JP7735199B2 - Radar system and radar signal processing method - Google Patents
Radar system and radar signal processing methodInfo
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Description
本実施形態は、遠距離の小目標を検出するレーダシステム及びレーダ信号処理方法に関する。 This embodiment relates to a radar system and radar signal processing method for detecting small targets at long distances.
従来のレーダシステムでは、積分ヒット数が多い場合や、PRI(Pulse Repetition Interval:パルス繰り返し周期)が長く、CPI(Coherent Pulse Interval:コヒーレントパルス周期)が長い長時間積分を行う場合に、レンジウォークやドップラウォークにより、積分ロスが生じる課題があった。 Conventional radar systems have had issues with integration loss due to range walk and Doppler walk when there are a large number of integration hits or when performing long integration times with a long PRI (Pulse Repetition Interval) and CPI (Coherent Pulse Interval).
この対策として、例えば特許文献1、2に示される積分系列最大化の手法がある。特許文献1の手法は、チャープ帯域全体を利用し、レンジ周波数軸について、0埋めにより擬似的に高分解能化して、slow-time軸の積分系列を探索法で最大化する手法である。しかしながら、この手法では、レンジウォークが大きい場合に、探索法の適用範囲が増大してしまい、処理規模が増えてしまう。また、特許文献2に示される手法は、速度及び加速度の探索法で、積分系列を最大化する手法である。しかしながら、この手法でも、レンジウォークやドップラウォークが大きい場合に探索法の範囲を増えてしまい、処理規模が増えてしまう問題がある。 One solution to this problem is the integral sequence maximization method shown in Patent Documents 1 and 2, for example. The method in Patent Document 1 uses the entire chirp band, artificially increasing the resolution of the range frequency axis by zero-padding, and maximizes the integral sequence of the slow-time axis using a search method. However, with this method, when the range walk is large, the application range of the search method increases, resulting in an increase in processing scale. Furthermore, the method shown in Patent Document 2 maximizes the integral sequence using a velocity and acceleration search method. However, even with this method, when the range walk or Doppler walk is large, the range of the search method increases, resulting in an increase in processing scale.
以上述べたように、従来のレーダシステムには、レンジウォーク及びドップラウォークによる積分ロスを低減する目的で、積分系列を最大化する手法があるが、長時間積分の場合は、長時間のFFTを探索範囲にわたって処理する必要があり、全体の処理規模が増大してしまう課題がある。 As mentioned above, conventional radar systems have a method for maximizing the integral sequence in order to reduce integration loss due to range walk and Doppler walk. However, in the case of long-term integration, a long-term FFT must be processed across the entire search range, which poses a problem of increasing the overall processing scale.
本実施形態の課題は、長時間積分時にも、少ない処理規模で、レンジウォーク及びドップラウォークによる積分ロスを低減することのできるレーダシステム及びレーダ信号処理方法を提供することにある。 The objective of this embodiment is to provide a radar system and radar signal processing method that can reduce integration loss due to range walk and Doppler walk with a small processing scale, even during long-term integration.
上記の課題を解決するために、実施形態に係るレーダシステムは、PRI(Pulse Repetition Interval:パルス繰り返し周期)間隔で送信される単パルスまたは変調したN(N≧2)ヒットのパルス信号の反射波を受信し、その受信信号から目標信号を抽出するもので、前記受信信号から前記PRI間のslow-time軸とレンジセル毎のfast-time軸の2次元データであるCPI(Coherent Pulse Interval:コヒーレントパルス周期)信号を生成し、前記CPI信号を第1の系統と第2の系統に分配する。前記第1の系統では、分配された前記CPI信号のfast-time軸をFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)処理してレンジ周波数軸に変換し、前記レンジ周波数軸をMf(Mf≧2)分割して帯域制限されたMf個の分割信号を生成し、前記Mf個の分割信号を順次選択して選択された分割信号の帯域外を0埋めした状態で逆FFT処理することで狭帯域レンジ圧縮された信号に変換し、前記CPI信号のslow-time軸をMs(Ms≧2)分割して時間制限されたMs個の分割信号を生成し、前記Ms個の分割信号を順次選択してFFT処理することでドップラ軸に変換し、前記狭帯域レンジ圧縮及び前記ドップラ軸変換されたMf×Ms通りの信号をそれぞれ振幅積分し、前記振幅積分されたMf×Ms通りの信号から所定振幅以上の反射点を仮検出して仮検出レンジセルRt(t=1~Pt:Ptは仮検出数)を抽出する。前記第2の系統では、分配された前記CPI信号を受信帯域全体で広帯域レンジ圧縮し、前記仮検出レンジセルRtのレンジ毎に、Sv通りの速度、Sa通りの加速度、Sb通りのレンジバイアスによるSv×Sa×Sb通りの積分系列を仮検出毎のレンジウォークサーチ範囲として設定し、前記Sv×Sa×Sb通りの積分系列から最大値となる最大積分系列をサーチし、前記仮検出レンジセルの信号をサーチした最大積分系列の信号に置き換えてレンジウォーク及びドップラウォークを補正し、slow-time軸FFT処理によってレンジ-ドップラ信号に変換し、そのレンジ-ドップラ信号から所定値以上の反射点の信号を目標信号として出力する。すなわち、周波数帯域制限及びslow-time軸制限を行い、反射点の仮検出を行い、全帯域のレンジ圧縮を行い、レンジウォーク及びドップラウォークを補正し、全slow-time軸のFFT処理を行って目標信号を検出する。
In order to solve the above problems, a radar system according to an embodiment receives a reflected wave of a single pulse or a modulated pulse signal with N (N≧2) hits transmitted at PRI (Pulse Repetition Interval) intervals , extracts a target signal from the received signal, generates a CPI (Coherent Pulse Interval) signal from the received signal, which is two-dimensional data on a slow-time axis between the PRIs and a fast-time axis for each range cell, and distributes the CPI signal to a first system and a second system. In the first system, the fast-time axis of the distributed CPI signal is subjected to FFT (Fast Fourier Transform) processing to convert it into a range frequency axis, the range frequency axis is divided by Mf (Mf≧2) to generate Mf band-limited divided signals, the Mf divided signals are sequentially selected and zero-filled outside the band of the selected divided signals and then subjected to inverse FFT processing to convert it into a narrow-band range compressed signal, the slow-time axis of the CPI signal is divided by Ms (Ms≧2) to generate Ms time-limited divided signals, the Ms divided signals are sequentially selected and subjected to FFT processing to convert it into a Doppler axis, the narrow-band range compressed and Doppler axis converted Mf×Ms signals are each amplitude-integrated, and reflection points with amplitudes equal to or greater than a predetermined amplitude are provisionally detected from the amplitude-integrated Mf×Ms signals to extract a provisional detection range cell Rt (t=1 to Pt: Pt is the provisional detection number). The second system performs wideband range compression on the distributed CPI signal over the entire reception band, sets Sv × Sa × Sb integral series with Sv velocities, Sa accelerations, and Sb range biases as the range walk search range for each provisional detection for each range of the provisional detection range cell Rt, searches for the maximum integral series with the maximum value from the Sv × Sa × Sb integral series, replaces the signal of the provisional detection range cell with the signal of the searched maximum integral series to correct the range walk and Doppler walk, converts the signal into a range-Doppler signal by slow-time axis FFT processing, and outputs a signal of a reflection point with a predetermined value or greater from the range-Doppler signal as a target signal. That is, frequency band limiting and slow-time axis limiting are performed, provisional detection of reflection points is performed, full band range compression is performed, range walk and Doppler walk are corrected, and FFT processing of all slow-time axes is performed to detect the target signal.
以上のように、実施形態では、レンジ周波数軸を狭帯域及びslow-time軸制限により、レンジ分解能及びドップラ分解能を制限し、レンジウォーク及びドップラウォークの影響を軽減した上で、CFARにより仮検出し、広帯域のレンジ高分解能データおよびドップラ高分解能データを用いて、仮検出によるサーチ範囲を限定して処理規模を低減した上で、レンジウォーク(速度によるレンジセルずれ)とドップラウォーク(加速度によるドップラセルずれ)を補正して、slow-time軸でFFTすることで、レンジ高分解能及びドップラ高分解能に目標を検出できる。 As described above, in this embodiment, the range frequency axis is narrowband and the slow-time axis is limited to limit the range resolution and Doppler resolution, reducing the effects of range walk and Doppler walk, and then tentative detection is performed using CFAR. Wideband high-resolution range data and high-resolution Doppler data are used to limit the search range for tentative detection and reduce the processing scale, and range walk (range cell shift due to velocity) and Doppler walk (Doppler cell shift due to acceleration) are corrected, and an FFT is performed on the slow-time axis, enabling targets to be detected with high range resolution and high Doppler resolution.
