JP2011127961A - Radar apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】JEMが発生した場合の目標相対速度を正しく算出し目標検出性能の向上を図ったレーダ装置を得る。
【解決手段】周波数が異なるキャリア信号を所定時間間隔でパルス変調した送信信号を放射する手段、目標で反射した信号を受ける受信手段、受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段206、周波数領域の受信信号における信号強度に基づき目標候補を検出し、目標候補の相対速度を求める目標候補検出手段207、目標候補検出手段で異なるキャリア周波数で検出された目標候補の位相差を求め位相差から目標候補の仮の相対距離を求める仮の相対距離算出手段208、目標候補の仮の相対距離に基づき目標候補を判定する目標判定手段209、目標と判定された目標候補の相対速度を目標候補検出手段で求めた目標の相対速度で求める目標相対速度算出手段210を有す。
【選択図】図1A radar apparatus is provided that correctly calculates a target relative speed when JEM occurs to improve target detection performance.
Means for emitting a transmission signal obtained by pulse-modulating carrier signals having different frequencies at predetermined time intervals, receiving means for receiving a signal reflected by a target, and frequency domain for converting a received signal in a received time domain into a frequency domain Transform means 206, target candidate detection means 207 for detecting a target candidate based on the signal strength in the received signal in the frequency domain, and obtaining the relative speed of the target candidate, phase difference between target candidates detected at different carrier frequencies by the target candidate detection means Tentative relative distance calculating means 208 for obtaining the target candidate tentative relative distance from the phase difference, target determining means 209 for determining the target candidate based on the target candidate tentative relative distance, and relative of the target candidate determined as the target There is a target relative speed calculation means 210 that obtains the speed by the target relative speed obtained by the target candidate detection means.
[Selection] Figure 1
Description
この発明はレーダ装置、特にJEM(Jet Engine Modulation:ジェットエンジン変調)が発生した場合の目標相対距離の算出に関する。 The present invention relates to a radar apparatus, and more particularly to calculation of a target relative distance when JEM (Jet Engine Modulation) occurs.
従来、JEMが発生した場合の目標相対距離算出においては、例えば下記特許文献1の図7に示されているように、目標のドップラ周波数は、JEMより高いドップラ周波数に検出されることを想定している。 Conventionally, in calculating the target relative distance when JEM occurs, it is assumed that the target Doppler frequency is detected at a higher Doppler frequency than JEM, for example, as shown in FIG. ing.
FM(Frequency Modulation:周波数変調)フェーズCの受信ビデオ信号をFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)することにより目標、JEMのドップラ周波数を算出する。また、FMフェーズBの受信ビート信号をFFTすることにより目標、JEMのビート周波数を算出する。FMフェーズCのドップラ周波数がFMフェーズBのビート周波数より小さい場合、測距回路が目標相対速度を算出する。さらに、距離判定回路は、算出された相対距離がJEMの距離より小さい場合、真の目標相対距離として、表示器に出力する。 The target, JEM Doppler frequency is calculated by subjecting the received video signal of FM (Frequency Modulation) phase C to FFT (Fast Fourier Transform). Also, the beat frequency of the target and JEM is calculated by performing FFT on the received beat signal of FM phase B. If the FM phase C Doppler frequency is smaller than the FM phase B beat frequency, the ranging circuit calculates the target relative speed. Further, when the calculated relative distance is smaller than the JEM distance, the distance determination circuit outputs the true target relative distance to the display.
目標のドップラ周波数がJEMより高い周波数に検出されることを前提にすることによって、JEMの相対距離を誤って目標の相対距離とせず、目標相対距離、目標検出性能の改善が期待できる。 By assuming that the target Doppler frequency is detected at a frequency higher than that of JEM, the relative distance of JEM is not mistakenly set as the target relative distance, and improvement of the target relative distance and target detection performance can be expected.
しかしながら従来のレーダ装置では、目標のドップラ周波数がJEMより高い周波数に検出されることを前提にしているため、目標のドップラ周波数がJEMより低い周波数に検出され、かつ、目標のビート周波数がJEMより低い周波数に検出された場合、目標相対距離は算出されるが、目標相対速度が誤って算出される問題があった。 However, in the conventional radar apparatus, since it is assumed that the target Doppler frequency is detected at a frequency higher than that of JEM, the target Doppler frequency is detected at a frequency lower than JEM, and the target beat frequency is higher than that of JEM. When detected at a low frequency, the target relative distance is calculated, but the target relative speed is erroneously calculated.
この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、JEMが発生した場合の目標相対速度を正しく算出し、目標検出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a radar apparatus that correctly calculates a target relative speed when a JEM occurs and improves target detection performance.
