JP7086784B2 - Radar system and its radar signal processing method - Google Patents
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Description
本実施形態は、レーダシステム及びそのレーダ信号処理方法に関する。 The present embodiment relates to a radar system and a radar signal processing method thereof.
従来のレーダシステムにあっては、クラッタ及び干渉波の不要波が存在する複雑な環境下におかれている場合に、不要波を抑圧するためには、ＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸の多数の自由度が必要であり、処理規模が増大する傾向にある。 In a conventional radar system, when a clutter and an unnecessary wave of interference waves are present in a complicated environment, in order to suppress the unnecessary wave, a large number of freedoms of the AZ / EL / Doppler axis are used. The degree of freedom is required, and the processing scale tends to increase.
以上述べたように、従来のレーダシステムでは、クラッタ及び干渉波の不要波が存在する複雑な環境下におかれている場合に、不要波を抑圧するためには、ＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸の多数の自由度が必要であり、処理規模が増大する傾向にあった。
本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、クラッタ及び干渉波の不要波が存在する複雑な環境下におかれている場合でも、比較的小さい処理規模で不要波を抑圧することのできるレーダシステム及びそのレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。
As described above, in the conventional radar system, in a complicated environment where unnecessary waves of clutter and interference waves exist, in order to suppress the unnecessary waves, the AZ / EL / Doppler axis is used. A large number of degrees of freedom were required, and the processing scale tended to increase.
This embodiment has been made in view of the above problems, and is a radar capable of suppressing unnecessary waves with a relatively small processing scale even in a complicated environment where unnecessary waves of clutter and interference waves exist. It is an object of the present invention to provide a system and a method for processing its radar signal.
上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダシステムは、受信開口をＭ（Ｍ≧１）個のサブアレイに分割したアレイアンテナを用いてＮヒットの送信パルスの反射信号を受信し、前記Ｍ個のサブアレイそれぞれの受信信号から少なくともＭ本の受信ビームを形成し、前記Ｍ本の受信ビームからレンジセル毎に、ＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）信号のslow-time軸を用いて少なくともＮ個のドップラ軸信号を生成し、前記Ｎ個のドップラ軸信号からレンジセル毎に少なくともＮ×Ｍ通りの出力を取得して主チャンネルと補助チャンネルに分配し、前記主チャンネルで前記ドップラ軸信号から所定のビーム指向方向及びドップラセルを演算し、前記補助チャンネルで、主チャンネルを除いて、前記ドップラ軸信号から、振幅最大値からＰ番目の振幅値までの信号を抽出し、前記主チャンネルの信号に前記補助チャンネルの信号を合成して不要波を抑圧する。 In order to solve the above problems, the radar system according to the present embodiment receives the reflected signal of the N-hit transmission pulse by using the array antenna in which the reception aperture is divided into M (M ≧ 1) subarrays. At least M reception beams are formed from the reception signals of each of the M sub-arrays, and at least N reception beams are formed from the M reception beams for each range cell using the slow-time axis of the CPI (Coherent Pulse Interval) signal. A Doppler axis signal is generated, at least N × M outputs are acquired for each range cell from the N Doppler axis signals and distributed to the main channel and auxiliary channels, and a predetermined beam is obtained from the Doppler axis signal in the main channel. The direction direction and the Doppler cell are calculated, and the signal from the maximum amplitude value to the Pth amplitude value is extracted from the Doppler axis signal in the auxiliary channel except for the main channel, and the auxiliary channel is added to the signal of the main channel. Signals are combined to suppress unnecessary waves.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、レーダシステムは、通常、送信装置、受信装置を備え、アンテナ送受共用で構成されるが、ここでは、送信装置が受信装置とは別に配置される場合を想定する。また、以下の説明において、レーダシステムを構成する送信装置については、特に実施形態に係る特徴部分がない場合には、その説明を省略する。また、各実施形態において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. The radar system is usually provided with a transmitting device and a receiving device, and is configured to share antenna transmission / reception. However, here, it is assumed that the transmitting device is arranged separately from the receiving device. Further, in the following description, the description of the transmission device constituting the radar system will be omitted unless there is a characteristic portion particularly related to the embodiment. Further, in each embodiment, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
（第１の実施形態）
図１乃至図１２を参照して、第１の実施形態に係るレーダシステムを説明する。
図１は本実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図である。図１において、送信系統では、信号生成器１１１により、図３に示すＮヒットの送信パルス列を生成し、変調器１１２でパルス内の基準信号を変調し、周波数変換器１１３で送信パルス列の周波数をＲＦ帯に変換し、パルス変調器１１４で送信パルス列のパルスに変調をかけて、送信アンテナ１１５から所定の方向に送信する。
(First Embodiment)
The radar system according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 12.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar system according to the present embodiment. In FIG. 1, in the transmission system, the
一方、受信系統では、アレイアンテナによる受信アンテナの受信開口を図２に示すようにＭ系統に分割したサブアレイ（サブアレイはアンテナ１素子の場合を含む）２１１～２１Ｍを備える。ただし、図２では、簡単のため、サブアレイを１次元に配列する場合について示したが、２次元の配列に拡張することができる。 On the other hand, the receiving system includes sub-arrays (including the case where the sub-array has one antenna element) 211 to 21M in which the receiving aperture of the receiving antenna by the array antenna is divided into M systems as shown in FIG. However, in FIG. 2, for the sake of simplicity, the case where the sub-array is arranged in one dimension is shown, but it can be expanded to a two-dimensional array.
