JPWO2013118731A1 - Radar signal processing device, radar device, and radar signal processing method - Google Patents
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Abstract
【課題】スキャン相関処理の精度を保ち、かつ高速移動する物標が前記スキャン相関処理で抑圧されてしまうことを防止したレーダ信号処理装置を提供する。【解決手段】レーダ信号処理装置14は、信号取得部20と、極座標相関処理部21と、直交座標相関処理部22と、を備える。信号取得部20は、受信信号に基づいて、受信データを極座標系で取得する。極座標相関処理部21は、受信データに対して極座標系で相関処理を行う。直交座標相関処理部22は、極座標相関処理部21の相関処理結果を直交座標系に変換して相関処理を行う。【選択図】図1A radar signal processing apparatus that maintains the accuracy of scan correlation processing and prevents a target moving at high speed from being suppressed by the scan correlation processing. A radar signal processing device includes a signal acquisition unit, a polar coordinate correlation processing unit, and an orthogonal coordinate correlation processing unit. The signal acquisition unit 20 acquires received data in a polar coordinate system based on the received signal. The polar coordinate correlation processing unit 21 performs correlation processing on the received data in a polar coordinate system. The orthogonal coordinate correlation processing unit 22 performs correlation processing by converting the correlation processing result of the polar coordinate correlation processing unit 21 into an orthogonal coordinate system. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、主として、受信信号にスキャン相関処理を施してクラッタを抑制するレーダ信号処理装置に関する。 The present invention mainly relates to a radar signal processing apparatus that suppresses clutter by performing a scan correlation process on a received signal.
船舶用レーダは、水平面内を所定周期で回転するアンテナから電波を送信するとともに、周囲のターゲットからの反射信号を前記アンテナで受信する。当該受信された信号(受信信号)は、A/D変換器によって受信データに変換される。受信データは適宜の処理を施された後、レーダ映像として表示装置に表示される。レーダ装置のオペレータは、表示されたレーダ映像を確認することにより、周囲のターゲットの様子を知ることができる。 A marine radar transmits radio waves from an antenna that rotates in a predetermined cycle in a horizontal plane, and receives reflected signals from surrounding targets by the antenna. The received signal (received signal) is converted into received data by an A / D converter. The received data is displayed on the display device as a radar image after appropriate processing. The operator of the radar apparatus can know the state of the surrounding target by checking the displayed radar image.
ターゲットまでの距離rは、当該ターゲットからの反射信号をアンテナが受信するまでの時間により知る事ができる。また、ターゲットの方向は、当該ターゲットからの反射信号を受信したときのアンテナの向きθによって知る事ができる。即ち、船舶用レーダで受信された信号は、ターゲットの位置を極座標系(r,θ)で示していると言える。 The distance r to the target can be known from the time until the antenna receives the reflected signal from the target. Further, the direction of the target can be known from the direction θ of the antenna when the reflected signal from the target is received. That is, it can be said that the signal received by the marine radar indicates the position of the target in the polar coordinate system (r, θ).
上記受信信号には、クラッタ(海面や雨からの反射波)やノイズなどが含まれている場合がある。このクラッタやノイズがレーダ映像に表示されてしまうと、当該レーダ映像上のターゲットの識別性が低下してしまう。そこで従来から、船舶用レーダにおいて、スキャン間の受信信号の安定度からクラッタとターゲットを識別し、レーダ映像に反映するスキャン相関処理が知られている。この種のスキャン相関処理は、例えば特許文献1から4に開示されている。 The received signal may include clutter (a reflected wave from the sea surface or rain) or noise. If the clutter or noise is displayed on the radar image, the target identification on the radar image is degraded. Therefore, conventionally, in a marine radar, a scan correlation process is known in which a clutter and a target are identified from the stability of a received signal between scans and reflected in a radar image. This type of scan correlation processing is disclosed in Patent Documents 1 to 4, for example.
特許文献1は、前記極座標系で示されている受信データの座標を、直交座標系に座標変換し、当該直交座標系の座標に対応した読み出しアドレス及び書き込みアドレスによって画像メモリにアクセスしてスキャン相関処理を行う構成を開示している。即ち、特許文献1においては、受信データを極座標から直交座標に変換してからスキャン相関処理を行っている。 In Patent Document 1, the coordinates of received data shown in the polar coordinate system are converted into an orthogonal coordinate system, and the image memory is accessed by a read address and a write address corresponding to the coordinates of the orthogonal coordinate system to scan correlation A configuration for performing processing is disclosed. That is, in Patent Document 1, scan correlation processing is performed after the received data is converted from polar coordinates to orthogonal coordinates.
この点、特許文献2及び3は、直交座標への座標変換を行ってからスキャン相関処理を行うことの問題点を指摘している。例えば特許文献2は、極座標系から直交座標系への座標変換を行うスキャン相関処理において、座標変換の際に受信データ(エコーデータ)の選択や補間データの作成を行わなければならず、生のエコーデータをスキャン相関処理にそのまま利用することができない旨を指摘している。また特許文献3は、画像メモリ(相関処理用メモリ)に直交座標系のアドレスで書き込んだ時点で、受信データとスイープのとの対応関係が失われてしまうため、相関処理の精度が落ち易い旨を指摘している。 In this regard, Patent Documents 2 and 3 point out the problem of performing the scan correlation processing after performing coordinate conversion to orthogonal coordinates. For example, in Patent Document 2, in scan correlation processing that performs coordinate conversion from a polar coordinate system to an orthogonal coordinate system, reception data (echo data) must be selected and interpolation data must be created during coordinate conversion. It is pointed out that echo data cannot be used as it is for scan correlation processing. Further, in Patent Document 3, since the correspondence between the received data and the sweep is lost at the time of writing to the image memory (correlation processing memory) with the address of the orthogonal coordinate system, the accuracy of the correlation processing is likely to be reduced. Point out.
