(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標のレンジ対ＲＣＳ（レーダ反射断面積）特性を示すレンジプロファイルと当該目標の追尾情報とを入力し当該目標の種類を出力する目標類別装置であって、
前記レンジプロファイルから目標長を推定する目標長推定部と、前記追尾情報を考慮しつつ前記レンジプロファイルのパターン認識を行うパターン認識部と、前記目標長推定部で推定された目標長と前記パターン認識部でパターン認識されたレンジプロファイルとに基づき類別処理を行う類別部とを備え、
前記目標長推定部は、前記レンジプロファイルのピークが一つであればスレショルドレベル以上のレンジプロファイル長Ｌｓを求め、前記レンジプロファイルのピークが複数であれば最初のピークレンジＸａ及び最後のピークレンジＸｂを求め、それぞれ所定の計算式を用いて目標長Ｌを算出する、
目標類別装置。
【請求項２】
前記所定の計算式は次の（１）式又は（２）式である、
Ｌ＝Ｌｓ−２Ｌａ−Ｌａ／√３＋Ｃ１  …（１）式
Ｌ＝Ｘｂ−Ｘａ＋Ｌａ／√３＋Ｃ２    …（２）式
（ただし、Ｌａはレンジ分解能、Ｃ１，Ｃ２は補正項である。）
請求項１記載の目標類別装置。
【請求項３】
前記目標長推定部は、前記追尾情報に基づいてレーダの電波発射方向からの見込み角θを計算し、次の（３）式によって前記目標長Ｌを補正する、
Ｌｏ＝Ｌ／Ｆ（θ）  …（３）式
（ただし、Ｌｏは見込み角を考慮した目標長、Ｆ（θ）は見込み角θの関数である。）
請求項１又は２記載の目標類別装置。
【請求項４】
ヒット毎に受信電力からＲＣＳを計算し、これらのＲＣＳの平均値を求め、前記レンジプロファイルを補正する平均処理部を更に備えた、
請求項１乃至３のいずれかに記載の目標類別装置
【請求項５】
前記目標長推定部は、前記計算式に含まれる補正項を分解能の大きさに応じて変化させる、
請求項１乃至４のいずれかに記載の目標類別装置
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の目標類別装置を備えたレーダ装置。
【請求項７】
レーダ電波を送受信するアンテナと、レンジ方向の分解能を向上させるために広帯域変調された信号を発生する広帯域変調信号発生部と、広帯域変調信号を増幅及び周波数変換しレーダ送信信号を生成するレーダ送信部と、送受信信号の切替を行うサーキュレータと、広帯域受信系と狭帯域受信系との切替を行う切替部と、前記狭帯域受信系において受信処理を行うレーダ受信部と、前記狭帯域受信系において信号処理を行うレーダ信号処理部と、前記広帯域受信系において目標からの反射信号を受信する広帯域受信部と、前記広帯域受信系において広帯域で受信された信号を高パルス圧縮する広帯域信号処理部と、高パルス圧縮によってレンジ方向の分解能が向上したレンジプロファイルと追尾情報とに基づき目標類別処理を行う請求項１乃至５のいずれかに記載の目標類別装置と、
を備えたレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばミサイル、小型機、大型機等に目標を類別する目標類別装置、及びこれを備えたレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、捜索中に探知した目標をミサイル、小型機、大型機等に類別するレーダ装置が知られている（例えば特開平５−１５７８３９号公報）。
【０００３】
図５は、この種の従来のレーダ装置を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【０００４】
従来のレーダ装置１１は、レーダ電波を送受信するアンテナ１と、レンジ（距離）方向の分解能を向上させるために広帯域変調された信号を発生する広帯域変調信号発生部１０と、広帯域変調信号を増幅及び周波数変換しレーダ送信信号を生成するレーダ送信部９と、送受信信号の切替を行うサーキュレータ８と、広帯域受信処理と狭帯域受信処理との切替を行う切替部２と、狭帯域受信系において受信処理を行うレーダ受信部３と、信号処理を行うレーダ信号処理部５と、広帯域受信系にて目標からの反射信号を受信する広帯域受信部４と、広帯域で受信された信号を高パルス圧縮する広帯域信号処理部６とから構成される。
