目標検出装置
【課題】ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、検出確率を低下させることなく一定の誤警報確率のもと、高速に目標を検出する、小型かつ低コストな目標検出装置を得る。
【解決手段】ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータｃを算出する際に、検波信号ｘの平均値＜ｘ＞と検波信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞を用いず、これらに替えて検波信号ｘの自乗値＜ｘ＞２と検波信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞を用いることによって、回路規模／演算コストの増大要因となる平方根算出演算を含まずに形状パラメータｃを算出する。
【解決手段】ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータｃを算出する際に、検波信号ｘの平均値＜ｘ＞と検波信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞を用いず、これらに替えて検波信号ｘの自乗値＜ｘ＞２と検波信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞を用いることによって、回路規模／演算コストの増大要因となる平方根算出演算を含まずに形状パラメータｃを算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、一定の誤警報確率で目標を検出する目標検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ受信信号におけるクラッタを抑圧し、誤警報確率一定のもとに目標を検出する方式として、ＣＡ−ＣＦＡＲ（Ｃｅｌｌ Ａｖｅｒａｇｉｎｇ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）が知られている（例えば、非特許文献１、及び特許文献１参照）。このＣＡ−ＣＦＡＲは、平均値によってクラッタレベルを規格化し、誤警報確率を一定化するものである。ＣＡ−ＣＦＡＲは、レイリー分布に従うクラッタ及び雑音に対する誤警報確率を低くするが、レイリー分布に従わないクラッタが存在する場合には、誤警報確率が高くなる。
【０００３】
一方、レイリー分布に従わず、ワイブル分布に従うクラッタが存在する環境において、誤警報確率を低くかつ一定に抑えるためにワイブルＣＦＡＲが有効である（例えば、非特許文献１、及び特許文献２参照）。このワイブルＣＦＡＲは、信号の平均及び分散（又は標準偏差）を用いて信号の規格化を行っている。ワイブルＣＦＡＲは、振幅の確率密度関数がワイブル分布に従う信号に対してＣＦＡＲ特性を有する。ワイブル分布の確率密度関数ｐｄｆ（ｘ）は、式（１）で表される。
【数１】
【０００４】
ここで、ｂは尺度（ｓｃａｌｅ）パラメータ、ｃは形状（ｓｈａｐｅ）パラメータである。ワイブル分布は、形状パラメータｃ＝２のときはレイリー分布、形状パラメータｃ＝１のときは指数分布になるため、レイリー分布よりも多様な確率密度関数に適用できる。
【０００５】
ワイブルＣＦＡＲの実装方式については、非特許文献１にいくつかの事例が示されているが、ここでは対数変換を行わないワイブルＣＦＡＲを用いた、従来の目標検出装置の一例を図１２に示す。図１２に例示した目標検出装置は、受信信号を検波する検波回路１は外部の装置に含まれるものとし、検波回路１からの検波後の信号を入力信号ｘとして、この入力信号ｘの自乗値を自乗検波信号ｘ２として算出する自乗値算出回路２、この自乗検波信号の平均値を自乗平均値＜ｘ２＞として算出する自乗平均値算出回路３、この自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞を算出する平方根算出回路４、入力信号ｘの平均値＜ｘ＞を算出する平均値算出回路５、入力信号ｘをこの平均値算出回路５で算出した平均値＜ｘ＞で除算しＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞として出力する除算回路６、平方根算出回路４で算出した入力信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞と平均値算出回路５で算出した入力信号ｘの平均値＜ｘ＞に基づきワイブル分布の形状パラメータｃを算出する形状パラメータ算出回路７、この算出した形状パラメータｃとあらかじめ設定された誤警報確率（Ｐｆａ）に基づき目標検出のしきい値Ｔを算出するしきい値算出回路８、及び除算回路６からのＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞とこのしきい値Ｔとを比較する比較回路９から構成されている。
【０００６】
この図１２に例示した目標検出装置における形状パラメータｃ、及びしきい値Ｔの決定方法について以下に説明する。
【０００７】
まず、形状パラメータｃの決定方法について説明する。自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、及び平方根算出回路４は、入力信号ｘに対する自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞を算出し、平均値算出回路５は、入力信号ｘの平均値＜ｘ＞を算出する。入力信号ｘの理論的な平均値＜ｘ＞と、入力信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞は、式（２）のように表される。
【数２】
【０００８】
次に、形状パラメータ算出回路７は、平均値算出回路５からの入力信号ｘの平均値＜ｘ＞と平方根算出回路４からの入力信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞とを入力し、入力信号ｘの平均値＜ｘ＞を入力信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞で除算した除算出力を、形状パラメータｃに変換する。入力信号ｘの平均値＜ｘ＞を入力信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞で除算した除算出力は、尺度パラメータｂを含まず、式（３）に示すように、形状パラメータｃのみの関数ｆ（ｃ）になる。
【数３】
【０００９】
この結果、ｆ（ｃ）の逆関数ｆ−１（＜ｘ＞／√＜ｘ２＞）から入力信号ｘの形状パラメータｃを決定できる。すなわち、形状パラメータｃは、式（４）で表される。
【数４】
【００１０】
図１３に、従来の目標検出装置におけるワイブルＣＦＡＲの、入力信号の平均値を入力信号の自乗平均値の平方根で除算した除算出力と形状パラメータｃとの関係（理論値）を示す。また、実際には入力信号ｘの平均値＜ｘ＞と入力信号xの自乗平均値＜ｘ２＞は、有限のサンプル数Nから算出するため、これらは式（５）に示すように表される。
【数５】
【００１１】
次に、ＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞に対するしきい値Ｔの決定方法について説明する。しきい値算出回路８は、形状パラメータ算出回路７からの形状パラメータｃと誤警報確率Ｐｆａとに基づいてしきい値Ｔを算出する。入力信号ｘに対するしきい値をＴ０とおくと、ワイブル分布の誤警報確率Ｐｆａは、式（６）のように表される。
【数６】
【００１２】
式（６）をしきい値Ｔ０について解くと、式（７）が得られる。
【数７】
【００１３】
この結果、ＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞に対するしきい値Ｔは、誤警報確率Ｐｆａと形状パラメータｃを用いて、式（８）から求められる。
【数８】
【００１４】
一方、除算回路６は、入力信号ｘをその平均値＜ｘ＞で除算したＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞を比較回路９に出力する。比較回路９は、除算回路６からのＣＦＡＲ信号出力をしきい値算出回路８からのしきい値Ｔと比較して、ＣＦＡＲ信号出力がしきい値Ｔを超えたとき目標として検出する。
【００１５】
従来のワイブルＣＦＡＲを用いた目標検出装置においては、上記したような構成で形状パラメータｃ、及びしきい値Ｔを決定し、目標を検出している。ところで、この種の信号処理を実装する上では、平方根算出、及び除算のための演算回路または演算処理の規模が増大することが知られている。特に、平方根算出は演算負荷が重いため、例えば、特許文献３や特許文献４等に開示されているように、演算量を減らして高速化・小型化を図るための種々の手法が開示されている。また、除算についても、例えば、特許文献５等にその手法が開示されている。
【００１６】
図１２に例示した従来の目標検出装置においても、平方根算出回路４、及び除算回路６を含み構成されているため、演算回路規模または演算処理負荷が増大して演算コストが上昇してしまい、処理の高速化及び装置の小型・低コスト化が困難であった。また、ワイブル分布に従うクラッタに対しては誤警報確率を一定化するが、レイリー分布中に存在する目標については、その検出確率がＣＡ−ＣＦＡＲよりも低下するという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−１４８６６７号公報
【特許文献２】特開２００５−８３８７０号公報
【特許文献３】特開平６−３５６７９号公報
【特許文献４】特開２０００−２６０１３７号公報
【特許文献５】特開２００２−２２３１９９号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】関根松夫著、レーダ信号処理技術、電子情報通信学会、１９９１年１０月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述したように、ワイブルＣＦＡＲを用いて目標検出を行う場合には、ＣＡ−ＣＦＡＲよりも回路規模／演算処理負荷が増大し、高速化が困難であるとともに、装置の小型化・低コスト化が難しいという課題があった。また、ワイブル分布に従うクラッタに対しては誤警報確率を一定化するが、レイリー分布中に存在する目標の検出確率が、ＣＡ−ＣＦＡＲよりも低下するという課題があった。
