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JP2013167580A - Target speed measuring device, signal processing apparatus, radar device, target speed measuring method, and program - Google Patents

Target speed measuring device, signal processing apparatus, radar device, target speed measuring method, and program Download PDF

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JP2013167580A
JP2013167580A JP2012031963A JP2012031963A JP2013167580A JP 2013167580 A JP2013167580 A JP 2013167580A JP 2012031963 A JP2012031963 A JP 2012031963A JP 2012031963 A JP2012031963 A JP 2012031963A JP 2013167580 A JP2013167580 A JP 2013167580A
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JP
Japan
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doppler
speed
target
velocity
signal
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Pending
Application number
JP2012031963A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Dai
浩司 大
Yasunobu Asada
泰暢 淺田
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Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Furuno Electric Co Ltd filed Critical Furuno Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve measurement accuracy of the Doppler velocity of a target.SOLUTION: A target speed measuring device 100 calculates the Doppler velocity of a target on the basis of a complex received signal in which a transmission signal transmitted at a predetermined repetition period via a radar antenna 30 is reflected on the target and received. The target speed measuring device 100 calculates the Doppler velocity of the target by performing the extended discrete Fourier transform (DFT) to the complex received signal in a range including an area where velocity return based on the predetermined repetition period occurs.

Description

本発明は、レーダーにより物標のドップラ速度を測定する技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring a Doppler velocity of a target by a radar.

従来、レーダーでは、送信周期間での受信エコー信号の位相変化量に基づいて、自船に対する物標の接近速度(以下、ドップラ速度と呼ぶ)を測定する。   Conventionally, a radar measures the approach speed (hereinafter referred to as “Doppler speed”) of a target with respect to its own ship based on the phase change amount of a received echo signal between transmission cycles.

ドップラ速度の測定においては、ドップラ速度が大きい場合、いわゆる速度折返しが発生する。速度折返しとは、受信信号のドップラ周波数が、サンプリング定理によるサンプリング周波数(以下、ナイキスト速度とも呼ぶ)を越えてしまった場合、実際の物標の接近速度と異なる速度値が観測される現象をいう。   In the measurement of the Doppler speed, when the Doppler speed is high, so-called speed folding occurs. Speed folding is a phenomenon in which when the Doppler frequency of the received signal exceeds the sampling frequency according to the sampling theorem (hereinafter also referred to as the Nyquist velocity), a velocity value different from the actual approaching velocity of the target is observed. .

図8は、速度折返しが発生した場合、測定されるドップラ速度と真のドップラ速度との関係を示す図である。受信信号のドップラ周波数(つまり、測定されるドップラ速度)は、サンプリング周波数であるレーダーの送信信号のパルス繰返し周波数(以下,PRF(pulse repetition frequency)と呼ぶ)の1/2を超えると、測定可能な速度の最大値±VNを超えてしまう(図8の点線)。この結果、符号が逆転したドップラ速度が検出されてしまう等、実際の接近速度と異なる速度値が測定される。 FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the measured Doppler speed and the true Doppler speed when the speed turnaround occurs. Measurement is possible when the Doppler frequency of the received signal (that is, the measured Doppler speed) exceeds 1/2 the pulse repetition frequency (hereinafter referred to as PRF (pulse repetition frequency)) of the radar transmission signal, which is the sampling frequency. The maximum speed ± V N is exceeded (dotted line in FIG. 8). As a result, a speed value different from the actual approach speed is measured, for example, a Doppler speed with a reversed sign is detected.

速度折返しが生じると、操船者が自船と他船との接近速度を誤って認識するため、航海の安全に支障をきたす。速度測定範囲を拡大する手法として、2種類のPRFを切り替えて、それぞれの場合のドップラ速度を測定する2重PRF方式等が用いられる場合がある(例えば、非特許文献1乃至3参照)。   When the speed turn-back occurs, the operator erroneously recognizes the approach speed between the ship and the other ship, which hinders the safety of navigation. As a method for expanding the speed measurement range, a double PRF method in which two types of PRF are switched and the Doppler speed in each case is measured may be used (for example, see Non-Patent Documents 1 to 3).

深尾、浜津著「気象と大気のレーダーリモートセンシング」京都大学学術出版会、2005年、p.491Fukao, Hamazu, “Radar Remote Sensing of Weather and Atmosphere”, Kyoto University Academic Press, 2005, p.491 馬場、他著「気象ドップラレーダー」日本無線技報No.48,2005年、p.12-34Baba, et al. "Meteorological Doppler Radar" Japan Radio Technical Bulletin No.48, 2005, p.12-34 足立、佐藤著「ドップラ気象レーダー」東芝レビューVol.55 No.5、2000年,p.27-30Adachi, Sato "Doppler weather radar" Toshiba review Vol.55 No.5, 2000, p.27-30

特に航海用レーダーでは、他のレーダー装置の送信信号との相互干渉の影響を抑える目的で、送信信号毎等に繰返し周期を変化させる処理(パルス毎スタガ:Pulse to pulse stagger)が一般的に用いられる。ここで、繰返し周期はPRFの逆数で表される。この処理(以下、スタガ処理と呼ぶ)においては、PRFも変化するため、例えば上記の2重PRF方式を適用すると、速度測定誤差が増大する。従って、速度折返しの回数を適切に判定できない等の不都合が生じる。   In particular, navigation radar generally uses a process that changes the repetition period for each transmission signal (Pulse to pulse stagger) in order to reduce the influence of mutual interference with transmission signals from other radar devices. It is done. Here, the repetition period is represented by the reciprocal of PRF. In this processing (hereinafter referred to as stagger processing), the PRF also changes. Therefore, for example, when the above-described double PRF method is applied, the speed measurement error increases. Therefore, inconveniences such as inability to appropriately determine the number of times of speed return occur.

本発明の目的は、物標のドップラ速度の測定精度を高めることにある。   An object of the present invention is to improve the measurement accuracy of the Doppler velocity of a target.

本発明の一つの観点によれば、レーダアンテナを介して所定の繰返し周期で送信された送信信号が物標に反射されて受信された複素受信信号に基づいて物標のドップラ速度を算出する物標速度測定装置であって、所定の繰返し周期に基づく速度折返しが生じる領域を含む範囲で複素受信信号に対する離散フーリエ変換である拡張DFTを行うことにより、物標のドップラ速度を算出する、物標速度測定装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, an object that calculates a Doppler velocity of a target based on a complex reception signal that is received by reflecting a transmission signal transmitted at a predetermined repetition period via a radar antenna. A target speed measuring device that calculates a Doppler speed of a target by performing an extended DFT, which is a discrete Fourier transform on a complex received signal, in a range including a region where a speed return based on a predetermined repetition period occurs. A velocity measuring device is provided.

本発明の別の観点によれば、レーダアンテナを介して所定の繰返し周期で送信された送信信号が物標に反射されて受信された複素受信信号に基づいて物標のドップラ速度を算出する物標速度測定装置であって、所定の繰り返し周期に基づく折り返し速度が生じない領域と該領域外にあり折り返し速度が生じる領域とを含む範囲で複素受信信号に対する離散フーリエ変換である拡張DFTを行うことにより、物標のドップラ速度を算出する。   According to another aspect of the present invention, an object that calculates a Doppler velocity of a target based on a complex received signal that is received by reflecting a transmission signal transmitted at a predetermined repetition period via a radar antenna. A standard velocity measuring device, which performs an extended DFT, which is a discrete Fourier transform on a complex received signal, in a range including a region where a folding speed based on a predetermined repetition period does not occur and a region outside the region where a folding speed occurs. To calculate the Doppler velocity of the target.

