(57)【要約】【課題】クラッタ信号の影響を適切に排除してターゲットを正確に検出する。【解決手段】方位毎及び送波部が１回転する毎に生成される波形であって、受信信号を構成する複数のサンプルが基準位置からの距離及びサンプルのエコー振幅値で特定される座標上にプロットされたエコー振幅値波形、のエンベロープを抽出する抽出部１２と、複数のエコー振幅値波形を構成する複数のサンプルのうちの、抽出部１２で抽出された各エンベロープの極大点を構成するサンプルである極大点サンプル、のエコー振幅値の値に基づいて閾値を設定する閾値設定部１４と、閾値設定部１４で設定された閾値と各エコー振幅値波形を構成するサンプルのエコー振幅値との比較結果に基づいてターゲットを検出する検出部１５と、を備えた信号処理装置１０を構成する。【選択図】図１
2016206153.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波の反射波を受波して得られる受信信号を処理する信号処理装置であって、
前記受信信号を構成する複数のサンプルが、前記信号処理装置からの距離及び前記サンプルのエコー振幅値で特定される座標上にプロットされた波形であって、前記信号処理装置を基準位置とした方位毎、及び前記送信波を送波する送波部が各前記方位に向かうように１回転する毎に生成されるエコー振幅値波形、のエンベロープを抽出する抽出部と、
複数の前記エコー振幅値波形を構成する複数の前記サンプルのうちの、前記抽出部で抽出された各前記エンベロープの極大点を構成するサンプルである極大点サンプル、のエコー振幅値の値に基づいて閾値を設定する閾値設定部と、
前記閾値設定部で設定された前記閾値と、各前記エコー振幅値波形を構成する前記サンプルのエコー振幅値との比較結果に基づいてターゲットを検出する検出部と、
を備えていることを特徴とする、信号処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の信号処理装置において、
複数の前記エコー振幅値波形に含まれる複数の前記極大点サンプルを前記距離毎に分類する分布生成部を更に備え、
前記閾値設定部は、前記距離毎に分類された複数の前記極大点サンプルのエコー振幅値に基づき、前記距離毎に前記閾値を設定することを特徴とする、信号処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の信号処理装置において、
前記閾値設定部は、前記距離毎に分類された複数の前記極大点サンプルにおいて、これらをエコー振幅値が高い方から順に並べた場合における上位所定割合に含まれるサンプルのうち最もエコー振幅値が低いサンプル、のエコー振幅値に基づいて、前記閾値を設定することを特徴とする、信号処理装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の信号処理装置において、
前記エコー振幅値波形を構成する前記サンプルのエコー振幅値が所定値以上となるサンプルが所定数以上、前記距離の方向に連続した場合、複数の該サンプルを、前記閾値を設定するための前記極大点サンプルの対象から除外することを特徴とする、信号処理装置。
【請求項５】
送信波を送波する送波部と、
前記送信波の反射波を受波する受波部と、
前記受波部によって受波された反射波から得られる受信信号を処理する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の信号処理装置と、
前記信号処理装置によって検出された探知対象に関する情報を表示する表示部と、
を備えていることを特徴とする、レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力された信号を処理してターゲットを検出する信号処理装置、及びこの信号処理装置を備えたレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より知られている信号処理装置として、例えば特許文献１には、以下のようなレーダ信号処理装置が開示されている。