(57)【要約】【課題】パルス・ドップラ・レーダでのＭ−ＰＲＦ（Medium-Pulse Repetition Frequency）による探知および追尾の際に、目標近傍の雲の影響により目標追尾が不安定になることがあった。【解決手段】ＣＦＡＲ処理（Constant False Alarm Rate：一定誤警報確率）を行う際のノイズ領域の選択において、平均信号強度の高い上位２つのノイズ領域における各々最も信号強度の高い周波数が一致する場合、この上位２つのノイズ領域を選択の対象から除外するようにした。これにより雲の影響を除外することができ、常に正しい安定した追尾を継続することが可能となる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナと接続する受信機と、前記受信機で受信したレーダ受信信号の中から目標信号を検出する信号処理部を備えたレーダ装置であって、
前記信号処理部は、距離データと周波数データで表される２次元座標上に前記レーダ受信信号の信号強度をプロットしたＦＲマップを作成するＦＲ信号生成部と、前記ＦＲマップ上でＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate：一定誤警報確率）処理の対象となる領域を選択し、選択した領域における平均信号強度と、選択した目標候補信号の信号強度を用いてＳ／Ｎ比を算出し、前記Ｓ／Ｎ比が所定のしきい値以上である場合に前記目標候補信号は目標信号であると判定する目標判定部と、を備え、
前記目標判定部は、前記ＣＦＡＲ処理の対象領域のうち、２つの領域において同一周波数に所定の強度以上の信号が存在する場合に、前記２つの領域を前記ＣＦＡＲ処理の対象領域から除外することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
アンテナと接続する受信機と、前記受信機で受信したレーダ受信信号の中から目標信号を検出する信号処理部を備えたレーダ装置であって、
前記信号処理部は、
距離データと周波数データで表される２次元座標上に前記レーダ受信信号の信号強度をプロットしたＦＲマップを作成し、前記ＦＲマップを検出信号強度算出部とノイズレベル算出部に出力するＦＲ信号生成部と、
前記ＦＲマップにおいて、目標検出の対象範囲であってアドレスを付与された複数のセルにおける信号強度を求める検出信号強度算出部と、
前記セル毎の信号強度のデータを記憶し、検出対象指示部が指示するセルにおける信号強度のデータを目標判定部に出力する検出信号データ記憶部と、
前記ＦＲマップにおいて前記対象範囲内のセル毎に前記セルを基準としたノイズ領域を予め設定し、前記ノイズ領域内の平均信号強度と前記ノイズ領域内で最も信号強度の高いセルの周波数を算出するノイズレベル算出部と、
前記ノイズ領域毎に、前記ノイズ領域内の前記平均信号強度と前記最も信号強度の高いセルの周波数の組み合わせをノイズデータとして記憶するノイズデータ記憶部と、
前記ノイズデータ記憶部から、前記ノイズ領域毎のノイズデータを取得し目標判定部に出力するノイズ領域選択部と、
前記検出信号データ記憶部から入力した信号強度と、前記ノイズ領域選択部から入力した前記ノイズ領域毎の前記平均信号強度の中で最も高い平均信号強度とを用いてＳ／Ｎ比を算出し、前記Ｓ／Ｎ比が所定のしきい値以上である場合に前記セルにおける信号を目標信号であると判定する目標判定部と、を備え、
前記目標判定部は、前記ノイズ領域選択部から入力した前記ノイズ領域毎の前記平均信号強度の中で、平均信号強度の高い上位２つのノイズ領域を選択し、選択したノイズ領域における最も信号強度の高いセルの周波数が一致する場合は、前記上位２つのノイズ領域を除外した他のノイズ領域の平均信号強度の中で最も高い平均信号強度を用いてＳ／Ｎ比を算出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
前記ノイズ領域は、距離と周波数で表される２次元座標において、周波数軸方向に一定の長さを有していることを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。  
【請求項４】