【０００５】
広帯域信号処理部６では、約１００ＭＨｚの帯域により高パルス圧縮することで、距離分解能約１．５ｍを実現して目標類別を行う。この類別処理は、レンジ分解能を大幅に高めているために、レンジ方向の処理演算量が増大する。そこで、レーダ信号処理部５から予め送られる目標の存在するレンジ付近のみ処理を行うことで、時間内に処理を終わらせることにより、通常の捜索・追尾に対して影響を及ぼさないようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
第１の問題点は、周波数帯域を１００ＭＨｚも必要とすることである。すなわち、一つのレーダ装置に対して１００ＭＨｚもの周波数帯域が割り当てられることである。したがって、より狭い周波数帯域を使って目標類別を行う手段が必要である。
【０００７】
第２の問題点は、目標の姿勢の変動による補正回路がないことである。その結果、目標の変動に対して、受信電力が大幅に変動していた。また、高レンジ分解能レーダを用いた場合でも、目標のレーダに対する見込み角でレンジ方向の受信特性が変わるので、類別が困難である。
【０００８】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、狭い周波数帯域でも精度よい類別処理を実現できる目標類別装置、及びこれを備えたレーダ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る目標類別装置は、目標のレンジ対ＲＣＳ特性を示すレンジプロファイルと目標の追尾情報とを入力し目標の種類を出力するものであって、レンジプロファイルから目標長を推定する目標長推定部と、追尾情報を考慮しつつレンジプロファイルのパターン認識を行うパターン認識部と、目標長推定部で推定された目標長とパターン認識部でパターン認識されたレンジプロファイルとに基づき類別処理を行う類別部とを備えたものである。そして、レンジプロファイル形状に対応した複数の計算式（後述）を用いて、前記目標長を推定する（請求項１〜３）。
【００１０】
また、ヒット毎に受信電力からＲＣＳを計算し、これらのＲＣＳの平均値を求め、レンジプロファイルを補正する平均処理部を更に備えた、としてもよい（請求項４）。目標長推定部は、計算式に含まれる補正項を分解能の大きさに応じて変化させるとしてもよい（請求項５）。
【００１１】
本発明に係るレーダ装置は、請求項１乃至５のいずれかに記載の目標類別装置を備えたものである（請求項６）。例えば、レーダ電波を送受信するアンテナと、レンジ方向の分解能を向上させるために広帯域変調された信号を発生する広帯域変調信号発生部と、広帯域変調信号を増幅及び周波数変換しレーダ送信信号を生成するレーダ送信部と、送受信信号の切替を行うサーキュレータと、広帯域受信系と狭帯域受信系との切替を行う切替部と、狭帯域受信系において受信処理を行うレーダ受信部と、狭帯域受信系において信号処理を行うレーダ信号処理部と、広帯域受信系において目標からの反射信号を受信する広帯域受信部と、広帯域受信系において広帯域で受信された信号を高パルス圧縮する広帯域信号処理部と、高パルス圧縮によってレンジ方向の分解能が向上したレンジプロファイルと追尾情報とに基づき目標類別処理を行う請求項１乃至５のいずれかに記載の目標類別装置と、を備えたものである（請求項７）。
【００１２】
換言すると、本発明に係るレーダ装置は、レンジプロファイルと追尾情報から得られる航跡情報を利用して目標類別を行うものであり、追尾情報を提供するレーダ信号処理部と、レンジ方向の分解能を向上させるために広帯域変調された信号を発生する広帯域変調信号発生部と、目標からの反射信号を受信する広帯域受信部と、広帯域で受信された信号を高パルス圧縮する広帯域信号処理部と、高パルス圧縮によってレンジ方向の分解能が向上するとともにレンジ方向でのＲＣＳの変化として得られるレンジプロファイルに基づき、目標長を推定しパターン認識を行い類別を行う目標類別装置とを有する。また、目標類別装置では、目標の姿勢の変動によるレンジプロファイルの変動の影響を低減する機能を有する。
