JP7693768B2 - Radar device, signal processing device, and signal processing method - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、レーダ装置、信号処理装置及び信号処理方法に関する。 Embodiments of the present invention relate to a radar device, a signal processing device, and a signal processing method.
例えば航空機に搭載され、飛来する目標を検出するためのレーダ装置が知られている。この種のレーダ装置では、例えば、機械学習を適用したパターン識別器を用いてクラッタを抑圧することが提案されている。 For example, radar devices are known that are installed on aircraft to detect approaching targets. In this type of radar device, it has been proposed to suppress clutter using a pattern classifier that applies machine learning, for example.
目標が遠方に存在する場合又はRCS(Radar Cross Section)が小さい場合には、受信信号のS/N(Signal to Noise ratio)が小さくなる。レーダ装置のアンテナの開口面積を大きくしたり、送信電力を大きくしたりすることは、S/Nを大きくするために有効であるが、ハードウェアの規模が増大する。また、コヒーレント積分等に用いるパルス数を増やすことでもS/Nを大きくできるが、更新レートが大きくなったり、検出エリアが限定されたりすることがある。まして、高速で移動する目標の場合には、検出性能が大きく低下する。そのため従来手法とは異なる機械学習を用いた信号処理手法により、レーダのアンテナのハードウェア規模を増大することなく、高速で移動する目標の検出性能を向上することが必要である。しかし、様々な速度の目標に対応するためには、様々な速度に対応可能なパターン識別器を学習させる必要があり、機械学習の規模が大きくなる。 When a target is far away or the RCS (Radar Cross Section) is small, the S/N (Signal to Noise ratio) of the received signal becomes small. Increasing the aperture area of the radar device's antenna or increasing the transmission power is effective for increasing the S/N, but this increases the scale of the hardware. In addition, the S/N can also be increased by increasing the number of pulses used for coherent integration, but this may increase the update rate or limit the detection area. Furthermore, in the case of targets moving at high speeds, the detection performance is significantly reduced. Therefore, it is necessary to improve the detection performance of targets moving at high speeds without increasing the hardware scale of the radar antenna by using a signal processing method using machine learning that is different from the conventional method. However, in order to handle targets of various speeds, it is necessary to train a pattern classifier that can handle various speeds, which increases the scale of machine learning.
そこで、目的は、ノイズを低減し、移動する目標の検出性能が高いレーダ装置、信号処理装置及び信号処理方法を提供することにある。 The objective is to provide a radar device, a signal processing device, and a signal processing method that reduce noise and have high performance in detecting moving targets.
実施形態によれば、レーダ装置は、アンテナ部と、送受信部と、信号処理部とを備える。送受信部は、アンテナ部からレーダパルスを送信し、アンテナ部に到来した電波を受信して受信信号を生成する。信号処理部は、受信信号を処理する。信号処理部は、パルス圧縮処理部と、積分処理部と、第1の高感度化処理部と、第2の高感度化処理部と、検出処理部とを備える。パルス圧縮処理部は、受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成する。積分処理部は、圧縮パルス信号をパルス積分して積分パルス信号を生成する。第1の高感度化処理部は、圧縮パルス信号におけるノイズを低減して第1の高感度化信号を生成する。第2の高感度化処理部は、第1の高感度化信号のノイズを低減して第2の高感度化信号を生成する。検出処理部は、第2の高感度化信号から目標を検出する。第2の高感度化処理部は、積分パルス信号と第1の高感度化信号とから第2の高感度化信号を生成する。 According to an embodiment, a radar device includes an antenna unit, a transceiver unit, and a signal processor. The transceiver unit transmits radar pulses from the antenna unit and receives radio waves arriving at the antenna unit to generate a received signal. The signal processor processes the received signal. The signal processor includes a pulse compression processor, an integration processor, a first sensitivity enhancement processor, a second sensitivity enhancement processor, and a detection processor. The pulse compression processor pulse compresses the received signal to generate a compressed pulse signal. The integration processor pulse integrates the compressed pulse signal to generate an integrated pulse signal. The first sensitivity enhancement processor reduces noise in the compressed pulse signal to generate a first high sensitivity signal. The second sensitivity enhancement processor reduces noise in the first high sensitivity signal to generate a second high sensitivity signal. The detection processor detects a target from the second high sensitivity signal. The second sensitivity enhancement processor generates the second high sensitivity signal from the integrated pulse signal and the first high sensitivity signal.
以下、図面を参照して実施形態を説明する。図1は、各実施形態に係わるレーダ装置の一例を示す機能ブロック図である。実施形態では、パルスレーダが想定される。図1に示されるように、レーダ装置1は、アンテナ部10、送受信部11及び信号処理部12を備える。また、レーダ装置1は、信号処理部12の出力を視覚的に表示することでユーザに提示するための表示部13を備えてもよい。ここで、ユーザは、例えばレーダ装置1によって目標を監視する監視員である。目標は、例えば、飛しょう体、飛行体といった空中を比較的に高速で移動する対象物である。目標には人が乗っていてもよいし、乗っていなくてもよい。また、目標は、必ずしも空中を移動する対象物に限定されるものではない。 The embodiments will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a functional block diagram showing an example of a radar device according to each embodiment. In the embodiments, a pulse radar is assumed. As shown in FIG. 1, the radar device 1 includes an antenna unit 10, a transmitting/receiving unit 11, and a signal processing unit 12. The radar device 1 may also include a display unit 13 for visually displaying the output of the signal processing unit 12 to present it to a user. Here, the user is, for example, a watchman who monitors a target using the radar device 1. The target is, for example, an object that moves through the air at a relatively high speed, such as a flying object or aircraft. The target may or may not have a person on board. Furthermore, the target is not necessarily limited to an object that moves through the air.
アンテナ部10は、例えば、規則的に配列される複数のアンテナ素子を有するアレーアンテナ(array antenna)である。アンテナ部10は、空間に電波(レーダ波)を送信し、目標からの反射波(受信信号)を含む電波を受信する。 The antenna unit 10 is, for example, an array antenna having multiple antenna elements arranged in a regular pattern. The antenna unit 10 transmits radio waves (radar waves) into space and receives radio waves including reflected waves (received signals) from targets.
送受信部11は、レーダパルスを生成してアンテナ部10に送る。また、送受信部11は、アンテナ部10に到来した電波に対して、増幅、アナログ/ディジタル(A/D)変換等の処理を施すことで受信信号を生成する。送受信部11は、生成した受信信号を、信号処理部12に送る。 The transmitter/receiver unit 11 generates radar pulses and sends them to the antenna unit 10. The transmitter/receiver unit 11 also generates a received signal by performing processes such as amplification and analog/digital (A/D) conversion on the radio waves arriving at the antenna unit 10. The transmitter/receiver unit 11 sends the generated received signal to the signal processing unit 12.
信号処理部12は、例えばメモリ及びプロセッサを備えるコンピュータである。信号処理部12は、送受信部11からの受信信号に対して各種の信号処理を施す。この信号処理は、例えばクラッタ抑圧、レーダビデオの生成、目標検出といった信号処理を含む。信号処理部12は、検出した目標の情報を表示部13に送る。 The signal processing unit 12 is, for example, a computer equipped with a memory and a processor. The signal processing unit 12 performs various signal processing on the received signal from the transmission/reception unit 11. This signal processing includes, for example, signal processing such as clutter suppression, radar video generation, and target detection. The signal processing unit 12 sends information on the detected targets to the display unit 13.
表示部13は、信号処理部12から入力された目標の情報に基づいてユーザに対して視覚的に提示する。 The display unit 13 visually presents the target to the user based on the target information input from the signal processing unit 12.
[第1の実施形態]
第1の実施形態を説明する。図2は、第1の実施形態に係わる信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。信号処理部12は、パルス圧縮処理部121、高感度化処理部122、高感度化処理部123及び検出処理部124を備える。
[First embodiment]
2 is a functional block diagram showing an example of a signal processing unit according to the first embodiment. The signal processing unit 12 includes a pulse compression processing unit 121, a sensitivity enhancement processing unit 122, a sensitivity enhancement processing unit 123, and a detection processing unit 124.
