JP2024009334A - radar system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、物標(ターゲット)までの距離及び方位を測定するレーダーシステムに関するものである。 The present invention relates to a radar system that measures the distance and direction to a target.
アンテナアレイを用いて物標までの距離及び方位を測定するレーダーシステムが多数提案されている。これらのレーダーシステムにおいては、物標からの到来波が所望信号となるが、種々の要因により妨害波が重畳され、偽像が検出される要因となる。アンテナアレイを用いたレーダーシステムでは、移相器を用いて個々の要素アンテナの出力波形の位相を希望する受信ビーム方位にそろえることで、当該方位へのアンテナアレイの合成出力(応答特性)を最大化する手法が採用される(いわゆるビームフォーミング法)。 Many radar systems have been proposed that use antenna arrays to measure the distance and direction to a target. In these radar systems, the arriving wave from the target becomes the desired signal, but interference waves are superimposed on it due to various factors, causing false images to be detected. In a radar system using an antenna array, by using a phase shifter to align the phase of the output waveform of each element antenna to the desired receiving beam direction, the combined output (response characteristics) of the antenna array to the desired direction can be maximized. (so-called beamforming method).
アンテナアレイの合成出力Eは、数学的には、移相シフト量を与える重み係数w(複素数)を各要素アンテナの出力波形関数に乗じて加算することにより得られ、上記重み係数wを方位θの関数w(θ)として与えることで、アンテナアレイの合成出力Eもまたθの関数E(θ)として表すことができる。合成出力E(θ)は複素関数となるが、その絶対||E(θ)||を種々の角度値θについてマッピングしたものはアンテナアレイの指向性パターンと称され、その最大値周辺をメインローブ(メインビーム)と呼ぶ。他方、重み係数wはメインローブ以外の他の角度位置での応答特性が可及的に小さくなるように、理想的にはゼロに近づくように選定するのがよいとされるが、数学的な原理上、上記他の角度位置にも応答特性の極大値が発生する。これをサイドローブと呼ぶ。 Mathematically, the composite output E of the antenna array is obtained by multiplying the output waveform function of each element antenna by a weighting coefficient w (complex number) that gives the amount of phase shift, and adding the resultant weight coefficient w to the azimuth θ. By giving it as a function w(θ) of θ, the composite output E of the antenna array can also be expressed as a function E(θ) of θ. The composite output E(θ) is a complex function, and the mapping of the absolute ||E(θ)|| for various angle values θ is called the directivity pattern of the antenna array, and the area around its maximum value is the main It is called the lobe (main beam). On the other hand, it is said that the weighting coefficient w should ideally be selected to be close to zero so that the response characteristics at angular positions other than the main lobe are as small as possible, but In principle, maximum values of the response characteristics also occur at the other angular positions. This is called a side lobe.
該サイドローブの方向から妨害波が到来しているとレーダー偽像を生ずるので、このサイドローブを抑制するためのサイドローブキャンセラが種々提案されている。サイドローブキャンセラでは、妨害波の到来方向に対するアンテナ利得が小さくなるように、上記アンテナアレイの合成出力を与える関数Eの重み係数を演算により決定する。この重み係数wを決定する方法としては、受信信号のサンプル毎に重み係数wの値を逐次更新していくことにより最適値に収束させる方法が多く採用されている(例えば特許文献1、非特許文献1)。 If interference waves arrive from the direction of the sidelobes, radar artifacts are produced, so various sidelobe cancellers have been proposed for suppressing these sidelobes. In the sidelobe canceller, the weighting coefficient of the function E that provides the combined output of the antenna array is determined by calculation so that the antenna gain with respect to the arrival direction of the interfering wave is small. As a method of determining this weighting coefficient w, a method is often adopted in which the value of the weighting coefficient w is successively updated for each sample of the received signal so that it converges to an optimal value (for example, Patent Document 1, Reference 1).
しかしながら、上記の従来のサイドローブキャンセラには、次のような問題がある。
(1)アレイアンテナの出力値を最適値に収束させるための、重み係数wの繰返し演算処理負荷が大きくなり、処理時間も長くなる。
(2)サイドローブレベルを大きく低減させようとすると、メインローブレベルもこれに引っ張られる形で下がり、感度低下を招きやすくなる惧れがある。
(3)妨害波以外の要因により発生する偽像を取り除くことが困難である。
However, the conventional sidelobe canceller described above has the following problems.