サブアレイ２１１～２１Ｍでは、それぞれ送信系統側から送信されるレーダ波の対象目標反射波を受信する。サブアレイ２１１～２１Ｍで受信された信号は、それぞれ周波数変換器２２１～２２Ｍによってベースバンドに周波数変換され、ＡＤ変換器２３１～２３Ｍによって素子（サブアレイ）ディジタル信号に変換された後、角度軸拡張アレイ処理器２４に送られる。
The
この角度軸拡張アレイ処理器２４は、素子ディジタル信号を角度軸についてＫＲ積による拡張アレイ処理（非特許文献４参照）を施すことで素子信号（サブアレイ信号）の自由度を仮想的に増やして高分解能化を行う。拡張アレイ処理された素子ディジタル信号はマルチビーム形成器２５で指定個数のビームが形成され、slow-time（ドップラ軸）拡張アレイ処理器２６でドップラ軸のＫＲ積による拡張アレイ処理が施され、slow-timeＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）２７でドップラ軸に変換された後、主ｃｈ（チャンネル）と補助ｃｈ（チャンネル）に分配される。
The angle axis
主ｃｈでは、主ｃｈ選定器２８ａでレンジセル毎に観測対象とするＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸のセルが選定され、fast-time（レンジ軸）ＦＦＴ２９ａでレンジ軸に変換された後、fast-time拡張アレイ処理器３０ａでレンジ軸のＫＲ積による拡張アレイ処理が施され、fast-timeＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）３１ａでドップラ軸に変換され、観測対象の信号が得られる。
In the main ch, the cell of the AZ / EL / Doppler axis to be observed is selected for each range cell by the
一方、補助ｃｈでは、補助ｃｈ選定器２８ｂで最大値から所定の振幅スレショルドを超えるＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸のセルが選定され、fast-time（レンジ軸）ＦＦＴ２９ｂでレンジ軸に変換された後、fast-time拡張アレイ処理器３０ｂでレンジ軸のＫＲ積による拡張アレイ処理が施され、fast-timeＩＦＦＴ３１ｂでドップラ軸に変換され、不要波となる信号が得られる。
On the other hand, in the auxiliary ch, the cell of the AZ / EL / Doppler axis exceeding the predetermined amplitude threshold is selected from the maximum value by the
上記主ｃｈ及び補助ｃｈの拡張アレイ出力は不要波抑圧器３２に送られ、相関処理により、観測対象の信号から不要波成分が抑圧され、検出器３３で目標信号が検出され、出力処理器３４で所定の形式に変換されて出力される。
上記構成によるレーダシステムにおいて、図４乃至図１２を参照して、受信系統の不要波抑圧処理について説明する。
図４は受信系統の不要波抑圧処理の一連の流れを示す概念図である。また、図５は、受信データを空間軸（ＡＺ／ＥＬ）、ドップラ軸、レンジ軸で表現した図、図６は、図５に示すＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸のデータをＡＺ／ＥＬ軸の断面で見た図である。図７は、ＡＺ／ドップラ軸における振幅を、さらにわかりやすくするために立体視した場合の概念図である。図８は、角度軸の拡張アレイ処理を説明するための原理図、図９はslow-time軸の拡張アレイ処理を説明するための原理図である。図１０は主ｃｈ、補助ｃｈの選定処理の流れを示すフローチャート、図１１は補助ｃｈのＡＺ／ＥＬ／ドップラセルを選定する様子を示す概念図、図１２はfast-time軸の拡張アレイ処理を説明するための原理図である。
The extended array outputs of the main channel and the auxiliary channel are sent to the
In the radar system having the above configuration, the unnecessary wave suppression processing of the receiving system will be described with reference to FIGS. 4 to 12.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a series of flow of unnecessary wave suppression processing of the receiving system. Further, FIG. 5 is a diagram in which received data is represented by a spatial axis (AZ / EL), a Doppler axis, and a range axis, and FIG. 6 is a cross section of the AZ / EL / Doppler axis data shown in FIG. 5 in a cross section of the AZ / EL axis. It is the figure seen in. FIG. 7 is a conceptual diagram when the amplitude in the AZ / Doppler axis is viewed stereoscopically in order to make it easier to understand. FIG. 8 is a principle diagram for explaining the extended array processing of the angle axis, and FIG. 9 is a principle diagram for explaining the extended array processing of the slow-time axis. FIG. 10 is a flowchart showing the flow of selection processing of the main ch and the auxiliary ch, FIG. 11 is a conceptual diagram showing how the AZ / EL / Doppler cell of the auxiliary ch is selected, and FIG. 12 explains the extended array processing of the fast-time axis. It is a principle diagram for doing.
ここで、空間軸では、ＡＺ／ＥＬ面にビーム形成し、レンジ（fast-time軸）セル毎にslow-time軸でＦＦＴ処理してドップラ軸に変換した後のデータで表現している。このデータを用いて、クラッタや干渉波の不要波を抑圧するには、全データを用いたアダプティブ処理で実現可能である。しかしながら、サブアレイ数（ビーム数）Ｍ×ヒット数Ｎ（ドップラセル数）とすると、処理規模が大きくなってしまう。 Here, on the spatial axis, a beam is formed on the AZ / EL surface, and each range (fast-time axis) cell is subjected to FFT processing on the slow-time axis and converted into a Doppler axis, and then expressed as data. Using this data, it is possible to suppress unnecessary waves such as clutter and interference waves by adaptive processing using all the data. However, if the number of sub-arrays (number of beams) M × the number of hits N (number of doppler cells), the processing scale becomes large.
この対策として、Ｍ×Ｎのデータのうち、一部のＬ個のデータを選定して補助ｃｈとし、主ｃｈは、観測対象とするＡＺ／ＥＬ／ドップラセルのメインローブを形成する信号を選定する。この主ｃｈと補助ｃｈを用いて、ＳＴＡＰ（Space-time Adaptive Processing）処理（非特許文献１参照）を行う。 As a countermeasure, some L data are selected from the M × N data and used as auxiliary channels, and the main channel is selected as the signal forming the main lobe of the AZ / EL / Dopplasel to be observed. .. STAP (Space-time Adaptive Processing) processing (see Non-Patent Document 1) is performed using the main ch and the auxiliary ch.