そこで特許文献2及び3は、極座標形式のままでスキャン相関処理を行う構成を開示している。特許文献2は、受信の座標系のままでスキャン相関処理を行うことにより、分解能を高くすることができるとしている。また、特許文献3は、画像メモリへの読み書きの際に、信号の真送信方向と相対送信方向との対応関係が崩れないようにすることで、スキャン相関処理精度の低下が生じないとしている。 Therefore, Patent Documents 2 and 3 disclose configurations in which scan correlation processing is performed in the polar coordinate format. Patent Document 2 states that the resolution can be increased by performing the scan correlation process in the received coordinate system. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228867 states that the correspondence between the true transmission direction of the signal and the relative transmission direction is not disturbed when reading / writing from / to the image memory, so that the scan correlation processing accuracy does not deteriorate.
ところで、上記のスキャン相関処理を行うと、高速で相対移動しているターゲットの信号が抑圧されてしまうという問題がある。即ち、高速で相対移動するターゲットは、レーダ画面上で一ヶ所に安定して存在していないので、この限りにおいてクラッタ及びノイズと区別することができない。このため、スキャン相関処理を行うと、高速で移動するターゲットの信号が抑圧されてしまう結果、レーダ映像上の前記ターゲットの映像が薄くなる(また当該ターゲットが全く表示されない)という現象が発生する。 By the way, when the above-described scan correlation processing is performed, there is a problem that a signal of a target that is relatively moving at a high speed is suppressed. That is, since the target that moves relatively at high speed does not exist stably on one place on the radar screen, it cannot be distinguished from clutter and noise. For this reason, when the scan correlation process is performed, the signal of the target moving at high speed is suppressed, and as a result, the target image on the radar image becomes thin (and the target is not displayed at all).
この点、例えば特許文献4は、ターゲット(物標)を捕捉・追尾して位置を予測し、当該予測した位置にターゲットの位置を補正する処理を開示している。特許文献4は、これにより、高速移動するターゲットであっても、観測したいターゲットは明瞭に表示できるとしている。しかし、このようにターゲットの相対移動を補正する処理は、極座標系の座標では行いにくいため、直交座標系に座標変換したうえで上記処理を行うことになる。従って、特許文献4のような処理を行おうとした場合、極座標系から直交座標系へ座標変換することによるスキャン相関処理精度の低下を避けることができない。また、この捕捉・追尾処理は処理負荷が大きく、一度に捕捉・追尾できるターゲットの数に限界がある。 In this regard, for example, Patent Literature 4 discloses a process of capturing and tracking a target (target) to predict a position and correcting the target position to the predicted position. According to Japanese Patent Laid-Open No. 2004-133260, even if the target moves at high speed, the target to be observed can be clearly displayed. However, the process of correcting the relative movement of the target in this way is difficult to perform with the coordinates of the polar coordinate system, and thus the above-described process is performed after the coordinate conversion to the orthogonal coordinate system. Therefore, when processing such as that of Patent Document 4 is to be performed, a decrease in scan correlation processing accuracy due to coordinate conversion from the polar coordinate system to the orthogonal coordinate system cannot be avoided. In addition, this capture / tracking process has a large processing load, and there is a limit to the number of targets that can be captured / tracked at one time.
本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その主要な目的は、スキャン相関処理の精度を保ち、かつ高速移動する物標が前記スキャン相関処理で抑圧されてしまうことを防止したレーダ信号処理装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a main object thereof is a radar that maintains the accuracy of the scan correlation processing and prevents a target that moves at high speed from being suppressed by the scan correlation processing. It is to provide a signal processing apparatus.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.
本発明の第1の観点によれば、以下の構成のレーダ信号処理装置が提供される。即ち、このレーダ信号処理装置は、信号取得部と、極座標相関処理部と、直交座標相関処理部と、を備える。前記信号取得部は、受信信号に基づいて、受信データを極座標系で取得する。前記極座標相関処理部は、前記受信データに対して極座標系で相関処理を行う。前記直交座標相関処理部は、前記極座標相関処理部の相関処理結果を直交座標系に変換して相関処理を行う。 According to a first aspect of the present invention, a radar signal processing apparatus having the following configuration is provided. That is, this radar signal processing device includes a signal acquisition unit, a polar coordinate correlation processing unit, and an orthogonal coordinate correlation processing unit. The signal acquisition unit acquires reception data in a polar coordinate system based on the reception signal. The polar coordinate correlation processing unit performs correlation processing on the received data in a polar coordinate system. The orthogonal coordinate correlation processing unit converts the correlation processing result of the polar coordinate correlation processing unit into an orthogonal coordinate system and performs correlation processing.