本発明の更に別の観点によれば、上記物標速度測定装置、複素受信信号をアナログ値からデジタル値に変換するA/D変換部、及びデジタル値に変換された複素受信信号を直交検波する直交検波部を備える、信号処理装置が提供される。   According to still another aspect of the present invention, the target velocity measuring device, an A / D converter that converts a complex reception signal from an analog value to a digital value, and quadrature detection of the complex reception signal converted to a digital value. A signal processing apparatus including an orthogonal detection unit is provided.

本発明の更に別の観点によれば、送信信号を送信すると共に、反射により複素受信信号を受信するレーダアンテナ、レーダアンテナが送信する送信信号を生成すると共に、送信信号と複素受信信号の周波数変換を行う送受信部、及び送受信部より取得した複素受信信号に基づいてドップラ速度を算出する上記信号処理装置、を備える、レーダー装置が提供される。   According to still another aspect of the present invention, a transmission signal is transmitted, a radar antenna that receives a complex reception signal by reflection, a transmission signal transmitted by the radar antenna is generated, and a frequency conversion between the transmission signal and the complex reception signal is performed. There is provided a radar apparatus comprising: a transmission / reception unit that performs the above-described signal processing device that calculates a Doppler velocity based on a complex reception signal acquired from the transmission / reception unit.

本発明の別の観点によれば、レーダアンテナを介して所定の繰返し周期で送信された送信信号が物標に反射されて受信された複素受信信号に基づいて物標のドップラ速度を算出する物標速度測定方法であって、ドップラ速度推定ステップ及びドップラ速度補正ステップを備える物標速度測定方法が提供される。ドップラ速度推定ステップにおいては、所定の繰返し周期に基づく速度折返しが生じない領域において、物標のドップラ速度Vdを算出する。ドップラ速度補正ステップにおいては、物標のドップラ速度Vdを測定する速度範囲を、所定の繰返し周期に基づく速度折返しが生じる領域まで拡張した離散フーリエ変換である拡張DFTを用いて、ドップラ速度推定ステップにおいて算出されたドップラ速度Vdを補正することにより、物標のドップラ速度Vを算出する。 According to another aspect of the present invention, an object that calculates a Doppler velocity of a target based on a complex received signal that is received by reflecting a transmission signal transmitted at a predetermined repetition period via a radar antenna. A target speed measurement method, comprising a Doppler speed estimation step and a Doppler speed correction step, is provided. In the Doppler velocity estimation step, the Doppler velocity V d of the target is calculated in a region where velocity folding based on a predetermined repetition period does not occur. In the Doppler velocity correction step, a Doppler velocity estimation step is performed using an extended DFT, which is a discrete Fourier transform in which the velocity range for measuring the Doppler velocity V d of the target is expanded to a region where velocity folding based on a predetermined repetition period occurs. The Doppler velocity V r of the target is calculated by correcting the Doppler velocity V d calculated in step (1).

本発明の更に別の観点によれば、上記物標速度測定方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムが提供される。   According to still another aspect of the present invention, a computer program for causing a computer to execute the target velocity measuring method is provided.

本発明によれば、物標のドップラ速度の測定精度を高めることができる。   According to the present invention, the measurement accuracy of the Doppler speed of a target can be increased.

第1実施形態によるレーダー装置の概略構成図1 is a schematic configuration diagram of a radar device according to a first embodiment. 同実施形態による信号処理装置の構成の概略ブロック図Schematic block diagram of the configuration of the signal processing apparatus according to the embodiment 同実施形態による船速補正処理を説明するための図The figure for demonstrating the ship speed correction process by the embodiment 速度折返しを補正したドップラ速度について説明するための図A diagram for explaining the Doppler speed corrected for speed folding 一般的なDFTと実施形態によるDFTによりそれぞれ算出したドップラスペクトルの比較図Comparison diagram of Doppler spectra respectively calculated by the general DFT and the DFT according to the embodiment 同実施形態による信号処理装置による処理を示すフローチャートThe flowchart which shows the process by the signal processing apparatus by the same embodiment 第2実施形態による信号処理装置の構成の概略ブロック図Schematic block diagram of the configuration of the signal processing device according to the second embodiment 速度折返しが生じた場合において測定されるドップラ速度と真のドップラ速度との関係を示す図Diagram showing the relationship between the measured Doppler speed and the true Doppler speed when speed wrapping occurs

<1 第1実施形態>
以下、本発明の実施形態に係るレーダー装置について図面を用いて説明する。
<1−1 レーダー装置の構成>
図1は、本実施形態に係るレーダー装置の概略構成を示す図である。図1に示すレーダー装置1は、例えば船舶等に設けられ、海上の他船やブイ、陸地などの物標を検出するための船舶用レーダー装置である。図1に示すように、レーダー装置1は、アンテナ30、送受信部20、信号処理部10、及び入出力装置40を備えている。以下、レーダー装置1を構成する各要素について詳細に説明する。
<1 First Embodiment>
Hereinafter, a radar apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<1-1 Radar device configuration>
FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a radar apparatus according to the present embodiment. A radar apparatus 1 shown in FIG. 1 is a ship radar apparatus that is provided, for example, in a ship or the like and detects a target such as another ship on the sea, a buoy, or land. As shown in FIG. 1, the radar device 1 includes an antenna 30, a transmission / reception unit 20, a signal processing unit 10, and an input / output device 40. Hereafter, each element which comprises the radar apparatus 1 is demonstrated in detail.

なお、ここではレーダー装置の一例として船舶用レーダー装置について説明するが、本発明は、他のレーダー装置に適用することができ、例えば、気象レーダー、港湾監視レーダー等の他の用途のレーダー装置にも適用することができる。このようなレーダー装置には、送信機に半導体増幅器を用いる固体化レーダー装置だけでなく、マグネトロンレーダー装置も含まれる。
<1−1−1 アンテナ30>
レーダー装置1において、アンテナ30は、鋭い指向性を持ったパルス状電波のビームを送信するとともに、その周囲にある物標からの反射波を受信する。ビーム幅は、例えば2度に設定される。アンテナ30は、水平面内で回転しながら、上記の送信と受信を繰り返す。回転数は、例えば24rpmである。アンテナ30が1回転する間に行う処理の単位を1スキャンとよぶ。また、送信信号を送信してから次の送信信号を送信する直前までの期間における送信と受信の動作をスイープとよぶ。1スイープの時間、すなわち送信周期は、例えば1msである。そして、1スイープ当たりの受信データ数をサンプル点数とよぶ。
Although a marine radar device will be described here as an example of a radar device, the present invention can be applied to other radar devices, for example, a radar device for other uses such as a weather radar and a port monitoring radar. Can also be applied. Such a radar apparatus includes not only a solid-state radar apparatus using a semiconductor amplifier as a transmitter but also a magnetron radar apparatus.
<1-1-1 Antenna 30>
In the radar device 1, the antenna 30 transmits a pulsed radio wave beam having a sharp directivity and receives a reflected wave from a target around the antenna 30. The beam width is set to 2 degrees, for example. The antenna 30 repeats the above transmission and reception while rotating in a horizontal plane. The number of rotations is, for example, 24 rpm. A unit of processing performed while the antenna 30 rotates once is called one scan. In addition, transmission and reception operations in a period from when a transmission signal is transmitted to immediately before the next transmission signal is transmitted are called sweeps. The time for one sweep, that is, the transmission cycle is, for example, 1 ms. The number of received data per sweep is called the number of sample points.