また、実施形態に係るレーダシステムは、送信系統から送信される単パルスまたは変調したN(N≧1)ヒットのパルス信号の反射波を受信し、その受信信号から目標信号を抽出するもので、第1FFT処理手段と、第2FFT処理手段と、検出手段とを備える。第1FFT処理手段は、slow-time軸にLs(Ls≧1)セル、fast-time軸にNf(Nf≧1)セルある信号を、分割単位として順次入力して、各々の単位でslow-time軸で第1FFT処理を行ってドップラセル(ls=1~Ls)を得る。第2FFT処理手段は、既に処理したMs(Ms≧2)個の分割単位を用いて、前記ドップラセル毎にMsポイントの第2FFT処理を行う。検出手段は、前記第2FFT処理手段の処理結果を元のドップラセル(ls=1~Ls)毎に配列した信号を長時間積分して目標を検出する。 The radar system according to the embodiment receives reflected waves of a single pulse or modulated pulse signal with N (N≧1) hits transmitted from a transmission system and extracts a target signal from the received signal. It comprises a first FFT processing means, a second FFT processing means, and a detection means. The first FFT processing means sequentially inputs a signal with Ls (Ls≧1) cells on the slow-time axis and Nf (Nf≧1) cells on the fast-time axis as division units, and performs first FFT processing on each unit on the slow-time axis to obtain Doppler cells (ls = 1 to Ls). The second FFT processing means performs second FFT processing of Ms points for each Doppler cell using Ms (Ms≧2) division units that have already been processed. The detection means detects targets by long-term integration of the signals processed by the second FFT processing means, which are arranged for each original Doppler cell (ls = 1 to Ls).
すなわち、順次入力する分割単位の第1FFT処理と既に処理済みの複数の分割単位を用いて第2FFT処理を行うことにより、処理規模を低減して、長時間のFFT処理を実現できる。 In other words, by performing a first FFT process on sequentially input division units and a second FFT process using multiple division units that have already been processed, the processing scale can be reduced and long-term FFT processing can be achieved.
また、実施形態に係るレーダシステムは、送信系統から送信される単パルスまたは変調したN(N≧1)ヒットのパルス信号の反射波を受信し、その受信信号から目標信号を抽出するもので、まず、slow-time軸にNs(Ns≧1)セル、fast-time軸にNf(Nf≧1)セルある信号を用いて、fast-time軸でFFTしてレンジ周波数軸にした後、レンジ周波数をMf(Mf≧1)分割し、slow-time軸をMs(Ms≧1)分割し、Mf×Ms分割した信号をそれ以外のNf×Ns領域のうち、fast-time軸は0埋めし、slow-timeは0埋めしない信号を用いて、fast-time軸はレンジ圧縮し、slow-time軸はFFT処理したMf×Msの信号を振幅積分して、仮検出してPt(Pt≧1)個のレンジセルRt、ドップラセルFtを抽出する。次に、レンジ周波数の全帯域の信号を用いてレンジ圧縮し、slow-time軸は、Ms分割した後、各々の分割単位でMs回第2FFTし、各分割単位のドップラセル(ls=1~Ls)毎に、Msポイントのslow-time軸のデータに対して、仮検出したPt個のセルを中心に、所定の探索範囲の速度(Sv通り)及び加速度(Sa通り)とレンジセルのバイアス分(Sb通り)を用いて、slow-time軸に沿った積分系列(Sv×Sa×Sb)を設定し、各積分系列をレンジ軸でRtセルになるように、レンジシフト量を、レンジ周波数軸の位相勾配で設定するにより、レンジウォーク補正して、slow-time軸で並べ替えた後にslow-time軸で第2FFT(Msポイント)したSv×Sa×Sb通りの結果の最大値が最大となるMsポイントの積分系列(slow-time軸FFT前)を選定し、Msポイントのslow-time軸で第2FFTした結果を、ドップラセル(ls=1~Ls)に置き換える。続いて、前記ドップラセル(ls=1~Ls)を仮検出Pt毎に繰り返したレンジ-ドップラデータを用いて検出する。 In addition, the radar system of the embodiment receives reflected waves of a single pulse or modulated pulse signal with N (N≧1) hits transmitted from a transmission system and extracts a target signal from the received signal. First, using a signal with Ns (N≧1) cells on the slow-time axis and Nf (N≧1) cells on the fast-time axis, an FFT is performed on the fast-time axis to create a range frequency axis, and then the range frequency is divided into Mf (M≧1) parts and the slow-time axis is divided into Ms (M≧1) parts. The Mf×Ms divided signals are then range compressed on the fast-time axis and amplitude integrated on the slow-time axis after FFT processing to extract Pt (Pt≧1) range cells Rt and Doppler cells Ft using signals from the remaining Nf×Ns regions, with the fast-time axis being zero-filled and the slow-time not being zero-filled. Next, range compression is performed using signals of the entire range frequency band, and the slow-time axis is divided into Ms divisions, and then a second FFT is performed Ms times on each division unit. For each Doppler cell (ls = 1 to Ls) of each division unit, an integral series (Sv x Sa x Sb) along the slow-time axis is set for the slow-time axis data at Ms points, centered on the provisionally detected Pt cells, using the speed (Sv ways) and acceleration (Sa ways) of a predetermined search range and the range cell bias (Sb ways). The range shift amount is set using the phase gradient of the range frequency axis so that each integral series becomes the Rt cell on the range axis, and range walk correction is performed. After rearranging on the slow-time axis, a second FFT (Ms points) is performed on the slow-time axis. The Ms-point integral series (before the slow-time axis FFT) with the largest maximum value of the Sv x Sa x Sb results is selected, and the results of the second FFT on the slow-time axis at Ms points are replaced with Doppler cells (ls = 1 to Ls). Next, the Doppler cells (ls = 1 to Ls) are detected using range-Doppler data repeated for each provisional detection Pt.
すなわち、レンジ周波数軸狭帯域及びslow-time軸制限により、レンジ分解能及びドップラ分解能を制限し、レンジウォーク及びドップラウォークの影響を軽減した上で、CFARにより仮検出し、広帯域のレンジ高分解能データと、2段FFTによる高分解能ドップラデータを用いて、仮検出によるサーチ範囲を限定して処理規模を低減した上で、レンジウォーク(速度によるレンジセルずれ)とドップラウォーク(加速度によるドップラセルずれ)を補正して、レンジ高分解能及びドップラ高分解能に目標を検出できる。 In other words, by narrowing the range frequency axis and limiting the slow-time axis, range resolution and Doppler resolution are limited, reducing the effects of range walk and Doppler walk, and then tentative detection is performed using CFAR. Using wideband high-resolution range data and high-resolution Doppler data from a two-stage FFT, the search range for tentative detection is limited to reduce the processing scale, and range walk (range cell shift due to velocity) and Doppler walk (Doppler cell shift due to acceleration) are corrected, allowing targets to be detected with high range resolution and high Doppler resolution.
上記方式を用いると、長時間積分時にも、少ない処理規模で実現でき、またレンジウォーク及びドップラウォークによるロスを低減することができる。 Using the above method, even long-term integration can be achieved with a small processing scale, and losses due to range walk and Doppler walk can be reduced.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。 The following describes the embodiments with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1乃至図5を参照して、第1の実施形態について説明する。
(First embodiment)
The first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.
図1は第1の実施形態に係るレーダシステムの構成を示すブロック図で、(a)が送信系統の構成を示すブロック図、(b)が受信系統の構成を示すブロック図である。 Figure 1 is a block diagram showing the configuration of a radar system according to the first embodiment, where (a) is a block diagram showing the configuration of the transmission system, and (b) is a block diagram showing the configuration of the reception system.