前記ノイズ領域は、距離と周波数で表される２次元座標において、目標信号の位置を中心として予め４箇所以上設定されていることを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーダ装置に関するものである。詳しくはＭ−ＰＲＦ（Medium-Pulse Repetition Frequency）追尾信号処理を行うレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機搭載用パルス・ドップラ・レーダは、Ｍ−ＰＲＦ追尾信号処理において、ＣＦＡＲ（Constant False Alarm Rate：一定誤警報確率）処理を実施している（例えば非特許文献１、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１５９３４３号公報
【０００４】
【非特許文献１】Guy Morris Linda Harkness 著、「Airborne Pulsed Doppler Radar Second Edition」、ARTECH HOUSE, Inc、Chapter 6
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＦＡＲ処理とは、受信信号中の検出対象位置と、その周辺に設定したノイズ領域との信号強度の差によってＳ／Ｎ比を算出し、検出対象位置に目標信号が存在するか否かを判定する処理である。
【０００６】
しかし、目標の近傍に雲からの反射信号が存在した場合、ＣＦＡＲ処理でのノイズ領域に雲からの反射信号が入り込むことによって目標信号のＳ/Ｎ比が劣化し、探知及び追尾が不安定になるという問題点がある。
特許文献１のように、反射信号の大きさによるウェザークラッタの判定や、単純なしきい値の調整によるウェザークラッタの除去が考えられているが、航空機搭載用のパルス・ドップラ・レーダにおけるＭ−ＰＲＦ処理においては、目標検出精度において更なる改善策が求められていた。
【０００７】
Ｍ−ＰＲＦ探知及び追尾におけるＣＦＡＲ処理は、時間（距離）、ドップラ周波数（速度）で表される２次元の軸上に描写したＦＲマップ（Frequency-Range）上にて実施される。一般的なＣＦＡＲ処理では、検出対象セルに存在する信号の強度と、周辺に設定したノイズ領域に存在する信号の強度との比をＳ／Ｎ比として、検出対象セルにおける追尾対象となる信号の存在有無を判定していた。
【０００８】
航空機搭載用パルス・ドップラ・レーダで広く用いられているＸバンド帯の電磁波は、航空機等の人工物の他、雲によっても反射する性質を持つ。そのため、目標機の周辺に雲が存在し、それが自機レーダのビーム内に捉えられた場合には、ＦＲマップにおいても雲からの反射信号が写りこむことがある。
【０００９】
目標機の近傍に雲が存在した場合、ＦＲマップでの時間軸において、雲信号は目標信号の近傍に発生する。
移動速度について、目標である航空機と雲との間では大幅に異なるが、それぞれの進行方向及びＦＲマップでの周波数軸の折り返し処理の条件によっては、ＦＲマップ上の周波数軸においても、雲信号が目標信号の近傍に発生する場合がある。
【００１０】
このように、目標信号の近傍に雲信号が映りこみ、さらにＣＦＡＲ処理におけるノイズ領域内に入り込んだ場合、ノイズ領域の信号強度が上昇するため、相対的に追尾対象である目標信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。
その結果、目標探知の失敗や追尾外れ、及び雲信号への追尾乗り移り等が発生するという問題があった。
【００１１】
この発明は係る課題を解決するために成されたものであり、目標信号と雲信号との特徴の差異を利用することで両者の切り分けを行い、雲からの反射信号の影響を除去することによって、雲が目標機近傍に存在する状況においても安定探知及び安定追尾を実現する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るレーダ装置は、アンテナと接続する受信機と、前記受信機で受信したレーダ受信信号の中から目標信号を検出する信号処理部を備えたレーダ装置であって、前記信号処理部は、距離データと周波数データで表される２次元座標上に前記レーダ受信信号の信号強度をプロットしたＦＲマップを作成するＦＲ信号生成部と、前記ＦＲマップ上でＣＦＡＲ処理の対象となる領域を選択し、選択した領域における平均信号強度と、選択した目標候補信号の信号強度を用いてＳ／Ｎ比を算出し、前記Ｓ／Ｎ比が所定のしきい値以上である場合に前記目標候補信号は目標信号であると判定する目標判定部とを備え、前記目標判定部は、前記ＣＦＡＲ処理の対象領域のうち、２つの領域において同一周波数に所定の強度以上の信号が存在する場合に、前記２つの領域を前記ＣＦＡＲ処理の対象領域から除外するようにした。
【発明の効果】