アンテナ30では、送信信号を、ある方向へ集中して発射することで、物標からの反射波を含む複素受信信号を受信する。複素受信信号は、物標信号成分のほか、クラッタや他のレーダー装置からの電波干渉波や受信機雑音などの成分を含む場合もある。   The antenna 30 receives a complex reception signal including a reflected wave from a target by concentrating and emitting transmission signals in a certain direction. In addition to the target signal component, the complex received signal may include components such as radio wave interference waves and receiver noise from clutter and other radar devices.

アンテナ30から物標までの距離は、その物標信号を含む受信信号の受信時間と、当該受信信号に対応する送信信号の送信時間との時間差から求められる。また、物標の方位は、対応する送信信号を送信するときのアンテナ30の方位から求められる。
<1−1−2 送受信部20>
送受信部20は、送信信号を生成してアンテナ30へ送出する。また、送受信部20は、アンテナ30から受信信号を取り込み、受信信号を周波数変換する。そのために、この実施形態では、送受信部20は、送信信号生成器21、周波数変換器22、局部発振器23、送受切換器24、及び周波数変換器25を備える。
The distance from the antenna 30 to the target is obtained from the time difference between the reception time of the reception signal including the target signal and the transmission time of the transmission signal corresponding to the reception signal. Further, the direction of the target is obtained from the direction of the antenna 30 when transmitting the corresponding transmission signal.
<1-1-2 Transceiver 20>
The transmission / reception unit 20 generates a transmission signal and sends it to the antenna 30. Further, the transmission / reception unit 20 takes in the received signal from the antenna 30 and converts the frequency of the received signal. Therefore, in this embodiment, the transmission / reception unit 20 includes a transmission signal generator 21, a frequency converter 22, a local oscillator 23, a transmission / reception switch 24, and a frequency converter 25.

送信信号生成器21は、後述する信号処理部10のスタガ設定部18からの指令に応じた、中間周波数の送信信号を生成し、周波数変換器22へ出力する。この実施形態において、送信信号生成器21が生成する送信信号は、繰返し周期(又は送信タイミング)を変化させる信号、つまりスタガ処理される信号である。ここで、繰返し周期(又は送信タイミング)を変化させることは、送信毎に繰返し周期(又は送信タイミング)が異なるだけでなく、同じ繰返し周期(又は送信タイミング)が一部連続する場合も含む。   The transmission signal generator 21 generates a transmission signal having an intermediate frequency according to a command from the stagger setting unit 18 of the signal processing unit 10 described later, and outputs the transmission signal to the frequency converter 22. In this embodiment, the transmission signal generated by the transmission signal generator 21 is a signal that changes a repetition cycle (or transmission timing), that is, a signal that is subjected to stagger processing. Here, changing the repetition period (or transmission timing) includes not only the repetition period (or transmission timing) being different for each transmission, but also the case where the same repetition period (or transmission timing) is partially continuous.

周波数変換器22は、送信信号生成器21の出力信号を局部発振器23から出力されるローカル信号と混合し、送信信号生成器21の出力信号を周波数変換して送受切換器24へ出力する。周波数変換器22の出力信号の周波数帯は、例えば、3GHz帯または9GHz帯などである。   The frequency converter 22 mixes the output signal of the transmission signal generator 21 with the local signal output from the local oscillator 23, converts the frequency of the output signal of the transmission signal generator 21, and outputs it to the transmission / reception switch 24. The frequency band of the output signal of the frequency converter 22 is, for example, a 3 GHz band or a 9 GHz band.

送受切換器24は、アンテナ30と接続可能に構成されている。送受切換器24は、アンテナ30と送受信部20との間の信号の切り換えを行う。すなわち、この送受切換器24では、送信時には、送信信号が受信回路(すなわち周波数変換器25)に回り込まないようにし、受信時には、受信信号が送信回路(すなわち周波数変換器22)に回り込まないようにする。送受切換器24としては、例えば、サーキュレータ(Circulator)等の電子部品が用いられる。   The transmission / reception switch 24 is configured to be connectable to the antenna 30. The transmission / reception switch 24 switches signals between the antenna 30 and the transmission / reception unit 20. That is, the transmission / reception switch 24 prevents the transmission signal from entering the reception circuit (ie, the frequency converter 25) during transmission, and prevents the reception signal from entering the transmission circuit (ie, the frequency converter 22) during reception. To do. As the transmission / reception switching device 24, for example, an electronic component such as a circulator is used.

周波数変換器25は、送受切換器24を介してアンテナ30から出力される受信信号を取り込む。そして、周波数変換器25は、受信信号を局部発振器23から出力されるローカル信号と混合し、送受切換器24の出力信号を中間周波数に変換し、後述する信号処理部10へ出力する。   The frequency converter 25 takes in a reception signal output from the antenna 30 via the transmission / reception switch 24. Then, the frequency converter 25 mixes the received signal with the local signal output from the local oscillator 23, converts the output signal of the transmission / reception switch 24 into an intermediate frequency, and outputs it to the signal processing unit 10 described later.

なお、図1の送受信部20では、増幅器やフィルタの図示を省略している。
<1−1−3 信号処理部10>
信号処理部10は、複素受信信号をデジタル信号に変換して信号処理を行う。信号処理部10は、例えば、プロセッサやメモリを含む装置や集積回路等であり、後述するA/D変換部11から出力される受信データを処理し映像信号を生成する。信号処理装置10は、例えばメモリに格納されたプログラムを実行する汎用のDSPやFPGA等により実現する。信号処理部10はまた、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のデジタル回路で実現することが可能である。
In the transmission / reception unit 20 of FIG. 1, illustration of an amplifier and a filter is omitted.
<1-1-3 Signal Processing Unit 10>
The signal processing unit 10 performs signal processing by converting the complex reception signal into a digital signal. The signal processing unit 10 is, for example, a device or an integrated circuit including a processor and a memory, and processes reception data output from an A / D conversion unit 11 described later to generate a video signal. The signal processing device 10 is realized by, for example, a general-purpose DSP or FPGA that executes a program stored in a memory. The signal processing unit 10 can also be realized by a digital circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