パルス圧縮処理部121は、送受信部11からの受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成する。パルス圧縮処理部121は、圧縮パルス信号を高感度化処理部122に出力する。圧縮パルス信号は、例えば距離、方位、仰角を軸として含む3次元データである。圧縮パルス信号は、ドップラ等の他の要素を含む4次元以上のデータであってもよい。 The pulse compression processing unit 121 performs pulse compression on the received signal from the transmission/reception unit 11 to generate a compressed pulse signal. The pulse compression processing unit 121 outputs the compressed pulse signal to the sensitivity enhancement processing unit 122. The compressed pulse signal is three-dimensional data including, for example, distance, azimuth, and elevation angle as axes. The compressed pulse signal may be four- or more-dimensional data including other elements such as Doppler.
高感度化処理部122は、パルス圧縮処理部121からの圧縮パルス信号に対して第1の高感度化処理をして第1の高感度化信号を生成する。高感度化処理部122は、第1の高感度化信号を高感度化処理部123に出力する。第1の高感度化信号は、圧縮パルス信号における目標の信号成分以外の信号がノイズとして低減された信号である。後で説明するが、高感度化処理部122は、学習済みモデルを用いて圧縮パルス信号におけるノイズを低減する処理を実施する。ここで、高感度化処理部122へは、1パルスずつの圧縮パルス信号が入力されてもよいし、例えばCPI(Coherent Processing Interval)単位といった複数の圧縮パルス信号がまとめて入力されてもよい。 The high sensitivity processing unit 122 performs a first high sensitivity processing on the compressed pulse signal from the pulse compression processing unit 121 to generate a first high sensitivity signal. The high sensitivity processing unit 122 outputs the first high sensitivity signal to the high sensitivity processing unit 123. The first high sensitivity signal is a signal in which signals other than the target signal component in the compressed pulse signal have been reduced as noise. As will be described later, the high sensitivity processing unit 122 performs processing to reduce noise in the compressed pulse signal using a trained model. Here, the compressed pulse signal may be input one pulse at a time to the high sensitivity processing unit 122, or multiple compressed pulse signals, for example, in CPI (Coherent Processing Interval) units, may be input together.
高感度化処理部123は、高感度化処理部122からの第1の高感度化信号に対して第2の高感度化処理をして第2の高感度化信号を生成する。高感度化処理部123は、第2の高感度化信号を検出処理部124に出力する。第2の高感度化信号は、第1の高感度化信号における目標の信号成分以外の信号がノイズとして低減された信号である。後で説明するが、高感度化処理部123は、高感度化処理部122と同様に学習済みモデルを用いて第1の高感度化信号におけるノイズを低減する処理を実施する。 The high sensitivity processing unit 123 performs a second high sensitivity processing on the first high sensitivity signal from the high sensitivity processing unit 122 to generate a second high sensitivity signal. The high sensitivity processing unit 123 outputs the second high sensitivity signal to the detection processing unit 124. The second high sensitivity signal is a signal in which signals other than the target signal component in the first high sensitivity signal have been reduced as noise. As will be explained later, the high sensitivity processing unit 123 performs processing to reduce noise in the first high sensitivity signal using a trained model, similar to the high sensitivity processing unit 122.
検出処理部124は、高感度化処理部123からの第2の高感度化信号から目標を検出する。高感度化処理部123から出力される第2の高感度化信号においては、目標以外の信号成分のレベルが低減されている。したがって、検出処理部124は、目標だけを抽出し得る。 The detection processing unit 124 detects the target from the second high-sensitivity signal from the high-sensitivity processing unit 123. In the second high-sensitivity signal output from the high-sensitivity processing unit 123, the levels of signal components other than the target are reduced. Therefore, the detection processing unit 124 can extract only the target.
図3は、高感度化処理部122及び高感度化処理部123の構成の一例を示すブロック図である。高感度化処理部122及び高感度化処理部123は、例えばハードウェアとしての実体を持つコンピュータである。高感度化処理部122と高感度化処理部123は、単一のコンピュータによって構成されてもよいし、別個のコンピュータによって構成されてもよい。以下では、高感度化処理部122と高感度化処理部123は、単一のコンピュータによって構成されているものとして説明がされる。高感度化処理部122と高感度化処理部123を構成するコンピュータは、プロセッサ21と、記憶部24とを備える。さらに、コンピュータは、ROM22、RAM23及び通信部25を備える。 Figure 3 is a block diagram showing an example of the configuration of the high sensitivity processing unit 122 and the high sensitivity processing unit 123. The high sensitivity processing unit 122 and the high sensitivity processing unit 123 are, for example, computers having a physical form as hardware. The high sensitivity processing unit 122 and the high sensitivity processing unit 123 may be configured by a single computer, or may be configured by separate computers. In the following, the high sensitivity processing unit 122 and the high sensitivity processing unit 123 are described as being configured by a single computer. The computer that constitutes the high sensitivity processing unit 122 and the high sensitivity processing unit 123 includes a processor 21 and a storage unit 24. Furthermore, the computer includes a ROM 22, a RAM 23, and a communication unit 25.
プロセッサ21は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)といった演算デバイスである。プロセッサ21は、ROM22又は記憶部24に記憶されたプログラムをRAM23に読み込み、RAM23に読み込んだプログラムを実行することで高感度化処理部122及び高感度化処理部123として動作する。 The processor 21 is, for example, a computing device such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processing Unit). The processor 21 loads a program stored in the ROM 22 or the storage unit 24 into the RAM 23, and executes the program loaded into the RAM 23 to operate as the sensitivity enhancement processing unit 122 and the sensitivity enhancement processing unit 123.
ROM22は、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリであって、プログラムメモリとして動作する。ROM22は、プロセッサ21により実行されるプログラム及びプロセッサ21によって利用される制御データ等を記憶する。 ROM 22 is a non-volatile memory such as a flash memory, and operates as a program memory. ROM 22 stores programs executed by processor 21 and control data used by processor 21.
RAM23は、DRAM等の揮発性のメモリであって、一時的にデータを保持するワーキングメモリとして動作する。RAM23には、プログラムがロードされる。また、RAM23は、プロセッサ21によって処理されるデータを一時的に保持する。 RAM 23 is a volatile memory such as a DRAM, and operates as a working memory that temporarily stores data. Programs are loaded into RAM 23. RAM 23 also temporarily stores data to be processed by processor 21.
記憶部24は、SSD(Solid State Drive)等の不揮発性メモリによって構成されるストレージである。記憶部24は、プロセッサ21により実行されるプログラム24a、プロセッサ21により利用されるデータ24b、学習済みモデル24c及び学習済みモデル24dを記憶する。学習済みモデル24cは、高感度化処理部122のための学習済みモデルである。学習済みモデル24cは、圧縮パルス信号を入力とし、圧縮パルス信号に含まれる目標成分以外のノイズ成分が低減された第1の高感度化信号を出力するように各層の重みが設定された学習済みモデルである。つまり、学習済みモデル24cの学習は、入力された圧縮パルス信号に含まれる目標の信号成分とノイズの信号成分とを識別し、ノイズと識別された信号成分の強度が低減された信号を出力するように実施される。圧縮パルス信号において目標と識別される信号範囲にはマージンが含まれるように制限のある学習が実施されてもよい。学習済みモデル24dは、第1の高感度化信号を入力とし、第1の高感度化信号に含まれる目標成分以外のノイズ成分が低減された第2の高感度化信号を出力するように各層の重みが設定された学習済みモデルである。つまり、学習済みモデル24dの学習は、入力された第1の高感度化信号に含まれる目標の信号成分とノイズの信号成分とを識別し、ノイズと識別された信号成分の強度が低減された信号を出力するように実施される。第1の高感度化信号において目標と識別される信号範囲にはマージンが含まれるように制限のある学習が実施されてもよい。第1の高感度化信号において目標と識別される信号範囲のマージンは、圧縮パルス信号において目標と識別される信号範囲のマージンよりも狭くてもよい。 The memory unit 24 is a storage configured by a non-volatile memory such as an SSD (Solid State Drive). The memory unit 24 stores a program 24a executed by the processor 21, data 24b used by the processor 21, a trained model 24c, and a trained model 24d. The trained model 24c is a trained model for the high sensitivity processing unit 122. The trained model 24c is a trained model in which the weights of each layer are set so as to input a compressed pulse signal and output a first high sensitivity signal in which noise components other than the target component contained in the compressed pulse signal are reduced. In other words, the training of the trained model 24c is performed to distinguish between a target signal component and a noise signal component contained in the input compressed pulse signal, and to output a signal in which the intensity of the signal component identified as noise is reduced. Limited training may be performed so that the signal range identified as the target in the compressed pulse signal includes a margin. The trained model 24d is a trained model in which the weights of each layer are set so as to input the first high-sensitivity signal and output a second high-sensitivity signal in which noise components other than the target component contained in the first high-sensitivity signal are reduced. In other words, the trained model 24d is trained to distinguish between the target signal components and noise signal components contained in the input first high-sensitivity signal and to output a signal in which the intensity of the signal components identified as noise is reduced. Limited training may be performed so that the signal range identified as the target in the first high-sensitivity signal includes a margin. The margin of the signal range identified as the target in the first high-sensitivity signal may be narrower than the margin of the signal range identified as the target in the compressed pulse signal.