この発明は、目標との相対速度を算出し目標検出を行うレーダ装置であって、周波数が異なるキャリア信号を所定の時間間隔でパルス変調した送信信号を放射する送信手段と、前記目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信する受信手段と、前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、前記周波数領域変換手段で変換された前記周波数領域の受信信号における信号の強度に基づく演算処理を行い、目標候補を検出するとともに、目標候補の相対速度を算出する目標候補検出手段と、前記目標候補検出手段で異なるキャリア周波数で検出された前記目標候補の位相差を算出しこの位相差から目標候補の仮の相対距離を算出する仮の相対距離算出手段と、前記仮の相対距離算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離に基づき目標候補を判定する目標判定手段と、前記目標判定手段で目標と判定された目標候補の相対速度を目標候補検出手段で算出された目標の相対速度として算出する目標相対速度算出手段と、を備えたことを特徴とするレーダ装置にある。 The present invention is a radar apparatus that calculates a relative speed with respect to a target and performs target detection, and includes a transmission unit that radiates a transmission signal obtained by pulse-modulating a carrier signal having a different frequency at a predetermined time interval, and a reflection by the target. Receiving means for receiving the transmitted signal returned as a received signal, frequency domain converting means for converting the received signal in the time domain received by the receiving means into a frequency domain, and the frequency domain converting means converted by the frequency domain converting means The target candidate is detected at a different carrier frequency by the target candidate detecting means for calculating the relative speed of the target candidate while performing arithmetic processing based on the signal strength in the received signal in the frequency domain and detecting the target candidate's relative speed A temporary relative distance calculating means for calculating a phase difference of the target candidate and calculating a temporary relative distance of the target candidate from the phase difference; A target determination unit that determines a target candidate based on a provisional relative distance of the target candidate input from, and a target relative speed calculated by the target candidate detection unit based on the relative speed of the target candidate determined as the target by the target determination unit A radar apparatus comprising target relative speed calculation means for calculating the speed.
この発明では、JEMが発生した場合の目標相対速度を正しく算出することができるレーダ装置を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a radar apparatus that can correctly calculate the target relative speed when JEM occurs.
以下、この発明によるレーダ装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, a radar device according to the present invention will be described with reference to the drawings according to each embodiment. In each embodiment, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係わるレーダ装置の構成を示す図である。レーダ装置は、送信RF(高周波)信号を送信してこれによる反射RF信号を受信する空中線1、送信機2、受信機4、送信機2と受信機4を切り替えて空中線1に接続する送受切替器3、受信機4で得られた受信ビデオ信号の処理を行う例えばコンピュータからなる信号処理器205A、および信号処理器205Aでの処理結果等を表示する表示器20を備えている。なお、送信機2と送受切替器3と空中線1が送信手段、空中線1と送受切替器3と受信機4が受信手段を構成する。
1 is a diagram showing a configuration of a radar apparatus according to
また、信号処理器205Aは、周波数領域変換手段206、目標候補検出手段207、仮の相対距離算出手段208、目標判定手段209、目標相対速度算出手段210を備えている。
Further, the signal processor 205A includes a frequency
図2はレーダと目標の関係を説明するための図、図3は送信信号と受信信号の関係の説明するための図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining the relationship between the radar and the target, and FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the transmission signal and the reception signal.
以下、図2,3を参照して受信ビデオ信号を生成するまでの動作を説明する。図2,3において、f1とf2は送信(信号)周波数、Δfはf1とf2の周波数間隔、Tfは同じ送信周波数を送信する時間(送信時間)、φ01とφ02は送信周波数f1とf2の送信信号の初期位相、R1とR2は送信周波数f1とf2で観測した際の目標相対距離、φ1とφ2は送信周波数f1とf2で観測した際の周波数領域の目標の位相、mは送信周波数番号である。
Hereinafter, the operation until the reception video signal is generated will be described with reference to FIGS. 2 and 3, f 1 and f 2 are transmission (signal) frequencies, Δf is a frequency interval between f 1 and f 2 , T f is a time for transmitting the same transmission frequency (transmission time), and φ 01 and φ 02 are Initial phases of transmission signals of transmission frequencies f 1 and f 2 , R 1 and