【００１３】
狭帯域受信系で目標が探知され、例えばオペレータが類別が必要と判断すると、レーダ信号処理部は広帯域変調信号発生部及び切替部へ類別要求信号を出力する。すると、広帯域変調信号発生部では、高レンジ分解能化のために必要である広帯域な電波を、レーダ送信部に供給し、アンテナから出力する。これと同時に、切替部は、類別処理を行う広帯域受信系統に、接続を切り替える。アンテナ１で受信された広帯域受信信号は、広帯域受信部で増幅・検波され、広帯域信号処理部で高パルス圧縮によりレンジ方向の分解能が高められ、目標のレンジ対ＲＣＳ特性を示すレンジプロファイルの算出に用いられる。類別処理部は、レンジプロファイルの変動を低減する手段を用い、安定したレンジプロファイルと目標の追尾情報とから目標類別処理を行う。これにより、実現可能な周波数帯域を用いて、目標のレンジ対ＲＣＳ特性を示すレンジプロファイルと、航跡情報とから目標類別を実現する。
【００１４】
したがって、レーダ装置において、周波数帯域３０ＭＨｚ程度の高パルス圧縮によってレンジ方向の分解能を向上させ、レンジ方向でのＲＣＳの変化として得られる特性（レンジプロファイル）と追尾情報から得られる航跡情報とから目標類別処理を行う目標類別装置を提供できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係るレーダ装置の一実施形態を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００１６】
本実施形態のレーダ装置１２は、レーダ電波を送受信するアンテナ１と、レンジ方向の分解能を向上させるために広帯域変調された信号を発生する広帯域変調信号発生部１０と、広帯域変調信号を増幅及び周波数変換しレーダ送信信号を生成するレーダ送信部９と、送受信信号の切替を行うサーキュレータ８と、広帯域受信処理と狭帯域受信処理との切替を行う切替部２と、狭帯域受信系において受信処理を行うレーダ受信部３と、信号処理を行うレーダ信号処理部５と、広帯域受信系にて目標からの反射信号を受信する広帯域受信部４と、広帯域で受信された信号を高パルス圧縮する広帯域信号処理部６と、高パルス圧縮によってレンジ方向の分解能が向上したレンジプロファイルと航跡情報とから目標類別処理を行う目標類別装置７とを備えている。このレンジプロファイルは、レンジ方向でのＲＣＳの変化として得られるものである。
【００１７】
図２は、目標類別装置７の一例を示すブロック図である。以下、この図面に基づき説明する。
【００１８】
目標類別装置７は、レンジプロファイルから目標長の推定を行う目標長推定部７１と、航跡情報を考慮しつつレンジプロファイルのパターン認識を行うパターン認識部７２と、ヒット毎に受信電力からＲＣＳを計算し、これらをヒストグラムにして５０％点から平均値を求める平均処理部７３と、目標長推定部７１及びパターン認識部７２からの情報及び航跡情報に基づき類別処理を行う類別部７４とを備えている。
【００１９】
次に、レーダ装置１２の動作について、図１を用いて説明する。
【００２０】
アンテナ１から放射された電波は、目標で反射され、再びアンテナ１で受信される。通常の運用では、切替部２は狭帯域受信系に接続されているので、受信信号はレーダ受信部３にて増幅・検波され、レーダ信号処理部５でパルス圧縮等の信号処理がされた後、目標探知・追尾が行われる。
【００２１】
目標が探知され、例えばオペレータが「類別が必要」と判断すると、レーダ信号処理部５は類別要求信号を広帯域変調信号発生部１０及び切替部２へ出力する。広帯域変調信号発生部１０では、高レンジ分解能化のために必要である例えば３０ＭＨｚ程度の実現可能な広帯域の電波を、レーダ送信部９に供給し、アンテナ１から出力する。切替部２は、類別処理を行う広帯域受信系統に接続を切り替える。
