(57)【要約】【課題】  振幅検出後の閾値処理によりノイズの誤検出を防ぐことで、真の目標となり得る信号の候補を減らした上で、受信信号のレンジ及び強度の挙動観測により真の目標とＪＥＭを判別することで、ＪＥＭが検出され続けることを防ぎ、ＪＥＭが検出されたセルの周辺セルにおける目標検出性能の劣化を防ぐことが可能なレーダ装置を得る。【解決手段】  振幅検出出力に対して真の目標の候補としてノイズを誤検出することを防ぐ閾値処理を施す閾値処理器１０９と、振幅検出出力に対して、目標をトラッキングし、そのレンジ及び受信信号強度の挙動を継続して観測する事により真の目標とＪＥＭとを判別する目標判別器１１０と、目標判別結果を閾値処理器にフィードバックするフィードバック処理１１１と、目標判別結果を元に、真の目標を検出する目標検出器１１２と、上記閾値処理器と目標判別器とフィードバック処理を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信パルスを発生させる送信機と、
送信パルスを電波として目標に放射させるアンテナと、
送信及び受信の切替を行う送受切替器と、
目標で反射された電波を、アンテナを介して受信する受信機と、
上記受信機による受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
上記Ａ／Ｄ変換器によるＡ／Ｄ変換後の信号に対して、サイドローブ低減のためのウェイティング処理を施すウェイティング処理器と、
上記ウェイティング処理器によるウェイティング処理後の信号に対して、ＦＦＴ処理を施し、周波数軸信号に変換する周波数分析器と、
上記周波数分析器によるＦＦＴ処理後の信号の振幅を出力する振幅検出器と、
上記振幅検出器による振幅検出出力に対して、真の目標の候補としてノイズを誤検出することを防ぐ閾値処理を施す閾値処理器と、
上記閾値処理器による振幅検出出力に対して、目標をトラッキングし、そのレンジ及び受信信号強度の挙動を継続して観測する事により、真の目標とＪＥＭとを判別する目標判別器と、
上記目標判別器により判別されたＪＥＭを閾値処理器にフィードバックするフィードバック処理と、
上記目標判別器の目標判別結果を元に、真の目標を検出する目標検出器と、
を備えたレーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の反射電波から、航空機を目標として検出するレーダ信号処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、アンテナを介して、目標に向け電波の送信パルスを発生する送信機と、アンテナを介して目標で反射された電波を受信し、増幅処理し、位相検波を行う受信機と、その出力信号をＡ／Ｄ変換（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ：以下、Ａ／Ｄ変換とする）する変換器と、その出力をＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：以下、ＦＦＴとする）処理する信号処理器と、ＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆａｌｓｅ  Ａｌａｒｍ  Ｒａｔｅ：以下、ＣＦＡＲとする）定数であるリファレンスセル数またはガードセル数を、受信信号の強度に応じて決定する決定回路と、その決定されたリファレンスセル数またはガードセル数でＣＦＡＲ処理を行う信号処理器とを備えた追尾レーダがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、ＣＦＡＲ処理は、周波数セル上で行うものであり、受信信号の強度の増加に応じて、ＣＦＡＲ処理のパラメータであるガードセル数、リファレンスセル数が変化し、目標信号がリファレンスセルに漏れこむのを抑え、リファレンスセル内のノイズ強度を抑え、ターゲット検出性能の劣化を防ぐものである。
【０００４】
また、ジェットエンジンを搭載した航空機を上記の追尾レーダで観測した場合には、タービンのようなジェットエンジンの回転部位により、目標レーダエコーに変調が掛かり、この変調信号が検出される、ＪＥＭ（Ｊｅｔ  Ｅｎｇｉｎｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と言う現象がある。
【０００５】
