(57)【要約】【課題】受信信号に不要反射波及び妨害波等の不要波が混入した場合であっても、不要波であると正しく判別し、目標を効率よく検出することができる目標検出装置を得る。【解決手段】第三の記憶装置５ａに格納された妨害波モデルの確率密度関数を用いて受信信号が妨害波信号である確率を妨害波評価装置５ｂで算出する妨害波電力予測装置５と、第四の記憶装置６ａに格納された不要反射波モデルの確率密度関数を用いて受信信号が不要反射波信号である確率を算出する不要反射波評価装置６ｂとを備え、受信信号が不要反射波及び妨害波等の不要波であると正しく判別できる構成とした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標からの反射信号と不要反射波及び妨害波等の不要波信号を含む受信信号をＡ／Ｄ変換する受信装置と、
前記受信装置によりＡ／Ｄ変換された受信信号をＣＰＩ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｐｕｌｓｅ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ）単位でパルスヒット方向にF F T ( F a s t F o u r i e r T r a n s f o r m )処理し、対応したＣＰＩ単位における信号処理セル毎の振幅情報を配列してＣＰＩ列とするコヒーレント積分装置と、
前記コヒーレント積分装置で生成された信号処理セル毎の振幅情報が格納される第一の記憶装置と、
前記第一の記憶装置に格納された信号処理セル毎の振幅情報を振幅検波する振幅検波装置と、
雑音モデルの確率密度関数を格納する第二の記憶装置と、
前記振幅検波装置による振幅検波結果と前記雑音モデルの確率密度関数とを評価して前記受信信号が目標信号である確率を算出する目標電力評価装置とから構成される目標電力予測装置と、
妨害波モデルのドップラ周波数毎の確率密度関数を格納する第三の記憶装置と、
前記信号処理セル毎の振幅情報と前記妨害波モデルのドップラ周波数毎の確率密度関数とを評価して前記受信信号が妨害波信号である確率を算出する妨害波評価装置とから構成される妨害波電力予測装置と、
不要反射波モデルのドップラ周波数毎の確率密度関数を格納する第四の記憶装置と、
前記信号処理セル毎の振幅情報と前記不要反射波モデルのドップラ周波数毎の確率密度関数とを評価して前記受信信号が不要反射波信号である確率を算出する不要反射波評価装置とから構成される不要反射波電力予測装置と、
ＣＰＩ単位の評価関数の計算結果を時系列データとして保存し、過去からの前記ＣＰＩ単位の評価関数に基づき、ＣＰＩ間における信号処理セルの目標遷移確率を算出する目標運動予測装置と、
前記目標信号である確率と前記妨害波信号である確率と前記不要反射波信号である確率と前記目標遷移確率それぞれに基づき、信号処理セル毎の目標らしさを評価し、ＣＰＩ間における推移を評価し、ＣＰＩ間における評価関数を算出する評価関数計算装置と、
前記ＣＰＩ間における評価関数を時系列データとして保存し、過去のＣＰＩを含む評価関数の履歴から、評価関数が最大となる信号処理セルの過去から現在への遷移を探索して遷移情報を算出する積分路探索装置と、
前記積分路探索装置により算出された前記遷移情報に基づき、信号処理セルの振幅をＣＰＩ間で積分する積分経路を算出する積分路決定装置と、
前記積分路決定装置により算出された前記積分経路に基づき、信号処理セルの振幅をＣＰＩ間で積分するとともに、積分結果を用いて予め設定した電力閾値を超える信号を目標として判定し目標判定結果を出力する目標信号検出装置と、
前記目標信号検出装置により判定した前記目標判定結果と前記信号処理セルの振幅情報を用いて、目標との相対角度、相対距離、相対速度を含む観測情報を算出する目標信号追尾装置とを備える目標検出装置。
【請求項２】
前記妨害波電力予測装置は、前記第三の記憶装置に格納する妨害波モデルのドップラ周波数毎の確率密度関数を事前に生成する妨害波モデル生成装置を備える請求項１記載の目標検出装置。
【請求項３】
前記不要反射波電力予測装置は、前記第四の記憶装置に格納する不要反射波モデルのドップラ周波数毎の確率密度関数を事前に生成する不要反射波モデル生成装置を備える請求項１または請求項２に記載の目標検出装置。
【請求項４】
前記妨害波モデル生成装置及び前記不要反射波モデル生成装置は、モデル生成制御装置により制御される請求項２または請求項３に記載の目標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空間に放射された電波による目標からの反射信号を受信して目標を検出する目標検出装置に関する。
【０００２】
受信した反射信号から目標を検出する方法として、あらかじめ設定した電力閾値を超える信号電力を有する反射信号を目標信号として判定することにより検出する方法がある。しかし、この方法をレーダ反射断面積（Ｒａｄａｒ  Ｃｒｏｓｓ−Ｓｅｃｔｉｏｎ：以降、「ＲＣＳ」という）が小さい目標に適用する場合、目標からの反射信号電力は雑音電力と同程度に微弱であるため、電力閾値を雑音レベルまで下げる必要があり、目標からの反射信号ではなく雑音を目標として誤判定する可能性が高く、目標検出が困難となる。