このように、極座標系で得られた受信データを、極座標系のままで相関処理する極座標相関処理部を設けたことにより、精度の高いスキャン相関処理を実現することができる。また、この極座標相関処理部の相関処理結果に対して、更に直交座標系で相関処理を行う直交座標相関処理部を設けたことにより、極座標系でのスキャン相関では抑圧しきれなかったクラッタ等を除去できる。 Thus, by providing a polar coordinate correlation processing unit that performs correlation processing on received data obtained in the polar coordinate system while maintaining the polar coordinate system, highly accurate scan correlation processing can be realized. In addition, by providing an orthogonal coordinate correlation processing unit that performs correlation processing in the orthogonal coordinate system for the correlation processing result of this polar coordinate correlation processing unit, clutter that could not be suppressed by scan correlation in the polar coordinate system, etc. Can be removed.
上記のレーダ信号処理装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、このレーダ信号処理装置は、当該レーダ信号処理装置の移動速度を取得する移動速度取得部と、前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果の大きさを調整する相関処理調整部と、を備える。前記相関処理調整部は、前記移動速度に応じて、前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果の大きさを変更する。 The radar signal processing apparatus is preferably configured as follows. That is, the radar signal processing device includes: a moving speed acquisition unit that acquires the moving speed of the radar signal processing device; and a correlation processing adjustment unit that adjusts the magnitude of the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit. Prepare. The correlation processing adjustment unit changes the magnitude of the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit according to the moving speed.
即ち、レーダ信号処理装置が移動すると、周囲のターゲットが相対移動する結果、ターゲットの相関を取りにくくなる。このため、当該ターゲットが相関処理によって抑圧され易くなる。そこで上記のように、レーダ信号処理装置の移動速度に応じて、極座標系での相関処理の効き具合を変更することにより、相対移動するターゲットが相関処理で抑圧されることを防止する。 That is, when the radar signal processing device moves, the surrounding targets relatively move, and as a result, it becomes difficult to correlate the targets. For this reason, the target is easily suppressed by the correlation processing. Therefore, as described above, by changing the effectiveness of the correlation processing in the polar coordinate system according to the moving speed of the radar signal processing device, it is possible to prevent the relative moving target from being suppressed by the correlation processing.
上記のレーダ信号処理沿装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、このレーダ信号処理装置は、前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果の大きさを調整する相関処理調整部を備える。前記相関処理調整部は、送信パルス信号のパルス幅に応じて、前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果の大きさを変更する。 The radar signal processing apparatus is preferably configured as follows. That is, the radar signal processing apparatus includes a correlation processing adjustment unit that adjusts the magnitude of the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit. The correlation processing adjustment unit changes the magnitude of the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit according to the pulse width of the transmission pulse signal.
即ち、パルス幅が長くなるほど、レーダ映像上でのエコー像が大きくなり、ターゲットの相関を取り易くなる。そこで、パルス幅に応じて、極座標系での相関処理の効き具合を変更することにより、パルス幅に応じた適切な処理を行うことができる。 In other words, the longer the pulse width, the larger the echo image on the radar image and the easier it is to correlate the target. Therefore, by changing the effectiveness of the correlation processing in the polar coordinate system according to the pulse width, it is possible to perform appropriate processing according to the pulse width.
上記のレーダ信号処理装置は、以下のように構成されることが好ましい。即ち、このレーダ信号処理装置は、前記極座標相関処理部及び前記直交座標相関処理部における前記相関処理の効果を調整する相関処理調整部を備える。前記相関処理調整部は、前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果を大きくした場合には、前記直交座標相関処理部における前記相関処理の効果を小さくする。また、前記相関処理調整部は、前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果を小さくした場合には、前記直交座標相関処理部における前記相関処理の効果を大きくする。 The radar signal processing apparatus is preferably configured as follows. That is, the radar signal processing apparatus includes a correlation processing adjustment unit that adjusts the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit and the orthogonal coordinate correlation processing unit. The correlation processing adjustment unit reduces the effect of the correlation processing in the orthogonal coordinate correlation processing unit when the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit is increased. Moreover, the said correlation process adjustment part enlarges the effect of the said correlation process in the said orthogonal coordinate correlation process part, when the effect of the said correlation process in the said polar coordinate correlation process part is made small.
これにより、極座標相関処理部と直交座標相関処理部を合わせたレーダ信号処理装置全体での相関処理の効果を略一定とすることができる。 Thereby, the effect of the correlation process in the whole radar signal processing apparatus combining the polar coordinate correlation processing unit and the orthogonal coordinate correlation processing unit can be made substantially constant.
本発明の第2の観点によれば、上記のレーダ信号処理装置と、前記受信信号を受信するレーダアンテナと、前記直交座標相関処理部の相関処理結果に基づいたレーダ映像を表示する表示部と、を備えるレーダ装置が提供される。 According to a second aspect of the present invention, the radar signal processing apparatus, a radar antenna that receives the received signal, a display unit that displays a radar image based on a correlation processing result of the orthogonal coordinate correlation processing unit, Are provided.
このレーダ装置は、前記レーダ信号処理装置による精度の高いスキャン相関処理結果に基づいたレーダ映像を表示することができるので、当該レーダ装置のオペレータは、周囲のターゲットの様子を正確に把握することができる。 Since this radar apparatus can display a radar image based on a highly accurate scan correlation processing result by the radar signal processing apparatus, the operator of the radar apparatus can accurately grasp the state of surrounding targets. it can.