【００２０】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、検出確率を低下させることなく一定の誤警報確率のもと、高速に目標を検出する、小型かつ低コストな目標検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、第１の発明の目標検出装置は、検波された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、前記入力信号の自乗値を自乗検波信号として算出する平均値の自乗検波信号算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、前記入力信号を前記平均値算出手段からの平均値で除算した信号をＣＦＡＲ信号として算出する除算手段と、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータとあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、前記除算手段からのＣＦＡＲ信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、第２の発明の目標検出装置は、直交デジタル信号化された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の自乗和を自乗検波信号として算出する自乗検波信号算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平方根を検波信号として算出する検波信号算出手段と、前記検波信号算出手段からの検波信号の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、前記検波信号算出手段からの検波信号を前記平均値算出手段からの平均値で除算した信号をＣＦＡＲ信号として算出する除算手段と、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータとあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、前記除算手段からのＣＦＡＲ信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、第３の発明の目標検出装置は、検波された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、前記入力信号の自乗値を自乗検波信号として算出する平均値の自乗検波信号算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータ、及びあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、前記入力信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、第４の発明の目標検出装置は、直交デジタル信号化された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の自乗和を自乗検波信号として算出する自乗検波信号算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平方根を検波信号として算出する検波信号算出手段と、前記検波信号算出手段からの検波信号の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータ、及びあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、前記検波信号算出手段からの検波信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、第５の発明の目標検出装置は、前記形状パラメータ算出手段は、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値で除算した除算出力に対し、前記除算出力の範囲毎に、前記除算出力と形状パラメータとの複数のサンプリング点を近似法により結んで多項式による近似関数を求め、この近似関数により前記除算出力から前記形状パラメータを算出することを特徴とする。
【００２６】
また、第６の発明の目標検出装置は、上記したいずれか１項に記載の処理を実施するようにプログラミングされたＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、検出確率を低下させることなく一定の誤警報確率のもと、高速に目標を検出することのできる、小型かつ低コストな目標検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る目標検出装置の第１の実施例の構成を示すブロック図。
【図２】形状パラメータ算出回路７ａの特性の一例を示す図。
【図３】式（４）に対する多項式近似の一例を示す図。
【図４】式（１０）に対する多項式近似の一例を示す図。
【図５】式（４）及び式（１０）に対する多項式の次数の差異による近似誤差の比較の一例を示す図。
【図６】本発明に係る目標検出装置の第２の実施例の構成を示すブロック図。
【図７】本発明に係る目標検出装置の第３の実施例の構成を示すブロック図。
【図８】本発明に係る目標検出装置の第４の実施例の構成を示すブロック図。
【図９】本発明に係る目標検出装置の第５の実施例の構成を示すブロック図。
【図１０】形状パラメータ算出回路７ｂの特性の一例を示す図。
【図１１】本発明に係る目標検出装置の第６の実施例の構成を示すブロック図。
【図１２】ワイブルＣＦＡＲを用いた従来の目標検出装置の構成の一例を示すブロック図。
【図１３】従来の目標検出装置における、入力信号の平均値を入力信号の自乗平均値の平方根で除算した除算出力とワイブル分布の形状パラメータｃとの関係（理論値）を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明に係る目標検出装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。なお、以下の説明においては、従来技術の欄で説明した構成部分に相当する部分には、従来の技術の欄で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明に係る目標検出装置の第１の実施例の構成を示すブロック図である。図１に例示したように、この目標検出装置は、自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、除算回路６、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８、及び比較回路９から構成されている。なお、受信信号を検波する検波回路１は、外部の装置に含まれるものとし、Ｉ及びＱとして直交デジタル信号化された受信信号から検波信号ｘ（ｘ＝√（Ｉ２＋Ｑ２）を算出して出力する。
【００３１】
自乗値算出回路２は、外部の装置にある検波回路１からの検波信号ｘを自乗して、自乗検波信号ｘ２を算出する。自乗平均値算出回路３は、自乗値算出回路２からの自乗検波信号ｘ２を平均して自乗平均値＜ｘ２＞として算出する。平均値算出回路５は、外部の装置にある検波回路１からの検波信号ｘを平均して平均値＜ｘ＞を算出する。平均値の自乗値算出回路１０は、平均値算出回路５からの平均値＜ｘ＞を自乗して平均値の自乗値＜ｘ＞２を算出する。除算回路６は、検波回路１からの検波信号ｘを平均値算出回路５からの平均値＜ｘ＞で除算してＣＦＡＲ信号としてのｘ／＜ｘ＞を算出する。
【００３２】
形状パラメータ算出回路７ａは、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２と自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞に基づいて、ワイブル分布の形状パラメータｃを算出する。ここに、本実施例におけるこの形状パラメータｃの算出の手法について、以下に詳述する。
【００３３】
形状パラメータ算出回路７ａでは、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２を自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞で除算した除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞を、形状パラメータｃに変換する。この除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞は、式（３）と同様に尺度パラメータｂを含まず、形状パラメータｃのみの関数ｆ（ｃ）として、式（９）のように表される。
【数９】
【００３４】
この結果、ｆ（ｃ）の逆関数ｆ−１（＜ｘ＞２／＜ｘ２＞）から検波信号ｘの形状パラメータｃを決定できる。即ち、形状パラメータｃは式（１０）で表される。
【数１０】
【００３５】
実際には、図２に例示したように、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２を自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞で除算した除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞の範囲毎に、除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞と形状パラメータｃのサンプル点を用いて逆関数ｆ−１（＜ｘ＞２／＜ｘ２＞）の多項式による近似関数を求め、その近似関数から、形状パラメータｃを算出する。なお、除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞の範囲や、範囲の分割数は、図２の例に限定されず、任意の値に設定することができる。
【００３６】
また、形状パラメータｃの従来の算出式である式（４）と本実施例の算出式である式（１０）に示した関数の多項式近似の一例を図３及び図４に、多項式近似による近似誤差の一例を図５に示す。図３及び図４は、それぞれ多項式の次数が等しい場合の式（４）及び式（１０）の近似関数の一例であり、また図５は、式（１０）の近似誤差に対して式（４）の多項式の次数を増減させた場合の近似誤差を比較したものである。図３及び図４に例示したように、多項式の次数が等しい場合、本実施例の式（１０）の近似関数は、従来の場合の式（４）の近似関数よりも近似誤差が低減されている。また、近似誤差をある範囲内に収めようとした場合、図５に例示したように、本実施例の式（１０）の近似関数は、従来の場合の式（４）の近似関数よりも低い次数の多項式により実現されることがわかる。
【００３７】
しきい値算出回路８は、形状パラメータ算出回路７ａからの形状パラメータｃとあらかじめ設定された誤警報確率Ｐｆａの設定値とに基づいて、しきい値Ｔを算出する。比較回路９は、除算回路６からのＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞としきい値算出回路８からのしきい値Ｔとを比較し、ＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞がしきい値Ｔを超えている場合、これを目標として検出する。
【００３８】
次に、上述のように構成された本発明に係る目標検出装置の第１の実施例の動作について説明する。まず、時間経過に沿って検波回路１から検波信号ｘが送られてくると、自乗値算出回路２では自乗検波信号ｘ２が順次算出され、自乗平均値算出回路３に送出されてその平均値＜ｘ２＞が算出される。また、平均値算出回路５では、検波信号ｘの平均値＜ｘ＞が算出される。これら＜ｘ２＞、及び＜ｘ＞は、例えば式（５）に示すように、時間経過に沿って順次送られてくる検波信号ｘの有限個のサンプル数Ｎから算出される。そして、自乗平均値算出回路３からは、自乗検波信号ｘ２の平均値である自乗平均値＜ｘ２＞が形状パラメータ算出回路７ａに送出されるとともに、平均値算出回路５からの平均値＜ｘ＞は、平均値の自乗値算出回路１０において自乗値が算出され、検波信号ｘの平均値の自乗値＜ｘ＞２が形状パラメータ算出回路７ａに送出される。
【００３９】
次いで、形状パラメータ算出回路７ａでは、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２を自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞で除算した除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞の範囲毎に、逆関数（式（１０）に対応）を多項式により近似し、この近似関数から形状パラメータｃを算出する。このときの近似関数は、例えば図２に例示したものであり、これが形状パラメータ算出回路７ａの入出力特性を表している。
【００４０】
次いで、しきい値算出回路８では、形状パラメータ算出回路７ａで算出された形状パラメータｃとあらかじめ設定された誤警報確率Ｐｆａの設定値とに基づいて、ＣＦＡＲ信号から目標を検出するためのしきい値Ｔを算出する。算出にあたっては、例えば式（８）を適用することができる。算出されたしきい値Ｔは、ワイブル分布に従うクラッタ中から誤警報確率を一定化して目標を検出するためのしきい値として、比較回路９に送出される。
