レーダ装置
【課題】 従来のレーダ装置では、方位角、仰角によらず同じ抑圧帯域幅を持つクラッタ抑圧フィルタを使用していたため、特にアンテナビームが正面方向の場合において低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出感度が劣化するという課題があった。
【解決手段】 アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、アンテナビーム角度によって変化するクラッタ形状に応じて最適なフィルタ荷重を決定することで、アンテナビームが正面方向の場合においても低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を図ることができる。
【解決手段】 アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、アンテナビーム角度によって変化するクラッタ形状に応じて最適なフィルタ荷重を決定することで、アンテナビームが正面方向の場合においても低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を図ることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周波数軸においてクラッタと競合する低速移動目標信号の検出性能を改善することを目的としたレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＰＲＦ(High Pulse Repetition Frequency)レーダまたはＭＰＲＦ(Medium Pulse Repetition Frequency)レーダでは、クラッタ抑圧フィルタを用いることにより、クラッタが抑圧された周波数軸上で目標検出処理を行う。
【０００３】
クラッタの形状は、自機進行方向に対するアンテナビームの方位角および仰角の変化に応じて変化するが、方位角、仰角によらず同じ抑圧帯域幅を持つクラッタ抑圧フィルタを使用していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０１５６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレーダ装置では、方位角、仰角によらず同じ抑圧帯域幅を持つクラッタ抑圧フィルタを使用していたため、特にアンテナビームが正面方向の場合において、低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出感度が劣化するという課題があった。
【０００６】
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、クラッタ形状に応じた最適なクラッタ抑圧フィルタを構成することで、アンテナビームが正面方向の場合においても、低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるレーダ装置は、受信した信号を周波数分析する周波数分析手段と、アンテナビームの方位角および仰角を制御するアンテナビーム角度制御手段と、上記アンテナビーム角度制御手段からアンテナビーム角度を抽出するアンテナビーム角度抽出手段と、上記アンテナビーム角度抽出手段により抽出されたアンテナビーム角度に応じて、受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧するためのフィルタ形状を選択するフィルタ構成選択手段と、上記フィルタ構成選択手段により決定されたフィルタによって、上記周波数分析手段により分析された受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧するクラッタ抑圧手段と、上記クラッタ抑圧手段によるクラッタ抑圧後の信号振幅レベルから目標信号を閾値検出する閾値検出手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、アンテナビーム角度によって変化するクラッタ形状に応じてクラッタ抑圧フィルタの最適な荷重を決定することで、アンテナビームが正面方向の場合においても低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
【図２】この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置のアンテナビーム捜索時の方位角および仰角の関係を示す説明図である。
【図３】この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置のフィルタ構成選択手段の動作を示す説明図である。
【図４】この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置のフィルタ構成選択手段を有さない場合の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す図である。
周波数分析手段１は、Ａ／Ｄ変換後の受信信号を入力とし、コヒーレント処理が可能な時間、即ち、目標が静止、もしくは等速で移動しているとみなせる時間間隔毎に、例えば高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：FFT）処理を行い、周波数ビン毎の信号成分、即ち、周波数スペクトルを求める。
【００１１】
アンテナビーム角度制御手段２は、目標捜索を目的としてアンテナビームの方位角および仰角を所望の角度に制御する。
【００１２】
アンテナビーム角度抽出手段３は、アンテナビーム角度制御手段２で制御されたアンテナビームの方位角および仰角の角度情報を抽出する。図２にアンテナビーム捜索時に自機が機首速度Vmで移動する場合の方位角および仰角の関係を示す。図２（ａ）は自機を上方向から見た図であり、ビーム方位角θaz、およびビーム幅(方位角方向)θαを表示している。一方、図２（ｂ）は自機を横方向から見た図であり、ビーム仰角θel、およびビーム幅(仰角方向)θβを表示している（ただし、θelおよびθβは９０度以下とする)。