【００２２】
アンテナ１で受信された広帯域受信信号は、広帯域受信部４で増幅・検波され、広帯域信号処理部６で高パルス圧縮によりレンジ方向の分解能が高められ、図３に示すような目標のレンジ対ＲＣＳ特性を示すレンジプロファイルが算出される。目標類別装置７は、レンジプロファイルと目標の追尾情報から得られる航跡情報とに基づき、目標長の算出及びパターン認識などの類別処理を行い目標を類別する。
【００２３】
図３はレンジプロファイルを示すグラフであり、図３［１］がミサイルの場合、図３［２］が航空機の場合である。図４は、レーダ見込み角による目標長の変化を示す説明図である。以下、図２乃至図４を用いて、目標類別装置７の動作について説明する。
【００２４】
図３に示すようなレンジプロファイルの情報が、目標長推定部７１及びパターン認識部７２に入力される。ミサイルのような単調な形状についてのレンジプロファイルは、図３［１］のようになる。航空機のような主翼及び尾翼を有する等複雑な形状についてのレンジプロファイルは、図３［２］のようになる。周波数帯域が例えば３０ＭＨｚ程度では、レンジ分解能も約５ｍと十分な分解能を得られない。しかし、複数の目標類別手段及び補正処理手段を用いることにより、目標類別の確度をあげることが可能である。
【００２５】
本発明では、目標類別手段として、目標長推定手段、レンジプロファイルパターン認識手段、及び目標長推定結果、パターン認識結果及び航跡情報から総合的に目標類別を行う手段を有する。補正処理手段としては、航跡情報による目標長補正、パターン認識基準データの補正、及び目標の姿勢変動による受信電力の変動を低減する回路を有する。以下に上記手段の詳細について示す。
【００２６】
パターン認識部７２では、目標の形状の違いによるレンジプロファイルの特徴の違いから、例えば予め記憶してある類別用基準データとの相関をとる等のパターンマッチング処理を行うことにより、目標類別を行う。レンジプロファイルのうち実際にレーダで確認できるのは、Ｓ／Ｎ比で決まるスレショルドレベル以上の部分である。したがって、図３に示すように、レンジプロファイルから目標長を推定するためには、十分なＳ／Ｎ比が必要である。そこで、レーダ信号処理部５から類別要求信号を出力する時にＳ／Ｎ比が不足している場合には、広帯域受信系に切り替えると同時に、多ヒット積分等の手段によりＳ／Ｎ比を向上させる。すなわち、広帯域変調信号発生部１０の送信ヒット数を増加させ、広帯域信号処理部６での積分処理を行う。
【００２７】
目標長推定部７１では、レンジプロファイルの形状に応じて、例えば図３［１］のレンジプロファイルのようにピークが一つのものに対してはスレショルドレベル以上の信号の範囲Ｌｓを求め、図３［２］のレンジプロファイルのようにピークが複数あるものに対してはＸａ、Ｘｂを求める。そして、目標推定長は例えば下式を用いて算出する。
【００２８】
Ｌ＝Ｌｓ−２Ｌａ−Ｌａ／√３＋Ｃ１  …（１）式
Ｌ＝Ｘｂ−Ｘａ＋Ｌａ／√３＋Ｃ２    …（２）式
Ｌ  ：目標推定長
Ｌａ：レンジ分解能
Ｌｓ：スレショルド以上のレンジプロファイル長
Ｘａ：最初のピークレンジ
Ｘｂ：最後のピークレンジ
Ｃ１，Ｃ２：補正項
【００２９】
（１）式は、ピークが一つのレンジプロファイルに対する目標推定長の算出式である。（２）式は、ピークが複数のレンジプロファイルに対する目標推定長の算出式である。（１）、（２）式とも第３項はレンジ量子化誤差の補正である。式における周波数帯域の違いによるパラメータ比較を下記表１に示す。
【００３０】
レンジ分解能が大きくなるとＬｓは大きくなる。
Ｌｓ（３０ＭＨｚ）＞Ｌｓ（１００ＭＨｚ）
（−２Ｌａ−Ｌａ／√３）は表１のように周波数帯域が大きくなると小さくなる。したがって、目標推定長Ｌは、周波数帯域によらず近い値となるような補正がかかることを確認できる。このようにして、十分とはいえない周波数帯域でも、目標長推定の精度を向上することができる。
【００３１】
［表１］
