解析部３２は、ステップＳ１０４で算出された平均信号強度比を用いて、信号強度比を信号対雑音比に変換する。
In the detection distance calculation process, first, the average signal intensity ratio for each section is calculated (step S104). That is, the
一般に、レーダ装置１において検出された信号強度比は、あらかじめ設定された閾値よりも大きな信号強度比を持つもののみであり、検出されていない部分の信号強度比を知ることはできない。このため、検出された信号強度比の平均値は、本来の信号強度比の平均値よりも大きな値になる。また、検出されなかった信号強度比をある値、例えば０に置き換えた場合も、本来の信号強度比とは一致しない。
In general, the signal intensity ratio detected by the
このため、ステップＳ１０５の信号強度比・信号対雑音比変換では、以下の関係式に基づいて変換が行われる。目標がスワーリング１、雑音がレイリー分布に従うとすると、二乗検波した目標の確率密度関数は、以下の式で表される。
ここで、ｘは、目標の振幅
Ｆ（ｘ）は、目標の振幅がｘとなる確率
Ｓは、目標の平均値
Ｎは、雑音の平均値
閾値Ｔを用いて、目標の検出を行う場合、目標の検出確率Ｐｄは、以下の式で表される。
この結果、検出された目標の振幅の平均値
さらに、閾値係数をｋ１とし、Ｔ＝ｋ１・Ｎとすると、検出された目標の振幅の平均値
最終的には、信号対雑音比Ｓ／Ｎは、検出された平均信号強度比
以上の信号強度比・信号対雑音比変換が終了すると、次いで、信号対雑音比正規化が行われる（ステップＳ１０６）。すなわち、データ解析部３２は、各距離Ｒｉの各信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）iを、所定の距離Ｒ’における信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）’iに正規化（変換）する。信号対雑音比の正規化は、以下の式で表される。
次いで、信号対雑音比・探知確率変換が行われる（ステップＳ１０３）。すなわち、データ解析部３２は、ステップＳ１０６における信号対雑音比正規化によって算出された、正規化された信号対雑音比を、所定の距離における探知確率に変換する。信号対雑音比・探知確率変換は、以下の式で表される。
さらに、探知確率が所定の値、例えば０．５になる距離に変換することもできる。 Furthermore, it is also possible to convert the detection probability to a predetermined value, for example, a distance that becomes 0.5.
上述した算出方法による信号対雑音比のシミュレーション結果を図２に示す。図２（ａ）〜図２（ｃ）は、ＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳと一致している場合（正規化距離１．０において、信号対雑音比が１２．８ｄＢの場合）を示し、図２（ｄ）〜図２（ｆ）は、ＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳよりも１０ｄＢ大きい場合（正規化距離１．０において、信号対雑音比が２２．８ｄＢの場合）を示している。 FIG. 2 shows a simulation result of the signal-to-noise ratio by the above-described calculation method. 2 (a) to 2 (c) show the case where the RCS matches the RCS of the target aircraft at the time of designing the detection distance (when the normalized distance is 1.0 and the signal-to-noise ratio is 12.8 dB). 2 (d) to 2 (f) show that when the RCS is 10 dB larger than the RCS of the target aircraft at the time of designing the detection distance (at a normalized distance of 1.0, the signal-to-noise ratio is 22.2). 8 dB).
図２（ａ）および図２（ｄ）は、観測された探知確率と正規化距離との関係を示している。図２（ｂ）および図２（ｅ）は、正規化された信号対雑音比Ｓ／Ｎと正規化距離の関係を示している。図２（ｃ）および図２（ｆ）は、（残差の二乗和が最小となる）最適信号対雑音比の１００回のシミュレーションによるヒストグラムである。 FIG. 2A and FIG. 2D show the relationship between the detected detection probability and the normalized distance. FIG. 2B and FIG. 2E show the relationship between the normalized signal-to-noise ratio S / N and the normalized distance. FIGS. 2 (c) and 2 (f) are histograms from 100 simulations of the optimal signal-to-noise ratio (which minimizes the residual sum of squares).
図２（ｃ）および図２（ｆ）のヒストグラムから、ＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳよりも１０ｄＢ大きい場合も、ＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳと一致している場合と同様に、最適信号対雑音比のばらつきが小さいことがわかる。すなわち、従来の探知距離算出方法では、図９に示すように、ＲＣＳが探知距離の設計時の目標機のＲＣＳよりも１０ｄＢ大きい場合、最適信号対雑音比のばらつきが大きくなっていたが、本発明の実施例１に係る探知距離算出方法によれば、これが改善されている。 From the histograms of FIG. 2 (c) and FIG. 2 (f), even when the RCS is 10 dB larger than the RCS of the target aircraft at the detection distance design, the RCS is consistent with the RCS of the target aircraft at the detection distance design. It can be seen that the variation in the optimum signal-to-noise ratio is small as in the case where the signal is present. That is, in the conventional detection distance calculation method, as shown in FIG. 9, when the RCS is 10 dB larger than the RCS of the target machine at the time of designing the detection distance, the variation in the optimum signal-to-noise ratio is large. According to the detection distance calculation method according to the first embodiment of the invention, this is improved.
