(57)【要約】【課題】不要波成分が存在する環境下における処理性能の更なる向上を図ったレーダ信号処理装置およびレーダ信号処理方法を提供する。【解決手段】主アンテナ１１〜１ｎおよび補助アンテナ２１〜２ｍごとにアダプティブ処理部４を設け、アンテナ素子ごとにクラッタ成分を抑圧する。また主アンテナ１１〜１ｎのアダプティブ処理部４の後段にアダプティブ処理部５を設け、クラッタを抑圧した受信信号から妨害波成分を抑圧する。このようにしてクラッタおよび妨害波成分を抑圧したアンテナ素子信号からビーム形成部１００によりビーム形成処理を行い、また方向抽出部２００により電波到来方向を抽出する。さらに、ビーム形成部１００の後段にアダプティブ処理部７を設け、ビーム出力に不要波成分が残留する場合にはこれを除去する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレイ状に配列されレーダエコーを受信する複数のアンテナ素子と、
これらの複数のアンテナ素子からの受信信号に含まれる不要波成分を抑圧する不要波抑圧手段と、
この不要波抑圧手段により不要波成分の抑圧された前記受信信号から受信ビームを形成するビーム形成手段とを具備することを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
さらに、前記ビーム形成手段により形成された受信ビームに残留する不要波成分を抑圧する残留成分抑圧手段を具備することを特徴とする請求項１に記載のレーダ信号処理装置。
【請求項３】
アレイ状に配列されレーダエコーを受信する複数のアンテナ素子と、
これらの複数のアンテナ素子からの受信信号に含まれる不要波成分を抑圧する不要波抑圧手段と、
この不要波抑圧手段により不要波成分の抑圧された前記受信信号から到来波の到来方向を検出する到来方向検出手段とを具備することを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項４】
前記不要波抑圧手段は、前記アンテナ素子の配列方向に対して分布する不要波成分を抑圧することを特徴とする請求項１または３に記載のレーダ信号処理装置。
【請求項５】
前記不要波抑圧手段は、周波数軸上に分布する不要波成分を抑圧することを特徴とする請求項１または３に記載のレーダ信号処理装置。
【請求項６】
アレイ状に配列されレーダエコーを受信する複数のアンテナ素子からの受信信号に含まれる不要波成分を抑圧する不要波抑圧ステップと、
この不要波抑圧ステップにおいて不要波成分の抑圧された前記受信信号から受信ビームを形成するビーム形成ステップとを具備することを特徴とするレーダ信号処理方法。
【請求項７】
さらに、前記ビーム形成ステップにおいて形成された受信ビームに残留する不要波成分を抑圧する残留成分抑圧ステップを具備することを特徴とする請求項６に記載のレーダ信号処理方法。
【請求項８】
アレイ状に配列されレーダエコーを受信する複数のアンテナ素子からの受信信号に含まれる不要波成分を抑圧する不要波抑圧ステップと、
この不要波抑圧ステップにおいて不要波成分の抑圧された前記受信信号から到来波の到来方向を検出する到来方向検出ステップとを具備することを特徴とするレーダ信号処理方法。
【請求項９】
前記不要波抑圧ステップは、前記アンテナ素子の配列方向に対して分布する不要波成分を抑圧するステップであることを特徴とする請求項６または８に記載のレーダ信号処理方法。
【請求項１０】
前記不要波抑圧ステップは、周波数軸上に分布する不要波成分を抑圧するステップであることを特徴とする請求項６または８に記載のレーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス状のレーダエコーを受信して電波源などの目標の方向を抽出したり、ビーム形成などの処理を行うレーダ信号処理装置およびレーダ信号処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来のレーダ信号処理装置の構成を示す機能ブロック図である。図４において、到来するパルス状のレーダエコーは複数のアンテナ素子１１〜１ｎにおいて受信され、アンテナ素子信号に変換される。各アンテナ素子信号はそれぞれ受信処理部３により低雑音増幅、周波数変換、ディジタル変換などの処理を施されたのち２分岐され、ビーム形成部１００および方向抽出部２００に入力される。ビーム形成部１００は、各素子信号からＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｂｅａｍ  Ｆｏｒｍｉｎｇ）処理などによりビームを形成する。方向抽出部２００は、例えばＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ  ＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）アルゴリズムなどの手法により電波の到来方向を特定する。