【００４１】
一方、除算回路６では、検波信号xを平均値算出回路５からの検波信号ｘの平均値＜ｘ＞で除算したｘ／＜ｘ＞がＣＦＡＲ信号として算出され、比較回路９に送出される。比較回路９では、この除算回路６からのＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞がしきい値算出回路８からのしきい値Ｔと比較される。そして、ＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞がしきい値Ｔを超えたときに、これを目標として検出する。
【００４２】
以上説明したように、本実施例においては、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータｃを算出する際に、検波信号ｘの平均値＜ｘ＞と検波信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞を用いず、これらに替えて検波信号ｘの自乗値＜ｘ＞２と検波信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞を用いることによって、回路規模／演算コストの増大要因となる平方根算出演算を含まずに形状パラメータｃを算出している。また、形状パラメータｃを式（１０）に対する多項式による近似関数から算出する際にも、図４及び図５に例示したように、従来よりもより少ない近似誤差、あるいはより低い次数の多項式により算出することができる。
【００４３】
これにより、演算回路規模や演算処理負荷を低減させて演算コストの増大を抑えるとともに、処理の高速化及び装置の小型・低コスト化が可能となるので、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、検出確率を低下させることなく一定の誤警報確率のもと、高速に目標を検出することのできる、小型かつ低コストな目標検出装置を得ることができる。
【実施例２】
【００４４】
図６は、本発明に係る目標検出装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。この第２の実施例について、図１に示した第１の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、本装置への入力信号を、第１の実施例においては外部の装置に含まれる検波回路からの検波された受信信号としたのに対し、第２の実施例においては直交デジタル信号化された受信信号とした点である。以下、前出の図１乃至図５、ならびに図６のブロック図を参照してその相違点のみを説明する。
【００４５】
図６に例示したように、この目標検出装置は、自乗和算出回路１１、平方根算出回路１２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、除算回路６、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８、及び比較回路９から構成されている。この中で、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、除算回路６、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８、及び比較回路９は、第１の実施例と同様に構成される。
【００４６】
自乗和算出回路１１は、Ｉ及びＱとして直交デジタル信号化されて入力される受信信号から、その自乗和である（Ｉ２＋Ｑ２）を自乗検波信号として算出する。なお、検波信号をｘとすると、ここで算出された自乗和（Ｉ２＋Ｑ２）は、自乗検波信号ｘ２に相当する。すなわち、（Ｉ２＋Ｑ２）＝ｘ２である。平方根算出回路１２は、自乗和算出回路１１からの自乗検波信号ｘ２の平方根を検波信号ｘとして算出する。
【００４７】
次に、上述のように構成された目標検出装置の第２の実施例の動作について説明する。まず、時間経過に沿って直交デジタル信号Ｉ及びＱが送られてくると、自乗和算出回路１１では、Ｉ及びＱの自乗和である（Ｉ２＋Ｑ２）、すなわち自乗検波信号ｘ２が順次算出され、平方根算出回路１２、及び自乗平均値算出回路３に送出される。平方根算出回路１２では、この自乗検波信号ｘ２の平方根が算出され、検波信号ｘとして平均値算出回路５に送出される。
【００４８】
この後は、前出の第１の実施例と同様に動作する。すなわち、自乗平均値算出回路３からは、自乗検波信号ｘ２の平均値である自乗平均値＜ｘ２＞が形状パラメータ算出回路７ａに送出されるとともに、平均値算出回路５の算出結果を用いて平均値の自乗値算出回路１０からは、検波信号ｘの平均値の自乗値＜ｘ＞２が形状パラメータ算出回路７ａに送出され、形状パラメータ算出回路７ａにおいては、これらを用いてワイブル分布の形状パラメータｃが算出される。さらに、しきい値算出回路８において、この形状パラメータｃと誤警報確率の設定値に基づきしきい値Ｔが算出され、比較回路９に送出される。一方、除算回路６においては、検波信号xを検波信号ｘの平均値＜ｘ＞で除算してＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞が算出され、比較回路９に送出される。そして、比較回路９において、しきい値Ｔを超えたＣＦＡＲ信号が目標として検出される。
【００４９】
以上説明したように、本実施例においても第１の実施例と同様に、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータｃを算出する際に、検波信号ｘの自乗値＜ｘ＞２と検波信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞を用いた演算により算出しており、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。加えて、第１の実施例においては、外部の装置の検波回路１で実施されていた自乗和算出（ｘ２＝Ｉ２＋Ｑ２）と平方根算出（ｘ＝√ｘ２）を、それぞれ自乗和算出回路１１と平方根算出回路１２で実施することにより、図１において検波信号ｘから自乗検波信号ｘ２を算出する自乗値算出回路２が不要となり、第１の実施例（外部の装置の検波回路１を含む）よりも更に小型・低コストな目標検出装置を得ることができる。
【実施例３】
【００５０】
図７は、本発明に係る目標検出装置の第３の実施例の構成を示すブロック図である。この第３の実施例について、図１に示した第１の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第３の実施例が第１の実施例と異なる点は、比較回路において目標を検出する際に、第１の実施例では、除算回路により算出したＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞としきい値Ｔとを比較したのに対し、第３の実施例では、除算回路を用いず、検波信号ｘと、除算処理よりも回路規模／演算コストが小さい乗算処理によって算出されたしきい値Ｔ０（＝Ｔ・＜ｘ＞）とを比較するようにした点である。以下、前出の図１乃至図５、ならびに図７のブロック図を参照してその相違点を中心に説明する。
【００５１】
図７に例示したように、この目標検出装置は、自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８ａ、及び比較回路９ａから構成されている。この中で、自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、及び形状パラメータ算出回路７ａは、第１の実施例と同様に構成される。なお、受信信号を検波する検波回路１は、外部の装置に含まれるものとしている。
【００５２】
しきい値算出回路８ａは、平均値算出回路５からの検波信号ｘの平均値＜ｘ＞、形状パラメータ算出回路７ａからのワイブル分布の形状パラメータｃ、及びあらかじめ設定された誤警報確率Ｐｆａの設定値に基づいてしきい値Ｔ０を算出する。ここで算出されるしきい値Ｔ０は、前出の実施例１におけるしきい値算出回路８で算出されたしきい値Ｔに平均値算出回路５からの平均値＜ｘ＞を乗じた値、すなわち、Ｔ０＝Ｔ・＜ｘ＞としている。従って、しきい値算出回路８ａは、例えば前出のしきい値算出回路８の後段に平均値＜ｘ＞を乗ずるための乗算回路を付加することにより実現される。比較回路９ａは、検波信号ｘとしきい値算出回路８ａからのしきい値Ｔ０とを比較し、検波信号ｘがしきい値を超えている場合、これを目標として検出する。
【００５３】
次に、上述のように構成された目標検出装置の第３の実施例の動作について説明する。時間経過に沿って順次送られてくる検波信号ｘからその自乗平均値＜ｘ２＞、及び平均値の自乗値＜ｘ＞２が形状パラメータ算出回路７ａに送出され、これらから形状パラメータ算出回路７ａにおいてワイブル分布の形状パラメータｃが算出されるが、これらは第１の実施例と同様の動作による。しきい値算出回路８ａでは、形状パラメータｃ、及び誤警報確率の設定値Ｐｆａから前出のしきい値算出回路８と同様の動作によりしきい値Ｔを算出し、さらに、このしきい値Ｔに平均値算出回路５からの検波信号ｘの平均値＜ｘ＞を乗じてこれをしきい値Ｔ０とし、比較回路９ａに送出する。そして、比較回路９ａでは、検波信号ｘとしきい値Ｔ０との比較により目標が検出される。この比較回路９ａでは、検波信号ｘに対してしきい値をＴ０、すなわちＴ・＜ｘ＞として比較動作を行っているが、これは、第１の実施例の比較回路９におけるＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞に対してしきい値をＴとした場合と同等の動作である。
【００５４】
以上説明したように、本実施例においても第１の実施例と同様に、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータｃを算出する際に、検波信号ｘの自乗値＜ｘ＞２と検波信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞を用いた演算により算出しており、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。加えて、比較回路において目標を検出する際には、検波信号ｘと、しきい値Ｔ０（＝Ｔ・＜ｘ＞）とを用いた比較を行っており、除算処理よりも回路規模／演算コストが小さい乗算処理を用いた回路構成・演算処理構成にすることができるので、第１の実施例よりも更に小型・低コストな目標検出装置を得ることができる。
【実施例４】
【００５５】
図８は、本発明に係る目標検出装置の第４の実施例の構成を示すブロック図である。この第４の実施例について、図１、図６、及び図７に示した第１〜第３の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第４に実施例が第３の実施例と異なる点は、本装置への入力信号を、第３の実施例においては外部の装置に含まれる検波回路からの検波された受信信号としたのに対し、第４の実施例においては直交デジタル信号化された受信信号とした点である。すなわち、この相違点は、第２の実施例が第１の実施例と異なる点と同様である。以下、前出の図１乃至図７、ならびに図８のブロック図を参照し簡略化して説明する。
【００５６】
図８に例示したように、この目標検出装置は、自乗和算出回路１１、平方根算出回路１２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８ａ、及び比較回路９ａから構成されている。この中で、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８ａ、及び比較回路９ａは、第３の実施例と同様に構成される。また、自乗和算出回路１１、及び平方根算出回路１２は、第２の実施例と同様に構成される。