【００１３】
この発明に係るレーダ装置によれば、目標信号の近傍に雲信号等が映りこむことによって相対的に追尾対象である目標信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう状況においても、目標信号を精度良く検出して目標の安定探知及び安定追尾を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示した図である。
【図２】この発明の実施の形態１における信号処理部の動作を示すブロック図である。
【図３】一般的な信号処理方法による目標検出を説明するための説明図である。
【図４】雲信号の発生を説明するための説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１における信号処理部（図２）による目標検出を説明するための説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１における信号処理部（図２）による目標検出を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
この発明に係るレーダ装置、および信号の流れについて図を用いて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示した図であり、レーダ装置内でのレーダ波の受信からレンジ算出処理を行う機器の構成を示している。図１においてレーダ装置はアンテナ１と、励振受信機２と、信号処理器３から構成される。信号処理機３は、さらに信号処理部４とデータ処理部５から構成される。
図１において、アンテナ１が受信信号を受信し、励振受信機２によって処理された受信信号は、信号処理器３に送られる。そして信号処理部４において、高速フーリエ変換、ＣＦＡＲ処理及びピーク検出が行われ、ドップラ周波数データを取得する。
得られたドップラ周波数データはデータ処理部５に送られる。
【００１６】
信号処理部４にて行われるＣＦＡＲ処理について説明する。図２は信号処理部４の動作を示すブロック図である。
信号処理部４は励振受信機２から受け取った受信信号の中から目標信号を検出し、データ処理部５に出力する機能を有している。
信号処理部４はＦＲ信号生成部１０１、検出信号強度算出部１０２、検出信号データ記憶部１０３、検出対象指示部１０４、ノイズレベル算出部１０５、ノイズデータ記憶部１０６、ノイズ領域選択部１０７、目標判定部１０８から構成される。
【００１７】
ＦＲ信号生成部１０１では、励振受信機２から入力されたレーダ受信信号に対してＦＲマップを構成するデータを生成する。距離データは信号の受信時間によって得られ、それぞれの距離ごとに高速フーリエ変換と振幅検出を行うことで周波数データを算出する。
ＦＲ信号生成部１０１は、距離データ（時間軸）と周波数データ（周波数軸）で表される２次元座標上に信号強度をプロットすることでＦＲマップを作成し、作成したＦＲマップを検出信号強度算出部１０２とノイズレベル算出部１０５に出力する。
【００１８】
検出信号強度算出部１０２は、作成したＦＲマップ上において目標検出処理対象となる範囲内の全てのセルに対して信号強度を求め、セルのアドレスを付与して検出信号データ記憶部１０３に格納する。
なお、目標検出処理対象とする範囲は外部操作や動作モードから与えられるものであり、捜索と追尾の違い等によって異なるが、この差異は発明の効果に影響しない。
【００１９】
検出信号データ記憶部１０３は、検出信号強度算出部１０２から入力されたセルの信号強度データを格納する。また、検出対象指示部１０４の指示に従って信号強度データを目標判定部１０８へ出力する。
【００２０】
検出対象指示部１０４は、ＦＲマップ上でＣＦＡＲ処理の対象となる範囲を予め記憶している。
検出対象指示部１０４は、この範囲内で検出対象セルを設定し、そのセルのアドレスを検出信号データ記憶部１０３に送る。さらに、ノイズ領域選択部１０７に検出対象セルのアドレスを送り、検出対象セルに対応したノイズデータを選択させる。これらの処理を対象範囲内の全てのセルに対して順に実施していく。
なお、ＣＦＡＲ処理の対象範囲は外部操作や動作モードから与えられるものであり、捜索と追尾の違い等によって異なるが、この差異は発明の効果に影響しない。
【００２１】
ノイズレベル算出部１０５では、得られたＦＲマップ上の処理対象範囲に存在する全てのセルに対し、それぞれのセルを基準としたノイズ領域を設定し、ノイズ領域内の平均信号強度を算出する。
