(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、
受信信号に対して長い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも長い時間長のデータに対して高次の低域除去フィルタ処理を行う高次低域除去フィルタ手段と、
高次低域除去フィルタ手段から出力され、低周波クラッタ成分が漏れ込むことなく十分にクラッタ除去された他の周波数信号にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力するＦＦＴ手段と、
ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトルピーク検出手段とを備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、受信信号に対してコヒーレント積分処理を行うコヒーレント積分手段と、
コヒーレント積分手段の出力に対して長い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも長い時間長のデータに対して高次の低域除去フィルタ処理を行う高次低域除去フィルタ手段と、
高次低域除去フィルタ手段から出力され、低周波クラッタ成分が漏れ込むことなく十分にクラッタ除去された他の周波数信号にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力するＦＦＴ手段と、
ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトルピーク検出手段とを備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項３】
空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、
受信信号に対して短い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも短い時間長のデータに対して低次の高域除去フィルタ処理を行う低次高域除去フィルタ手段と、
低次高域除去フィルタ手段から出力され、高周波クラッタ成分が除去された他の周波数信号にＦＦＴ処理を施してドップラスペクトルを出力するＦＦＴ手段と、
ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトルピーク検出手段とを備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項４】
空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、
受信信号に対して短い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも短い時間長のデータに対して低次の高域除去フィルタ処理を行う低次高域除去フィルタ手段と、
低次高域除去フィルタ手段から出力され、高周波クラッタ成分が除去された受信信号にコヒーレント積分処理を行うコヒーレント積分手段と、
コヒーレント積分手段の出力に対してＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力するＦＦＴ手段と、
ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトル検出手段とを備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項５】
空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、
受信信号に対して短い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも短い時間長のデータに対して低次の高域除去フィルタ処理を行う低次高域除去フィルタ手段と、
低次高域除去フィルタ手段から出力され、高周波クラッタ成分が除去された受信信号に対してコヒーレント積分処理を行うコヒーレント積分手段と、
コヒーレント積分手段の出力に対して長い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも長い時間長のデータに対して高次の低域除去フィルタ処理を行う高次低域除去フィルタ手段と、
高次低域除去フィルタ手段から出力され、低周波クラッタ成分が漏れ込むことなく十分にクラッタ除去された他の周波数信号にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力するＦＦＴ手段と、
ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトルピーク検出手段とを備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ドップラレーダにおける受信信号に含まれるクラッタ成分を除去し、観測対象のドップラ速度を正しく計測するレーダ信号処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
レーダは、空中に電波を放射し、観測対象（ターゲット）で反射された電波を受信し、受信信号を処理することにより、観測対象の位置や視線方向の速度などを計測するものである。ただし、放射した電波は観測対象以外の物体でも反射されるため、不要成分であるクラッタ成分が受信信号に混入する。そのため、観測対象の情報を正しく得るには、受信信号からクラッタ成分を取り除く必要がある。
【０００３】
例えば、上空大気の風速分布を観測するウィンドプロファイラでは、観測対象は大気であり、その他の物体で反射された電波がクラッタとなる。ウィンドプロファイラで最も問題となるのは、地表面や地上の構造物などの反射波が原因となる地形クラッタである。