周波数帯域        レンジ分解能          −２Ｌａ−Ｌａ／√３
１００ＭＨｚ        １．５ｍ                −３．９ｍ
３０ＭＨｚ            ５ｍ              −１２．９ｍ
【００３２】
図４の０°方向から見たときの目標長ａ、３０°方向から見たときの目標長ｂ、及び９０°方向から見たときの目標長ｃがそれぞれ異なるように、目標の進行方向によって見かけ上の目標長が変化する。そのため、レーダ信号処理部５からの追尾情報に基づいて、レーダの電波発射方向からの見込み角を計算し、例えば（３）式のような補正を行う。
【００３３】
Ｌｏ＝Ｌ／Ｆ（θ）  …（３）式
Ｌｏ：見込み角を考慮した推定目標長
Ｌ：見込み角考慮前の推定目標長
Ｆ（θ）：見込み角θの関数
例えば、Ｆ（０°）＝１
Ｆ（３０°）＝２
Ｆ（９０°）＝５
【００３４】
ＲＣＳデータは、目標の姿勢により変動する。そのため、平均処理部７３にて、ヒット毎に受信電力からＲＣＳを計算し、これをヒストグラムにして５０％点から求めることにより、変動分の影響を極力抑えるようにする。類別部７４は、目標長推定部７１及びパターン認識部７２からの情報に基づいて目標類別を行う。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る目標類別装置及びレーダ装置によれば、目標のレンジ対ＲＣＳ特性を示すレンジプロファイルと目標の追尾情報とを入力し目標の種類を出力することにより、狭い周波数帯域でも精度よい類別処理を実現できる。しかも、レンジプロファイル形状に対応した複数の計算式を用いて目標長を推定することにより、十分なレンジ分解能が得られない場合でも目標類別の確度を向上できる。
【００３６】
また、ヒット毎に受信電力からＲＣＳを計算し、これらのＲＣＳの平均値を求め、レンジプロファイルを補正する平均処理部を更に備えることにより、目標の姿勢の変動によるレンジプロファイルの変動を補正できる。更に、計算式に含まれる補正項を分解能の大きさに応じて変化させることにより、十分なレンジ分解能が得られない場合でも目標類別の確度をより向上できる。
【００３７】
換言すると、実現可能な３０ＭＨｚの周波数帯域でも、類別の確度を上げることができる。その理由は、目標の姿勢の変動によるレンジプロファイルの変動を低減させる平均処理部を設け、安定したレンジプロファイルから目標長算出を行う目標長推定部とパターン認識を行うパターン認識部とを設け、複数の手段及び航跡情報から総合的に目標類別を行う目標類別装置を設けたためである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るレーダ装置の第一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１のレーダ装置に用いられる目標類別装置を示すブロック図である。
【図３】レンジプロファイルを示すグラフであり、図３［１］がミサイルの場合、図３［２］が航空機の場合である。
【図４】レーダ見込み角による目標長の変化を示す説明図である。
【図５】従来のレーダ装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  アンテナ
２  切替部
３  レーダ受信部
４  広帯域受信部
５  レーダ信号処理部
６  広帯域信号処理部
７  目標類別装置
８  サーキュレータ
９  レーダ送信部
１０  広帯域変調信号発生部
１２  レーダ装置
７１  目標長推定部
７２  パターン認識部
７３  平均処理部
７４  類別部
ａ  ０゜方向から見た時の目標長
ｂ  ３０゜方向から見た時の目標長
ｃ  ９０゜方向から見た時の目標長
【図１】
0003580270.tif 000002
【図２】
0003580270.tif 000003
【図３】
0003580270.tif 000004
【図４】
0003580270.tif 000005
【図５】
0003580270.tif 000006