【００１３】
フィルタ構成選択手段４は、アンテナビーム角度抽出手段３で抽出されたアンテナビームの方位角および仰角に応じて、最適なクラッタ抑圧フィルタの荷重を決定する。図３にクラッタの周波数スペクトルとフィルタ形状の関係を示す。図３（ａ）はビーム方位角θazおよびビーム仰角θelが大きい場合のクラッタの周波数スペクトルを表示している。一方、図３（ｂ）はビーム方位角θazおよびビーム仰角θelが小さい場合のクラッタの周波数スペクトルを表示している。
【００１４】
また、図中（i）、（ii）、（iii）で示す位置におけるクラッタの各周波数はそれぞれ式（１）、式（２）、式（３）で表される。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数３】
【００１８】
上式より、ビーム方位角θazおよびビーム仰角θelが大きいほどクラッタスペクトルの周波数方向の広がりは大きく、ビーム方位角θazおよびビーム仰角θelが小さいほどクラッタスペクトルの周波数方向の広がりは小さくなることがわかる。したがって、クラッタを抑圧するためのフィルタ形状はアンテナビーム角度に応じた最適なフィルタ形状を選択することで、目標検出性能の改善を図ることができる。このため、フィルタ構成選択手段４は、例えばアンテナビーム角度が小さいときに、クラッタを抑圧する周波数帯域幅が狭く、アンテナビーム角度が小さいときに、クラッタを抑圧する周波数帯域幅が広くなるように狭帯域フィルタの帯域幅を設定する。
【００１９】
図４に比較例として、アンテナビーム角度によらず同じフィルタ形状とした場合のクラッタの周波数スペクトルとフィルタ形状の関係を示す。図４は、アンテナビーム角度が大きい場合に最適となるように決定されたフィルタ形状をアンテナビーム角度が小さい場合にも適用した例を示している。アンテナビーム角度が小さい場合には、必要以上の周波数領域まで信号が抑圧されてしまうため、クラッタスペクトルの周波数近傍に存在する低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出感度が劣化することとなる。
【００２０】
次に、図１において、クラッタ抑圧手段５は、周波数分析手段１で周波数分析された受信信号の周波数スペクトルを入力とし、フィルタ構成選択手段４によって決定されたクラッタ抑圧フィルタの荷重に基づいて、受信信号の持つクラッタ信号を抑圧する。
【００２１】
閾値検出手段６は、クラッタ抑圧手段５でクラッタが抑圧処理された信号に対して二乗平均平方根を計算することにより振幅を算出し、振幅が予め設定した閾値レベルを超えた場合に検出結果として出力する。
【００２２】
よって、この実施の形態１によれば、アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、アンテナビーム角度によって変化するクラッタ形状に応じてクラッタ抑圧フィルタの最適な荷重を決定するので、アンテナビームが正面方向の場合においても低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を図ることができる。
【００２３】
以上説明した通り、この発明に係るレーダ装置は、まず、アンテナビームの方位角および仰角をアンテナビーム角度制御手段により制御し、アンテナビーム角度抽出手段によりアンテナビーム角度を抽出する。つぎに、得られたアンテナビーム角度に応じた最適なクラッタ抑圧フィルタの荷重をフィルタ構成選択手段により決定する。更に、周波数分析手段により、受信信号を周波数分析し、前記周波数分析された受信信号と、前記クラッタ抑圧フィルタから、クラッタ抑圧手段により、受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧する。最後に閾値検出手段により、クラッタ抑圧後の信号振幅レベルを算出し、目標信号を閾値検出するようにしたものである。これによって、アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、アンテナビーム角度によって変化するクラッタ形状に応じてクラッタ抑圧フィルタの最適な荷重を決定することで、アンテナビームが正面方向の場合においても低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を図ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１ 周波数分析手段、２ アンテナビーム角度制御手段、３ アンテナビーム角度抽出手段、４ フィルタ構成選択手段、５ クラッタ抑圧手段、６ 閾値検出手段。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、周波数軸においてクラッタと競合する低速移動目標信号の検出性能を改善することを目的としたレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＨＰＲＦ(High Pulse Repetition Frequency)レーダまたはＭＰＲＦ(Medium Pulse Repetition Frequency)レーダでは、クラッタ抑圧フィルタを用いることにより、クラッタが抑圧された周波数軸上で目標検出処理を行う。
【０００３】