具体的には、このレーダ信号処理装置は、レーダ信号の２次元ヒストグラムを得ると共に、この２次元ヒストグラムからクラッタのクラッタ信号分布を推定し、このクラッタ信号分布からクラッタ除去関数を作成し、このクラッタ除去関数からリアルタイムにクラッタ除去分布を除去してターゲット信号を抽出するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−２０２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した特許文献１に開示されるレーダ信号処理装置においてクラッタ信号分布を推定する際、レーダ信号を構成する距離方向の平均値を利用している(CA-CFARなど)。この方式では、レーダパルス照射面の影のエコー・レベルが平均処理に用いられるため、クラッタ・レベルが低めに推定され、ターゲットだけでなく多数のクラッタがターゲットとして検出されるという問題が発生する。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、クラッタ信号の影響を適切に排除してターゲットを正確に検出することができる信号処理装置、及びこの信号処理装置を備えたレーダ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係る信号処理装置は、送信波の反射波を受波して得られる受信信号を処理する信号処理装置であって、前記受信信号を構成する複数のサンプルが、前記信号処理装置からの距離及び前記サンプルのエコー振幅値で特定される座標上にプロットされた波形であって、前記信号処理装置を基準位置とした方位毎、及び前記送信波を送波する送波部が各前記方位に向かうように１回転する毎に生成されるエコー振幅値波形、のエンベロープを抽出する抽出部と、複数の前記エコー振幅値波形を構成する複数の前記サンプルのうちの、前記抽出部で抽出された各前記エンベロープの極大点を構成するサンプルである極大点サンプル、のエコー振幅値の値に基づいて閾値を設定する閾値設定部と、前記閾値設定部で設定された前記閾値と、各前記エコー振幅値波形を構成する前記サンプルのエコー振幅値との比較結果に基づいてターゲットを検出する検出部と、を備えている。
【０００７】
（２）好ましくは、前記信号処理装置は、複数の前記エコー振幅値波形に含まれる複数の前記極大点サンプルを前記距離毎に分類する分布生成部を更に備え、前記閾値設定部は、前記距離毎に分類された複数の前記極大点サンプルのエコー振幅値に基づき、前記距離毎に前記閾値を設定する。
【０００８】
（３）更に好ましくは、前記閾値設定部は、前記距離毎に分類された複数の前記極大点サンプルにおいて、これらをエコー振幅値が高い方から順に並べた場合における上位所定割合に含まれるサンプルのうち最もエコー振幅値が低いサンプル、のエコー振幅値に基づいて、前記閾値を設定する。
【０００９】
（４）好ましくは、前記信号処理装置は、前記エコー振幅値波形を構成する前記サンプルのエコー振幅値が所定値以上となるサンプルが所定数以上、前記距離の方向に連続した場合、複数の該サンプルを、前記閾値を設定するための前記極大点サンプルの対象から除外する。
【００１０】
（５）上記課題を解決するため、本発明のある局面に係るレーダ装置は、送信波を送波する送波部と、前記送波部から送波された送信波の反射波を受波する受波部と、前記受波部によって受波された反射波から得られる受信信号を処理する、上述したいずれかの信号処理装置と、前記信号処理装置によって検出された探知対象に関する情報を表示する表示部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、クラッタ信号の影響を適切に排除してターゲットを正確に検出することができる信号処理装置、及びこの信号処理装置を備えたレーダ装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。
【図２】図１に示すエコー振幅値波形生成部によって生成されたエコー振幅値波形の一例を示す図である。
【図３】図１に示す抽出部によって抽出されたエコー振幅値波形のエンベロープを、エコー振幅値波形とともに示す図である。
【図４】図１に示す極大点サンプル分布生成部によって生成された極大点サンプル分布波形の一例を示す図である。
【図５】所定のサンプル番号に分類された極大点サンプルが振幅値順に並べられた状態の一例を示す図である。
【図６】図１に示すエコー振幅値波形生成部によって生成されたエコー振幅値波形に、閾値設定部によって生成された閾値曲線を重ねあわせて表示した図である。
