JP2018096838A - レーダ装置、信号処理装置および信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 レーダ検出数と実目標数との不一致を防止し得るレーダ装置を提供すること。【解決手段】 実施形態によれば、レーダ装置は、アンテナと、受信部と、検出部と、グループ化処理部とを具備する。受信部は、アンテナで捕捉されたレーダエコーを受信して受信信号を出力する。検出部は、受信信号を処理して、レーダエコーを反射した物体の位置情報を含む検出情報を出力する。グループ化処理部は、捜索周期において検出部から複数の検出情報が出力された場合に、当該複数の検出情報を既定の判定基準に基づいてグループ化する。【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、例えば航空機に搭載可能なレーダ装置と、その信号処理装置および信号処理方法に関する。

捜索レーダは、捜索エリア内で目標を検出すると目標判別や類識別などの処理を実行したのち、追跡レーダに処理を移行する。捜索エリアは、予めセットされた周期で継続的に監視される。捜索モードと追跡モードとの２つのモードを有するレーダ装置も知られている。

特開２００８−１９０８７３号公報

様々な要因により、捜索エリアに現実に存在する目標の数（実目標数）よりも多くの目標数が検出されることがある。過度のクラッタが生じていたり、アンテナ受信パターンのサイドローブが大きい場合などにこのような現象がもたらされる。例えば、メインローブとその両側のサイドローブで同じ目標からのエコーが捕捉されると、実目標数が１でもレーダ検出数は３になることがある。このようにレーダ検出数と実目標数とが異なってしまうと目標数が誤って認識されてしまう等の不具合があり、対策が望まれている。
目的は、レーダ検出数と実目標数との不一致を防止し得るレーダ装置、信号処理装置および信号処理方法を提供することにある。

レーダ装置は、アンテナと、受信部と、検出部と、グループ化処理部とを具備する。受信部は、アンテナで捕捉されたレーダエコーを受信して受信信号を出力する。検出部は、受信信号を処理して、レーダエコーを反射した物体の位置情報を含む検出情報を出力する。グループ化処理部は、捜索周期において検出部から複数の検出情報が出力された場合に、当該複数の検出情報を既定の判定基準に基づいてグループ化する。

図１は、この発明に関わる信号処理方法を適用可能なレーダ装置の一例を示すブロック図である。 図２は、図１に示される信号処理部１０に備わる機能の一例を示す機能ブロック図である。 図３は、グループ化処理部１０ｂにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。 図４は、グループ形成処理を説明するための図である。 図５は、グループ検出情報作成処理を説明するための図である。

図１は、この発明に関わる信号処理方法を適用可能なレーダ装置の一例を示すブロック図である。図１において、基準信号発生器１から出力されるパルス状の基準信号は、ローカル発振器２からのローカル信号とミキサ３でミキシングされ、高周波信号に変換される。この高周波信号は、送信増幅器４およびサーキュレータ５を介してフェーズドアレイアンテナ６から空界に向け放射される。

物体から反射されたレーダエコーはフェーズドアレイアンテナ６に捕捉されたのち、サーキュレータ５を介して受信増幅器７に入力されて低雑音増幅される。この増幅された信号はミキサ８でローカル信号とミキシングされて中間周波数信号に周波数変換され、ＡＤ（アナログ／ディジタル）変換器９に入力される。ＡＤ変換器９は中間周波数信号をディジタルの受信信号に変換して信号処理部１０に入力する。サーキュレータ５、受信増幅器７、ミキサ８、ＡＤ変換器９などにより受信部が形成される。

ところで、信号処理部１０は、メモリおよびプロセッサを備える処理デバイスであり、代表的にはＣＰＵ（Central Processing Unit）である。つまり信号処理部１０は、例えば組み込み型のコンピュータである。信号処理部１０は、実施形態に係る処理機能として検出処理部１０ａ、グループ化処理部１０ｂ、追跡処理部１０ｃを備える。

検出処理部１０ａは、ＡＤ変換器９からのディジタルの受信信号を処理し、レーダエコーを反射した物体の位置情報を含む検出情報を出力する。検出情報は、例えば或る捜索周期において複数検出されることがある。
グループ化処理部１０ｂは、捜索周期において検出処理部１０ａから複数の検出情報が出力された場合に、この複数の検出情報を既定の判定基準に基づいてグループ化する。
追跡処理部１０ｃは、グループ化処理部１０ｂによりグループ化された検出情報を目標として追跡する。