クラッタの形状は、自機進行方向に対するアンテナビームの方位角および仰角の変化に応じて変化するが、方位角、仰角によらず同じ抑圧帯域幅を持つクラッタ抑圧フィルタを使用していた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２０１５６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のレーダ装置では、方位角、仰角によらず同じ抑圧帯域幅を持つクラッタ抑圧フィルタを使用していたため、特にアンテナビームが正面方向の場合において、低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出感度が劣化するという課題があった。
【０００６】
この発明は、係る課題を解決するために成されたものであり、アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、クラッタ形状に応じた最適なクラッタ抑圧フィルタを構成することで、アンテナビームが正面方向の場合においても、低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によるレーダ装置は、受信した信号を周波数分析する周波数分析手段と、アンテナビームの方位角および仰角を制御するアンテナビーム角度制御手段と、上記アンテナビーム角度制御手段からアンテナビーム角度を抽出するアンテナビーム角度抽出手段と、上記アンテナビーム角度抽出手段により抽出されたアンテナビーム角度に応じて、受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧するためのフィルタ形状を選択するフィルタ構成選択手段と、上記フィルタ構成選択手段により決定されたフィルタによって、上記周波数分析手段により分析された受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧するクラッタ抑圧手段と、上記クラッタ抑圧手段によるクラッタ抑圧後の信号振幅レベルから目標信号を閾値検出する閾値検出手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、アンテナビーム角度によって変化するクラッタ形状に応じてクラッタ抑圧フィルタの最適な荷重を決定することで、アンテナビームが正面方向の場合においても低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
【図２】この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置のアンテナビーム捜索時の方位角および仰角の関係を示す説明図である。
【図３】この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置のフィルタ構成選択手段の動作を示す説明図である。
【図４】この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置のフィルタ構成選択手段を有さない場合の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明に係る実施の形態１によるレーダ装置の構成を示す図である。
周波数分析手段１は、Ａ／Ｄ変換後の受信信号を入力とし、コヒーレント処理が可能な時間、即ち、目標が静止、もしくは等速で移動しているとみなせる時間間隔毎に、例えば高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：FFT）処理を行い、周波数ビン毎の信号成分、即ち、周波数スペクトルを求める。
【００１１】
アンテナビーム角度制御手段２は、目標捜索を目的としてアンテナビームの方位角および仰角を所望の角度に制御する。
【００１２】
アンテナビーム角度抽出手段３は、アンテナビーム角度制御手段２で制御されたアンテナビームの方位角および仰角の角度情報を抽出する。図２にアンテナビーム捜索時に自機が機首速度Vmで移動する場合の方位角および仰角の関係を示す。図２（ａ）は自機を上方向から見た図であり、ビーム方位角θaz、およびビーム幅(方位角方向)θαを表示している。一方、図２（ｂ）は自機を横方向から見た図であり、ビーム仰角θel、およびビーム幅(仰角方向)θβを表示している（ただし、θelおよびθβは９０度以下とする)。
【００１３】
フィルタ構成選択手段４は、アンテナビーム角度抽出手段３で抽出されたアンテナビームの方位角および仰角に応じて、最適なクラッタ抑圧フィルタの荷重を決定する。図３にクラッタの周波数スペクトルとフィルタ形状の関係を示す。図３（ａ）はビーム方位角θazおよびビーム仰角θelが大きい場合のクラッタの周波数スペクトルを表示している。一方、図３（ｂ）はビーム方位角θazおよびビーム仰角θelが小さい場合のクラッタの周波数スペクトルを表示している。
【００１４】
また、図中（i）、（ii）、（iii）で示す位置におけるクラッタの各周波数はそれぞれ式（１）、式（２）、式（３）で表される。
【００１５】
【数１】
【００１６】
【数２】
【００１７】
【数３】
【００１８】
上式より、ビーム方位角θazおよびビーム仰角θelが大きいほどクラッタスペクトルの周波数方向の広がりは大きく、ビーム方位角θazおよびビーム仰角θelが小さいほどクラッタスペクトルの周波数方向の広がりは小さくなることがわかる。したがって、クラッタを抑圧するためのフィルタ形状はアンテナビーム角度に応じた最適なフィルタ形状を選択することで、目標検出性能の改善を図ることができる。このため、フィルタ構成選択手段４は、例えばアンテナビーム角度が小さいときに、クラッタを抑圧する周波数帯域幅が狭く、アンテナビーム角度が小さいときに、クラッタを抑圧する周波数帯域幅が広くなるように狭帯域フィルタの帯域幅を設定する。
【００１９】
図４に比較例として、アンテナビーム角度によらず同じフィルタ形状とした場合のクラッタの周波数スペクトルとフィルタ形状の関係を示す。図４は、アンテナビーム角度が大きい場合に最適となるように決定されたフィルタ形状をアンテナビーム角度が小さい場合にも適用した例を示している。アンテナビーム角度が小さい場合には、必要以上の周波数領域まで信号が抑圧されてしまうため、クラッタスペクトルの周波数近傍に存在する低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出感度が劣化することとなる。
