JP6419330B2 - 目標検出装置および目標検出方法 - Google Patents
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Description
この発明は、空間に放射されたパルス状の電波による目標からの反射信号を受信して目標を検出する目標検出装置等に関する。
レーダでは、目標を検出する方式として、送信してから受信するまでの時間が目標までの往復距離に対して十分確保された低パルス繰り返し周波数(Low Pulse Repetition Frequency：ＬＰＲＦ)レーダがある。また、目標の検出性能を向上させ、また目標の速度情報を取得するために、パルス繰り返し周期(Pulse Repetition Interval：ＰＲＩ)を短くした中パルス繰り返し周波数(Medium Pulse Repetition Frequency：ＭＰＲＦ)レーダおよび高パルス繰り返し周波数(High Pulse Repetition Frequency：ＨＰＲＦ)レーダ等が使用されている。
ＨＰＲＦレーダでは、パルス繰り返し周期が短く、受信ゲート数は１個から多くて数個であり、受信ゲートごとにデジタルフィルタを用いて帯域を下げ、目標のドップラ周波数を抽出することで目標の検出を行っている(例えば下記非特許文献１参照)。
George W.Stimson著、「INTRODUCTION TO AIRBORNE RADAR」、Hughes Aircraft Co、１９８３年６月、Ｐ４５５
以上のような目標検出装置としてのレーダの最大探知距離と最小探知信号電力の間には下記式(１)の関係がある。
ここで、
Ｒmax：最大探知距離、
Ｐt：送信電力[Ｗ]、
Ｇ：アンテナ利得、
λ：電波の波長[ｍ]、
σ：目標の有効反射面積［ｍ2］、
Ｓmin：最小探知信号電力［Ｗ］
を表す。
Ｒmax：最大探知距離、
Ｐt：送信電力[Ｗ]、
Ｇ：アンテナ利得、
λ：電波の波長[ｍ]、
σ：目標の有効反射面積［ｍ2］、
Ｓmin：最小探知信号電力［Ｗ］
を表す。
目標で反射された受信波の受信信号位置と受信ゲート位置が時間的にずれると、受信電力が小さくなり、最小探知信号電力Ｓminより小さくなるため、最大探知距離で目標を検出することができなくなる。
この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、受信ゲートを時間軸方向に少しずつずらしながら複数個設定することで、受信電力の低下を抑え、探知距離性能を向上させた目標検出装置等を提供することを目的とする。
この発明は、送受信アンテナにより、高パルス繰り返し周波数の送信パルスを空間に放射し前記送信パルスの反射波である受信信号を受信する信号送受信部と、前記受信信号をＡ／Ｄ変換し、データ取得位置を規定する受信ゲートを、サンプリングクロックに従って順番に時間的にずらして複数設定し、前記受信ゲートは前記送信パルスと重なる位置にも設定され、複数設定された前記受信ゲートに対して同時に、前記各受信ゲートに対する前記受信信号をＡ／Ｄ変換した受信データが含まれる時間的な割合によって信号強度が変わる目標検出信号を求め、デジタルフィルタで帯域外のクラッタを抑圧し、クラッタを抑圧した前記目標検出信号の信号強度に従って目標検出を示す信号を出力する目標検出部と、を備えた目標検出装置等にある。
この発明によれば、複数の受信ゲートの位置を時間軸方向に少しずつずらして設定し、同時に処理することで、目標からの受信電力を有効に利用することで、探知距離性能を向上させた目標検出装置等を提供できる。
