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JP2018105769A - Rader system and radar signal processing method therefor - Google Patents

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JP2018105769A JP2016253553A JP2016253553A JP2018105769A JP 2018105769 A JP2018105769 A JP 2018105769A JP 2016253553 A JP2016253553 A JP 2016253553A JP 2016253553 A JP2016253553 A JP 2016253553A JP 2018105769 A JP2018105769 A JP 2018105769A
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Abstract

【課題】 LPI性を確保しつつ目標の速度及び距離を観測する。【解決手段】 実施形態のレーダ装置は、符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を用い、観測時間軸をCW期間とレンジング期間に分割し、CW期間においてMcw(Mcw≧1)チップをMcwall(Mcwall≧2)回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、前記レンジング期間において、Mrng(Mrng≧2)チップにより変調したパルス列の信号を送信し、前記CW期間及びレンジング期間それぞれで前記目標から反射されるパルス列の信号を受信する。前記CW期間の受信信号を用いて前記目標の速度を算出し、算出された目標の速度により参照信号を補正し、前記レンジング期間の受信信号を前記補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して前記目標の距離を算出する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To observe a target speed and distance while ensuring LPI property. A radar apparatus according to an embodiment uses a pulse train modulated by an encoded or random signal, divides an observation time axis into a CW period and a ranging period, and converts an Mcw (Mcw ≧ 1) chip into Mcwall (Mcwall) in the CW period. ≧ 2) Transmits a pulse train signal modulated by a signal repeated repeatedly, transmits a pulse train signal modulated by a Mrng (Mrng ≧ 2) chip in the ranging period, and reflects from the target in the CW period and the ranging period, respectively. The pulse train signal to be received is received. The target speed is calculated using the received signal of the CW period, the reference signal is corrected based on the calculated target speed, the range of the received signal of the ranging period is compressed using the corrected reference signal, and the reference signal is corrected. Calculate the target distance. [Selection] Figure 1

Description

本実施形態は、目標の距離、速度を算出するレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法に関する。   The present embodiment relates to a radar apparatus that calculates a target distance and velocity and a radar signal processing method thereof.

被探知性を低下させるLPI(Low Probability of Intercept)レーダ装置として、パルス毎に符号化を行い、参照信号を用いてレンジ圧縮するレーダ方式がある(非特許文献1参照)。但し、この方式は、目標速度によるドップラ成分を補正しないと正しく圧縮されず、目標速度が不明の場合に圧縮ロスが発生する。このため、速度の探索法による参照信号の補正が必要であり、処理規模が増える問題があった。符号化を用いずに、単パルス列により目標速度を観測し、その観測結果を用いて符号化コ−ドによる送受信信号の参照信号を補正する手法も考えられるが、単パルス列ではLPI性が低いという問題があった。   As an LPI (Low Probability of Intercept) radar apparatus that lowers the detectability, there is a radar system that performs encoding for each pulse and performs range compression using a reference signal (see Non-Patent Document 1). However, this method is not correctly compressed unless the Doppler component due to the target speed is corrected, and a compression loss occurs when the target speed is unknown. For this reason, it is necessary to correct the reference signal by the speed search method, and there is a problem that the processing scale increases. A method of observing the target velocity with a single pulse train without using encoding and correcting the reference signal of the transmission / reception signal by the coding code using the observation result is also conceivable, but the LPI property is low with a single pulse train. There was a problem.

符号化レーダ、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.278-280(1996)Encoding radar, Yoshida, 'Revised radar technology', IEICE, pp.278-280 (1996) 符号コード(M系列)発生方式、M.I.Skolnik, Introduction to radar systems, pp.429-430, McGRAW-HILL(1980)Code code (M-sequence) generation method, M.I.Skolnik, Introduction to radar systems, pp.429-430, McGRAW-HILL (1980) BPSK、QPSK、西村、ディジタル信号処理による通信システム設計、CQ出版社、pp.222-226(2006)BPSK, QPSK, Nishimura, Communication system design by digital signal processing, CQ Publisher, pp.222-226 (2006) SS(Spread Spectrum)変調、丸林、スペクトル拡散通信とその応用、電子情報通信学会編、pp.1-18(1998)SS (Spread Spectrum) modulation, Marubayashi, spread spectrum communication and its applications, IEICE, pp.1-18 (1998) CFAR(Constant False Alarm Rate)処理、吉田、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.87-89(1996)CFAR (Constant False Alarm Rate) processing, Yoshida, "Revised Radar Technology", IEICE, pp.87-89 (1996) MIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)、JIAN LI, PETER STOICA, ‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’, WILEY, pp.1-5(2009)MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output), JIAN LI, PETER STOICA, ‘MIMO RADAR SIGNAL PROCESSING’, WILEY, pp.1-5 (2009) 位相によるパターン成形、Robert C. Voges,‘Phase Optimization of Antenna Array Gain with Constrained Amplitude Excitation’,IEEE Trans. Antennas & Propagation, AP-20,No.4,pp.432-436,(1972)Pattern shaping by phase, Robert C. Voges, ‘Phase Optimization of Antenna Array Gain with Constrained Amplitude Excitation’, IEEE Trans. Antennas & Propagation, AP-20, No.4, pp.432-436, (1972)

以上述べたように、LPI性を得るために符号化方式を採用したレーダ装置では、目標速度が不明の場合にレンジ圧縮を行うと、圧縮ロスが発生する故、目標速度の探索法による参照信号の補正が必要であり、処理規模が増えるという問題があった。単パルス列による目標速度の観測結果から符号化コ−ドによる送受信信号の参照信号を補正する手法ではLPI性が低いという問題があった。   As described above, in a radar apparatus that employs an encoding method to obtain LPI characteristics, if range compression is performed when the target speed is unknown, a compression loss occurs. Therefore, the reference signal based on the target speed search method is used. There is a problem that the processing scale increases. The technique of correcting the reference signal of the transmission / reception signal by the coding code from the observation result of the target speed by the single pulse train has a problem that the LPI property is low.

本実施形態は上記課題に鑑みなされたもので、LPI性を確保しつつ目標の速度及び距離を観測することのできるレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法を提供することを目的とする。   The present embodiment has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a radar apparatus and a radar signal processing method thereof capable of observing a target speed and distance while ensuring LPI performance.

上記の課題を解決するために、本実施形態によれば、符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を用いるレーダ装置において、観測時間軸をCW(Continuous Wave)期間とレンジング期間に分割し、前記CW期間においてMcw(Mcw≧1)チップをMcwall(Mcwall≧2)回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、前記レンジング期間において、Mrチップにより変調したパルス列の信号を送信し、前記CW期間及びレンジング期間それぞれで前記目標から反射されるパルス列の信号を受信し、前記CW期間の受信信号を用いて前記目標の速度を算出し、算出された目標の速度により参照信号を補正し、前記レンジング期間の受信信号を前記補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して前記目標の距離を算出する。すなわち、CW期間もレンジング期間も符号化を用いて、速度を算出した後、参照信号を速度で補正してレンジ圧縮するようにしているので、LPI性を確保しつつ、目標の速度及び距離を観測することができる。   In order to solve the above-described problem, according to the present embodiment, in a radar apparatus using a pulse train that is encoded or modulated by a random signal, an observation time axis is divided into a CW (Continuous Wave) period and a ranging period, and the CW A pulse train signal modulated by a signal that repeats Mcw (Mcw ≧ 1) chips for Mcwall (Mcwall ≧ 2) times in the period, and a pulse train signal modulated by the Mr chip in the ranging period, and the CW period and Receiving a pulse train signal reflected from the target in each ranging period, calculating the target speed using the received signal in the CW period, correcting a reference signal according to the calculated target speed, and the ranging period The target distance is calculated by subjecting the received signal to range compression using the corrected reference signal. That is, since the CW period and the ranging period are encoded and used to calculate the speed, the reference signal is corrected by the speed and the range is compressed, so that the target speed and distance can be set while ensuring the LPI property. It can be observed.