通信部25は、パルス圧縮処理部121に接続され、パルス圧縮処理部121から圧縮パルス信号を取得する。また、通信部25は、検出処理部124に接続され、第2の高感度化信号を検出処理部124に出力する。 The communication unit 25 is connected to the pulse compression processing unit 121 and acquires a compressed pulse signal from the pulse compression processing unit 121. The communication unit 25 is also connected to the detection processing unit 124 and outputs a second high sensitivity signal to the detection processing unit 124.
また、プロセッサ21は、学習部21a及び学習部21bを備える。プロセッサ21は、プログラム24aに記述された命令に従って処理を実行することで学習部21a及び学習部21bとして動作する。 The processor 21 also includes a learning unit 21a and a learning unit 21b. The processor 21 operates as the learning unit 21a and the learning unit 21b by executing processing according to instructions written in the program 24a.
学習部21aは、通信部25を介してパルス圧縮処理部121から取得される圧縮パルス信号を学習データとして用いた機械学習を繰り返して、学習済みモデルを生成する。生成された学習済みモデルは、記憶部24に学習済みモデル24cとして記憶される。 The learning unit 21a generates a trained model by repeating machine learning using the compressed pulse signal acquired from the pulse compression processing unit 121 via the communication unit 25 as training data. The generated trained model is stored in the memory unit 24 as trained model 24c.
学習部21bは、学習部21aによって生成される高感度化処理部122の出力である第1の高感度化信号を学習データとして用いた機械学習を繰り返して、学習済みモデルを生成する。学習データとしては、第一の高感度化信号を模擬した信号が用いられてもよい。生成された学習済みモデルは、記憶部24に学習済みモデル24dとして記憶される。 The learning unit 21b repeats machine learning using the first high-sensitivity signal, which is the output of the high-sensitivity processing unit 122 generated by the learning unit 21a, as training data to generate a trained model. A signal that simulates the first high-sensitivity signal may be used as the training data. The generated trained model is stored in the memory unit 24 as trained model 24d.
例えば、畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional Neural Network:CNN)に学習データを繰り返し与えることで、学習済みモデル24c及び学習済みモデル24dは生成され得る。この種の機械学習は、深層学習と称される。第1の実施形態では、学習部21aは、圧縮パルス信号を学習データとして用いた教師あり機械学習を繰り返して、学習済みモデル24cを生成する。この場合の教師データは、例えば目標のみを含む圧縮パルス信号のデータである。また、第1の実施形態では、学習部21bは、第1の高感度化信号を学習データとして用いた教師あり機械学習を繰り返して、学習済みモデル24dを生成する。この場合の教師データは、例えば目標のみを含む第1の高感度化信号のデータである。 For example, the trained model 24c and the trained model 24d can be generated by repeatedly providing training data to a Convolutional Neural Network (CNN). This type of machine learning is called deep learning. In the first embodiment, the learning unit 21a repeats supervised machine learning using a compressed pulse signal as training data to generate the trained model 24c. The training data in this case is, for example, data of a compressed pulse signal that includes only a target. Also, in the first embodiment, the learning unit 21b repeats supervised machine learning using a first high-sensitivity signal as training data to generate the trained model 24d. The training data in this case is, for example, data of a first high-sensitivity signal that includes only a target.
ここで、学習済みモデル24cを生成するための学習に用いられる学習データは、圧縮パルス信号間での目標の移動を考慮して作成されてもよい。同様に、学習済みモデル24dを生成するための学習に用いられる学習データは、第1の高感度化信号間での目標の移動を考慮して作成されてもよい。 Here, the learning data used in the learning to generate the trained model 24c may be created taking into account the movement of the target between the compressed pulse signals. Similarly, the learning data used in the learning to generate the trained model 24d may be created taking into account the movement of the target between the first high-sensitivity signals.
また、学習済みモデル24c及び24dを生成するための学習に用いられる学習データは、ドップラフィルタバンク毎に仮定された目標の速度毎のデータであってもよい。 In addition, the learning data used in learning to generate the trained models 24c and 24d may be data for each target velocity assumed for each Doppler filter bank.
高感度化処理部122及び高感度化処理部123は、ソフトウェアとしても実装され得る。この場合、高感度化処理部122及び高感度化処理部123は、RAMに展開されてプロセッサにより実行されるプログラムとして構成され得る。 The high sensitivity processing unit 122 and the high sensitivity processing unit 123 may also be implemented as software. In this case, the high sensitivity processing unit 122 and the high sensitivity processing unit 123 may be configured as a program that is expanded in RAM and executed by a processor.
また、パルス圧縮処理部121及び検出処理部124も、それぞれ前述した動作を実行するように構成された専用のハードウェアとして構成されてもよいし、前述した動作をプロセッサによって実行させるソフトウェアとして構成されてもよい。 The pulse compression processing unit 121 and the detection processing unit 124 may also be configured as dedicated hardware configured to execute the above-mentioned operations, or may be configured as software that causes a processor to execute the above-mentioned operations.
次に、第1の実施形態の信号処理部12の動作を説明する。図4は、第1の実施形態における信号処理部12による目標検出処理の一例を示すフローチャートである。ステップS1において、信号処理部12のパルス圧縮処理部121は、送受信部11からの受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成する。なお、事前の閾値処理等によって圧縮パルス信号における高S/Nの信号が検出されるときには、この高S/Nの対象の信号がノイズに置き換えられてもよい。 Next, the operation of the signal processing unit 12 of the first embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an example of a target detection process by the signal processing unit 12 in the first embodiment. In step S1, the pulse compression processing unit 121 of the signal processing unit 12 performs pulse compression on the received signal from the transmitting/receiving unit 11 to generate a compressed pulse signal. When a high S/N signal is detected in the compressed pulse signal by prior threshold processing or the like, the target signal with this high S/N may be replaced with noise.
ステップS2において、高感度化処理部122は、圧縮パルス信号から第1の高感度化信号を生成する。具体的には、高感度化処理部123は、学習済みモデル24cに圧縮パルス信号を入力して第1の高感度化信号を取得する。 In step S2, the sensitivity enhancement processing unit 122 generates a first sensitivity enhancement signal from the compressed pulse signal. Specifically, the sensitivity enhancement processing unit 123 inputs the compressed pulse signal to the trained model 24c to obtain the first sensitivity enhancement signal.
ステップS3において、高感度化処理部123は、第1の高感度化信号から第2の高感度化信号を生成する。具体的には、高感度化処理部123は、学習済みモデル24dに第1の高感度化信号を入力して第2の高感度化信号を取得する。 In step S3, the sensitivity enhancement processing unit 123 generates a second sensitivity enhancement signal from the first sensitivity enhancement signal. Specifically, the sensitivity enhancement processing unit 123 inputs the first sensitivity enhancement signal to the trained model 24d to obtain the second sensitivity enhancement signal.
ステップS4において、検出処理部124は、第2の高感度化信号から目標を検出する。検出処理部124は、例えば第2の高感度化信号において閾値以上の強度を有する信号範囲を目標として検出する。 In step S4, the detection processing unit 124 detects a target from the second high-sensitivity signal. For example, the detection processing unit 124 detects a signal range in the second high-sensitivity signal that has an intensity equal to or greater than a threshold as the target.