ウィンドプロファイラはドップラレーダが地上に固定されており、かつ地形クラッタ源も静止していることから、地形クラッタは０のドップラ速度をもつ。
ウィンドプロファイラでは、気象条件によっては観測対象のレーダ断面積が極めて小さいため、観測対象で反射されたエコーの強度が極めて低くなることがある。そのため、空中線サイドローブで受信される地形クラッタでも、その影響が大きな問題となりうる。
【０００４】
このような地形クラッタを除去して移動目標を抽出する処理はＭＴＩ（Moving Target Indicator）と呼ばれ、従来から行われている。ドップラレーダにおけるＭＴＩ処理は、地形クラッタのドップラ速度が０であることを利用して、ドップラ速度が０の成分のみを除去することにより実現される。
【０００５】
一般に、ウィンドプロファイラは図１３に示すような構成をもつ。
図１３において、１０１は空中線、１０２は送受信手段、１０３はドップラ信号処理手段（本願発明のレーダ信号処理装置に相当する）、１０４は表示・記録手段である。
送受信手段１０２で生成された電波は、空中線１０１から空中へ放射される。空中へ放射された電波は、観測対象である大気によって反射される。反射された電波の一部は空中線１０１により受信され、送受信手段１０２手段に入力される。
送受信手段では、受信した反射電波を増幅および周波数変換することにより、受信信号を出力する。送受信手段１０２から出力された受信信号はドップラ信号処理手段１０３に入力され、ドップラ信号処理が施される。信号処理の結果は表示・記録手段１０４に入力され、表示あるいは記録される。
【０００６】
図１３のドップラ信号処理手段１０３は、例えば図１４に示す構成となる。
図１４において、２がＦＦＴ処理部、１０６が０ドップラ除去処理部、３がドップラスペクトルピーク検出部である。
ＦＦＴ処理部２は受信信号にＦＦＴ処理を施すことにより、受信信号のパワースペクトルを算出する。このパワースペクトルには、大気乱流エコーのドップラスペクトルに、大気乱流以外で反射されたクラッタ成分が混入している。
クラッタ成分の一つである地形クラッタは静止物からの反射波であることから、そのドップラ速度は０である。
そこで、０ドップラ除去処理部１０６は受信信号のパワースペクトルからドップラ速度０の成分を除去することにより、地形クラッタを除去する。図１５はこの０ドップラ除去処理部１０６の動作原理を説明するための図である。
図１５(a)はドップラ速度０に高いレベルの地形クラッタ成分を含むパワースペクトルを示している。図１５(b)はこのパワースペクトルからドップラ速度０の部分を除去した状況を示している。図１５(c)はこのパワースペクトルに対して、地形クラッタとして除去した部分を、周囲のドップラ周波数点のデータを用いて補間することにより、ドップラ速度０の点のデータを定める。
【０００７】
実際には、地表面の草木が風に揺らぐことにより、地形クラッタが０を中心に幅をもったドップラ速度成分をもつことがある。あるいは気象条件によって地表面付近の電波伝播特性が時間変動するなどの原因により、地形クラッタの強度が時間的に変動するため、地形クラッタのドップラ速度成分が見かけ上、広がりをもつこともある。
そこで、ドップラ速度０を中心として、予め定めた周波数幅をもつ領域のドップラスペクトル成分を除去する場合もある。
【０００８】
このように、従来の地形クラッタの処理では、ＦＦＴ処理後にドップラ速度０の成分を取り除くことが行われていた。しかし、この方法では、図１６に示すようにＦＦＴ処理の時間窓の長さを超える周期をもつ地形クラッタ成分が存在する場合に、ＦＦＴ処理後のドップラスペクトル上で０以外のドップラ速度に地形クラッタが漏れ出すため、地形クラッタ除去効果が十分に得られないことがある。
【０００９】
このような問題を解決する方法として、ウェーブレットを用いる手法がJordan et al.,“ Removing Ground and Intermittent Clutter Contamination from Wind Profilers Signals Using Wavelet Transforms”, Journal of Atmospheric and Oceanic Technology,（1997） に提案されている。
一般に、時間−周波数解析では、不確定性原理により、高い時間分解能と高い周波数分解能を同時に実現させることができない。すなわち、高い周波数分解能を得るためには、長い時間のデータを必要とするため、時間分解能が低下する。
上記のウェーブレットでは、低い周波数は長い時間窓で処理することにより、周波数分解能を高くし、高い周波数では短い時間窓で処理することにより、時間分解能を高くする。
【００１０】
このようなウェーブレット処理を、地形クラッタを含むデータに適用した場合のレーダ信号処理手段の内部構成例を図１７に示す。図１７において、１０７はWavelet変換部、１０８はクラッタ除去部である。３は図１４で説明したドップラスペクトルピーク検出部と同じである。
地形クラッタはドップラ速度０付近に存在することから低周波の処理となり、
ウェーブレット処理では長い時間窓で処理される。したがって、地形クラッタは高い周波数分解能で処理される。
そのため、通常のＦＦＴ処理では時間窓よりも長くなるような長周期の地形クラッタ成分が存在する場合にも、高い周波数分解能での処理により、地形クラッタ成分の他の周波数への漏れ出しを防ぐことができる。
そのため、クラッタ除去部１０８では高い精度で地形クラッタを除去することができる。