送信機2は、キャリア信号を送信時間Tfにパルス繰り返し周期(以下PRI)でパルス変調して送信RF信号を生成し、送受切替器3に出力する。また、送信機2は、送信時間Tfの間、送信周波数f1の送信RF信号を生成した後、次の送信時間Tfの間、送信周波数f1より周波数間隔Δfだけ高い送信周波数f2の送信RF信号を生成する。このように、次の送信時間Tfの間、前の送信時間Tfの間に用いた送信周波数より周波数間隔Δfだけ高い送信周波数で動作する。ここでは、次の送信時間に周波数間隔Δfだけ高い送信周波数で動作した場合について説明するが、次の送信時間に周波数間隔Δfだけ低い送信周波数で動作した場合も同じ原理で処理が可能である。
The
送受切替器3は、送信機2から入力された送信RF信号を空中線1に出力する。この結果、空中線1から次式(1)(2)で表される送信RF信号が空中に放射される。ここで、Txf1(t)は送信周波数f1の送信RF信号、Txf2(t)は送信周波数f2の送信RF信号、Aは送信RF信号の振幅を表す。
The transmission /
空中に放射された送信RF信号は、目標で反射され、次式(3)(4)で表される反射RF信号として空中線1に入射する。ここで、Rxf1(t)は送信周波数f1の反射RF信号、Rxf2(t)は送信周波数f2の反射RF信号、A’は反射RF信号の振幅、vは目標相対速度、R1とR2は各送信周波数で送受信した時の目標相対距離、cは光速を表す。
The transmitted RF signal radiated into the air is reflected by the target and enters the
そこで、空中線1は、入射してきた反射RF信号を受信し、受信RF信号として送受切替器3に出力する。送受切替器3は、空中線1から入力された受信RF信号を受信機4に出力する。そして、受信機4は、送受切替器3から入力された受信RF信号を狭帯域フィルタを通過させ、増幅器での増幅、位相検波器での位相検波の後(共に図示省略)、次式(5)(6)で表される受信ビデオ信号に変換し、信号処理器205Aに出力する。ここで、Vf1(n)は送信周波数f1の受信ビデオ信号、Vf2(n)は送信周波数f2の受信ビデオ信号、ASは受信ビデオ信号の振幅、nは送信時間Tf間のパルス番号、Nは送信時間Tf間のパルス数、Δtは時間領域のサンプリング間隔(ここでは、パルス繰り返し周期と同じである)を表す。
Therefore, the
信号処理器205Aは、CPU、RAM、ROM、インターフェース回路等(共に図示省略)を有するコンピュータから構成され、ROMに記憶されるプログラムに従って、CPUで演算処理が行われる。信号処理器205Aの処理結果は、コンピュータのRAMや専用メモリに記録される。 The signal processor 205A is composed of a computer having a CPU, RAM, ROM, interface circuit and the like (all not shown), and the CPU performs arithmetic processing according to a program stored in the ROM. The processing result of the signal processor 205A is recorded in the RAM or dedicated memory of the computer.
以降、各手段の処理内容について説明する。
周波数領域変換手段206は、受信機4から入力された時間領域の受信ビデオ信号を周波数領域に変換する。
周波数領域変換手段206は時間領域の受信ビデオ信号Vfm(n)に対し、次式(7)に表される高速フーリエ変換を行い、周波数領域に変換された受信ビデオ信号Pfm(k)を目標候補検出手段207に出力する。ここで、NfftはFFT点数を表す。ただし、Nfft>Nの場合は0を代入する。また、周波数領域のサンプリング間隔ΔFsampは式(8)により表される。Tpriはパルス繰り返し周期(PRI:Pulse Repetition Interval)を表す。周波数領域変換手段206は、パルス数より多いFFT点数を用いて高速フーリエ変換することで、周波数領域の受信ビデオ信号を高精度にサンプリングする。
Hereinafter, processing contents of each unit will be described.
The frequency domain conversion means 206 converts the received video signal in the time domain input from the receiver 4 into the frequency domain.
The frequency domain transforming means 206 performs fast Fourier transform expressed by the following equation (7) on the received video signal V fm (n) in the time domain, and receives the received video signal P fm (k) converted into the frequency domain. It outputs to the target candidate detection means 207. Here, N fft represents the number of FFT points. However, 0 is substituted when N fft > N. Further, the sampling interval ΔF samp in the frequency domain is expressed by Expression (8). T pri represents a pulse repetition period (PRI: Pulse Repetition Interval). The frequency domain transforming means 206 samples the received video signal in the frequency domain with high accuracy by performing a fast Fourier transform using the number of FFT points larger than the number of pulses.
次に、目標候補検出手段207において行われる、CFAR(Constant False Alarm Rate:一定誤警報確率)処理による目標検出の処理内容について説明する。図4は目標候補検出手段207による周波数領域での目標検出処理を説明するための図である。より具体的にはこの図4は、CFAR処理に関わる注目セル、ガードセル、サンプルセルを説明するための図である。また、ここでは周波数領域に変換された受信ビデオ信号Pfm(k)から1つの目標候補が検出された場合について説明する。
Next, processing contents of target detection by CFAR (Constant False Alarm Rate) processing performed in the target candidate detection means 207 will be described. FIG. 4 is a diagram for explaining target detection processing in the frequency domain by the target
目標候補検出手段207は、周波数領域変換手段206から得られる周波数領域に変換された受信ビデオ信号Pfm(k)に対し、下記式(9)によりCFAR処理を行い、目標候補を検出する。ここで、Pfm,CFAR(k)は送信周波数番号mの周波数領域の受信ビデオ信号のCFAR処理による目標候補検出結果、(abs(Pfm(k)))は周波数領域に変換された受信ビデオ信号Pfm(k)の振幅を表し、目標候補は、0が設定される(他は1を設定)。
The target
また、CFAR閾値CFAR_thm(k)は、下記式(10)により算出する。ここで、CFAR_corはCFAR係数、Samp_cellm(k)はサンプルセル、ave(Z(p))は配列Z(p)(Z(p)=(abs(Samp_cellm(k))))の平均値を表す。ただし、CFAR閾値CFAR_thm(k)を越えるセルが集合した場合には、集合のなかで振幅の最大値を示すセルを目標候補として検出する。図5はこの実施の形態の目標候補検出手段207における、CFAR処理の結果、CFAR閾値を越えるセル(斜線(ハッチング)で示す)が集合した場合の処理内容を説明するための図である。目標候補検出手段207は、周波数領域セル番号k’で検出された目標候補の相対速度v’を下記式(11)により算出する。ここで、f(k’)は周波数領域セル番号k’の周波数、f0は送信周波数を表す。目標候補検出手段207は、検出した目標候補とその相対速度を仮の相対距離算出手段208に出力する。