さらに本発明では、平均信号強度だけではなく、ノイズエリア（ノイズ領域）内で最も信号強度の高いセルの周波数を算出する。
これらの平均信号強度及び最も信号強度の高いセルの周波数の組合せを一つのノイズデータとし、セルのアドレスを付与してノイズデータ記憶部１０６に格納する。
なお、ノイズ領域はＦＲマップ上で一定の広さを持った領域であり、その形状はノイズレベル算出部１０５に予め記憶されている。ノイズ領域の形状については周波数軸方向に一定の長さを有している必要があるが、その他の特徴については発明の効果に影響しない。
【００２２】
ノイズデータ記憶部１０６は、ノイズレベル算出部１０５から入力されたノイズデータを格納する。また、ノイズ領域選択部１０７の指示に従ってノイズデータをノイズ領域選択部１０７へ出力する。
【００２３】
ノイズ領域選択部１０７は、検出対象指示部１０４から指示されたアドレスに対応したノイズデータをノイズデータ記憶部１０６から取得し、目標判定部１０８に出力する。
【００２４】
一般的にＣＦＡＲ処理では周囲と比較して強度の高い箇所を信号として認識するために、検出対象セルを基準として、その周辺に存在する複数の領域をノイズ領域として設定する。検出対象セルと、選択するノイズ領域との相対位置は、予めノイズ領域選択部１０７に記憶されている。
図３は、一般的な信号処理方法による目標検出を説明するための説明図であり、例えば図３（ａ）に示すように、ノイズ領域選択部１０７は検出対象セル１０９の周波数方向、レンジ方向ともに、左右対称となる４つのノイズ領域１１０〜１１３のノイズデータをノイズデータ記憶部１０６から取得する。ここで、ノイズ領域の数については、この発明の効果に影響するものではなく、一つの周波数に対して時間軸の異なる複数のノイズ領域が設定されていればよい。
【００２５】
通常時の信号処理の概要を図３（ｂ）に示す。一般的には、これらの４箇所のノイズデータ１１４〜１１７のうち、平均信号強度が最も高いノイズ領域のノイズデータ１１５を選択し、その平均信号強度を信号検出セルのＳ／Ｎ比算出におけるノイズ値として使用する。
図３（ｂ）の例では、ノイズデータ１１５の平均信号強度は目標信号１１８の信号強度と比較して十分小さいため、算出されたＳ／Ｎ比が判定しきい値を超えることにより目標信号１１８の検出に成功する。
【００２６】
この手法によると、標準的なノイズと比較して信号強度の大きい雲信号がノイズ領域に入り込み、ノイズ領域の平均信号強度を上昇させていた場合には、信号検出セルのＳ／Ｎ比が相対的に低下してしまい、正常なＣＦＡＲ処理結果を得ることができなくなる。
そこで、本実施の形態では、本発明ではノイズ領域選択の手法として、雲信号判定を追加する。
【００２７】
通常、目標の追尾に影響を与えるような雲は、航空機を大きく上回る大きさを有している。
図４は雲信号の発生を説明するための説明図であり、図４に示すとおり、自機から照射されたレーダのビームは、その射線上に存在する雲の端から端まで、連続的に反射を起こす。実空間での距離情報は、ＦＲマップ上では時間軸上に現れるため、雲信号１１９は、ＦＲマップ上において時間軸方向に長く伸びた信号として映りこむことになる。また、雲は全体がほぼ一定の速度を有しており、ＦＲマップ上では周波数軸上で一定の値を取ることになる。
【００２８】
雲信号判定の概要を図５に示す。図５は信号処理部４による目標検出を説明する図であり、目標信号１１８の近傍に雲信号１１９が存在していることを示している。
雲信号１１９は先述のとおり、同一の周波数で時間軸方向に長く伸びた形状となっている。
ここで、信号検出対象セルの周辺に均等に配置されているノイズ領域１１０〜１１３のうち、ノイズ領域１１２及びノイズ領域１１３には雲信号の影響が発生する。
このため、本実施の形態における信号処理部４は、周波数軸上において雲信号とは反対側に存在するノイズ領域１１０及びノイズ領域１１１を信号検出のＳ／Ｎ比算出に用いることで、雲信号の影響を除去する。
【００２９】
雲信号の影響を受けたノイズ領域を処理の過程から除去するためには、雲信号の存在有無を判定する必要がある。ノイズ領域に雲信号が映りこんでいることを判定するため、本実施の形態では、雲信号特有の同一周波数で時間軸方向に長く伸びた形状を利用する。ノイズデータ記憶部１０６に格納されているノイズデータとして、ノイズ領域の平均信号強度の他に、最も信号強度の高いセルの周波数がある。同一の周波数で時間軸方向に長く伸びた雲信号は、ノイズ領域１１２とノイズ領域１１３の両方に映り込むため、ノイズ領域１１２のノイズデータ１１６とノイズ領域１１３のノイズデータ１１７では、最も信号強度の高いセルの周波数が一致することになる。