また、航空機クラッタなどの短時間のみ継続する高周波クラッタ成分は、高い時間分解能でこれを除去することが可能である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、ウェーブレット処理を行えば、長周期成分をもつ地形クラッタや、短時間のみ継続する航空機クラッタのような高周波クラッタを十分に除去することが可能となる。
ただし、ウェーブレット処理は、ＦＦＴ処理のように効率的な演算アルゴリズムが開発されていないため、ＦＦＴ処理に比べて計算に要する時間が大きくなるという問題があった。
【００１２】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、ドップラレーダの受信信号に含まれる長周期の地形クラッタ成分および／または航空機クラッタのように短時間のみ継続する高周波クラッタ成分を少ない演算量で除去し、観測対象の速度を正しく計測するレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この請求項１に係る発明のレーダ信号処理装置は、空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、受信信号に対して長い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも長い時間長のデータに対して高次の低域除去フィルタ処理を行う高次低域除去フィルタ手段と、高次低域除去フィルタ手段から出力され、低周波クラッタ成分が漏れ込むことなく十分にクラッタ除去された他の周波数信号にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力するＦＦＴ手段と、ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトルピーク検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、この請求項２に係る発明のレーダ信号処理装置は、空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、受信信号に対してコヒーレント積分処理を行うコヒーレント積分手段と、コヒーレント積分手段の出力に対して長い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも長い時間長のデータに対して高次の低域除去フィルタ処理を行う高次低域除去フィルタ手段と、高次低域除去フィルタ手段から出力され、低周波クラッタ成分が漏れ込むことなく十分にクラッタ除去された他の周波数信号にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力するＦＦＴ手段と、ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトルピーク検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、この請求項３に係る発明のレーダ信号処理装置は、空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、受信信号に対して短い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも短い時間長のデータに対して低次の高域除去フィルタ処理を行う低次高域除去フィルタ手段と、低次高域除去フィルタ手段から出力され、高周波クラッタ成分が除去された他の周波数信号にＦＦＴ処理を施してドップラスペクトルを出力するＦＦＴ手段と、ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトルピーク検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、この請求項４に係る発明のレーダ信号処理装置は、空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、受信信号に対して短い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも短い時間長のデータに対して低次の高域除去フィルタ処理を行う低次高域除去フィルタ手段と、低次高域除去フィルタ手段から出力され、高周波クラッタ成分が除去された受信信号にコヒーレント積分処理を行うコヒーレント積分手段と、コヒーレント積分手段の出力に対してＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力するＦＦＴ手段と、ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトル検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、この請求項５に係る発明のレーダ信号処理装置は、空間に電磁波を放射して観測対象で反射された電磁波を受信し、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、受信信号に対して短い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも短い時間長のデータに対して低次の高域除去フィルタ処理を行う低次高域除去フィルタ手段と、低次高域除去フィルタ手段から出力され、高周波クラッタ成分が除去された受信信号に対してコヒーレント積分処理を行うコヒーレント積分手段と、コヒーレント積分手段の出力に対して長い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも長い時間長のデータに対して高次の低域除去フィルタ処理を行う高次低域除去フィルタ手段と、高次低域除去フィルタ手段から出力され、低周波クラッタ成分が漏れ込むことなく十分にクラッタ除去された他の周波数信号にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力するＦＦＴ手段と、ＦＦＴ手段から出力されたパワースペクトルから観測対象のエコーのスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトルピーク検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明のレーダ信号処理装置の実施の形態１を示す構成ブロック図である。