以下、この発明による目標検出装置等を実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、同一もしくは相当部分は同一または関連する符号で示す。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による目標検出装置の構成の一例を示す図である。目標検出装置は図１に示すように、送信信号発生器１、パルス変調器２、電力増幅器３、送受切替器４、送受信アンテナ５、を含む信号送受信部と、周波数変換器６、Ａ／Ｄ変換器７、さらにそれぞれｎ(ｎは２以上の整数)個からなる複数の、受信ゲート処理部(１−ｎ)８1−８n、デジタルフィルタ９、ドップラフィルタ１０、目標検出処理部１１、そして各目標検出処理部１１の出力を入力とする最大値検出処理部１２を含む目標検出部と、を備えている。
図１は、この発明の実施の形態１による目標検出装置の構成の一例を示す図である。目標検出装置は図１に示すように、送信信号発生器１、パルス変調器２、電力増幅器３、送受切替器４、送受信アンテナ５、を含む信号送受信部と、周波数変換器６、Ａ／Ｄ変換器７、さらにそれぞれｎ(ｎは２以上の整数)個からなる複数の、受信ゲート処理部(１−ｎ)８1−８n、デジタルフィルタ９、ドップラフィルタ１０、目標検出処理部１１、そして各目標検出処理部１１の出力を入力とする最大値検出処理部１２を含む目標検出部と、を備えている。
送信信号発生器１から出力される、コヒーレントな送信信号は、パルス変調器２に送られる。パルス変調器２では、コヒーレントな送信信号をパルス状に整形する。パルス状に整形された信号は、電力増幅器３で電力増幅される。電力増幅された信号は、送受切替器４により送信タイミングで送受信アンテナ５に送られ、送受信アンテナ５から送信パルス２１として空間に放射される。
空間に放射された電波は、目標等で反射された後に送受信アンテナ５で受信信号２２として受信される。受信された受信信号２２は受信タイミングで送受切替器４により周波数変換器６に送られる。周波数変換器６では、受信したＲＦ(Radio Frequency)信号がＩＦ(intermediate frequency)帯にダウンコンバートされる。ダウンコンバートされた信号は、Ａ／Ｄ変換器７でアナログ信号からデジタル信号の受信データに変換される。
受信ゲート処理部(１−ｎ)８1−８nでは、周期は同じであるが、後述する図２に示すように、データ取得位置を時間的に少しずつずらしたそれぞれの受信ゲートで、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル信号に変換された受信データを抜き出す処理が行われる。抜き出された信号はデジタルフィルタ９に送られる。
デジタルフィルタ９では、ドップラ周波数で周波数偏移した目標を通過させ、デジタルフィルタの帯域外のクラッタを抑圧する。
デジタルフィルタ９の出力はドップラフィルタ１０により、周波数成分に分解される。すなわちドップラフィルタ１０は、デジタルフィルタ９においてドップラ周波数で周波数偏移した目標信号を、さらに高速フーリエ変換(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform)等により複数の周波数領域に分ける。
目標検出処理部１１は、ドップラフィルタ１０の出力に対して、目標検出処理を行うことで目標のドップラ周波数を抽出する。
各受信ゲート処理部(１−ｎ)８1−８nにより目標が存在しない受信データを抜き出した場合には、目標検出処理部１１の出力は検出なしとなる。目標が存在する受信データを抜き出した場合には、目標検出処理部１１の出力結果は、ドップラ周波数が同じで、目標の含まれる割合によって信号強度の大きさが異なる結果を得る。各目標検出処理部１１は、受信ゲートに対して受信データが含まれる時間的な割合によって信号強度が変わる目標検出信号を出力する。
最大値検出処理部１２は、各目標検出処理部１１で検出された目標検出信号のうち信号強度の最大値のものを検出し、検出された目標を示す目標信号として出力する。
デジタルフィルタ９では、ドップラ周波数で周波数偏移した目標を通過させ、デジタルフィルタの帯域外のクラッタを抑圧する。