図5は、高感度化処理部122及び123の動作について説明するための図である。図5において、高感度化処理部122には、時系列で圧縮パルス信号が入力される。高感度化処理部122は、入力された圧縮パルス信号を複数の単位にまとめる。複数の単位の圧縮パルス信号は、例えば図5に示す時刻Tの圧縮パルス信号X(T)を含む、M個の圧縮パルス信号X(T),X(T-1),…,X(T-M+1)である。このようにして圧縮パルス信号を複数の単位にまとめた後、高感度化処理部122は、単位毎の圧縮パルス信号に対して高感度化処理を実施する。(式1)は、時刻TからのM個の圧縮パルス信号に対する高感度化処理部122の出力である第1の高感度化信号Y1(T)を示している。(式1)のD1(X(T),X(T-1),…,X(T-M+1))は、入力された圧縮パルス信号に対して学習済みモデル24cを用いた高感度化処理としてのノイズ低減処理を実施することを示している。
前述したように、高感度化処理部122は、入力された圧縮パルス信号を複数の単位にまとめずに、それぞれの圧縮パルス信号に対して高感度化処理としてのノイズ低減処理を実施してもよい。 As described above, the sensitivity enhancement processing unit 122 may perform noise reduction processing as sensitivity enhancement processing on each compressed pulse signal, without consolidating the input compressed pulse signals into multiple units.
高感度化処理部122での高感度化処理の後、高感度化処理部123は、例えば過去のN回にわたる第1の高感度化信号Y1(T),Y1(T-Ts1),…,Y1(T-TsN-1)に対して高感度化処理を実施する。(式2)は、過去N回にわたる第1の高感度化信号に対する高感度化処理部123の出力である第2の高感度化信号Y2(T)を示している。(式2)のD2(Y1(T),Y1(T-Ts1),…,Y1(T-TsN-1))は、入力された第1の高感度化信号に対して学習済みモデル24dを用いた高感度化処理としてのノイズ低減処理を実施することを示している。
以上説明したように、第1の実施形態によれば、圧縮パルス信号に対して高感度化処理としてのノイズ低減処理が実施され、ノイズ低減処理によって高感度化された第1の高感度化信号に対してさらに高感度化処理としてのノイズ低減処理が実施される。このように、第1の実施形態では圧縮パルス信号に対して2段階の高感度化処理が実施されることにより、既存の技術よりも高感度化された信号が生成され得る。高感度化された信号を用いて目標の検出処理が実施されることにより、既存の技術に比べて少ないパルスヒット数で目標が検出され得る。少ないパルスヒット数で目標が検出され得るので、高速で移動する目標の検出にも適している。さらには、低S/Nの信号を高感度化することによって目標の検出処理が実施される。したがって、アンテナの開口面積や送信電力を大きくすることによってS/Nを大きくする必要がない。このため、搭載容易性が損なわれることもない。つまり、第1の実施形態では、RCSが同じ目標を検出する場合、既存の技術に比べてハードウェアの規模が小さくても既存の技術と同等の検出精度が維持され得る。 As described above, according to the first embodiment, a noise reduction process is performed as a high sensitivity process on the compressed pulse signal, and a noise reduction process is further performed as a high sensitivity process on the first high sensitivity signal that has been made high sensitivity by the noise reduction process. In this way, in the first embodiment, a two-stage high sensitivity process is performed on the compressed pulse signal, so that a signal with higher sensitivity than that of the existing technology can be generated. By performing a target detection process using the high sensitivity signal, a target can be detected with a smaller number of pulse hits than that of the existing technology. Since a target can be detected with a small number of pulse hits, it is also suitable for detecting targets moving at high speed. Furthermore, the target detection process is performed by increasing the sensitivity of a low S/N signal. Therefore, there is no need to increase the S/N by increasing the aperture area or transmission power of the antenna. Therefore, the ease of installation is not impaired. In other words, in the first embodiment, when the RCS detects the same target, the same detection accuracy as that of the existing technology can be maintained even if the hardware scale is smaller than that of the existing technology.
ここで、第1の実施形態において、それぞれの圧縮パルス信号の境界部分にパディング処理が施されてもよい。パディング処理は、圧縮パルス信号の境界部分を所定値、例えば0のデータによって拡張する処理である。ただし、パディング処理がされる場合、圧縮パルス信号に対する高感度化処理の性能が圧縮パルス信号の中心部分と境界部分とで異なってしまう可能性が生じる。そこで、境界部分が0のデータによって拡張されるのに代えて、境界部分がノイズのデータによって拡張されてもよい。境界部分がノイズのデータによって拡張されることにより、圧縮パルス信号に対する高感度化処理の性能が圧縮パルス信号の中心部分と境界部分とで均一化される。ここで、ノイズのデータは、例えば、受信信号のノイズレベルに合わせた擬似乱数によって生成されてよい。また、ノイズのデータは、予めROM22等に記憶された固定パターンのデータであってもよい。さらには、ノイズのデータは、ノイズ測定を実施して得られるノイズのデータであってもよい。 Here, in the first embodiment, padding may be performed on the boundary portions of each compressed pulse signal. The padding is a process of expanding the boundary portions of the compressed pulse signal with a predetermined value, for example, data of 0. However, when padding is performed, there is a possibility that the performance of the high sensitivity processing for the compressed pulse signal may differ between the center portion and the boundary portion of the compressed pulse signal. Therefore, instead of expanding the boundary portion with data of 0, the boundary portion may be expanded with noise data. By expanding the boundary portion with noise data, the performance of the high sensitivity processing for the compressed pulse signal is made uniform between the center portion and the boundary portion of the compressed pulse signal. Here, the noise data may be generated, for example, by a pseudorandom number that matches the noise level of the received signal. Furthermore, the noise data may be data of a fixed pattern that is stored in advance in the ROM 22 or the like. Furthermore, the noise data may be noise data obtained by performing noise measurement.
[第2の実施形態]
第2の実施形態を説明する。図6は、第2の実施形態に係わる信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。第2の実施形態における信号処理部12は、パルス圧縮処理部121、高感度化処理部122、高感度化処理部123、検出処理部124及び積分処理部125を備える。ここで、図6において図2と同様の要素については、図2と同様の参照符号が付されている。図2と同様の参照符号が付されている要素については説明が簡略化又は省略される。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. Fig. 6 is a functional block diagram showing an example of a signal processing unit according to the second embodiment. The signal processing unit 12 in the second embodiment includes a pulse compression processing unit 121, a sensitivity enhancement processing unit 122, a sensitivity enhancement processing unit 123, a detection processing unit 124, and an integration processing unit 125. Here, in Fig. 6, the same elements as those in Fig. 2 are given the same reference symbols as those in Fig. 2. Descriptions of elements given the same reference symbols as those in Fig. 2 will be simplified or omitted.
第2の実施形態において、パルス圧縮処理部121は、圧縮パルス信号を高感度化処理部122と積分処理部125とに出力する。 In the second embodiment, the pulse compression processing unit 121 outputs a compressed pulse signal to the sensitivity enhancement processing unit 122 and the integration processing unit 125.
高感度化処理部122は、第1の実施形態と同様である。つまり、高感度化処理部122は、パルス圧縮処理部121からの圧縮パルス信号に対して第1の高感度化処理をして第1の高感度化信号を生成する。高感度化処理部122は、第1の高感度化信号を高感度化処理部123に出力する。 The high sensitivity processing unit 122 is the same as in the first embodiment. That is, the high sensitivity processing unit 122 performs a first high sensitivity processing on the compressed pulse signal from the pulse compression processing unit 121 to generate a first high sensitivity signal. The high sensitivity processing unit 122 outputs the first high sensitivity signal to the high sensitivity processing unit 123.
積分処理部125は、パルス圧縮処理部121からの圧縮パルス信号をパルス積分することによって積分パルス信号を生成する。積分処理部125は、積分パルス信号を高感度化処理部123に出力する。積分処理部125における積分処理には、例えばコヒーレント積分が用いられ得る。 The integration processing unit 125 generates an integration pulse signal by pulse integrating the compressed pulse signal from the pulse compression processing unit 121. The integration processing unit 125 outputs the integration pulse signal to the sensitivity enhancement processing unit 123. For example, coherent integration may be used for the integration processing in the integration processing unit 125.