すなわち、各サブアレイ２１１～２１Ｍで受信された信号は周波数変換され（２２１～２２Ｍ）、ディジタル信号に変換される（２３１～２３Ｍ）。次に、必要に応じて、角度軸の拡張アレイ処理（２４）（非特許文献４参照）を行う。これは、素子信号（サブアレイ信号）の自由度を仮想的に増やす処理である。これにより、後述するように補助ｃｈを選定する際に、目標と不要波とを分離しやすくなり、不要波を抑圧して目標を抽出できる効果が期待できる。この効果については、角度軸のみでなく、ドップラ（slow-time）軸やレンジ（fast-time）軸の拡張アレイについても同様である。
That is, the signals received in each of the
原理図を図８に示す。図８（ａ）に示すように、１目標の場合は、素子位置に対して位相勾配があるので、下記に示す処理により、信号を拡張する。 The principle diagram is shown in FIG. As shown in FIG. 8A, in the case of one target, since there is a phase gradient with respect to the element position, the signal is expanded by the processing shown below.
以上より、仮想平面アレイの位相中心に入力される信号Xinとして、信号Xaは次式となる。
From the above, the signal Xa is given by the following equation as the signal Xin input to the phase center of the virtual plane array.
次に、この信号Xaを用いて、拡張アレイ処理としてＫＲ積アレイ処理を行う。
Next, using this signal Xa, KR product array processing is performed as extended array processing.
複数反射点がある場合には、ＫＲ積アレイ処理により偽目標が発生する場合があるため、図８（ｂ）に示すように、入力信号それぞれの素子位置でスライディングさせて部分ベクトルを抽出し、各々の部分相関行列を計算して平均化処理を行う（非特許文献５参照）。
When there are multiple reflection points, a false target may be generated by the KR product array processing. Therefore, as shown in FIG. 8 (b), a partial vector is extracted by sliding at the element position of each input signal. Each partial correlation matrix is calculated and averaged (see Non-Patent Document 5).
このRxxaveの左端と上端の要素をベクトル化すると、次式となる。
Vectorizing the left and top elements of this Rxxave yields the following equation.
このXkra拡張アレイの素子信号（Xa）として、マルチビーム形成（２５）すればよい。
次に必要に応じて、slow-time軸のＫＲ積による拡張アレイ処理を行う（２６）。図９にその原理図を示す。ＡＺ／ＥＬ軸の拡張アレイと同様に、図９（ａ）に示すようにslow-time軸で位相勾配を持つデータであり、slow-time軸のＫＲ積アレイ処理により、図９（ｂ）に示すようにslow-time軸を仮想的に延長することができる。ＫＲ積アレイ処理の原理と、複数反射点の場合の部分相関行列の平均化による無相関化処理については、角度軸と同様なので割愛する。
Multi-beam formation (25) may be performed as the element signal (Xa) of this Xkra expansion array.
Next, if necessary, extended array processing is performed by the KR product of the slow-time axis (26). FIG. 9 shows the principle diagram. Similar to the AZ / EL axis expansion array, the data has a phase gradient on the slow-time axis as shown in FIG. 9 (a), and is shown in FIG. 9 (b) by the KR product array processing on the slow-time axis. The slow-time axis can be virtually extended as shown. The principle of KR product array processing and the uncorrelated processing by averaging the partial correlation matrix in the case of multiple reflection points are the same as the angular axis, so they are omitted.
次に、slow-time軸のＦＦＴ処理（２７）を行い、ドップラ軸に変換する。次に、前述した手法で、主ｃｈ選定（２８ａ）と補助ｃｈ選定（２８ｂ）を行う。主ｃｈ選定と補助ｃｈ選定については、種々の手法がある。まず比較的レンジセルが多いＬＰＲＦ（Low Pulse Repetition Frequency）等の場合について、選定処理の流れを示す図１０を参照して説明する。 Next, the slow-time axis FFT process (27) is performed to convert to the Doppler axis. Next, the main ch selection (28a) and the auxiliary ch selection (28b) are performed by the above-mentioned method. There are various methods for selecting the main channel and the auxiliary channel. First, the case of LPRF (Low Pulse Repetition Frequency) or the like having a relatively large number of range cells will be described with reference to FIG. 10 showing the flow of the selection process.
まず、図１１に示すように、補助ｃｈにおいて、ＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸それぞれについて、レンジセル毎に振幅スレショルドを設定し（ステップＳ１１）、ＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸の信号について最大値から振幅スレショルドを超えるＡＺ／ＥＬ／ドップラセルを選定し（ステップＳ１２）、これを全レンジセルについて行う（ステップＳ１３，Ｓ１４）。次に、主ｃｈにおいて、観測対象とするＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸のセルを選定し（ステップＳ１５）、ＳＬＣによりレンジ軸についてサイドローブキャンセラを機能させ（ステップＳ１６）、これを全レンジについて行う（ステップＳ１７，Ｓ１８）。 First, as shown in FIG. 11, in the auxiliary channel, the amplitude threshold is set for each range cell for each of the AZ / EL / Doppler axes (step S11), and the amplitude threshold is set from the maximum value for the signal of the AZ / EL / Doppler axis. The AZ / EL / Doppler cell to be exceeded is selected (step S12), and this is performed for all range cells (steps S13 and S14). Next, in the main channel, the cell of the AZ / EL / Doppler axis to be observed is selected (step S15), the sidelobes canceller is made to function for the range axis by SLC (step S16), and this is performed for the entire range (step S16). Steps S17, S18).
ここで、主ｃｈを形成するためのステアリングベクトルは、ＳＴＡＰ（Space Time Adaptive Processing：非特許文献１参照）の空間軸－時間軸（slow-time）におけるメインローブ形成用であり、空間軸が一次元アレイの場合は次式で与えられる。 Here, the steering vector for forming the main channel is for forming the main lobe on the space axis-time axis (slow-time) of STAP (Space Time Adaptive Processing: see Non-Patent Document 1), and the space axis is primary. In the case of the original array, it is given by the following equation.