本発明の実施例２に係る探知距離算出方法に使用されるレーダシステムの構成は、図７を参照して説明した従来のレーダシステムの構成と同じであり、データ解析装置３において実施される処理のみが従来の処理と異なる。したがって、以下では、レーダシステムの構成の説明は省略し、データ解析装置３において実施される処理を中心に説明する。
The configuration of the radar system used in the detection distance calculation method according to the second embodiment of the present invention is the same as the configuration of the conventional radar system described with reference to FIG. Only the conventional processing is different. Therefore, in the following, description of the configuration of the radar system will be omitted, and description will be made centering on processing performed in the
本発明の実施例１に係る探知距離算出方法に使用されるレーダシステムを構成するデータ解析装置３の動作を、探知距離算出処理を中心に、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。
The operation of the
探知距離算出処理においては、まず、区間毎の探知確率算出が行われる（ステップＳ１０１）。具体的には、データ解析部３２は、目標機の検出機会と目標機の検出回数とから、所定の距離区間毎の探知確率を算出する。次いで、高探知確率区間抽出が行われる（ステップＳ１０７）。すなわち、データ解析部３２は、ステップＳ１０１の区間毎探知確率算出により得られた探知確率が、閾値以上の範囲を抽出する。この場合、高探知確率と判断する閾値を０．９とすることができる。
In the detection distance calculation process, first, detection probability calculation for each section is performed (step S101). Specifically, the
下式のように、探知確率Ｐｄが１に近ければ、信号強度比ｘ／Ｎの期待値は、（Ｓ＋Ｎ）／Ｎに近似できる。
また、下式のように、信号Ｓが雑音Ｎよりも非常に大きければ、（Ｓ＋Ｎ）／Ｎは、信号対雑音比Ｓ／Ｎに近似できる。
さらに、探知確率Ｐｄが高い場合は、Ｓ＞＞Ｎの条件も成立するため、下式が導かれる。
このため、探知確率Ｐｄが高ければ、平均信号強度比
次いで、信号強度比正規化が行われる（ステップＳ１０８）。すなわち、データ解析部３２は、レーダ装置１で検出された目標までの距離と信号強度比とから、信号強度比を所定の距離における信号強度比に正規化（変換）する。次いで、平均信号強度比算出が行われる（ステップＳ１０９）。すなわち、データ解析部３２は、ステップＳ１０８の信号強度比正規化により得られた正規化された信号強度比の平均値を求めることにより、以下の式に示す平均信号強度比
次いで、信号強度比・探知確率変換が行われる（ステップＳ１１０）。すなわち、データ解析部３２は、ステップＳ１０９の平均信号強度比算出により得られた平均信号強度比から、信号強度比を探知確率に変換する。信号強度比・探知確率変換は、以下の式で表される。
本発明の実施例３に係る探知距離算出方法に使用されるレーダシステムの構成は、図７を参照して説明した従来のレーダシステムの構成と同じであり、データ解析装置３において実施される処理のみが従来の処理と異なる。したがって、以下では、レーダシステムの構成の説明は省略し、データ解析装置３において実施される処理を中心に説明する。
The configuration of the radar system used in the detection distance calculation method according to the third embodiment of the present invention is the same as the configuration of the conventional radar system described with reference to FIG. Only the conventional processing is different. Therefore, in the following, description of the configuration of the radar system will be omitted, and description will be made centering on processing performed in the
本発明の実施例３に係る探知距離算出方法に使用されるレーダシステムを構成するデータ解析装置３の動作を、探知距離算出処理を中心に、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。
The operation of the
探知距離算出処理においては、まず、信号強度比正規化が行われる（ステップＳ１０８）。次いで、平均信号強度比算出が行われる（ステップＳ１０９）。次いで、信号強度比・探知確率変換が行われる（ステップＳ１１０）。これらステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理内容は、実施例２のそれらと同じである。 In the detection distance calculation process, first, signal intensity ratio normalization is performed (step S108). Next, average signal strength ratio calculation is performed (step S109). Next, signal strength ratio / detection probability conversion is performed (step S110). The processing contents of these steps S108 to S110 are the same as those of the second embodiment.