信号処理部10の詳細な構成及びその動作ついては後述する。
<1−1−4 入出力装置40>
入出力装置40は、図示しないプロセッサやメモリ等を備えるデバイスである。入出力装置40は、LCD(Liquid Crystal Display)等の表示部と、操作者が操作可能なボタンやキーボード等の入力部等を備える。入出力装置40は、各スイープで得られた受信データを画像表示用のメモリに記憶するとともに、記憶したデータを所定の順序でこのメモリから読み出し、映像として表示部に表示する。通常、レーダー映像は、レーダー装置(アンテナ)の位置を中心に360度の方位における物標が表示される。表示の原点は、レーダー装置の位置に対応する。レーダー装置1の操作者は、物標からの反射波の振幅、つまり受信信号がレーダー映像上で表示される位置から、その物標の方位と距離を認識することが可能になる。
<1−2 信号処理部10の構成>
図2は、本実施形態の信号処理部10(信号処理装置の一例)の構成を概略的に示す。信号処理部10は、A/D変換部11、直交検波部12、パルス圧縮部13、ドップラ速度測定部100(物標速度測定装置の一例)、及びスタガ設定部18を備える。更に、ドップラ速度測定部100は、ドップラ速度推定部14、折返し判定部15、ドップラ速度補正部16、及び船速補正部17を備える。また、ドップラ速度推定部14、折返し判定部15、及びドップラ速度補正部16は、ドップラ速度算出部19を構成する。
The detailed configuration and operation of the signal processing unit 10 will be described later.
<1-1-4 I / O device 40>
The input / output device 40 is a device including a processor, a memory, and the like (not shown). The input / output device 40 includes a display unit such as an LCD (Liquid Crystal Display) and an input unit such as buttons and a keyboard that can be operated by an operator. The input / output device 40 stores the received data obtained in each sweep in a memory for image display, reads the stored data from the memory in a predetermined order, and displays it as a video on the display unit. Usually, a radar image displays a target in a 360-degree azimuth centering on the position of the radar device (antenna). The origin of the display corresponds to the position of the radar device. The operator of the radar apparatus 1 can recognize the azimuth and distance of the target from the amplitude of the reflected wave from the target, that is, the position where the received signal is displayed on the radar image.
<1-2 Configuration of Signal Processing Unit 10>
FIG. 2 schematically shows the configuration of the signal processing unit 10 (an example of a signal processing device) according to the present embodiment. The signal processing unit 10 includes an A / D conversion unit 11, a quadrature detection unit 12, a pulse compression unit 13, a Doppler velocity measurement unit 100 (an example of a target velocity measurement device), and a stagger setting unit 18. Further, the Doppler speed measurement unit 100 includes a Doppler speed estimation unit 14, a folding determination unit 15, a Doppler speed correction unit 16, and a ship speed correction unit 17. In addition, the Doppler speed estimation unit 14, the folding determination unit 15, and the Doppler speed correction unit 16 constitute a Doppler speed calculation unit 19.

A/D変換部11は、送受信部20の周波数変換器25から出力されるアナログ値の中間周波数信号をデジタル信号に変換する。   The A / D converter 11 converts an analog intermediate frequency signal output from the frequency converter 25 of the transceiver 20 into a digital signal.

直交検波部12は、A/D変換部11から出力されるデジタル値の中間周波数信号を直交検波する。具体的には、直交検波部12は、A/D変換部11の出力信号から、I(In-Phase)信号およびこれとπ/2だけ位相の異なるQ(Quadrature)信号を生成する。ここで、I信号,Q信号(以下、適宜「I」,「Q」と略記する。)は、それぞれ、レーダーの複素受信信号の実数部,虚数部である。複素受信信号の振幅は、(I+Q1/2で表され、位相は、tan−1(Q/I)で表される。なお、以下では、複素受信信号を単に受信データと呼ぶ場合がある。1スキャンあたりの送受信の回数(=スイープ数)をK、1スイープあたりの受信データ数をNとする。k番目(0≦k≦K−1)のスイープでn番目(0≦n≦N−1)にサンプリングされる受信データSをS[k,n]で表す。kはアンテナ30の方位に対応し、nは距離に対応する。また、kを方位番号、nを距離番号とする。また、最初のスイープ(k=0)でのアンテナ方位を船首方位とする。また、これらの番号の組(k,n)をデータの座標とする。 The quadrature detection unit 12 performs quadrature detection on the digital intermediate frequency signal output from the A / D conversion unit 11. Specifically, the quadrature detection unit 12 generates an I (In-Phase) signal and a Q (Quadrature) signal having a phase different from that by π / 2 from the output signal of the A / D conversion unit 11. Here, the I signal and the Q signal (hereinafter abbreviated as “I” and “Q” as appropriate) are a real part and an imaginary part of the complex reception signal of the radar, respectively. The amplitude of the complex received signal is represented by (I 2 + Q 2 ) 1/2 and the phase is represented by tan −1 (Q / I). Hereinafter, the complex reception signal may be simply referred to as reception data. The number of transmissions / receptions per scan (= number of sweeps) is K, and the number of received data per sweep is N. The received data S sampled n-th (0 ≦ n ≦ N−1) in the k-th (0 ≦ k ≦ K−1) sweep is represented by S [k, n]. k corresponds to the azimuth of the antenna 30, and n corresponds to the distance. Further, k is an azimuth number and n is a distance number. Further, the antenna direction at the first sweep (k = 0) is set as the bow direction. Further, a set (k, n) of these numbers is used as data coordinates.

パルス圧縮部13は、例えば、フーリエ変換部、マッチドフィルタ、逆フーリエ変換部を備え、直交検波部12からの変調パルス信号を既知の方法でパルス圧縮して、パルス圧縮された信号を出力する。   The pulse compression unit 13 includes, for example, a Fourier transform unit, a matched filter, and an inverse Fourier transform unit, and performs pulse compression on the modulated pulse signal from the quadrature detection unit 12 by a known method, and outputs a pulse-compressed signal.

ドップラ速度推定部14は、パルス圧縮部13が出力する受信データS[k,n](0≦k≦K−1,0≦n≦N−1)にパルスペア法を用いて、各座標(k,n)におけるドップラ速度を算出する。以下では、このドップラ速度を、V[k,n](0≦k≦K−1,0≦n≦N−1)で表す。なお、一般に、ドップラ速度の測定には、パルスペア法とDFT(Discrete Fourier Transform;離散フーリエ変換)の2種類の方式があるが、本実施形態においては、DFTよりも速度の測定精度の高いパルスペア法を用いる。パルスペア法は、二つの連続した送信パルスを発射し、同一距離から反射して受信された信号の複素自己相関係数を計算する。この結果(受信信号の位相差)に基づいて他船のドップラ速度を算出する。 The Doppler velocity estimation unit 14 uses the pulse pair method for the received data S [k, n] (0 ≦ k ≦ K−1, 0 ≦ n ≦ N−1) output from the pulse compression unit 13 to each coordinate (k , N), the Doppler velocity is calculated. Hereinafter, this Doppler velocity is represented by V d [k, n] (0 ≦ k ≦ K−1, 0 ≦ n ≦ N−1). In general, there are two types of methods for measuring the Doppler velocity: a pulse pair method and a DFT (Discrete Fourier Transform). In this embodiment, the pulse pair method has higher velocity measurement accuracy than DFT. Is used. The pulse pair method fires two consecutive transmission pulses and calculates the complex autocorrelation coefficient of the received signal reflected from the same distance. Based on this result (the phase difference of the received signal), the Doppler speed of the other ship is calculated.

折返し判定部15は、パルス圧縮部13が出力する受信データS[k,n](0≦k≦K−1,0≦n≦N−1)に、後述する拡張DFTを適用して、各座標(k,n)での速度折返しの回数であるナイキスト数Nnumを算出する。 The aliasing determination unit 15 applies an extended DFT described later to the reception data S [k, n] (0 ≦ k ≦ K−1, 0 ≦ n ≦ N−1) output from the pulse compression unit 13, A Nyquist number N num that is the number of times of speed folding at the coordinates (k, n) is calculated.

ドップラ速度補正部16は、折返し判定部15により算出したナイキスト数Nnumと、後述する速度折返しが生じない速度領域におけるドップラ速度Vdの最大速度±VNと基づいて、ドップラ速度推定部14から出力されたドップラ速度V[k,n]を補正し、真のドップラ速度又はその近似値である実際のドップラ速度Vを算出する。 Based on the Nyquist number N num calculated by the turn-back determination unit 15 and the maximum speed ± V N of the Doppler speed V d in a speed region in which speed turn-back does not occur, which will be described later, the Doppler speed correction unit 16 The output Doppler velocity V d [k, n] is corrected, and the actual Doppler velocity V r which is the true Doppler velocity or its approximate value is calculated.