【００５７】
次に、上述のように構成された目標検出装置の第４の実施例の動作について説明する。まず、時間経過に沿って直交デジタル信号Ｉ及びＱが送られてくると、第２の実施例における動作と同様に、自乗検波信号ｘ２及び検波信号ｘが算出され、さらに自乗検波信号ｘ２の平均値である自乗平均値＜ｘ２＞、検波信号ｘの平均値＜ｘ＞とその自乗値＜ｘ＞２が順次算出され、形状パラメータ算出回路７ａにおいては、これら算出結果に基づきワイブル分布の形状パラメータｃが算出される。この後は、前述の第３の実施例における動作と同様に、しきい値算出回路８ａにおいて形状パラメータｃ、誤警報確率の設定値Ｐｆａ、及び検波信号ｘの平均値＜ｘ＞に基づき、しきい値Ｔ０が算出されて比較回路９ａに送出される。そして、比較回路９ａでは、検波信号ｘとしきい値Ｔ０との比較により目標が検出される。
【００５８】
以上説明したように、本実施例においても第３の実施例と同様な効果を得ることができるとともに、検波信号ｘから自乗検波信号ｘ２を算出する自乗値算出回路２が不要になるので、第３の実施例（外部の装置の検波回路１を含む）よりも更に小型・低コストな目標検出装置を得ることができる。
【実施例５】
【００５９】
図９は、本発明に係る目標検出装置の第５の実施例の構成を示すブロック図である。この第５の実施例について、図１に示した第１の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第５の実施例が第１の実施例と異なる点は、ワイブル分布の形状パラメータｃを算出するにあたってその算出式である式（１０）を多項式により近似する際に、第１の実施例では形状パラメータｃの算出値が図２のような特性を有するような近似関数を設定したのに対し、第５の実施例においては、形状パラメータｃの算出値が２を超えないように設定した点である。以下、前出の図１乃至図５、ならびに図９のブロック図を参照してその相違点のみを説明する。
【００６０】
図９に例示したように、この目標検出装置は、自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、除算回路６、形状パラメータ算出回路７ｂ、しきい値算出回路８、及び比較回路９から構成されている。なお、受信信号を検波する検波回路１は、外部の装置に含まれるものとしている。この中で、第１の実施例の構成と異なるのは、形状パラメータ算出回路７ｂであり、他は、第１の実施例と同様に構成される。
【００６１】
形状パラメータ算出回路７ｂも、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２と自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞に基づいて、第１の実施例と同様に多項式による近似の手法によりワイブル分布の形状パラメータｃを算出する。ただし、本実施例においては、形状パラメータｃが２以下に対応する除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞の範囲では、多項式による近似関数を用い、それ以外の範囲では、出力である形状パラメータｃが２となる関数を用いる。すなわち、この形状パラメータ算出回路７ｂの入出力特性は、第１の実施例のパラメータ算出回路７ａの場合の図２に対応させると、図１０に例示したように、形状パラメータｃが２を超えないように制限されていることが特徴である。これによって、レイリー分布に従うクラッタや雑音中の目標に対しては、形状パラメータｃが２であることを前提にして検出を行うＣＡ−ＣＦＡＲ並みの目標検出性能を得ることができる。
【００６２】
この第５の実施例における目標検出の動作については、第１の実施例と概ね同様の流れであり、詳細な説明を省略するが、上記したように、パラメータ算出回路７ｂでの算出した形状パラメータｃは２を超えないように制限されており、この形状パラメータｃを用いてしきい値算出回路８でしきい値Ｔが算出され、さらにこのしきい値Ｔを用いて比較回路９で目標検出がなされるので、レイリー分布に従うクラッタや雑音中の目標に対しては、ＣＡ−ＣＦＡＲ並みに改善された目標検出性能を得ることができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施例においても第１の実施例と同様な効果を得られることに加え、レイリー分布に従うクラッタや雑音中の目標に対して形状パラメータｃがほぼ２に固定されるので、形状パラメータｃが２であることを前提として目標検出を行うＣＡ−ＣＦＡＲ並みに目標検出性能を改善することができる。
【実施例６】
【００６４】
図１１は、本発明に係る目標検出装置の第６の実施例の構成を示すブロック図である。この第６の実施例の目標検出装置は、図８に示した第４の実施例に対応した処理を実行するようにプログラミングされたＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０１から構成されている。そして、各処理ブロックは、図８に示した実施例４を構成する各ブロック（回路）に対応した処理をそれぞれに実行するようにプログラミングされている。この第６の実施例における目標検出の動作については、第４の実施例と同様の動作により対応する各処理ブロックにおいてデータ処理がなされるので、詳細な説明は省略する。
【００６５】
本実施例においては、目標検出装置をＤＳＰを用いて構成するとともに、その内部にプログラミングされた各処理ブロックにより第４の実施例と同様な目標検出を行うようにしたので、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、検出確率を低下させることなく一定の誤警報確率のもと、高速に目標を検出することのできる、小型かつ低コストな目標検出装置を得ることができる。
【００６６】
なお、本実施例では、図８に示した第４の実施例に対応した場合を説明したが、第１〜第３、ならびに第５の実施例の実施例に対しても同様に構成することができる。
【００６７】
また、本発明は、上述した第１〜第６の実施例における実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１ 検波回路
２ 自乗値算出回路
３ 自乗平均値算出回路
４ 平方根算出回路
５ 平均値算出回路
６ 除算回路
７、７ａ、７ｂ 形状パラメータ算出回路
８、８ａ しきい値算出回路
９、９ａ 比較回路
１０ 平均値の自乗値算出回路
１１ 自乗和算出回路
１２ 平方根算出回路
１０１ ＤＳＰ
１０３ 自乗平均値算出処理
１０５ 平均値算出処理
１０７ａ 形状パラメータ算出処理
１０８ａ しきい値算出処理
１０９ａ 比較処理
１１０ 平均値の自乗値算出処理
１１１ 自乗和算出処理
１１２ 平方根算出処理
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、一定の誤警報確率で目標を検出する目標検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ受信信号におけるクラッタを抑圧し、誤警報確率一定のもとに目標を検出する方式として、ＣＡ−ＣＦＡＲ（Ｃｅｌｌ Ａｖｅｒａｇｉｎｇ Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）が知られている（例えば、非特許文献１、及び特許文献１参照）。このＣＡ−ＣＦＡＲは、平均値によってクラッタレベルを規格化し、誤警報確率を一定化するものである。ＣＡ−ＣＦＡＲは、レイリー分布に従うクラッタ及び雑音に対する誤警報確率を低くするが、レイリー分布に従わないクラッタが存在する場合には、誤警報確率が高くなる。
【０００３】
一方、レイリー分布に従わず、ワイブル分布に従うクラッタが存在する環境において、誤警報確率を低くかつ一定に抑えるためにワイブルＣＦＡＲが有効である（例えば、非特許文献１、及び特許文献２参照）。このワイブルＣＦＡＲは、信号の平均及び分散（又は標準偏差）を用いて信号の規格化を行っている。ワイブルＣＦＡＲは、振幅の確率密度関数がワイブル分布に従う信号に対してＣＦＡＲ特性を有する。ワイブル分布の確率密度関数ｐｄｆ（ｘ）は、式（１）で表される。
【数１】
【０００４】
ここで、ｂは尺度（ｓｃａｌｅ）パラメータ、ｃは形状（ｓｈａｐｅ）パラメータである。ワイブル分布は、形状パラメータｃ＝２のときはレイリー分布、形状パラメータｃ＝１のときは指数分布になるため、レイリー分布よりも多様な確率密度関数に適用できる。
【０００５】
ワイブルＣＦＡＲの実装方式については、非特許文献１にいくつかの事例が示されているが、ここでは対数変換を行わないワイブルＣＦＡＲを用いた、従来の目標検出装置の一例を図１２に示す。図１２に例示した目標検出装置は、受信信号を検波する検波回路１は外部の装置に含まれるものとし、検波回路１からの検波後の信号を入力信号ｘとして、この入力信号ｘの自乗値を自乗検波信号ｘ２として算出する自乗値算出回路２、この自乗検波信号の平均値を自乗平均値＜ｘ２＞として算出する自乗平均値算出回路３、この自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞を算出する平方根算出回路４、入力信号ｘの平均値＜ｘ＞を算出する平均値算出回路５、入力信号ｘをこの平均値算出回路５で算出した平均値＜ｘ＞で除算しＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞として出力する除算回路６、平方根算出回路４で算出した入力信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞と平均値算出回路５で算出した入力信号ｘの平均値＜ｘ＞に基づきワイブル分布の形状パラメータｃを算出する形状パラメータ算出回路７、この算出した形状パラメータｃとあらかじめ設定された誤警報確率（Ｐｆａ）に基づき目標検出のしきい値Ｔを算出するしきい値算出回路８、及び除算回路６からのＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞とこのしきい値Ｔとを比較する比較回路９から構成されている。
【０００６】
この図１２に例示した目標検出装置における形状パラメータｃ、及びしきい値Ｔの決定方法について以下に説明する。
【０００７】
まず、形状パラメータｃの決定方法について説明する。自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、及び平方根算出回路４は、入力信号ｘに対する自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞を算出し、平均値算出回路５は、入力信号ｘの平均値＜ｘ＞を算出する。入力信号ｘの理論的な平均値＜ｘ＞と、入力信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞は、式（２）のように表される。
【数２】
【０００８】
次に、形状パラメータ算出回路７は、平均値算出回路５からの入力信号ｘの平均値＜ｘ＞と平方根算出回路４からの入力信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞とを入力し、入力信号ｘの平均値＜ｘ＞を入力信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞で除算した除算出力を、形状パラメータｃに変換する。入力信号ｘの平均値＜ｘ＞を入力信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞で除算した除算出力は、尺度パラメータｂを含まず、式（３）に示すように、形状パラメータｃのみの関数ｆ（ｃ）になる。
【数３】
【０００９】