第1の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a radar apparatus according to a first embodiment. 第1の実施形態において、送信パルスのタイミングと各送信パルスの変調符号例を示すタイミング図。FIG. 3 is a timing diagram illustrating transmission pulse timings and modulation code examples of the transmission pulses in the first embodiment. 第1の実施形態において、相関処理後の受信信号を示すタイミング図。The timing diagram which shows the received signal after a correlation process in 1st Embodiment. 第1の実施形態において、PRI内のレンジセル毎にPRI間のFFTを行った場合のレンジ−ドップラデータを得る様子を示す概念図。The conceptual diagram which shows a mode that the range-Doppler data at the time of performing FFT between PRI for every range cell in PRI in 1st Embodiment. 第2の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the radar apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態において、送信信号の変調パルスと拡散符号の一例を示す図。The figure which shows an example of the modulation pulse of a transmission signal, and a spreading code in 2nd Embodiment. 第2の実施形態において、送信信号、受信信号、ドップラ抽出結果を示す図。The figure which shows a transmission signal, a received signal, and a Doppler extraction result in 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the radar apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態において、送信信号の変調パルスと拡散符号の一例を示す図。The figure which shows an example of the modulation pulse of a transmission signal, and a spreading code in 3rd Embodiment. 第3の実施形態において、送信信号、受信信号、ドップラ抽出結果を示す図。The figure which shows a transmission signal, a received signal, and a Doppler extraction result in 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the radar apparatus which concerns on 4th Embodiment. 第4の実施形態において、搭載用レーダの場合の座標系を示す図。The figure which shows the coordinate system in the case of the radar for mounting in 4th Embodiment. 第4の実施形態において、速度フィルタでクラッタを抑圧する様子を示す図。The figure which shows a mode that a clutter is suppressed with a speed filter in 4th Embodiment. 第5の実施形態において、送信系統の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of a transmission system in 5th Embodiment. 第5の実施形態において、受信系統の構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of a receiving system in 5th Embodiment. 第5の実施形態において、MIMOの概念系統を示す図。The figure which shows the conceptual system of MIMO in 5th Embodiment. 第5の実施形態において、搭載用レーダの場合の座標系を示す図。The figure which shows the coordinate system in the case of the radar for mounting in 5th Embodiment. 第5の実施形態において、サブアレイ間の送信位相を疑似ランダムとし、特定の方向に送信ビームを形成しない方式の概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of the system which makes the transmission phase between subarrays pseudorandom, and does not form a transmission beam in a specific direction in 5th Embodiment. 第5の実施形態において、送信ビームを目標方向等の所定の方向にヌルを向ける方式の概要を示す図。The figure which shows the outline | summary of the system which orient | assigns a transmission beam to predetermined directions, such as a target direction, in 5th Embodiment.

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。尚、各実施形態の説明において、同一部分には同一符号を付して示し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(第1の実施形態)
図1乃至図4を参照して、第1の実施形態に係るレーダ装置を説明する。
(First embodiment)
The radar apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4.

図1は第1の実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図、図2は同実施形態の送信パルスのタイミングと各送信パルスの変調符号例を示すタイミング図、図3は同実施形態の相関処理後の受信信号を示すタイミング図、図4はPRI内のレンジセル毎にPRI間のFFTを行った場合のレンジ−ドップラデータを得る様子を示す概念図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a radar apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is a timing diagram showing transmission pulse timings and modulation code examples of each transmission pulse, and FIG. 3 is the same embodiment. FIG. 4 is a conceptual diagram showing how range-Doppler data is obtained when FFT between PRIs is performed for each range cell in the PRI.

本実施形態に係るレーダ装置は、図1に示すように、複数のアンテナ素子により送受信ビームを形成するアンテナ1と、アンテナ1を通じて送信信号を送出し、目標からの反射信号を受信する送受信器2と、送受信器2で得られた受信信号から目標の速度、距離を観測する信号処理器3とを備える。   As shown in FIG. 1, a radar apparatus according to this embodiment includes an antenna 1 that forms a transmission / reception beam by a plurality of antenna elements, and a transmitter / receiver 2 that transmits a transmission signal through the antenna 1 and receives a reflection signal from a target. And a signal processor 3 for observing the target speed and distance from the received signal obtained by the transceiver 2.

上記送受信器2は、送受信部21、周波数変換部22、AD変換部23、変調部24、制御部25を備える。変調部24は、制御部25で生成される符号化コードで送信パルス列を変調する。送受信部21は、アンテナ1の複数のアンテナ素子によって形成される送信ビームを通じて、変調された送信パルスを目標に向けて送出し、アンテナ1の各アンテナ素子で捕捉した目標からの反射信号を合成して受信検波する。周波数変換部22は、送受信部21の受信信号をベースバンドに変換する。AD変換部23は、ベースバンドの受信信号をディジタル信号に変換して、受信データとして信号処理器3に出力する。   The transmitter / receiver 2 includes a transmitter / receiver 21, a frequency converter 22, an AD converter 23, a modulator 24, and a controller 25. The modulation unit 24 modulates the transmission pulse train with the encoded code generated by the control unit 25. The transmission / reception unit 21 transmits a modulated transmission pulse toward a target through a transmission beam formed by a plurality of antenna elements of the antenna 1, and synthesizes a reflected signal from the target captured by each antenna element of the antenna 1. And receive detection. The frequency conversion unit 22 converts the reception signal of the transmission / reception unit 21 into baseband. The AD conversion unit 23 converts the baseband received signal into a digital signal and outputs it as received data to the signal processor 3.

上記信号処理器3は、CW期間速度出力部31、レンジ圧縮処理部32、参照信号生成部33、CFAR処理部34、距離抽出部35を備える。CW期間速度出力部31は、パルス列処理期間をCW期間とレンジング期間に分割し、CW期間で目標速度を算出する。レンジ圧縮処理部32は、参照信号生成部33で生成される参照信号を用いてレンジ圧縮を行う。CFAR処理部34は、レンジ圧縮信号についてスレッショルド検出を行う。距離抽出部35は、スレッショルド検出された信号の時間軸を距離軸に変換することで目標距離を抽出する。   The signal processor 3 includes a CW period speed output unit 31, a range compression processing unit 32, a reference signal generation unit 33, a CFAR processing unit 34, and a distance extraction unit 35. The CW period speed output unit 31 divides the pulse train processing period into a CW period and a ranging period, and calculates a target speed in the CW period. The range compression processing unit 32 performs range compression using the reference signal generated by the reference signal generation unit 33. The CFAR processing unit 34 performs threshold detection for the range compressed signal. The distance extracting unit 35 extracts the target distance by converting the time axis of the threshold-detected signal to the distance axis.

上記構成において、本実施形態のレーダ装置は、パルス列処理期間をCW期間とレンジング期間に分割し、CW期間で目標速度を算出する。一方、参照信号を用いてレンジ圧縮を行い、スレッショルド検出を行った後、時間軸を距離軸に変換することで目標距離を抽出する。この際、レンジング期間で目標速度を用いて圧縮のための参照信号を補正する。   In the above configuration, the radar apparatus according to the present embodiment divides the pulse train processing period into a CW period and a ranging period, and calculates a target speed in the CW period. On the other hand, after performing range compression using the reference signal and performing threshold detection, the target distance is extracted by converting the time axis to the distance axis. At this time, the reference signal for compression is corrected using the target speed in the ranging period.