図において、１は高次低域除去フィルタ処理部、２は信号にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを算出するＦＦＴ処理部、３はＦＦＴ処理部で算出したパワースペクトルを入力し、ドップラスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出するドップラスペクトルピーク検出部である。
【００１９】
次に図１の動作について説明する。
図６は図１のレーダ信号処理装置の動作原理を説明するための図である。
高次低域除去フィルタ処理部１では、受信信号に対して、ドップラ速度０およびその近傍のドップラ速度点の成分を除去する低域除去フィルタ処理を施す。
ただし、この低域除去フィルタ処理は、後段のＦＦＴ処理よりも長い時間長のデータに対してフィルタ処理を行うものとする。
具体的には、ＦＦＴ処理部２におけるＦＦＴ点数よりも高次の時間領域フィルタを用いる。時間領域フィルタとしては、ＩＩＲ (Infinite Impulse Response)フィルタ、あるいはＦＩＲ (Finite Impulse Response) フィルタなどの一般的な方式のフィルタを用いればよい。これにより、ＦＦＴ処理部２におけるＦＦＴ処理では予め想定した時間窓長よりも長い周期をもつクラッタ成分も十分に除去することが可能となる。
【００２０】
受信信号に対して低周波クラッタ成分除去のため、上記の個別の高次低域除去フィルタを用い、他の周波数分析には効率のよいＦＦＴ処理を行う。
図１７に示したウェーブレット処理では、等価的に全周波数範囲において、周波数毎に個別のフィルタ処理を行うのに比べて、少ない演算量で信号処理を行うことができる。
【００２１】
次に、図２はこの発明のレーダ信号処理装置の実施の形態１を示す別の構成ブロック図である。図２において、４はコヒーレント積分処理部である。その他は図１で説明したものと同様とする。
【００２２】
図２は、図１のレーダ信号処理装置の入力段にコヒーレント積分処理部を設けたものである。
コヒーレント積分処理とは、時系列データに対して、予め定めた時間長（点数）のデータを、そのまま積算する処理を意味することとする。
コヒーレント積分処理はデータの位相情報を保ったままデータを積算するため、データのＳＮ比が向上され、かつデータレートが低減されるという効果がある。
一般に、時系列信号のデータレートが低下すると、誤りなく測定可能なドップラ速度の最大値が小さくなる。しかし、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合は、データサンプリングレート（パルス繰返し周波数）は十分に高く設定されているため、コヒーレント積分処理によってデータレートが低下しても問題とはならない。
【００２３】
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、後段のＦＦＴ処理よりも長い時間窓をもつ高次の低域除去フィルタを用いてクラッタ除去処理を行うことにより、低周波クラッタ成分が他の周波数に漏れ込むことなく、十分にクラッタ除去を行うことができる。
したがって、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合、その受信信号から地形クラッタ成分を十分に除去して上空大気の風速を正確に計測することができる。
【００２４】
また、低周波クラッタ成分に対して上記個別の低域除去フィルタを用い、他の周波数分析には効率のよいＦＦＴを用いるので、周波数毎に個別のフィルタ処理を行うウェーブレット処理に比べて少ない演算量で低周波クラッタ成分除去処理を行うことができる。
【００２５】
なお、地形クラッタの特性はウィンドプロファイラに限らずドップラレーダ一般に共通のものであることから、この発明はウィンドプロファイラに限らず一般のドップラレーダにも適用できるものである。特に移動する観測対象の反射率が小さく、観測対象からのエコーのＳＮ比が十分にとれない場合に有効となる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態１では、後段のＦＦＴ処理の時間窓長よりも長い周期を持つ低周波の地形クラッタを抑圧するレーダ信号処理装置について説明した。
この実施の形態２では、後段のＦＦＴ処理の時間窓長よりも短い時間長のデータに対して、高周波のクラッタ除去処理を行うレーダ信号処理装置について説明する。
【００２７】
図３はこの発明のレーダ信号処理装置の実施の形態２を示す構成ブロック図である。図３において、２１は低次高域除去フィルタ処理部である。その他は実施の形態１で説明したものと同様である。
【００２８】
次に図３の動作について説明する。
図７は図３の構成のレーダ信号処理装置の動作原理を説明するための図である。
図７では、高周波のクラッタが短時間のみ継続して混入する状況を示している。
このような状況は、例えばレーダビーム内を航空機が通過した場合などに生じる。この場合、混入したクラッタが高周波であれば、短い時間長のデータであっても、クラッタ成分が１周期以上含まれると予想される。したがって、短い時間長の高域除去フィルタを用いても十分にクラッタを除去することができる。