この結果、ｆ（ｃ）の逆関数ｆ−１（＜ｘ＞／√＜ｘ２＞）から入力信号ｘの形状パラメータｃを決定できる。すなわち、形状パラメータｃは、式（４）で表される。
【数４】
【００１０】
図１３に、従来の目標検出装置におけるワイブルＣＦＡＲの、入力信号の平均値を入力信号の自乗平均値の平方根で除算した除算出力と形状パラメータｃとの関係（理論値）を示す。また、実際には入力信号ｘの平均値＜ｘ＞と入力信号xの自乗平均値＜ｘ２＞は、有限のサンプル数Nから算出するため、これらは式（５）に示すように表される。
【数５】
【００１１】
次に、ＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞に対するしきい値Ｔの決定方法について説明する。しきい値算出回路８は、形状パラメータ算出回路７からの形状パラメータｃと誤警報確率Ｐｆａとに基づいてしきい値Ｔを算出する。入力信号ｘに対するしきい値をＴ０とおくと、ワイブル分布の誤警報確率Ｐｆａは、式（６）のように表される。
【数６】
【００１２】
式（６）をしきい値Ｔ０について解くと、式（７）が得られる。
【数７】
【００１３】
この結果、ＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞に対するしきい値Ｔは、誤警報確率Ｐｆａと形状パラメータｃを用いて、式（８）から求められる。
【数８】
【００１４】
一方、除算回路６は、入力信号ｘをその平均値＜ｘ＞で除算したＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞を比較回路９に出力する。比較回路９は、除算回路６からのＣＦＡＲ信号出力をしきい値算出回路８からのしきい値Ｔと比較して、ＣＦＡＲ信号出力がしきい値Ｔを超えたとき目標として検出する。
【００１５】
従来のワイブルＣＦＡＲを用いた目標検出装置においては、上記したような構成で形状パラメータｃ、及びしきい値Ｔを決定し、目標を検出している。ところで、この種の信号処理を実装する上では、平方根算出、及び除算のための演算回路または演算処理の規模が増大することが知られている。特に、平方根算出は演算負荷が重いため、例えば、特許文献３や特許文献４等に開示されているように、演算量を減らして高速化・小型化を図るための種々の手法が開示されている。また、除算についても、例えば、特許文献５等にその手法が開示されている。
【００１６】
図１２に例示した従来の目標検出装置においても、平方根算出回路４、及び除算回路６を含み構成されているため、演算回路規模または演算処理負荷が増大して演算コストが上昇してしまい、処理の高速化及び装置の小型・低コスト化が困難であった。また、ワイブル分布に従うクラッタに対しては誤警報確率を一定化するが、レイリー分布中に存在する目標については、その検出確率がＣＡ−ＣＦＡＲよりも低下するという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平１０−１４８６６７号公報
【特許文献２】特開２００５−８３８７０号公報
【特許文献３】特開平６−３５６７９号公報
【特許文献４】特開２０００−２６０１３７号公報
【特許文献５】特開２００２−２２３１９９号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】関根松夫著、レーダ信号処理技術、電子情報通信学会、１９９１年１０月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述したように、ワイブルＣＦＡＲを用いて目標検出を行う場合には、ＣＡ−ＣＦＡＲよりも回路規模／演算処理負荷が増大し、高速化が困難であるとともに、装置の小型化・低コスト化が難しいという課題があった。また、ワイブル分布に従うクラッタに対しては誤警報確率を一定化するが、レイリー分布中に存在する目標の検出確率が、ＣＡ−ＣＦＡＲよりも低下するという課題があった。
【００２０】
本発明は、上述の事情を考慮してなされたものであり、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、検出確率を低下させることなく一定の誤警報確率のもと、高速に目標を検出する、小型かつ低コストな目標検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、第１の発明の目標検出装置は、検波された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、前記入力信号の自乗値を自乗検波信号として算出する平均値の自乗検波信号算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、前記入力信号を前記平均値算出手段からの平均値で除算した信号をＣＦＡＲ信号として算出する除算手段と、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータとあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、前記除算手段からのＣＦＡＲ信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
また、第２の発明の目標検出装置は、直交デジタル信号化された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の自乗和を自乗検波信号として算出する自乗検波信号算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平方根を検波信号として算出する検波信号算出手段と、前記検波信号算出手段からの検波信号の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、前記検波信号算出手段からの検波信号を前記平均値算出手段からの平均値で除算した信号をＣＦＡＲ信号として算出する除算手段と、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータとあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、前記除算手段からのＣＦＡＲ信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
また、第３の発明の目標検出装置は、検波された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、前記入力信号の自乗値を自乗検波信号として算出する平均値の自乗検波信号算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータ、及びあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、前記入力信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
また、第４の発明の目標検出装置は、直交デジタル信号化された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の自乗和を自乗検波信号として算出する自乗検波信号算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平方根を検波信号として算出する検波信号算出手段と、前記検波信号算出手段からの検波信号の平均値を算出する平均値算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、前記平均値算出手段からの平均値、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータ、及びあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、前記検波信号算出手段からの検波信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
また、第５の発明の目標検出装置は、前記形状パラメータ算出手段は、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値で除算した除算出力に対し、前記除算出力の範囲毎に、前記除算出力と形状パラメータとの複数のサンプリング点を近似法により結んで多項式による近似関数を求め、この近似関数により前記除算出力から前記形状パラメータを算出することを特徴とする。
【００２６】
また、第６の発明の目標検出装置は、上記したいずれか１項に記載の処理を実施するようにプログラミングされたＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、検出確率を低下させることなく一定の誤警報確率のもと、高速に目標を検出することのできる、小型かつ低コストな目標検出装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る目標検出装置の第１の実施例の構成を示すブロック図。
【図２】形状パラメータ算出回路７ａの特性の一例を示す図。
【図３】式（４）に対する多項式近似の一例を示す図。
【図４】式（１０）に対する多項式近似の一例を示す図。
【図５】式（４）及び式（１０）に対する多項式の次数の差異による近似誤差の比較の一例を示す図。
【図６】本発明に係る目標検出装置の第２の実施例の構成を示すブロック図。
【図７】本発明に係る目標検出装置の第３の実施例の構成を示すブロック図。
【図８】本発明に係る目標検出装置の第４の実施例の構成を示すブロック図。
【図９】本発明に係る目標検出装置の第５の実施例の構成を示すブロック図。
【図１０】形状パラメータ算出回路７ｂの特性の一例を示す図。
【図１１】本発明に係る目標検出装置の第６の実施例の構成を示すブロック図。
【図１２】ワイブルＣＦＡＲを用いた従来の目標検出装置の構成の一例を示すブロック図。
【図１３】従来の目標検出装置における、入力信号の平均値を入力信号の自乗平均値の平方根で除算した除算出力とワイブル分布の形状パラメータｃとの関係（理論値）を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、本発明に係る目標検出装置を実施するための最良の形態について、図１乃至図１１を参照して説明する。なお、以下の説明においては、従来技術の欄で説明した構成部分に相当する部分には、従来の技術の欄で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明に係る目標検出装置の第１の実施例の構成を示すブロック図である。図１に例示したように、この目標検出装置は、自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、除算回路６、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８、及び比較回路９から構成されている。なお、受信信号を検波する検波回路１は、外部の装置に含まれるものとし、Ｉ及びＱとして直交デジタル信号化された受信信号から検波信号ｘ（ｘ＝√（Ｉ２＋Ｑ２）を算出して出力する。
【００３１】
自乗値算出回路２は、外部の装置にある検波回路１からの検波信号ｘを自乗して、自乗検波信号ｘ２を算出する。自乗平均値算出回路３は、自乗値算出回路２からの自乗検波信号ｘ２を平均して自乗平均値＜ｘ２＞として算出する。平均値算出回路５は、外部の装置にある検波回路１からの検波信号ｘを平均して平均値＜ｘ＞を算出する。平均値の自乗値算出回路１０は、平均値算出回路５からの平均値＜ｘ＞を自乗して平均値の自乗値＜ｘ＞２を算出する。除算回路６は、検波回路１からの検波信号ｘを平均値算出回路５からの平均値＜ｘ＞で除算してＣＦＡＲ信号としてのｘ／＜ｘ＞を算出する。
【００３２】