高感度化処理部123は、高感度化処理部122からの第1の高感度化信号と積分処理部125からの積分パルス信号とに対して第2の高感度化処理をして第2の高感度化信号を生成する。高感度化処理部123は、第2の高感度化信号を検出処理部124に出力する。高感度化処理部123は、高感度化処理部122と同様に学習済みモデルを用いて第1の高感度化信号におけるノイズを低減する処理を実施する。なお、第2の実施形態における高感度化処理部123も図3で示したコンピュータで実現されてよい。 The high sensitivity processing unit 123 performs a second high sensitivity process on the first high sensitivity signal from the high sensitivity processing unit 122 and the integral pulse signal from the integral processing unit 125 to generate a second high sensitivity signal. The high sensitivity processing unit 123 outputs the second high sensitivity signal to the detection processing unit 124. The high sensitivity processing unit 123 performs a process to reduce noise in the first high sensitivity signal using a trained model, similar to the high sensitivity processing unit 122. Note that the high sensitivity processing unit 123 in the second embodiment may also be realized by the computer shown in FIG. 3.
第2の実施形態では、高感度化処理部123で用いられる学習済みモデル24dは、第1の高感度化信号と積分パルス信号とを学習データとして用いた教師あり機械学習を繰り返すことで生成される。この場合の教師データは、例えば目標のみを含む第1の高感度化信号及び積分パルス信号のデータである。 In the second embodiment, the trained model 24d used in the sensitivity enhancement processing unit 123 is generated by repeating supervised machine learning using the first sensitivity enhancement signal and the integral pulse signal as training data. The training data in this case is, for example, data of the first sensitivity enhancement signal and the integral pulse signal that includes only the target.
検出処理部124は、第1の実施形態と同様である。つまり、検出処理部124は、高感度化処理部123からの第2の高感度化信号から目標を検出する。 The detection processing unit 124 is the same as in the first embodiment. That is, the detection processing unit 124 detects a target from the second high-sensitivity signal from the high-sensitivity processing unit 123.
以上説明したように、第2の実施形態によれば、圧縮パルス信号に対して高感度化処理としてのノイズ低減処理と積分処理とが実施され、第1の高感度化信号及び積分パルス信号を入力としてさらに高感度化処理としてのノイズ低減処理が実施される。第1の高感度化信号と同様に、積分パルス信号も高感度化された圧縮パルス信号であると言える。このような2種の高感度化された信号が学習データとして用いられて高感度化処理部123における学習が実施される。つまり、学習データを第1の実施形態よりも増やすことができる。また、このような2種の高感度化された信号に従って学習済みモデル24dにおける高感度化処理が実施されることにより、第1の実施形態よりもさらなる高感度化が期待される。 As described above, according to the second embodiment, the noise reduction process and the integration process are performed on the compressed pulse signal as high sensitivity processing, and the first high sensitivity signal and the integration pulse signal are used as inputs to perform a further noise reduction process as high sensitivity processing. Like the first high sensitivity signal, the integration pulse signal can be said to be a high sensitivity compressed pulse signal. These two types of high sensitivity signals are used as learning data to perform learning in the high sensitivity processing unit 123. In other words, the learning data can be increased more than in the first embodiment. Furthermore, by performing the high sensitivity process in the trained model 24d according to these two types of high sensitivity signals, it is expected that even higher sensitivity will be achieved than in the first embodiment.
ここで、第2の実施形態においても、それぞれの圧縮パルス信号の境界部分にパディング処理が施されてもよいし、境界部分がノイズのデータによって拡張されてもよい。 Here, in the second embodiment, padding may be applied to the boundary portions of each compressed pulse signal, or the boundary portions may be expanded with noise data.
[第3の実施形態]
第3の実施形態を説明する。図7は、第3の実施形態に係わる信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。第3の実施形態における信号処理部12は、パルス圧縮処理部121、高感度化処理部122、検出処理部124及び確率出力部126を備える。ここで、図7において図2と同様の要素については、図2と同様の参照符号が付されている。図2と同様の参照符号が付されている要素については説明が簡略化又は省略される。
[Third embodiment]
A third embodiment will be described. Fig. 7 is a functional block diagram showing an example of a signal processing unit according to the third embodiment. The signal processing unit 12 in the third embodiment includes a pulse compression processing unit 121, a sensitivity enhancement processing unit 122, a detection processing unit 124, and a probability output unit 126. Here, in Fig. 7, the same elements as in Fig. 2 are given the same reference symbols as in Fig. 2. Descriptions of the elements given the same reference symbols as in Fig. 2 will be simplified or omitted.
第3の実施形態では、高感度化処理部123が確率出力部126に置き換えられている。また、第3の実施形態では、パルス圧縮処理部121で生成された圧縮パルス信号が高感度化処理部122に加えて検出処理部124にも出力される。高感度化処理部122と検出処理部124とには、1パルスずつの圧縮パルス信号が入力されてもよいし、例えばCPI単位といった複数の圧縮パルス信号がまとめて入力されてもよい。 In the third embodiment, the sensitivity enhancement processing unit 123 is replaced with a probability output unit 126. Also, in the third embodiment, the compressed pulse signal generated by the pulse compression processing unit 121 is output to the detection processing unit 124 in addition to the sensitivity enhancement processing unit 122. The sensitivity enhancement processing unit 122 and the detection processing unit 124 may receive a compressed pulse signal of one pulse each, or may receive multiple compressed pulse signals collectively, for example, in CPI units.
確率出力部126は、高感度化処理部122からの第1の高感度化信号に対して確率出力処理をして確率信号を生成する。確率信号は、第1の高感度化信号における目標らしさの分布を対応する信号成分が目標の信号成分である確率の分布として示す信号である。確率出力部126は学習済みモデルを用いて確率信号を生成する処理を実施する。なお、確率出力部126も図3で示したコンピュータで実現されてよい。 The probability output unit 126 performs probability output processing on the first high sensitivity signal from the high sensitivity processing unit 122 to generate a probability signal. The probability signal is a signal that indicates the distribution of target-likeliness in the first high sensitivity signal as a distribution of the probability that the corresponding signal component is the target signal component. The probability output unit 126 performs processing to generate the probability signal using a trained model. Note that the probability output unit 126 may also be realized by the computer shown in FIG. 3.
第3の実施形態における学習部21bは、学習部21aによって生成される高感度化処理部122の出力である第1の高感度化信号を学習データとして用いた機械学習を繰り返して、学習済みモデル24dを生成する。この場合の教師データは、例えば入力される第1の高感度化信号における目標の信号範囲を示す目標マップのデータ及び入力される第1の高感度化信号におけるノイズの信号範囲を示すノイズマップのデータである。 The learning unit 21b in the third embodiment repeats machine learning using the first high-sensitivity signal, which is the output of the high-sensitivity processing unit 122 generated by the learning unit 21a, as learning data to generate a trained model 24d. The teacher data in this case is, for example, target map data indicating the target signal range in the input first high-sensitivity signal and noise map data indicating the noise signal range in the input first high-sensitivity signal.
検出処理部124は、確率出力部126からの確率信号に基づき、パルス圧縮処理部121からの圧縮パルス信号から目標の信号成分を抽出することによって目標を検出する。検出処理部124は、確率信号を例えば閾値によって2値化することで2値化信号を生成する。2値化信号は、例えば目標である確率が閾値以上であるときに1で、閾値未満であるときに0の信号である。そして、検出処理部124は、2値化信号と圧縮パルス信号との積を計算することで2値化信号と圧縮パルス信号とをマッチングさせる。検出処理部124は、2値化信号と圧縮パルス信号との積が0でない信号範囲を目標として検出する。 The detection processing unit 124 detects a target by extracting the signal components of the target from the compressed pulse signal from the pulse compression processing unit 121 based on the probability signal from the probability output unit 126. The detection processing unit 124 generates a binary signal by binarizing the probability signal, for example, using a threshold value. The binary signal is, for example, a signal that is 1 when the probability of being the target is equal to or greater than the threshold value, and is 0 when it is less than the threshold value. The detection processing unit 124 then matches the binary signal with the compressed pulse signal by calculating the product of the binary signal and the compressed pulse signal. The detection processing unit 124 detects a signal range in which the product of the binary signal and the compressed pulse signal is not 0 as a target.