The CFAR threshold value CFAR_th m (k) is calculated by the following equation (10). Here, CFAR_cor is the CFAR coefficient, Samp_cell m (k) is the sample cell, ave (Z (p)) is the average value of the array Z (p) (Z (p) = (abs (Samp_cell m (k)))) Represents. However, when cells exceeding the CFAR threshold value CFAR_th m (k) are aggregated, a cell indicating the maximum amplitude value is detected as a target candidate in the aggregate. FIG. 5 is a diagram for explaining the processing contents when cells exceeding the CFAR threshold (indicated by hatching) are gathered as a result of the CFAR processing in the target candidate detection means 207 of this embodiment. The target candidate detecting means 207 calculates the relative speed v ′ of the target candidate detected by the frequency domain cell number k ′ by the following equation (11). Here, f (k ′) represents the frequency of the frequency domain cell number k ′, and f 0 represents the transmission frequency. The target
図6は目標に搭載されているジェットエンジンに起因にするJEMの影響により複数の目標候補が検出されることを説明するための図である。目標が一つの場合においても、目標に搭載されているジェットエンジンに起因するJEMの影響により、図6に示すように複数の目標候補が検出されることがある。このような場合に真の目標の相対速度算出が困難になる。 FIG. 6 is a diagram for explaining that a plurality of target candidates are detected due to the influence of the JEM caused by the jet engine mounted on the target. Even in the case of a single target, a plurality of target candidates may be detected as shown in FIG. 6 due to the influence of the JEM caused by the jet engine mounted on the target. In such a case, it is difficult to calculate the relative speed of the true target.
仮の相対距離算出手段208は、目標候補から目標とJEMを区別するために、距離高分解能にし、距離アンビギュィティ(距離不確定)がある仮の相対距離を算出する。
仮の相対距離算出手段208は、目標候補検出手段207から入力された異なる送信周波数で検出された目標候補の位相を算出する。式(5)で表される受信ビデオ信号Vf1(n)に対して、Nfftで離散フーリエ変換を行うと、その結果は次式(12)で表される。
The provisional relative distance calculation means 208 calculates a provisional relative distance with distance ambiguity (distance uncertain) with high distance resolution in order to distinguish the target and JEM from the target candidates.
The temporary relative
式(12)より、kが次式(13)となるときに送信周波数f1の目標候補の周波数領域に変換された受信ビデオ信号Pf1(k)の強度が最大値となることが分かる。 From the equation (12), it can be seen that the intensity of the received video signal P f1 (k) converted into the target candidate frequency region of the transmission frequency f 1 becomes the maximum value when k becomes the following equation (13).
c,f1,Nfft,Δtは既知であるため、次式(13)で強度が最大値となるkをk1とすると、送信周波数f1の目標候補の周波数領域に変換された受信ビデオ信号Pf1(k1)の位相φ1は次式(14)で表される。 Since c, f 1 , N fft , and Δt are known, the received video converted into the frequency domain of the target candidate of the transmission frequency f 1 is k 1 where k is the maximum value in the following equation (13). The phase φ 1 of the signal P f1 (k 1 ) is expressed by the following equation (14).
上記送信周波数f1の場合と同様に、送信周波数f2の目標候補の周波数領域に変換された受信ビデオ信号Pf2(k2)の位相φ2は次式(15)で表される。 As in the case of the transmission frequency f 1, the phase phi 2 of the transmission frequency f 2 of the received video signal converted into the frequency domain of the target candidate P f2 (k 2) is expressed by the following equation (15).
仮の相対距離算出手段208は、以上の関係より、その位相差Δφ21を下記式(16)により算出する。図7は目標とJEM1、JEM2が目標候補として検出された場合の動作を説明するための図である。位相差算出の際、図7のように送信周波数f1とf2で検出された目標候補の相対速度が最も近いもので計算する。 The provisional relative distance calculation means 208 calculates the phase difference Δφ 21 by the following equation (16) from the above relationship. FIG. 7 is a diagram for explaining the operation when the target and JEM1 and JEM2 are detected as target candidates. When calculating the phase difference, the target candidate detected at the transmission frequencies f 1 and f 2 is calculated with the closest relative speed as shown in FIG.