【図７】変形例に係るレーダ装置のブロック図である。
【図８】図７に示すエコー振幅値波形生成部によって生成されたエコー振幅値波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る信号処理部（信号処理装置）を備えたレーダ装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。本発明は、入力された信号を処理してターゲットを検出する信号処理装置、及びこの信号処理装置を備えたレーダ装置として広く適用することができる。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１のブロック図である。本実施形態のレーダ装置１は、例えば、漁船等の船舶としての自船に備えられている。このレーダ装置１によれば、海上に存在する物標（他船等）を検出することができる。
【００１５】
図１に示すように、レーダ装置１は、アンテナユニット２と、信号処理装置としての信号処理部１０と、表示器４と、を備えている。
【００１６】
アンテナユニット２は、アンテナ５と、受信部６と、Ａ／Ｄ変換部７と、を含んでいる。
【００１７】
アンテナ５は、指向性の強いパルス状電波を送信可能なレーダアンテナである。また、アンテナ５は、物標からの反射波を受波するように構成されている。レーダ装置１は、パルス状電波を送波してから反射波を受波するまでの時間を測定する。これにより、レーダ装置１は、物標までの距離ｒを検出することができる。アンテナ５は、水平面上で３６０°回転可能に構成されている。アンテナ５は、パルス状電波の送信方向を変えながら（アンテナ角度を変えながら）、電波の送受信を繰り返し行うように構成されている。以上の構成で、レーダ装置１は、自船周囲の平面上の物標を、３６０°にわたり探知することができる。
【００１８】
受信部６は、アンテナ５で受波した受信波から得られるエコー信号（受信信号）を検波して増幅する。受信部６は、増幅したエコー信号を、Ａ／Ｄ変換部７へ出力する。Ａ／Ｄ変換部７は、アナログ形式のエコー信号をサンプリングし、複数ビットからなるデジタルデータ（エコーデータ）に変換する。ここで、上記エコーデータは、アンテナ５が受信したエコー信号の強度（信号レベル）を特定するデータを含んでいる。Ａ／Ｄ変換部７は、エコーデータを、信号処理部１０へ出力する。
【００１９】
信号処理部１０は、アンテナユニット２から出力されたエコーデータに基づき、他船等の物標を検出する。また、信号処理部１０は、海面からの信号（海面クラッタ信号）の影響を適切に排除した状態で、他船等の物標の検出を行うことができる。また、信号処理部１０は、アンテナユニット２からのエコーデータに基づき、自船を中心としたエコー画像を生成する。
【００２０】
信号処理部１０は、エコー振幅値波形生成部１１と、抽出部１２と、極大点サンプル分布生成部１３と、閾値設定部１４と、検出部１５と、を備えている。
【００２１】
図２は、エコー振幅値波形生成部１１によって生成されたエコー振幅値波形の一例を示す図である。
【００２２】
エコー振幅値波形生成部１１は、横軸をサンプル番号（すなわち、アンテナを基準位置としたサンプルまでの距離）に対応させ且つ縦軸をエコー振幅値に対応させた直交座標上に、受信信号を構成するサンプルをプロットしてエコー振幅値波形を生成する。図２で表示されるドットは、上述した直交座標上にプロットされた各サンプルを示している。
【００２３】
エコー振幅値波形生成部１１は、各方位に対応してエコー振幅値波形を生成する。また、エコー振幅値波形生成部１１は、アンテナが１回転する毎に、各方位に対応するエコー振幅値波形を生成する。例えば一例として、エコー振幅値波形生成部１１が２度毎にエコー振幅波形を生成する場合、エコー振幅値波形生成部１１は、アンテナが１回転する間に１８０枚のエコー振幅値波形を生成する。この場合、エコー振幅値波形生成部１１は、アンテナが２回転する間に３６０枚のエコー振幅値波形を生成する。
【００２４】
図３は、抽出部１２によって抽出されたエコー振幅値波形のエンベロープを、エコー振幅値波形とともに示す図である。
【００２５】