以下、レンジ軸のデータを用いて、アダプテーションを行うが、その前に必要に応じてfast-time軸のＫＲ積による拡張アレイ処理（３０ａ，３０ｂ）を行う。この原理を図１２に示す。fast-time軸では、位相勾配のデータを得るために、fast-time軸のＦＦＴ処理（２９ａ，２９ｂ）を行って、fast-timeの周波数軸に変換する。このfast-timeの周波数軸では、図１２（ａ）に示すように、位相勾配を持つデータであり、ＫＲ積アレイ処理により、図１２（ｂ）に示すように、fast-timeの周波数軸を仮想的に延長することができる。ＫＲ積アレイ処理の原理と、複数反射点の場合の部分相関行列の平均化による無相関化処理については、角度軸と同様なので、ここではその説明を割愛する。次にfast-time軸の逆ＦＦＴ処理（３１ａ，３１ｂ）を行って時間軸に変換する。このように、fast-time軸の拡張アレイ処理を行うことにより、レンジ軸を高分解能化して、クラッタ中の目標を抽出しやすくする等の効果が得られる。
Hereinafter, the adaptation is performed using the data of the range axis, but before that, the extended array processing (30a, 30b) by the KR product of the fast-time axis is performed as necessary. This principle is shown in FIG. In the fast-time axis, in order to obtain the phase gradient data, the FFT process (29a, 29b) of the fast-time axis is performed and converted into the fast-time frequency axis. This fast-time frequency axis is data having a phase gradient as shown in FIG. 12 (a), and by KR product array processing, the fast-time frequency axis is set as shown in FIG. 12 (b). It can be extended virtually. Since the principle of KR product array processing and the uncorrelated processing by averaging the partial correlation matrix in the case of multiple reflection points are the same as the angular axis, the description thereof is omitted here. Next, the fast-time axis reverse FFT processing (31a, 31b) is performed to convert to the time axis. In this way, by performing the extended array processing of the fast-time axis, the effect of increasing the resolution of the range axis and facilitating the extraction of the target in the clutter can be obtained.
次に、主ｃｈ（アンテナ）と補助ｃｈ（アンテナ）の各信号を用いて、不要波抑圧処理を行う（３２）。この不要波抑圧処理（３２）では、相関処理により、複素ウェイトＷ１～ＷLが演算される。例えば、ＭＳＮの最急降下法を用いる場合は、アダプティブウェイトは次式となる（非特許文献３参照）。 Next, unnecessary wave suppression processing is performed using the signals of the main ch (antenna) and the auxiliary ch (antenna) (32). In this unnecessary wave suppression process (32), the complex weights W1 to WL are calculated by the correlation process. For example, when the steepest descent method of MSN is used, the adaptive weight is given by the following equation (see Non-Patent Document 3).
本実施形態の定式化では、簡単のために１次元配列アンテナの場合としているが、２次元配列のアンテナの場合にも容易に拡張できるのは言うまでもない。
アダプテーション後の結果の処理については、ＣＦＡＲ（非特許文献２参照）等の検出処理をすれば、目標を検出することができる（３３，３４）。
In the formulation of the present embodiment, a one-dimensional array antenna is used for simplicity, but it goes without saying that the two-dimensional array antenna can be easily extended.
Regarding the processing of the result after adaptation, the target can be detected by performing detection processing such as CFAR (see Non-Patent Document 2) (33, 34).
以上のように、本実施形態に係るレーダシステムは、Ｎパルスを送受信するアレイアンテナにおいて、アンテナ開口をＭ（Ｍ≧１）個のサブアレイに分割し、各々のサブアレイ信号を用いて、必要に応じて、角度軸の拡張アレイ処理を行ってＭex（Ｍex＞Ｍ）個の信号としてＭex（Ｍex≧Ｍ）本のビームを形成し、また、レンジセル毎にＣＰＩ信号（Coherent Pulse Interval）slow-time軸を用いて、必要に応じてslow-time軸の拡張アレイ処理を行って、Ｎex（Ｎex＞Ｎ）の信号とし、それを用いてslow-time軸のＦＦＴ処理を行って、必要に応じてfast-time軸の拡張アレイ処理を行った後、レンジセル毎にＮex×Ｍex通りの出力を得て、主ｃｈは所定のビーム指向方向及びドップラセルとし、補助ｃｈは主ｃｈを除いて振幅最大値からＰ番目までの信号を抽出し、これによって不要波を抑圧する。すなわち、分解能を向上した空間軸（ＡＺ／ＥＬ）／ドップラ軸／レンジ軸で、所定の振幅スレショルドを超えるチャンネルを補助ｃｈとしているので、規模を削減して、不要波を抑圧することができる。 As described above, in the radar system according to the present embodiment, in the array antenna for transmitting and receiving N pulses, the antenna aperture is divided into M (M ≧ 1) sub-arrays, and each sub-array signal is used as needed. Then, the expansion array processing of the angle axis is performed to form Mex (Mex ≧ M) beams as Mex (Mex> M) signals, and the CPI signal (Coherent Pulse Interval) slow-time axis is formed for each range cell. If necessary, the slow-time axis expansion array processing is performed to obtain a Nex (Nex> N) signal, and the slow-time axis FFT processing is performed using the signal, and fast is performed as necessary. After performing the extended array processing of the -time axis, the output of Nex × Mex is obtained for each range cell, the main ch is set to the predetermined beam directing direction and the Doppler cell, and the auxiliary ch is P from the maximum amplitude value except for the main ch. The signal up to the second is extracted, and the unnecessary wave is suppressed by this. That is, since the spatial axis (AZ / EL) / Doppler axis / range axis with improved resolution uses channels exceeding a predetermined amplitude threshold as auxiliary channels, the scale can be reduced and unnecessary waves can be suppressed.