次に、仮の相対距離算出手段208は、下記式(17)により位相差Δφ21から仮の相対距離を算出する。ただし、2つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる最大距離Rmaxは下記式(18)、距離分解能は下記式(19)で求められる。距離分解能ΔRで信号処理性能を持つマッチドフィルタの場合は通過帯域Δfのフィルタが必要であるのに比べ、この実施の形態では通過帯域Δfと比べ十分小さい通過帯域でよい狭帯域フィルタで同等の距離分解能を得ることが可能で、装置規模の縮小が可能になる。 Next, the provisional relative distance calculation means 208 calculates the provisional relative distance from the phase difference Δφ 21 by the following equation (17). However, the maximum distance R max that can be measured without ambiguity at two transmission frequencies is obtained by the following equation (18), and the distance resolution is obtained by the following equation (19). In the case of a matched filter having signal processing performance with a distance resolution ΔR, a filter with a pass band Δf is necessary, but in this embodiment, a narrow band filter that requires a sufficiently small pass band as compared with the pass band Δf has the same distance. The resolution can be obtained and the scale of the apparatus can be reduced.
図8はレーダと目標とJEMの関係と目標との相対距離と2つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる相対距離の関係を説明するための図である。目標との相対距離R1、JEM発生源との相対距離R1J、2つの送信周波数でアンビギュィティなく測距できる最大距離Rmaxは図8のように表わされる。仮の相対距離算出手段208は、JEMにより検出された目標候補についても式(14)〜(17)を用いて、位相、位相差、仮の相対距離を算出する。JEM発生源は同じなので、JEM同士の初期位相が同じとした場合、位相は下記式(20)(21)、位相差は下記式(22)、仮の相対距離は下記式(23)となる。
FIG. 8 is a diagram for explaining the relationship between the relationship between the radar, the target, and the JEM, the relative distance between the target, and the relative distance that can be measured without ambiguity at two transmission frequencies. The relative distance R 1 to the target, the relative distance R 1J to the JEM generation source, and the maximum distance R max that can be measured without ambiguity at the two transmission frequencies are expressed as shown in FIG. The temporary relative
仮の相対距離算出手段208は、以上の計算により算出した目標候補の仮の相対距離を目標判定手段209に出力する。ここでは、位相差を仮の相対距離に換算して、目標判定を行うが、位相差による目標判定も同様に行うことが可能である。図9は目標判定手段209に入力された目標とJEMの目標候補の仮の相対距離を示す図である。目標とJEMの仮の相対距離は式(17)と(23)が示すように異なる。また、JEM同士は仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内になることが分かる。
The temporary relative
図10は目標判定手段209の判定フローを示す。目標判定手段209は、目標とJEMの仮の相対距離が異なることを利用して、図10に示す処理フローに従い、目標候補の仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内に、他の目標候補の仮の相対距離が存在しない場合、目標と判定し、存在する場合、JEMと判定する。
FIG. 10 shows a determination flow of the
図11はJEMが目標と同じ相対速度に発生した場合を説明するための図である。図11に示すように、JEMが目標に影響を与える相対速度に発生する場合がある。このようにJEMの影響が大きい場合、目標とJEMが混信し、目標の仮の相対距離は下記式(24)により表わされる。このように、目標とJEMが混信した場合の仮の相対距離は、目標相対速度以外に発生したJEMと異なる仮の相対距離になるため、目標判定手段209は、同様の考え方に従い、図10に示す処理フローに従い、目標とJEMを判定する。目標判定手段209は、目標とJEMの判定結果を目標相対速度算出手段210に出力する。
FIG. 11 is a diagram for explaining a case where JEM occurs at the same relative speed as the target. As shown in FIG. 11, the JEM may occur at a relative speed that affects the target. Thus, when the influence of JEM is great, the target and the JEM interfere with each other, and the provisional relative distance of the target is expressed by the following equation (24). In this way, the temporary relative distance when the target and the JEM interfere with each other is a temporary relative distance different from the generated JEM other than the target relative speed. The target and JEM are determined according to the processing flow shown. The
目標相対速度算出手段210は、目標判定手段209から入力された目標と判定された目標候補の相対速度を、目標相対速度として表示器20に出力する。表示器20は、目標候補から目標と判定された場合、目標情報として、時刻tの相対速度を画面上に表示する。
The target relative
以上のようにこの実施の形態によれば、異なる送信周波数で観測した目標とJEMから、仮の相対距離算出手段208により目標とJEMの仮の相対距離を算出し、目標判定手段209は目標がJEMの仮の相対距離と異なることを利用して、目標とJEMを判定するため、誤った目標相対速度を算出することがなくなり、目標検出性能と目標相対速度算出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。また、距離分解能ΔRで信号処理性能を持つマッチドフィルタの場合は通過帯域Δfのフィルタが必要なのに比べ、この実施の形態では通過帯域Δfと比べ十分小さい通過帯域でよい狭帯域フィルタで同等の距離分解能を得ることが可能で、装置規模の縮小が可能になる。また、装置規模の縮小が可能のため、距離高分解能で観測し、短い観測時間で目標とJEMの判定が可能になる。
As described above, according to this embodiment, the temporary relative
実施の形態2.