図３を参照して、抽出部１２は、エコー振幅値波形から、当該エコー振幅値波形のエンベロープ（包絡線）を抽出する。そして、抽出部１２は、抽出された各エンベロープの極大点サンプルＭＰを抽出し、抽出した極大点サンプルＭＰに関する情報を極大点サンプル分布生成部１３に通知する。本実施形態では、極大点サンプルＭＰが有する情報には、各極大点サンプルＭＰのサンプル番号（レーダ装置の位置を基準位置としたサンプルの距離に対応する番号）と、各極大点サンプルＭＰの振幅値とが含まれる。
【００２６】
図４は、極大点サンプル分布生成部１３によって生成された極大点サンプル分布波形の一例を示す図である。
【００２７】
極大点サンプル分布生成部１３は、複数のエコー振幅値波形のそれぞれに含まれる全ての極大点サンプルＭＰを用いて、以下で詳しく説明する極大点サンプル分布波形を生成する。具体的には、極大点サンプル分布生成部１３は、全ての極大点サンプルＭＰをサンプル番号別に分類し、サンプル番号別に分類された極大点サンプルＭＰを振幅値順に並べる。図５に、所定のサンプル番号Ｘに分類された極大点サンプルが振幅値順に並べられた状態の一例を示す。そして、極大点サンプル分布生成部１３は、上述のような作業を全てのサンプル番号のそれぞれにおいて行うことにより、図４に示すような極大点サンプル分布波形を生成する。
【００２８】
なお、図４に示す波形では、波形が煩雑になるのを避けるため、極大点サンプルＭＰの図示を省略し、２つの線Ｌ１及びＬ２を示している。Ｌ１は、各サンプル番号に分類された極大点サンプルのうち最も振幅値が大きい極大点サンプルを繋いだ線である。また、Ｌ２は、各サンプル番号に分類された極大点サンプルのうちの振幅値の大きい方の５％に含まれる極大点サンプルのうち、最も振幅値が小さい極大点サンプルを繋いだ線である。
【００２９】
閾値設定部１４は、極大点サンプル分布生成部１３によって生成された極大点サンプル分布波形を用いて、ターゲット検出の際に用いられる閾値を設定する。具体的には、閾値設定部１４は、極大点サンプル分布波形の各サンプル番号において、振幅値順に並べられた複数の極大点サンプルＭＰにおける振幅値が大きい方の所定パーセント（本実施形態の場合、５％）に含まれる極大点サンプルＭＰのうち最も振幅値が小さい極大点サンプルＭＰの振幅値を、閾値として設定する（図５参照）。これにより、閾値設定部１４は、各サンプル番号に対応する閾値を設定する。この閾値は、図４に示す線Ｌ２によって表される。以下、この線Ｌ２を閾値曲線Ｌ２と称する。
【００３０】
図６は、エコー振幅値波形生成部１１によって生成されたエコー振幅値波形に、閾値設定部１４によって生成された閾値曲線Ｌ２を重ねあわせて表示した図である。
【００３１】
検出部１５は、エコー振幅値波形生成部１１によって生成されたエコー振幅値波形と、閾値設定部１４によって生成されたサンプル番号毎の閾値とに基づいて、ターゲットを検出する。具体的には、検出部１５は、エコー振幅値波形において閾値以上となっているピーク波形を、ターゲットに起因する波形であるとして、当該波形に基づいてターゲットを検出する。図５に示す例では、２つのターゲットが検出される。
【００３２】
ここで、上述のように閾値曲線Ｌ２を設定することにより、ターゲットを検出する際に用いられる閾値を適切に設定できる理由について説明する。ターゲットを検出する際、ターゲットに起因するエコーと、海面クラッタに起因するエコーとを判別することが重要となる。レーダ装置は、海上を航行する船舶等に設置されるため、レーダ装置によって得られる受信信号のサンプルは、大部分が海面に起因するクラッタによるものである。よって、上述のように、受信信号を構成する複数のサンプルの統計情報を用いて閾値を設定することにより、海面クラッタ信号に応じた適切な閾値を設定することができる。
【００３３】
表示器４には、信号処理部１０によって生成されたエコー画像が表示されるとともに、検出部１５によって検出されたターゲットに関する情報（例えば一例として、ターゲットの位置）が表示される。
【００３４】
ところで、従来から知られている信号処理装置（例えば特許文献１に開示されている信号処理装置）では、サンプル単位の統計情報を利用してクラッタ信号の分布を推定しているため、レーダ信号に含まれるレーダパルス照射面の影の情報が混入する、といった問題があった。詳しく説明すると、サンプル単位の統計情報を利用した場合、あるピーク波形の立ち下がり部分のエコー振幅値が、物標から反射したエコーなのか、乱反射等に起因するエコーなのかの判別がつきにくく、クラッタ信号の分布を正確に得ることができない、といった問題があった。