しかしながら周知のように、電波受信環境下にはクラッタや妨害波などの種々の不要波成分が存在するため、レーダ信号処理装置が必ずしも所期の性能を発揮できるとは限らない。
【０００３】
図５は、従来のレーダ信号処理装置における処理結果を模式的に示す図である。図５（ａ）のように、受信ビームをフーリエ変換すると複数のフィルタバンクが形成されるが、ドプラ周波数分散が大きい場合には既知の手法によってはクラッタ成分を充分に抑圧することが難しい。よって図５（ｂ）に示されるように、真の目標方向よりも大きなクラッタ成分が処理結果に残ることが有る。また、図５（ｃ）のようにビームのサイドローブ方向から妨害波が到達すると、同様に図５（ｂ）のように大きな妨害波成分が検出されることがある。このような不具合を解消するための種々の手法が下記文献に開示されているが、より一層、効果的に不要波成分を除去することのできる信号処理装置の提供が待たれている。
【０００４】
特許文献１には、グラムシュミット方式に基づき、処理速度を高速化できかつ回路の拡張性に富むアダプティブアンテナ装置が開示される。非特許文献１には、不要波除去に係わる一方式としてのアダプティブＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｔａｒｇｅｔ  Ｉｎｄｉｃａｔｉｏｎ）方式の詳細が開示される。非特許文献２には、ｐ．３５〜３７およびＰ．９８〜９９に、ＳＭＩなどの直接解方式に係わる詳細が記述され、ｐ．６７〜８６にＭＳＮ（Ｍａｘｉｍｕｍ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）方式の詳細が記述される。いずれの方式もクラッタを抑圧するために利用される。さらにこの文献には、電波到来方向抽出の一方式としてのＭＵＳＩＣアルゴリズムに関する詳細が記述される。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−３９７０５号公報
【０００６】
【非特許文献１】
Ｂｅｒｎａｒｄ  Ｌ．Ｌｅｗｉｓ，”ＡＳＰＥＣＴＳ  ＯＦ  ＲＡＤＡＲ  ＳＩＧＮＡＬ  ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ”，ｐｐ．２３７−２３８
【０００７】
【非特許文献２】
菊間信良  著、「アレーアンテナによる適応信号処理」、科学技術出版（１９９９）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように既存のレーダ信号処理装置においては、クラッタや妨害波などの種々の不要波成分が存在する場合に、これらの到来方向と目標方向とを高精度に抽出することが難しく、必ずしも所期の性能を発揮できない場合がある。
【０００９】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、不要波成分が存在する環境下における処理性能の更なる向上を図ったレーダ信号処理装置およびレーダ信号処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、アレイ状に配列されレーダエコーを受信する複数のアンテナ素子と、これらの複数のアンテナ素子からの受信信号に含まれる不要波成分を抑圧する不要波抑圧手段と、この不要波抑圧手段により不要波成分の抑圧された前記受信信号から受信ビームを形成するビーム形成手段とを具備することを特徴とする。また本発明は、前記不要波抑圧手段により不要波成分の抑圧された前記受信信号から到来波の到来方向を検出する到来方向検出手段を具備することを特徴とする。
【００１１】
このような構成であるから、不要波抑圧手段により既に不要波が除去されたアンテナ受信信号をに基づいてビーム形成手段により受信ビームが形成される。または、既に不要波が除去されたアンテナ受信信号に基づいて到来方向検出手段により到来波の到来方向が検出される。
【００１２】