【００２９】
そこで、低次高域除去フィルタ処理部２１では受信信号に対して短い時間長のフィルタ処理を行う。具体的には、低次のＩＩＲ高域除去フィルタあるいは低次のＦＩＲ高域除去フィルタなどの一般的な方式のフィルタを用いればよい。
これにより高周波クラッタ成分の除去処理後は、ＦＦＴ処理部２によりパワースペクトルを算出する。そのＦＦＴ点数は低次高域除去フィルタ処理部２１の次数よりも大きいものとなる。ドップラスペクトルピーク検出部３は、ＦＦＴ処理部２で算出されたパワースペクトルからドップラスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を算出する。
【００３０】
このように図３の構成ブロック図によれば、図１７に示したウェーブレット処理を用いた構成と同等の高周波クラッタ除去性能を得るのに、高周波成分のみに対して、個別のフィルタ処理を行いクラッタを除去し、その他の周波数分析には効率のよいＦＦＴ処理を行っている。したがって、等価的に全周波数範囲に対して、周波数毎に個別のフィルタ処理を行うウェーブレット処理に比べて、演算量は少なくて済む。
【００３１】
次に、図４はこの発明のレーダ信号処理装置の実施の形態２を示す別の構成ブロック図である。この図の符号は全て図１，図２，図３で説明したものと同様である。
次に図４の動作について説明する。
送受信手段から入力した受信信号は低次高域除去フィルタ２１によって高周波クラッタ成分を除去する。高周波クラッタ成分除去後の受信信号はコヒーレント積分処理部４によりコヒーレント積分を施される。
これにより、ＳＮ比が向上されるとともに、データレートが低減される。
コヒーレント積分処理後の受信信号はＦＦＴ処理部２によってＦＦＴ処理され、パワースペクトルが算出される。
コヒーレント積分処理部４での処理によりデータレートが低減しているため、ＦＦＴ処理部２におけるＦＦＴ点数は図３の構成の場合よりも少なくて済むため、演算量は少なくて済む。
【００３２】
ドップラスペクトルピーク検出部３は、ＦＦＴ処理部２で算出されたパワースペクトルを入力し、ドップラスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から大気のドップラ速度を算出する。
【００３３】
なお、図４の構成においてコヒーレント積分処理部４が低次高域除去フィルタ処理部２１の後段となるのは、同様に高域除去特性をもつコヒーレント積分処理よりも前に、コヒーレント積分処理よりも抑圧度の高い高域除去フィルタ処理を低次高域除去フィルタ処理部２１で実現するためである。
【００３４】
以上のように、本発明の実施の形態２を示す図３，図４の構成例によれば、ドップラレーダの受信信号に対して短い時間窓をもつ低次の高域除去フィルタ処理を行うことにより、短時間のみ継続して混入する高周波クラッタ成分、あるいは短時間に周波数が変化する高周波クラッタ成分を十分に除去することができる。
したがって、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合、その受信信号から航空機等の高周波クラッタ成分を十分に除去して上空大気の風速を正確に計測することができる。
ここで航空機クラッタの特性はウィンドプロファイラに限らずドップラレーダ一般に共通のものであることから、この発明は一般のドップラレーダにも適用できるものである。特に移動する観測対象の反射率が小さく、観測対象からのエコーのＳＮ比が十分にとれない場合、かつ観測対象のドップラ速度が航空機のドップラ速度よりも小さい場合に有効となる。
【００３５】
また、図３，図４によれば、上記高周波クラッタ成分に対して上記個別の高域除去フィルタを用い、他の周波数分析には効率のよいＦＦＴを用いることにより、周波数毎に個別のフィルタ処理を行う従来のウェブレット処理に比べて演算量を低減することができる。
【００３６】
また、図４のコヒーレント積分処理と併用することにより、ＦＦＴ処理部でのＦＦＴ点数を小さくすることができるため、図３の構成に比べ、さらに演算量を低減することができる。
【００３７】
実施の形態３．
本発明のレーダ信号処理装置の実施の形態１は低周波の地形クラッタの除去フィルタを有し、実施の形態２は高周波のクラッタの除去フィルタを有するものであり、これに対して、実施の形態３は上記の両者を有するものである。
【００３８】
図５はこの発明のレーダ信号処理装置の実施の形態３を示す構成ブロック図である。この図の符号は実施の形態１，実施の形態２で説明したしたものと同様である。
【００３９】
次に図５の動作について説明する。
受信信号に対して、低次高域除去フィルタ処理部２１によって高周波クラッタ成分を除去する。高周波クラッタ成分除去後の受信信号はコヒーレント積分処理部４によりコヒーレント積分を施される。これにより、ＳＮ比を向上させるとともに、データレートを低減させる。
コヒーレント積分処理後の受信信号は高次低域除去フィルタ処理部１によって地形クラッタである低周波成分が除去される。地形クラッタの除去は長時間窓のデータに対して行われるが、事前にコヒーレント積分処理が施されているため、その次数は比較的小さくて済む。
高次低域除去フィルタ処理部１から出力された受信信号は、ＦＦＴ処理部２によってＦＦＴ処理され、パワースペクトルが算出される。ドップラスペクトルピーク検出部３は、上記ＦＦＴ処理部２で算出されたパワースペクトルを入力し、ドップラスペクトルピークを検出し、そのピークのドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を正確に算出することができる。
【００４０】
以上のように、本実施の形態３によれば、実施の形態１および実施の形態２の構成を組み合わせることにより、短時間のみ継続する、あるいは短時間で周波数が変化する航空機等のクラッタ成分や、長周期の地形クラッタ成分を十分に除去することができる。