図2(a)は上記送受信器2で生成される送信パルスのタイミング例を示し、図2(b)は各送信パルスの変調符号例(図では拡散符号)を示している。ここでは、パルス列として、CW期間とレンジング期間に分割し、CW期間で目標速度を算出し、レンジング期間で目標速度を用いて圧縮のための参照信号を補正して測距する。図2では、一例として単パルス送信の場合を示しているが、他の手法でもよい。   2A shows an example of the timing of transmission pulses generated by the transceiver 2, and FIG. 2B shows an example of a modulation code (spread code in the figure) of each transmission pulse. Here, the pulse train is divided into a CW period and a ranging period, a target speed is calculated in the CW period, and a distance is measured by correcting a reference signal for compression using the target speed in the ranging period. Although FIG. 2 shows the case of single pulse transmission as an example, other methods may be used.

単パルス列の場合は、各パルス単位で符号変調を行う。まず、CW期間ではドップラを観測する必要があり、図2に示すように、Mcwチップの符号を用いてMcw×Mall個のパルスをMcwチップずつ同一の符号で変調し、Mcwall回繰り返す。HPRFの場合のレンジング期間では、Mrngチップの符号を用いて、Mrng個のパルスを符号変調する。   In the case of a single pulse train, code modulation is performed for each pulse. First, it is necessary to observe Doppler in the CW period. As shown in FIG. 2, Mcw × Mall pulses are modulated with the same code for each Mcw chip using the Mcw chip code, and repeated Mcwall times. In the ranging period in the case of HPRF, Mrng pulses are code-modulated using the code of the Mrng chip.

符号化の方式としては、SS変調(非特許文献4)が考えられる。具体的には、例えばM系列コード(非特許文献2)がある(他のコードでもよい)。この符号化の中には、±1内の小数を含むランダム信号(ノイズ)も含まれるものとする。また、ランダム信号としては、位相をランダムにすることであり、例えば周波数を変えて変調(周波数ホッピング)する方式も含まれる。この場合は、ローカル信号は同一にして、ローカル信号からの周波数を変化させれば、コヒーレント性を確保して周波数を変化させることができる。この信号符号列を用いて、次式に示すように、信号位相を変化させて、送信用信号を生成する。

Figure 2018105769
As an encoding method, SS modulation (Non-patent Document 4) is conceivable. Specifically, for example, there is an M-sequence code (Non-Patent Document 2) (other codes may be used). This encoding includes a random signal (noise) including a decimal number within ± 1. Further, the random signal is to make the phase random, and includes a method of modulating (frequency hopping) by changing the frequency, for example. In this case, if the local signal is the same and the frequency from the local signal is changed, the frequency can be changed while ensuring coherency. Using this signal code string, as shown in the following equation, the signal phase is changed to generate a transmission signal.
Figure 2018105769

上記はBPSK(Binary Phase shift Keying、非特許文献3参照)の場合であるが、他の位相変調方式でもよい。 The above is the case of BPSK (Binary Phase Shift Keying, see Non-Patent Document 3), but other phase modulation methods may be used.

上記送受信器2では、制御部25によりパルス列を符号コードによりパルス変調し、送受信部21及びアンテナ1を通じて送受信した信号を周波数変換し、AD変換によりディジタル信号に変換する。この受信信号の様子を図3に示す。図3において、(a)は送信パルス列の送信タイミングを示し、(b)は受信信号のドップラ観測結果、(c)はレンジ観測結果を示している。ここで、各受信パルスの受信信号は次式で与えられる。

Figure 2018105769
In the transmitter / receiver 2, the control unit 25 performs pulse modulation on the pulse train with a code code, frequency-converts the signal transmitted / received through the transmitter / receiver 21 and the antenna 1, and converts the signal into a digital signal by AD conversion. The state of this received signal is shown in FIG. In FIG. 3, (a) shows the transmission timing of the transmission pulse train, (b) shows the Doppler observation result of the received signal, and (c) shows the range observation result. Here, the reception signal of each reception pulse is given by the following equation.
Figure 2018105769

この受信パルス列は、前述したようにMcwチップの信号がMcwall回繰り返したパルス列である。このMcwチップの信号を抽出するために、CW期間において相関処理を行う。相関処理のための参照信号は、次式で与えられる。

Figure 2018105769
This reception pulse train is a pulse train in which the Mcw chip signal is repeated Mcwall times as described above. In order to extract this Mcw chip signal, correlation processing is performed in the CW period. A reference signal for correlation processing is given by the following equation.
Figure 2018105769

参照信号を受信信号長と合わせるために、ゼロ埋めを行う。

Figure 2018105769
In order to match the reference signal with the received signal length, zero padding is performed.
Figure 2018105769

これより、参照信号の周波数軸信号は次式となる。

Figure 2018105769
Thus, the frequency axis signal of the reference signal is expressed by the following equation.
Figure 2018105769

一方、受信信号をFFT処理すると次式に示すようになる。

Figure 2018105769
On the other hand, when the received signal is subjected to FFT processing, the following equation is obtained.
Figure 2018105769

相関処理は周波数軸の乗算を逆FFTして、次式となる。

Figure 2018105769
In the correlation processing, the frequency axis multiplication is inverse FFTed to obtain the following equation.
Figure 2018105769

Figure 2018105769
Figure 2018105769

この相関処理後の受信信号は、図3に示すように、Mcwチップ毎に積分した結果に相当し、McwチップによるPRI(単パルス単位のパルス繰り返し周期のMcw倍)周期で、Mcwall個のピークが現れる。このMall個の信号をFFT処理すれば、ドップラ信号を検出することができる。このために、図4(a)に示すようにPRI内のレンジセル(Pセル)毎に、PRI間(slow-time軸)のFFTを行い、図4(b)に示すように目標のレンジ−ドップラデータを得る。この目標信号をCFAR(非特許文献5参照)等より抽出して、速度を出力することができる。目標が複数の場合、複数目標の速度を得ることができる。 The received signal after this correlation processing corresponds to the result of integration for each Mcw chip, as shown in FIG. 3, and Mcwall peaks in the PRI (Mcw times the pulse repetition period of single pulse unit) period by the Mcw chip. Appears. Doppler signals can be detected by performing FFT processing on the Mall signals. For this purpose, as shown in FIG. 4A, for each range cell (P cell) in the PRI, an FFT between the PRIs (slow-time axis) is performed, and as shown in FIG. Get Doppler data. The target signal can be extracted from CFAR (see Non-Patent Document 5) or the like, and the speed can be output. When there are a plurality of targets, the speed of the plurality of targets can be obtained.

次に、レンジング期間の信号を用いて相関処理をするための基準参照信号を生成する。基準参照信号としては、CW期間で出力した目標速度を用いる。

Figure 2018105769
Next, a reference reference signal for performing correlation processing using the signal in the ranging period is generated. As the reference reference signal, the target speed output in the CW period is used.
Figure 2018105769

設定した基準参照信号長はMrngであり、レンジ圧縮処理(相関処理)のために符号長(Mrng)をレンジング期間(図2)にするために、ゼロ埋めしたものを参照信号とする。

Figure 2018105769
The set standard reference signal length is Mrng. In order to make the code length (Mrng) the ranging period (FIG. 2) for the range compression process (correlation process), the reference signal is zero-padded.
Figure 2018105769

この参照信号と入力信号との相関を算出するために、参照信号をFFT処理する。

Figure 2018105769
In order to calculate the correlation between the reference signal and the input signal, the reference signal is subjected to FFT processing.
Figure 2018105769

一方、レンジング期間の受信信号は次式で表すことができる。

Figure 2018105769
On the other hand, the received signal during the ranging period can be expressed by the following equation.
Figure 2018105769

受信信号は次式によりFFT処理される。

Figure 2018105769
The received signal is subjected to FFT processing according to the following equation.
Figure 2018105769

レンジ圧縮処理(相関処理)は周波数軸の乗算結果を次式のように逆FFT処理する。

Figure 2018105769
In the range compression process (correlation process), the result of multiplication on the frequency axis is subjected to inverse FFT processing as shown in the following equation.
Figure 2018105769

Figure 2018105769
Figure 2018105769

この様子を図3に示す。目標距離は、srng(t)をCFAR等によりスレショルド検出して、距離抽出において時間軸を距離軸に変換すれば算出することができる。速度については、CW期間のデータにより算出した結果を出力する。 This is shown in FIG. The target distance can be calculated by detecting the threshold of srng (t) by CFAR or the like and converting the time axis to the distance axis in the distance extraction. As for the speed, the result calculated from the data of the CW period is output.