本発明の第3の観点によれば、以下のようにして行うレーダ信号処理方法が提供される。即ち、このレーダ信号処理方法は、信号取得工程と、極座標相関処理工程と、直交座標相関処理工程と、を含む。前記信号取得工程では、受信信号に基づいて、受信データを極座標系で取得する。前記極座標相関処理工程では、前記受信データに対して極座標系で相関処理を行う。前記直交座標相関処理工程では、前記極座標相関処理工程での相関処理結果を直交座標系に変換して相関処理を行う。 According to the third aspect of the present invention, there is provided a radar signal processing method performed as follows. That is, this radar signal processing method includes a signal acquisition step, a polar coordinate correlation processing step, and an orthogonal coordinate correlation processing step. In the signal acquisition step, reception data is acquired in a polar coordinate system based on the reception signal. In the polar correlation processing step, correlation processing is performed on the received data in a polar coordinate system. In the orthogonal coordinate correlation processing step, the correlation processing result in the polar coordinate correlation processing step is converted into an orthogonal coordinate system to perform correlation processing.
次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。この実施形態に係るレーダ装置10は、船舶用のレーダ装置であり、自船周囲のターゲット(他船や陸地など)の様子を表示するためのものである。図1に示すように、このレーダ装置10は、レーダアンテナ11と、送受信部12と、送信信号出力部13と、レーダ信号処理装置14と、表示部15と、を備えている。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The
レーダアンテナ11は指向性を有するアンテナであり、所定の周期で平面内を360度回転するように構成されている。以下の説明では、レーダアンテナ11のメインローブが向く方向を、単にレーダアンテナ11の向きと称する。送信信号出力部13は、レーダアンテナ11が1回転する間に、複数回のパルス信号を所定周期で出力するように構成されている。このパルス信号は、送受信部12を介してレーダアンテナ11に印加され、当該レーダアンテナ11から放射される。
The
レーダアンテナ11から放射されたパルス信号は、周囲のターゲットに反射して、再びレーダアンテナ11に受信される。このときレーダアンテナ11が受信した信号を、以下の説明では「受信信号」と呼ぶ。レーダアンテナ11に受信された受信信号は、送受信部12を介してレーダ信号処理装置14に入力される。信号を送受信しながらレーダアンテナ11を1回転させる動作を「スキャン」と呼び、パルス信号を送信してから次のパルス信号を送信するまでの間に受信信号を受信する動作を「スイープ」と呼ぶ。なお、レーダアンテナ11、送信信号出力部13、及び送受信部12の構成は公知であるから、詳細な説明は省略する。
The pulse signal radiated from the
レーダ信号処理装置14は、信号取得部20と、極座標相関処理部21と、直交座標相関処理部22と、画像処理部25と、を備える。
The radar
信号取得部20には、送受信部12から前記受信信号が入力される。信号取得部20は、受信信号を増幅する増幅器26と、増幅器26で増幅された受信信号をサンプリングしてデジタルデータに変換するA/D変換器(アナログ−デジタル変換器)27とを備えている。A/D変換器27が出力するデジタルデータを、受信データと呼ぶ。各受信データの値は、当該受信データがサンプリングされたときの受信信号の信号レベルを表している。
The received signal is input from the transmission /
ターゲットからの反射信号がレーダアンテナ11に受信されないときには、受信信号の信号レベルはノイズレベルとなるので、そのとき取得される受信データの値も小さくなる。ターゲットからの反射信号が受信されたときは、受信信号の信号レベルがノイズレベルよりも大きくなり、そのとき取得される受信データの値も大きくなる。レーダアンテナ11からターゲットまでの距離rは、レーダアンテナ11がパルス信号を送信してから反射信号が受信されるまでにかかった時間によって知ることができる。また、ターゲットの方向は、反射信号を受信したときのレーダアンテナ11の向きθによって知ることができる。このように、信号取得部20が取得した受信データは、レーダアンテナ11の位置を原点とした極座標系の座標(r,θ)により、平面上の点に対応付けることができる。従って、レーダ信号処理装置14の信号取得部20は、各受信データを極座標系(r,θ)で取得しているという事ができる。
When the reflected signal from the target is not received by the
極座標相関処理部21は、極座標系でスキャン相関処理を行うように構成されている。具体的には、極座標相関処理部21は、極座標演算部28と、極座標処理結果保持部29を備えている。
The polar coordinate
極座標処理結果保持部29は、1スキャン分(レーダアンテナ11の1回転分)の極座標相関処理済データを、極座標系の二次元画像として記憶している。従って、極座標処理結果保持部29が記憶している極座標相関処理済データSr,θの読み出し、書き込みは、極座標系の座標(r,θ)に対応したアドレスで行うことが可能である。The polar coordinate processing
極座標演算部28は、信号取得部20から最新の受信データDr,θが入力されると、当該受信データDr,θの極座標系の座標(r,θ)に応じたアドレスで、極座標処理結果保持部29から1スキャン前の極座標相関処理済データSr,θを読み出す。極座標演算部28は、最新の受信データDr,θと、1スキャン前の極座標相関処理済データSr,θと、の相関を取るスキャン相関処理を行う。このスキャン相関処理は、例えば以下の式(1)によって行うことができる。
S’r,θ=(1−α)Dr,θ+αSr,θ・・・(1)
なお、S’r,θは、新しく算出された極座標相関処理済データである。係数αは、上記重み付け合成の重み付け係数(フィルタ係数)であり、0以上1以下の範囲の値をとる。When the latest reception data Dr, θ is input from the
S ′ r, θ = (1−α) D r, θ + αS r, θ (1)
S ′ r, θ is newly calculated polar coordinate correlation processed data. The coefficient α is a weighting coefficient (filter coefficient) for the weighting synthesis, and takes a value in the range of 0 to 1.