ここで、確率信号が2値化される際の閾値は適宜に設定されてよい。例えば、閾値が小さい値であれば、目標として検出される信号範囲が広くなり易い。したがって、圧縮パルス信号から目標が抽出され易くなる。一方で、より目標の検出精度を高めることが必要であれば、閾値は大きい値に設定されてよい。 Here, the threshold value used when binarizing the probability signal may be set appropriately. For example, if the threshold value is small, the signal range detected as a target is likely to be wide. Therefore, it becomes easier to extract a target from the compressed pulse signal. On the other hand, if it is necessary to further improve the accuracy of target detection, the threshold value may be set to a large value.
次に、第3の実施形態の信号処理部12の動作を説明する。図8は、第3の実施形態における信号処理部12による目標検出処理の一例を示すフローチャートである。ステップS11において、信号処理部12のパルス圧縮処理部121は、送受信部11からの受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成する。 Next, the operation of the signal processing unit 12 in the third embodiment will be described. FIG. 8 is a flowchart showing an example of a target detection process by the signal processing unit 12 in the third embodiment. In step S11, the pulse compression processing unit 121 of the signal processing unit 12 performs pulse compression on the received signal from the transmission/reception unit 11 to generate a compressed pulse signal.
ステップS12において、高感度化処理部122は、圧縮パルス信号から第1の高感度化信号を生成する。具体的には、高感度化処理部123は、学習済みモデル24cに圧縮パルス信号を入力して第1の高感度化信号を取得する。 In step S12, the sensitivity enhancement processing unit 122 generates a first sensitivity enhancement signal from the compressed pulse signal. Specifically, the sensitivity enhancement processing unit 123 inputs the compressed pulse signal to the trained model 24c to obtain the first sensitivity enhancement signal.
ステップS13において、確率出力部126は、第1の高感度化信号から確率信号を生成する。具体的には、高感度化処理部123は、学習済みモデル24dに第1の高感度化信号を入力して確率信号を取得する。 In step S13, the probability output unit 126 generates a probability signal from the first sensitivity-enhanced signal. Specifically, the sensitivity-enhanced processing unit 123 inputs the first sensitivity-enhanced signal to the trained model 24d to obtain a probability signal.
ステップS14において、検出処理部124は、圧縮パルス信号と確率信号とから目標を検出する。検出処理部124は、例えば圧縮パルス信号と確率信号の2値化信号との積を計算する。そして、検出処理部124は、積が0でない信号範囲を目標として検出する。 In step S14, the detection processing unit 124 detects a target from the compressed pulse signal and the probability signal. The detection processing unit 124 calculates, for example, the product of the compressed pulse signal and the binary signal of the probability signal. Then, the detection processing unit 124 detects a signal range in which the product is not 0 as a target.
以上説明したように、第3の実施形態によれば、圧縮パルス信号に対して高感度化処理としてのノイズ低減処理が実施され、ノイズ低減処理によって高感度化された第1の高感度化信号における目標らしさの分布を表す確率信号の出力処理が実施される。そして、圧縮パルス信号と確率信号とを用いて目標が検出される。このように、第3の実施形態では圧縮パルス信号に対して2段階目の高感度化処理に代えて確率出力処理が実施される。この場合でも第1の実施形態と同様に既存の技術に比べて少ないパルスヒット数で目標が検出され得る。少ないパルスヒット数で目標が検出され得るので、高速で移動する目標の検出にも適している。さらには、低S/Nの信号を高感度化することによって目標の検出処理が実施される。したがって、アンテナの開口面積や送信電力を大きくすることによってS/Nを大きくする必要がない。このため、搭載容易性が損なわれることもない。つまり、第1の実施形態では、RCSが同じ目標を検出する場合、既存の技術に比べてハードウェアの規模が小さくても既存の技術と同等の検出精度が維持され得る。 As described above, according to the third embodiment, a noise reduction process is performed as a high sensitivity process on the compressed pulse signal, and a probability signal output process is performed to represent the distribution of target-likeness in the first high sensitivity signal that has been high sensitivity due to the noise reduction process. Then, a target is detected using the compressed pulse signal and the probability signal. In this way, in the third embodiment, a probability output process is performed on the compressed pulse signal instead of the second stage high sensitivity process. Even in this case, as in the first embodiment, a target can be detected with a smaller number of pulse hits than in the existing technology. Since a target can be detected with a small number of pulse hits, it is also suitable for detecting targets moving at high speed. Furthermore, a target detection process is performed by increasing the sensitivity of a low S/N signal. Therefore, there is no need to increase the S/N by increasing the aperture area or transmission power of the antenna. Therefore, ease of installation is not impaired. In other words, in the first embodiment, when the RCS detects the same target, the same detection accuracy as that of the existing technology can be maintained even if the hardware scale is smaller than that of the existing technology.
ここで、第3の実施形態においても、それぞれの圧縮パルス信号の境界部分にパディング処理が施されてもよいし、境界部分がノイズのデータによって拡張されてもよい。 Here, in the third embodiment, padding may be applied to the boundary portions of each compressed pulse signal, or the boundary portions may be expanded with noise data.
[第4の実施形態]
第4の実施形態を説明する。図9は、第4の実施形態に係わる信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。第4の実施形態における信号処理部12は、パルス圧縮処理部121、高感度化処理部122、検出処理部124及び確率出力部126aを備える。ここで、図9において図2と同様の要素については、図2と同様の参照符号が付されている。図2と同様の参照符号が付されている要素については説明が簡略化又は省略される。
[Fourth embodiment]
A fourth embodiment will be described. Fig. 9 is a functional block diagram showing an example of a signal processing unit according to the fourth embodiment. The signal processing unit 12 in the fourth embodiment includes a pulse compression processing unit 121, a sensitivity enhancement processing unit 122, a detection processing unit 124, and a probability output unit 126a. Here, in Fig. 9, the same elements as those in Fig. 2 are given the same reference symbols as those in Fig. 2. Descriptions of the elements given the same reference symbols as those in Fig. 2 will be simplified or omitted.
第4の実施形態では、高感度化処理部122と確率出力部126aがパルス圧縮処理部121と検出処理部124との間に設けられている。 In the fourth embodiment, the high sensitivity processing unit 122 and the probability output unit 126a are provided between the pulse compression processing unit 121 and the detection processing unit 124.
第4の実施形態における高感度化処理部122は、圧縮パルス信号から第1の高感度化信号を生成する。高感度化処理部122は、第1の高感度化信号を検出処理部124に出力する。 The high sensitivity processing unit 122 in the fourth embodiment generates a first high sensitivity signal from the compressed pulse signal. The high sensitivity processing unit 122 outputs the first high sensitivity signal to the detection processing unit 124.
確率出力部126aは、パルス圧縮処理部121からの圧縮パルス信号に対して確率出力処理をして確率信号を生成する。確率出力部126aは学習済みモデルを用いて確率信号を生成する処理を実施する。なお、確率出力部126a図3で示したコンピュータで実現されてよい。 The probability output unit 126a performs probability output processing on the compressed pulse signal from the pulse compression processing unit 121 to generate a probability signal. The probability output unit 126a performs processing to generate a probability signal using a trained model. The probability output unit 126a may be realized by the computer shown in FIG. 3.
第4の実施形態における学習部21bは、圧縮パルス信号を学習データとして用いた機械学習を繰り返して、学習済みモデル24dを生成する。この場合の教師データは、例えば入力される圧縮パルス信号における目標の信号範囲を示す目標マップのデータ及び入力される圧縮パルス信号におけるノイズの信号範囲を示すノイズマップのデータである。 The learning unit 21b in the fourth embodiment repeats machine learning using the compressed pulse signal as learning data to generate a learned model 24d. In this case, the teacher data is, for example, target map data indicating the target signal range in the input compressed pulse signal and noise map data indicating the noise signal range in the input compressed pulse signal.