低ＲＣＳ目標からの微弱な目標信号を検出する方法としては、例えば、特許文献１に示すように、信号処理セル毎の反射信号振幅が目標信号である確率を目標電力予測にて算出する方法がある。また、特許文献２に示すように、雑音である確率を、予め用意した雑音モデルの確率密度関数を用いて算出して評価する方法があり、これらの方法を用いて目標らしさを判定することによって目標を検出する方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４９１２７６２号公報（第３−６頁、図１）
【特許文献２】特開２０１６−５７１２９号公報（第１０−１３頁、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の目標検出装置では、予め用意した雑音モデルの確率密度関数を用いて反射信号が雑音である確率を算出する方法を用いる。しかし、クラッタ等の不要反射波及び周囲からの妨害波等の目標からの反射信号以外の不要波信号が受信信号に含まれている場合、予め用意した雑音モデルの確率密度関数と不要波の確率密度関数は異なり不要波を雑音ではないと判定する可能性がある。その結果として、不要波信号を目標信号として誤検出するという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、受信信号に不要反射波及び妨害波等の不要波が混入した場合であっても、不要波であると正しく判別し、目標を効率よく検出することができる目標検出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】
【０００６】
この発明に係る目標検出装置は、目標からの反射信号と不要反射波及び妨害波等の不要波信号を含む受信信号をＡ／Ｄ変換する受信装置と、Ａ／Ｄ変換された受信信号をＣＰＩ単位でパルスヒット方向にＦＦＴ処理し、対応したＣＰＩ単位における信号処理セル毎の振幅情報に変換して第一の記憶装置に出力するコヒーレント積分装置と、第一の記憶装置から出力された受信信号の振幅情報を振幅検波装置で閾値処理した結果と、第二の記憶装置に格納された熱雑音等の雑音モデルの確率密度関数とを目標電力評価装置で評価し、受信信号が目標信号である確率を算出する目標電力評価装置と、第一の記憶装置から出力された受信信号の振幅情報と第三の記憶装置に予め格納された妨害波モデルの確率密度関数とを妨害波評価装置で評価し、受信信号が妨害波信号である確率を算出する妨害波電力予測装置と、第一の記憶装置から出力された受信信号の振幅情報と第四の記憶装置に予め格納された不要反射波モデルの確率密度関数とを不要反射波評価装置で評価し、受信信号が不要反射波信号である確率を算出する不要反射波電力予測装置と、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置から出力されるＣＰＩ単位の評価関数（以降、この評価関数を「ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ」という）を時系列データとして保存し、過去からのＣＰＩ単位のｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅに基づき、ＣＰＩ間における信号処理セルの遷移確率を計算する目標運動予測装置と、信号処理セル毎の振幅信号が、目標である確率、妨害波である確率、不要反射波である確率から目標らしさを評価することで信号処理セル毎の「目標らしさ」を評価し、その結果をｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅとして算出するｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置と、ＣＰＩ単位のｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅを時系列データとして保存し、過去のＣＰＩを含むｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅの履歴から、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅが最大となる信号処理セルの過去から現在への遷移を探索し、遷移情報を出力する積分路探索装置と、信号処理セルの遷移情報に基づき、信号処理セルの振幅をＣＰＩ間で積分する積分経路を決定する積分路決定装置と、積分経路に基づき、信号処理セルの振幅をＣＰＩ間で積分するとともに、積分結果を用いて予め設定した電力閾値を超える信号を目標として判定し目標判定結果を出力する目標信号検出処理装置と、目標判定結果と第一の記憶装置から出力される信号処理セルの振幅情報を用いて、目標との相対角度、相対距離、相対速度を含む観測情報を算出する目標信号追尾処理装置とを備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る目標検出装置によれば、受信信号が不要波信号である確率及び目標信号である確率を正しく算出することができ、受信信号に不要波信号が混入した場合であっても、目標を効率的に検出することができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１を示す目標検出装置のブロック図である。
