JPH06331728A - レーダ信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明の目的は、反射信号振幅の小さい目標
であっても容易に検出、追尾可能とするレーダ信号処理
装置を提供することにある。 【構成】この発明に係るレーダ信号処理装置は、スキャ
ン画面の各画素振幅情報をスキャン画面ごとに蓄積記憶
しておく。そして、記憶された初期スキャン画面の任意
の画素を仮想目標として特定し、初期スキャン画面を含
む連続したスキャン画面間に渡って、仮想目標画素を起
点とする所定範囲内の全仮想運動経路を想定する。ここ
で、各経路上の画素振幅を複数画面に渡って平均化し、
平均サンプル数に応じて設定される基準振幅値を基に、
各経路の有効、無効を判別し、有効経路に目標運動確率
を割り当てると共に、各経路上の画素の非ノイズ確率を
求める。最終的に、各経路の目標運動確率と経路上の画
素の非ノイズ確率とから目標確率を求め、目標検出、追
尾の判断材料とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーダ受信信号から
得られる複数スキャン画面の振幅情報から目標の検出、
追尾を行うレーダ信号処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、目標の検出追尾を行うレーダ信
号処理装置は、スキャン画面ごとに独立に設定した基準
振幅値から目標を検出し、その後追尾を行っている。こ
の方式は、目標反射信号の振幅が大きく、目標検出効率
が高く、誤警報確率が小さい場合には、スキャン画面上
にノイズの消え残りがほとんどないため、基準振幅値で
判定されたものを目標として認識し、追尾することが可
能である。

【０００３】しかしながら、例えば低ＲＣＳ（レーダ・
クロス・セクション：レーダ反射断面積）目標のように
反射信号振幅の小さい目標を検出しようとすると、基準
振幅値を極めて低く設定せざるを得ない。この場合、ス
キャン画面上でのノイズ消え残りが増大してしまい（例
えば低ＲＣＳ目標の場合は通常目標の１０⁴ 倍以上）、
目標検出効率の低下、誤警報確率の増大を招く。この結
果、目標検出が困難となり、またそれに続く追尾処理を
行うことができない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のレーダ信号処理装置では、反射信号振幅の小さい目
標の検出、追尾が困難であった。この発明は上記の課題
を解決するためになされたもので、反射信号振幅の小さ
い目標であっても容易に検出、追尾可能とするレーダ信
号処理装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係るレーダ信号処理装置は、レーダ受信信
号から順次得られるスキャン画面の各単位画素振幅情報
をスキャン画面ごとに蓄積記憶する記憶手段と、この手
段に記憶された初期スキャン画面の単位画素を仮想目標
として特定する仮想目標特定手段と、前記記憶手段に記
憶された複数枚のスキャン画面の各単位画素振幅情報を
取り込み、前記仮想目標特定手段で特定された各仮想目
標について、各スキャン画面間でそれぞれ予め設定され
た範囲内で取り得る単位画素を結んだ全仮想運動経路を
設定する仮想運動経路設定手段と、この手段で設定され
た各仮想運動経路上の単位画素振幅を複数画面に渡って
平均化し、その平均サンプル数毎に異なる基準振幅値を
用いて、各経路の有効、無効を判別する有効性判別手段
と、この手段で有効と判別された仮想運動経路上の各画
素の振幅／非ノイズ確率を求める振幅／非ノイズ確率変
換手段と、前記仮想運動経路判定部で有効と判定された
各仮想運動経路に、予め求められた被検出目標の運動確
率テーブルを参照して目標運動確率を割り当てる目標運
動確率演算手段と、この手段で得られた各仮想運動経路
の目標運動確率と当該経路上の各画素の非ノイズ確率と
から真の目標である目標確率を求める目標確率演算手段
と、この手段で目標確率を求めた仮想運動経路を画像表
示する表示手段とを具備して構成される。

【０００６】

【作用】上記構成によるレーダ信号処理装置では、スキ
ャン画面の各画素振幅情報をスキャン画面ごとに蓄積記
憶しておく。そして、記憶された初期スキャン画面の任
意の画素を仮想目標として特定し、初期スキャン画面を
含む連続したスキャン画面間に渡って、仮想目標画素を
起点とする所定範囲内の全仮想運動経路を想定する。こ
こで、各経路上の画素振幅を複数画面に渡って平均化
し、平均サンプル数に応じて設定される基準振幅値を基
に、各経路の有効、無効を判別し、有効経路に目標運動
確率を割り当てると共に、各経路上の画素の非ノイズ確
率を求める。最終的に、各経路の目標運動確率と経路上
の画素の非ノイズ確率とから目標確率を求め、その経路
を例えば目標確率と共に画像表示して、目標検出、追尾
の判断材料とする。