船速補正部17は、ドップラ速度補正部16が出力するドップラ速度V(相対速度)から、自船の速度を引くことにより,他船の接近速度(絶対速度)を算出して,入出力装置40に出力する。図3は、船速補正部17による船速補正処理を説明するための図であり、自船が船速V0、他船が船速Vtでそれぞれ直進している状況における、船速補正処理を表している。このとき他船の接近速度Vaは次式で表される。 The ship speed correction unit 17 calculates the approach speed (absolute speed) of the other ship by subtracting the speed of the ship from the Doppler speed V r (relative speed) output from the Doppler speed correction unit 16, and inputs and outputs Output to the device 40. FIG. 3 is a diagram for explaining the ship speed correction processing by the ship speed correcting unit 17, and the ship speed correction in a situation where the own ship is traveling straight at the ship speed V 0 and the other ship is traveling at the ship speed V t. Represents processing. At this time, the approach speed V a of the other ship is expressed by the following equation.

a=V−V0・cosθt
ただし、
θt:自船の進行方向と現在のアンテナ方位(他船の方位)がなす角
a:自船の速度ベクトル
t:他船の速度ベクトル
r:パルスペア法で測定される速度(相対速度)
a:他船の接近速度(=他船の速度ベクトルの半径方向成分)
とする。
V a = V r −V 0 · cos θ t
However,
θ t : angle between own ship's traveling direction and current antenna direction (direction of other ship) V a : own ship's speed vector V t : other ship's speed vector V r : speed measured by pulse pair method (relative speed)
V a : Approach speed of other ship (= radial component of speed vector of other ship)
And

スタガ設定部18は、最大スタガ率、PRF、及びパルス幅等から所定のスタガパターンを有する設定信号を生成し、送信信号生成器21に出力する。
<1−3 信号処理部10の動作>
<1−3−1 ドップラ速度の測定の概略>
記述の通り、測定可能なドップラ周波数の最大値fdmaxは、サンプリング定理により次式により求められる。
The stagger setting unit 18 generates a setting signal having a predetermined stagger pattern from the maximum stagger rate, PRF, pulse width, and the like, and outputs the setting signal to the transmission signal generator 21.
<1-3 Operation of Signal Processing Unit 10>
<Outline of measurement of 1-3-1 Doppler velocity>
As described, the maximum value f dmax of the Doppler frequency that can be measured is obtained by the following equation using the sampling theorem.

Figure 2013167580
Figure 2013167580

また、物標の相対速度、つまり測定されるドップラ速度Vdは、次式により求められる。 Further, the relative velocity of the target, that is, the measured Doppler velocity V d is obtained by the following equation.

Figure 2013167580
Figure 2013167580

上記式(1)及び(2)より、速度折返しが生じない最大速度VNは、次式により求められる。 From the above equations (1) and (2), the maximum velocity V N at which velocity folding does not occur is obtained by the following equation.

Figure 2013167580
Figure 2013167580

物標のドップラ速度がナイキスト速度を超える場合も含めると、物標のドップラ速度、つまり実際のドップラ速度Vrは、次式により求められる。 Including the case where the Doppler speed of the target exceeds the Nyquist speed, the Doppler speed of the target, that is, the actual Doppler speed V r is obtained by the following equation.

Figure 2013167580
Figure 2013167580

ここで、Nnumは、速度折返しの回数を示す。
<1−3−2 速度折返しの判定>
図4は、上記式(2)〜(4)により求められる値の関係を示す図である。
Here, N num indicates the number of times of speed folding.
<1-3-2 Determination of speed return>
FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between values obtained by the above formulas (2) to (4).

本実施形態においては、従来物標のドップラ速度Vの測定に用いられていたDFTを応用した方式を用いて、速度折返しの回数Nnumを算出する。具体的には、次の通りである。 In the present embodiment, the number of times N num of speed folding is calculated using a method applying DFT, which has been used for measuring the Doppler velocity V d of a conventional target. Specifically, it is as follows.

DFT点数をMとすると、ドップラスペクトルの絶対値は、幅PRFの帯域をM個に分割したサブバンド(チャンネル)に含まれる受信信号成分の振幅を示す。つまり、DFT処理は、M個のフィルタからなるフィルタバンクからの出力と等価である。   When the number of DFT points is M, the absolute value of the Doppler spectrum indicates the amplitude of the received signal component included in the subband (channel) obtained by dividing the band of the width PRF into M pieces. That is, the DFT process is equivalent to an output from a filter bank composed of M filters.

観測対象となる物標の速度vの範囲が−A・VNは≦v≦A・VN(Aは自然数)のとき、各フィルタバンクの出力X[kd]は、次式で算出される。 When the range of the velocity v of the target to be observed is −A · V N ≦ v ≦ A · V N (A is a natural number), the output X [k d ] of each filter bank is calculated by the following equation: The

Figure 2013167580
Figure 2013167580

ここで、M=0,・・・,m・・・,M−1とする(ただし、Mは偶数)。また、Smはスタガ率であり、スタガ処理に伴う時間シフト量の、平均送信周期に対する比とする。 Here, M = 0,..., M..., M-1 (where M is an even number). S m is a stagger rate, which is a ratio of the amount of time shift accompanying stagger processing to the average transmission period.

なお、Aは、例えば、物標の種類(船等)に応じて予想される最大速度に基づき設定することができる。   In addition, A can be set based on the maximum speed estimated according to the kind (ship etc.) of a target, for example.

上記DFTによる処理(以下、拡張DFT呼ぶ)は、観測対象となる物標の速度領域を速度折返しが生じる速度領域まで拡大し、ドップラ周波数の測定範囲(kの範囲)が従来のDFTと比べてA倍となっている点と、送信信号のスタガ処理に伴う時間シフトに応じた位相誤差を補正している点において従来のDFTとは異なる。   The above DFT processing (hereinafter referred to as “extended DFT”) expands the velocity range of the target to be observed to the velocity region where velocity folding occurs, and the Doppler frequency measurement range (range of k) is larger than that of the conventional DFT. It differs from the conventional DFT in that it is A times and the phase error corresponding to the time shift associated with the stagger processing of the transmission signal is corrected.

次に具体的な例を示して説明する。   Next, a specific example will be described.

観測対象となる物標の速度領域を−3VN≦v≦3VN、物標のドップラ速度を2.5×VN、DFT点数M=16、スタガ処理ありとした場合、従来のDFTと本実施形態の拡張DFTのそれぞれで算出したドップラスペクトルを図5に示す。図5(a)は、従来のDFTにより算出したドップラスペクトルであり、図5(b)は、上記拡張DFT(式(5))により算出したドップラスペクトルである。 If the target velocity range to be observed is -3V N ≤ v ≤ 3V N , the target Doppler velocity is 2.5 x V N , the number of DFT points is M = 16, and stagger processing is used, FIG. 5 shows Doppler spectra calculated in each of the extended DFTs of the embodiment. FIG. 5A is a Doppler spectrum calculated by a conventional DFT, and FIG. 5B is a Doppler spectrum calculated by the extended DFT (equation (5)).