図12はこの発明の実施の形態2に係わるレーダ装置の構成を示す図である。この実施の形態における構成は、上記実施の形態における構成と比較すると、信号処理器205Bが、周波数領域変換手段206に代えて周波数領域変換手段206B、目標判定手段209に代えて目標判定手段209Bを備え、さらに仮の相対距離算出手段208と目標判定手段209Bの間に相対距離差算出手段211を備えている点が異なっている。
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of a radar apparatus according to
図13は目標と(目標相対速度以外に発生した)JEMが同じ仮の相対距離になった場合を説明するための図である。上記実施の形態1では、図9に示すように目標の仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内にJEM(目標に影響を与えない相対速度に発生したJEM)が存在するこのを前提としている。しかし、図13のように目標の相対距離が異なる送信周波数でアンビギュィティなく測距できる最大距離Rmaxの折返しの関係で、目標(JEMが目標に影響を与える相対速度に発生)の仮の相対距離が、JEM1とJEM2の仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内になる場合、実施の形態1では、目標とJEMの判定ができない。 FIG. 13 is a diagram for explaining a case where the target and the JEM (generated other than the target relative speed) have the same temporary relative distance. In the first embodiment, it is assumed that there is a JEM (JEM generated at a relative speed that does not affect the target) within a predetermined temporary relative distance range of the target temporary relative distance as shown in FIG. Yes. However, in relation to the maximum distance R max of folding the relative distance of the target can be Anbigyuiti no distance measurement at different transmission frequencies as shown in FIG. 13, the temporary relative distance of the target (JEM occurs in the relative speed affect the target) However, when the temporary relative distance between JEM1 and JEM2 falls within a predetermined temporary relative distance range, the target and JEM cannot be determined in the first embodiment.
また、JEMは複数のブレードからの反射信号が共振し発生するため、異なる送信周波数で観測したJEMが同じ初期位相にならない可能性がある。図14はJEMの初期位相が異なった場合の測距結果を説明するための図である。JEMの初期位相が異なった場合、図14に示すように、位相差にオフセットが加算され、JEM同士が仮の相対距離の所定仮の相対距離範囲内に存在せず、上記実施の形態1では、目標とJEMの判定が困難になる。 In addition, since the reflection signal from a plurality of blades resonates in JEM, JEM observed at different transmission frequencies may not have the same initial phase. FIG. 14 is a diagram for explaining a distance measurement result when the initial phase of JEM is different. When the initial phase of the JEM is different, as shown in FIG. 14, an offset is added to the phase difference, and the JEMs do not exist within the predetermined temporary relative distance range of the temporary relative distance. This makes it difficult to determine the target and JEM.
図15はこの実施の形態2における送信周波数と送信信号の関係を説明するための図である。この実施の形態2では、上記の場合においても目標とJEMの判定を行うために、図15に示すように、異なる送信周波数で観測された信号を用いて、目標とJEMの判定を可能にする。以下、図13の場合を例として上記実施の形態と異なる部分について説明する。 FIG. 15 is a diagram for explaining the relationship between the transmission frequency and the transmission signal in the second embodiment. In the second embodiment, in order to determine the target and the JEM even in the above case, the target and the JEM can be determined using signals observed at different transmission frequencies as shown in FIG. . Hereinafter, the part different from the above embodiment will be described by taking the case of FIG. 13 as an example.
図16はサイドローブの影響と窓関数処理の効果を説明するための図である。図16の(a)に示すように隣接する目標候補の強度が大きい場合、隣接する目標候補のサイドローブが、目標候補の位相に影響を与え、正しく仮の相対距離を算出することが困難になる。 FIG. 16 is a diagram for explaining the influence of side lobes and the effect of window function processing. As shown in FIG. 16A, when the strength of adjacent target candidates is high, the side lobes of the adjacent target candidates affect the phase of the target candidates, making it difficult to calculate the temporary relative distance correctly. Become.
周波数領域変換手段206Bは、受信機4から入力された時間領域の受信ビデオ信号に対し次式(25)により窓関数処理を行う。ここで、W(n)は窓関数を表し、例えば窓関数としてハミング窓を用いた場合は次式(26)により表される。
The frequency
周波数領域変換手段206Bは、窓関数処理が行われた時間領域の受信ビデオ信号を周波数領域に変換し、周波数領域に変換された受信ビデオ信号を目標候補検出手段207に出力する。図16の(b)に示すように、窓関数処理を行うことによりサイドローブが低減され、隣接する目標候補への影響が低減し、精度良く仮の相対距離を算出することが可能になる。
The frequency
相対距離差算出手段211は、仮の相対距離算出手段208から送信周波数f1とf2で検出された目標候補の仮の相対距離と、送信周波数f2とf3で検出された目標候補の仮の相対距離が入力される。図17は目標とJEM1、JEM2が目標候補として検出された場合の相対距離差算出手段211の動作を説明するための図である。また図18はレーダと目標、JEMの関係を説明するための図である。送信周波数f2とf3で検出された目標の位相差は下記式(27)、相対距離差算出手段211に入力される送信周波数f2とf3で検出された目標の仮の相対距離は下記式(28)で表わされる。また、相対距離差算出手段211に入力される送信周波数f2とf3で検出されたJEMの仮の相対距離は下記式(29)で表わされる。
The relative distance
相対距離差算出手段211は、送信周波数f1とf2で検出された目標候補の仮の相対距離と送信周波数f2とf3で検出された目標候補の仮の相対距離の差を下記式により算出する。ただし、目標の場合を下記式(30)、JEMの場合を下記式(31)に示す。相対距離差算出手段211は、算出した目標候補の相対距離差を目標判定手段209Bに出力する。