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、符号化またはランダム信号(ノイズ)による変調パルスとして、チップ長1の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスの信号を用いて、観測時間軸をCW期間とレンジング期間に分割し、CW期間においてMcw(Mcw≧1)チップをMcwall回繰り返す信号により変調したパルス列による送信信号を送信し、目標からの反射を受信した信号を用いて速度を算出し、レンジング期間において、Mrngチップにより変調した信号を送信し、目標からの反射を受信した信号と観測速度により補正した参照信号を用いて、レンジ圧縮して距離を出力する。すなわち、CW期間もレンジング期間も符号化を用い、速度を算出後、参照信号を速度で補正してレンジ圧縮するため、LPI性を確保しつつ、目標の速度及び距離を観測することができる。   As described above, the radar apparatus according to the present embodiment performs observation using a single pulse signal using coding of a chip length of 1 or modulation by a random signal as a modulation pulse by coding or random signal (noise). The time axis is divided into a CW period and a ranging period, a transmission signal is transmitted by a pulse train modulated by a signal that repeats Mcw (Mcw ≧ 1) chips Mcwall times in the CW period, and the speed is received using the signal that has received the reflection from the target In the ranging period, a signal modulated by the Mrng chip is transmitted, and the range is compressed using the signal that has received reflection from the target and the reference signal corrected by the observation speed, and the distance is output. That is, since encoding is used for both the CW period and the ranging period and the speed is calculated and the reference signal is corrected by the speed and the range is compressed, the target speed and distance can be observed while ensuring the LPI property.

(第2の実施形態)
図5乃至図7を参照して、第2の実施形態に係るレーダ装置を説明する。図5に全体の系統を示し、図6(a),(b)に送信信号の変調パルスと拡散符号の一例を示し、図7(a),(b),(c)にそれぞれ送信信号、受信信号、ドップラ抽出結果を示す。
第1の実施形態では、観測時間をCW期間とレンジング期間に分けて、CW期間で目標速度を算出し、レンジング期間において、目標速度により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して目標距離を出力する手法について、単パルスを用いる場合について説明した。この場合、レンジング期間も比較的繰り返し周期(PRF)の高い送信信号になるため、遠距離においても送信ブラインドによる目標非検知が発生する場合がある。この対策のため、本実施形態では、図5に示すように、変調部24a、制御部25aにおいて、単パルスと長パルスの混合パルスを用いる場合について述べる。
(Second Embodiment)
The radar apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 shows the entire system, FIGS. 6 (a) and 6 (b) show examples of modulation pulses and spreading codes of transmission signals, and FIGS. 7 (a), (b) and (c) show transmission signals, The received signal and Doppler extraction result are shown.
In the first embodiment, the observation time is divided into a CW period and a ranging period, a target speed is calculated in the CW period, and the target distance is output in the ranging period using a reference signal corrected by the target speed. The method of using a single pulse has been described. In this case, since the ranging period also becomes a transmission signal having a relatively high repetition period (PRF), target non-detection due to transmission blinds may occur even at a long distance. As a countermeasure, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a case where a mixed pulse of a single pulse and a long pulse is used in the modulation unit 24a and the control unit 25a will be described.

CW期間は、第1の実施形態と同様である。レンジング期間では、所定のパルス幅のパルスを複数送信する。この場合の分割したパルスのチップ長をMrngとすると、パルス列全体のMrngのM系列の信号を生成し、それをパルス長で分割して、順に変調する。このため、各パルスでは符号が異なることになる。   The CW period is the same as in the first embodiment. In the ranging period, a plurality of pulses having a predetermined pulse width are transmitted. If the chip length of the divided pulse in this case is Mrng, a Mrng M-sequence signal of the entire pulse train is generated, divided by the pulse length, and sequentially modulated. For this reason, each pulse has a different sign.

図7に示すように、CW期間の速度により補正した参照信号を用いて、パルス列全体に渡る相関処理を行う。この手法は、第1の実施形態の単パルス列を長パルス列に置き換えるのみであるので、第1の実施形態と同様の手法を適用できる。相関処理した結果は、図7(c)のようにCFARで検出した後、時間を距離に換算することで、目標距離を出力することができる。速度については、CW期間のデータにより算出した結果を出力する。特に、レンジング期間のPRI(パルス繰り返し周期)を長くすることにより、遠距離の送信ブラインドによる目標非検知を抑えることができる。   As shown in FIG. 7, the correlation process over the entire pulse train is performed using the reference signal corrected by the speed of the CW period. Since this method only replaces the single pulse train of the first embodiment with a long pulse train, the same method as that of the first embodiment can be applied. The correlation processing result is detected by CFAR as shown in FIG. 7C, and the target distance can be output by converting time into distance. As for the speed, the result calculated from the data of the CW period is output. In particular, by increasing the PRI (pulse repetition period) of the ranging period, it is possible to suppress target non-detection due to a long-distance transmission blind.

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、CW期間において、チップ長1の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用い、レンジング期間において、Mcw(Mcw≧2)の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをN(N≧1)パルス送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によるレンジ圧縮する。すなわち、CW期間において符号化した単パルスを用い、またレンジング期間は符号化したパルスを用いることにより、速度を算出後、参照信号を速度で補正してレンジ圧縮するため、LPI性を確保しつつ、速度及び距離を観測することができる。   As described above, the radar apparatus according to the present embodiment uses the single pulse using the coding of the chip length 1 or the modulation by the random signal in the CW period, and encodes Mcw (Mcw ≧ 2) in the ranging period. Alternatively, N (N ≧ 1) pulses are transmitted and received using a pulse modulated by a random signal, and range compression is performed using an encoded signal over the entire pulse train. That is, by using a single pulse encoded in the CW period and using a pulse encoded in the ranging period, the reference signal is corrected by the speed and the range is compressed after the speed is calculated. , Speed and distance can be observed.

(第3の実施形態)
図8乃至図10を参照して、第3の実施形態に係るレーダ装置を説明する。図8に全体の系統を示し、図9(a),(b)に送信信号の変調パルスと拡散符号の一例を示し、図10(a),(b),(c)にそれぞれ送信信号、受信信号、ドップラ抽出結果を示す。
第1の実施形態及び第2の実施形態では、観測時間をCW期間とレンジング期間に分けて、CW期間で目標速度を算出し、レンジング期間において、目標速度により補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して目標距離を出力する手法について述べた。その場合に、第1の実施形態は、単パルスの場合、第2の実施形態では、単パルスと長パルスの場合について述べた。ここで、単パルスによる繰り返しの場合は、パルス間で間隙があるため、Mcwチップ間の間隔が広くなり、それによるドップラ速度範囲は狭くなる。一方、レンジング期間では、パルス幅の合算値が十分長くない場合は、符号長が短くなり、レンジサイドローブを十分低下できない場合がある。この対策のため、本実施形態では、図8に示すように、変調部24b、制御部25bにおいて、CW期間もレンジング期間も長パルスを用いる。
(Third embodiment)
A radar apparatus according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 8 shows the entire system, FIGS. 9 (a) and 9 (b) show examples of transmission signal modulation pulses and spreading codes, and FIGS. 10 (a), (b) and (c) show transmission signals, The received signal and the Doppler extraction result are shown.
In the first and second embodiments, the observation time is divided into a CW period and a ranging period, a target speed is calculated in the CW period, and range compression is performed using a reference signal corrected by the target speed in the ranging period. Then, the method of outputting the target distance was described. In that case, the first embodiment has described the case of a single pulse, and the second embodiment has described the case of a single pulse and a long pulse. Here, in the case of repetition by a single pulse, since there is a gap between pulses, the interval between Mcw chips is widened, and the Doppler velocity range thereby narrows. On the other hand, in the ranging period, if the sum of the pulse widths is not sufficiently long, the code length may be shortened and the range side lobe may not be sufficiently reduced. As a countermeasure, in this embodiment, as shown in FIG. 8, the modulation unit 24b and the control unit 25b use long pulses for both the CW period and the ranging period.