図1(a)に示す送信系統では、信号生成器11で送信種信号を生成し、変調器12で送信種信号に伝送情報を変調多重し、周波数変換器13で変調信号を高周波信号に変換し、パルス変調器14で高周波信号をパルス変調して送信パルス列を生成し、送信アンテナ15からN(N≧2)ヒットのパルスをPRI(Pulse Repetition Interval:パルス繰り返し周期)間隔で送信する。 In the transmission system shown in Figure 1(a), a signal generator 11 generates a transmission seed signal, a modulator 12 modulates and multiplexes transmission information onto the transmission seed signal, a frequency converter 13 converts the modulated signal into a high-frequency signal, a pulse modulator 14 pulse-modulates the high-frequency signal to generate a transmission pulse train, and N (N ≥ 2) hit pulses are transmitted from a transmission antenna 15 at PRI (Pulse Repetition Interval) intervals.
図1(b)に示す受信系統では、送信アンテナ15から送信されたパルス信号の反射波を受信アンテナ21で受信し、その受信信号を周波数変換器22でベースバンドに周波数変換し、AD変換器23でディジタル信号に変換してCPI(Coherent Pulse Interval)信号(fast-time及びslow-time信号)を得る。 In the receiving system shown in Figure 1(b), the reflected wave of the pulse signal transmitted from the transmitting antenna 15 is received by the receiving antenna 21, and the received signal is frequency converted to baseband by the frequency converter 22 and converted to a digital signal by the AD converter 23 to obtain a CPI (Coherent Pulse Interval) signal (fast-time and slow-time signal).
次に、AD変換器23から出力されるCPI信信号を2系統に分配する。一方の系統では、狭帯域レンジ圧縮器24による狭帯域レンジ圧縮、slow-time軸分割器25によるslow-time軸の分割、slow-time軸FFT処理器26によるslow-time軸のFFT処理、CFAR(Constant False Alarm Rate:定誤警報率、非特許文献2参照)仮検出器(CFARでなくてもよい)27による反射点観測値の仮検出を行う。狭帯域信号にするのは、レンジ分解能を低下させてレンジウォークの影響を抑圧するためであり、slow-time軸を分割するのは、ドップラ分解能を低下させてドップラウォークの影響を抑圧するためである。なお、レンジ周波数帯域の分割やslow-time軸の分割により、SNが低下するため、分割単位毎の処理結果を振幅積分することにより、SN低下を防いで仮検出するようにしている。 Next, the CPI signal output from the AD converter 23 is distributed into two systems. In one system, narrowband range compression is performed by the narrowband range compressor 24, the slow-time axis is divided by the slow-time axis divider 25, the slow-time axis is subjected to FFT processing by the slow-time axis FFT processor 26, and the reflection point observation value is provisionally detected by the CFAR (Constant False Alarm Rate; see Non-Patent Document 2) provisional detector (not necessarily CFAR) 27. The narrowband signal is generated to reduce the range resolution and suppress the effects of range walk, and the slow-time axis is divided to reduce the Doppler resolution and suppress the effects of Doppler walk. Note that dividing the range frequency band and dividing the slow-time axis reduces the signal-to-noise ratio (SNR), so the amplitude integration of the processing results for each division unit prevents this reduction in SNR and enables provisional detection.
他方の系統では、広帯域レンジ圧縮器28により送信したチャープ帯域で広帯域レンジ圧縮を行い、レンジウォーク・ドップラウォーク補正器29に入力する。この補正器29において、CFAR仮検出器27で仮検出された反射点の観測値で広帯域レンジ圧縮出力のレンジウォーク、ドップラウォークを補正して、slow-time軸FFT処理器30でslow-time軸のFFT処理を行って、仮検出点を通るslow-time軸信号に置き換えた後、CFAR検出器(CFARでなくてもよい)31により反射点の観測値を検出して目標判定を行い、測距、測速、測角を行って目標情報として出力する。 In the other system, wideband range compressor 28 performs wideband range compression using the transmitted chirp band, and the result is input to range walk/Doppler walk corrector 29. This corrector 29 corrects the range walk and Doppler walk of the wideband range compressed output using the observation values of the reflection point provisionally detected by the CFAR provisional detector 27, and slow-time axis FFT processor 30 performs slow-time axis FFT processing to replace it with a slow-time axis signal passing through the provisional detection point. After that, a CFAR detector (not necessarily CFAR) 31 detects the observation values of the reflection point and performs target determination, and performs distance, speed, and angle measurements, outputting them as target information.
なお、上記の送信系統と受信系統は、一体であってもよいし、互いに離れた場所に設置されていてもよい。 The above-mentioned transmission system and reception system may be integrated, or may be installed in separate locations.
上記構成によるレーダシステムにおいて、図2乃至図8を参照して受信系統の受信データ取得後の処理動作を説明する。ここで、図2A及び図2Bは第1の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャート、図3は第1の実施形態の受信系統のレンジ周波数帯域及びslow-time軸分割処理と仮検出までの処理の様子を示す図、図4は第1の実施形態で用いられる狭帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図、図5は第1の実施形態で用いられる時分割FFT処理及び振幅積分処理の様子を示す図、図6は第1の実施形態で用いられる広帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図、図7A及び図7Bは第1の実施形態で用いられるレンジウォーク及びドップラウォーク補正処理の様子を示す図、図8は第1の実施形態で用いられるslow-time軸FFT処理の様子を示す図である。 In the radar system configured as described above, the processing operations after the reception system acquires received data will be explained with reference to Figures 2 to 8. Here, Figures 2A and 2B are a flowchart showing the overall processing flow of the reception system of the first embodiment, Figure 3 is a diagram showing the range frequency band and slow-time axis division processing of the reception system of the first embodiment and the processing up to tentative detection, Figure 4 is a diagram showing the narrowband range compression processing used in the first embodiment, Figure 5 is a diagram showing the time-division FFT processing and amplitude integration processing used in the first embodiment, Figure 6 is a diagram showing the wideband range compression processing used in the first embodiment, Figures 7A and 7B are diagrams showing the range walk and Doppler walk correction processing used in the first embodiment, and Figure 8 is a diagram showing the slow-time axis FFT processing used in the first embodiment.
まず、図1(a)に示した送信系統から送信されるN(N≧2)ヒットの送信パルスが目標等で反射した信号は、受信アンテナ21で受信され、周波数変換器2でベースバンドに周波数変換されて、AD変換器23によりディジタル信号に変換され、これによって受信データが取得される。このように、N(N≧2)ヒットの送信パルスを受信して得られた受信データをPRI(Pulse Repetition Interval:パルス繰り返し周期)データによるCPI(Coherent Pulse Interval:コヒーレントパルス周期)データと呼ぶ。このCPIデータは、レンジセル毎のfast-time軸とPRI間のslow-time軸の2次元データである。 First, the signal reflected by a target or the like from N (N≧2) hits of transmitted pulses transmitted from the transmission system shown in Figure 1(a) is received by the receiving antenna 21, frequency converted to baseband by the frequency converter 2, and converted to a digital signal by the AD converter 23, thereby obtaining the received data. In this way, the received data obtained by receiving N (N≧2) hits of transmitted pulses is called CPI (Coherent Pulse Interval) data based on PRI (Pulse Repetition Interval) data. This CPI data is two-dimensional data with a fast-time axis for each range cell and a slow-time axis between PRIs.
ここで、本実施形態で用いる長時間積分方式について述べる。PRI間隔で送信したパルス毎に、PRI内のレンジセル単位でデータを取得する。この取得データを用いて長時間積分処理を実施する。長時間積分の場合には、目標の速度及び加速度により、slow-time軸に対してレンジセル及びドップラセルが動く。このため、高分解能なレンジ圧縮及びslow-time軸FFT処理を行うと、目標SN(信号対雑音比)が低下する。この対策として、本実施形態では、レンジ分解能とドップラ分解能を低下させて、仮検出することを考える。 Here, we will describe the long-term integration method used in this embodiment. Data is acquired in range cell units within the PRI for each pulse transmitted at PRI intervals. This acquired data is used to perform long-term integration processing. With long-term integration, the range cells and Doppler cells move relative to the slow-time axis due to the target's speed and acceleration. For this reason, performing high-resolution range compression and slow-time axis FFT processing reduces the target SN (signal-to-noise ratio). As a countermeasure, this embodiment considers reducing the range resolution and Doppler resolution and performing provisional detection.