従来、このＪＥＭ発生の有無を検出する方法として、目標で反射された受信電波を観測し、前記目標の検出信号とＪＥＭにより変調された検出信号とを判別して、前記目標を検出するレーダ信号処理装置がある。このレーダ信号処理装置は、受信電波の振幅の比較に基づき目標の候補として複数検出された同一レンジセル内にある検出信号の各々について、所定時間その強度変化を計測し、前記強度変化が所定の範囲内である検出信号を前記目標の検出信号であると判断し、前記強度変化が所定の範囲を越える検出信号を前記ＪＥＭにより変調された検出信号であると判断する目標判別部を備える（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４９９４６号公報
【０００７】
【特許文献２】特開２００９−２５０９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の追尾レーダによる目標検出においては、真の目標とＪＥＭの判別を行うために上記の方法を用いている。しかしながら、目標信号の検出を行う際に、周辺セルの信号強度を用いた閾値処理を実施しておらず、単純に、対象とするセルの信号強度変化のみに着目して目標信号を検出しているため、ノイズ信号を真の目標となり得る信号の候補として誤検出するという問題があった。
【０００９】
また、仮に対象とするセルの周辺セルの信号強度を閾値決定に使用して閾値処理を実施したとしても、その周辺セルに、本来存在しないＪＥＭが目標相当の信号強度をもっていた場合には、閾値が間違って決定されて検出性能が劣化する問題がある。
【００１０】
さらに、従来の追尾レーダによる目標検出においては、真の目標とＪＥＭの判別を行うために上記の方法を用いるが、ＪＥＭと判別された結果を目標検出処理にフィードバックしていないため、目標検出処理の繰り返しにおいてＪＥＭが検出され続ける問題がある。
【００１１】
以上の問題点から、閾値処理によりノイズの誤検出を防ぎ、ＪＥＭの発生の有無、もしくは真の目標とＪＥＭの判別を行い、その判別結果をフィードバックすることが追尾レーダの目標検出性能の劣化を防ぐ為には必須である。
しかしながら、上記特許文献１、２に開示されるレーダ信号処理装置には、受信信号のレンジ及び強度の挙動観測により、ＪＥＭの発生の有無、もしくは真の目標とＪＥＭの判別を行うことが示されているものの、閾値処理によるノイズの誤検出を防いだ上で、受信信号のレンジ及び強度の挙動観測によりＪＥＭの発生の有無、もしくは真の目標とＪＥＭの判別を行い、判別結果を閾値処理にフィードバックすることでＪＥＭを検出し続けることを防ぐ点については示されておらず、真の目標の検出性能の劣化を防ぐには不十分であった。
【００１２】
この発明は、以上の問題を解決するためになされたものであり、振幅検出後の閾値処理によりノイズの誤検出を防いだ上で、真の目標とＪＥＭを判別するとともに、ＪＥＭと判別された場合はその結果を閾値処理前にフィードバックすることにより、ＪＥＭが検出され続けることを防ぎ、またＪＥＭが検出されたセルの周辺セルにおける目標検出性能の劣化を防ぐことが可能なレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によるレーダ信号処理装置は、送信パルスを発生させる送信機と、送信パルスを電波として目標に放射させるアンテナと、送信及び受信の切替を行う送受切替器と、目標で反射された電波を、アンテナを介して受信する受信機と、上記受信機による受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換器によるＡ／Ｄ変換後の信号に対して、サイドローブ低減のためのウェイティング処理を施すウェイティング処理器と、上記ウェイティング処理器によるウェイティング処理後の信号に対して、ＦＦＴ処理を施し、周波数軸信号に変換する周波数分析器と、上記周波数分析器によるＦＦＴ処理後の信号の振幅を出力する振幅検出器と、上記振幅検出器による振幅検出出力に対して、真の目標の候補としてノイズを誤検出することを防ぐ閾値処理を施す閾値処理器と、上記閾値処理器による振幅検出出力に対して、目標をトラッキングし、そのレンジ及び受信信号強度の挙動を継続して観測する事により、真の目標とＪＥＭとを判別する目標判別器と、上記目標判別器により判別されたＪＥＭを閾値処理器にフィードバックするフィードバック処理と、上記目標判別器の目標判別結果を元に、真の目標を検出する目標検出器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、振幅検出後の閾値処理によりノイズの誤検出を防ぐことで、真の目標となり得る信号の候補を減らした上で、受信信号のレンジ及び強度の挙動観測により真の目標とＪＥＭを判別し、ＪＥＭと判別された場合はその結果を閾値処理前にフィードバックし、ＪＥＭが検出されたセルの信号レベルをあらかじめ設定した受信機雑音相当のレベルに替える事により、以降の処理でＪＥＭが検出され続けることを防ぎ、ＪＥＭが検出されたセルの周辺セルにおける目標検出性能の劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施の形態１によるレーダ信号処理装置の処理フローを示した図である。