デジタルフィルタ９の出力はドップラフィルタ１０により、周波数成分に分解される。すなわちドップラフィルタ１０は、デジタルフィルタ９においてドップラ周波数で周波数偏移した目標信号を、さらに高速フーリエ変換(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform)等により複数の周波数領域に分ける。
目標検出処理部１１は、ドップラフィルタ１０の出力に対して、目標検出処理を行うことで目標のドップラ周波数を抽出する。
各受信ゲート処理部(１−ｎ)８1−８nにより目標が存在しない受信データを抜き出した場合には、目標検出処理部１１の出力は検出なしとなる。目標が存在する受信データを抜き出した場合には、目標検出処理部１１の出力結果は、ドップラ周波数が同じで、目標の含まれる割合によって信号強度の大きさが異なる結果を得る。各目標検出処理部１１は、受信ゲートに対して受信データが含まれる時間的な割合によって信号強度が変わる目標検出信号を出力する。
最大値検出処理部１２は、各目標検出処理部１１で検出された目標検出信号のうち信号強度の最大値のものを検出し、検出された目標を示す目標信号として出力する。
図２はこの発明による目標検出装置の動作の一例を説明するためのタイムチャートである。送受信アンテナ５からの送信パルス２１により目標等で反射された信号は受信信号２２として受信される。送信と受信のデューティ比が３３％の場合、従来は受信ゲート処理部における図２に示すような時間軸上で連続した領域を有する２個の受信ゲート２３と受信ゲート２４を使用して受信信号２２すなわち受信データを処理していた。この例では受信信号２２は受信ゲート２３と受信ゲート２４の受信期間のちょうど真ん中で受信されている。このため、受信ゲート２３と２４ではどちらも目標からの電力の半分しか受信できないため、信号強度が下がり、最大探知距離で目標を検出することができなくなる。
受信信号２２はサンプリングクロック２５単位で入力されるので、受信ゲートもサンプリングクロックに合わせて設定するものとする。受信ゲート１(２６1)−受信ゲートｎ(２６n)がそれぞれ受信ゲート処理部(1)８1−受信ゲート処理部(n)８nの受信ゲートをそれぞれ示す。
なお、上述の送受切替器４での送受信の切り替えタイミンは、必ずしもサンプリングクロックに依存しない。サンプリングクロックは、Ａ／Ｄ変換のデジタル信号のタイミング、またはデジタルフィルタで帯域を下げてＡ／Ｄ変換のタイミングクロックより周波数を下げたクロックである。
図２では、受信ゲート１(２６1)−受信ゲートｎ(２６n)は、例えば受信信号２２ひいては受信データの時間的長さを考慮して、予め設定されている送信パルス２１と同じ時間的長さとする。受信ゲート１(２６1)−受信ゲートｎ(２６n)は、サンプリングクロック２５に合わせて、隣接する受信ゲートとサンプリングクロック２５の間隔ずつ時間的に、すなわち時間軸方向に順次ずらされ、一部が重なるように設定されている。
図２で示された状態では、受信ゲート処理部(1)８1の受信ゲート１(２６1)、受信ゲート処理部(2)８2の受信ゲート２(２６2)及び受信ゲート処理部(n)８nの受信ゲートｎ(２６n)では、ともに受信信号２２を含んでいないために目標は検出されない。
受信ゲート処理部(3)８3の受信ゲート３(２６3)では、受信信号２２の１／４が含まれるため、目標からの信号強度が大きい場合には目標として検出される。
信ゲート処置処理部(4)８4の受信ゲート４(２６4)と、受信ゲート処理部(8)８8の受信ゲート８(２６8)では受信信号２２の１／２が含まれるため、目標からの信号強度が大きい場合には目標として検出される。
受信ゲート処理部(5)８5の受信ゲート５(２６5)と受信ゲート処理部(7)８7の受信ゲート７(２６7)では、受信信号２２の３／４が含まれる。
受信ゲート処理部(6)８6の受信ゲート６(２６6)は受信信号２２と一致するので、信号強度が最大となる。
なお、上述の送受切替器４での送受信の切り替えタイミンは、必ずしもサンプリングクロックに依存しない。サンプリングクロックは、Ａ／Ｄ変換のデジタル信号のタイミング、またはデジタルフィルタで帯域を下げてＡ／Ｄ変換のタイミングクロックより周波数を下げたクロックである。