【００２０】
次に、図１において、クラッタ抑圧手段５は、周波数分析手段１で周波数分析された受信信号の周波数スペクトルを入力とし、フィルタ構成選択手段４によって決定されたクラッタ抑圧フィルタの荷重に基づいて、受信信号の持つクラッタ信号を抑圧する。
【００２１】
閾値検出手段６は、クラッタ抑圧手段５でクラッタが抑圧処理された信号に対して二乗平均平方根を計算することにより振幅を算出し、振幅が予め設定した閾値レベルを超えた場合に検出結果として出力する。
【００２２】
よって、この実施の形態１によれば、アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、アンテナビーム角度によって変化するクラッタ形状に応じてクラッタ抑圧フィルタの最適な荷重を決定するので、アンテナビームが正面方向の場合においても低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を図ることができる。
【００２３】
以上説明した通り、この発明に係るレーダ装置は、まず、アンテナビームの方位角および仰角をアンテナビーム角度制御手段により制御し、アンテナビーム角度抽出手段によりアンテナビーム角度を抽出する。つぎに、得られたアンテナビーム角度に応じた最適なクラッタ抑圧フィルタの荷重をフィルタ構成選択手段により決定する。更に、周波数分析手段により、受信信号を周波数分析し、前記周波数分析された受信信号と、前記クラッタ抑圧フィルタから、クラッタ抑圧手段により、受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧する。最後に閾値検出手段により、クラッタ抑圧後の信号振幅レベルを算出し、目標信号を閾値検出するようにしたものである。これによって、アンテナビームの方位角および仰角の情報を抽出し、アンテナビーム角度によって変化するクラッタ形状に応じてクラッタ抑圧フィルタの最適な荷重を決定することで、アンテナビームが正面方向の場合においても低速接近目標や横行目標、離隔目標に対する目標検出性能の改善を図ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１ 周波数分析手段、２ アンテナビーム角度制御手段、３ アンテナビーム角度抽出手段、４ フィルタ構成選択手段、５ クラッタ抑圧手段、６ 閾値検出手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信した信号を周波数分析する周波数分析手段と、
アンテナビームの方位角および仰角を制御するアンテナビーム角度制御手段と、
上記アンテナビーム角度制御手段からアンテナビーム角度を抽出するアンテナビーム角度抽出手段と、
上記アンテナビーム角度抽出手段により抽出されたアンテナビーム角度に応じて、受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧するためのフィルタ形状を選択するフィルタ構成選択手段と、
上記フィルタ構成選択手段により決定されたフィルタによって、上記周波数分析手段により分析された受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧するクラッタ抑圧手段と、
上記クラッタ抑圧手段によるクラッタ抑圧後の信号振幅レベルから目標信号を閾値検出する閾値検出手段と、
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
上記フィルタ構成選択手段は、アンテナビーム角度が小さいときにクラッタの抑圧周波数帯域幅が狭く、アンテナビーム角度が小さいときにクラッタの抑圧周波数帯域幅が広くなるように狭帯域フィルタの帯域幅を設定する請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項１】
受信した信号を周波数分析する周波数分析手段と、
アンテナビームの方位角および仰角を制御するアンテナビーム角度制御手段と、
上記アンテナビーム角度制御手段からアンテナビーム角度を抽出するアンテナビーム角度抽出手段と、
上記アンテナビーム角度抽出手段により抽出されたアンテナビーム角度に応じて、受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧するためのフィルタ形状を選択するフィルタ構成選択手段と、
上記フィルタ構成選択手段により決定されたフィルタによって、上記周波数分析手段により分析された受信信号に含まれるクラッタ信号を抑圧するクラッタ抑圧手段と、
上記クラッタ抑圧手段によるクラッタ抑圧後の信号振幅レベルから目標信号を閾値検出する閾値検出手段と、
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
上記フィルタ構成選択手段は、アンテナビーム角度が小さいときにクラッタの抑圧周波数帯域幅が狭く、アンテナビーム角度が小さいときにクラッタの抑圧周波数帯域幅が広くなるように狭帯域フィルタの帯域幅を設定する請求項１に記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２２０８００（Ｐ２０１１−２２０８００Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８９４１６（Ｐ２０１０−８９４１６）
【出願日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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