【図２】実施の形態２を示す目標検出装置のブロック図である。
【図３】実施の形態２に示す目標検出装置のモデル生成制御の動作内容を示したフローチャートである。
【図４】実施の形態２に示す目標検出装置の妨害波モデルの生成例を示す図である。
【図５】実施の形態２に示す目標検出装置の不要反射波モデルの生成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
この発明に係る実施の形態1における目標検出装置１００について図１を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１を示す目標検出装置のブロック図である。
図１において、実施の形態１の目標検出装置１００は、受信装置１、コヒーレント積分装置２、第一の記憶装置３、目標電力予測装置４、妨害波電力予測装置５、不要反射波電力予測装置６、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置７、目標運動予測装置８、積分路探索装置９、積分路決定装置１０、目標信号検出装置１１、目標信号追尾装置１２から構成される。
また、目標電力予測装置４は、振幅検波装置４ａと第二の記憶装置４ｂと目標電力評価装置４ｃを、妨害波電力予測装置５は、第三の記憶装置５ａと妨害波評価装置５ｂを、不要反射波電力予測装置６は、第四の記憶装置６ａと不要反射波評価装置６ｂをそれぞれ有している。
なお、この実施の形態は積分路探索の処理に特徴を有するため、センサ、アンテナ等を含む受信処理の説明は省略する。
【００１０】
受信装置１は、目標からの反射信号と不要反射波及び妨害波等の不要波信号を含む受信信号をＡ／Ｄ変換する。コヒーレント積分装置２は、受信装置１でＡ／Ｄ変換された受信信号をＣＰＩ単位でパルスヒット方向にＦＦＴ処理し、対応したＣＰＩ単位における信号処理セル毎の振幅情報に変換し、第一の記憶装置３に出力する。
【００１１】
第一の記憶装置３に格納された受信信号の振幅情報は、目標電力予測装置４、妨害波電力予測装置５、不要反射波電力予測装置６にそれぞれ出力される。目標電力予測装置４は、第一の記憶装置３から出力された受信信号の振幅情報を振幅検波装置４ａで閾値処理した結果と、第二の記憶装置４ｂに予め格納された熱雑音等の雑音モデルの確率密度関数とを目標電力評価装置４ｃで評価し、受信信号が目標信号である確率を算出し、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置７へ出力する。
【００１２】
妨害波電力予測装置５は、第一の記憶装置３から出力された受信信号の振幅情報と第三の記憶装置５ａに予め格納された妨害波モデルの確率密度関数とを妨害波評価装置５ｂで評価し、受信信号が妨害波信号である確率を算出し、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置７へ出力する。
【００１３】
不要反射波電力予測装置６は、第一の記憶装置３から出力された受信信号の振幅情報と第四の記憶装置６ａに予め格納された不要反射波モデルの確率密度関数とを不要反射波評価装置６ｂで評価し、受信信号が不要反射波信号である確率を算出し、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置７へ出力する。
【００１４】
目標運動予測装置８は、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置７から出力されるＣＰＩ単位のｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅを時系列データとして保存し、過去からのＣＰＩ単位のｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅに基づき、ＣＰＩ間における信号処理セルの遷移確率を計算し、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置７へ出力する。
【００１５】
ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置７は、目標電力予測装置４から出力される目標信号である確率と、妨害波電力予測装置５から出力される妨害波信号である確率及び不要反射波電力予測装置６から出力される不要反射波信号である確率と、目標運動予測装置７から出力されるＣＰＩ間における信号処理セルの遷移確率に基づき、信号処理セル毎の「目標らしさ」を評価し、その結果をｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅとして積分路探索装置８及び目標運動予測装置７へ出力する。
