(57)【要約】【課題】  パルスドップラーレーダ装置において、ノイズによる誤警報確率を低く抑え、且つ、目標の検出確率確率を向上させた簡易な構成のレーダ信号処理装置を提供する。【解決手段】  目標からの反射波を受信処理しレーダ装置からの距離毎に受信パルス信号の時系列を出力する受信部と、この距離毎の受信パルス信号の時系列に対しコヒーレント積分を施し距離毎の受信データの周波数系列を算出する信号処理部と、この距離毎の受信データの周波数系列に対し周波数成分ごとにＣＦＡＲ処理を施し検出スレッショルド以上のＳ／Ｎ比を持つ受信データの周波数系列を検出する信号検出部と、この検出された受信データの周波数系列の周波数方向の相関性に基づき前記受信パルス信号の時系列が前記目標からの反射波によるものか雑音によるものかを判定するフィルタ相関部とを備えた。【選択図】  図１
2009250616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ装置で使用されるレーダ信号処理装置において、
目標からの反射波を受信処理しレーダ装置からの距離毎に受信パルス信号の時系列を出力する受信部と、
この距離毎の受信パルス信号の時系列に対しコヒーレント積分を施し距離毎の受信データの周波数系列を算出する信号処理部と、
この距離毎の受信データの周波数系列に対し周波数成分ごとにＣＦＡＲ処理を施し検出スレッショルド以上のＳ／Ｎ比を持つ受信データの周波数系列を検出する信号検出部と、
この検出された受信データの周波数系列の周波数方向の相関性に基づき前記受信パルス信号の時系列が前記目標からの反射波によるものか雑音によるものかを判定するフィルタ相関部と
を有することを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
上記信号検出部では、ＣＦＡＲ処理におけるＣＦＡＲ係数の値を所望の誤警報確率Ｐｆａを得ることができる本来の係数値よりも低く設定し、検出スレッショルドを低くすることにより目標からの低Ｓ／Ｎの信号検出を可能とすることで、レーダ装置の検出確率Ｐｄを上げるとともに、
上記フィルタ相関部では、目標からの信号とノイズにおける周波数方向の相関性の差異を分析し、その分析結果によって目標からの信号とノイズとを判別し誤警報確率Ｐｆａを抑えるようにした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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレーダ装置で使用されるレーダ信号処理装置、特に受信信号に対しコヒーレント積分処理を行うことによりドップラーフィルタ成分を得るパルスドップラーレーダシステムにおいて、受信処理の誤警報確率を抑えつつ、低Ｓ／Ｎの受信信号の検出確率を向上させることを可能と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】
レーダ信号処理において、受信処理の誤警報確率を抑えつつ、低Ｓ／Ｎの受信信号の検出確率を向上させた従来の装置として、特開２００１−２０８８３５号公報に記載されたレーダ信号処理装置がある。
【０００３】
この従来のレーダ信号処理装置では、装置全体を通じた複数の信号処理の総合判断によって目標検出処理を行っている。この総合的な処理により、検出確率Ｐｄを低下させずに、誤警報確率Ｐｆａを低く抑えることが可能となっている。具体的には、このレーダ信号処理装置では、クラッタフリー領域での目標の検出確率を上げるため、「ヒット間振幅差検定系統」と「ＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆａｌｓｅ  Ａｌａｒｍ  Ｒａｔｅ、定誤警報確率）処理系統」の２系統の信号処理を有している。いずれの信号処理においても、所望の誤警報確率Ｐｆａを得るのに必要な本来の受信信号の検出スレッショルド（閾値）よりも検出スレショルドを低く設定している。
【０００４】
一般に、レーダ信号の検出スレショルドを低く設定すると、レーダ信号の検出確率Ｐｄは高くなるものの、ノイズ信号を検出する確率も高くなるので、誤警報確率Ｐｆａも高くなってしまう。しかし、この従来の装置では、上記の２系統で個別に信号処理された結果を用いて総合的に処理することにより、検出確率Ｐｄは高く維持したまま、誤警報確率Ｐｆａを低く抑えようとするものである。つまり、前者の「ヒット間振幅差検定系統」の処理は、受信信号のヒット間の信号振幅差に注目してノイズ信号から目標の信号を分離するものである。一方、後者の「ＣＦＡＲ処理系統」の処理は、通常のＣＦＡＲ処理を行うものである。これら２系統の信号処理出力の論理積（ＡＮＤ演算）をとることにより、所望の誤警報確率Ｐｆａを満たしつつ、検出確率Ｐｄの改善を図っている。
【０００５】
上記の２系統の信号処理の総合処理につき、より詳しく説明する。まず、「ＣＦＡＲ処理系統」の処理では、ＣＦＡＲ回路のＣＦＡＲ係数を、所望の誤警報確率Ｐｆａを満たす値よりも低めに設定する。この設定により、検出確率Ｐｄを上げることができる。一方、「ヒット間振幅差検定系統」の処理では、同一レンジビンの同一コヒーレント・パルス・インタバル（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｐｕｌｓｅ  Ｉｎｔｅｒｖａｌ。以下「ＣＰＩ」と称す）内の振幅が、本来のレーダ信号ではほぼ一定であるのに対し、ノイズ信号ではレイリー分布状に散らばるということに注目する。