このスキャン相関処理は一種のIIRフィルタ処理であり、スキャン間で不安定な信号(クラッタやノイズなど)を抑圧するように作用する。一方、スキャン間で安定な信号(静止したターゲットからの反射信号など)は、上記IIRフィルタ処理で抑圧されることなく残る。 This scan correlation process is a kind of IIR filter process, and acts to suppress unstable signals (clutter, noise, etc.) between scans. On the other hand, a stable signal (such as a reflected signal from a stationary target) between scans remains without being suppressed by the IIR filter processing.
極座標相関処理部21は、式(1)で求めた最新の極座標相関処理済データS’r,θを、極座標系の座標(r,θ)に対応したアドレスで極座標処理結果保持部29に書き込む。これにより、1スキャン前の極座標相関処理済データSr,θが、最新のデータで上書きされる。また、極座標相関処理部21は、最新の極座標相関処理済データS’r,θを、直交座標相関処理部22に出力する。直交座標相関処理部22は、直交座標演算部30と、直交座標処理結果保持部31と、座標変換部32と、を備えている。The polar coordinate
直交座標処理結果保持部31は、1スキャン分の極座標相関処理済データを、直交座標系の二次元画像として記憶している。従って、直交座標処理結果保持部31が記憶している直交座標相関処理済データTx,yの読み出し、書き込みは、直交座標系の座標(x,y)に対応したアドレスで行う必要がある。The orthogonal coordinate processing
直交座標演算部30は、極座標相関処理部21から最新の極座標相関処理済データS’r,θが入力されると、当該極座標相関処理済データS’r,θの極座標系の座標(r,θ)に応じたアドレスで、直交座標処理結果保持部31から1スキャン前の直交座標相関処理済データTx,yを読み出す。なお、前述のように直交座標処理結果保持部31は直交座標系のアドレスでデータを保存しているので、前記アドレスを取得するために、前記極座標系の座標(r,θ)から直交座標系の座標(x,y)への座標変換が必要となる。前記座標変換部32は、上記の座標変換を行うように構成されている。なお、この座標変換の処理は、例えば特許文献1が開示しているように公知であるから、詳細な説明は省略する。When the latest polar coordinate correlation processed data S ′ r, θ is input from the polar coordinate
直交座標演算部30は、最新の極座標相関処理済データS’r,θと、1スキャン前の直交座標相関処理済データTx,yと、の相関を取るスキャン相関処理を行う。このスキャン相関処理は、例えば以下の式(2)によって行うことができる。
T’x,y=(1−β)S’r,θ+βTx,y ・・・(2)
なお、T’x,yは、新しく算出された直交座標相関処理済データである。係数βは、上記重み付け合成の重み付け係数(フィルタ係数)であり、0以上1以下の範囲の値をとる。The orthogonal coordinate
T ′ x, y = (1−β) S ′ r, θ + βT x, y (2)
Note that T ′ x, y is newly calculated orthogonal coordinate correlation processed data. The coefficient β is a weighting coefficient (filter coefficient) for the weighting synthesis, and takes a value in the range of 0 to 1.
このスキャン相関処理は、極座標相関処理部21でのスキャン相関処理と同様に、スキャン間で不安定な信号(クラッタやノイズなど)を抑圧するように作用する。一方、スキャン間で安定な信号(静止したターゲットからの反射信号など)は抑圧されることなく残る。
This scan correlation process acts to suppress unstable signals (clutter, noise, etc.) between scans, similarly to the scan correlation process in the polar coordinate
直交座標相関処理部22は、式(2)で求めた最新の直交座標相関処理済データT’x,yを、直交座標系の座標(x,y)に対応したアドレスで直交座標処理結果保持部31に書き込む。これにより、1スキャン前の直交座標相関処理済データTx,yが、最新のデータで上書きされる。また、直交座標相関処理部22は、最新の直交座標相関処理済データT’x,yを、画像処理部25に出力する。The orthogonal coordinate
なお、極座標相関処理済データS’r,θの極座標系の座標(r,θ)と、直交座標処理結果保持部31の読み書きアドレスとは、一対一で対応するものではない。従って、直交座標処理結果保持部31に対するデータの読み書きの際には、データの値の補間、又はデータの間引きなどの処理が必要となる。直交座標演算部30は、上記データの補間、又は間引きなどの処理を自動的に行うように構成されている。Note that the polar coordinate system coordinates (r, θ) of the polar coordinate correlation processed data S ′ r, θ and the read / write addresses of the orthogonal coordinate processing
画像処理部25においては、直交座標相関処理部22から入力された直交座標相関処理済データに基づいて、自装置周囲のターゲットの様子を示す二次元画像(レーダ映像)を生成する。画像処理部25に入力されるデータは、極座標相関処理部21及び直交座標相関処理部22における前記スキャン相関処理によってクラッタやノイズが抑制されているので、クラッタやノイズを抑圧したレーダ映像を生成することができる。画像処理部25は、前記レーダ映像を、表示部15に出力する。表示部15は、前記レーダ映像を表示する。これにより、レーダ装置10のオペレータは、周囲の物標の様子を確認できる。
The
次に、本発明の特徴について詳しく説明する。 Next, features of the present invention will be described in detail.