【００３５】
これに対して、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、エコー振幅値波形から抽出されたエンベロープの極大点サンプルＭＰの統計情報を利用して、ターゲットを検出するための閾値（閾値曲線Ｌ２）を設定している。こうすると、上述したようなレーダパルス照射面の影の情報（すなわち、エコー振幅値波形の立ち下がり部分のサンプルの情報）を排除することができるため、海面クラッタ信号を正確に除去することができる。
【００３６】
［効果］
以上のように、本実施形態に係る信号処理部１０では、エコー振幅値波形から抽出されたエンベロープの極大点サンプルのエコー振幅値に基づいて、ターゲットを検出するための閾値を設定している。そうすると、上述したレーダパルス照射面の影の情報が排除されるため、ターゲットを正確に検出できる。
【００３７】
従って、レーダ装置１によれば、クラッタ信号の影響を適切に排除してターゲットを正確に検出することができる信号処理装置を提供できる。
【００３８】
また、信号処理部１０では、サンプル番号毎（すなわち、アンテナを基準としたサンプルまでの距離毎）に、閾値を設定している。これにより、サンプル番号毎に閾値を適切に設定することができるため、ターゲットをより適切に検出することができる。
【００３９】
また、信号処理部１０では、サンプル番号毎に分類された複数の前記極大点サンプルにおいて、これらをエコー振幅値が高い方から順に並べた場合における上位所定割合（本実施形態の場合、上位５％）に含まれるサンプルのうち最もエコー振幅値が低いサンプル、のエコー振幅値に基づいて、閾値を設定している。これにより、サンプル番号毎に、閾値をより適切に設定することができる。
【００４０】
また、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、ターゲットを正確に検出可能な信号処理装置を備えたレーダ装置を提供できる。
【００４１】
［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
【００４２】
（１）図７は、変形例に係るレーダ装置１ａのブロック図である。本変形例に係るレーダ装置１ａは、上述したレーダ装置１ａと比べて、信号処理部１０ａのエコー振幅値波形生成部１１ａの構成が異なっている。具体的には、エコー振幅値波形生成部１１ａは、非海面反射領域判定部１１ｂを有している。非海面反射領域判定部１１ｂは、エコー振幅値波形のうち、海面反射領域でない非海面反射領域（例えば、陸地等）を判別するように構成されている。
【００４３】
非海面反射領域判定部１１ｂは、振幅値が所定値以上となるサンプルが所定数以上連続して出現した場合、その区間を非海面反射領域と判定する（図８参照）。そして、エコー振幅値波形生成部１１ａは、非海面反射領域に含まれるサンプルについては、エコー振幅値波形を生成するサンプルから除外し、それ以外のサンプルのみを用いてエコー振幅値波形を生成する。
【００４４】
以上のように、海面反射領域でないと判定された非海面反射領域に含まれるサンプルについては、エコー振幅値波形を生成するサンプルから除外される。そうすると、エコー振幅値波形における比較的広範囲に亘って出現する陸地等に起因するサンプルを、閾値曲線Ｌ２を設定する基となるサンプルから除外できる。これにより、本変形例に係るレーダ装置１ａによれば、ターゲットを検出するための閾値を、より適切に設定することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１，１ａ          レーダ装置
１０，１０ａ      信号処理部（信号処理装置）
１２              抽出部
１４              閾値設定部
１５              検出部
【図１】
2016206153.tif 000003
【図２】
2016206153.tif 000004
【図３】
2016206153.tif 000005
【図４】
2016206153.tif 000006
【図５】
2016206153.tif 000007
【図６】
2016206153.tif 000008
【図７】
2016206153.tif 000009
【図８】
2016206153.tif 000010