(1) In order to converge the output value of the array antenna to the optimum value, the processing load for repeatedly calculating the weighting coefficient w increases, and the processing time also increases.
(2) If an attempt is made to significantly reduce the sidelobe level, the mainlobe level will also be pulled down by this, which may easily lead to a decrease in sensitivity.
(3) It is difficult to remove false images caused by factors other than interference waves.
本発明の課題は、演算処理負荷が小さくて済み、かつ、妨害波以外の要因により発生する偽像も効果的に抑制可能なレーダーシステムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a radar system that requires a small calculation processing load and that can effectively suppress false images caused by factors other than interference waves.
上記の課題を解決するために、本発明のレーダーシステムは、物標を探索するための探索用電波を送信波として送信する送信部と、複数の要素アンテナからなる受信アンテナアレイを有し、探索用電波の反射波を、受信アンテナアレイを介して受信波として受信する受信部と、受信アンテナアレイの受信ビーム方位を予め定められた方位角度範囲にて順次変更しつつ制御することにより受信波のビーム走査を行なう走査部と、送信部による送信波形信号と、ビーム走査により得られる種々の受信ビーム方位の受信波形信号とに基づき、受信ビーム方位における距離と受信強度との関係を示す距離スペクトルを方位別に生成する距離スペクトル生成部と、方位別に生成された複数の距離スペクトルから、同一距離の受信波強度点をそれぞれ抽出することにより、受信ビーム方位と受信強度との関係を示す方位スペクトルを距離別に生成する方位スペクトル生成部と、距離別に生成された方位スペクトルのそれぞれにおいて強度ピークを抽出するピーク抽出部と、個々の方位スペクトル毎に抽出される強度ピークの組に対し、強度値が予め定められた閾値を超えていることを必要条件として含む選別条件を設定するとともに、当該強度ピークの組において選別条件を充足する強度ピークを物標特定用のメインピークとして選別する処理を行なうピーク選別処理部と、選別されたメインピークが示す距離及び方位の情報を物標検出情報として出力する物標検出出力部と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the radar system of the present invention includes a transmitter that transmits a search radio wave as a transmission wave for searching for a target object, and a receiving antenna array consisting of a plurality of element antennas. The receiving section receives the reflected waves of the radio waves as received waves via the receiving antenna array, and the receiving beam direction of the receiving antenna array is sequentially changed and controlled within a predetermined azimuth angle range. Based on the scanning section that performs beam scanning, the transmitted waveform signal from the transmitting section, and the received waveform signals of various receiving beam directions obtained by beam scanning, a distance spectrum indicating the relationship between distance and reception intensity in the receiving beam direction is calculated. By extracting received wave intensity points at the same distance from a distance spectrum generator that generates each direction and a plurality of distance spectra generated for each direction, the direction spectrum that shows the relationship between the received beam direction and the received intensity is calculated based on the distance spectrum. Intensity values are predetermined for the azimuth spectrum generation section that generates separately, the peak extraction section that extracts intensity peaks in each of the azimuth spectra generated for each distance, and the set of intensity peaks extracted for each azimuth spectrum. A peak selection process that sets a selection condition that includes as a necessary condition that the intensity exceeds a specified threshold value, and selects an intensity peak that satisfies the selection condition in the set of intensity peaks as a main peak for target identification. The present invention is characterized by comprising a target detection output unit that outputs distance and azimuth information indicated by the selected main peaks as target detection information.
上記本発明の構成においては、距離別の方位スペクトル上で複数の強度ピークが生ずる場合に、それら強度ピークの組に対して強度値が閾値を超えているかどうかを必要条件とする選別を行ない、選別条件を充足するメインピークが示す距離及び方位の情報を物標検出情報として出力する。これにより、重み演算によりサイドローブを十分軽減させたい場合に従来必要だった負荷の大きい演算処理を、単純な強度ピークの選別処理に置き換えることができ、演算処理負荷の小さいレーダーシステムを実現できる。また、妨害波以外の要因により発生する偽像に由来した強度ピークも、選別処理により効果的に抑制することができる。 In the configuration of the present invention, when a plurality of intensity peaks occur on the azimuth spectrum for each distance, the set of intensity peaks is selected based on whether or not the intensity value exceeds a threshold, Information on the distance and direction indicated by the main peak that satisfies the selection conditions is output as target object detection information. As a result, when it is desired to sufficiently reduce sidelobes through weight calculation, the heavy calculation processing that is conventionally required can be replaced with simple intensity peak selection processing, making it possible to realize a radar system with a small calculation processing load. In addition, intensity peaks originating from false images caused by factors other than interference waves can also be effectively suppressed by the screening process.