すなわち、本実施形態では、CW期間も長パルスであり、ドップラを観測するために、長パルスをMcwall個に分割し、各々では共通のMcwチップの拡散符号により変調する。このMcwチップの信号を抽出する手法は、第1の実施形態のCW期間と同様である。すなわち、Mcwall個に分割した単位の参照信号を生成し、その参照信号を用いて、Mcwall個のピーク出力を得て、FFTにより目標速度を算出することができる。   That is, in this embodiment, the CW period is also a long pulse, and in order to observe Doppler, the long pulse is divided into Mcwall pieces, and each is modulated by a spreading code of a common Mcw chip. The method of extracting the Mcw chip signal is the same as in the CW period of the first embodiment. That is, it is possible to generate a reference signal in units divided into Mcwall, obtain Mcwall peak output using the reference signal, and calculate the target speed by FFT.

レンジング期間では、長い1パルスを送信する。パルスの変調は、パルス列全体にわたる符号長MrngのM系列の信号を生成して変調する。受信信号は、図10に示すように、CW期間の速度により補正した参照信号を用いて、レンジング期間において、パルス列全体に渡る相関処理を行い、目標信号を抽出し、距離を出力する。速度はCW期間で算出した結果を出力する。   In the ranging period, one long pulse is transmitted. In the pulse modulation, an M-sequence signal having a code length Mrng over the entire pulse train is generated and modulated. As shown in FIG. 10, the received signal performs correlation processing over the entire pulse train in the ranging period using the reference signal corrected by the speed of the CW period, extracts the target signal, and outputs the distance. The speed is output as a result calculated in the CW period.

本実施形態では、第2の実施形態に比べて、CW期間の相関出力結果の間隔がパルス間の間隙のない符号長Mcwになり、単パルスの繰り返しよりも狭くなるため、間隔の逆数で決まる観測速度範囲を広くすることができる。また、レンジング期間のパルスが長いため、高い相関出力が得られ、レンジサイドロ−ブも低下させやすい。一方、パルス送信期間に受信する場合があり、送信と受信の同時処理が必要になる。送信と受信が分離したマルチスタティックシステムの場合には、特に適用しやすい方式となる。   Compared with the second embodiment, in this embodiment, the interval of the correlation output result in the CW period is a code length Mcw without a gap between pulses, which is narrower than the repetition of a single pulse, and is determined by the reciprocal of the interval. The observation speed range can be widened. Further, since the pulses in the ranging period are long, a high correlation output can be obtained and the range side lobe can be easily lowered. On the other hand, reception may occur during the pulse transmission period, requiring simultaneous processing of transmission and reception. In the case of a multistatic system in which transmission and reception are separated, this method is particularly easy to apply.

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置は、CW期間において、チップ長Mcw(Mcw≧2)の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをMcwall(Mcwall≧2)回繰り返したMcw×Mcwallチップ長のパルスを送受信し、レンジング期間において、チップ長Mr(Mr≧2)のパルスを送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によりレンジ圧縮する。すなわち、CW期間もレンジング期間も符号長の長い符号化したパルスを用いることにより、速度を算出後、参照信号を速度で補正してレンジ圧縮するため、LPI性を確保しつつ、速度観測範囲を広め、レンジサイドローブの低い信号により、目標の速度及び距離を観測することができる。   As described above, the radar apparatus according to the present embodiment is configured to repeat Mcw (Mcwall ≧ 2) times of the pulse using the coding of the chip length Mcw (Mcw ≧ 2) or the modulation by the random signal in the CW period. A Mcwall chip length pulse is transmitted and received, and a pulse having a chip length Mr (Mr ≧ 2) is transmitted and received during the ranging period, and the range is compressed by an encoded signal over the entire pulse train. That is, by using encoded pulses with a long code length in both the CW period and the ranging period, the reference signal is corrected by the speed and the range is compressed after calculating the speed. The target speed and distance can be observed with a wide signal with a low range side lobe.

(第4の実施形態)
図11乃至図13を参照して、第4の実施形態に係るレーダ装置を説明する。図11に全体の系統を示し、図12に搭載用レーダの場合の座標系を示し、図13に速度フィルタでクラッタを抑圧する様子を示す。
(Fourth embodiment)
A radar apparatus according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 13. FIG. 11 shows the entire system, FIG. 12 shows a coordinate system in the case of an on-board radar, and FIG. 13 shows how clutter is suppressed by a speed filter.

上記実施形態において、CW期間で目標速度を算出する際に、クラッタが含まれる場合があり、CFAR処理による検出を行った場合に、正しい目標信号を抽出できない場合が生じる。本実施形態では、その対策について述べる。   In the above embodiment, when calculating the target speed in the CW period, clutter may be included, and when the detection by the CFAR process is performed, a correct target signal may not be extracted. In this embodiment, the countermeasure is described.

すなわち、本実施形態のレーダ装置では、図11に示すCW期間速度出力部31aにおいて、クラッタに対して所定の速度範囲のフィルタにより抑圧した後、目標の速度抽出を行う。所定の速度範囲としては、例えば搭載用レーダの場合は、自速度をVとすると、クラッタの速度範囲は次式で算出できるため、その範囲以外を選定すれば、クラッタを抑圧できる。ここで、図12に示す座標系をもとに、クラッタ速度を算出する。   That is, in the radar apparatus of this embodiment, the CW period speed output unit 31a shown in FIG. 11 performs target speed extraction after suppressing clutter by a filter in a predetermined speed range. As the predetermined speed range, for example, in the case of an on-board radar, if the own speed is V, the speed range of the clutter can be calculated by the following equation. Therefore, if a range other than that range is selected, the clutter can be suppressed. Here, the clutter speed is calculated based on the coordinate system shown in FIG.

まず、自機を原点として、角度θAZ、θEL方向のクラッタ反射点のべクトルは(X,Y,Z)座標で表現すると次式となる。

Figure 2018105769
First, the vector of the clutter reflection point in the directions of the angles θAZ and θEL with the own machine as the origin is expressed by the following equation: (X, Y, Z).
Figure 2018105769

次に、自機がY軸に沿ってフライトする場合のクラッタの速度ベクトルは次式となる。

Figure 2018105769
Next, the velocity vector of the clutter when the own aircraft flies along the Y axis is as follows.
Figure 2018105769

クラッタの自機に向かうラジアル速度ベクトルVcは、クラッタ座標の方向余弦とVfの内積となり次式となる。

Figure 2018105769
The radial velocity vector Vc toward the clutter's own machine is the inner product of the direction cosine of the clutter coordinate and Vf, and is given by the following equation.
Figure 2018105769

この速度Vcを中心に、図13に示すように、Vc±ΔVの範囲に対応するドップラ周波数について抑圧する。目標速度を算出した後は、第1乃至第3の実施形態と同様であるため割愛する。   Centering on this speed Vc, as shown in FIG. 13, the Doppler frequency corresponding to the range of Vc ± ΔV is suppressed. After calculating the target speed, it is omitted because it is the same as in the first to third embodiments.