すなわち、本実施形態に係るレーダシステムでは、送信系統において、信号生成器11で送信種信号を生成し、変調器12で変調信号を生成し、周波数変換器13で高周波信号に変換して、パルス変調器14でパルス変調し、送信アンテナ15から、N(N≧2)ヒットのパルスを送信する。 That is, in the radar system according to this embodiment, in the transmission system, a transmission seed signal is generated by a signal generator 11, a modulated signal is generated by a modulator 12, this is converted into a high-frequency signal by a frequency converter 13, pulse-modulated by a pulse modulator 14, and N (N≧2) hit pulses are transmitted from a transmission antenna 15.
また、受信系統において、受信アンテナ21で受信した信号は、周波数変換器22で周波数変換され、AD変換器23でディジタル信号に変換され、受信信号として出力される。次に、受信信号がパルス圧縮(非特許文献1参照)信号の場合は、帯域制限した狭帯域でパルス圧縮(レンジ圧縮)し(24)、slow-time軸(NヒットのPRI軸)を分割し(25)、分割したslow-time軸でFFT処理して(26)、CFAR等により反射点を仮検出する(27)。狭帯域信号にするのは、レンジ分解能を低下させてレンジウォークの影響を抑圧するためであり、slow-time軸を分割するのは、ドップラ分解能を低下させて、ドップラウォークの影響を抑圧するためである。なお、レンジ周波数帯域の分割や、slow-time軸の分割により、SNが低下するため、分割単位毎の処理結果を振幅積分することにより、SN低下を防いで、仮検出する。 In the receiving system, the signal received by the receiving antenna 21 is frequency-converted by the frequency converter 22, converted to a digital signal by the AD converter 23, and output as a received signal. Next, if the received signal is a pulse-compressed signal (see Non-Patent Document 1), the pulse is compressed (range-compressed) in a band-limited narrow band (24), the slow-time axis (PRI axis of N hits) is divided (25), FFT processing is performed on the divided slow-time axis (26), and reflection points are tentatively detected using CFAR or similar (27). The narrow-band signal is used to reduce range resolution and suppress the effects of range walk, and the slow-time axis is divided to reduce Doppler resolution and suppress the effects of Doppler walk. Note that dividing the range frequency band and dividing the slow-time axis reduces the signal-to-noise ratio, so amplitude integration of the processing results for each division unit prevents this reduction in signal-to-noise ratio and allows tentative detection.
一方、AD変換器23からのディジタル信号は、送信したチャープ帯域で広帯域レンジ圧縮し(28)、仮検出した反射点を元に、レンジウォーク・ドップラウォーク補正して仮検出点を通るslow-time軸信号を置き換えた後(29)、slow-time軸FFT処理を行い(30)、CFAR等により目標を検出して目標情報を得る(31)。 Meanwhile, the digital signal from the AD converter 23 undergoes wideband range compression using the transmitted chirp band (28), and then range walk and Doppler walk correction is performed based on the provisionally detected reflection point to replace the slow-time axis signal passing through the provisionally detected point (29), after which slow-time axis FFT processing is performed (30), and the target is detected using CFAR or similar to obtain target information (31).
上記構成において、図2A及び図2B、図3を参照して、本実施形態の受信系統の処理について説明する。図2A及び図2Bは、本実施形態の受信系統の処理の流れを示すフローチャートである。また、図3は、本実施形態の受信系統の処理の様子を示す図である。 In the above configuration, the processing of the reception system of this embodiment will be explained with reference to Figures 2A, 2B, and 3. Figures 2A and 2B are flowcharts showing the processing flow of the reception system of this embodiment. Also, Figure 3 is a diagram showing the processing state of the reception system of this embodiment.
本実施形態のレーダシステムでは、図2Aに示すように、広帯域のパルス信号を送受信して(ステップS11)、AD変換器23からのCPI(Coherent Pulse Interval)信号(fast-time及びslow-time信号、図3(a))を用いて、fast-time軸でFFTして、レンジ周波数軸に変換する(ステップS12、図3(b))。この信号を用いて、レンジ周波数軸及びslow-time軸の信号をそれぞれ、Mf及びMs分割し、Mf×Ms通りの信号を得る(ステップS13,S14、図3(c))。レンジ周波数軸では分割信号以外は、0埋めとする。一方、slow-time軸では、FFTポイント数を減らすために、0埋めしない。このMf×Ms通りの信号の各々で、fast-time軸でパルス圧縮(ステップS15)、slow-time軸でFFTして(ステップS16)、レンジ軸及びドップラ軸で低分解能の信号を得て、更にMf×Ms通りの信号を振幅積分し(ステップS17~S21)、CFAR等により仮検出点を求める(ステップS22)。 As shown in Figure 2A, the radar system of this embodiment transmits and receives wideband pulse signals (step S11), and then performs an FFT on the fast-time axis using the CPI (Coherent Pulse Interval) signals (fast-time and slow-time signals, Figure 3(a)) from the AD converter 23, converting them to the range-frequency axis (step S12, Figure 3(b)). Using these signals, the signals on the range-frequency axis and slow-time axis are divided into Mf and Ms, respectively, to obtain Mf x Ms signals (steps S13 and S14, Figure 3(c)). On the range-frequency axis, signals other than the divided signals are zero-padded. On the slow-time axis, on the other hand, zero-padding is not performed to reduce the number of FFT points. For each of these Mf x Ms signals, pulse compression is performed on the fast-time axis (step S15) and FFT is performed on the slow-time axis (step S16), resulting in low-resolution signals on the range and Doppler axes. Furthermore, the Mf x Ms signals are amplitude integrated (steps S17-S21), and a tentative detection point is determined using CFAR or similar (step S22).
この部分を定式化する。わかりやすくするために、レンジ圧縮とslow-time軸FFTについて、各々説明する。実際には、レンジ圧縮後、slow-time軸FFTまたは、その逆の順で処理を行う。 Let's formulate this part. For ease of understanding, we will explain range compression and slow-time axis FFT separately. In practice, processing is performed in the order of range compression followed by slow-time axis FFT, or vice versa.
まず、図4を参照して、狭帯域レンジ圧縮について述べる(非特許文献1参照)。図4は、本実施形態で用いられる狭帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図である。レンジ圧縮は、入力信号とレンジ圧縮用信号の相関処理であり、これを周波数領域で行う場合について定式化すると次の通りである。 First, narrowband range compression will be described with reference to Figure 4 (see Non-Patent Document 1). Figure 4 shows the narrowband range compression process used in this embodiment. Range compression is a correlation process between an input signal and a range compression signal, and can be formulated as follows when performed in the frequency domain:
まず、入力信号(図4(a1))と参照信号(図4(a2))をfast-time軸でFFTすると(1)式(図4(b1))、(2)式(図4(b2))となり、これらを帯域制限すると(3)式(図4(c1))、(4)式(図4(c2))となり、帯域制限した信号と参照信号を共役乗算すると、(5)式(図4(d1)、(図4(d2))となる。
る。
First, when the input signal (FIG. 4(a1)) and the reference signal (FIG. 4(a2)) are subjected to FFT on the fast-time axis, equations (1) (FIG. 4(b1)) and (2) (FIG. 4(b2)) are obtained. When these are band-limited, equations (3) (FIG. 4(c1)) and (4) (FIG. 4(c2)) are obtained. When the band-limited signal and the reference signal are conjugate-multiplied, equations (5) (FIG. 4(d1) and (FIG. 4(d2)) are obtained.
do.
時間軸上にするには、このsを次式のように逆フーリエ変換(図4(e1)、(図4(e2))すればよい。
To put it on the time axis, this s can be inverse Fourier transformed as shown in the following equation (FIG. 4(e1) and (FIG. 4(e2)).
上記の結果を振幅積分することで、仮検出セルが抽出される(図4(f))。
The above results are amplitude integrated to extract tentatively detected cells (FIG. 4(f)).
以上により、狭帯域レンジ圧縮と広帯域レンジ圧縮のレンジセルの分解能を同じにでき、狭帯域レンジ圧縮で仮検出したセルをそのまま広帯域レンジ圧縮に対応させることができる。 This allows the range cell resolution of narrowband range compression and wideband range compression to be the same, and cells provisionally detected using narrowband range compression can be directly used with wideband range compression.
次に、図5を参照して、時分割FFT処理について定式化する。図5は、本実施形態で用いられる時分割FFT処理の様子を示す図である。 Next, we will formulate the time-division FFT processing with reference to Figure 5. Figure 5 is a diagram showing the time-division FFT processing used in this embodiment.