【０００７】

【実施例】以下、図１を参照してこの発明の一実施例を
詳細に説明する。図１はこの発明に係るレーダ信号処理
装置の構成を示すもので、この装置には、レーダ受信機
（図示せず）にてレーダ受信信号から順次得られたスキ
ャン画面の各単位画素振幅情報が与えられる。この情報
は画素情報記憶部１１に送られる。

【０００８】この画素情報記憶部１１は、順次送られて
くるスキャン画面ごとの単位画素振幅情報を蓄積記憶す
る。この画素情報記憶部１１には、１スキャン１フレー
ムとして、複数スキャン画面の単位画素情報を記憶可能
なフレームメモリが用いられる。

【０００９】尚、ここでは規定枚数全てのスキャン画面
が記憶されてから以下の処理を始めてもよいが、規定枚
数分のスキャン画面が記憶されるのを待たなくてもよ
い。また、処理時間の短縮のためには、画素情報記憶部
１１を複数個並列して用いてもかまわない。

【００１０】仮想目標特定部１２は画素情報記憶部１１
から初期スキャン画面の単位画素情報を読み出し、任意
の単位画素を仮想的な目標（以下、仮想目標と称する）
として特定する。

【００１１】尚、この仮想目標の特定は、通常は全ての
領域の単位画素を特定するが、一部の領域のみであって
もかまわない。また、初期スキャン画面は画素情報記憶
部１１が複数存在する場合は複数あってもよい。

【００１２】仮想運動経路選定部１３は、被検出目標に
関するデータベースから得られる情報、他の測定系から
得られる情報などを元にして作成された複数の仮想的な
運動経路（以下、仮想運動経路と称する）の情報を格納
しており、観測時に目的に応じた仮想運動経路を選択
し、その経路情報を同一仮想目標抽出部１４に送出す
る。

【００１３】同一仮想目標抽出部１４は、仮想運動経路
選定部１３からの仮想運動経路情報を受けて、画素情報
記憶部１１から初期スキャン画面に続く規定枚数分のス
キャン画面の単位画素情報を順に読み出す。そして、初
期スキャン画面で特定した仮想目標画素を起点として、
各スキャン画面上での仮想目標運動経路を想定し、その
経路上の単位画素を同一仮想目標として設定する。

【００１４】画素振幅平均算出部１５は、同一仮想目標
抽出部１４で同一目標として設定した単位画素につい
て、初期スキャン画面から順に、処理スキャン数（サン
プル数）に対する振幅平均値を算出する。すなわち、次
式を演算する。

【００１５】

【数１】

【００１６】尚、初期スキャン画面については、振幅平
均算出のサンプル数を１として、入力値をそのまま出力
としてもよい。ここで得られた各仮想運動経路上の複数
の単位画素情報の振幅平均値は不要信号判定部１６に送
られ、その振幅平均算出のサンプル数は基準振幅設定部
１７に送られる。

【００１７】基準振幅設定部１７は、画素振幅平均算出
部１５で行われる振幅平均算出のサンプル数に応じて基
準振幅値Ｖref を変化させる。この基準振幅値Ｖref は
有効性判定部１６に送られる。

【００１８】有効性判定部１６は、画素振幅平均算出部
１５で算出された振幅平均値を基準振幅設定部１７から
の基準振幅値Ｖref と比較し、基準振幅値Ｖref に満た
ない振幅平均値を持つ仮想運動経路上の単位画素情報を
無効と判定し、基準振幅値Ｖref 以上の振幅平均値を持
つ仮想運動経路上の単位画素情報を有効と判定する。

【００１９】これにより有効と判定された仮想運動経路
上の複数の単位画素情報は振幅／非ノイズ確率変換部１
８及び目標運動確率演算部２０に送られる。但し、観測
途中で無効と判定された場合には、その仮想運動経路に
ついての処理を打ち切る。