【００１６】
積分路探索装置８は、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置７から出力されるＣＰＩ単位のｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅを時系列データとして保存し、過去のＣＰＩを含むｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅの履歴から、ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅが最大となる信号処理セルの過去から現在への遷移を探索し、遷移情報を積分路決定装置９へ出力する。
【００１７】
積分路決定装置９は、積分路探索装置８から出力された信号処理セルの遷移情報に基づき、信号処理セルの振幅をＣＰＩ間で積分する積分経路を決定する。
目標信号検出処理装置１０は、積分路決定装置９により算出された積分経路に基づき、信号処理セルの振幅をＣＰＩ間で積分するとともに、積分結果を用いて予め設定した電力閾値を超える信号を目標として判定し目標判定結果を出力する。
目標信号追尾処理装置１１は、目標信号検出処理装置１０から出力される目標判定結果と第一の記憶装置３から出力される信号処理セルの振幅情報を用いて、目標との相対角度、相対距離、相対速度を含む観測情報を算出する。
【００１８】
以上のように、実施の形態１に係る目標検出装置１００は、妨害波電力予測装置５の第三の記憶装置５ａ及び不要反射波電力予測装置６の第四の記憶装置６ａそれぞれに予め格納した妨害波モデル及び不要反射波モデルの確率密度関数を用いることにより、受信信号が妨害波である確率及び不要反射波である確率を正しく算出することができ、受信信号に妨害波及び不要反射波等の不要波が混入した場合であっても、目標を効率的に検出することができるという効果を奏する。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態１では、妨害波電力予測装置５の第三の記憶装置５ａ及び不要反射波電力予測装置６の第三の記憶装置６ａには、予め作成した妨害波モデル及び不要反射波モデルの確率密度関数が格納されていた。
これに対し、実施の形態２の目標検出装置１００は、前記妨害波電力予測装置５に妨害波モデル生成装置５ｃを、前記不要反射波電力予測装置６に不要反射波モデル生成装置６ｃをそれぞれ付加し、目標検出装置１００を制御するモデル生成制御装置１３を外部に付加したことを特徴とする。その他の構成は、図１に示した実施の形態１と同じである。
【００２０】
実施の形態２における目標検出装置１００について図２〜図５を用いて説明する。図２は、実施の形態２に示す目標検出装置のブロック図であり、図３はモデル生成制御の動作内容を示したフローチャート、図４は妨害波モデルの生成例を示す図、図５は不要反射波モデルの生成例を示す図である。
【００２１】
実施の形態２の妨害波電力予測装置５は、妨害波モデル生成装置５ｃ、第三の記憶装置５ａ、妨害波評価装置５ｂから構成され、不要反射波電力予測装置６は、不要反射波モデル生成装置６ｃ、第四の記憶装置６ａ、不要反射波評価装置６ｂから構成される。
モデル生成制御装置１３は、図３に示したモデル生成のフローチャートに従い、目標検出装置を制御する。
【００２２】
次に、モデル生成制御装置１３の制御により、妨害波電力予測装置５及び不要反射波電力予測装置６が、モデル生成制御装置１３の指示に従い妨害波モデル及び不要反射波モデルの確率密度関数を作成する処理過程を、図３のフローチャートを用いて説明する。
以下では便宜上、本目標検出装置を搭載したレーダ装置を仮定して説明する。
【００２３】
ステップ２０ｂにおいてレーダ装置が起動すると、ステップ２１においてモデル生成制御装置１３は、目標を探索する準備ができたことを検知する。なお、ステップ２１において目標を探索する準備が出来ていない場合、モデル生成制御装置１３は探索準備が出来るまで状態を保留する。
【００２４】
ステップ２２において、モデル生成制御装置１３は、レーダ装置の受信系統のみを作動させ、妨害波モデル生成のシーケンスを開始する制御信号を目標検出装置１００へ送信する。
【００２５】
ステップ２３では、モデル生成制御装置１３は、妨害波モデル生成装置５ｃへ妨害波モデル生成の開始を指示するとともに、レーダ装置の受信系統に空間の妨害波を受信させ、受信した妨害波信号をＡ／Ｄ変換後、ＦＦＴ処理することにより妨害波信号の信号処理セル毎の振幅情報に変換し第一の記憶装置３に格納するように制御する。
【００２６】
妨害波モデル生成装置５ｃは、第一の記憶装置３から出力される、妨害波信号の信号処理セル毎の振幅情報（例えば、図４の妨害波のスペクトラム３０）を統計処理して、ドップラ周波数毎の振幅確率密度関数を算出することにより妨害波モデルの確率密度関数（例えば、図４の妨害波モデル３１〜３３）を生成し、第三の記憶装置５ａに格納する。