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、補助ｃｈの選定において、レンジセル毎にＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸のセルを選定する場合について述べた。本実施形態では、選定の処理規模を削減するための手法について述べる。
図１３は、主ｃｈと補助ｃｈの選定処理の流れを示すフローチャート、図１４は補助ｃｈのＡＺ／ＥＬ／ドップラセルを選定する様子を示す概念図である。系統図は、図１の主ｃｈ選定器２８ａと補助ｃｈ選定器２８ｂの内部の処理が異なるのみであるので割愛する。
(Second embodiment)
In the first embodiment, in the selection of the auxiliary channel, the case where the cell of the AZ / EL / Doppler axis is selected for each range cell has been described. In this embodiment, a method for reducing the selection processing scale will be described.
FIG. 13 is a flowchart showing the flow of the selection process of the main ch and the auxiliary ch, and FIG. 14 is a conceptual diagram showing how the AZ / EL / Dopplasel of the auxiliary ch is selected. The system diagram is omitted because the internal processing of the
まず、レンジセルを分割し（ステップＳ２１）、レンジ分割単位毎に、ＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸の信号を振幅加算する（ステップＳ２２）。次に、振幅加算した結果の最大値から所定の振幅スレショルドを超える補助ｃｈのＡＺ／ＥＬ／ドップラセルを選定する（ステップＳ２３，Ｓ２４）。これをレンジ分割単位毎に行う（ステップＳ２５，Ｓ２６）。 First, the range cell is divided (step S21), and the amplitude of the AZ / EL / Doppler axis signal is added for each range division unit (step S22). Next, AZ / EL / Dopplasels of auxiliary channels exceeding a predetermined amplitude threshold are selected from the maximum value of the result of amplitude addition (steps S23 and S24). This is performed for each range division unit (steps S25 and S26).
次に、主ｃｈにおいて、第１の実施形態と同様に、観測対象とするＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸のセルを選定する（ステップＳ１５～Ｓ１８）。この主ｃｈと補助ｃｈを用いて、第１の実施形態と同様にアダプティブ処理を行う。主ｃｈと補助ｃｈの選定以外は、第１の実施形態と共通なので、他の処理については省略する。 Next, in the main channel, the cells of the AZ / EL / Doppler axis to be observed are selected in the same manner as in the first embodiment (steps S15 to S18). Using the main ch and the auxiliary ch, the adaptive process is performed in the same manner as in the first embodiment. Since it is common to the first embodiment except for the selection of the main ch and the auxiliary ch, other processes will be omitted.
以上のように、本実施形態に係るレーダシステムでは、ＬＰＲＦにおいて、レンジ分割し、分割単位で、ＡＺ／ＥＬ／ドップラ軸のデータを振幅加算し、補助ｃｈを選定して、レンジ軸分割単位で合算した信号を用いて、ＳＬＣ処理する。ＬＰＲＦ（Low Pulse Repetition Frequency）の場合において、空間軸（ＡＺ／ＥＬ）／ドップラ軸／レンジ軸で、所定の振幅スレショルドを超えるチャンネルを補助ｃｈとしているので、処理規模を削減して、不要波を抑圧することができる。 As described above, in the radar system according to the present embodiment, the range is divided in the LPRF, the amplitude of the AZ / EL / Doppler axis data is added in the division unit, the auxiliary channel is selected, and the range axis division unit is used. SLC processing is performed using the summed signals. In the case of LPRF (Low Pulse Repetition Frequency), the channel that exceeds the predetermined amplitude threshold is used as the auxiliary channel on the spatial axis (AZ / EL) / Doppler axis / range axis, so the processing scale is reduced and unnecessary waves are eliminated. Can be suppressed.
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、比較的レンジセルが多く、レンジ軸でアダプテーションを行うＬＰＲＦ（Low Pulse Repetition Frequency）等の場合について述べた。ここでは、レンジセルが少ないＨＰＲＦ（High Pulse Repetition Frequency）の場合について述べる。
(Third embodiment)
In the second embodiment, the case of LPRF (Low Pulse Repetition Frequency) or the like in which there are relatively many range cells and adaptation is performed on the range axis has been described. Here, the case of HPRF (High Pulse Repetition Frequency) with few range cells will be described.
図１５は、主ｃｈと補助ｃｈの選定処理の流れを示すフローチャート、図１６は補助ｃｈのＡＺ／ＥＬ／ドップラセルを選定する様子を示す概念図である。系統図は、図１の主ｃｈ選定器２８ａと補助ｃｈ選定器２８ｂの内部の処理が異なるのみであるので割愛する。
FIG. 15 is a flowchart showing the flow of the selection process of the main ch and the auxiliary ch, and FIG. 16 is a conceptual diagram showing how the AZ / EL / Dopplasel of the auxiliary ch is selected. The system diagram is omitted because the internal processing of the
まず、レンジセル毎に、ＡＺ／ＥＬ軸のデータをドップラ軸方向に振幅加算する（すなわち、ＡＺ／ＥＬをドップラセル軸全体で加算）（ステップＳ３１）。次に、振幅加算した結果の最大値から所定の振幅スレショルドを超える補助ｃｈのＡＺ／ＥＬセルを選定する（ステップＳ３２，Ｓ３３）。これをレンジセル毎に行う（ステップＳ３４，Ｓ３５）。 First, for each range cell, the AZ / EL axis data is amplitude-added in the Doppler axis direction (that is, the AZ / EL is added over the entire Doppler cell axis) (step S31). Next, AZ / EL cells of auxiliary channels exceeding a predetermined amplitude threshold are selected from the maximum value of the result of amplitude addition (steps S32 and S33). This is done for each range cell (steps S34, S35).