以上のように本実施形態に係るレーダ装置では、CW期間で目標速度を算出する際に、自機速度からクラッタの速度範囲を算出し、その速度を抑圧するフィルタ出力により、目標速度を算出する。すなわち、自機速度によりクラッタ速度を推定し、速度フィルタを用いて抑圧することにより、目標信号の速度を算出し、参照信号を速度で補正してレンジ圧縮するため、LPI性を確保しつつ、速度及び距離を観測することができる。   As described above, in the radar apparatus according to the present embodiment, when calculating the target speed in the CW period, the speed range of the clutter is calculated from the own machine speed, and the target speed is calculated by the filter output that suppresses the speed. . That is, the clutter speed is estimated based on the own machine speed and is suppressed using a speed filter, thereby calculating the speed of the target signal and correcting the reference signal with the speed to compress the range. Speed and distance can be observed.

(第5の実施形態)
図14及び図19を参照して、第5の実施形態に係るレーダ装置を説明する。図14に送信系統の構成を示し、図15に受信系統の構成を示し、図16にMIMOの概念系統を示し、図17に座標系を示し、図18にサブアレイ間の送信位相を疑似ランダムとし、特定の方向に送信ビームを形成しない方式の概要を示し、図19に送信ビームを目標方向等の所定の方向にヌルを向ける方式の概要を示す。
(Fifth embodiment)
A radar apparatus according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 14 and 19. 14 shows the configuration of the transmission system, FIG. 15 shows the configuration of the reception system, FIG. 16 shows the conceptual system of MIMO, FIG. 17 shows the coordinate system, and FIG. 18 shows the transmission phase between the subarrays as pseudo-random. An outline of a system that does not form a transmission beam in a specific direction is shown, and FIG. 19 shows an outline of a system that directs a transmission beam to a predetermined direction such as a target direction.

図14に示す送信系統において、アンテナ1は、N系統の送信サブアレイ(アンテナ素子L系統)11〜1Nを備え、送受信器2は、送信モジュール2T1〜2TN、制御器25を備える。送信モジュール1T1(他の送信モジュールも同様)は、変調器241で送信パルスを変調し、周波数変換器2111でローカル信号発生器2121からのローカル信号でRF帯に周波数変換した後、電力分配器2131でL系統に電力分配し、各分配出力を送信移相器2141でビーム形成指示に合わせて移相し、送信増幅器2151で電力増幅して、アンテナ素子111から空間に送出する。制御器25は、送信運用指示に合わせて各系統の変調器241の変調制御、ローカル信号発生器2121のローカル信号発生制御、送信移相器2141の移相量の制御を行う。   In the transmission system shown in FIG. 14, the antenna 1 includes N transmission subarrays (antenna element L systems) 11 to 1N, and the transceiver 2 includes transmission modules 2T1 to 2TN and a controller 25. The transmission module 1T1 (same for other transmission modules) modulates the transmission pulse by the modulator 241, converts the frequency to the RF band by the local signal from the local signal generator 2121 by the frequency converter 2111, and then power divider 2131. Then, power is distributed to the L system, and each distribution output is phase-shifted by the transmission phase shifter 2141 in accordance with the beam forming instruction, power is amplified by the transmission amplifier 2151, and is transmitted from the antenna element 111 to the space. The controller 25 performs modulation control of the modulator 241 of each system, local signal generation control of the local signal generator 2121, and phase shift amount control of the transmission phase shifter 2141 according to the transmission operation instruction.

図15に示す受信系統において、M系統の受信サブアレイ(アンテナ素子L系統)11〜1Mで受信された信号はM系統の受信モジュール2R1〜2RMに入力される。受信モジュール2R1(他の受信モジュールも同様)は、L系統のアンテナ素子出力をそれぞれ受信増幅器2161で低雑音増幅し、受信移相器2171で受信ビーム形成に基づく移相量で移相し、電力合成器218で電力合成する。合成された受信信号をローカル信号発生器2121で発生されたローカル信号に基づいて周波数変換器221でベースバンドに変換し、AD変換器231でディジタル信号に変換して系統別の受信信号をデータ化し、データ保存部311に保存する。ここで、CW期間処理部312でCW期間におけるN系統の受信信号をビーム形成器313に送り、捜索ビームを形成し、CFAR処理部34で閾値を超える目標信号を取得する。この時点で、まず速度検出部351で目標の速度を算出し(1)、その算出速度に基づいて参照信号生成部331で生成される参照信号を調整してレンジ期間処理部321で圧縮処理するレンジ期間を調整し、ビーム形成器313で目標方向に受信ビームを形成し、CFAR処理部34で検出される目標についてレンジ抽出部352で距離を算出し(2)、速度抽出部351の算出速度と共に出力する。   In the reception system shown in FIG. 15, signals received by M reception subarrays (antenna element L systems) 11 to 1M are input to M reception modules 2R1 to 2RM. The reception module 2R1 (same for other reception modules) amplifies the L-system antenna element output by the reception amplifier 2161 with low noise, shifts the phase by the phase shift amount based on the reception beam formation by the reception phase shifter 2171, The combiner 218 performs power combining. The synthesized received signal is converted to baseband by the frequency converter 221 based on the local signal generated by the local signal generator 2121 and converted to a digital signal by the AD converter 231 to convert the received signal for each system into data. The data is stored in the data storage unit 311. Here, the CW period processing unit 312 sends N-system received signals in the CW period to the beam former 313 to form a search beam, and the CFAR processing unit 34 acquires a target signal exceeding the threshold. At this time, first, the target speed is calculated by the speed detection unit 351 (1), the reference signal generated by the reference signal generation unit 331 is adjusted based on the calculated speed, and the range period processing unit 321 performs compression processing. A range period is adjusted, a reception beam is formed in a target direction by the beam former 313, a distance is calculated by the range extraction unit 352 for the target detected by the CFAR processing unit 34 (2), and a speed calculated by the speed extraction unit 351 is calculated. And output.

すなわち、第1乃至第4の実施形態は、CW期間で目標速度を抽出した後、目標速度により補正した参照信号によりレンジング期間で相関処理し、測距する手法である。この手法をMIMO(非特許文献6参照)に適用すれば、更にLPI性を高めることができる。   In other words, the first to fourth embodiments are methods in which the target speed is extracted in the CW period, and then correlation processing is performed in the ranging period using the reference signal corrected by the target speed, thereby performing distance measurement. If this method is applied to MIMO (see Non-Patent Document 6), the LPI property can be further improved.

本実施形態では、図16より、MIMOは、送信Nchを各々アイソレーションのある送信変調により送信し、受信はMchで受信し、ch毎にMchに分岐して、各々送信変調信号で復調して、N×Mchのディジタル信号を得て、アレイ合成してビーム形成する手法である。送受信信号のDBF(Digital Beam Forming)であるため、送信サブアレイパターンと受信サブアレイパターンの範囲内では、任意の送受信ビームを形成することができる。   In this embodiment, from FIG. 16, MIMO transmits transmission Nch by transmission modulation with isolation, reception is received by Mch, branches to Mch for each ch, and is demodulated by transmission modulation signals. , N × Mch digital signals are obtained and array-synthesized to form a beam. Since the transmission / reception signal is DBF (Digital Beam Forming), an arbitrary transmission / reception beam can be formed within the range of the transmission subarray pattern and the reception subarray pattern.