したがって、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合、その受信信号から航空機の高周波クラッタ成分や、地形クラッタ成分を十分に除去して上空大気の風速を正確に計測することができる。
ここで地形クラッタの特性や、航空機クラッタの特性はウィンドプロファイラに限らずドップラレーダ一般に共通のものであることから、この発明は一般のドップラレーダにも適用できるものである。特に移動する観測対象の反射率が小さく、観測対象からのエコーのＳＮ比が十分にとれない場合、かつ観測対象のドップラ速度が航空機のドップラ速度よりも小さい場合に有効となる。
また、本実施の形態３によれば、高周波クラッタ成分や、低周波クラッタ成分に対してそれぞれ個別の高域除去フィルタ、低域除去フィルタを用い、他の周波数分析には効率のよいＦＦＴを用いることにより、周波数毎に個別のフィルタ処理を行うウェーブレット処理に比べて演算量を少なくすることができる。
【００４１】
実施の形態４．
図８はこの発明のレーダ信号処理方法の実施の形態４を示すフローチャートである。図８において、
先ず、ステップ１で、受信信号に対して長い時間窓をもつ高次の低域除去フィルタ処理を施す。
次いで、ステップ２で、高次の低域除去フィルタ処理後にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力する。
次いで、ステップ３で、 ＦＦＴ処理後にパワースペクトルからドップラスペクトルピークを検出し観測対象のドップラ速度を算出する。
【００４２】
図９はこの発明のレーダ信号処理方法の実施の形態４を示す別のフローチャートである。図９において、
先ず、ステップ４で、受信信号に対してコヒーレント積分処理を施す。
次いで、ステップ１で、コヒーレント積分処理後に長い時間窓をもつ高次の低域除去フィルタ処理を施す。
次いで、ステップ２で、 高次の低域除去フィルタ処理後にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力する。
次いで、ステップ３で、 ＦＦＴ処理後にパワースペクトルからドップラスペクトルピークを検出し観測対象のドップラ速度を算出する。
【００４３】
以上のように、本発明の実施の形態４を示す図８，図９のフローチャートによれば、ＦＦＴ処理におけるデータ長よりも長い周期をもつ低周波クラッタに対して、ＦＦＴよりも長い時間窓をもつ高次の低域除去フィルタを用いてクラッタ除去処理を行うため、低周波クラッタ成分が他の周波数に漏れ込むことなく、十分にクラッタ除去を行うことができる。
したがって、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合、その受信信号から地形クラッタ成分を十分に除去して上空大気の風速を正確に計測することができる。なお、上記地形クラッタの特性はウィンドプロファイラに限らずドップラレーダ一般に共通のものであることから、この発明は一般のドップラレーダにも適用できる。特に移動する観測対象の反射率が小さく、観測対象からのエコーのＳＮ比が十分にとれない場合に有効となる。
【００４４】
また、図８，図９によれば、低周波クラッタ成分に対して上記個別の低域除去フィルタ処理を行い、次いで、他の周波数分析には効率のよいＦＦＴ処理を行うので、従来のウェーブレット処理による信号処理に比べて、少ない演算量で信号処理することができる。
【００４５】
また、図９によれば、コヒーレント積分処理を併用することにより、低域除去フィルタの次数およびＦＦＴ点数を小さくすることができるため、図８に比べ、さらに演算量を低減することができる。
【００４６】
実施の形態５．
図１０はこの発明のレーダ信号処理方法の実施の形態５を示すフローチャートである。図１０において、
先ず、ステップ２１で、受信信号に対して、短い時間窓をもつ低次高域除去フィルタ処理を施す。
次いで、ステップ２で、 低次高域除去フィルタ処理後にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力する。
次いで、ステップ３で、 ＦＦＴ処理後にパワースペクトルからドップラスペクトルピークを検出し観測対象のドップラ速度を算出する。
【００４７】
図１１はこの発明のレーダ信号処理方法の実施の形態５を示す別のフローチャートである。図１１において、
先ず、ステップ２１で、受信信号に対して、短い時間窓をもつ低次高域除去フィルタ処理を施す。
次いで、ステップ４で、低次高域除去フィルタ処理後にコヒーレント積分処理を施す。
次いで、ステップ２で、 コヒーレント積分処理後にＦＦＴ処理を施してパワースペクトルを出力する。
次いで、ステップ３で、 ＦＦＴ処理後にパワースペクトルからドップラスペクトルピークを検出し観測対象のドップラ速度を算出する。
【００４８】
以上のように、本発明の実施の形態５を示す図１０，図１１のフローチャートによれば、ＦＦＴ処理における時間窓長よりも短い時間長のデータに対して、低次高域除去フィルタを用いてクラッタ除去処理を行うため、短時間のみ継続して混入する高周波クラッタ、あるいは短時間に周波数が変化する高周波クラッタを十分に除去することができる。
したがって、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合、その受信信号から航空機の高周波クラッタ成分を十分に除去して上空大気の風速を正確に計測することができる。
ここで航空機クラッタの特性はウィンドプロファイラに限らずドップラレーダ一般に共通のものであることから、この発明は一般のドップラレーダにも適用できるものである。特に移動する観測対象の反射率が小さく、観測対象からのエコーのＳＮ比が十分にとれない場合、かつ観測対象のドップラ速度が航空機のドップラ速度よりも小さい場合に有効となる。