図２は、図１に示される信号処理部１０に備わる機能の一例を示す機能ブロック図である。図２において、到来した受信波（レーダエコー）は受信部の受信機能により処理され、受信信号が出力される。受信信号は検出処理部１０ａの検出機能に渡され、検出された位置の情報（位置情報）を含む検出情報が出力される。

この検出情報はグループ化処理部１０ｂの検出グループ化機能に渡され、グループ検出情報が出力される。その際、検出グループ化機能に連結判定用パラメータが与えられる。グループ検出情報は、追跡処理部１０ｃの追跡機能に渡され、目標追跡情報が出力される。次に、上記構成における作用を説明する。

図３は、グループ化処理部１０ｂにおける処理手順の一例を示すフローチャートである。検出グループ化処理が開始されると（ステップＳ１）、検出情報連結判定用パラメータが検出処理部１０ａに与えられるとともに、入力データ（検出情報）が読み込まれる（ステップＳ２）。実施形態においては、検出情報に付随する位置情報から算出される距離、つまり位置情報間の距離が既定の閾値以下である検出情報を同じグループとする。このとき閾値としての連結判定距離γは、検出情報連結判定用パラメータの一つである。

複数の検出情報が入力されると、グループ化処理部１０ｂは検出情報連結判定処理を行う（ステップＳ３）。次式に示されるように、検出情報が３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）および検出ＳＮ比（ＳＮＲ）で表されるとする。

ここで、検出情報番号ｊにより複数の検出情報を区別する。そうすると、ピタゴラスの定理により２つの検出情報位置の距離を算出することができる
各検出情報間の距離が算出されると、グループ化処理部１０ｂは、グループ形成処理を行う（ステップＳ４）。

図４は、グループ形成処理を説明するための図である。図４に示されるように、互いの距離が連結判定距離γ以下である検出情報は、１つのグループに属するとしてグループ化される。次の表の（１）に示されるように、検出情報ｊと検出情報ｊ´との間の距離をＲｊｊ´とすると、Ｒｊｊ´≦γであれば、検出情報ｊと検出情報ｊ´は連結していると判定され（連結判定）、１つのグループとなる。

一方、表の（２）に示されるように、Ｒｊｊ´＞γであれば、検出情報ｊと検出情報ｊ´は連結していないと判定される（非連結判定）。図４は、点線で示される２つのグループ（グループ１、グループ２）が得られたことを示す。このように、連結判定となった検出情報を一纏めにしたものをグループと定義する。全ての検出情報間について上記と同様の連結／非連結の判定を実施し、グループ形成を行う。

次に、グループ化処理部１０ｂは、グループ検出情報作成処理を行う（ステップＳ５）。グループ検出情報作成処理は、例えば、グループ化されたそれぞれのグループごとに、１つの代表位置情報を作成し、出力する処理である。その際、次の表に示されるように２つの観点を考えることができる。

すなわち、グループに含まれる検出情報のうちＳＮＲが最良の検出情報の位置情報をグループ検出情報（代表位置情報）とする観点（最大ＳＮＲ方式）と、グループに含まれる検出情報の位置情報から算出される重心の位置情報をグループ検出情報（代表位置情報）とする観点（重心検出方式）である。

図５は、グループ検出情報作成処理を説明するための図である。重心検出方式が適用されると、図５（ａ）に示されるように各検出情報の位置情報の重心の位置座標が、グループ検出情報として出力される。最大ＳＮＲ方式が適用されると、図５（ｂ）に示されるように各検出情報のうちＳＮＲが最大（最良）の検出情報の位置座標が、グループ検出情報として出力される。

以上説明したようにこの実施形態では、距離の次元をもつ閾値γを導入し、空間的に近接している２つの検出情報は連結関係にあると見做すことにより逐次連結判定を行う。連結判定方法として、２つの検出情報位置の距離と閾値γ（連結判定用パラメータ）の大小比較を行い、連結／非連結の判定を行うようにした。

このようにしたので、実目標数よりも多くのレーダ検出数が挙がることが見込まれる状況下あっても、複数の検出情報をグループ化することにより、実目標数と一致する数のレーダ検出を挙げることができるようになる。しかも、検出情報を読み取って距離に基づいて閾値判定を行う処理であることから、既にあるレーダ信号処理の検出アルゴリズムへの導入が容易である。また、検出情報の連結判定及びグループ検出情報の作成については、目的や状況に応じた自由度の高い方式設計が可能である。