【００２０】振幅／非ノイズ確率変換部１８は、予め求
められた振幅／非ノイズ確率変換テーブル１９を参照し
て、有効と判定された仮想運動経路上の各単位画素の振
幅情報を非ノイズ確率情報に変換する。変換された非ノ
イズ確率情報は目標確率演算部２２に送られる。

【００２１】目標運動確率演算部２０は、有効性判定部
１６で有効と判定された各仮想運動経路の各単位画素間
に、予め求められた被検出目標の運動確率テーブル２１
を参照して目標運動確率を割り当てて、各仮想運動経路
の平均目標運動確率を求める。

【００２２】目標確率演算部２２は、振幅／非ノイズ確
率変換部１８で得られた各仮想運動経路上の各画素の非
ノイズ確率と目標運動確率演算部２０で得られた各仮想
運動経路の目標運動確率とから真の目標である確率を求
める。以後、スキャン画面を入力するごとに以上の処理
を繰返し実行する。

【００２３】表示部２３は、有効性判定部１６で有効と
判定された仮想運動経路のうち、任意の経路を座標表示
すると共に、目標確率演算部２２で得られる目標確率を
表示される経路近傍に数値表示するか、あるいは経路の
表示線を確率に応じた太さに調整するようにしたもので
ある。

【００２４】尚、表示形式は上記の方式に限定されず、
要は仮想運動経路とその運動確率をオペレータが理解し
やすいように表示すればよい。上記構成において、以下
その運用について図２乃至図６を参照して説明する。

【００２５】図２（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ低ＲＣＳ目
標及びクラッタ等のノイズの確率密度に対する画素振幅
分布を示しており、（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に平均
回数を多くしていった場合の変化を示したものである。

【００２６】すなわち、画素振幅平均値分布と平均のサ
ンプル数の関係を見ると、中心値極限定理から、その変
化は低ＲＣＳ目標の信号分布の形状については図２
（ａ）中Ａに示すものが平均回数が増加するにつれて、
図２（ｂ），（ｃ）に示すように変化する。クラッタ等
のノイズ分布の形状については、同様に図２（ａ）中Ｂ
に示すものが図２（ｂ），（ｃ）に示すように変化す
る。

【００２７】よって、低ＲＣＳ目標の信号成分とノイズ
成分の各分布形状の変化に対応して基準振幅値Ｖref を
調整することで、低ＲＣＳ目標の検出効率を改善するこ
とができる。

【００２８】具体的には、基準振幅値Ｖref 以下の低Ｒ
ＣＳ目標の信号分布を最小にし、かつノイズ成分の除去
が最大となるように、図３に示すように基準振幅値Ｖre
f を平均のサンプル数に対する増加関数として設定す
る。ここで設定された基準振幅値Ｖref をテーブル化し
て基準振幅設定部１７に格納しておく。

【００２９】尚、目標、環境に応じて増加関数の形状が
異なるので、複数の増加関数の形状を予めテーブルとし
て用意し、適宜選択可能とするようにすれば、いっそう
効果的である。

【００３０】次に、画素振幅と非ノイズ確率との関係
は、図４（ａ）に取り出して示す画素振幅と確率密度の
関係から図４（ｂ）に示すように求まる。そこで、この
関係をテーブル化して振幅／非ノイズ確率テーブル１９
に格納しておく。すなわち、振幅／非ノイズ確率変換部
１８において、各画素ごとにテーブルを参照すれば、そ
の振幅に対応する非ノイズ確率を容易に求めることがで
きる。

【００３１】ところで、低ＲＣＳ目標については、被検
出目標に関するデータベースから得られた情報、他の測
定系から得られる情報などから、次にどの方向へ移動す
るか、運動経路を予測可能な状況になることがある。ま
た、自己の方向に向かう目標のみを検出対象とする等、
観測者（運用者）の要求に応じる必要もある。

【００３２】そこで、仮想目標特定部１２において、記
憶部１１の初期スキャン画面から任意の有効画素を仮想
目標として特定する。また、仮想運動経路選定部１３に
おいて、特定された各仮想目標について上記の条件を満
足する範囲を定め、各スキャン画面間でそれぞれその範
囲内で取り得る画素を結んだ全仮想運動経路を設定す
る。さらに画素振幅平均算出部１５、有効性判定部１６
及び基準振幅設定部１７により、無効と判定される経路
の画素情報を排除した後、目標運動確率演算部２０にお
いて、残りの各経路の画素間について目標運動確率を割
り当てる。