探知確率Ｐｄが高い場合は、安定に追尾が継続されるケースが多いため、安定に追尾しているデータを解析することにより、実施例２のステップＳ１０１とステップＳ１０７とを省略することができ、実施例１および実施例２に係る探知距離算出方法よりも簡便な方法で探知距離を算出することができる。また、必ずしも探知確率Ｐｄが１に近くないケースであっても、実施例１および実施例２に係る探知距離算出方法の近似計算として用いることも可能である。 When the detection probability Pd is high, there are many cases in which tracking is stably continued. Therefore, by analyzing data that is stably tracked, steps S101 and S107 of the second embodiment can be omitted. The detection distance can be calculated by a simpler method than the detection distance calculation method according to the first and second embodiments. Further, even when the detection probability Pd is not necessarily close to 1, it can be used as an approximate calculation of the detection distance calculation method according to the first and second embodiments.
本発明の実施例４に係る探知距離算出方法に使用されるレーダシステムの構成は、図７を参照して説明した従来のレーダシステムの構成と同じであり、データ解析装置３において実施される処理のみが従来の処理と異なる。したがって、以下では、レーダシステムの構成の説明は省略し、データ解析装置３において実施される処理を中心に説明する。
The configuration of the radar system used in the detection distance calculation method according to the fourth embodiment of the present invention is the same as the configuration of the conventional radar system described with reference to FIG. Only the conventional processing is different. Therefore, in the following, description of the configuration of the radar system will be omitted, and description will be made centering on processing performed in the
本発明の実施例４に係る探知距離算出方法に使用されるレーダシステムを構成するデータ解析装置３の動作を、探知距離算出処理を中心に、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。この探知距離算出処理は、実施例１の信号強度比・信号対雑音比変換（ステップＳ１０５）と信号対雑音比正規化（ステップＳ１０６）との間に、距離と信号対雑音比表示（ステップＳ１１１）と正規化関数選択（ステップＳ１１２）を追加したものである。
The operation of the
探知距離算出処理においては、まず、区間毎平均信号強度比算出が行われる（ステップＳ１０４）。次いで、信号強度比・信号対雑音比変換が行われる（ステップＳ１０５）。これらステップＳ１０４およびステップＳ１０５の処理は、実施例１のそれらと同じである。 In the detection distance calculation process, first, the average signal intensity ratio for each section is calculated (step S104). Next, signal strength ratio / signal-to-noise ratio conversion is performed (step S105). The processes in step S104 and step S105 are the same as those in the first embodiment.
次いで、距離と信号対雑音比表示が行われる（ステップＳ１１１）。すなわち、データ解析部３２は、ステップＳ１０５の信号強度比・信号対雑音比変換により得られた距離区間毎の信号対雑音比とともに、複数の信号対雑音比の関数を表示する。また、各信号対雑音比の関数と距離区間毎の信号対雑音比の誤差を表示するように構成することもできる。
Next, distance and signal-to-noise ratio display is performed (step S111). That is, the
次いで、正規化関数選択が行われる（ステップＳ１１２）。すなわち、データ解析部３２は、ステップＳ１１１の距離と信号対雑音比表示により表示された複数の信号対雑音比の関数の中から、操作員が最もフィッティングすると判断して選択した信号対雑音比の関数の正規化関数を選択する。この正規化関数には、距離の４乗による正規化関数やクラッタを考慮した雑音と距離の関係に基づいた正規化関数が含まれる。
Next, normalization function selection is performed (step S112). That is, the
次いで、信号対雑音比正規化が行われる（ステップＳ１０６）。すなわち、データ解析部３２は、ステップＳ１１２の正規化関数選択により選択された正規化関数を用いて信号対雑音比を正規化する。次いで、信号対雑音比・探知確率変換が行われる（ステップＳ１０３）。これらステップＳ１０６およびステップＳ１０３の処理は、実施例１のそれらと同じである。
Next, signal-to-noise ratio normalization is performed (step S106). That is, the
なお、上述した実施例４では、ステップＳ１０６の信号対雑音比正規化で用いられる正規化関数を、操作員が選択するように構成したが、予め用意された複数の信号対雑音比の関数と距離区間毎の信号対雑音比の誤差が最も小さくなる関数に対応する正規化関数を、自動的に選択するように構成することもできる。 In the fourth embodiment described above, the operator selects the normalization function used in the signal-to-noise ratio normalization in step S106. However, a plurality of signal-to-noise ratio functions prepared in advance are used. The normalization function corresponding to the function that minimizes the error of the signal-to-noise ratio for each distance section may be automatically selected.