【００４９】
また、図１０，図１１のフローチャートによれば、上記高周波クラッタ成分に対して上記個別の高域除去フィルタ処理を行い、次いで他の周波数分析には効率のよいＦＦＴを用いることにより、周波数毎に個別のフィルタ処理を行う従来のウェーブレット処理に比べて少ない演算量で実現することができる。
【００５０】
また、図１１においてコヒーレント積分処理を併用することにより、ＦＦＴ処理におけるＦＦＴ点数を小さくすることができるため、図１０のフローチャートに比べ、さらに演算量を低減することができる。
【００５１】
実施の形態６．
図１２はこの発明のレーダ信号処理方法の実施の形態６を示すフローチャートである。図１２において、
先ず、ステップ２１で、受信信号に対して、短い時間窓をもつ低次高域除去フィルタ処理を施す。
次いで、ステップ４で、低次高域除去フィルタ処理後にコヒーレント積分処理を施す。
次いで、ステップ１で、コヒーレント積分処理後にＦＦＴより長い時間窓をもつ高次低域除去フィルタ処理を施す。
次いで、ステップ２で、 高次低域除去フィルタ処理後にＦＦＴ処理を施しパワースペクトルを出力する。
次いで、ステップ３で、 ＦＦＴ処理後にパワースペクトルからドップラスペクトルピークを検出し観測対象のドップラ速度を算出する。
【００５２】
以上のように、本発明の実施の形態６を示す図１２のフローチャートによれば、ＦＦＴ処理における時間窓長よりも短い時間長のデータに対して、低次高域除去フィルタを用いてクラッタ除去処理を行うため、短時間のみ継続して混入する高周波クラッタ、あるいは短時間に周波数が変化する高周波クラッタを十分に除去することができる。さらに、ＦＦＴ処理におけるデータ長よりも長い周期をもつ低周波クラッタに対して、ＦＦＴよりも長い時間窓をもつ高次低域除去フィルタを用いてクラッタ除去処理を行うため、低周波クラッタ成分が他の周波数に漏れ込むことなく、十分にクラッタ除去を行うことができる。
したがって、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合、その受信信号から航空機の高周波クラッタ成分や、地形クラッタ成分を十分に除去して上空大気の風速を正確に計測することができる。
ここで地形クラッタの特性や、航空機クラッタの特性はウィンドプロファイラに限らずドップラレーダ一般に共通のものであることから、この発明は一般のドップラレーダにも適用できるものである。特に移動する観測対象の反射率が小さく、観測対象からのエコーのＳＮ比が十分にとれない場合、かつ観測対象のドップラ速度が航空機のドップラ速度よりも小さい場合に有効となる。
【００５３】
また、実施の形態６によれば、高周波クラッタ成分や、低周波クラッタ成分に対してそれぞれ個別の高域除去フィルタ処理、低域除去フィルタ処理を行い、他の周波数分析には効率のよいＦＦＴを用いることにより、周波数毎に個別のフィルタ処理を行うウェーブレット処理に比べて演算量を少なくすることができる。
【００５４】
また、実施の形態６によれば、コヒーレント積分処理を併用することにより、低域除去フィルタの次数およびＦＦＴ点数を小さくすることができるため、さらに演算量を少なくすることができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る発明によれば、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、受信信号に対して長い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも長い時間長のデータに対して高次の低域除去フィルタ処理を行うことにより、低周波クラッタ成分が他の周波数に漏れ込むことなく、その受信信号から地形クラッタ成分を十分に除去することができる。
したがって、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合、その受信信号から地形クラッタ成分を十分に除去して上空大気の風速を正確に計測するレーダ信号処理装置を得ることができる。
また、低周波クラッタ成分に対して上記個別の低域除去フィルタを用い、他の周波数分析には効率のよいＦＦＴを用いるので、従来のウェーブレット処理による信号処理に比べて、少ない演算量で信号処理するレーダ信号処理装置を得ることができる。
なお、上記地形クラッタの特性はウィンドプロファイラに限らずドップラレーダ一般に共通のものであることから、この発明は一般のドップラレーダにも適用できる。特に移動する観測対象の反射率が小さく、観測対象からのエコーのＳＮ比が十分にとれない場合に有効となる。
【００５６】
また、請求項２に係る発明によれば、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、
受信信号に対してコヒーレント積分処理を施すコヒーレント積分処理部を設けたことにより、低域除去フィルタの次数およびＦＦＴ点数を小さくすることができるため、請求項１に記載の効果に加えて、さらに演算量を少なくしたレーダ信号処理装置を得ることができる。
【００５７】
また、請求項３に係る発明によれば、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、
受信信号に対して短い時間窓をもち、後段のＦＦＴ処理よりも短い時間長のデータに対して低次の高域除去フィルタ処理を行うことにより、短時間のみ継続して混入する高周波クラッタ成分、あるいは短時間に周波数が変化する高周波クラッタ成分を十分に除去することができる。