【００３０】
目標判定部１０８が４つのノイズ領域からＳ／Ｎ比算出に用いるノイズ領域を選択する際に、この特徴を用いた条件を追加する。一般的なノイズ領域選択においては、最も平均信号強度の高いノイズ領域を選択するが、本発明ではまず平均信号強度が高い、上位２つのノイズ領域（ノイズ領域１１２及びノイズ領域１１３）を選択する。これらのノイズ領域が有するノイズデータ（ノイズデータ１１７及びノイズデータ１１８）について、最も信号強度の高いセルの周波数が一致した場合には雲信号が双方のノイズ領域に映りこんでいると判定し、これらをノイズ領域選択対象から除外する。
【００３１】
目標判定部１０８は、残った２つのノイズ領域（ノイズ領域１１０及びノイズ領域１１１）のうち平均信号強度が大きい方を選択し、その平均信号強度を検出対象信号のS/N比算出におけるノイズ値として用いる。算出されたＳ／Ｎ比が予め設定されていた閾値を満足し、かつピーク検出に成功すれば検出対象セルの信号を目標信号としてデータ処理部５へ出力する。
【００３２】
以上により、雲信号の時間軸方向に長く伸びるという信号形状の特徴を利用し、その影響を除去した状態での信号検出処理を行うことが可能となる。
【００３３】
次に、信号処理部４の動作について説明する。
図６は図２の信号処理部４の動作を示すフローチャート図である。図２において、信号処理部４は励振受信機２から入力されたレーダ受信信号を用いてＦＲマップを生成し、ＦＲマップ上の対象範囲となる全セルに対して、検出信号強度とノイズデータを算出し、それぞれをデータ系列として記憶する（ステップＳ１０１）。
【００３４】
信号処理部４はＦＲマップ中のＣＦＡＲ対象範囲内に存在するセルのうち、１つを検出対象セルとして選択する（ステップＳ１０２）。また、検出対象セルの信号強度をＳ/Ｎ比算出時のシグナル値として記憶する（ステップＳ１０３）。
【００３５】
信号処理部４はＦＲマップ上において、検出対象セルを基準として予め規定された位置に存在するノイズ領域から、最も平均信号強度の高い上位２つのノイズ領域を選択する（ステップＳ１０４）。これらのノイズ領域が有するノイズデータについて、最も信号強度が高いセルの周波数を比較する（ステップＳ１０５）。比較の結果、両者が一致した場合にはこれら２つのノイズ領域を選択対象から除外し、残りの２つのノイズ領域で平均信号強度による判定を実施する（ステップＳ１０６）。
【００３６】
なお、最も平均信号強度の高い上位２つのノイズ領域について、そのノイズデータから最も信号強度が高いセルの周波数が一致しなかった場合には、従来どおり最も平均信号強度の高いノイズ領域をＣＦＡＲ処理に用いる（ステップＳ１０７）。
【００３７】
信号処理部４は、検出対象セルの信号強度をシグナル値とし、また選択されたノイズ領域の平均信号強度をノイズ値としてＳ／Ｎ比を算出する。Ｓ／Ｎ比の値が予め設定されたＣＦＡＲ閾値を超え、かつピーク検出に成功すれば目標信号と判定してデータ処理部５に目標信号データを出力する（ステップＳ１０８、Ｓ１０９）。目標信号と判定しなければデータ処理部５には何も出力しない（ステップＳ１１０）。以降、FRマップ中のＣＦＡＲ対象範囲内に存在する全てのセルに対して同様の動作を繰り返す。
【００３８】
以上のように、この実施の形態によれば、航空機搭載レーダによるＭ-ＰＲＦ探知及び追尾において、雲の影響を除外し、常に安定した探知及び追尾を実施することが可能となる。
【００３９】
なお、上記の実施の形態はあくまでも一例であって、周波数情報とレンジ（時間）情報を用いて目標の探知及び追尾を行うパルス・ドップラ・レーダであれば、航空機のみならず、地上設置型のレーダなどに対しても同様に適用できるのは言うまでもない。
【符号の説明】
【００４０】
１ アンテナ、２ 励振受信機、３ 信号処理器、４ 信号処理部、５ データ処理部、１０１ ＦＲ信号生成部、１０２ 検出信号強度算出部、１０３ 検出信号データ記憶部、１０４ 検出対象指示部、１０５ ノイズレベル算出部、１０６ ノイズデータ記憶部、１０７ ノイズ領域選択部、１０８ 目標判定部、１０９ 検出対象セル、１１０〜１１３ ノイズ領域、１１４〜１１７ ノイズデータ、１１８ 目標信号、１１９ 雲信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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