検出処理部124は、確率出力部126aからの確率信号に基づき、高感度化処理部122からの第1の高感度化信号から目標の信号成分を抽出することによって目標を検出する。検出処理部124は、確率信号を例えば閾値によって2値化することで2値化信号を生成する。そして、検出処理部124は、2値化信号と第1の高感度化信号との積を計算することで2値化信号と第1の高感度化信号とをマッチングさせる。検出処理部124は、2値化信号と第1の高感度化信号との積が0でない信号範囲を目標として検出する。 The detection processing unit 124 detects the target by extracting the signal component of the target from the first high sensitivity signal from the high sensitivity processing unit 122 based on the probability signal from the probability output unit 126a. The detection processing unit 124 generates a binary signal by binarizing the probability signal, for example, using a threshold value. The detection processing unit 124 then matches the binary signal with the first high sensitivity signal by calculating the product of the binary signal and the first high sensitivity signal. The detection processing unit 124 detects a signal range in which the product of the binary signal and the first high sensitivity signal is not zero as the target.
ここで、確率信号が2値化される際の閾値は適宜に設定されてよい。例えば、閾値が小さい値であれば、目標として検出される信号範囲が広くなり易い。したがって、圧縮パルス信号から目標が抽出され易くなる。一方で、より検出精度を高めることが必要であれば、閾値は大きい値に設定されてよい。 Here, the threshold value used when binarizing the probability signal may be set appropriately. For example, if the threshold value is small, the signal range detected as a target is likely to be wide. Therefore, it becomes easier to extract a target from the compressed pulse signal. On the other hand, if it is necessary to further improve the detection accuracy, the threshold value may be set to a large value.
以上説明したように、第4の実施形態によれば、第1の高感度化信号と確率信号とのマッチングによって目標が検出されるこの場合でも第1の実施形態と同様に既存の技術に比べて少ないパルスヒット数で目標が検出され得る。少ないパルスヒット数で目標が検出され得るので、高速で移動する目標の検出にも適している。さらには、低S/Nの信号を高感度化することによって目標の検出処理が実施される。したがって、アンテナの開口面積や送信電力を大きくすることによってS/Nを大きくする必要がない。このため、搭載容易性が損なわれることもない。つまり、第1の実施形態では、RCSが同じ目標を検出する場合、既存の技術に比べてハードウェアの規模が小さくても既存の技術と同等の検出精度が維持され得る。 As described above, according to the fourth embodiment, even in this case where a target is detected by matching the first high-sensitivity signal with a probability signal, the target can be detected with a smaller number of pulse hits than with existing technology, as in the first embodiment. Since the target can be detected with a small number of pulse hits, it is also suitable for detecting targets moving at high speed. Furthermore, the target detection process is performed by increasing the sensitivity of a low S/N signal. Therefore, there is no need to increase the S/N by increasing the aperture area or transmission power of the antenna. Therefore, ease of installation is not compromised. In other words, in the first embodiment, when the RCS detects the same target, the same detection accuracy as with existing technology can be maintained even if the hardware scale is smaller than that of existing technology.
ここで、第4の実施形態では確率出力部126aは、圧縮パルス信号から確率信号を生成している。これに対し、確率出力部126aは、第3の実施形態と同様に第1の高感度化信号から確率信号を生成するように構成されていてもよい。また、確率出力部126aは、第2の実施形態で説明した積分処理部125で生成される積分パルス信号から確率信号を生成するように構成されていてもよい。 Here, in the fourth embodiment, the probability output unit 126a generates a probability signal from a compressed pulse signal. In contrast, the probability output unit 126a may be configured to generate a probability signal from a first high-sensitivity signal, as in the third embodiment. Also, the probability output unit 126a may be configured to generate a probability signal from an integrated pulse signal generated by the integration processing unit 125 described in the second embodiment.
また、検出処理部124は、第1の高感度化信号ではなく、第2の高感度化信号と確率信号とのマッチングをとることによって目標を検出してもよい。この場合、高感度化処理部122と検出処理部124との間に高感度化処理部123が設けられる。 The detection processing unit 124 may detect the target by matching the second high-sensitivity signal with the probability signal instead of the first high-sensitivity signal. In this case, the high-sensitivity processing unit 123 is provided between the high-sensitivity processing unit 122 and the detection processing unit 124.
さらに、第4の実施形態においても、それぞれの圧縮パルス信号の境界部分にパディング処理が施されてもよいし、境界部分がノイズのデータによって拡張されてもよい。 Furthermore, in the fourth embodiment, padding may be applied to the boundary portions of each compressed pulse signal, or the boundary portions may be expanded with noise data.
[第5の実施形態]
第5の実施形態を説明する。図10は、第5の実施形態に係わる信号処理部の一例を示す機能ブロック図である。第5の実施形態における信号処理部12は、パルス圧縮処理部121、検出処理部124及び確率出力部126aを備える。ここで、図10において図2と同様の要素については、図2と同様の参照符号が付されている。図2と同様の参照符号が付されている要素については説明が簡略化又は省略される。
[Fifth embodiment]
A fifth embodiment will be described. Fig. 10 is a functional block diagram showing an example of a signal processing unit according to the fifth embodiment. The signal processing unit 12 in the fifth embodiment includes a pulse compression processing unit 121, a detection processing unit 124, and a probability output unit 126a. Here, in Fig. 10, the same elements as those in Fig. 2 are given the same reference symbols as those in Fig. 2. Descriptions of the elements given the same reference symbols as those in Fig. 2 will be simplified or omitted.
第5の実施形態では、確率出力部126aがパルス圧縮処理部121と検出処理部124との間に設けられている。 In the fifth embodiment, the probability output unit 126a is provided between the pulse compression processing unit 121 and the detection processing unit 124.
確率出力部126aは、第4の実施形態における確率出力部126aと同様にパルス圧縮処理部121からの圧縮パルス信号に対して確率出力処理をして確率信号を生成する。 The probability output unit 126a performs probability output processing on the compressed pulse signal from the pulse compression processing unit 121 to generate a probability signal, similar to the probability output unit 126a in the fourth embodiment.
検出処理部124は、確率出力部126aからの確率信号に基づき、パルス圧縮処理部121からの圧縮パルス信号から目標の信号成分を抽出することによって目標を検出する。検出処理部124は、確率出力部126aからの確率信号に対して閾値処理を実施することで目標を検出してもよい。 The detection processing unit 124 detects a target by extracting a signal component of the target from the compressed pulse signal from the pulse compression processing unit 121 based on the probability signal from the probability output unit 126a. The detection processing unit 124 may detect a target by performing threshold processing on the probability signal from the probability output unit 126a.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、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。これら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。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.
1…レーダ装置、10…アンテナ部、11…送受信部、12…信号処理部、13…表示部、21…プロセッサ、21a…学習部、21b…学習部、22…ROM、23…RAM、24…記憶部、24a…プログラム、24b…データ、24c…学習済みモデル、24d…学習済みモデル、25…通信部、121…パルス圧縮処理部、122…高感度化処理部、123…高感度化処理部、124…検出処理部、125…積分処理部、126…確率出力部、126a…確率出力部。
1...radar device, 10...antenna unit, 11...transmitter/receiver unit, 12...signal processing unit, 13...display unit, 21...processor, 21a...learning unit, 21b...learning unit, 22...ROM, 23...RAM, 24...memory unit, 24a...program, 24b...data, 24c...learned model, 24d...learned model, 25...communication unit, 121...pulse compression processing unit, 122...high sensitivity processing unit, 123...high sensitivity processing unit, 124...detection processing unit, 125...integration processing unit, 126...probability output unit, 126a...probability output unit.
Claims (12)
前記アンテナ部からレーダパルスを送信し、前記アンテナ部に到来した電波を受信して受信信号を生成する送受信部と、
前記受信信号を処理する信号処理部と、
を備え、
前記信号処理部は、
前記受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成するパルス圧縮処理部と、
前記圧縮パルス信号をパルス積分して積分パルス信号を生成する積分処理部と、
前記圧縮パルス信号におけるノイズを低減して第1の高感度化信号を生成する第1の高感度化処理部と、
前記第1の高感度化信号のノイズを低減して第2の高感度化信号を生成する第2の高感度化処理部と、
前記第2の高感度化信号から目標を検出する検出処理部と、
を備え、
前記第2の高感度化処理部は、前記積分パルス信号と前記第1の高感度化信号とから前記第2の高感度化信号を生成する、
レーダ装置。 An antenna portion;
a transceiver unit that transmits radar pulses from the antenna unit and receives radio waves arriving at the antenna unit to generate a received signal;
A signal processing unit that processes the received signal;
Equipped with
The signal processing unit includes:
a pulse compression processing unit that performs pulse compression on the received signal to generate a compressed pulse signal;
an integration processing unit that performs pulse integration on the compressed pulse signal to generate an integrated pulse signal;
a first sensitivity enhancement processor that reduces noise in the compressed pulse signal to generate a first sensitivity enhancement signal;
a second sensitization processor that reduces noise in the first sensitized signal to generate a second sensitized signal;
a detection processing unit that detects a target from the second sensitivity-enhanced signal;
Equipped with
the second sensitivity enhancement processing unit generates the second sensitivity enhancement signal from the integral pulse signal and the first sensitivity enhancement signal;
Radar equipment.