次に、主ｃｈにおいて、第１、第２の実施形態と同様に、観測対象とするＡＺ／ＥＬ軸のセルを選定する（ステップＳ１５～Ｓ１８）。主ｃｈを形成するためのステアリングベクトルは、空間軸におけるメインローブ形成用であり、空間軸が一次元アレイの場合は次式で与えられる。 Next, in the main channel, the cells of the AZ / EL axis to be observed are selected in the same manner as in the first and second embodiments (steps S15 to S18). The steering vector for forming the main ch is for forming the main lobe on the spatial axis, and is given by the following equation when the spatial axis is a one-dimensional array.
本実施形態の定式化では、簡単のために１次元配列アンテナの場合としているが、２次元配列のアンテナの場合にも容易に拡張することができる。
次に、この信号を用いてアダプティブウェイトを算出する。通常は、時間軸の信号を用いてアダプテーションを行うが、本実施形態ではドップラ軸のデータを用いる。
In the formulation of the present embodiment, the case of a one-dimensional array antenna is used for simplicity, but it can be easily extended to the case of a two-dimensional array antenna.
Next, the adaptive weight is calculated using this signal. Normally, adaptation is performed using a signal on the time axis, but in this embodiment, data on the Doppler axis is used.
アダプテーション後の結果の処理については、ＣＦＡＲ（非特許文献２参照）等の検出処理を行えば、目標を検出することができる。
以上のように、第３の実施形態に係るレーダシステムでは、ＨＰＲＦにおいて、レンジセル毎に、ＡＺ／ＥＬ軸のデータをドップラ軸で振幅加算し、補助ｃｈを選定して、ＳＬＣ処理する。すなわち、ＨＰＲＦの場合において、空間軸（ＡＺ／ＥＬ）／ドップラ軸／レンジ軸で、所定の振幅スレショルドを超えるチャンネルを補助ｃｈとしているので、処理規模を削減して、不要波を抑圧することができる。
Regarding the processing of the result after the adaptation, the target can be detected by performing a detection process such as CFAR (see Non-Patent Document 2).
As described above, in the radar system according to the third embodiment, in the HPRF, the amplitude of the AZ / EL axis data is added by the Doppler axis for each range cell, the auxiliary channels are selected, and the SLC processing is performed. That is, in the case of HPRF, since the channel exceeding the predetermined amplitude threshold is used as the auxiliary channel on the spatial axis (AZ / EL) / Doppler axis / range axis, the processing scale can be reduced and unnecessary waves can be suppressed. can.
（第４の実施形態）
第１乃至第３の実施形態では、補助ｃｈを選定するために、全サンプリングデータを用いて、広範囲の観測空間にマルチビームを形成して選定していた。この場合、特に全素子数を用いて、マルチビームを形成する場合は、膨大なデータを処理することになり、処理規模が増える。この対策のために、本実施形態では、補助ｃｈを選定する処理規模を低減する方式について述べる。
(Fourth Embodiment)
In the first to third embodiments, in order to select the auxiliary channel, a multi-beam is formed and selected in a wide range of observation space by using all sampling data. In this case, especially when a multi-beam is formed by using the total number of elements, a huge amount of data is processed, and the processing scale increases. For this measure, in this embodiment, a method of reducing the processing scale for selecting an auxiliary channel will be described.
図１７は第４の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図、図１８は受信ＰＲＩ列で間引きサンプリングを行う様子を示すタイミング図である。図１７において、図１と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。 FIG. 17 is a block diagram showing a configuration of a radar system according to a fourth embodiment, and FIG. 18 is a timing diagram showing a state in which thinning sampling is performed in a received PRI row. In FIG. 17, the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and different parts will be described here.
図１７において、図１に示す構成と異なる点は、角度軸拡張アレイ処理器２４ａ，２４ｂ、サブアレイマルチビーム形成器２５１，２５Ｍ、ビーム合成器３５、間引きサンプリング処理器３６、マルチビーム形成器３７、slow-time拡張アレイ処理器３８、slow-timeＦＦＴ３９、ビーム選定器４０を備えたことにある。
In FIG. 17, the differences from the configuration shown in FIG. 1 are the angle axis expansion array processor 24a and 24b, the sub-array multi-beam former 251,25M, the
サブアレイ内で、必要に応じて角度軸の拡張アレイ処理する点（２４１～２４Ｍ）は、第１乃至第３の実施形態と同様である。まず、補助ｃｈの選定について述べる。図１８に示すように、受信ＰＲＩ列（ＰＲＩ１～ＰＲＩＮ）において、第１乃至第３の実施形態では、フルサンプリングを行っていた。本実施形態では、間引きサンプリング（３６）を行う。このデータを用いて、観測空間全体を覆うマルチビームを形成し（３７）、必要に応じて、slow-time軸の拡張アレイ処理を行い（３８）、slow-time軸ＦＦＴを行う（３９）。この結果より、第１乃至第３の実施形態と同様に、不要信号を多く含むビームを選定でき（４０）、少なくともそのビームを含むビームを形成するようにサブアレイマルチビーム形成（２５１～２５Ｍ）をビーム制御する。これにより、観測空間の全体にフルサンプリングのデータでビーム形成する必要がなくなり、処理規模を削減することができる。 In the sub-array, the point (241 to 24M) of processing the extended array of the angle axis as needed is the same as that of the first to third embodiments. First, the selection of auxiliary channels will be described. As shown in FIG. 18, in the received PRI columns (PRI1 to PRIN), full sampling was performed in the first to third embodiments. In this embodiment, thinning sampling (36) is performed. Using this data, a multi-beam covering the entire observation space is formed (37), and if necessary, an extended array process of the slow-time axis is performed (38), and a slow-time axis FFT is performed (39). From this result, as in the first to third embodiments, a beam containing a large amount of unnecessary signals can be selected (40), and sub-array multi-beam formation (251 to 25M) is performed so as to form a beam containing at least that beam. Beam control. As a result, it is not necessary to form a beam with full sampling data in the entire observation space, and the processing scale can be reduced.