上記のように、本実施形態のレーダ信号処理装置14は、まず極座標系でスキャン相関処理を行い、当該極座標系のスキャン相関処理結果に対して、更に直交座標系でのスキャン相関処理を行っている。即ち、本実施形態のレーダ信号処理装置14におけるスキャン相関処理は、極座標系と直交座標系の二段階で行われる。これにより、極座標系によるスキャン相関処理と、直交座標系による相関処理の、両者の利点を活かしたスキャン相関処理が可能となっている。
As described above, the radar
極座標相関処理部21においては、極座標系のままでスキャン相関処理を行っているので、当該スキャン相関処理の際に座標変換などが必要ない。即ち、信号取得部20が取得する受信データに対して極座標系のままでスキャン相関処理を行うことができるので、精度の高いスキャン相関が可能である。特に、レーダアンテナ11近傍の受信データは、直交座標系に座標変換するときに間引き処理されてしまうため、当該受信データの精度が失われ易い。従って、直交座標系で行うスキャン相関処理では、レーダアンテナ近傍のクラッタを除去できない場合がある。この点、極座標相関処理部21において、極座標系のままでスキャン相関処理を行うことにより、レーダアンテナ11近傍のクラッタも精度良く除去することができる。
In the polar coordinate
しかし前述のように、極座標系によるスキャン相関では、ターゲットの相対移動を補正することが難しいため、高速で相対移動するターゲットが抑圧される場合があるという問題がある。そこで、このような相対移動するターゲットを抑圧してしまわないように、極座標相関処理部21における極座標系でのスキャン相関の効き具合を弱めておくと良い。即ち、本実施形態のレーダ信号処理装置14は、極座標系でのスキャン相関の後段で更に直交座標系でスキャン相関を行うので、極座標系のスキャン相関だけで全てのクラッタを除去する必要はない。従って、上記のように極座標系のスキャン相関処理の効き具合を、ある程度弱くすることができるのである。これにより、相対移動するターゲットを抑圧しないようにすることができる。
However, as described above, in the scan correlation using the polar coordinate system, since it is difficult to correct the relative movement of the target, there is a problem in that the target that relatively moves at high speed may be suppressed. Therefore, it is preferable to weaken the effectiveness of the scan correlation in the polar coordinate system in the polar coordinate processing
直交座標相関処理部22では、極座標から直交座標への座標変換が必要となり、直交座標相関処理済データの読み書きアドレスと、極座標系での座標と、が一体一で対応しなくなる結果、データの補間、間引きなどの処理が必要となる。このようにデータの補間、間引きなどの処理を行っているので、直交座標相関処理部22でのスキャン相関の精度が低下してしまうという問題がある。特に、レーダアンテナ11近傍のデータは間引き処理されてしまうため、当該データの精度が失われ易い。従って、直交座標相関処理部22で行うスキャン相関処理では、レーダアンテナ11近傍のクラッタを除去できない場合がある。しかし本実施形態のレーダ信号処理装置14では、座標変換よりも前の段階で、極座標相関処理部21によって、レーダアンテナ11近傍のクラッタを精度良く除去することができる。従って、レーダアンテナ11近傍のクラッタが残ってしまうという直交座標系でのスキャン相関処理の問題を解消することができる。
The orthogonal coordinate
一方で、直交座標系のスキャン相関処理は、ターゲットの相対移動を補正する処理を行い易いという利点がある。例えば、座標変換部32が座標変換を行う際に、前回のスキャンからの自船の移動量を考慮した座標変換を行うことで、自船の移動によるターゲットの相対移動を補正したスキャン相関を行うことができる。そこで、直交座標相関処理部22においては、スキャン相関処理の際に、上記のようにターゲットの相対移動を補正する処理を行えば好適である。この結果、相対移動するターゲットが抑圧されにくくなるので、直交座標系でのスキャン相関の効き具合を強くすることができる。これにより、極座標相関処理部21でのスキャン相関処理だけでは抑圧しきれなかったクラッタも、直交座標相関処理部22でのスキャン相関処理により抑圧することができる。なお、直交座標系でターゲットの相対移動を補正する方法は各種考案されており、公知であるから説明は省略する。
On the other hand, the scan correlation processing of the orthogonal coordinate system has an advantage that it is easy to perform processing for correcting the relative movement of the target. For example, when the coordinate
このように、極座標系でのスキャン相関処理の後で、更に直交座標系でスキャン相関を行うことにより、両者の利点を組み合わせた良好なスキャン相関処理結果を得ることができる。即ち、相対移動するターゲットが抑圧されることを防ぎつつ、クラッタを確実に抑圧することができるのである。 As described above, after the scan correlation processing in the polar coordinate system, the scan correlation is further performed in the orthogonal coordinate system, so that a good scan correlation processing result combining both advantages can be obtained. That is, the clutter can be reliably suppressed while preventing the relative moving target from being suppressed.