前記第2の高感度化処理部は、前記第1の高感度化信号を用いた機械学習を繰り返して第2の学習済みモデルを生成する第2の学習部を備える、
請求項1に記載のレーダ装置。 The first sensitivity enhancement processing unit includes a first learning unit that generates a first trained model by repeating machine learning using the compressed pulse signal,
The second sensitivity enhancement processing unit includes a second learning unit that generates a second trained model by repeating machine learning using the first sensitivity enhancement signal.
The radar device according to claim 1 .
前記アンテナ部からレーダパルスを送信し、前記アンテナ部に到来した電波を受信して受信信号を生成する送受信部と、
前記受信信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記信号処理部は、
前記受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成するパルス圧縮処理部と、
前記圧縮パルス信号におけるノイズを低減して高感度化信号を生成する高感度化処理部と、
前記高感度化信号における目標らしさの確率を算出して確率信号を生成する確率出力部と、
前記圧縮パルス信号と前記確率信号とから目標を検出する検出処理部と
を備えるレーダ装置。 An antenna portion;
a transceiver unit that transmits radar pulses from the antenna unit and receives radio waves arriving at the antenna unit to generate a received signal;
A signal processing unit that processes the received signal,
The signal processing unit includes:
a pulse compression processing unit that performs pulse compression on the received signal to generate a compressed pulse signal;
a sensitization processing unit that reduces noise in the compressed pulse signal to generate a sensitized signal;
a probability output unit that calculates a probability of the sensitized signal being a target and generates a probability signal;
a detection processing unit that detects a target from the compressed pulse signal and the probability signal.
前記確率出力部は、前記高感度化信号を用いた機械学習を繰り返して第2の学習済みモデルを生成する第2の学習部を備える
請求項4に記載のレーダ装置。 The sensitivity enhancement processing unit includes a first learning unit that generates a first trained model by repeating machine learning using the compressed pulse signal,
The radar device according to claim 4 , wherein the probability output unit includes a second learning unit configured to generate a second trained model by repeating machine learning using the sensitivity-enhanced signal.
前記アンテナ部からレーダパルスを送信し、前記アンテナ部に到来した電波を受信して受信信号を生成する送受信部と、
前記受信信号を処理する信号処理部と
を備え、
前記信号処理部は、
前記受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成するパルス圧縮処理部と、
前記圧縮パルス信号におけるノイズを低減して高感度化信号を生成する高感度化処理部と、
前記圧縮パルス信号における目標らしさの確率を算出して確率信号を生成する確率出力部と、
前記高感度化信号と前記確率信号とから目標を検出する検出処理部と
を備えるレーダ装置。 An antenna portion;
a transceiver unit that transmits radar pulses from the antenna unit and receives radio waves arriving at the antenna unit to generate a received signal;
A signal processing unit that processes the received signal,
The signal processing unit includes:
a pulse compression processing unit that performs pulse compression on the received signal to generate a compressed pulse signal;
a sensitization processing unit that reduces noise in the compressed pulse signal to generate a sensitized signal;
a probability output unit that calculates a probability of the compressed pulse signal being a target and generates a probability signal;
a detection processing unit that detects a target from the high sensitivity signal and the probability signal.
前記確率出力部は、前記圧縮パルス信号を用いた機械学習を繰り返して第2の学習済みモデルを生成する第2の学習部を備える
請求項6に記載のレーダ装置。 The sensitivity enhancement processing unit includes a first learning unit that generates a first trained model by repeating machine learning using the compressed pulse signal,
The radar device according to claim 6 , wherein the probability output unit includes a second learning unit configured to generate a second trained model by repeating machine learning using the compressed pulse signal.
前記受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成するパルス圧縮処理部と、
前記圧縮パルス信号におけるノイズを低減して第1の高感度化信号を生成する第1の高感度化処理部と、
前記圧縮パルス信号をパルス積分して積分パルス信号を生成する積分処理部と、
前記第1の高感度化信号のノイズを低減して第2の高感度化信号を生成する第2の高感度化処理部と、
前記第2の高感度化信号から目標を検出する検出処理部と
を備え、
前記第2の高感度化処理部は、前記積分パルス信号と前記第1の高感度化信号とから前記第2の高感度化信号を生成する、
信号処理装置。 In a signal processing device for processing a received signal of a radar device,
a pulse compression processing unit that performs pulse compression on the received signal to generate a compressed pulse signal;
a first sensitivity enhancement processor that reduces noise in the compressed pulse signal to generate a first sensitivity enhancement signal;
an integration processing unit that performs pulse integration on the compressed pulse signal to generate an integrated pulse signal;
a second sensitization processor that reduces noise in the first sensitized signal to generate a second sensitized signal;
a detection processing unit that detects a target from the second sensitivity-enhanced signal;
Equipped with
the second sensitivity enhancement processing unit generates the second sensitivity enhancement signal from the integral pulse signal and the first sensitivity enhancement signal;
Signal processing device.
前記受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成するパルス圧縮処理部と、
前記圧縮パルス信号におけるノイズを低減して高感度化信号を生成する高感度化処理部と、
前記高感度化信号における目標らしさの確率を算出して確率信号を生成する確率出力部と、
前記圧縮パルス信号と前記確率信号とから目標を検出する検出処理部と
を備える信号処理装置。 In a signal processing device for processing a received signal of a radar device,
a pulse compression processing unit that performs pulse compression on the received signal to generate a compressed pulse signal;
a sensitization processing unit that reduces noise in the compressed pulse signal to generate a sensitized signal;
a probability output unit that calculates a probability of the sensitized signal being a target and generates a probability signal;
a detection processing unit that detects a target from the compressed pulse signal and the probability signal.
前記コンピュータが、前記受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成することと、
前記コンピュータが、前記圧縮パルス信号をパルス積分して積分パルス信号を生成することと、
前記コンピュータが、前記圧縮パルス信号におけるノイズを低減して第1の高感度化信号を生成することと、
前記コンピュータが、前記積分パルス信号と前記第1の高感度化信号とから前記第1の高感度化信号のノイズを低減して第2の高感度化信号を生成することと、
前記コンピュータが、前記第2の高感度化信号から目標を検出することと
を備える信号処理方法。 A signal processing method for processing a received signal of a radar device by a computer, comprising:
the computer pulse compressing the received signal to generate a compressed pulse signal;
the computer pulse-integrating the compressed pulse signal to generate an integrated pulse signal;
The computer reduces noise in the compressed pulse signal to generate a first sensitized signal;
the computer generates a second high-sensitivity signal from the integration pulse signal and the first high-sensitivity signal by reducing noise of the first high-sensitivity signal;
and detecting a target from the second sensitized signal by the computer.
前記コンピュータが、前記受信信号をパルス圧縮して圧縮パルス信号を生成することと、
前記コンピュータが、前記圧縮パルス信号におけるノイズを低減して高感度化信号を生成することと、
前記コンピュータが、前記圧縮パルス信号における目標らしさの確率を算出して確率信号を生成することと、
前記コンピュータが、前記高感度化信号と前記確率信号とから目標を検出することと
を備える信号処理方法。
A signal processing method for processing a received signal of a radar device by a computer, comprising:
the computer pulse compressing the received signal to generate a compressed pulse signal;
The computer reduces noise in the compressed pulse signal to generate a sensitized signal;
The computer calculates a probability of the compressed pulse signal being a target to generate a probability signal;
and detecting a target from the sensitized signal and the probability signal by the computer.
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