【００３３】図５に一例を示す。この図は、初期スキャ
ン画面の有効画素Ａを仮想目標とし、この画素Ａを起点
に４枚のスキャン画面間で取り得る仮想運動経路を想定
した場合を示している。各スキャン画面の画素情報には
すでに非ノイズ確率ＰAn-1（ｎは対象とするスキャン画
面数：図ではｎ＝４）が求まっている。各画素間の目標
運動確率Ｐdn-1はテーブル２１を参照して求める。

【００３４】このテーブルは、例えば図６に示すように
過去の速度ベクトル（方向及び移動量）から作成するこ
とができる。図６の場合、目標が直線的に一定速度で移
動するときの確率が最大となるように設定されている。

【００３５】各経路について、目標運動確率の割り当て
終了後、目標確率演算部２２において、目標運動確率と
非ノイズ確率を総合し、目標確率（仮想目標が真の目標
である確率）を求める。この目標確率の演算としては、
例えば図５のＡ〜Ｄ間経路の場合、目標運動確率Ｐd1，
Ｐd2，Ｐd3、非ノイズ確率ＰA1，ＰA2，ＰA3それぞれに
ついて平均し、両者を乗算すればよい。

【００３６】このようにして求められた目標確率から比
較的確率の高い経路を選んだ場合、図７に示すように画
像表示される。図７において、Ｓ１，Ｓ２はそれぞれ目
標確率を目標運動経路近傍に数値表示した場合の例、Ｓ
３は目標運動経路の表示線を確率に応じた太さに調整し
た場合の例を示している。

【００３７】後は、他の高精度なレーダ装置で表示され
た方向を探索すれば、短時間に目標を検出追尾すること
が可能となる。したがって、上記構成によるレーダ信号
処理装置は、個々の仮想目標について目標運動確率と非
ノイズ確率を総合した目標確率を求めているので、この
目標確率から仮想目標が真の目標であるか否かを容易に
判断することができるようになり、これによって反射信
号振幅の小さい目標の検出、追尾を極めて容易にするこ
とができる。

【００３８】特に、画素振幅平均算出のサンプル数に応
じて基準振幅値Ｖref を調整し、この振幅値Ｖref に基
づいて仮想運動経路上の単位画素情報の有効、無効を判
定するようにしているので、低ＲＣＳ目標及びクラッタ
等のノイズの画素振幅平均値分布のサンプル数の増加に
伴う変化を有効に利用し、ノイズ成分を極めて高精度に
排除することができ、これによって確率精度を向上させ
ることができる。

【００３９】尚、上記実施例では、仮想運動経路として
直線的なものを最大確率とする場合を説明したが、例え
ば側方の運動確率を高く設定すれば、その方向に向かう
目標のみを対象に検出追尾できるようになる。

【００４０】また、上記実施例では、画素振幅情報を非
ノイズ確率情報に変換して処理する場合について説明し
たが、非ノイズ確率情報の値を前記画素振幅情報の値と
等しくして処理することも可能である。その他この発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形しても同様に実施可
能であることはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、反射信
号振幅の小さい目標であっても容易に検出、追尾可能と
するレーダ信号処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るレーダ信号処理装置の一実施例
を示すブロック構成図。