図5(a)では、ドップラ速度の測定範囲は−VN≦v≦VNであり、この速度範囲を超えるドップラスペクトルは、−VN≦v≦VNの速度範囲におけるドップラスペクトルをサンプリング周波数(PRF)に対応する速度である2VNごとに繰り返したスペクトルとなる。従って、実際の物標速度に対応するドップラスペクトルと、エイリアスによる出現する偽の物標速度に対応するドップラスペクトルとのレベル差が等しくなる。このため、どちらが正しい測定結果なのかを判断できない。これに対して図5(b)では、Smを用いてスタガ処理に伴う時間シフトに応じた位相誤差を補正する。これにより、実際の物標速度に対応するドップラスペクトルに対しては、前記位相誤差が適切に補正され、スタガ処理をしない場合と同等のスペクトルレベルを維持する。一方で、偽の物標速度に対応するドップラスペクトルに対しては、前記位相誤差が適切に補正されず、スペクトルレベルが低下する。実際の物標速度に対応するドップラスペクトルのレベルが最も高くなるため、このバンクを選択することにより、速度折返し回数、すなわちNnumを求めることができる。 In FIG. 5A, the measurement range of the Doppler velocity is −V N ≦ v ≦ V N , and the Doppler spectrum exceeding this velocity range is obtained by sampling the Doppler spectrum in the velocity range of −V N ≦ v ≦ V N. The spectrum is repeated every 2V N which is the speed corresponding to (PRF). Accordingly, the level difference between the Doppler spectrum corresponding to the actual target speed and the Doppler spectrum corresponding to the false target speed appearing due to the alias becomes equal. For this reason, it cannot be determined which is the correct measurement result. On the other hand, in FIG. 5B, the phase error corresponding to the time shift associated with the stagger processing is corrected using S m . As a result, for the Doppler spectrum corresponding to the actual target velocity, the phase error is appropriately corrected, and a spectrum level equivalent to that when no stagger processing is performed is maintained. On the other hand, for the Doppler spectrum corresponding to the false target velocity, the phase error is not appropriately corrected, and the spectrum level is lowered. Since the level of the Doppler spectrum corresponding to the actual target velocity is the highest, the number of velocity folding times, that is, N num can be obtained by selecting this bank.

つまり上記例では、速度折返しが1回生じているため、Nnum=1となる。これを上記式(4)に代入して、実際のドップラ速度Vrが測定される。
<1−3−3 ドップラ速度の測定処理>
図6は、本実施形態に係る信号処理装置10による物標のドップラ速度の測定処理のフローチャートである。
That is, in the above example, since the speed folding occurs once, N num = 1. By substituting this into the above equation (4), the actual Doppler velocity V r is measured.
<1-3-3 Doppler velocity measurement process>
FIG. 6 is a flowchart of the measurement processing of the Doppler speed of the target by the signal processing device 10 according to the present embodiment.

ステップS101:送受信部200の周波数変換機25より出力された中間周波数信号は、A/D変換器11によりデジタル信号に変換される。   Step S101: The intermediate frequency signal output from the frequency converter 25 of the transmission / reception unit 200 is converted into a digital signal by the A / D converter 11.

ステップS102:A/D変換器11より出力されたデジタル信号は、直交検波部12により直交検波され、上述の通りI信号及びQ信号が出力される。   Step S102: The digital signal output from the A / D converter 11 is subjected to quadrature detection by the quadrature detection unit 12, and the I signal and the Q signal are output as described above.

ステップS103:直交検波部12により出力されたI信号及びQ信号は、パルス圧縮部13によりパルス圧縮され、パルス圧縮信号が出力される。   Step S103: The I signal and the Q signal output from the quadrature detection unit 12 are pulse-compressed by the pulse compression unit 13, and a pulse compression signal is output.

ステップS104:パルス圧縮部13より出力されたパルス圧縮信号に対し、ドップラ速度推定部14によりパルスペア法を適用して、ドップラ速度V[k,n](0≦k≦K−1,0≦n≦N−1)が算出される。一方、折返し判定部15は、パルス圧縮部13より出力されたパルス圧縮信号に対し、上述した拡張DFT方式を適用して、各座標(k,n)での速度折返しの回数Nnumが算出される。 Step S104: The Doppler velocity estimation unit 14 applies the pulse pair method to the pulse compression signal output from the pulse compression unit 13, and the Doppler velocity V d [k, n] (0 ≦ k ≦ K−1, 0 ≦). n ≦ N−1) is calculated. On the other hand, the folding determination unit 15 applies the above-described extended DFT method to the pulse compression signal output from the pulse compression unit 13, and calculates the number N num of speed foldings at each coordinate (k, n). The

ステップS105:ドップラ速度推定部14により算出されたドップラ速度V[k,n]は、ドップラ速度補正部16により上記式(4)を用いて、補正される。なお、ドップラ速度Vが補正されるのは、速度折返しの回数Nnum≠0の場合であり、速度折返しの回数Nnum=0の場合は、ドップラ速度Vは補正されずそのまま出力されることになる。 Step S105: The Doppler speed V d [k, n] calculated by the Doppler speed estimation unit 14 is corrected by the Doppler speed correction unit 16 using the above equation (4). The Doppler speed V d is corrected when the number of speed folding N num ≠ 0. When the number of speed folding N num = 0, the Doppler speed V d is output without correction. It will be.

ステップS106:ドップラ速度補正部16から出力されたドップラ速度Vrに対し、船速補正部17により船速補正処理を行う。 Step S106: The ship speed correcting unit 17 performs ship speed correction processing on the Doppler speed V r output from the Doppler speed correcting unit 16.

ステップS107:船速補正部17からの出力を他船のドップラ速度として出力し、入出力装置40の表示部により表示等する。   Step S107: The output from the ship speed correction unit 17 is output as the Doppler speed of the other ship and displayed on the display unit of the input / output device 40.

なお、上記実施形態における処理方法の実行順序は、必ずしも、上記実施形態の記載に制限されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で、実行順序を入れ替えることができる。
<1−4 本実施形態の特徴>
上記実施形態に係るレーダー装置1の信号処理部10によれば、上述した拡張DFTを用いることにより、物標の実際の速度領域に相当するドップラ周波数範囲全域において、ドップラスペクトルを算出することができる。これにより、ドップラ速度の測定精度を高めることができる。
In addition, the execution order of the processing method in the said embodiment is not necessarily restrict | limited to description of the said embodiment, The execution order can be changed in the range which does not deviate from the summary of invention.
<1-4 Features of this Embodiment>
According to the signal processing unit 10 of the radar device 1 according to the embodiment, the Doppler spectrum can be calculated in the entire Doppler frequency range corresponding to the actual velocity range of the target by using the above-described extended DFT. . Thereby, the measurement accuracy of the Doppler speed can be increased.

また、拡張DFTは速度折返しの回数Nnumの算出に適用し、ドップラ速度Vdは通常のDFTよりも測定精度の高いパルスペア法を用いて算出することにより、ドップラ速度の測定精度を更に高めることができる。
<2 第2実施形態>
図7は、本発明の第2実施形態に係る信号処理部210(信号処理装置の一例)の構成を概略的に示す。なお、上記第1実施形態と同様の構成及び機能を有する部分については同一の符号を付す。
The extended DFT is applied to the calculation of the number of times of speed folding N num , and the Doppler velocity V d is calculated by using the pulse pair method having higher measurement accuracy than the normal DFT, thereby further increasing the Doppler velocity measurement accuracy. Can do.
<2 Second Embodiment>
FIG. 7 schematically shows a configuration of a signal processing unit 210 (an example of a signal processing device) according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the part which has the structure and function similar to the said 1st Embodiment.