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態であるレーダーシステム1の電気的構成を示すブロック図である。レーダーシステム1は、周波数変調連続波(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave)レーダーの原理に基づいて物標までの距離及び方位を測定する装置として構成され、信号処理部2と、これに接続される電波送受信のフロントエンド部3とを有する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the electrical configuration of a radar system 1 that is an embodiment of the present invention. The radar system 1 is configured as a device that measures the distance and direction to a target based on the principle of Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar. It has a front end section 3 for transmission and reception.
フロントエンド部3は、マスターIC50Mと、該マスターIC50Mに対し配線部SCLを介してカスケード接続されるスレーブIC50Sとを備える。これらマスターIC50MとスレーブIC50Sは、本実施形態ではいずれも同種のレーダーフロントエンドICとして構成され、所定の切り替え端子(図示せず)への設定入力切替えにより、マスターICとしての機能とスレーブICとしての機能を適宜選択できるようになっている。このようなレーダーフロントエンドICの市販品としては、AWR1243P(米国テキサス・インスツルメント社製)を例示することができる。 The front end section 3 includes a master IC 50M and a slave IC 50S connected in cascade to the master IC 50M via a wiring section SCL. In this embodiment, these master IC 50M and slave IC 50S are both configured as radar front-end ICs of the same type, and can function as a master IC and as a slave IC by switching setting inputs to predetermined switching terminals (not shown). Functions can be selected as appropriate. An example of a commercially available radar front-end IC is AWR1243P (manufactured by Texas Instruments, USA).
マスターIC50Mには送信部をなす発振回路54、送信アンプ41及び送信アンテナ51が組み込まれる(スレーブIC50S内にも組み込まれているが、使用されない)。発振回路54は制御回路56から入力される周波数指示値に基づき周波数が連続変調された送信波形信号を生成する。該送信波形信号は、送信アンプ41で増幅された後、送信アンテナ51より送信波(物標探索用電波)として出力される。図2に示すように、送信アンテナ51は複数の要素アンテナ51(A)~51(C)からなる送信アンテナアレイとして構成される。発振回路54からの送信波形信号は、要素アンテナ51(A)~51(C)毎に移相器42により移相調整され、所望の方位(θ)への指向性送信ビームとして互いに重畳して送出される。移相器42はIC内の制御回路56からの移相制御信号を受けることにより、該制御回路56とともに、指向性送信ビームを所定の方位各角度範囲内にて走査する役割を果たす。 The master IC 50M includes an oscillation circuit 54, a transmission amplifier 41, and a transmission antenna 51 that serve as a transmitter (they are also incorporated in the slave IC 50S, but are not used). The oscillation circuit 54 generates a transmission waveform signal whose frequency is continuously modulated based on the frequency instruction value input from the control circuit 56. The transmission waveform signal is amplified by the transmission amplifier 41 and then outputted from the transmission antenna 51 as a transmission wave (target search radio wave). As shown in FIG. 2, the transmitting antenna 51 is configured as a transmitting antenna array consisting of a plurality of element antennas 51(A) to 51(C). The transmission waveform signals from the oscillation circuit 54 are phase-shifted by the phase shifter 42 for each element antenna 51 (A) to 51 (C), and are superimposed on each other as a directional transmission beam in a desired direction (θ). Sent out. By receiving a phase shift control signal from a control circuit 56 in the IC, the phase shifter 42, together with the control circuit 56, plays the role of scanning the directional transmission beam within each angle range in a predetermined direction.