以下、フルサンプリングのデータを用いて、主ｃｈ選定（２８ａ）では所定のビーム指向方向及びドップラセルとし、補助ｃｈ選定（２８ｂ）では、第１乃至第３の実施形態と同様の手法で補助ｃｈを選定し、不要波を抑圧することができる。
本実施形態により、サブアレイマルチビーム形成（２５１，２５Ｍ）と間引きサンプリング（３６）の処理後に転送し、フルサンプリングの形成ビーム数を減らすことで、転送データを削減することができる。
Hereinafter, using the full sampling data, in the main ch selection (28a), the predetermined beam directing direction and the Doppler cell are set, and in the auxiliary ch selection (28b), the auxiliary channels are selected by the same method as in the first to third embodiments. You can select and suppress unnecessary waves.
According to this embodiment, transfer data can be reduced by transferring after processing of sub-array multi-beam formation (251, 25M) and thinning sampling (36) to reduce the number of formed beams of full sampling.
以上のように、第４の実施形態に係るレーダシステムでは、Ｎパルスを送受信するアレイアンテナにおいて、アンテナ開口をＭ（Ｍ≧１）個のサブアレイに分割し、各々のサブアレイ内の素子信号を間引いてサンプリングしたデータを用いて、必要に応じて、角度軸の拡張アレイ処理によりＭex（Ｍex＞Ｍ）個の信号として転送し、Ｍex（Ｍex＞Ｍ）本のビームを形成し、また、レンジセル毎にＣＰＩ信号（Coherent Pulse Interval）slow-time軸を用いて、必要に応じて、slow-time軸の拡張アレイ処理をして、Ｎex（Ｎex＞Ｎ）の信号とし、それを用いてslow-time軸のＦＦＴをして、必要に応じてfast-time軸の拡張アレイ処理をした後の各レンジセル毎にＮex×Ｍex通りの出力を得て、主ｃｈは所定のビーム指向方向及びドップラセルとし、補助ｃｈは、主ｃｈを除いて、振幅最大値からＰ番目までの信号を抽出し、次に、各サブアレイの、前記角度軸の拡張アレイ処理した素子信号を用いて、サブアレイ毎にＭex（Ｍex＞Ｍ）本のビームを形成し、また、レンジセル毎にＣＰＩ信号（Coherent Pulse Interval）slow-time軸を用いて、必要に応じて、slow-time軸の拡張アレイ処理をして、Ｎex（Ｎex＞Ｎ）の信号とし、それを用いてslow-time軸のＦＦＴをして、必要に応じてfast-time軸の拡張アレイ処理をした後のレンジセル毎にＮex×Ｍex通りの出力を得て、前記主ｃｈと補助ｃｈを用いて不要波を抑圧する。 As described above, in the radar system according to the fourth embodiment, in the array antenna for transmitting and receiving N pulses, the antenna aperture is divided into M (M ≧ 1) sub-arrays, and the element signals in each sub-array are thinned out. Using the data sampled in the above, if necessary, it is transferred as Mex (Mex> M) signals by extended array processing of the angle axis to form Mex (Mex> M) beams, and for each range cell. CPI signal (Coherent Pulse Interval) slow-time axis is used, and if necessary, the slow-time axis is extended array processed to obtain a Nex (Nex> N) signal, which is used for slow-time. After performing FFT of the axis and performing extended array processing of the fast-time axis as necessary, the output of Nex × Mex is obtained for each range cell, and the main channel is set to the predetermined beam directing direction and Doppler cell, and is assisted. For ch, the signals from the maximum amplitude value to the Pth are extracted except for the main ch, and then, using the element signals processed by the expansion array of the angle axis of each subarray, Mex (Mex>) is used for each subarray. M) A beam is formed, and the CPI signal (Coherent Pulse Interval) slow-time axis is used for each range cell, and if necessary, the slow-time axis is extended array processed to Nex (Nex>. Using the signal of N), FFT of the slow-time axis is performed, and if necessary, the extended array processing of the fast-time axis is performed, and then the output of Nex × Mex is obtained for each range cell. Unnecessary waves are suppressed by using the main ch and the auxiliary ch.
すなわち、サブアレイ内の素子数が多い場合に、広範囲のビームを形成して補助ｃｈを選定する信号を間引きサンプリングするようにしているので、処理規模を低減して、不要波を抑圧することができる。
上述したように本実施形態のレーダシステムは、クラッタや干渉波の不要波が存在する複雑な環境下でも、処理規模を小さくして、不要波を抑圧することができる。
That is, when the number of elements in the sub-array is large, a wide range of beams are formed and signals for selecting auxiliary channels are thinned out and sampled, so that the processing scale can be reduced and unnecessary waves can be suppressed. ..
As described above, the radar system of the present embodiment can reduce the processing scale and suppress unnecessary waves even in a complicated environment in which unwanted waves such as clutter and interference waves exist.
なお、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 It should be noted that the present invention is not limited to the above embodiment as it is, and at the implementation stage, the components can be modified and embodied within a range that does not deviate from the gist thereof. In addition, various inventions can be formed by an appropriate combination of the plurality of components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be removed from all the components shown in the embodiments. Furthermore, components over different embodiments may be combined as appropriate.