The relative distance difference calculating means 211 calculates the difference between the temporary relative distance of the target candidate detected at the transmission frequencies f 1 and f 2 and the temporary relative distance of the target candidate detected at the transmission frequencies f 2 and f 3 by the following equation: Calculated by However, the target case is shown in the following formula (30), and the case of JEM is shown in the following formula (31). The relative distance
このように、目標(JEMが発生しているが目標に影響が小さい場合)とJEMによる目標候補の相対距離差は所定相対距離差範囲内の値を示す。しかし、図19,図20に示すように目標に影響を与えるJEMが発生した場合、仮の相対距離を誤り、他の目標候補と異なる相対距離差を算出することになる。図19は目標とJEMの目標候補の仮の相対距離と相対距離差の関係を示す図、図20は目標とJEMの目標候補の相対距離差を示す図である。 As described above, the relative distance difference between the target (when JEM is generated but the influence on the target is small) and the target candidate based on JEM is a value within a predetermined relative distance difference range. However, when a JEM that affects the target occurs as shown in FIGS. 19 and 20, the temporary relative distance is wrong, and a relative distance difference different from other target candidates is calculated. FIG. 19 is a diagram showing the relationship between the temporary relative distance between the target and the JEM target candidate and the relative distance difference, and FIG. 20 is a diagram showing the relative distance difference between the target and the JEM target candidate.
図21は目標判定手段209Bの判定フローを示す。目標判定手段209Bは、目標とJEMの相対距離差が異なることを利用して、図21に示す処理フローに従い、目標候補の相対距離差の所定相対距離差範囲内に他の目標候補の相対距離差が存在する場合、JEMと判定し、他の目標候補の相対距離差が存在せず、かつ、JEMと判定された目標候補がある場合、目標と判定し、他の目標候補の相対距離差が存在せず、かつ、JEMと判定された目標候補がない場合、第2の目標候補と判定する。第2の目標候補は、さらに送信周波数を変更して処理を続行する。そして目標判定手段209Bは、目標とJEMの判定結果を目標相対速度算出手段210に出力する。
FIG. 21 shows a determination flow of the target determination means 209B. The target determination unit 209B utilizes the fact that the relative distance difference between the target and the JEM is different, and follows the processing flow shown in FIG. 21 so that the relative distances of other target candidates fall within the predetermined relative distance difference range of the target candidate relative distance difference. When there is a difference, it is determined as JEM, and when there is no relative distance difference between other target candidates and there is a target candidate determined as JEM, it is determined as a target and the relative distance difference between other target candidates. If there is no target candidate determined to be JEM, it is determined as a second target candidate. The second target candidate further changes the transmission frequency and continues processing. Then, the target determination unit 209B outputs the determination result of the target and the JEM to the target relative
以上のようにこの実施の形態によれば、異なる送信周波数で観測した目標とJEMの仮の相対距離が所定仮の相対距離範囲内になり目標とJEMの判定が困難であったが、異なる送信周波数で観測された信号を用いて、相対距離差算出手段211により目標とJEMの相対距離差を算出し、目標判定手段209Bは目標がJEMと異なる相対距離差に算出されないことを利用し、目標とJEMを判定するため、誤った目標相対速度を算出することがなくなり、目標検出性能と目標相対速度算出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。また、相対距離差を用いているが、位相差の差を用いた場合も同様の効果を得ることが可能である。 As described above, according to this embodiment, the temporary relative distance between the target observed at different transmission frequencies and the JEM is within the predetermined temporary relative distance range, and it is difficult to determine the target and JEM. Using the signal observed at the frequency, the relative distance difference calculating means 211 calculates the relative distance difference between the target and the JEM, and the target determining means 209B uses the fact that the target is not calculated as a relative distance difference different from the JEM, Therefore, the erroneous target relative speed is not calculated, and a radar apparatus that improves the target detection performance and the target relative speed calculation performance can be obtained. Moreover, although the relative distance difference is used, the same effect can be obtained when the phase difference difference is used.
また、距離分解能ΔRで信号処理性能を持つマッチドフィルタの場合は通過帯域Δfのフィルタが必要に比べ、この実施の形態は通過帯域Δfと比べ十分小さい通過帯域でよい狭帯域フィルタで同等の距離分解能を得ることが可能で、装置規模の縮小が可能になる。また、装置規模の縮小が可能のため、距離高分解能で観測し、短い観測時間で目標とJEMの判定が可能になる。 Further, in the case of a matched filter having signal processing performance with a distance resolution ΔR, a filter with a pass band Δf is necessary, and in this embodiment, a narrow band filter that requires a sufficiently small pass band as compared with the pass band Δf has the same distance resolution. And the scale of the apparatus can be reduced. Further, since the scale of the apparatus can be reduced, observation with high resolution can be performed, and the target and JEM can be determined in a short observation time.