したがって、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合、その受信信号から航空機クラッタのような高周波クラッタ成分を十分に除去して、上空大気の風速を正確に計測するレーダ信号処理装置を得ることができる。
また、高周波クラッタ成分に対して上記個別の高域除去フィルタを用い、他の周波数分析には効率のよいＦＦＴを用いるので、従来のウェーブレット処理による信号処理に比べて、少ない演算量で信号処理するレーダ信号処理装置を得ることができる。
なお、上記航空機クラッタの特性はウィンドプロファイラに限らずドップラレーダ一般に共通のものであることから、この発明は一般のドップラレーダにも適用できる。特に移動する観測対象の反射率が小さく、観測対象からのエコーのＳＮ比が十分にとれない場合に有効となる。
【００５８】
また、請求項４に係る発明によれば、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、
受信信号に対して短い時間窓をもつ低次高域除去フィルタ処理後に、コヒーレント積分処理を施すコヒーレント積分処理部を設けたことにより、後段のＦＦＴ処理におけるＦＦＴ点数が少なくて済むため、請求項３記載の効果に加えて、さらに少ない演算量で信号処理するレーダ信号処理装置を得ることができる。
【００５９】
また、請求項５に係る発明によれば、受信信号のドップラ周波数から観測対象のドップラ速度を測定するドップラレーダのレーダ信号処理装置において、
受信信号に対して短い時間窓をもつ低次高域除去フィルタ処理後に、コヒーレント積分処理を施し、次いで長い時間窓をもつ高次低域除去フィルタ処理を行う
ことにより、高周波クラッタ成分および低周波クラッタ成分を十分に除去することができる。
したがって、観測対象を大気とするウィンドプロファイラの場合、その受信信号から航空機クラッタのような高周波クラッタ成分および地形クラッタのような低周波クラッタ成分を十分に除去して、上空大気の風速を正確に計測するレーダ信号処理装置を得ることができる。
また、高周波クラッタ成分および低周波クラッタ成分に対してそれぞれ個別の低次高域除去フィルタ、高次低域除去フィルタを用い、他の周波数分析には効率のよいＦＦＴを用いるので、従来のウェーブレット処理による信号処理に比べて、少ない演算量で信号処理するレーダ信号処理装置を得ることができる。
なお、上記の航空機クラッタや地形クラッタの特性はウィンドプロファイラに限らずドップラレーダ一般に共通のものであることから、この発明は一般のドップラレーダにも適用できる。特に移動する観測対象の反射率が小さく、観測対象からのエコーのＳＮ比が十分にとれない場合に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明のレーダ信号処理装置の実施の形態１を示す構成ブロック図である。
【図２】  この発明のレーダ信号処理装置の実施の形態１を示す別の構成ブロック図である。
【図３】  この発明のレーダの信号処理装置の実施の形態２を示す構成ブロック図である。
【図４】  この発明のレーダの信号処理装置の実施の形態２を示す別の構成ブロック図である。
【図５】  この発明のレーダ信号処理装置の実施の形態３を示す構成ブロック図である。
【図６】  図１の構成をもつレーダ信号処理装置の動作原理を説明するための図である。
【図７】  図２の構成をもつレーダ信号処理装置の動作原理を説明するための図である。
【図８】  この発明のレーダ信号処理方法の実施の形態４を示すフローチャートである。
【図９】  この発明のレーダ信号処理方法の実施の形態４を示す別のフローチャートである。
【図１０】  この発明のレーダ信号処理方法の実施の形態５を示すフローチャートである。
【図１１】  この発明のレーダ信号処理方法の実施の形態５を示す別のフローチャートである。
【図１２】  この発明のレーダ信号処理方法の実施の形態６を示すフローチャートである。
【図１３】   一般のウィンドプロファイラを示す基本構成ブロック図である。
【図１４】  従来のウィンドプロファイラのドップラ信号処理手段の内部構成例を示す図である。
【図１５】  従来のウィンドプロファイラの０ドップラ除去処理の動作原理を説明するための図である。
【図１６】   従来のウィンドプロファイラの０ドップラ除去処理の問題点を説明するための図である。
【図１７】   従来のウィンドプロファイラのドップラ信号処理手段の別の内部構成例を示す図である。
【符号の説明】
１  高次低域除去フィルタ処理部、    ２  ＦＦＴ処理処理部、    ３  ドップラスペクトルピーク検出部、    ４  コヒーレント積分処理部、    ２１  低次高域除去フィルタ処理部。
【図１】
0003773779.tif 000002
【図２】
0003773779.tif 000003
【図３】
0003773779.tif 000004
【図４】
0003773779.tif 000005
【図５】
0003773779.tif 000006
【図６】
0003773779.tif 000007
【図７】
0003773779.tif 000008
【図８】
0003773779.tif 000009
【図９】
0003773779.tif 000010
【図１０】
0003773779.tif 000011
【図１１】
0003773779.tif 000012
【図１２】
0003773779.tif 000013
【図１３】
0003773779.tif 000014
【図１４】
0003773779.tif 000015
【図１５】
0003773779.tif 000016
【図１６】
0003773779.tif 000017
【図１７】
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