これらのことから、実施形態によれば、レーダ検出数と実目標数との不一致を防止し得るレーダ装置、信号処理装置および信号処理方法を提供することが可能になる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、検出情報連結判定処理（ステップＳ３）において、レンジ、方位角、および仰角のいずれかごとに、閾値を用いた閾値判定を行うようにしてもよい。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は例として提示するものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…基準信号発生器、２…ローカル発振器、３…ミキサ、４…送信増幅器、５…サーキュレータ、６…フェーズドアレイアンテナ、７…受信増幅器、８…ミキサ、９…ＡＤ変換器、１０…信号処理部、１０ａ…検出処理部、１０ｂ…グループ化処理部、１０ｃ…追跡処理部。

Claims (21)

1. アンテナと、
   前記アンテナで捕捉されたレーダエコーを受信して受信信号を出力する受信部と、
   前記受信信号を処理して、前記レーダエコーを反射した物体の位置情報を含む検出情報を出力する検出部と、
   捜索周期において前記検出部から複数の検出情報が出力された場合に、当該複数の検出情報を既定の判定基準に基づいてグループ化するグループ化処理部とを具備する、レーダ装置。
2. さらに、前記グループ化された検出情報を目標として追跡する追跡処理部を具備する、請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記グループ化処理部は、互いの前記位置情報から算出される距離が既定の閾値以下である検出情報を同じグループとする、請求項１に記載のレーダ装置。
4. 前記グループ化処理部は、レンジ、方位角、および仰角のいずれかごとに前記閾値を用いた閾値判定を行う、請求項３に記載のレーダ装置。
5. 前記グループ化処理部は、それぞれのグループごとに１つの代表位置情報を出力する、請求項１に記載のレーダ装置。
6. 前記代表位置情報は、グループに含まれる検出情報のうち信号体雑音比が最良の検出情報の位置情報である、請求項５に記載のレーダ装置。
7. 前記代表位置情報は、グループに含まれる検出情報の位置情報から算出される重心の位置情報である、請求項５に記載のレーダ装置。
8. レーダエコーに基づく受信信号を処理する信号処理装置において、
   前記受信信号を処理して、前記レーダエコーを反射した物体の位置情報を含む検出情報を出力する検出部と、
   捜索周期において前記検出部から複数の検出情報が出力された場合に、当該複数の検出情報を既定の判定基準に基づいてグループ化するグループ化処理部とを具備する、信号処理装置。
9. さらに、前記グループ化された検出情報を目標として追跡する追跡処理部を具備する、請求項８に記載の信号処理装置。
10. 前記グループ化処理部は、互いの前記位置情報から算出される距離が既定の閾値以下である検出情報を同じグループとする、請求項８に記載の信号処理装置。
11. 前記グループ化処理部は、レンジ、方位角、および仰角のいずれかごとに前記閾値を用いた閾値判定を行う、請求項１０に記載の信号処理装置。
12. 前記グループ化処理部は、それぞれのグループごとに１つの代表位置情報を出力する、請求項８に記載の信号処理装置。
13. 前記代表位置情報は、グループに含まれる検出情報のうち信号体雑音比が最良の検出情報の位置情報である、請求項１２に記載の信号処理装置。
14. 前記代表位置情報は、グループに含まれる検出情報の位置情報から算出される重心の位置情報である、請求項１２に記載の信号処理装置。
15. レーダエコーに基づく受信信号をコンピュータが処理する信号処理方法において、
    前記コンピュータが、前記受信信号を処理して、前記レーダエコーを反射した物体の位置情報を含む検出情報を出力するステップと、
    捜索周期において複数の検出情報が出力された場合に、前記コンピュータが、当該複数の検出情報を既定の判定基準に基づいてグループ化するステップとを具備する、信号処理方法。
16. さらに、前記コンピュータが、前記グループ化された検出情報を目標として追跡するステップを具備する、請求項１５に記載の信号処理方法。
17. 前記コンピュータは、互いの前記位置情報から算出される距離が既定の閾値以下である検出情報を同じグループとする、請求項１５に記載の信号処理方法。
18. 前記コンピュータは、レンジ、方位角、および仰角のいずれかごとに前記閾値を用いた閾値判定を行う、請求項１７に記載の信号処理方法。
19. 前記コンピュータは、それぞれのグループごとに１つの代表位置情報を出力する、請求項１５に記載の信号処理方法。
20. 前記コンピュータは、グループに含まれる検出情報のうち信号体雑音比が最良の検出情報の位置情報を前記代表位置情報とする、請求項１９に記載の信号処理方法。
21. 前記コンピュータは、グループに含まれる検出情報の位置情報から算出される重心の位置情報を前記代表位置情報とする、請求項１９に記載の信号処理方法。