図２では、受信ゲート１(２６1)−受信ゲートｎ(２６n)は、例えば受信信号２２ひいては受信データの時間的長さを考慮して、予め設定されている送信パルス２１と同じ時間的長さとする。受信ゲート１(２６1)−受信ゲートｎ(２６n)は、サンプリングクロック２５に合わせて、隣接する受信ゲートとサンプリングクロック２５の間隔ずつ時間的に、すなわち時間軸方向に順次ずらされ、一部が重なるように設定されている。
図２で示された状態では、受信ゲート処理部(1)８1の受信ゲート１(２６1)、受信ゲート処理部(2)８2の受信ゲート２(２６2)及び受信ゲート処理部(n)８nの受信ゲートｎ(２６n)では、ともに受信信号２２を含んでいないために目標は検出されない。
受信ゲート処理部(3)８3の受信ゲート３(２６3)では、受信信号２２の１／４が含まれるため、目標からの信号強度が大きい場合には目標として検出される。
信ゲート処置処理部(4)８4の受信ゲート４(２６4)と、受信ゲート処理部(8)８8の受信ゲート８(２６8)では受信信号２２の１／２が含まれるため、目標からの信号強度が大きい場合には目標として検出される。
受信ゲート処理部(5)８5の受信ゲート５(２６5)と受信ゲート処理部(7)８7の受信ゲート７(２６7)では、受信信号２２の３／４が含まれる。
受信ゲート処理部(6)８6の受信ゲート６(２６6)は受信信号２２と一致するので、信号強度が最大となる。
図２の例ではサンプリングクロック２５の間隔と、受信ゲートの時間的位置のずらし間隔を一致させているが、サンプリングクロック周期が短い場合や、ハードウェア規模に制限がある場合には、ある程度の損失は生じるが、受信ゲートを間引いて設定してもよい。すなわち例えば、サンプリングクロック２５の複数クロック間隔で、受信ゲート(１−ｎ)を順番に時間的にずらして設定してもよい。
また、図２の例では送信パルス２１の位置にも受信ゲートを設定しているが、送信パルス２１に重ならないように受信ゲートを設定してもよい。
このようにして、時間をずらして受信ゲートを設定することで受信信号を有効に活用することができるため、大きな受信電力を得ることができる。
この実施の形態によれば、複数の受信ゲートを用いることで、大きな受信電力を得られるため、探知距離性能を向上できる効果がある。
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による目標検出装置の構成の一例を示す図である。図３に示す実施の形態２においては、図１に示す実施の形態１の構成と比較すると、目標検出処理部１３の処理と、目標検出処理部１３の出力を処理する目標検出判定部１４の処理が異なっている。
なお、周波数変換器６、Ａ／Ｄ変換器７、受信ゲート処理部(１−ｎ)８1−８n、デジタルフィルタ９、ドップラフィルタ１０、目標検出処理部１３、目標検出判定部１４が、目標検出部を構成する。
図３は、この発明の実施の形態２による目標検出装置の構成の一例を示す図である。図３に示す実施の形態２においては、図１に示す実施の形態１の構成と比較すると、目標検出処理部１３の処理と、目標検出処理部１３の出力を処理する目標検出判定部１４の処理が異なっている。
なお、周波数変換器６、Ａ／Ｄ変換器７、受信ゲート処理部(１−ｎ)８1−８n、デジタルフィルタ９、ドップラフィルタ１０、目標検出処理部１３、目標検出判定部１４が、目標検出部を構成する。
つぎに、実施の形態２に係る目標検出装置の動作について説明する。図３において、送信信号発生部１から送受信アンテナ５の信号送受信部については実施の形態１と同等である。また、受信信号を処理する周波数変換器６からドップラフィルタ１０についても実施の形態１と同等である。
目標検出処理部１３はドップラフィルタ１０の出力に対して、目標検出処理を行うことで目標のドップラ周波数を抽出する。