形状パラメータ算出回路７ａは、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２と自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞に基づいて、ワイブル分布の形状パラメータｃを算出する。ここに、本実施例におけるこの形状パラメータｃの算出の手法について、以下に詳述する。
【００３３】
形状パラメータ算出回路７ａでは、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２を自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞で除算した除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞を、形状パラメータｃに変換する。この除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞は、式（３）と同様に尺度パラメータｂを含まず、形状パラメータｃのみの関数ｆ（ｃ）として、式（９）のように表される。
【数９】
【００３４】
この結果、ｆ（ｃ）の逆関数ｆ−１（＜ｘ＞２／＜ｘ２＞）から検波信号ｘの形状パラメータｃを決定できる。即ち、形状パラメータｃは式（１０）で表される。
【数１０】
【００３５】
実際には、図２に例示したように、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２を自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞で除算した除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞の範囲毎に、除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞と形状パラメータｃのサンプル点を用いて逆関数ｆ−１（＜ｘ＞２／＜ｘ２＞）の多項式による近似関数を求め、その近似関数から、形状パラメータｃを算出する。なお、除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞の範囲や、範囲の分割数は、図２の例に限定されず、任意の値に設定することができる。
【００３６】
また、形状パラメータｃの従来の算出式である式（４）と本実施例の算出式である式（１０）に示した関数の多項式近似の一例を図３及び図４に、多項式近似による近似誤差の一例を図５に示す。図３及び図４は、それぞれ多項式の次数が等しい場合の式（４）及び式（１０）の近似関数の一例であり、また図５は、式（１０）の近似誤差に対して式（４）の多項式の次数を増減させた場合の近似誤差を比較したものである。図３及び図４に例示したように、多項式の次数が等しい場合、本実施例の式（１０）の近似関数は、従来の場合の式（４）の近似関数よりも近似誤差が低減されている。また、近似誤差をある範囲内に収めようとした場合、図５に例示したように、本実施例の式（１０）の近似関数は、従来の場合の式（４）の近似関数よりも低い次数の多項式により実現されることがわかる。
【００３７】
しきい値算出回路８は、形状パラメータ算出回路７ａからの形状パラメータｃとあらかじめ設定された誤警報確率Ｐｆａの設定値とに基づいて、しきい値Ｔを算出する。比較回路９は、除算回路６からのＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞としきい値算出回路８からのしきい値Ｔとを比較し、ＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞がしきい値Ｔを超えている場合、これを目標として検出する。
【００３８】
次に、上述のように構成された本発明に係る目標検出装置の第１の実施例の動作について説明する。まず、時間経過に沿って検波回路１から検波信号ｘが送られてくると、自乗値算出回路２では自乗検波信号ｘ２が順次算出され、自乗平均値算出回路３に送出されてその平均値＜ｘ２＞が算出される。また、平均値算出回路５では、検波信号ｘの平均値＜ｘ＞が算出される。これら＜ｘ２＞、及び＜ｘ＞は、例えば式（５）に示すように、時間経過に沿って順次送られてくる検波信号ｘの有限個のサンプル数Ｎから算出される。そして、自乗平均値算出回路３からは、自乗検波信号ｘ２の平均値である自乗平均値＜ｘ２＞が形状パラメータ算出回路７ａに送出されるとともに、平均値算出回路５からの平均値＜ｘ＞は、平均値の自乗値算出回路１０において自乗値が算出され、検波信号ｘの平均値の自乗値＜ｘ＞２が形状パラメータ算出回路７ａに送出される。
【００３９】
次いで、形状パラメータ算出回路７ａでは、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２を自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞で除算した除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞の範囲毎に、逆関数（式（１０）に対応）を多項式により近似し、この近似関数から形状パラメータｃを算出する。このときの近似関数は、例えば図２に例示したものであり、これが形状パラメータ算出回路７ａの入出力特性を表している。
【００４０】
次いで、しきい値算出回路８では、形状パラメータ算出回路７ａで算出された形状パラメータｃとあらかじめ設定された誤警報確率Ｐｆａの設定値とに基づいて、ＣＦＡＲ信号から目標を検出するためのしきい値Ｔを算出する。算出にあたっては、例えば式（８）を適用することができる。算出されたしきい値Ｔは、ワイブル分布に従うクラッタ中から誤警報確率を一定化して目標を検出するためのしきい値として、比較回路９に送出される。
【００４１】
一方、除算回路６では、検波信号xを平均値算出回路５からの検波信号ｘの平均値＜ｘ＞で除算したｘ／＜ｘ＞がＣＦＡＲ信号として算出され、比較回路９に送出される。比較回路９では、この除算回路６からのＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞がしきい値算出回路８からのしきい値Ｔと比較される。そして、ＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞がしきい値Ｔを超えたときに、これを目標として検出する。
【００４２】
以上説明したように、本実施例においては、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータｃを算出する際に、検波信号ｘの平均値＜ｘ＞と検波信号ｘの自乗平均値の平方根√＜ｘ２＞を用いず、これらに替えて検波信号ｘの自乗値＜ｘ＞２と検波信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞を用いることによって、回路規模／演算コストの増大要因となる平方根算出演算を含まずに形状パラメータｃを算出している。また、形状パラメータｃを式（１０）に対する多項式による近似関数から算出する際にも、図４及び図５に例示したように、従来よりもより少ない近似誤差、あるいはより低い次数の多項式により算出することができる。
【００４３】
これにより、演算回路規模や演算処理負荷を低減させて演算コストの増大を抑えるとともに、処理の高速化及び装置の小型・低コスト化が可能となるので、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、検出確率を低下させることなく一定の誤警報確率のもと、高速に目標を検出することのできる、小型かつ低コストな目標検出装置を得ることができる。
【実施例２】
【００４４】
図６は、本発明に係る目標検出装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。この第２の実施例について、図１に示した第１の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第２の実施例が第１の実施例と異なる点は、本装置への入力信号を、第１の実施例においては外部の装置に含まれる検波回路からの検波された受信信号としたのに対し、第２の実施例においては直交デジタル信号化された受信信号とした点である。以下、前出の図１乃至図５、ならびに図６のブロック図を参照してその相違点のみを説明する。
【００４５】
図６に例示したように、この目標検出装置は、自乗和算出回路１１、平方根算出回路１２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、除算回路６、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８、及び比較回路９から構成されている。この中で、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、除算回路６、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８、及び比較回路９は、第１の実施例と同様に構成される。
【００４６】
自乗和算出回路１１は、Ｉ及びＱとして直交デジタル信号化されて入力される受信信号から、その自乗和である（Ｉ２＋Ｑ２）を自乗検波信号として算出する。なお、検波信号をｘとすると、ここで算出された自乗和（Ｉ２＋Ｑ２）は、自乗検波信号ｘ２に相当する。すなわち、（Ｉ２＋Ｑ２）＝ｘ２である。平方根算出回路１２は、自乗和算出回路１１からの自乗検波信号ｘ２の平方根を検波信号ｘとして算出する。
【００４７】
次に、上述のように構成された目標検出装置の第２の実施例の動作について説明する。まず、時間経過に沿って直交デジタル信号Ｉ及びＱが送られてくると、自乗和算出回路１１では、Ｉ及びＱの自乗和である（Ｉ２＋Ｑ２）、すなわち自乗検波信号ｘ２が順次算出され、平方根算出回路１２、及び自乗平均値算出回路３に送出される。平方根算出回路１２では、この自乗検波信号ｘ２の平方根が算出され、検波信号ｘとして平均値算出回路５に送出される。
【００４８】
この後は、前出の第１の実施例と同様に動作する。すなわち、自乗平均値算出回路３からは、自乗検波信号ｘ２の平均値である自乗平均値＜ｘ２＞が形状パラメータ算出回路７ａに送出されるとともに、平均値算出回路５の算出結果を用いて平均値の自乗値算出回路１０からは、検波信号ｘの平均値の自乗値＜ｘ＞２が形状パラメータ算出回路７ａに送出され、形状パラメータ算出回路７ａにおいては、これらを用いてワイブル分布の形状パラメータｃが算出される。さらに、しきい値算出回路８において、この形状パラメータｃと誤警報確率の設定値に基づきしきい値Ｔが算出され、比較回路９に送出される。一方、除算回路６においては、検波信号xを検波信号ｘの平均値＜ｘ＞で除算してＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞が算出され、比較回路９に送出される。そして、比較回路９において、しきい値Ｔを超えたＣＦＡＲ信号が目標として検出される。
【００４９】
以上説明したように、本実施例においても第１の実施例と同様に、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータｃを算出する際に、検波信号ｘの自乗値＜ｘ＞２と検波信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞を用いた演算により算出しており、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。加えて、第１の実施例においては、外部の装置の検波回路１で実施されていた自乗和算出（ｘ２＝Ｉ２＋Ｑ２）と平方根算出（ｘ＝√ｘ２）を、それぞれ自乗和算出回路１１と平方根算出回路１２で実施することにより、図１において検波信号ｘから自乗検波信号ｘ２を算出する自乗値算出回路２が不要となり、第１の実施例（外部の装置の検波回路１を含む）よりも更に小型・低コストな目標検出装置を得ることができる。