以上で説明したように、本実施形態のレーダ信号処理装置14は、信号取得部20と、極座標相関処理部21と、直交座標相関処理部22と、を備える。そして、本実施形態のレーダ信号処理装置14によるレーダ信号処理方法は、以下のように行うことになる。
As described above, the radar
即ち、まず、信号取得部20が、受信信号に基づいて、受信データを極座標系で取得する(信号取得工程)。続いて、極座標相関処理部21が、受信データに対して極座標系で相関処理を行う(極座標相関処理工程)。更に、直交座標相関処理部22が、極座標相関処理部21の相関処理結果を直交座標系に変換して相関処理を行う(直交座標相関処理工程)。
That is, first, the
このように、極座標系で得られた受信データを、極座標系のままで相関処理する極座標相関処理部21を設けたことにより、精度の高いスキャン相関処理を実現することができる。また、この極座標相関処理部21の相関処理結果に対して、更に直交座標系で相関処理を行う直交座標相関処理部22を設けたことにより、極座標系でのスキャン相関では抑圧しきれなかったクラッタ等を除去することができる。
Thus, by providing the polar coordinate
次に、図2を参照して、上記実施形態の変形例について説明する。 Next, a modification of the above embodiment will be described with reference to FIG.
この変形例のレーダ信号処理装置140は、上記実施形態の構成に加えて、スキャン相関処理のフィルタ係数αとβを調整する相関処理調整部33を備えたものである。また、本変形例のレーダ信号処理装置140は、船速取得部(移動速度取得部)34と、パルス幅取得部35とを備えている。船速取得部34は、レーダ信号処理装置140が備えつけられている船体の移動速度を、外部の船速センサ36などから取得する(従って、船速取得部34は、レーダ信号処理装置140の移動速度を取得しているとも言える)。また、パルス幅取得部35は、レーダアンテナ11から出力されるパルス信号のパルス幅を取得するように構成されている。パルス信号のパルス幅は、レーダ装置10の表示レンジなどに応じて適宜設定される。
The radar
船速取得部34が取得した船速と、パルス幅取得部35が取得したパルス幅は、相関処理調整部33に入力される。相関処理調整部33は、船速及びパルス幅に応じて、極座標相関処理部21におけるスキャン相関処理のフィルタ係数αを変化させるように構成されている。
The boat speed acquired by the boat
即ち、船速(レーダ信号処理装置140の移動速度)が速くなると、ダーゲットの相対速度が大きくなるので、スキャン間でターゲットの位置が大きく変化する。前述のように、極座標系のスキャン相関処理では、相対移動するターゲットの位置を補正してスキャン相関処理を行うことができない。従って、極座標相関処理部21のスキャン相関処理では、船速が速くなるほど、ターゲットが抑圧され易くなってしまう。
That is, as the ship speed (moving speed of the radar signal processing device 140) increases, the relative speed of the target increases, so that the position of the target changes greatly between scans. As described above, in the scan correlation process of the polar coordinate system, the scan correlation process cannot be performed by correcting the position of the relative moving target. Therefore, in the scan correlation processing of the polar coordinate
そこで、相関処理調整部33は、船速が速くなるほど、極座標相関処理部21のフィルタ係数αを小さくするように構成されている。式(1)から明らかなように、フィルタ係数αが小さくなるほど、最新の受信データDr,θの影響が大きくなり、1スキャン前の極座標相関処理済データSr,θの影響力が小さくなる。即ち、フィルタ係数αが小さくなるほど、極座標系でのスキャン相関処理の効き具合が弱くなる。従って、上記のように船速が速くなるほどフィルタ係数αを小さくすることにより、船速が速くなるほど、極座標相関処理部21のスキャン相関処理の効きを弱くすることができる。これにより、船速が速くなることでターゲットが抑圧されてしまうことを防止できる。Therefore, the correlation
また一方で、レーダアンテナ11が出力するパルス信号のパルス幅が大きくなると、レーダ映像上でのターゲットの大きさが大きくなる結果、スキャン間でターゲットの相関を取り易くなる。このように相関を取り易くなるので、パルス幅が大きいときには、相対移動するターゲットがスキャン相関によって抑圧されにくくなる。従って、パルス幅が大きいときには、フィルタ係数αを大きくして、極座標系でのスキャン相関処理の効きを強くすることができる。そこで相関処理調整部33は、パルス幅が大きくなるほど、フィルタ係数αを大きくして極座標相関処理部21でのスキャン相関処理の効きを強くするように構成されている。
On the other hand, when the pulse width of the pulse signal output from the
以上のように、相関処理調整部33は、船速及びパルス幅に応じて、極座標相関処理部21でのスキャン相関処理のフィルタ係数αを変化させるように構成されている。船速及びパルス幅と、フィルタ係数αと、の関係を、図3に一例として示す。
As described above, the correlation
なお、船速が一定を超えると、ターゲットの相対移動が激しくなる結果、極座標系でスキャン間のターゲットの相関をとることがほぼ不可能になる。そこで図3に示すように、船速がある一定速度を超えると、相関処理調整部33は、フィルタ係数αをゼロとするように構成されている。即ち、船速が一定速度を超えると、極座標系でのスキャン相関処理がオフとなる。このように、船速に応じて、極座標相関処理部21でのスキャン相関処理を行わないようにすることもできる。この場合であっても、極座標相関処理部21の後段で直交座標相関処理部22によるスキャン相関処理を行うことができるので、クラッタを抑圧することができる。
Note that when the boat speed exceeds a certain value, the relative movement of the target becomes intense, so that it is almost impossible to correlate the target between scans in the polar coordinate system. Therefore, as shown in FIG. 3, when the boat speed exceeds a certain speed, the correlation
また、相関処理調整部33は、極座標系のスキャン相関処理の効き具合と、直交座標系のスキャン相関処理の効き具合とを連動して調整するように構成されている。即ち、相関処理調整部33は、極座標相関処理部21のフィルタ係数αを大きくしたときには、直交座標相関処理部22のフィルタ係数βを小さくする。逆に、極座標相関処理部21のフィルタ係数αを小さくしたときには、直交座標相関処理部22のフィルタ係数βを大きくするように構成されている。
Further, the correlation
これによれば、極座標相関処理部21と直交座標相関処理部22を合わせた全体のスキャン相関処理の効き具合を、略一定に保つことができる。従って、上記の構成によれば、船速やパルス幅に応じた適切なスキャン相関処理を実現することができる。
According to this, the effectiveness of the entire scan correlation processing combining the polar coordinate
以上に本発明の好適な実施の形態及び変形例を説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 The preferred embodiments and modifications of the present invention have been described above, but the above configuration can be modified as follows, for example.