【図３】本発明に係る実施の形態１による振幅検出器から閾値処理器に入力される、振幅検出出力の一例と、閾値処理器における処理単位セルを図示したものである。
【図４】本発明に係る実施の形態１による閾値処理器における目標信号検出結果の一例を図示したものである。
【図５】本発明に係る実施の形態１による目標数判断部における目標信号検出結果の一例を図示したものである。
【図６】本発明に係る実施の形態１による信号レンジ比較部における目標信号検出結果の一例を図示したものである。
【図７】本発明に係る実施の形態１による信号強度変化比較部における目標信号検出結果の一例を図示したものである。
【図８】本発明に係る実施の形態１による閾値処理器におけるＪＥＭ判別結果のフィードバック処理反映結果の一例を図示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、実施の形態１によるレーダ装置は、送信機１０１と、アンテナ１０２と、送受切替器１０３と、受信機１０４と、レーダ信号処理装置１１３から構成される。レーダ信号処理装置１１３は、Ａ／Ｄ変換器１０５と、ウェイティング処理器１０６と、周波数分析器１０７と、振幅検出器１０８と、閾値処理器１０９と、目標判別器１１０と、フィードバック処理部１１１と、目標検出器１１２を備えて構成される。
【００１７】
送信機１０１は、送信パルスを発生させる。アンテナ１０２は、送信パルスを電波として目標に放射させる。送受切替器１０３は、送信及び受信の切替を行う。受信機１０４は、目標で反射された電波を、アンテナを介して受信する。Ａ／Ｄ変換器１０５は、受信機１０４による受信信号をＡ／Ｄ変換する。ウェイティング処理器１０６は、Ａ／Ｄ変換後の信号に対してサイドローブ低減のためのウェイティング処理を施す。周波数分析器１０７は、ウェイティング処理後の信号に対しＦＦＴ処理を施し、周波数軸信号に変換する。
【００１８】
振幅検出器１０８は、ＦＦＴ処理後の周波数軸信号の振幅を出力する。閾値処理器１０９は、振幅検出器１０８からの振幅検出出力に対して、真の目標の候補としてノイズを誤検出することを防ぐ閾値処理を施す。目標判別器１１０は、振幅検出出力に対して、目標をトラッキングし、そのレンジ及び受信信号強度の挙動を継続して観測する事により真の目標とＪＥＭとを判別する。フィードバック処理部１１１は、目標判別器１１０による目標判別結果を閾値処理器１０９にフィードバックする。目標検出器１１２は、目標判別器１１０による目標判別結果を元に、真の目標を検出し、検出した真の目標を目標情報として出力する。
【００１９】
次に、図１に示す実施の形態１に係るレーダ装置の要素のうち、ノイズの誤検出を防ぐ閾値処理器１０９と、真の目標とＪＥＭとを判別する目標判別器１１０と、目標判別結果を閾値処理器１０９にフィードバックするフィードバック処理部１１１の巧拙について説明する。図２は、閾値処理器１０９、目標判別器１１０、及びフィードバック処理部１１１の動作フローを図示したものである。
【００２０】
図２において、符号２００は閾値処理器１０９による閾値処理、符号２０１はフィードバック処理を示す。また、目標判別器１１０の処理動作のうち、符号２０２は目標数判断部による目標数判断処理、符号２０３は信号レンジ比較部による同一レンジセル判断処理、符号２０４は信号強度変化比較部による信号強度変化比較処理、符号２０５はループ処理部によるループ処理を示す。
ここで、目標判別器１１０の各処理は、追尾レーダで目標検出をする際に、真の目標単独で検出されることはあっても、真の目標とは別に、その目標のＪＥＭのみが単独で検出されることは無いという前提に基づいている。
【００２１】
振幅検出器１０８から出力された振幅検出出力は閾値処理器１０９に入力される。
図３は、振幅検出器１０８から出力された振幅検出出力の一例を示したものである。図３において、符号３０１は対象セル単位、符号３０２及び３０３はそれぞれレンジ及びドップラー方向である。
閾値処理器１０９の閾値処理では、レンジ及びドップラー方向の全対象セルについて、周辺セルの信号強度及びあらかじめ保持しているパラメータから閾値を決定し、その閾値を超えた信号を真の目標となり得る信号の候補として検出する。図３の例では、ドップラー方向の範囲Ａ、レンジ方向の範囲Ｂについて、範囲Ａ及び範囲Ｂで規定される周辺セルの信号強度を示している。これらの信号強度と、あらかじめ保持しているパラメータを用いて、閾値の決定が行われる。
【００２２】