信号処理部210は、A/D変換部11、直交検波部12、パルス圧縮部13、ドップラ速度測定部200(物標速度測定装置の一例)、及びスタガ設定部18を備える。更に、ドップラ速度測定部200は、ドップラ速度算出部219及び船速補正部17を備える。本実施形態に係る信号処理部210は、ドップラ速度測定部200が、ドップラ速度推定部14、折返し判定部15、及びドップラ速度補正部16を備えず、代わりにドップラ速度算出部219のみを備える点で、第1実施形態とは異なる。その他については、構成や機能及び動作については、上記第1実施形態と同様であるため、詳細な説明は省略する。   The signal processing unit 210 includes an A / D conversion unit 11, a quadrature detection unit 12, a pulse compression unit 13, a Doppler velocity measurement unit 200 (an example of a target velocity measurement device), and a stagger setting unit 18. Further, the Doppler speed measurement unit 200 includes a Doppler speed calculation unit 219 and a ship speed correction unit 17. In the signal processing unit 210 according to the present embodiment, the Doppler speed measurement unit 200 does not include the Doppler speed estimation unit 14, the folding determination unit 15, and the Doppler speed correction unit 16, but instead includes only the Doppler speed calculation unit 219. This is different from the first embodiment. About others, since a structure, a function, and operation | movement are the same as that of the said 1st Embodiment, detailed description is abbreviate | omitted.

ドップラ速度算出部219は、パルス圧縮部13が出力する受信データS[k,n](0≦k≦K−1,0≦n≦N−1)に対して、拡張DFTを用いて、各座標(k,n)におけるドップラ速度を算出する。具体的には、下記式(5)により算出された受信信号を周波数領域に変換し、図5(b)に示すドップラスペクトルの最大値を検出することにより、実際のドップラ速度を算出する。   The Doppler velocity calculation unit 219 uses the extended DFT for the reception data S [k, n] (0 ≦ k ≦ K−1, 0 ≦ n ≦ N−1) output from the pulse compression unit 13. The Doppler velocity at the coordinates (k, n) is calculated. Specifically, the actual Doppler velocity is calculated by converting the received signal calculated by the following equation (5) into the frequency domain and detecting the maximum value of the Doppler spectrum shown in FIG.

Figure 2013167580
Figure 2013167580

ここで、M=0,・・・,m・・・,M−1とする(ただし、Mは偶数)。また、Smはスタガ率であり、スタガ処理に伴う時間シフト量の、平均送信周期に対する比とする。 Here, M = 0,..., M..., M-1 (where M is an even number). S m is a stagger rate, which is a ratio of the amount of time shift accompanying stagger processing to the average transmission period.

なお、Aは、例えば、物標の種類(船等)に応じて予想される最大速度に基づき設定することができる。   In addition, A can be set based on the maximum speed estimated according to the kind (ship etc.) of a target, for example.

本実施形態においては、第1実施形態のように速度の折返し回数をカウントする必要がなく、物標のドップラ速度Vdを測定する範囲を速度折返しが生じる速度領域まで拡張した拡張DFTを直接用いてドップラ速度Vdを算出している。よって、第1実施形態に比して測定の精度は低下する可能性があるものの、速度の折返しが生じても従来よりはドップラ速度の測定精度を高めることができる。
<3 その他実施形態>
<3−1>
上記実施形態に係るレーダー装置1の信号処理部10は、パルス圧縮部13を備えているが、これに限定されない。パルス圧縮部がなくとも、上記実施形態による効果を得ることができる。
<3−2>
上記実施形態に係るレーダー装置1の信号処理部10(又は210)は、船速補正部17を有するが、これに限定されない。船速補正部がなくともドップラ速度補正部16(又はドップラ速度算出部219)から出力される相対速度データを入出力装置40に出力するようにしてもよい。
<3−3>
上記実施形態に係るレーダー装置1の信号処理部10においては、ドップラ速度推定部14はパルスペア法を用いてドップラ速度を算出しているが、これに代えて通常のDFTを用いてもよい。DFTの場合、受信信号にDFT処理を適用して周波数領域(速度領域)に変換し、ドップラスペクトルを算出する。このドップラスペクトルの最大値を読み取ることによりドップラ速度を測定する。パルスペア法は、DFTよりもドップラ速度を正確に測定できる利点があるが、DFTは、ドップラスペクトル上で信号、クラッタ、ノイズを分離して、信号のみの速度を測定することが可能となる。
<3−4>
上記実施形態においては、信号処理装置10は、装置や集積回路として説明したが、本発明は、物標速度測定方法やコンピュータプログラムとしても実現し得るものである。
In this embodiment, unlike the first embodiment, it is not necessary to count the number of times of speed folding, and an extended DFT in which the range for measuring the Doppler speed V d of the target is extended to the speed region where the speed folding occurs is directly used. Thus, the Doppler velocity V d is calculated. Therefore, although the measurement accuracy may be lower than that in the first embodiment, the measurement accuracy of the Doppler velocity can be increased as compared with the conventional case even if the speed is turned back.
<3 Other Embodiments>
<3-1>
Although the signal processing unit 10 of the radar device 1 according to the above embodiment includes the pulse compression unit 13, it is not limited to this. Even if there is no pulse compression part, the effect by the said embodiment can be acquired.
<3-2>
Although the signal processing unit 10 (or 210) of the radar device 1 according to the above-described embodiment includes the boat speed correction unit 17, it is not limited to this. Relative speed data output from the Doppler speed correction unit 16 (or Doppler speed calculation unit 219) may be output to the input / output device 40 without the ship speed correction unit.
<3-3>
In the signal processing unit 10 of the radar device 1 according to the above embodiment, the Doppler velocity estimation unit 14 calculates the Doppler velocity using the pulse pair method, but instead of this, a normal DFT may be used. In the case of DFT, DFT processing is applied to the received signal to convert it to the frequency domain (speed domain), and a Doppler spectrum is calculated. The Doppler velocity is measured by reading the maximum value of the Doppler spectrum. The pulse pair method has an advantage that the Doppler velocity can be measured more accurately than the DFT, but the DFT can measure the velocity of only the signal by separating the signal, clutter and noise on the Doppler spectrum.
<3-4>
In the above embodiment, the signal processing apparatus 10 has been described as an apparatus or an integrated circuit, but the present invention can also be realized as a target speed measurement method or a computer program.

1 レーダー装置
10 信号処理装置
11 A/D変換部
12 直交検波部
13 パルス圧縮部
14 ドップラ速度推定部
15 折返し判定部
16 ドップラ速度補正部
17 船速補正部
18 スタガ設定部
19 ドップラ速度算出部
20 送受信部
21 送信信号生成器
22 周波数変換機
23 局部発信器
24 送受切換器
25 周波数変換器
30 アンテナ
40 入出力装置
100 ドップラ速度測定部
200 ドップラ速度測定部
210 信号処理装置
219 ドップラ速度算出部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radar apparatus 10 Signal processing apparatus 11 A / D conversion part 12 Quadrature detection part 13 Pulse compression part 14 Doppler speed estimation part 15 Turn-back determination part 16 Doppler speed correction part 17 Ship speed correction part 18 Stagger setting part 19 Doppler speed calculation part 20 Transmission / reception unit 21 Transmission signal generator 22 Frequency converter 23 Local transmitter 24 Transmission / reception switch 25 Frequency converter 30 Antenna 40 Input / output device 100 Doppler velocity measurement unit 200 Doppler velocity measurement unit 210 Signal processing device 219 Doppler velocity calculation unit

Claims (14)