MIMOを実現するには、送信ch間のアイソレーションが必要である。このため、送信Mch毎に、異なる符合またはランダム信号を用いる。CW期間及びレンジング期間については、第1乃至第4の実施形態と同様である。   In order to realize MIMO, isolation between transmission channels is necessary. For this reason, a different code or random signal is used for each transmission Mch. The CW period and the ranging period are the same as those in the first to fourth embodiments.

具体的には、図15に示すように、受信サブアレイ11〜1M毎に、受信ディジタル信号をデータ保存(311)し、1回目の処理(1)では、CW期間処理(312)のデータを用いてビーム形成(313)、CFAR処理(34)、速度抽出(351)、参照信号生成(331)により速度を用いて参照信号を生成する。2回目の処理(2)では、データ保存したデータより、レンジ期間処理(321)のデータを抽出し、レンジ相関処理し、ビーム形成(313)でビーム合成した後、CFAR(34)で目標検出し、レンジ抽出(352)で距離を抽出し出力する。   Specifically, as shown in FIG. 15, the reception digital signal is stored (311) for each of the reception subarrays 11 to 1M, and the data of the CW period process (312) is used in the first process (1). The reference signal is generated using the speed by beam forming (313), CFAR processing (34), speed extraction (351), and reference signal generation (331). In the second process (2), the data of the range period process (321) is extracted from the stored data, the range correlation process is performed, the beam is synthesized by the beam forming (313), and the target is detected by the CFAR (34). Then, the distance is extracted and output by range extraction (352).

MIMOによるビーム形成手法について具体化するために、図17の座標系を参照して、以下に定式化する。まず、送信及び受信については、一般的にアナログ合成後のサブアレイとすると、送信信号と受信信号は次式となる。

Figure 2018105769
In order to embody the beam forming technique by MIMO, the following formula is formulated with reference to the coordinate system of FIG. First, regarding transmission and reception, if a sub-array after analog synthesis is generally used, a transmission signal and a reception signal are expressed by the following equations.
Figure 2018105769

Figure 2018105769
Figure 2018105769

これより、各要素は次式となる。

Figure 2018105769
From this, each element becomes the following equation.
Figure 2018105769

次に、各送受信サブアレイ信号を行列の要素で表現すると、次式となる。

Figure 2018105769
Next, when each transmission / reception subarray signal is expressed by a matrix element, the following equation is obtained.
Figure 2018105769

送受信ビーム出力は、(22)式の要素にサイドローブ低減用のウェイトと、サイドローブ低減用のウェイトを乗算後加算となり、次式となる。

Figure 2018105769
The transmission / reception beam output is obtained by multiplying the element of equation (22) by the weight for reducing the side lobe and the weight for reducing the side lobe, and adding the result as follows.
Figure 2018105769

以上が、MIMOによる一般的なビーム形成手法である。MIMOの特長は、(23)式に示すように複素ウェイトWnmを用いて送受信サブアレイのディジタル制御ができるため、送信サブアレイ間の位相は既知であれば任意に設定できることである。サブアレイ内では、所定の観測範囲を覆うために、所定の方向に向ける送信位相を送信移相器2141で設定するが、送信サブアレイ間の位相は自由に設定できる。本実施形態では、この特性を利用して、LPI(Low Probability of Intercept)性を高める手法について述べる。   The above is a general beam forming method by MIMO. The feature of MIMO is that the transmission / reception subarrays can be digitally controlled using the complex weight Wnm as shown in the equation (23), so that the phase between the transmission subarrays can be set arbitrarily if known. In the subarray, in order to cover a predetermined observation range, the transmission phase directed in a predetermined direction is set by the transmission phase shifter 2141, but the phase between the transmission subarrays can be freely set. In the present embodiment, a technique for improving LPI (Low Probability of Intercept) using this characteristic will be described.

まず、図18に示すように、サブアレイ間の送信位相を疑似ランダムとし、特定の方向に送信ビームを形成しない方式について述べる。送信位相をΦとすると、受信系においてMIMOビームを形成する際の(23)式の複素ウェイトWnmcalは次式とすればよい。

Figure 2018105769
First, as shown in FIG. 18, a method in which the transmission phase between subarrays is pseudo-random and a transmission beam is not formed in a specific direction will be described. If the transmission phase is Φ, the complex weight Wnmcal of the equation (23) when forming the MIMO beam in the reception system may be expressed by the following equation.
Figure 2018105769

送信位相を疑似ランダムとすることで、全方位に対して指向性を持たないため、目標に検知されにくい。したがって、例えば、RCS(レーダ反射断面積)の小さい目標に対して、相手に検知されにくい状態で長時間送受信することで、積分効果により高いSN(信号対雑音電力)で目標を検知しやすくできることになる。   By making the transmission phase pseudo-random, it does not have directivity in all directions, and is difficult to be detected by the target. Therefore, for example, a target having a small RCS (radar reflection cross-sectional area) can be easily detected with a high SN (signal to noise power) due to the integration effect by transmitting and receiving for a long time in a state where it is difficult for the other party to detect. become.

LPI性を高める別の手法として、図19に示すように、送信ビームを目標方向等の所定の方向にヌルを向ける方式がある。所定の方向としては、目標に対してレーダ送信をしていることを検知できないようにする場合には、目標方向とすればよい。送信位相を制御する手法として、移相器のみの場合を考えると、例えば、次式の位相を設定すればよい(非特許文献7参照)。

Figure 2018105769
As another method for improving the LPI property, as shown in FIG. 19, there is a method in which a transmission beam is directed toward a predetermined direction such as a target direction. The predetermined direction may be the target direction when the radar transmission to the target cannot be detected. As a method for controlling the transmission phase, considering only the phase shifter, for example, the phase of the following equation may be set (see Non-Patent Document 7).
Figure 2018105769

設定した送信位相は、ビーム形成器13内の(23)式のWnmcal用いて、受信処理時に送信側の位相として補正する。

Figure 2018105769
The set transmission phase is corrected as a phase on the transmission side at the time of reception processing using Wnmcal of the equation (23) in the beam former 13.
Figure 2018105769

以上により、第1乃至第4の実施形態を用いたMIMOビーム形成により、送信ビームによるLPI性をさらに高めることができる。   As described above, the LPI property by the transmission beam can be further enhanced by the MIMO beam forming using the first to fourth embodiments.

以上のように第5の実施形態に係るレーダ装置は、符号化またはランダム信号による変調を用いたレーダにおいて、Nt(Nt≧2)通りの符号化列またはランダム信号列を用いて、Nt素子(サブアレイ)から送信し、Nr(Nr≧1)通りの素子(サブアレイ)受信して、Nt×Nr素子(サブアレイ)の送受信信号を算出して処理する。すなわち、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)による送受信DBFを用いて、送信位相をランダム化するか、観測方向にヌルを向けることで、さらにLPI性を高めることができる。   As described above, the radar apparatus according to the fifth embodiment uses Nt (Nt ≧ 2) encoded sequences or random signal sequences in a radar using encoding or modulation by random signals, and uses Nt elements ( Nr (Nr ≧ 1) elements (subarrays) are received and Nt × Nr elements (subarrays) transmission / reception signals are calculated and processed. That is, the LPI property can be further improved by randomizing the transmission phase or directing null in the observation direction using a transmission / reception DBF by MIMO (Multiple-Input Multiple-Output).

なお、本発明は上記実施形態を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わせにより、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、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the components without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.