【実施例３】
【００５０】
図７は、本発明に係る目標検出装置の第３の実施例の構成を示すブロック図である。この第３の実施例について、図１に示した第１の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第３の実施例が第１の実施例と異なる点は、比較回路において目標を検出する際に、第１の実施例では、除算回路により算出したＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞としきい値Ｔとを比較したのに対し、第３の実施例では、除算回路を用いず、検波信号ｘと、除算処理よりも回路規模／演算コストが小さい乗算処理によって算出されたしきい値Ｔ０（＝Ｔ・＜ｘ＞）とを比較するようにした点である。以下、前出の図１乃至図５、ならびに図７のブロック図を参照してその相違点を中心に説明する。
【００５１】
図７に例示したように、この目標検出装置は、自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８ａ、及び比較回路９ａから構成されている。この中で、自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、及び形状パラメータ算出回路７ａは、第１の実施例と同様に構成される。なお、受信信号を検波する検波回路１は、外部の装置に含まれるものとしている。
【００５２】
しきい値算出回路８ａは、平均値算出回路５からの検波信号ｘの平均値＜ｘ＞、形状パラメータ算出回路７ａからのワイブル分布の形状パラメータｃ、及びあらかじめ設定された誤警報確率Ｐｆａの設定値に基づいてしきい値Ｔ０を算出する。ここで算出されるしきい値Ｔ０は、前出の実施例１におけるしきい値算出回路８で算出されたしきい値Ｔに平均値算出回路５からの平均値＜ｘ＞を乗じた値、すなわち、Ｔ０＝Ｔ・＜ｘ＞としている。従って、しきい値算出回路８ａは、例えば前出のしきい値算出回路８の後段に平均値＜ｘ＞を乗ずるための乗算回路を付加することにより実現される。比較回路９ａは、検波信号ｘとしきい値算出回路８ａからのしきい値Ｔ０とを比較し、検波信号ｘがしきい値を超えている場合、これを目標として検出する。
【００５３】
次に、上述のように構成された目標検出装置の第３の実施例の動作について説明する。時間経過に沿って順次送られてくる検波信号ｘからその自乗平均値＜ｘ２＞、及び平均値の自乗値＜ｘ＞２が形状パラメータ算出回路７ａに送出され、これらから形状パラメータ算出回路７ａにおいてワイブル分布の形状パラメータｃが算出されるが、これらは第１の実施例と同様の動作による。しきい値算出回路８ａでは、形状パラメータｃ、及び誤警報確率の設定値Ｐｆａから前出のしきい値算出回路８と同様の動作によりしきい値Ｔを算出し、さらに、このしきい値Ｔに平均値算出回路５からの検波信号ｘの平均値＜ｘ＞を乗じてこれをしきい値Ｔ０とし、比較回路９ａに送出する。そして、比較回路９ａでは、検波信号ｘとしきい値Ｔ０との比較により目標が検出される。この比較回路９ａでは、検波信号ｘに対してしきい値をＴ０、すなわちＴ・＜ｘ＞として比較動作を行っているが、これは、第１の実施例の比較回路９におけるＣＦＡＲ信号ｘ／＜ｘ＞に対してしきい値をＴとした場合と同等の動作である。
【００５４】
以上説明したように、本実施例においても第１の実施例と同様に、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータｃを算出する際に、検波信号ｘの自乗値＜ｘ＞２と検波信号ｘの自乗平均値＜ｘ２＞を用いた演算により算出しており、第１の実施例と同様の効果を得ることができる。加えて、比較回路において目標を検出する際には、検波信号ｘと、しきい値Ｔ０（＝Ｔ・＜ｘ＞）とを用いた比較を行っており、除算処理よりも回路規模／演算コストが小さい乗算処理を用いた回路構成・演算処理構成にすることができるので、第１の実施例よりも更に小型・低コストな目標検出装置を得ることができる。
【実施例４】
【００５５】
図８は、本発明に係る目標検出装置の第４の実施例の構成を示すブロック図である。この第４の実施例について、図１、図６、及び図７に示した第１〜第３の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第４に実施例が第３の実施例と異なる点は、本装置への入力信号を、第３の実施例においては外部の装置に含まれる検波回路からの検波された受信信号としたのに対し、第４の実施例においては直交デジタル信号化された受信信号とした点である。すなわち、この相違点は、第２の実施例が第１の実施例と異なる点と同様である。以下、前出の図１乃至図７、ならびに図８のブロック図を参照し簡略化して説明する。
【００５６】
図８に例示したように、この目標検出装置は、自乗和算出回路１１、平方根算出回路１２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８ａ、及び比較回路９ａから構成されている。この中で、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、形状パラメータ算出回路７ａ、しきい値算出回路８ａ、及び比較回路９ａは、第３の実施例と同様に構成される。また、自乗和算出回路１１、及び平方根算出回路１２は、第２の実施例と同様に構成される。
【００５７】
次に、上述のように構成された目標検出装置の第４の実施例の動作について説明する。まず、時間経過に沿って直交デジタル信号Ｉ及びＱが送られてくると、第２の実施例における動作と同様に、自乗検波信号ｘ２及び検波信号ｘが算出され、さらに自乗検波信号ｘ２の平均値である自乗平均値＜ｘ２＞、検波信号ｘの平均値＜ｘ＞とその自乗値＜ｘ＞２が順次算出され、形状パラメータ算出回路７ａにおいては、これら算出結果に基づきワイブル分布の形状パラメータｃが算出される。この後は、前述の第３の実施例における動作と同様に、しきい値算出回路８ａにおいて形状パラメータｃ、誤警報確率の設定値Ｐｆａ、及び検波信号ｘの平均値＜ｘ＞に基づき、しきい値Ｔ０が算出されて比較回路９ａに送出される。そして、比較回路９ａでは、検波信号ｘとしきい値Ｔ０との比較により目標が検出される。
【００５８】
以上説明したように、本実施例においても第３の実施例と同様な効果を得ることができるとともに、検波信号ｘから自乗検波信号ｘ２を算出する自乗値算出回路２が不要になるので、第３の実施例（外部の装置の検波回路１を含む）よりも更に小型・低コストな目標検出装置を得ることができる。
【実施例５】
【００５９】
図９は、本発明に係る目標検出装置の第５の実施例の構成を示すブロック図である。この第５の実施例について、図１に示した第１の実施例の各部と同一の部分は同一の符号で示し、その説明は省略する。この第５の実施例が第１の実施例と異なる点は、ワイブル分布の形状パラメータｃを算出するにあたってその算出式である式（１０）を多項式により近似する際に、第１の実施例では形状パラメータｃの算出値が図２のような特性を有するような近似関数を設定したのに対し、第５の実施例においては、形状パラメータｃの算出値が２を超えないように設定した点である。以下、前出の図１乃至図５、ならびに図９のブロック図を参照してその相違点のみを説明する。
【００６０】
図９に例示したように、この目標検出装置は、自乗値算出回路２、自乗平均値算出回路３、平均値算出回路５、平均値の自乗値算出回路１０、除算回路６、形状パラメータ算出回路７ｂ、しきい値算出回路８、及び比較回路９から構成されている。なお、受信信号を検波する検波回路１は、外部の装置に含まれるものとしている。この中で、第１の実施例の構成と異なるのは、形状パラメータ算出回路７ｂであり、他は、第１の実施例と同様に構成される。
【００６１】
形状パラメータ算出回路７ｂも、平均値の自乗値算出回路１０からの平均値の自乗値＜ｘ＞２と自乗平均値算出回路３からの自乗平均値＜ｘ２＞に基づいて、第１の実施例と同様に多項式による近似の手法によりワイブル分布の形状パラメータｃを算出する。ただし、本実施例においては、形状パラメータｃが２以下に対応する除算出力＜ｘ＞２／＜ｘ２＞の範囲では、多項式による近似関数を用い、それ以外の範囲では、出力である形状パラメータｃが２となる関数を用いる。すなわち、この形状パラメータ算出回路７ｂの入出力特性は、第１の実施例のパラメータ算出回路７ａの場合の図２に対応させると、図１０に例示したように、形状パラメータｃが２を超えないように制限されていることが特徴である。これによって、レイリー分布に従うクラッタや雑音中の目標に対しては、形状パラメータｃが２であることを前提にして検出を行うＣＡ−ＣＦＡＲ並みの目標検出性能を得ることができる。
【００６２】
この第５の実施例における目標検出の動作については、第１の実施例と概ね同様の流れであり、詳細な説明を省略するが、上記したように、パラメータ算出回路７ｂでの算出した形状パラメータｃは２を超えないように制限されており、この形状パラメータｃを用いてしきい値算出回路８でしきい値Ｔが算出され、さらにこのしきい値Ｔを用いて比較回路９で目標検出がなされるので、レイリー分布に従うクラッタや雑音中の目標に対しては、ＣＡ−ＣＦＡＲ並みに改善された目標検出性能を得ることができる。
【００６３】
以上説明したように、本実施例においても第１の実施例と同様な効果を得られることに加え、レイリー分布に従うクラッタや雑音中の目標に対して形状パラメータｃがほぼ２に固定されるので、形状パラメータｃが２であることを前提として目標検出を行うＣＡ−ＣＦＡＲ並みに目標検出性能を改善することができる。
【実施例６】
【００６４】
図１１は、本発明に係る目標検出装置の第６の実施例の構成を示すブロック図である。この第６の実施例の目標検出装置は、図８に示した第４の実施例に対応した処理を実行するようにプログラミングされたＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）１０１から構成されている。そして、各処理ブロックは、図８に示した実施例４を構成する各ブロック（回路）に対応した処理をそれぞれに実行するようにプログラミングされている。この第６の実施例における目標検出の動作については、第４の実施例と同様の動作により対応する各処理ブロックにおいてデータ処理がなされるので、詳細な説明は省略する。
【００６５】
本実施例においては、目標検出装置をＤＳＰを用いて構成するとともに、その内部にプログラミングされた各処理ブロックにより第４の実施例と同様な目標検出を行うようにしたので、ワイブル分布に従ったクラッタ等が存在する環境において受信されたレーダ信号中から、検出確率を低下させることなく一定の誤警報確率のもと、高速に目標を検出することのできる、小型かつ低コストな目標検出装置を得ることができる。
【００６６】
なお、本実施例では、図８に示した第４の実施例に対応した場合を説明したが、第１〜第３、ならびに第５の実施例の実施例に対しても同様に構成することができる。
【００６７】
また、本発明は、上述した第１〜第６の実施例における実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１ 検波回路
２ 自乗値算出回路
３ 自乗平均値算出回路
４ 平方根算出回路
５ 平均値算出回路
６ 除算回路
７、７ａ、７ｂ 形状パラメータ算出回路
８、８ａ しきい値算出回路
９、９ａ 比較回路
１０ 平均値の自乗値算出回路
１１ 自乗和算出回路
１２ 平方根算出回路
１０１ ＤＳＰ
１０３ 自乗平均値算出処理
１０５ 平均値算出処理
１０７ａ 形状パラメータ算出処理
１０８ａ しきい値算出処理
１０９ａ 比較処理
１１０ 平均値の自乗値算出処理
１１１ 自乗和算出処理
１１２ 平方根算出処理
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検波された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、