【０００６】
このレーダ信号とノイズ信号の性質の相違を利用して、検出スレショルドを設定する。この「ヒット間振幅差検定系統」の処理では、例えば、各ヒット間の振幅の分散を算出して、その分散値が一定値より小さければ、「検出あり」として後段のＡＮＤ回路に出力信号を送る。このときに設定された検出スレショルドは、誤警報確率Ｐｆａ及び検出確率Ｐｄの値が大きめとなるように、通常より低めの値に設定しておく。ＡＮＤ回路では、上記２つの処理系統から検出出力があった場合、すなわち両方とも「検出有り」とした場合のみ「検出あり」として、その結果を後段の処理装置に出力する。この２系統の信号処理の総合処理により、振幅が大きくかつヒット間の振幅の分散が小さい信号のみが受信信号として出力されることとなる。その結果、所望の誤警報確率Ｐｆａが達成されるとともに、低Ｓ／Ｎ信号の検出を含む検出確率Ｐｄの値を大きくすることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２０８８３５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし上記の従来のレーダ信号処理装置では、「ヒット間振幅差検定系統」と「ＣＦＡＲ処理系統」という２つの信号処理系統が必要であるため、信号処理装置が大規模なものとなり、装置全体のコストを抑えることが困難であるという問題があった。
【０００９】
また、上記以外の方法で低Ｓ／Ｎ信号の検出確率Ｐｄを上げ、さらに誤警報確率Ｐｆａを抑える手段として、原理的に「１送信パルス当たりの送信パルス電力を増やす」、「複数の送信パルスを空間に放射する」などの手段を挙げることができる。しかし、前者の手段では、電力増加に伴い、送信部が大規模化し装置全体のコストが高くなるという問題がある。一方、後者の手段では、送信パルス数の増加に伴い、データレートの低下を招き装置実現に制約があるという問題がある。
【００１０】
本発明は上述した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。本発明では、通常のコヒーレント積分処理とＣＦＡＲ処理を行う系統を有している。この系統においては、ＣＦＡＲ回路のＣＦＡＲ係数を、所望の誤警報確率Ｐｆａを満たすために必要な値よりも低めに設定する（つまり、検出スレッショルドを低くする）ことにより、低Ｓ／Ｎ信号の検出を含む検出確率Ｐｄを高くしている。その結果、誤警報確率Ｐｆａも高くなり誤警報が多くなる。そこで、この誤警報確率Ｐｆａの上昇を補償するために、目標信号とノイズ信号の周波数領域における相関性（連続性）の差異に着目し、この相関性の差異に基づき、目標信号とノイズ信号を識別して誤警報確率Ｐｆａを抑えるようにしている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係るレーダ信号処理装置は、レーダ装置で使用されるものであって、目標からの反射波を受信処理しレーダ装置からの距離毎に受信パルス信号の時系列を出力する受信部と、この距離毎の受信パルス信号の時系列に対しコヒーレント積分を施し距離毎の受信データの周波数系列を算出する信号処理部と、この距離毎の受信データの周波数系列に対し周波数成分ごとにＣＦＡＲ処理を施し検出スレッショルド以上のＳ／Ｎ比を持つ受信データの周波数系列を検出する信号検出部と、この検出された受信データの周波数系列の周波数方向の相関性に基づき前記受信パルス信号の時系列が前記目標からの反射波によるものか雑音によるものかを判定するフィルタ相関部とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項２に係るレーダ信号処理装置は、上記信号検出部では、ＣＦＡＲ処理におけるＣＦＡＲ係数の値を所望の誤警報確率Ｐｆａを得ることができる本来の係数値よりも低く設定し、検出スレッショルドを低くすることにより目標からの低Ｓ／Ｎの信号検出を可能とすることで、レーダ装置の検出確率Ｐｄを上げるとともに、上記フィルタ相関部では、目標からの信号とノイズにおける周波数方向の相関性の差異を分析し、その分析結果によって目標からの信号とノイズとを判別し誤警報確率Ｐｆａを抑えるようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のレーダ信号処理装置は、以上説明したような構成を有するため、特に、信号検出部における通常のＣＦＡＲ処理とフィルタ相関部における相関処理という組合せを採用することにより、大規模な送信部や信号処理装置を不用とし、低コストで検出確率が高く誤警報確率の低いレーダ装置を得ることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
一般に、信号検出のスレッショルド値（閾値）を低くすると、低Ｓ／Ｎである目標（レーダ装置から遠距離に存在する目標や低ＲＣＳ（Ｒａｄａｒ  Ｃｒｏｓｓ  Ｓｅｃｔｉｏｎ、レーダ反射断面積）の目標）を検出することができ、探知確率Ｐｄが向上する。しかし、同時にノイズなどによる誤警報確率Ｐｆａも増加してしまう。ここで、目標からの受信信号とノイズの周波数方向の振幅分布について考えると、目標からの受信信号では、大きな振幅を持つドップラー周波数成分に対し、それに隣接する周波数成分においても振幅が大きくなる。他方、ノイズでは、大きな振幅を持つドップラー周波数成分に対し、それに隣接する周波数成分において振幅が大きいとは限らない。よって、上記性質の差異を利用して目標からの受信信号とノイズの判定精度を向上させ、誤警報確率Ｐｆａを抑えることができる。本実施の形態はこの性質を利用したものである。