すなわち本発明では、ビームが形成された後に、あるいは到来方向を検出する処理がなされた後に不要な成分を抑圧するのではなく、これらの処理に先立ってアンテナ素子信号そのものに含まれる不要波成分を抑圧するようにしている。従ってより高い精度でビーム形成処理、あるいは到来方向検出処理を実施することが可能となり、これにより不要波成分が存在する環境下における処理性能の更なる向上を図ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明に係わるレーダ信号処理装置の実施の形態を示す機能ブロック図である。図１において、不要波成分を含むパルスレーダエコーは主アンテナ１１〜１ｎおよび補助アンテナ２１〜２ｍによりそれぞれ受信され、受信処理部３により低雑音増幅、アナログ／ディジタル変換などの処理を施されて各々アダプティブ処理部４に入力される。アダプティブ処理部４は各アンテナからの受信信号に対してＰＲＩ（Ｐｕｌｓｅ  Ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ、パルス繰り返し周期）間の処理を施すことにより、受信信号に含まれるクラッタ成分を抑圧する。
【００１４】
補助アンテナ２ｍからの受信信号に基づくクラッタ抑圧後の信号は、複数のアダプティブ処理部５に分岐入力される。また主アンテナ１１〜１ｎからの受信信号に基づくクラッタ抑圧後の信号は、減算器６により各アダプティブ処理部５の出力と減算されたのちそれぞれビーム形成部１００および方向抽出部２００に入力される。減算器６の出力はその一部が各アダプティブ処理部５にフィードバックされる。
【００１５】
アダプティブ処理部５は、補助アンテナ２ｍからの受信信号と、減算器６からのフィードバック入力とに基づいてレンジ方向の処理を施すことにより、主アンテナ１１〜１ｎからのクラッタ抑圧後の信号から妨害波成分を抑圧する。
【００１６】
ビーム形成部１００は、クラッタ成分および妨害成分が抑圧された受信信号に基づいてビーム合成処理を実施し、ΣビームやΔビームなどのビーム出力信号を生成する。その出力は、さらに減算器８およびアダプティブ処理部７からなる処理系に与えられ、アダプティブ処理部７のレンジ方向処理により抽出される不要波成分が減算されて最終的なビーム出力が生成される。
【００１７】
方向抽出部２００は、クラッタ成分および妨害成分が抑圧された受信信号に基づいて、ＭＵＳＩＣ方式などのアルゴリズムに基づいて到来波の到来方向を抽出する。特に到来波が所定の電波源から放射されるものである場合には、この電波源の方向が抽出される。
【００１８】
図２は、図１のアダプティブ処理部４，５，および７の構成を示す回路ブロック図である。アダプティブ処理部４，５，７は、それぞれ遅延量τをもつ複数の遅延線９１〜９Ｋ−１からなるタップドディレイラインを備える。アダプティブ処理部５および７のタップ遅延量τは互いに等しく、レンジセルに相当する長さに設定される。アダプティブ処理部４におけるタップ遅延量τはこれより長く、ＰＲＩに相当する長さに設定される。
【００１９】
図２において、入力信号Ｘｉｎ１は最初の演算セルＢに入力されると共に各タップにおいて順次τずつ遅延され、Ｘｉｎ２〜ＸｉｎＫとしてそれぞれタップごとの演算セルＢに入力される。各演算セルＢの出力Ｘｏｕｔ１〜ＸｏｕｔＫは加算器Ｃ１により加算出力され、その一部は各演算セルＢにフィードバックされる。
【００２０】
各演算セルＢにおいて、入力されたタップ信号Ｘｉｎ１〜ＸｉｎＫはそれぞれ加算器Ｃ１からのフィードバック信号と乗算器Ｂ３において乗算されたのち、加算器Ｂ４を介して係数器Ｂ７に与えられる。加算器Ｂ４の出力の一部はサンプル遅延器Ｂ５および係数器Ｂ６を介して加算器Ｂ４に戻される。これにより複素ウェイトＷが生成され、この複素ウェイトＭは各演算セルＢにおいてタップ信号Ｘｉｎ１〜ＸｉｎＫと乗算されてＸｏｕｔ１〜ＸｏｕｔＫとして出力される。
【００２１】
すなわち演算セルＢは、アダプティブ処理部の出力のうち各タップ信号Ｘｉｎ１〜ＸｉｎＫと相関をもつ信号成分を取り除くものである。このような機能を持つ演算セルＢをアレイ状に接続することにより、アダプティブ処理部において不要波成分をアダプティブに抑圧することが可能になる。そして、タップ遅延量τを適切に設定することで、クラッタ或いは妨害波成分を適応的に除去することができる。
【００２２】
つまりアダプティブ処理部４においてはτがＰＲＩに相当する長さに設定されているため、ＭＴＩ処理と同様の原理のもとでクラッタが適応的に抑圧される。またアダプティブ処理部５，７においてはτがレンジセルに相当する長さに設定されているため、一つのＲＰＩの中での妨害波成分が適応的に抑圧される。特に図１は、アダプティブ処理部５，７においてそれぞれ補助アンテナ２ｍ，２１をサブアレイとして用い、ＭＳＮ方式に基づくアダプティブ処理を実現する構成を示す。このほかアダプティブ処理部５，７によるレンジ方向処理には、グラムシュミット方式や直接解方式などがある。
【００２３】
図３は、本発明に係わるレーダ信号処理装置における処理結果を模式的に示す図である。アダプティブ処理部４により個々のＰＲＩにおける受信信号を用いた相関処理を実施することにより、図３（ａ）のようにクラッタ方向にヌルを形成することができる。また、アダプティブ処理部５，７により個々のレンジセルにおける受信信号を用いた相関処理を実施することにより、図３（ｂ）のように妨害波の到来方向にヌルを形成することができる。