まず、入力信号(図5(a))は(7)式となり、帯域制限を行ってslow-time軸を分割し(図5(b))、slow-time軸でFFT処理すると(8)式となる(図5(c))。 First, the input signal (Figure 5(a)) becomes equation (7). After band-limiting and dividing the slow-time axis (Figure 5(b)), FFT processing on the slow-time axis results in equation (8) (Figure 5(c)).
前述したように、レンジ圧縮からslow-time軸FFTに移行する場合は、(6)式を(7)式の入力信号に置き換えて、(7)、(8)式の処理を行えば、図5(c)の信号に対するfast-time軸パルス圧縮及びslow-time軸FFT処理を受けた信号を得る。そこで、さらに振幅積分すれば、図5(d)の信号を得て、CFAR等により反射点を仮検出できる。 As mentioned above, when moving from range compression to slow-time axis FFT, by replacing equation (6) with the input signal of equation (7) and performing the processing of equations (7) and (8), a signal that has undergone fast-time axis pulse compression and slow-time axis FFT processing for the signal in Figure 5(c) is obtained. Further amplitude integration from this gives the signal in Figure 5(d), which allows tentative detection of reflection points using CFAR, etc.
仮検出後の処理について、図2B及び図8を参照して説明する。
図2Bにおいて、仮検出後は、fast-time軸の広帯域でのレンジ圧縮を行い(ステップS23)、slow-time軸を分割してFFT処理を行い(ステップS24)、積分系列探索法によりレンジ及びドップラの積分系列を補正し(ステップS25)、slow-time軸FFT処理を行って(ステップS26)、その結果を保存する(ステップS27)。この時点で速度数を判断し(ステップS28)、所定の速度数に達していない場合には、速度を変更して(ステップS29)ステップS25~S28の処理を繰り返す。所定の速度数を超えた場合には、所定の加速度に達したか判断し(ステップS30)、達していなければ加速度を変更して(ステップS31)、ステップS25~S30の処理を繰り返す。所定の加速度に達した場合には、レンジバイアスの調整が終了したか判断し(ステップS32)、調整が終了していなければ、レンジバイアスを変更して(ステップS33)、ステップS25~S32の処理を繰り返す。レンジバイアスの調整が終了している場合には、FFT処理結果から最大系列を抽出し(ステップS34)、最大系列の置き換えを行って(ステップS35)、仮検出数が最大値に到達したか判断し(ステップS36)、達していなければ、仮検出数を変更してステップS25~S36の処理を繰り返し実行する。仮検出数が最大値に達した場合には、slow-time軸のFFT処理を行い(ステップS38)、CFAR等により目標となるセルを検出する(ステップS39)。
The processing after the provisional detection will be described with reference to FIG. 2B and FIG.
In FIG. 2B , after the provisional detection, wideband range compression is performed on the fast-time axis (step S23), the slow-time axis is divided and FFT processing is performed (step S24), the range and Doppler integral series are corrected using the integral series search method (step S25), slow-time axis FFT processing is performed (step S26), and the results are saved (step S27). At this point, the velocity number is determined (step S28). If the predetermined velocity number is not reached, the velocity is changed (step S29), and the processes of steps S25 to S28 are repeated. If the predetermined velocity number is exceeded, it is determined whether the predetermined acceleration has been reached (step S30). If not, the acceleration is changed (step S31), and the processes of steps S25 to S30 are repeated. If the predetermined acceleration has been reached, it is determined whether the range bias adjustment has been completed (step S32). If the adjustment has not been completed, the range bias is changed (step S33), and the processes of steps S25 to S32 are repeated. If range bias adjustment is complete, the maximum sequence is extracted from the FFT processing result (step S34), the maximum sequence is replaced (step S35), and it is determined whether the number of provisional detections has reached the maximum value (step S36). If not, the number of provisional detections is changed and the processing of steps S25 to S36 is repeated. If the number of provisional detections has reached the maximum value, FFT processing on the slow-time axis is performed (step S38), and the target cell is detected by CFAR or the like (step S39).
図6は、本実施形態で用いられる広帯域レンジ圧縮処理の様子を示す図である。すなわち、仮検出後は、元の入力信号(図6(a1))と参照信号(図6(a2))を用いて、fast-time軸の広帯域レンジ圧縮を行って、fast-time軸でFFTを行い(図6(b1)、(図6(b2)))、両者の複素共役乗算を行う(図6(c))。この時の処理は次式となる。 Figure 6 shows the wideband range compression process used in this embodiment. That is, after tentative detection, wideband range compression is performed on the fast-time axis using the original input signal (Figure 6(a1)) and the reference signal (Figure 6(a2)), an FFT is performed on the fast-time axis (Figures 6(b1) and 6(b2)), and complex conjugate multiplication of the two is performed (Figure 6(c)). The process at this time is as follows:
時間軸上にするには、このsを次式のように逆フーリエ変換すればよい(図6(d))。
To put it on the time axis, this s can be inverse Fourier transformed as shown in the following equation (FIG. 6(d)).
次に、図7A及び図7Bを用いて、レンジウォーク及びドップラウォーク補正について説明する。図7A及び図7Bは、本実施形態で用いられるレンジウォーク及びドップラウォーク補正処理の様子を示す図である。 Next, range walk and Doppler walk correction will be explained using Figures 7A and 7B. Figures 7A and 7B are diagrams showing the range walk and Doppler walk correction processes used in this embodiment.
まず、狭帯域レンジ圧縮及び分割slow-time軸の処理結果に対して、CFAR等により仮検出し、仮検出毎にレンジセルを抽出して、レンジセルRt(t=1~Pt:Ptは仮検出数)を得る。補正する単位として、slow-time軸で分割した信号を生成し、分割した信号毎にslow-time軸でFFT処理を行う(図7A(a))。 First, the results of narrowband range compression and the divided slow-time axis are tentatively detected using CFAR or other methods, and range cells are extracted for each tentative detection to obtain range cell Rt (t = 1 to Pt: Pt is the number of tentative detections). Signals divided on the slow-time axis are generated as units for correction, and FFT processing is performed on the slow-time axis for each divided signal (Figure 7A (a)).
次に、広帯域レンジ圧縮し、slow-time軸はFFT前の信号(RDwide)を用いて、仮検出したRtセルを中心に、所定の探索範囲の速度(Sv通り)及び加速度(Sa通り)とレンジセルのバイアス分(Sb通り)を用いて、slow-time軸に沿った積分系列(Sv×Sa×Sb)を設定する(図7A(b))。この積分系列は次式となる。 Next, wideband range compression is performed, and the slow-time axis uses the pre-FFT signal (RDwide). Using the provisionally detected Rt cell as the center, the speed (Sv) and acceleration (Sa) of the specified search range and the range cell bias (Sb) are used to set an integral series (Sv x Sa x Sb) along the slow-time axis (Figure 7A (b)). This integral series is expressed as follows:
各積分系列を、レンジ軸でRtセルになるようにレンジウォーク補正して、slow-time軸で並べ替える。このレンジウォーク補正では、レンジ周波数軸でシフトする手法(図7A(c))があり、後述する。ここの系列を全slow-time軸でFFT処理したSv×Sa×Sb通りの結果の最大値が最大となる積分系列(slow-time軸FFT処理前)を選定する(図7B(d))。レンジRt毎に、slow-time軸でNセルのデータを最大となる積分系列に置き換える処理を仮検出のPtセル分繰り返して、RDcalデータを得る(図7B(e))。このRDcalデータを用いて、slow-time軸FFT処理してCFAR等により検出する(図7B(f))。この時の入力信号(図8(a))はslow-time軸のFFT処理により図8(b)に示すようになる。 Each integral series is range-walk corrected to form Rt cells on the range axis and rearranged on the slow-time axis. This range-walk correction involves shifting on the range-frequency axis (Figure 7A(c)), which will be described later. This series is subjected to FFT processing on all slow-time axes, resulting in Sv x Sa x Sb combinations. The integral series (before slow-time axis FFT processing) with the largest maximum value is selected (Figure 7B(d)). For each range Rt, the process of replacing N cells' data on the slow-time axis with the maximum integral series is repeated for Pt provisionally detected cells to obtain RDcal data (Figure 7B(e)). This RDcal data is used to perform slow-time axis FFT processing and detection using CFAR or similar (Figure 7B(f)). The input signal (Figure 8(a)) at this time (Figure 8(b)) is transformed into the signal shown in Figure 8(b) after slow-time axis FFT processing.