図６は、本発明の実施例５に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。このレーダシステムは、図７に示す従来のレーダシステムに含まれるレーダ装置１からデータ収集装置インタフェース部１８を除去するとともに、データ記録部２２ａおよびデータ解析部３２ａを追加して構成されている。以下では、従来のレーダ装置１と同一または相当する構成要素には、従来のレーダ装置１と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a radar system according to Embodiment 5 of the present invention. This radar system is configured by removing the data collection
目標検出部１５は、受信機１４から送られてくる受信信号に基づき目標を検出する。この目標検出部１５で検出された目標を表す情報は、検出情報として追随制御部１６に送られる。追随制御部１６は、目標検出部１５から送られてくる検出情報を用いて追尾処理を実施する。この追随制御部１６における追尾処理により得られた追尾情報は、レーダ制御部１７に送られるとともに、データ記録部２２ａに送られる。レーダ制御部１７は、追随制御部１６から送られてくる追尾情報に基づきレーダ装置１の各部を制御する。
The
データ記録部２２ａは、従来のレーダシステムのデータ収集装置２に含まれるデータ記録部２２に対応する機能を有する。すなわち、データ記録部２２ａは、追随制御部１６から送られてくる追尾情報を記録する。このデータ記録部２２ａに記録された追尾情報は、データ解析部３２ａに送られる。
The
データ解析部３２ａは、ハードウェア、ソフトウェアまたはこれらの組み合わせによって構成されており、従来のレーダシステムのデータ解析装置３に含まれるデータ解析部３２に対応する機能を有する。すなわち、データ記録部２２ａは、データ記録部２２ａから送られてくる追尾情報に基づき、所定の距離における探知確率を算出する。
The
以上のように構成される本発明の実施例５に係るレーダシステムのデータ解析部３２ａは、上述した実施例１，３及び４に係るデータ解析装置３のデータ解析部３２と同様の探知距離算出処理を実行する。
The
この実施例５に係るレーダシステムによれば、検出情報を用いて行う探知確率の算出が不要であり、追尾情報に含まれる目標の距離と信号強度比を用いて探知距離の算出を行うように構成したので、検出情報の記録が不要となり、上述した実施例１〜実施例４に係る探知距離算出方法に使用されるレーダシステムより簡易な構成にすることができる。
In the radar system according to the fifth embodiment, it is not necessary to calculate the detection probability performed using the detection information, and the detection distance is calculated using the target distance and the signal intensity ratio included in the tracking information. Since it is configured, it is not necessary to record detection information, and the configuration can be simpler than the radar system used in the detection distance calculation method according to the first to fourth embodiments described above.
本発明は、レーダ性能解析装置またはレーダシステムやソナー性能解析装置またはソナーシステムなどに適用可能である。 The present invention can be applied to a radar performance analysis device or radar system, a sonar performance analysis device or a sonar system, or the like.
１ レーダ装置
２ データ収集装置
３ データ解析装置
１１ アンテナ
１２ サーキュレータ
１３ 送信機
１４ 受信機
１５ 目標検出部
１６ 追随制御部
１７ レーダ制御部
１８ データ収集装置インタフェース部
２１ レーダ装置インタフェース部
２２、２２ａ データ記録部
２３ データ解析装置インタフェース部
３１ データ収集装置インタフェース部
３２、３２ａ データ解析部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
検出された目標までの距離と信号強度比とから距離区間毎の信号強度比の平均値を求めることにより平均信号強度比を算出する区間毎平均信号強度比算出ステップと、
前記算出された平均信号強度比を信号対雑音比に変換する信号強度比・信号対雑音比変換ステップと、
前記変換により得られた信号対雑音比を、所定の距離における信号対雑音比に正規化する信号対雑音比正規化ステップと、
前記正規化された信号対雑音比を探知確率に変換する信号対雑音比・探知確率変換ステップと、
を含むことを特徴とする探知距離算出方法。 A detection distance calculation method for calculating a detection distance of a radar device that detects a target,
An average signal strength ratio calculation unit for each section that calculates an average signal strength ratio by calculating an average value of the signal strength ratio for each distance section from the detected distance to the target and the signal strength ratio;
A signal intensity ratio / signal to noise ratio converting step for converting the calculated average signal intensity ratio into a signal to noise ratio;
A signal-to-noise ratio normalizing step for normalizing the signal-to-noise ratio obtained by the conversion to a signal-to-noise ratio at a predetermined distance;
A signal-to-noise ratio / detection probability conversion step of converting the normalized signal-to-noise ratio into a detection probability;
The detection distance calculation method characterized by including.