【００２７】
ステップ２４において、モデル生成制御装置１３は、妨害波モデル生成完了後にレーダ装置が目標探査モードをアクティブにするまでの時間を観測する。アクティブ移行までまだ時間的な余裕があると判断した場合、時間経過や場所の違いにより大きく変動する妨害波モデルを最新化するために、再度ステップ２３の妨害波モデル生成のシーケンスを起動させる。
【００２８】
ステップ２５では、アクティブ移行までの時間が設定時間以下になると、モデル生成制御装置１３は、レーダ装置の送受信系統を作動させて、地面や水面等のクラッタが生じる場所に対して送信パルスを送信させる。
【００２９】
ステップ２６において、モデル生成制御装置１３は、不要反射波モデル生成装置６ｃへ不要反射波モデル生成の開始を指示するとともに、レーダ装置の受信系統に送信した送信パルスの反射信号を受信させる。このとき受信した反射信号にはランドクラッタやシークラッタ等の不要反射波信号が含まれており、これをＡ／Ｄ変換後、ＦＦＴ処理することにより不要反射波信号の信号処理セル毎の振幅情報に変換し第一の記憶装置３に格納するように制御する。
【００３０】
不要反射波モデル生成装置６ｃは、第一の記憶装置３から出力される、不要反射波信号の信号処理セル毎の振幅情報（例えば、図５の妨害波のスペクトラム３５）を統計処理して、ドップラ周波数毎の振幅確率密度関数を算出することにより不要反射波モデルの確率密度関数（例えば、図５の妨害波モデル３６〜３８）を生成し、第四の記憶装置６ａに格納する。
【００３１】
ステップ２７においてモデル生成制御装置１３は、不要反射波モデル生成完了後、送信系統のみを停止させる。
ステップ２８においてモデル生成制御装置１３は、時間経過や場所の違いにより大きく変動する妨害波モデルを最新化するために、再度妨害波モデル生成のシーケンスを起動させてアクティブ移行前に再度妨害波モデルを生成させる。
【００３２】
ステップ２９では、モデル生成制御装置１３はレーダ装置のアクティブ移行のタイミングを確認する。まだアクティブに移行するタイミングではないと判断した場合、モデル生成制御装置１３はアクティブに移行できるタイミングまで状態を保留する。
【００３３】
ステップ２０ｅにおいてモデル生成制御装置１３は、不要波信号モデル生成を終了させ、レーダ装置をアクティブに移行し、送受信系統を作動させて目標探索のための送信を開始して受信信号から目標信号を検出するシーケンスを起動する。
【００３４】
上記した実施の形態２においても、妨害波電力予測装置５の第三の記憶装置５ａ及び不要反射波電力予測装置６の第四の記憶装置６ａそれぞれに格納された、事前に取得した妨害波モデル及び不要反射波モデルの確率密度関数を用いて妨害波評価装置５ｂ、不要反射波評価装置６ｂによって妨害波である確率と不要反射波である確率を算出するため、実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、実運用環境下で直接生成した不要波モデルを用いることができるため、信号処理セルの振幅情報が妨害波及び不要反射波によるものである確率をより正しく算出することができる。
【００３５】
なお、上記した実施の形態２では、不要波モデル生成をレーダ装置がアクティブに移行する前にのみ実行する制御としているが、移動体等での運用を想定すると、移動先の地形や環境により、または時間経過によっても電波環境は変化するため、得られる不要波モデルも異なってくることが想定され、アクティブ移行後に一定時間が経過した場合、一定距離移動した場合に再度不要波モデル生成を実施する構成としても実施の形態１と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００３６】
１００  目標検出装置、１  受信装置、２  コヒーレント積分装置、３  第一の記憶装置、４  目標電力予測装置、４ａ  振幅検波装置、４ｂ  第二の記憶装置、４ｃ  目標電力評価装置、５  妨害波電力予測装置、５ａ  第三の記憶装置、５ｂ  妨害波評価装置、５ｃ  妨害波モデル生成装置、６  不要反射波電力予測装置  ６ａ  第四の記憶装置、６ｂ  不要反射波評価装置、６ｃ  不要反射波モデル生成装置、７  ｔｒａｃｋ ｓｃｏｒｅ計算装置、８  目標運動予測装置、９  積分路探索装置、１０  積分路決定装置、１１  目標信号検出装置、１２  目標信号追尾処理装置、１３  モデル生成制御装置、２０ｂ、２０ｅ  ステップ、２１〜２９  ステップ、３０  妨害波のスペクトラム、３１〜３３  妨害波モデル、３５  不要反射波のスペクトラム、３６〜３８  不要反射波モデル。
【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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