上記の処理手順により、仮検出によりサーチ範囲を限定して処理規模を低減した上で、レンジウォーク補正及びドップラウォーク補正をして、高いSNで処理できるため、誤検出は抑圧しつつ、目標を検出することができる。 The above processing procedure limits the search range through tentative detection, reducing the processing scale, and then performs range walk and Doppler walk corrections, allowing processing with a high S/N ratio, making it possible to detect targets while suppressing false detections.
以上のように、本実施形態では、単パルスまたは変調したslow-time軸にNs(Ns≧1)セル、fast-time軸にNf(Nf ≧1)セルある信号を用いて、まず、fast-time軸でFFT処理してレンジ周波数軸にした後、レンジ周波数をMf(Mf≧1)分割し、またslow-time軸をMs(Ms≧1)分割し、Mf×Ms分割した信号をそれ以外のNf×Ns領域は0埋めした信号を用いて、fast-time軸はレンジ圧縮し、slow-time軸はFFT処理した Mf×Msの信号を振幅積分して、CFAR等により仮検出してPt(Pt≧1)個のレンジセルRt、ドップラセルFtを抽出する。次に、レンジ周波数の全帯域の信号を用いてレンジ圧縮し、slow-time軸は、全slow-time軸のFFT処理前の信号(RDbef)を用いて、仮検出したPt個のセルを中心に、所定の探索範囲の速度(Sv通り)及び加速度(Sa通り)とレンジセルのバイアス分(Sb通り)を用いて、slow-time軸に沿った積分系列(Sv×Sa×Sb)を設定し、各積分系列をレンジ軸でRtセルになるようにレンジウォーク補正して、slow-time軸で並べ替えた後にslow-time軸でFFT処理したSv×Sa×Sb通りの結果のピーク値(極大値)が最大となる積分系列(slow-time軸FFT前)を選定し、slow-time軸FFT前の信号(RDbef)を置き換える(RDaft)。これを仮検出Pt毎に繰り返したRDaft信号を用いてslow-time軸FFT処理し、その結果を用いて、CFAR等により検出する。 As described above, in this embodiment, a single pulse or modulated signal with Ns (Ns ≧ 1) cells on the slow-time axis and Nf (Nf ≧ 1) cells on the fast-time axis is used, and first, FFT processing is performed on the fast-time axis to create a range frequency axis.The range frequency is then divided into Mf (Mf ≧ 1) and the slow-time axis is divided into Ms (Ms ≧ 1).The Mf × Ms divided signals are then zero-filled in the remaining Nf × Ns regions, and the fast-time axis is range compressed.The FFT-processed Mf × Ms signal is amplitude integrated on the slow-time axis, and provisional detection is performed using CFAR, etc. to extract Pt (Pt ≧ 1) range cells Rt and Doppler cells Ft. Next, range compression is performed using signals across the entire range frequency band. For the slow-time axis, the pre-FFT signal (RDbef) for the entire slow-time axis is used. A predetermined search range is used to determine an integral sequence (Sv x Sa x Sb) along the slow-time axis, centered on the provisionally detected Pt cells, using the velocity (Sv patterns), acceleration (Sa patterns), and range cell bias (Sb patterns). Each integral sequence is then range-walk corrected to result in Rt cells on the range axis. After rearranging the sequences on the slow-time axis, the Sv x Sa x Sb results are subjected to FFT processing on the slow-time axis. The integral sequence (slow-time axis pre-FFT) with the largest peak value (local maximum value) is selected and used to replace the slow-time axis pre-FFT signal (RDbef). This is repeated for each provisionally detected Pt, and the RDaft signal is used for slow-time axis FFT processing. The results are used for detection using CFAR or similar techniques.
すなわち、レンジ周波数軸狭帯域及びslow-time軸制限により、レンジ分解能及びドップラ分解能を制限し、レンジウォーク及びドップラウォークの影響を軽減した上で、CFAR等により仮検出し、広帯域のレンジ高分解能データ及びドップラ高分解能データを用いて、仮検出によるサーチ範囲を限定して処理規模を低減した上で、レンジウォーク(速度によるレンジセルずれ)とドップラウォーク(加速度によるドップラセルずれ)を補正して、slow-time軸でFFT処理することで、レンジ高分解能及びドップラ高分解能に目標を検出することができる。 In other words, by narrowing the range frequency axis and limiting the slow-time axis, range resolution and Doppler resolution are limited, reducing the effects of range walk and Doppler walk, and then tentative detection is performed using CFAR, etc., and wideband high-resolution range data and high-resolution Doppler data are used to limit the search range for tentative detection and reduce the processing scale. Range walk (range cell shift due to velocity) and Doppler walk (Doppler cell shift due to acceleration) are then corrected, and FFT processing is performed on the slow-time axis, allowing targets to be detected with high range resolution and high Doppler resolution.
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、レンジウォーク及びドップラウォーク補正の手法について述べた。ここで、レンジウォーク補正をレンジ周波数軸で実施する手法について述べる。各目標Ptの積分系列の候補(Sv×Sa×Sb通り)の各々について、レンジウォーク及びドップラウォーク補正するには、図7A(c)に示すように、slow-time軸のセル毎に、レンジ軸のシフトを補正する必要がある。この際、レンジセル単位でシフト量を決めると、シフト量に量子化誤差が発生し、slow-time軸でFFT処理する際のドップラ軸サイドローブが劣化し、SN(信号対雑音比)も低下し、誤検出が発生する。本実施形態は、この対策について、図9A及び図9B、図10及び図11を参照して説明する。
Second Embodiment
In the first embodiment, a method for range walk and Doppler walk correction was described. Here, a method for performing range walk correction on the range frequency axis will be described. To perform range walk and Doppler walk correction for each candidate integral sequence (Sv × Sa × Sb) for each target Pt, it is necessary to correct the range axis shift for each cell on the slow-time axis, as shown in FIG. 7A(c). In this case, if the shift amount is determined on a range cell-by-range basis, quantization errors will occur in the shift amount, degrading the Doppler axis side lobes during FFT processing on the slow-time axis and reducing the signal-to-noise ratio (SN), resulting in false detections. This embodiment describes a solution to this problem with reference to FIGS. 9A and 9B, 10, and 11.
図9A及び図9Bは、第2の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャート、図10は、第2の実施形態において、誤検出発生対策処理の流れを示すフローチャート、図11は、図10に示す誤検出発生対策処理の様子を示す図である。図9A及び図9Bにおいて、図2A及び図2Bと同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。 Figures 9A and 9B are flowcharts showing the overall processing flow of the receiving system in the second embodiment, Figure 10 is a flowchart showing the flow of the processing to prevent false detection in the second embodiment, and Figure 11 is a diagram showing the processing to prevent false detection shown in Figure 10. In Figures 9A and 9B, parts that are the same as those in Figures 2A and 2B are designated by the same reference numerals, and only the differences will be explained here.
本実施形態の受信系統において、第1の実施形態と異なる点は、図9Bにおいて、ステップS40の積分系列探索法のレンジ及びドップラの積分系列補正処理による誤検出発生対策処理にある。この処理は、レンジ圧縮後のslow-time軸のデータを入力して(ステップS401)、fast-time軸FFT処理して、レンジ周波数-slow-time軸に変換する(ステップS402)。次に、積分系列(Sv×Sa×Sb通り)毎に、slow-time軸のセル毎にレンジシフト量を算出する(ステップS403、図11(a))。さらに、slow-time軸のセル毎に、レンジシフト量に応じた位相勾配を次式により算出する(ステップS404、図11(b))。
slow-time軸のセル毎に位相勾配によりレンジ周波数軸を補正し(ステップS405)、そのレンジ周波数軸を逆FFTして、レンジ圧縮-slow-time軸の信号を得る(ステップS406)。 The range frequency axis is corrected using the phase gradient for each cell on the slow-time axis (step S405), and the range frequency axis is subjected to an inverse FFT to obtain a range-compressed slow-time axis signal (step S406).