前記信号対雑音比正規化ステップは、前記正規化関数選択ステップで選択された関数を用いて、前記変換により得られた信号対雑音比を、前記所定の距離における信号対雑音比に正規化することを特徴とする請求項１記載の探知距離算出方法。 A normalization function selection step of selecting one normalization function from a plurality of normalization functions including a normalization function based on the fourth power of distance and a normalization function based on the relationship between noise and distance considering clutter;
The signal-to-noise ratio normalization step normalizes the signal-to-noise ratio obtained by the conversion to the signal-to-noise ratio at the predetermined distance using the function selected in the normalization function selection step. The detection distance calculation method according to claim 1.
目標の検出機会と目標の検出回数とから距離区間毎の探知確率を算出する区間毎探知確率算出ステップと、
前記算出された距離区間毎の探知確率が高い距離区間のデータを抽出する高探知確率区間抽出ステップと、
前記高探知確率区間抽出ステップにより抽出された高探知確率区間のデータに基づいて、検出された目標までの距離と信号強度比とから、信号強度比を所定の距離における信号強度比に正規化する信号強度比正規化ステップと、
前記正規化された信号強度比の平均値を求めることにより平均信号強度比を算出する平均信号強度比算出ステップと、
前記算出された平均信号強度比を探知確率に変換する信号強度比・探知確率変換ステップと、
を含むことを特徴とする探知距離算出方法。 A detection distance calculation method for calculating a detection distance of a radar device that detects a target,
A section-by-section detection probability calculation step for calculating a detection probability for each distance section from the target detection opportunity and the number of target detections;
A high detection probability section extraction step for extracting data of a distance section having a high detection probability for each of the calculated distance sections;
Based on the data of the high detection probability section extracted by the high detection probability section extraction step, the signal intensity ratio is normalized to the signal intensity ratio at a predetermined distance from the detected distance to the target and the signal intensity ratio. A signal strength ratio normalization step;
Calculating an average signal strength ratio by calculating an average value of the normalized signal strength ratios; and
A signal strength ratio / detection probability conversion step of converting the calculated average signal strength ratio into a detection probability;
The detection distance calculation method characterized by including.
安定に追尾しているデータに基づいて、検出された目標までの距離と信号強度比とから、信号強度比を所定の距離における信号強度比に正規化する信号強度比正規化ステップと、
前記正規化された信号強度比の平均値を求めることにより平均信号強度比を算出する平均信号強度比算出ステップと、
前記算出された平均信号強度比を探知確率に変換する信号強度比・探知確率変換ステップと、
を含むことを特徴とする探知距離算出方法。 A detection distance calculation method for calculating a detection distance of a radar device that detects a target,
A signal strength ratio normalizing step for normalizing the signal strength ratio to the signal strength ratio at a predetermined distance from the detected distance to the target and the signal strength ratio based on the data that is stably tracked ,
Calculating an average signal strength ratio by calculating an average value of the normalized signal strength ratios; and
A signal strength ratio / detection probability conversion step of converting the calculated average signal strength ratio into a detection probability;
The detection distance calculation method characterized by including.
目標を検出する目標検出部と、
前記目標検出部で検出された目標を表す目標情報に基づき追尾制御を行う追随制御部と、
前記追随制御部からの追尾情報に基づきレーダシステムに含まれるレーダ装置の探知距離を算出するデータ解析部
とを備え、
前記データ解析部は、
追尾情報に含まれる検出された目標までの距離と信号強度比とから距離区間毎の信号強度比の平均値を求めることにより平均信号強度比を算出し、
前記算出された平均信号強度比を信号対雑音比に変換し、
前記変換により得られた信号対雑音比を、所定の距離における信号対雑音比に正規化し、
前記正規化された信号対雑音比を探知確率に変換することを特徴とするレーダシステム。 A radar system that detects a target and calculates a detection distance of a radar device included in the radar system ,
A target detection unit for detecting a target;
A tracking control unit that performs tracking control based on target information representing the target detected by the target detection unit;
A data analysis unit that calculates a detection distance of a radar device included in the radar system based on tracking information from the tracking control unit;
The data analysis unit
The average signal strength ratio is calculated by obtaining the average value of the signal strength ratio for each distance section from the detected distance to the target included in the tracking information and the signal strength ratio,
Converting the calculated average signal strength ratio into a signal-to-noise ratio;
Normalizing the signal-to-noise ratio obtained by the transformation to the signal-to-noise ratio at a given distance;
A radar system, wherein the normalized signal-to-noise ratio is converted into a detection probability.
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