前記入力信号の自乗値を自乗検波信号として算出する平均値の自乗検波信号算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、
前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、
前記入力信号を前記平均値算出手段からの平均値で除算した信号をＣＦＡＲ信号として算出する除算手段と、
前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータとあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、
前記除算手段からのＣＦＡＲ信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項２】
直交デジタル信号化された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の自乗和を自乗検波信号として算出する自乗検波信号算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平方根を検波信号として算出する検波信号算出手段と、
前記検波信号算出手段からの検波信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、
前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、
前記検波信号算出手段からの検波信号を前記平均値算出手段からの平均値で除算した信号をＣＦＡＲ信号として算出する除算手段と、
前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータとあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、
前記除算手段からのＣＦＡＲ信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項３】
検波された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、
前記入力信号の自乗値を自乗検波信号として算出する平均値の自乗検波信号算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、
前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータ、及びあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、
前記入力信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項４】
直交デジタル信号化された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の自乗和を自乗検波信号として算出する自乗検波信号算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平方根を検波信号として算出する検波信号算出手段と、
前記検波信号算出手段からの検波信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、
前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータ、及びあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、
前記検波信号算出手段からの検波信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項５】
前記形状パラメータ算出手段は、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値で除算した除算出力に対し、前記除算出力の範囲毎に、前記除算出力と前記形状パラメータとの複数のサンプリング点を近似法により結んで多項式による近似関数を求め、この近似関数により前記除算出力から前記形状パラメータを算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の目標検出装置。
【請求項６】
前記形状パラメータ算出手段は、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値で除算した除算出力に対し、ワイブル分布の形状パラメータが所定値以下に対応する前記除算出力の範囲では、前記除算出力と形状パラメータとの複数のサンプリング点を近似法により結んで多項式による近似関数を求め、この近似関数により前記除算出力から前記形状パラメータを算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の目標検出装置。
【請求項７】
前記所定値は、２であることを特徴とする請求項６に記載の目標検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の処理を実施するようにプログラミングされたＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項１】
検波された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、
前記入力信号の自乗値を自乗検波信号として算出する平均値の自乗検波信号算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、
前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、
前記入力信号を前記平均値算出手段からの平均値で除算した信号をＣＦＡＲ信号として算出する除算手段と、
前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータとあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、
前記除算手段からのＣＦＡＲ信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項２】
直交デジタル信号化された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の自乗和を自乗検波信号として算出する自乗検波信号算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平方根を検波信号として算出する検波信号算出手段と、
前記検波信号算出手段からの検波信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、
前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、
前記検波信号算出手段からの検波信号を前記平均値算出手段からの平均値で除算した信号をＣＦＡＲ信号として算出する除算手段と、
前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータとあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、
前記除算手段からのＣＦＡＲ信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項３】
検波された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、
前記入力信号の自乗値を自乗検波信号として算出する平均値の自乗検波信号算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、
前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータ、及びあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、
前記入力信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項４】
直交デジタル信号化された受信信号を入力信号として入力し、この入力信号の自乗和を自乗検波信号として算出する自乗検波信号算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平方根を検波信号として算出する検波信号算出手段と、
前記検波信号算出手段からの検波信号の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を算出する平均値の自乗値算出手段と、
前記自乗検波信号算出手段からの自乗検波信号の平均値を自乗平均値として算出する自乗平均値算出手段と、
前記平均値の自乗値算出手段からの平均値の自乗値と前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値に基づいて、ワイブル分布の確率密度関数における形状パラメータを算出する形状パラメータ算出手段と、
前記平均値算出手段からの平均値、前記形状パラメータ算出手段からの形状パラメータ、及びあらかじめ設定された誤警報確率の設定値に基づいて、しきい値を算出するしきい値算出手段と、
前記検波信号算出手段からの検波信号と前記しきい値算出手段からのしきい値とを比較し目標を検出する比較手段と
を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【請求項５】
前記形状パラメータ算出手段は、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値で除算した除算出力に対し、前記除算出力の範囲毎に、前記除算出力と前記形状パラメータとの複数のサンプリング点を近似法により結んで多項式による近似関数を求め、この近似関数により前記除算出力から前記形状パラメータを算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の目標検出装置。
【請求項６】
前記形状パラメータ算出手段は、前記平均値算出手段からの平均値の自乗値を前記自乗平均値算出手段からの自乗平均値で除算した除算出力に対し、ワイブル分布の形状パラメータが所定値以下に対応する前記除算出力の範囲では、前記除算出力と形状パラメータとの複数のサンプリング点を近似法により結んで多項式による近似関数を求め、この近似関数により前記除算出力から前記形状パラメータを算出することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の目標検出装置。
【請求項７】
前記所定値は、２であることを特徴とする請求項６に記載の目標検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の処理を実施するようにプログラミングされたＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を備えたことを特徴とする目標検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−４７７６９（Ｐ２０１１−４７７６９Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９５８１４（Ｐ２００９−１９５８１４）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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