本発明のレーダ装置は、船舶用のレーダ装置に限らず、他の用途のレーダ装置にも広く適用することができる。 The radar apparatus of the present invention can be widely applied not only to a radar apparatus for ships but also to radar apparatuses for other purposes.
極座標相関処理部21と直交座標相関処理部22との間で、極座標系で実行可能な他の処理を行っても良い。例えば、極座標相関処理部21が出力した極座標相関処理済データに対して、公知のARPA(自動衝突予防援助装置)などの処理を行うことができる。
Another process that can be executed in the polar coordinate system may be performed between the polar coordinate
Claims (6)
前記受信データに対して極座標系で相関処理を行う極座標相関処理部と、
前記極座標相関処理部の相関処理結果を直交座標系に変換して相関処理を行う直交座標相関処理部と、
を備えることを特徴とするレーダ信号処理装置。Based on the received signal, a signal acquisition unit that acquires received data in a polar coordinate system;
A polar coordinate correlation processing unit that performs correlation processing on the received data in a polar coordinate system;
An orthogonal coordinate correlation processing unit that converts the correlation processing result of the polar coordinate correlation processing unit into an orthogonal coordinate system and performs correlation processing;
A radar signal processing apparatus comprising:
当該レーダ信号処理装置の移動速度を取得する移動速度取得部と、
前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果の大きさを調整する相関処理調整部と、
を備え、
前記相関処理調整部は、前記移動速度に応じて、前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果の大きさを変更することを特徴とするレーダ信号処理装置。The radar signal processing apparatus according to claim 1,
A moving speed acquisition unit for acquiring the moving speed of the radar signal processing device;
A correlation processing adjustment unit that adjusts the magnitude of the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit;
With
The radar signal processing device, wherein the correlation processing adjustment unit changes the magnitude of the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit according to the moving speed.
前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果の大きさを調整する相関処理調整部を備え、
前記相関処理調整部は、送信パルス信号のパルス幅に応じて、前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果の大きさを変更することを特徴とするレーダ信号処理装置。The radar signal processing apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a correlation processing adjustment unit that adjusts the magnitude of the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit,
The radar signal processing device, wherein the correlation processing adjustment unit changes the magnitude of the correlation processing effect in the polar coordinate correlation processing unit in accordance with a pulse width of a transmission pulse signal.
前記極座標相関処理部及び前記直交座標相関処理部における前記相関処理の効果の大きさを調整する相関処理調整部を備え、
前記相関処理調整部は、
前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果を大きくした場合には、前記直交座標相関処理部における前記相関処理の効果を小さくし、
前記極座標相関処理部における前記相関処理の効果を小さくした場合には、前記直交座標相関処理部における前記相関処理の効果を大きくすることを特徴とするレーダ信号処理装置。A radar signal processing device according to any one of claims 1 to 3,
A correlation processing adjustment unit that adjusts the magnitude of the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit and the orthogonal coordinate correlation processing unit;
The correlation processing adjustment unit
When the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit is increased, the effect of the correlation processing in the orthogonal coordinate correlation processing unit is reduced,
A radar signal processing apparatus, wherein when the effect of the correlation processing in the polar coordinate correlation processing unit is reduced, the effect of the correlation processing in the orthogonal coordinate correlation processing unit is increased.
前記受信信号を受信するレーダアンテナと、
前記直交座標相関処理部の相関処理結果に基づいたレーダ映像を表示する表示部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。A radar signal processing device according to any one of claims 1 to 4,
A radar antenna for receiving the received signal;
A display unit for displaying a radar image based on a correlation processing result of the orthogonal coordinate correlation processing unit;
A radar apparatus comprising:
前記受信データに対して極座標系で相関処理を行う極座標相関処理工程と、
前記極座標相関処理工程での相関処理結果を直交座標系に変換して相関処理を行う直交座標相関処理工程と、
を含むことを特徴とするレーダ信号処理装置。A signal acquisition step of acquiring received data in a polar coordinate system based on the received signal;
A polar correlation processing step for performing correlation processing on the received data in a polar coordinate system;
An orthogonal coordinate correlation processing step for performing correlation processing by converting the correlation processing result in the polar coordinate correlation processing step into an orthogonal coordinate system;
A radar signal processing apparatus comprising:
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