1…アンテナ、2…送受信器、3…信号処理器、21…送受信部、22…周波数変換部、23…AD変換部、24,24a,24b…変調部、25,25b…制御部、31,31a…CW期間速度出力部、32…レンジ圧縮処理部、33…参照信号生成部、34…CFAR処理部、35…距離抽出部、11〜1N…N系統の送信サブアレイ、2T1〜2TN…送信モジュール、2R1〜2RN…受信モジュール、241…変調器、2111…周波数変換器、2121…ローカル信号発生器、2131…電力分配器、2141…送信移相器、2151…送信増幅器、2161…受信増幅器、2171…受信移相器、218…電力合成器、2121…ローカル信号発生器、221…周波数変換器、231…AD変換器、311…データ保存部、312…CW期間処理部、313…ビーム形成器、352…レンジ抽出部、351…速度抽出部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Antenna, 2 ... Transmitter / receiver, 3 ... Signal processor, 21 ... Transmitter / receiver, 22 ... Frequency converter, 23 ... AD converter, 24, 24a, 24b ... Modulator, 25, 25b ... Controller, 31, 31a ... CW period speed output unit, 32 ... range compression processing unit, 33 ... reference signal generation unit, 34 ... CFAR processing unit, 35 ... distance extraction unit, 11-1N ... N transmission subarrays, 2T1-2TN ... transmission module 2R1-2RN: reception module, 241 ... modulator, 2111 ... frequency converter, 2121 ... local signal generator, 2131 ... power divider, 2141 ... transmission phase shifter, 2151 ... transmission amplifier, 2161 ... reception amplifier, 2171 ... reception phase shifter, 218 ... power combiner, 2121 ... local signal generator, 221 ... frequency converter, 231 ... AD converter, 311 ... data storage unit, 3 2 ... CW period processing unit, 313 ... beamformer, 352 ... range extraction unit, 351 ... speed extractor.

Claims (7)

符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を用いるレーダ装置であって、
観測時間軸をCW(Continuous Wave)期間とレンジング期間に分割し、前記CW期間においてMcw(Mcw≧1)チップをMcwall(Mcwall≧2)回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、前記レンジング期間において、Mrng(Mrng≧2)チップにより変調したパルス列の信号を送信し、前記CW期間及びレンジング期間それぞれで前記目標から反射されるパルス列の信号を受信する送受信手段と、
前記CW期間の受信信号を用いて前記目標の速度を算出し、算出された目標の速度により参照信号を補正し、前記レンジング期間の受信信号を前記補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して前記目標の距離を算出する信号処理手段と
を具備するレーダ装置。
A radar apparatus using a pulse train modulated by an encoded or random signal,
The observation time axis is divided into a CW (Continuous Wave) period and a ranging period, and a pulse train signal modulated by a signal that repeats Mcw (Mcw ≧ 1) chips Mcwall (Mcwall ≧ 2) times in the CW period is transmitted. Transmitting and receiving means for transmitting a pulse train signal modulated by a Mrng (Mrng ≧ 2) chip in a period and receiving a pulse train signal reflected from the target in each of the CW period and the ranging period;
The target speed is calculated using the received signal of the CW period, the reference signal is corrected based on the calculated target speed, the range of the received signal of the ranging period is compressed using the corrected reference signal, and the reference signal is corrected. A radar apparatus comprising: signal processing means for calculating a target distance.
前記送受信手段は、前記CW期間及び前記レンジング期間の送信パルス列に対して、チップ長1の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスの信号を用いる請求項1記載のレーダ装置。   2. The radar apparatus according to claim 1, wherein the transmission / reception unit uses a single-pulse signal that uses encoding of a chip length of 1 or modulation by a random signal for the transmission pulse train in the CW period and the ranging period. 前記信号処理手段は、前記CW期間において、チップ長1の符号化またはランダム信号による変調を用いた単パルスを用い、前記レンジング期間において、チップ長Mcw(Mcw≧2)の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをN(N≧1)パルス送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によるレンジ圧縮する請求項1記載のレーダ装置。   In the CW period, the signal processing unit uses a single pulse using coding of a chip length of 1 or modulation by a random signal, and coding of a chip length Mcw (Mcw ≧ 2) or a random signal in the ranging period. The radar apparatus according to claim 1, wherein N (N ≧ 1) pulses are transmitted and received using modulation, and range compression is performed by an encoded signal over the entire pulse train. 前記信号処理手段は、前記CW期間において、チップ長Mcw(Mcw≧2)の符号化またはランダム信号による変調を用いたパルスをMcwall(Mcwall≧2)回繰り返したMcw×Mcwallチップ長のパルス列を送受信し、前記レンジング期間において、チップ長Mrng(Mrng≧2)のパルス列を送受信し、パルス列全体に渡る符号化信号によりレンジ圧縮する請求項1記載のレーダ装置。   The signal processing means transmits and receives a pulse train of Mcw × Mcwall chip length in which a pulse using coding of a chip length Mcw (Mcw ≧ 2) or modulation using a random signal is repeated Mcwall (Mcwall ≧ 2) times during the CW period. The radar apparatus according to claim 1, wherein during the ranging period, a pulse train having a chip length Mrng (Mrng ≧ 2) is transmitted and received, and range compression is performed using an encoded signal over the entire pulse train. 前記信号処理手段は、前記CW期間で目標速度を算出する際に、被搭載機の速度からクラッタの速度範囲を算出し、その速度を抑圧するフィルタ出力により目標速度を算出する請求項1記載のレーダ装置。   2. The signal processing unit according to claim 1, wherein, when calculating the target speed in the CW period, the speed range of the clutter is calculated from the speed of the mounted machine, and the target speed is calculated by a filter output that suppresses the speed. Radar device. 前記符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を用いるレーダ装置に用いられ、Nt(Nt≧2)通りのパルス列を用いてNt素子のサブアレイから送信し、Nr(Nr≧1)通りの素子のサブアレイで信号を受信して、Nt×Nr素子によるサブアレイの送受信信号を算出し、所定のアンテナビームを形成して処理する請求項1乃至5いずれか記載のレーダ装置。   It is used in a radar apparatus using a pulse train modulated by the encoding or random signal, and transmitted from a sub-array of Nt elements using Nt (Nt ≧ 2) pulse trains, and in a sub-array of Nr (Nr ≧ 1) elements. The radar apparatus according to claim 1, wherein the radar apparatus receives a signal, calculates a transmission / reception signal of a sub-array using Nt × Nr elements, and forms and processes a predetermined antenna beam. 符号化またはランダム信号によって変調したパルス列を用いるレーダ装置に用いられ、
観測時間軸をCW(Continuous Wave)期間とレンジング期間に分割し、前記CW期間においてMcw(Mcw≧1)チップをMcwall(Mcwall≧2)回繰り返す信号により変調したパルス列の信号を送信し、前記レンジング期間において、Mrng(Mrng≧2)チップにより変調したパルス列の信号を送信し、前記CW期間及びレンジング期間それぞれで前記目標から反射されるパルス列の信号を受信し、
前記CW期間の受信信号を用いて前記目標の速度を算出し、算出された目標の速度により参照信号を補正し、前記レンジング期間の受信信号を前記補正した参照信号を用いてレンジ圧縮して前記目標の距離を算出するレーダ装置のレーダ信号処理方法。
Used in radar devices that use pulse trains that are encoded or modulated by random signals,
The observation time axis is divided into a CW (Continuous Wave) period and a ranging period, and a pulse train signal modulated by a signal that repeats Mcw (Mcw ≧ 1) chips Mcwall (Mcwall ≧ 2) times in the CW period is transmitted. In a period, a pulse train signal modulated by a Mrng (Mrng ≧ 2) chip is transmitted, and a pulse train signal reflected from the target in each of the CW period and the ranging period is received,
The target speed is calculated using the received signal of the CW period, the reference signal is corrected based on the calculated target speed, the range of the received signal of the ranging period is compressed using the corrected reference signal, and the reference signal is corrected. A radar signal processing method of a radar apparatus for calculating a target distance.
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