図４は、図３に対して閾値処理器１０９で真の目標となり得る信号の候補が検出された場合の検出結果の一例を示したものである。図３において、特に信号強度が大きかったセルのうち、符号４０１及び４０２は目標として検出された信号、符号４０３は閾値処理により検出されなかった信号であるケースを、例示している。
【００２３】
閾値処理器１０９から出力された閾値処理出力は、目標数判断部に入力されて目標数の判定処理２０２が実行される。目標数判断処理２０２では、あらかじめパラメータとして保持している目標信号の検出を決定する閾値について、当該閾値を超えた信号の数を目標数として判断する。
【００２４】
目標数判断部で単数目標であると判断された場合は、検出された目標は真の目標１機のものであり、ＪＥＭは存在しないとして、目標検出器１１２に検出した目標信号を出力する。
目標数判断部で複数目標であると判断された場合は、目標判別処理のトラッキング処理２０６を開始し、信号レンジ比較部に目標として検出された信号が出力される。
【００２５】
図５は、目標数判断部の目標数判断処理２０２で、単数目標であると判断される場合の目標信号検出結果の一例を図示したものである。
図５において、符号５０１は検出された目標信号、符号５０２は検出されない目標信号、符号５０３はあらかじめパラメータとして保持している目標信号の検出を決定する閾値であり、この閾値を超えると目標信号として検出されるものである。
【００２６】
信号レンジ比較部の同一レンジセル判断処理２０３では、目標数判断部の目標数判断処理２０２で複数目標であると判断された出力のレンジセルを比較する。
ここで、２目標のレンジセルが異なる場合は、検出された２目標は真の目標２機のものであり、ＪＥＭは存在しないとして目標検出器に出力する。
一方、２目標のレンジセルが同一である場合は、信号強度変化比較部に出力される。
【００２７】
信号レンジ比較部の同一レンジセル判断処理２０３では、２目標が真の目標１機とその目標のＪＥＭであった場合、一般的な追尾レーダでは真の目標の大きさに比べてレンジ分解能の方が大きいことにより、その２目標は同一レンジセルで検出され、異なるレンジセルで検出されることは無いという前提に基づいて、出力処理が行われている。
【００２８】
次に、図６は、信号レンジ比較部の同一レンジセル判断処理２０３の結果、２目標が真の目標２機のものであると判断される場合の目標信号検出結果の一例を図示したものである。図６において、符号６０１は検出された真の目標２機のうち、１機の目標信号、符号６０２は検出された真の目標２機のうち、別の１機の目標信号、符号６０３は図５の符号５０３と同一の閾値である。
【００２９】
信号強度変化比較部による信号強度変化比較処理２０４では、信号レンジ比較部の同一レンジセル判断処理２０３からの出力について、信号強度変化を比較する。
信号強度変化比較部では、あらかじめパラメータとして真の目標の最大信号強度と最小信号強度の比によって決定される閾値を保持している。
ここで、２目標のうち、一方の信号強度が変化してこの閾値を下回り、他方の信号強度はこの閾値を下回らない場合には、２目標を真の目標１機と、その目標のＪＥＭであるとして目標検出器１１２に出力する。
この時、信号強度が急峻に変化した方の目標をＪＥＭ、他方の目標を真の目標として出力する。２目標の信号強度変化が上記を満たさない場合には、２目標をそれぞれ真の目標と目標のＪＥＭであると判断する事が出来ないが、少なからず真の目標１機を検出したとして、引き続きトラッキングを継続するためにループ処理２０５によって信号レンジ比較部の同一レンジセル判断処理２０３へと出力され、上記の処理を繰返し行う。
【００３０】
信号強度変化比較部の信号強度変化比較処理２０４では、一般的にＪＥＭの信号強度は、自レーダがジェットエンジンすなわち真の目標に正対した場合に最大となり、自レーダがジェットエンジンすなわち真の目標の側面と対した場合に最小となるが、このＪＥＭの最大信号強度から最小信号強度への信号強度変化は真の目標の信号強度変化に比して十分急峻であるという前提に基づいて、出力処理を行っている。
【００３１】
図７は、信号強度変化比較部の信号強度変化比較処理２０４において２目標が真の目標１機と、その目標のＪＥＭであると判断される場合の目標信号検出結果の一例を図示したものである。図７において、符号７０１は真の目標のＪＥＭ信号、符号７０２は真の目標の信号、符号７０３は図５の符号５０３と同一の閾値、符号７０４は真の目標の最大信号強度と最小信号強度の比によって決定される閾値である。
信号強度変化比較処理２０４では、この閾値７０４を下回るとその信号は真の目標では無いと判断され、ＪＥＭであるとして出力される。
【００３２】
信号強度変化比較部の２目標のうちＪＥＭであるとして出力された目標は、フィードバック処理２０１によって閾値処理器１０９へと出力される。