１１１…信号生成器、１１２…変調器、１１３…周波数変換器、１１４…パルス変調器、１１５…送信アンテナ、
２１１～２１Ｍ…サブアレイ、２２１～２２Ｍ…周波数変換器、２３１～２３Ｍ…ＡＤ変換器、２４，２４ａ，２４ｂ…角度軸拡張アレイ処理器、２５，２５１～２５Ｍ…マルチビーム形成器、２６…slow-time拡張アレイ処理器、２７…slow-timeＦＦＴ、２８ａ…主ｃｈ選定器、２８ｂ…補助ｃｈ選定器、２９ａ，２９ｂ…fast-timeＦＦＴ、３０ａ，３０ｂ…fast-time拡張アレイ処理器、３１ａ，３１ｂ…fast-timeＩＦＦＴ、３２…不要波抑圧器、３３…検出器、３４…出力処理器、３５…ビーム合成器、３６…間引きサンプリング処理器、３７…マルチビーム形成器、３８…slow-time拡張アレイ処理器、３９…slow-timeＦＦＴ、４０…ビーム選定器。
111 ... signal generator, 112 ... modulator, 113 ... frequency converter, 114 ... pulse modulator, 115 ... transmit antenna,
211-21M ... Sub-array, 221-22M ... Frequency converter, 231-23M ... AD converter, 24, 24a, 24b ... Angle axis expansion array processor, 25, 251-25M ... Multi-beam former, 26 ... slow- time extended array processor, 27 ... slow-time FFT, 28a ... main ch selector, 28b ... auxiliary ch selector, 29a, 29b ... fast-time FFT, 30a, 30b ... fast-time extended array processor, 31a, 31b ... fast-timeIFFT, 32 ... unwanted wave suppressor, 33 ... detector, 34 ... output processor, 35 ... beam synthesizer, 36 ... thinning sampling processor, 37 ... multi-beam former, 38 ... slow-time extended array processing Instrument, 39 ... slow-time FFT, 40 ... beam selector.
Claims (8)
受信開口をＭ（Ｍ≧１）個のサブアレイに分割したアレイアンテナを用いて前記送信パルスの反射信号を受信する受信手段と、
前記Ｍ個のサブアレイそれぞれの受信信号から少なくともＭ本の受信ビームを形成する受信ビーム形成手段と、
前記Ｍ本の受信ビームからレンジセル毎に、ＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）信号のslow-time軸を用いて少なくともＮ個のドップラ軸信号を生成するドップラ軸信号生成手段と、
前記Ｎ個のドップラ軸信号からレンジセル毎に少なくともＮ×Ｍ通りの出力を取得して主チャンネルと補助チャンネルに分配する分配手段と、
前記主チャンネルで前記ドップラ軸信号から所定のビーム指向方向及びドップラセルを演算し、前記補助チャンネルで、主チャンネルを除いて、前記ドップラ軸信号から、振幅最大値からＰ番目の振幅値までの信号を抽出し、前記主チャンネルの信号に前記補助チャンネルの信号を合成して不要波を抑圧する不要波抑圧手段と
を具備するレーダシステム。 A transmission means for transmitting an N-hit transmission pulse, and
A receiving means for receiving the reflected signal of the transmission pulse using an array antenna in which the receiving aperture is divided into M (M ≧ 1) sub-arrays.
A reception beam forming means for forming at least M reception beams from the reception signals of each of the M sub-arrays, and
A Doppler axis signal generation means that generates at least N Doppler axis signals using the slow-time axis of the CPI (Coherent Pulse Interval) signal for each range cell from the M received beams.
A distribution means that acquires at least N × M outputs for each range cell from the N Doppler axis signals and distributes them to the main channel and auxiliary channels.
A predetermined beam direction and a Doppler cell are calculated from the Doppler axis signal in the main channel, and a signal from the maximum amplitude value to the Pth amplitude value is output from the Doppler axis signal in the auxiliary channel except for the main channel. A radar system including an unnecessary wave suppressing means that extracts and synthesizes a signal of the auxiliary channel with a signal of the main channel to suppress unnecessary waves.
前記ドップラ軸信号生成手段は、さらにslow-time軸の拡張アレイ処理を実行してＮex（Ｎex＞Ｎ）個のドップラ軸信号を生成し、
前記分配手段は、さらにfast-time軸の拡張アレイ処理を実行してレンジセル毎にＮex×Ｍex通りの出力を取得する請求項１記載のレーダシステム。 The receiving beam forming means further performs an extended array process of the angle axis to form a receiving beam of Mex (Mex> M).
The Doppler axis signal generation means further executes an extended array process of the slow-time axis to generate Nex (Nex> N) Doppler axis signals.
The radar system according to claim 1, wherein the distribution means further executes an extended array process of the fast-time axis to acquire an output according to Nex × Mex for each range cell.
前記Ｍ個のサブアレイそれぞれの受信信号から少なくともＭ本の受信ビームを形成し、
前記Ｍ本の受信ビームからレンジセル毎に、ＣＰＩ（Coherent Pulse Interval）信号のslow-time軸を用いて少なくともＮ個のドップラ軸信号を生成し、
前記Ｎ個のドップラ軸信号からレンジセル毎に少なくともＮ×Ｍ通りの出力を取得して主チャンネルと補助チャンネルに分配し、
前記主チャンネルで前記ドップラ軸信号から所定のビーム指向方向及びドップラセルを演算し、前記補助チャンネルで、主チャンネルを除いて、前記ドップラ軸信号から、振幅最大値からＰ番目の振幅値までの信号を抽出し、前記主チャンネルの信号に前記補助チャンネルの信号を合成して不要波を抑圧する
レーダシステムのレーダ信号処理方法。 The reflected signal of the N-hit transmission pulse is received by using the array antenna in which the reception aperture is divided into M (M ≧ 1) sub-arrays.
At least M received beams are formed from the received signals of each of the M subarrays.
At least N Doppler axis signals are generated from the M received beams for each range cell using the slow-time axis of the CPI (Coherent Pulse Interval) signal.
At least N × M outputs are acquired for each range cell from the N Doppler axis signals and distributed to the main channel and the auxiliary channel.
A predetermined beam directing direction and a Doppler cell are calculated from the Doppler axis signal in the main channel, and a signal from the maximum amplitude value to the Pth amplitude value is output from the Doppler axis signal in the auxiliary channel except for the main channel. A radar signal processing method of a radar system that extracts and synthesizes a signal of the auxiliary channel with a signal of the main channel to suppress unnecessary waves.
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