また、周波数領域変換手段206Bを備えたことにより、窓関数処理を行うことにより目標候補のサイドローブが低減され、隣接する目標候補への影響が低減し、正しく仮の相対距離を算出することが可能になる。
Further, by providing the frequency
実施の形態3.
図22はこの発明の実施の形態3に係わるレーダ装置の構成を示す図である。この実施の形態における構成は、上記実施の形態2における構成と比較すると、信号処理器205Cが、目標相対速度算出手段210に代えて目標相対速度算出手段210Bを備えている点が異なっている。
FIG. 22 is a diagram showing the configuration of the radar apparatus according to
図23は目標が検出されない場合の目標候補の相対距離差を説明するための図である。上記実施の形態の目標相対速度算出手段210は、目標と判定された目標候補の相対速度を目標相対速度として算出しており、図23に示すように目標候補から目標と判定されない場合、目標相対速度を算出することができなくなる。 FIG. 23 is a diagram for explaining a relative distance difference between target candidates when a target is not detected. The target relative speed calculation means 210 of the above embodiment calculates the relative speed of the target candidate determined as the target as the target relative speed, and when the target relative speed is not determined from the target candidate as shown in FIG. The speed cannot be calculated.
この実施の形態は、上記の場合においても目標相対速度を算出するためのものであり、以下、図23の場合を例として上記実施の形態2と異なる部分について説明する。 This embodiment is for calculating the target relative speed even in the above-described case, and hereinafter, a different part from the above-described second embodiment will be described by taking the case of FIG. 23 as an example.
目標相対速度算出手段210Bは、次式(32)により目標相対速度を算出する。目標相対速度算出手段210Bは、算出した目標相対速度を表示器20に出力する。
The target relative speed calculation unit 210B calculates the target relative speed by the following equation (32). The target relative speed calculation unit 210B outputs the calculated target relative speed to the
以上のようにこの実施の形態によれば、目標候補に目標が含まれていない場合においても、異なる送信周波数で観測された信号を用いて、目標相対速度算出手段210Bにより相対距離差から目標相対速度を算出することが可能になり、目標検出性能と目標相対速度算出性能の向上を図ったレーダ装置を得ることができる。 As described above, according to this embodiment, even when the target is not included in the target candidates, the target relative speed calculation unit 210B uses the signals measured at different transmission frequencies to calculate the target relative speed from the relative distance difference. The speed can be calculated, and a radar apparatus that improves the target detection performance and the target relative speed calculation performance can be obtained.
なお、この発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that all possible combinations thereof are included.
1 空中線、2 送信機、3 送受切替器、4 受信機、205A,205B,205C 信号処理器、206,206B 周波数領域変換手段、207 目標候補検出手段、208 仮の相対距離算出手段、209,209B 目標判定手段、210,210B 目標相対速度算出手段、211 相対距離差算出手段。 1 antenna, 2 transmitter, 3 transmission / reception switch, 4 receiver, 205A, 205B, 205C signal processor, 206, 206B frequency domain conversion means, 207 target candidate detection means, 208 temporary relative distance calculation means, 209, 209B Target determination means, 210, 210B Target relative speed calculation means, 211 Relative distance difference calculation means.
Claims (7)
周波数が異なるキャリア信号を所定の時間間隔でパルス変調した送信信号を放射する送信手段と、
前記目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信する受信手段と、
前記受信手段で受信された時間領域の受信信号を周波数領域に変換する周波数領域変換手段と、
前記周波数領域変換手段で変換された前記周波数領域の受信信号における信号の強度に基づく演算処理を行い、目標候補を検出するとともに、目標候補の相対速度を算出する目標候補検出手段と、
前記目標候補検出手段で異なるキャリア周波数で検出された前記目標候補の位相差を算出しこの位相差から目標候補の仮の相対距離を算出する仮の相対距離算出手段と、
前記仮の相対距離算出手段から入力された目標候補の仮の相対距離に基づき目標候補を判定する目標判定手段と、
前記目標判定手段で目標と判定された目標候補の相対速度を目標候補検出手段で算出された目標の相対速度として算出する目標相対速度算出手段と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 A radar device that calculates a relative speed with a target and performs target detection,
Transmitting means for emitting transmission signals obtained by pulse-modulating carrier signals having different frequencies at predetermined time intervals;
Receiving means for receiving the transmission signal reflected and returned by the target as a reception signal;
A frequency domain transforming means for transforming a time domain received signal received by the receiving means into a frequency domain;
A target candidate detecting means for performing a calculation process based on the signal intensity in the received signal in the frequency domain transformed by the frequency domain transforming means, detecting a target candidate, and calculating a relative speed of the target candidate;
A temporary relative distance calculating means for calculating a phase difference of the target candidates detected at different carrier frequencies by the target candidate detecting means and calculating a temporary relative distance of the target candidates from the phase difference;
Target determination means for determining a target candidate based on the temporary relative distance of the target candidate input from the temporary relative distance calculation means;
Target relative speed calculation means for calculating the relative speed of the target candidate determined as the target by the target determination means as the target relative speed calculated by the target candidate detection means;
A radar apparatus comprising:
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