【図２】同実施例の低ＲＣＳ目標及びクラッタ等のノイ
ズの確率密度に対する画素振幅分布を示す特性図。

【図３】同実施例の基準振幅設定部に格納される平均の
サンプル数に対する基準振幅値増加関数を示す特性図。

【図４】同実施例の振幅／非ノイズ確率テーブルに格納
される画素振幅と非ノイズ確率との関係を示す特性図。

【図５】同実施例の仮想目標運動経路の設定、目標運動
確率の割り当て及び目標確率演算処理を説明するための
概念図。

【図６】同実施例の目標運動確率テーブルの作成手法を
説明するためのベクトル図。

【図７】同実施例の目標運動経路と目標確率の画像表示
例を示す図。

【符号の説明】

１１…画素情報記憶部、１２…仮想目標特定部、１３…
仮想運動経路選定部、１４…同一仮想目標抽出部、１５
…画素振幅平均算出部、１６…有効性判定部、１７…基
準振幅設定部、１８…振幅／非ノイズ確率変換部、１９
…振幅／非ノイズ確率テーブル、２０…目標運動確率演
算部、２１…運動確率テーブル、２２…目標確率演算
部、２３…表示部。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】レーダ受信信号から順次得られるスキャン
   画面の各単位画素振幅情報をスキャン画面ごとに蓄積記
   憶する記憶手段と、 この手段に記憶された初期スキャン画面の単位画素を仮
   想目標として特定する仮想目標特定手段と、 前記記憶手段に記憶された複数枚のスキャン画面の各単
   位画素振幅情報を取り込み、前記仮想目標特定手段で特
   定された各仮想目標について、各スキャン画面間でそれ
   ぞれ予め設定された範囲内で取り得る単位画素を結んだ
   全仮想運動経路を設定する仮想運動経路設定手段と、 この手段で設定された各仮想運動経路上の単位画素振幅
   を複数画面に渡って平均化し、その平均サンプル数毎に
   異なる基準振幅値を用いて、各経路の有効、無効を判別
   する有効性判別手段と、 この手段で有効と判別された仮想運動経路上の各画素の
   振幅／非ノイズ確率を求める振幅／非ノイズ確率変換手
   段と、 前記仮想運動経路判定部で有効と判定された各仮想運動
   経路に、予め求められた被検出目標の運動確率テーブル
   を参照して目標運動確率を割り当てる目標運動確率演算
   手段と、 この手段で得られた各仮想運動経路の目標運動確率と当
   該経路上の各画素の非ノイズ確率とから真の目標である
   目標確率を求める目標確率演算手段と、 この手段で目標確率を求めた仮想運動経路を画像表示す
   る表示手段とを具備するレーダ信号処理装置。
2. 【請求項２】前記有効性判別手段は、 前記仮想運動経路設定手段で設定された各経路上の単位
   画素について、各スキャン毎に運動経路に沿ってその振
   幅値の加算平均を算出する画素振幅平均算出部と、 前記基準振幅値と平均サンプル数との関係がテーブル化
   して格納され、格納テーブルを参照して前記画素振幅平
   均算出部の平均サンプル数から基準振幅値を設定する基
   準振幅設定部と、 前記画素振幅平均算出部で算出された平均値と前記基準
   振幅設定部で設定された基準振幅値とを比較することで
   その仮想運動経路の有効性を判別する判定部とを備える
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号
   処理装置。
3. 【請求項３】前記有効性判別手段の基準振幅設定部は、
   前記基準振幅値と平均サンプル数との関係を示すテーブ
   ルが複数種類格納され、各テーブルを選択または併用し
   て使用するようにしたことを特徴とする請求項２記載の
   レーダ信号処理装置。
4. 【請求項４】前記非ノイズ確率、目標運動確率、目標確
   率の少なくとも一つが離散的な値であることを特徴とす
   る請求項１記載のレーダ信号処理装置。
5. 【請求項５】前記表示手段は、画像表示された仮想運動
   経路の近傍に当該経路の目標確率を数値表示するように
   したことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装
   置。
6. 【請求項６】前記表示手段は、画像表示される仮想運動
   経路の表示線の太さをその経路の目標確率に応じて調整
   するようにしたことを特徴とする請求項１記載のレーダ
   信号処理装置。
7. 【請求項７】前記目標運動確率演算手段は、割り当て途
   中で目標運動確率が規定値に満たない場合は、その仮想
   運動経路についての以後の処理を打ち切る処理を備える
   ことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
8. 【請求項８】前記記憶手段は、１スキャン１フレームと
   して前記非ノイズ確率情報を蓄積記憶するフレームメモ
   リを備えることを特徴とする請求項１記載のレーダ信号
   処理装置。
9. 【請求項９】前記目標運動確率演算手段は、所望する方
   向の経路の運動確率を高くした前記運動確率テーブルを
   備えることを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理
   装置。
10. 【請求項１０】前記振幅／非ノイズ確率変換手段は、予
    め求められた振幅／非ノイズ確率テーブルを参照して前
    記画素振幅情報を非ノイズ確率情報に変換することを特
    徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
11. 【請求項１１】前記振幅／非ノイズ確率変換手段は、前
    記非ノイズ確率情報を前記画素振幅情報の値に等しくす
    ることを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装
    置。