【００１５】
図１は、本発明のレーダ信号処理装置の構成を示す概略ブロック図である。図１において、１は送信パルス信号を出力する送信部、２は送信パルス信号を空間に放射し、目標対象からの反射波を受信する空中線部、３は目標対象からの反射波を受信処理する受信部である。４は受信パルス信号列にコヒーレント積分処理を施し、受信データ系列を算出する信号処理部である。
【００１６】
受信パルス信号列は、距離と時間の２次元座標軸上で表せる信号である。受信パルス信号列は、レーダ装置からの距離に応じて分類すると距離毎の受信パルス信号の時系列の集合と見ることができる。一方、受信データ系列は、距離と周波数の２次元座標軸上で表せる信号である。受信データ系列は、レーダ装置からの距離に応じて分類すると距離毎の受信データの周波数系列の集合と見ることができる。以上の説明から明らかなように、受信データ系列は受信パルス信号列を距離ごとの時系列の信号に対しフーリエ変換処理を施した結果と見ることができる。
【００１７】
５は信号処理部４で算出した受信データ系列に対して周波数成分ごとにＣＦＡＲなどの信号検出処理を施し、検出スレッショルド以上のＳ／Ｎ比を持つ信号を検出する信号検出部である。６は信号検出部５を通過し量子化された受信データ系列の、周波数軸上での相関性（連続性）を参照し、信号検出部５で検出した信号が対象目標からの信号であるか、ノイズ信号であるかを判定するフィルタ相関部である。
【００１８】
次に上記構成による本発明のレーダ信号処理装置の動作について説明する。送信部１では送信パルス信号が生成され出力される。この送信パルス信号は、サーキュレータを経由し空中線部２を通してレーダ装置から空間へ送信電波信号として放射される。放射された電波信号は対象目標で反射し、受信電波信号として再びレーダ装置へ戻ってくる。この受信電波信号は空中線部２で受信され、サーキュレータを経由し受信部３へ入力される。
【００１９】
受信部３では、この受信電波信号を受信パルス信号列として信号処理部４へ出力する。この受信パルス信号列は、距離と時間の２次元座標軸上で表せる信号である。信号処理部４では、受信パルス信号列にコヒーレント積分を施して受信データ系列を算出する。この受信データ系列は、距離と周波数の２次元座標軸上で表せる信号である。図２に受信データ系列の一例を示す。受信パルス信号列にコヒーレント積分処理を行うことにより、「距離−周波数」軸上で表現される受信データ系列が変換生成される。
【００２０】
信号検出部５では、受信データ系列に対して周波数成分ごとにＣＦＡＲなどの信号検出処理を施す。ＣＦＡＲ処理では、処理される信号のＳ／Ｎ比と対応する一定の閾値（検出スレッショルド）が設定されている。この検出スレッショルド以上のＳ／Ｎ比を持つ信号を検出する。ＣＦＡＲ処理で得られた量子化された受信データ系列の距離対周波数軸上での様子を図３に示す。ここで、ＣＦＡＲ処理での検出スレショルドの設定は、本来の誤警報確率Ｐｆを得るのに必要なスレショルド値よりも低く設定されている。これは、後段のフィルタ相関部５で検出信号の周波数方向の相関性を判定することで誤警報確率Ｐｆａの改善を図ることが可能であるからである。スレッショルドを低くして検出信号を増やし、低Ｓ／Ｎ信号の検出を含む探知確率Ｐｄを向上させることが可能となる。
【００２１】
フィルタ相関部５では、検出された信号が周波数軸方向に連続して検出されていれば、目標からの受信信号と判断して「検出有り」とする。この周波数軸方向の連続性を相関性ともいう。具体的には、一定の周波数幅の範囲で、所定のレベル以上の信号が存在する場合に相関性（連続性）があると判断される。一方、信号が周波数軸方向に連続して検出されなければノイズ（誤警報）と判断して、検出された信号を「検出無し」とする。図３においてフィルタ相関した結果を図４に示す。図４において破線で囲んだ信号が目標からの信号として検出されている。これにより、低Ｓ／Ｎ信号の検出を含む探知確率Ｐｄを維持しつつ誤警報確率Ｐｆａをおさえることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置内の信号処理部におけるコヒーレント積分後の受信データ系列の一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置内の信号検出部におけるＣＦＡＲ処理後の量子化された受信データ系列の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１によるレーダ信号処理装置内のフィルタ相関部におけるフィルタ相関によって検出された目標からの信号の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  送信部、  ２  空中線部、  ３  受信部、  ４  信号処理部、  ５  信号検出部、
６  フィルタ相関部。
【図１】
2009250616.tif 000003
【図２】
2009250616.tif 000004
【図３】
2009250616.tif 000005
【図４】
2009250616.tif 000006