この結果を積分系列毎(Sv×Sa×Sb通り)に繰り返して、slow-time軸FFT処理の結果が最大となる積分系列を抽出すれば、レンジウォーク及びドップラウォーク補正結果(図11(c))を得ることができる。 By repeating this process for each integral series (Sv x Sa x Sb combinations) and extracting the integral series that maximizes the result of the slow-time axis FFT processing, the range walk and Doppler walk correction results (Figure 11(c)) can be obtained.
以上のように、本実施形態では、レンジウォーク補正について、レンジシフト量を、レンジ周波数軸の位相勾配で設定するようにしている。すなわち、レンジウォークをレンジ周波数軸の位相勾配でレンジセル単位以下の高精度に補正しているので、slow-time軸でFFT処理することで、目標をレンジ高分解能に検出できる。 As described above, in this embodiment, the range walk correction is performed by setting the range shift amount using the phase gradient of the range frequency axis. In other words, the range walk is corrected with a high degree of precision of less than a range cell using the phase gradient of the range frequency axis, so targets can be detected with high range resolution by performing FFT processing on the slow-time axis.
(第3の実施形態)
第1の実施形態、第2の実施形態では、レンジウォーク及びドップラウォーク(速度及び加速度)により、slow-time軸毎にレンジがずれることに対する補正手法について述べた。この際、レンジセルずれを補正しても、レンジセル内の速度、加速度による位相の補正まではできていない。本実施形態では、合成開口処理のオートフォーカス手法であるPGA(Phase gradient autofocus,非特許文献3参照)と類似の手法(特許文献3参照)を適用する例について、図12乃至図14を参照して説明する。図12A及び図12Bは第3の実施形態の受信系統全体の処理の流れを示すフローチャート、図13は第3の実施形態において、PGAによる誤検出発生対策処理の流れを示すフローチャート、図14は図13に示すPGAによる誤検出発生対策処理の様子を示す図である。図12A及び図12Bにおいて、図2A及び図2B、図9A及び図9Bと同一部分には同一符号を付して示し、ここでは異なる部分について説明する。
(Third embodiment)
In the first and second embodiments, we described methods for correcting range shifts on each slow-time axis due to range walk and Doppler walk (velocity and acceleration). In this case, even if range cell shifts are corrected, phase correction due to velocity and acceleration within the range cells is not possible. In this embodiment, an example of applying a method similar to PGA (Phase Gradient Autofocus, see Non-Patent Document 3), an autofocus method for synthetic aperture processing (see Patent Document 3), will be described with reference to FIGS. 12 to 14 . FIGS. 12A and 12B are flowcharts showing the overall processing flow of the receiving system of the third embodiment. FIG. 13 is a flowchart showing the flow of processing to prevent false detections by the PGA in the third embodiment. FIG. 14 illustrates the processing to prevent false detections by the PGA shown in FIG. 13 . In FIGS. 12A and 12B, parts identical to those in FIGS. 2A and 2B and 9A and 9B are designated by the same reference numerals, and differences will be described here.
本実施形態において、第1、第2の実施形態と異なる点は、図12Bの最大系列置き換え処理(ステップS35)の後、仮検出数終了判断(ステップS36)の前に、PGAによる誤検出発生対策処理(ステップS41)を追加した点にある。 This embodiment differs from the first and second embodiments in that a PGA-based countermeasure process (step S41) is added after the maximum series replacement process (step S35) in Figure 12B and before the determination of the completion of the provisional detection count (step S36).
上記PGAによる誤検出発生対策処理は、まず、レンジウォーク及びドップラウォーク補正で仮検出されたレンジセルのレンジ圧縮-slow-time(ドップラ)軸信号を入力し(ステップS411、図14(a1)、図14(a2))、所定の振幅スレッショルド値を超えたピーク値(極大値)を抽出する(ステップS412、図14(b1)、図14(b2))。 The PGA's process for preventing false detections begins by inputting the range compression-slow-time (Doppler) axis signal of the range cell provisionally detected by range walk and Doppler walk correction (step S411, Figures 14(a1) and 14(a2)), and extracting peak values (maximum values) that exceed a predetermined amplitude threshold value (step S412, Figures 14(b1) and 14(b2)).
次に、ピーク値をとドップラ軸でゼロ周波数にシフトするように、ドップラ軸の信号の並べ替えを行う(ステップS413)。これは、ピーク値のドップラ軸に対する位相勾配を除き、速度及び加速度による位相ずれのみを抽出するためである。 Next, the Doppler axis signal is rearranged so that the peak value is shifted to zero frequency on the Doppler axis (step S413). This is to remove the phase gradient of the peak value relative to the Doppler axis and extract only the phase shift due to velocity and acceleration.
次に、ピーク値(0ドップラ)を中心に±R(R≧1)セルに窓関数(非特許文献4)を乗算し、窓関数の外側をゼロ埋めした信号s0を生成し(ステップS414、図14(b1)、図14(b2))、この信号の逆FFT処理を行う(ステップS415、図14(c))。これは、次式に示すように、位相ずれの振動成分を取り除き、安定した補正成分を得るためである。 Next, a ±R (R≧1) cell centered around the peak value (0 Doppler) is multiplied by a window function (Non-Patent Document 4), and a signal s0 is generated by padding the area outside the window function with zeros (step S414, Figures 14(b1) and 14(b2)). This signal is then subjected to inverse FFT processing (step S415, Figure 14(c)). This is done to remove the phase-shift vibration component and obtain a stable correction component, as shown in the following equation.
次に、この信号S0(ts)の逆特性となる補正量Wc(ts)を、次式に示すようにslow-time軸の信号の補正値として算出して、入力信号を補正し(ステップS416、図14(c))、その補正後、FFT処理を行ってドップラ軸の信号を得る。 Next, the correction amount Wc(ts), which has the inverse characteristics of this signal S0(ts), is calculated as the correction value for the signal on the slow-time axis as shown in the following equation, and the input signal is corrected (step S416, Figure 14(c)). After this correction, FFT processing is performed to obtain the signal on the Doppler axis.
このFs0(fs)を用いれば、速度や加速度変化による位相変化がある場合でも、高いSNで目標を検出することができる。
By using this Fs0(fs), a target can be detected with a high signal-to-noise ratio even when there is a phase change due to a change in speed or acceleration.
以上のように、本実施形態では、所定の振幅スレショルドを超えるドップラセルを中心に±Rセルの信号出力を抽出し、ドップラ周波数を0にシフトし、それ以外は0埋めした信号を逆FFT処理し、その結果の共役複素値を補正係数として、slow-time軸の信号を補正するPGA処理を追加した。これにより、slow-time軸の位相変化を抽出して、逆補正することでドップラウォークを補正した後、slow-time軸でFFTするようにしているので、目標を高感度に検出することができる。 As described above, in this embodiment, the signal output of ±R cells centered around Doppler cells that exceed a predetermined amplitude threshold is extracted, the Doppler frequency is shifted to 0, and the remaining signals are zero-filled, followed by inverse FFT processing. The resulting conjugate complex value is used as a correction coefficient, and PGA processing is added to correct the signal on the slow-time axis. This extracts the phase change on the slow-time axis, corrects the Doppler walk through inverse correction, and then performs FFT on the slow-time axis, enabling highly sensitive target detection.
なお、実施形態では、レーダ波を送受信するシステムについて述べたが、他のシステム(通信等を含む)の送信源を利用するパッシブレーダの場合にも適用できる。 Note that while the embodiments have been described as systems that transmit and receive radar waves, the present invention can also be applied to passive radars that use transmission sources from other systems (including communications, etc.).
また、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Furthermore, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and in the implementation stage, the components can be modified and embodied without departing from the spirit of the invention. Furthermore, various inventions can be created by appropriately combining multiple components disclosed in the above-described embodiments. For example, some components may be deleted from all of the components shown in the embodiments. Furthermore, components from different embodiments may be appropriately combined.
11…信号生成器、12…変調器、13…周波数変換器、14…パルス変調器、15…送信アンテナ、
21…受信アンテナ、22…周波数変換器、23…AD変換器、24…狭帯域レンジ圧縮器、25…slow-time軸分割器、26…slow-time軸FFT処理器、27…CFAR仮検出器、
28…広帯域レンジ圧縮器、29…レンジウォーク・ドップラウォーク補正器、30…slow-time軸FFT処理器、31…CFAR検出器。
11... signal generator, 12... modulator, 13... frequency converter, 14... pulse modulator, 15... transmitting antenna
21... receiving antenna, 22... frequency converter, 23... AD converter, 24... narrowband range compressor, 25... slow-time axis divider, 26... slow-time axis FFT processor, 27... CFAR temporary detector,
28: wideband range compressor, 29: range walk/Doppler walk corrector, 30: slow-time axis FFT processor, 31: CFAR detector.