レーダアンテナを介して所定の繰返し周期で送信された送信信号が物標に反射されて受信された複素受信信号に基づいて物標のドップラ速度を算出する物標速度測定装置であって、
前記所定の繰返し周期に基づく速度折返しが生じる領域を含む範囲で前記複素受信信号に対する離散フーリエ変換である拡張DFTを行うことにより、前記物標のドップラ速度を算出する、
物標速度測定装置。
A target speed measurement device that calculates a Doppler speed of a target based on a complex reception signal that is received by reflecting a transmission signal transmitted at a predetermined repetition period via a radar antenna.
Calculating the Doppler velocity of the target by performing an extended DFT which is a discrete Fourier transform on the complex received signal in a range including a region where velocity folding based on the predetermined repetition period occurs.
Target speed measuring device.
前記送信信号は、前記繰返し周期が変化する信号である、
請求項1に記載の物標速度測定装置。
The transmission signal is a signal whose repetition period changes.
The target velocity measuring apparatus according to claim 1.
前記拡張DFTは、前記送信信号の前記繰返し周期の変化に伴う時間シフトに応じた位相誤差の補正を行う、
請求項2に記載の物標速度測定装置。
The extended DFT corrects a phase error according to a time shift associated with a change in the repetition period of the transmission signal.
The target velocity measuring apparatus according to claim 2.
前記所定の繰返し周期に基づく速度折返しが生じない領域において、前記物標のドップラ速度Vdを算出するドップラ速度推定部、及び
前記拡張DFTを用いて、前記ドップラ速度推定部により算出されたドップラ速度Vdを補正することにより、前記物標のドップラ速度Vを算出するドップラ速度補正部、
を備える、請求項1に記載の物標速度測定装置。
A Doppler velocity estimation unit that calculates a Doppler velocity V d of the target in a region where velocity folding based on the predetermined repetition period does not occur, and a Doppler velocity calculated by the Doppler velocity estimation unit using the extended DFT A Doppler speed correction unit that calculates a Doppler speed V r of the target by correcting V d ;
The target velocity measuring device according to claim 1, comprising:
前記拡張DFTにより、前記速度折返しの回数Nnumを判定する折返し判定部を更に備え、
前記ドップラ速度補正部は、前記速度折返しの回数Nnumに基づいて、前記ドップラ速度推定部により算出された前記ドップラ速度Vdを補正する、
請求項4に記載の物標速度測定装置。
A folding determination unit that determines the number of times N num of the speed folding by the extended DFT;
The Doppler speed correction unit corrects the Doppler speed V d calculated by the Doppler speed estimation unit based on the number of times N num of speed wrapping.
The target velocity measuring apparatus according to claim 4.
前記折返し判定部は、
前記拡張DFTにより、物標が存在する方位θに対応するドップラスペクトルのレベルを算出し、
前記ドップラスペクトルのレベルが最も高い速度領域を特定することにより、前記速度折返しの回数Nnumを判定する、
請求項5に記載の物標速度測定装置。
The folding determination unit
The expanded DFT calculates the Doppler spectrum level corresponding to the direction θ where the target exists,
Determining the number of speed wraps N num by identifying a speed region with the highest level of the Doppler spectrum;
The target velocity measuring device according to claim 5.
前記ドップラ速度推定部は、パルスペア法を用いて前記物標のドップラ速度Vdを算出する、
請求項4に記載の物標速度測定装置。
The Doppler velocity estimation unit calculates the Doppler velocity V d of the target using a pulse pair method.
The target velocity measuring apparatus according to claim 4.
前記ドップラ速度補正部は、次式により前記物標のドップラ速度Vを算出する、
請求項4に記載の物標速度測定装置。
Figure 2013167580
ただし、VNは、前記速度折返しが生じない領域の最大速度とする。
The Doppler velocity correction unit calculates the Doppler velocity V r of the target according to the following equation:
The target velocity measuring apparatus according to claim 4.
Figure 2013167580
However, V N is the maximum speed in a region where the speed folding does not occur.
レーダアンテナを介して所定の繰返し周期で送信された送信信号が物標に反射されて受信された複素受信信号に基づいて物標のドップラ速度を算出する物標速度測定装置であって、
前記所定の繰り返し周期に基づく折り返し速度が生じない領域と該領域外にあり前記折り返し速度が生じる領域とを含む範囲で前記複素受信信号に対する離散フーリエ変換である拡張DFTを行うことにより、前記物標のドップラ速度を算出する、
物標速度測定装置。
A target speed measurement device that calculates a Doppler speed of a target based on a complex reception signal that is received by reflecting a transmission signal transmitted at a predetermined repetition period via a radar antenna.
By performing an extended DFT, which is a discrete Fourier transform on the complex received signal, in a range including a region where a folding speed based on the predetermined repetition period does not occur and a region outside the region where the folding speed occurs. To calculate the Doppler speed of
Target speed measuring device.
請求項1又は9に記載の物標速度測定装置、
前記複素受信信号をアナログ値からデジタル値に変換するA/D変換部、及び
デジタル値に変換された前記複素受信信号を直交検波する直交検波部
を備える、信号処理装置。
The target velocity measuring device according to claim 1 or 9,
A signal processing apparatus comprising: an A / D conversion unit that converts the complex reception signal from an analog value into a digital value; and an orthogonal detection unit that performs quadrature detection on the complex reception signal converted into a digital value.
更に、前記送信信号の前記繰返し周期を変化させるための信号を生成するスタガ設定部、
を備える、
請求項10に記載の信号処理装置。
Further, a stagger setting unit that generates a signal for changing the repetition period of the transmission signal,
Comprising
The signal processing device according to claim 10.
前記送信信号を送信すると共に、反射により前記複素受信信号を受信するレーダアンテナ、
前記レーダアンテナが送信する前記送信信号を生成すると共に、前記送信信号と前記複素受信信号の周波数変換を行う送受信部、及び
前記送受信部より取得した前記複素受信信号に基づいて前記ドップラ速度を算出する請求項10に記載の信号処理装置、
を備える、レーダー装置。
A radar antenna that transmits the transmission signal and receives the complex reception signal by reflection;
The transmission signal transmitted from the radar antenna is generated, a transmission / reception unit that converts the frequency of the transmission signal and the complex reception signal, and the Doppler velocity is calculated based on the complex reception signal acquired from the transmission / reception unit. The signal processing device according to claim 10,
A radar device comprising:
レーダアンテナを介して所定の繰返し周期で送信された送信信号が物標に反射されて受信された複素受信信号に基づいて物標のドップラ速度を算出する物標速度測定方法であって、
前記所定の繰返し周期に基づく速度折返しが生じない領域において、前記物標のドップラ速度Vdを算出するドップラ速度推定ステップ、及び
前記物標のドップラ速度Vdを測定する速度範囲を、前記所定の繰返し周期に基づく速度折返しが生じる領域まで拡張した離散フーリエ変換である拡張DFTを用いて、前記ドップラ速度推定ステップにおいて算出されたドップラ速度Vdを補正することにより、前記物標のドップラ速度Vを算出するドップラ速度補正ステップ、
を備える、物標速度測定方法。
A target velocity measurement method for calculating a Doppler velocity of a target based on a complex reception signal received by reflecting a transmission signal transmitted at a predetermined repetition period via a radar antenna.
In the region where the speed folding based on the predetermined repetition period does not occur, the product Doppler velocity estimation step of calculating a Doppler velocity V d of the target, and the speed range for measuring the Doppler velocity V d of the target object, the predetermined The Doppler velocity V r of the target is corrected by correcting the Doppler velocity V d calculated in the Doppler velocity estimation step using an extended DFT that is a discrete Fourier transform extended to a region where velocity folding based on the repetition period occurs. Doppler speed correction step for calculating
A method for measuring a target speed.
請求項13に記載の物標速度測定方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。   A computer program for causing a computer to execute the target velocity measuring method according to claim 13.
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