【００２４】
本実施形態では、各主アンテナ１１〜１ｎ、補助アンテナ２１〜２ｍごとにこのような処理を施し、クラッタ成分と妨害波成分とを、個々のアンテナ素子１１〜１ｎ、２１〜２ｍからの受信信号ごとに抑圧する。そして、不要波成分が除去された受信信号を用いてビーム形成および到来方向抽出処理を実施するようにしている。これにより図３（ｃ）に示されるように、クラッタ成分および妨害波成分をともに最小限に抑圧でき、目標信号との分離精度を飛躍的に高めることが可能になる。
【００２５】
このように本実施形態では、主アンテナ１１〜１ｎおよび補助アンテナ２１〜２ｍごとにアダプティブ処理部４を設け、アンテナ素子ごとにクラッタ成分を抑圧する。また主アンテナ１１〜１ｎのアダプティブ処理部４の後段にアダプティブ処理部５を設け、クラッタを抑圧した受信信号から妨害波成分を抑圧する。このようにしてクラッタおよび妨害波成分を抑圧したアンテナ素子信号からビーム形成部１００によりビーム形成処理を行い、また方向抽出部２００により電波到来方向を抽出する。さらに、ビーム形成部１００の後段にアダプティブ処理部７を設け、ビーム出力に不要波成分が残留する場合にはこれを除去するようにしている。
【００２６】
このようにしたので、ビーム形成後、あるいは到来方向抽出処理後の結果から不要波成分を除去する従来の方式に比べ、不要波成分を予め抑圧したアンテナ素子信号を用いてビーム形成および到来方向抽出処理を実施することが可能となるので、各処理にかかる精度を飛躍的に高めることが可能になる。このようなことから、クラッタや妨害波などの不要波成分が存在する環境下においても、処理性能の更なる向上を図ったレーダ信号処理装置を提供することが可能になる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば図１の表示に縛られることなく、補助アンテナ数を増加させ、またレンジ方向処理に係わるアダプティブ処理部５，７を並列に接続するようにすれば、複数の妨害波にも対処することができる。
【００２８】
また図１において、クラッタ周波数や妨害方向などが予め分かっている場合には、特性を固定した周波数フィルタおよび角度フィルタを用いて不要波成分を除去するようにしても良い。すなわち本実施形態では、変化するクラッタ周波数や妨害方位に対処し得るアダプティブ方式に基づく不要波除去を実施するようにした。しかしながらアンテナ素子信号の不要波成分を予め除去することが本発明思想の主要部であるので、不要波除去の方式自体はアダプティブ方式に限らずどのようなものでも良い。
【００２９】
また本実施形態においてはビーム形成処理および方向抽出処理の双方を実施するようにしたが、いずれか一方の処理を実施するようにしても良い。さらに、ビーム形成処理においてはＭＵＳＩＣアルゴリズムを例としてあげたが、ＥＳＰＲＩＴ（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ  ｖｉａ  Ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）処理など他のアルゴリズムを用いても良い。このほか、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上詳しく述べたように本発明によれば、不要波成分が存在する環境下における処理性能の更なる向上を図ったレーダ信号処理装置およびレーダ信号処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるレーダ信号処理装置の実施の形態を示す機能ブロック図。
【図２】図１のアダプティブ処理部４，５，および７の構成を示す回路ブロック図。
【図３】本発明に係わるレーダ信号処理装置における処理結果を模式的に示す図。
【図４】従来のパルスレーダ信号処理装置の構成を示す機能ブロック図。
【図５】従来のレーダ信号処理装置における処理結果を模式的に示す図。
【符号の説明】
Ｂ…演算セル、Ｃ１…加算器、Ｂ３…乗算器、Ｂ４…加算器、Ｂ７…係数器、Ｂ５…サンプル遅延器、Ｂ６…係数器、３…受信処理部、４，５，７…アダプティブ処理部、６…減算器、８…減算器、１１〜１ｎ…主アンテナ、２１〜２ｍ…補助アンテナ、９１〜９Ｋ…遅延線、１００…ビーム形成部、２００…方向抽出部
【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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