各受信ゲート処理部(１−ｎ)８1−８nにより目標が存在しない受信データを抜き出した場合には、目標検出処理部１３の出力は検出なしとなる。目標が存在する受信データを抜き出した場合には、目標検出処理部１３の出力結果は、ドップラ周波数が同じで、目標の含まれる割合によって信号強度の大きさにより検出結果が異なる。各目標検出処理部１３は、受信ゲートに対して受信データが含まれる時間的な割合によって信号強度が変わる目標検出信号の信号強度が予め設定された判定値以上であれば目標検出有りを示す検出信号を出力する。
目標検出判定部１４は、ｎ個の目標検出処理部１３のうち少なくとも１つが目標検出有りを示す検出信号を出力すれば、目標検出ありを示す目標信号を出力する。
各受信ゲート処理部(１−ｎ)８1−８nにより目標が存在しない受信データを抜き出した場合には、目標検出処理部１３の出力は検出なしとなる。目標が存在する受信データを抜き出した場合には、目標検出処理部１３の出力結果は、ドップラ周波数が同じで、目標の含まれる割合によって信号強度の大きさにより検出結果が異なる。各目標検出処理部１３は、受信ゲートに対して受信データが含まれる時間的な割合によって信号強度が変わる目標検出信号の信号強度が予め設定された判定値以上であれば目標検出有りを示す検出信号を出力する。
目標検出判定部１４は、ｎ個の目標検出処理部１３のうち少なくとも１つが目標検出有りを示す検出信号を出力すれば、目標検出ありを示す目標信号を出力する。
この実施の形態によれば、目標の信号強度の情報は得られないが、実施の形態１と同様に複数の受信ゲートを用いることで、大きな受信電力を得られるため、探知距離性能を向上できる効果がある。
以上説明したように、実施の形態に係る目標検出装置によれば、時間をずらして複数の受信ゲートを用いることで、大きな受信電力を得ることができ、探知距離性能を向上できる効果が得られる。
この発明による目標検出装置および目標検出方法は、種々の分野で使用される目標検出装置に適用可能である。
Claims (4)
- 送受信アンテナにより、高パルス繰り返し周波数の送信パルスを空間に放射し前記送信パルスの反射波である受信信号を受信する信号送受信部と、
前記受信信号をＡ／Ｄ変換し、データ取得位置を規定する受信ゲートを、サンプリングクロックに従って順番に時間的にずらして複数設定し、前記受信ゲートは前記送信パルスと重なる位置にも設定され、複数設定された前記受信ゲートに対して同時に、前記各受信ゲートに対する前記受信信号をＡ／Ｄ変換した受信データが含まれる時間的な割合によって信号強度が変わる目標検出信号を求め、デジタルフィルタで帯域外のクラッタを抑圧し、クラッタを抑圧した前記目標検出信号の信号強度に従って目標検出を示す信号を出力する目標検出部と、
を備えた目標検出装置。 - 前記目標検出部が、同時に復数の前記受信ゲートに対する信号強度から対応する全範囲での信号強度の最大のものを検出し、検出された目標を示す目標信号として出力する請求項１に記載の目標検出装置。
- 前記目標検出部が、前記各受信ゲートに対する前記目標検出信号のいずれかが目標検出有りを示す信号強度であれば目標を検出したことを示す目標信号を出力する、請求項１に記載の目標検出装置。
- 送受信アンテナにより、高パルス繰り返し周波数の送信パルスを空間に放射し前記送信パルスの反射波である受信信号を受信し、
前記受信信号をＡ／Ｄ変換し、データ取得位置を規定する受信ゲートを、サンプリングクロックに従って順番に時間的にずらして複数設定し、前記受信ゲートは前記送信パルスと重なる位置にも設定され、
複数設定された前記受信ゲートに対して同時に、前記各受信ゲートに対する前記受信信号をＡ／Ｄ変換した受信データが含まれる時間的な割合によって信号強度が変わる目標検出信号を求め、デジタルフィルタで帯域外のクラッタを抑圧し、クラッタを抑圧した前記目標検出信号の信号強度に従って目標検出を示す信号を出力する、目標検出方法。
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