Claims (4)
前記受信信号から前記PRI間のslow-time軸とレンジセル毎のfast-time軸の2次元データであるCPI(Coherent Pulse Interval:コヒーレントパルス周期)信号を生成し、
前記CPI信号を第1の系統と第2の系統に分配し、
前記第1の系統に分配された前記CPI信号のfast-time軸をFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)処理してレンジ周波数軸に変換し、前記レンジ周波数軸をMf(Mf≧2)分割して帯域制限されたMf個の分割信号を生成し、前記Mf個の分割信号を順次選択して選択された分割信号の帯域外を0埋めした状態で逆FFT処理することで狭帯域レンジ圧縮された信号に変換し、前記CPI信号のslow-time軸をMs(Ms≧2)分割して時間制限されたMs個の分割信号を生成し、前記Ms個の分割信号を順次選択してFFT処理することでドップラ軸に変換し、前記狭帯域レンジ圧縮及び前記ドップラ軸変換されたMf×Ms通りの信号をそれぞれ振幅積分し、前記振幅積分されたMf×Ms通りの信号から所定振幅以上の反射点を仮検出して仮検出レンジセルRt(t=1~Pt:Ptは仮検出数)を抽出し、
前記第2の系統に分配された前記CPI信号を受信帯域全体で広帯域レンジ圧縮し、前記仮検出レンジセルRtのレンジ毎に、Sv通りの速度、Sa通りの加速度、Sb通りのレンジバイアスによるSv×Sa×Sb通りの積分系列を仮検出毎のレンジウォークサーチ範囲として設定し、前記Sv×Sa×Sb通りの積分系列から最大値となる最大積分系列をサーチし、前記仮検出レンジセルの信号をサーチした最大積分系列の信号に置き換えてレンジウォーク及びドップラウォークを補正し、slow-time軸FFT処理によってレンジ-ドップラ信号に変換し、そのレンジ-ドップラ信号から所定値以上の反射点の信号を目標信号として出力する
レーダシステム。 A radar system that receives a reflected wave of a single pulse or a modulated pulse signal of N (N≧ 2 ) hits transmitted at PRI (Pulse Repetition Interval) intervals , and extracts a target signal from the received signal,
A CPI (Coherent Pulse Interval) signal is generated from the received signal, which is two-dimensional data of a slow-time axis between the PRIs and a fast-time axis for each range cell;
Distributing the CPI signal into a first system and a second system;
a fast-time axis of the CPI signal distributed to the first system is subjected to FFT (Fast Fourier Transform) processing to convert it into a range frequency axis, the range frequency axis is divided by Mf (Mf≧2) to generate Mf band-limited divided signals, the Mf divided signals are sequentially selected and zero-filled outside the band of the selected divided signals and then subjected to inverse FFT processing to convert them into narrow-band range compressed signals, the slow-time axis of the CPI signal is divided by Ms (Ms≧2) to generate Ms time-limited divided signals, the Ms divided signals are sequentially selected and subjected to FFT processing to convert them into a Doppler axis, the narrow-band range compressed and Doppler axis converted Mf×Ms signals are amplitude-integrated respectively, reflection points having amplitudes equal to or greater than a predetermined amplitude are provisionally detected from the amplitude-integrated Mf×Ms signals, and a provisional detection range cell Rt (t=1 to Pt: Pt is the provisional detection number) is extracted;
The CPI signal distributed to the second system is subjected to wideband range compression over the entire receiving band, and for each range of the provisional detection range cell Rt, Sv × Sa × Sb integral series with Sv velocities, Sa accelerations, and Sb range biases are set as the range walk search range for each provisional detection, a maximum integral series with a maximum value is searched for from the Sv × Sa × Sb integral series, the signal of the provisional detection range cell is replaced with the signal of the searched maximum integral series to correct the range walk and Doppler walk, and the signal is converted into a range-Doppler signal by slow-time axis FFT processing, and a signal of a reflection point having a predetermined value or more from the range-Doppler signal is output as a target signal.
Radar system.
前記受信信号から前記PRI間のslow-time軸とレンジセル毎のfast-time軸の2次元データであるCPI(Coherent Pulse Interval:コヒーレントパルス周期)信号を生成し、
前記CPI信号を第1の系統と第2の系統に分配し、
前記第1の系統に分配された前記CPI信号のfast-time軸をFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)処理してレンジ周波数軸に変換し、前記レンジ周波数軸をMf(Mf≧2)分割して帯域制限されたMf個の分割信号を生成し、前記Mf個の分割信号を順次選択して選択された分割信号の帯域外を0埋めした状態で逆FFT処理することで狭帯域レンジ圧縮された信号に変換し、前記CPI信号のslow-time軸をMs(Ms≧2)分割して時間制限されたMs個の分割信号を生成し、前記Ms個の分割信号を順次選択してFFT処理することでドップラ軸に変換し、前記狭帯域レンジ圧縮及び前記ドップラ軸変換されたMf×Ms通りの信号をそれぞれ振幅積分し、前記振幅積分されたMf×Ms通りの信号から所定振幅以上の反射点を仮検出して仮検出レンジセルRt(t=1~Pt:Ptは仮検出数)を抽出し、
前記第2の系統に分配された前記CPI信号を受信帯域全体で広帯域レンジ圧縮し、前記仮検出レンジセルRtのレンジ毎に、Sv通りの速度、Sa通りの加速度、Sb通りのレンジバイアスによるSv×Sa×Sb通りの積分系列を仮検出毎のレンジウォークサーチ範囲として設定し、前記Sv×Sa×Sb通りの積分系列から最大値となる最大積分系列をサーチし、前記仮検出レンジセルの信号をサーチした最大積分系列の信号に置き換えてレンジウォーク及びドップラウォークを補正し、slow-time軸FFT処理によってレンジ-ドップラ信号に変換し、そのレンジ-ドップラ信号から所定値以上の反射点の信号を目標信号として出力する
レーダ信号処理方法。 A radar signal processing method for receiving a reflected wave of a single pulse or a modulated pulse signal of N (N≧ 2 ) hits transmitted at PRI (Pulse Repetition Interval) intervals , and extracting a target signal from the received signal, comprising:
A CPI (Coherent Pulse Interval) signal is generated from the received signal, which is two-dimensional data of a slow-time axis between the PRIs and a fast-time axis for each range cell;
Distributing the CPI signal into a first system and a second system;
a fast-time axis of the CPI signal distributed to the first system is subjected to FFT (Fast Fourier Transform) processing to convert it into a range frequency axis, the range frequency axis is divided by Mf (Mf≧2) to generate Mf band-limited divided signals, the Mf divided signals are sequentially selected and zero-filled outside the band of the selected divided signals and then subjected to inverse FFT processing to convert them into narrow-band range compressed signals, the slow-time axis of the CPI signal is divided by Ms (Ms≧2) to generate Ms time-limited divided signals, the Ms divided signals are sequentially selected and subjected to FFT processing to convert them into a Doppler axis, the narrow-band range compressed and Doppler axis converted Mf×Ms signals are amplitude-integrated respectively, reflection points having amplitudes equal to or greater than a predetermined amplitude are provisionally detected from the amplitude-integrated Mf×Ms signals, and a provisional detection range cell Rt (t=1 to Pt: Pt is the provisional detection number) is extracted;
The CPI signal distributed to the second system is subjected to wideband range compression over the entire receiving band, and for each range of the provisional detection range cell Rt, Sv × Sa × Sb integral series with Sv velocities, Sa accelerations, and Sb range biases are set as the range walk search range for each provisional detection, a maximum integral series with a maximum value is searched for from the Sv × Sa × Sb integral series, the signal of the provisional detection range cell is replaced with the signal of the searched maximum integral series to correct the range walk and Doppler walk, and the signal is converted into a range-Doppler signal by slow-time axis FFT processing, and a signal of a reflection point having a predetermined value or more from the range-Doppler signal is output as a target signal.
Radar signal processing method.
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