閾値処理器１０９ではＪＥＭであるとして出力された目標のセルについてのみ、振幅検出器１０８から出力された振幅検出出力を、あらかじめパラメータとして保持している受信機雑音レベルと入れ替えて上記閾値処理を実施する。
この閾値処理ではこの入れ替えにより、ＪＥＭであるとして出力された目標のセルは、以降真の目標となり得る信号の候補としては検出されない。また同セルを閾値決定に使用する周辺セルが対象セルであった場合の閾値決定においても、本来目標ではないＪＥＭの信号強度により閾値が大きく変化し、真の目標となり得る信号の候補の検出性能が劣化することはない。
【００３３】
上記閾値処理で入れ替えを実施する受信機雑音レベルは、真の目標となり得る信号の候補と比較して十分に小さい信号強度であり、そのセルを閾値の決定に使用する際に、その信号強度により閾値が大きく変化して誤った検出がされることのないものである。
【００３４】
図８は、新たに振幅検出器１０８から出力された振幅検出出力のうち、ＪＥＭであるとして出力された目標のセルを、受信機雑音レベルと入れ替えた結果の一例を図示したものである。図８において、符号８０１は受信機雑音レベルと入れ替えられたセルである。
【００３５】
このように、追尾レーダによる目標検出において、閾値処理によりノイズの誤検出を防いだ上で、同一レンジに２目標検出された際に、両目標をトラッキングし、そのレンジ及び受信信号強度の挙動を継続して観測する事により、航空機本体すなわち真の目標とＪＥＭの判別をし、判別結果を閾値処理にフィードバックすることで、ＪＥＭを検出し続けることを防ぎ、真の目標の検出性能の劣化を防ぐことができる。
【００３６】
以上説明したように本実施の形態１によれば、送信パルスを発生させる送信機と、送信パルスを電波として目標に放射させるアンテナと、送信及び受信の切替を行う送受切替器と、目標で反射された電波を、アンテナを介して受信する受信機と、上記受信機による受信信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、上記Ａ／Ｄ変換器によるＡ／Ｄ変換後の信号に対して、サイドローブ低減のためのウェイティング処理を施すウェイティング処理器と、上記ウェイティング処理器によるウェイティング処理後の信号に対して、ＦＦＴ処理を施し、周波数軸信号に変換する周波数分析器と、上記周波数分析器によるＦＦＴ処理後の信号の振幅を出力する振幅検出器と、上記振幅検出器による振幅検出出力に対して、真の目標の候補としてノイズを誤検出することを防ぐ閾値処理を施す閾値処理器と、上記閾値処理器による振幅検出出力に対して、目標をトラッキングし、同一のレンジ内における受信信号強度の挙動を継続して観測する事により、あらかじめ設定された真の目標の最大信号強度と最小信号強度の比によって決定される閾値に基づいて、真の目標とＪＥＭとを判別する目標判別器と、上記目標判別器により判別されたＪＥＭを閾値処理器にフィードバックするフィードバック処理と、上記目標判別器の目標判別結果を元に、真の目標を検出する目標検出器とを備える。
【００３７】
これによって、追尾レーダによる目標検出において、振幅検出後の閾値処理によりノイズの誤検出を防ぐことで、真の目標となり得る信号の候補を減らした上で、受信信号のレンジ及び強度の挙動観測により真の目標とＪＥＭを判別し、ＪＥＭと判別された場合はその結果を閾値処理前にフィードバックし、ＪＥＭが検出されたセルの信号レベルをあらかじめ設定した受信機雑音相当のレベルに替える事により、以降ＪＥＭが検出され続けることを防ぎ、ＪＥＭが検出されたセルの周辺セルにおける目標検出性能の劣化を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０１  送信機、１０２  アンテナ、１０３  送受切替器、１０４  受信機、１０５  Ａ／Ｄ変換器、１０６  ウェイティング処理器、１０７  周波数分析器、１０８  振幅検出器、１０９  閾値処理器、１１０  目標判別器、１１１  フィードバック処理、１１２  目標検出器、１１３  レーダ信号処理装置、２０１  フィードバック処理、２０２  目標数判断部、２０３  信号レンジ比較部、２０４  信号強度変化比較部、２０５  ループ処理。
【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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【図７】
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【図８】
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