一方、マスターIC50M及びスレーブIC50Sには、受信アンテナアレイを構成する複数の要素アンテナ(受信アンテナ)52が分散して組み込まれ、要素アンテナ52による受信波の波形信号を増幅するローノイズアンプ43が受信部として設けられている。ローノイズアンプ43からの波形信号出力は、配線部SCLを介してマスターIC50Mから分配される送信波の波形信号と混合部53にて混合される。そして、混合部53が出力するビート波形信号はA/D変換部55にてデジタル変換されることによりビート波形データX1(t)~Xn(t)とされ、波形出力ポートWO1~WOnからシリアル出力される。A/D変換部55は、クロック回路59から制御回路56を経て入力されるクロック信号により、波形フレーム取込み開始タイミング及び個々の波形ビットの出力タイミングが制御される。 On the other hand, a plurality of element antennas (receiving antennas) 52 constituting a reception antenna array are installed in a distributed manner in the master IC 50M and slave IC 50S, and a low-noise amplifier 43 that amplifies the waveform signal of the wave received by the element antennas 52 is installed in the reception section. It is established as. The waveform signal output from the low noise amplifier 43 is mixed in the mixer 53 with the waveform signal of the transmission wave distributed from the master IC 50M via the wiring section SCL. The beat waveform signal outputted by the mixing unit 53 is digitally converted by the A/D converter 55 to become beat waveform data X1(t) to Xn(t), which are serially output from the waveform output ports WO1 to WOn. be done. In the A/D converter 55, the waveform frame capture start timing and the output timing of each waveform bit are controlled by a clock signal inputted from the clock circuit 59 via the control circuit 56.
送信波については、周波数偏移幅(占有周波数帯域)Δfと周期Tが一定に定められた線形変調パターンに従うものを使用する。送信波の周波数は、送信波が出てから反射波が返ってくるまでの期間において物標までの距離に応じて変化する。その結果、ある時刻に送信された送信波が反射波となって返ってきたとき、その受信波と受信時点での送信波とを混合すれば、両者の差分周波数に相当する定在波がうなり(ビート)となって発生する。具体的には、物標までの距離をd、ビート信号の周波数(=送信周波数f1と受信周波数f2の差分周波数)をδf、光速をcとすれば、
δf=2・d・Δf/(c・T)
となる。c、T及びΔfが一定であるから、定在波ビート信号の周波数δfは距離dに単純に比例することがわかる。したがって、δfの測定から物標までの距離dを直接的に求めることができる。図4に示すのはのこぎり波状の線形変調パターンの例を示し、周期Tごとの周波数変化率は常時一定である。送信波の基本周波数は75GHz以上80GHz以下の範囲で適宜設定され、送信波の周波数偏移幅Δfは300MHz以上1.5GHz以下(望ましくは、300MHz以上1GHz以下)、周期Tは0.5msec以上10msec以下(望ましくは1msec以上5msec以下)の範囲で適宜設定される。
As for the transmission wave, one that follows a linear modulation pattern in which the frequency shift width (occupied frequency band) Δf and period T are fixed is used. The frequency of the transmitted wave changes depending on the distance to the target during the period from when the transmitted wave is issued until the reflected wave returns. As a result, when a transmitted wave sent at a certain time returns as a reflected wave, if the received wave and the transmitted wave at the time of reception are mixed, the standing wave corresponding to the difference frequency between the two becomes a beat. (beat) occurs. Specifically, if the distance to the target is d, the frequency of the beat signal (=the difference frequency between the transmission frequency f1 and the reception frequency f2) is δf, and the speed of light is c,
δf=2・d・Δf/(c・T)
becomes. Since c, T, and Δf are constant, it can be seen that the frequency δf of the standing wave beat signal is simply proportional to the distance d. Therefore, the distance d to the target can be directly determined from the measurement of δf. FIG. 4 shows an example of a sawtooth linear modulation pattern, in which the frequency change rate for each cycle T is always constant. The fundamental frequency of the transmitted wave is appropriately set in the range of 75 GHz or more and 80 GHz or less, the frequency deviation width Δf of the transmitted wave is 300 MHz or more and 1.5 GHz or less (preferably 300 MHz or more and 1 GHz or less), and the period T is 0.5 msec or more and 10 msec. It is appropriately set within the range of the following (preferably 1 msec or more and 5 msec or less).
なお、受信側の要素アンテナ52、ローノイズアンプ43、混合器53及びA/D変換部55は、図1では個々のマスターIC50M及びスレーブIC50Sごとに1組のみ描いているが、実際は各IC50M,50Sに、これらの組が複数設けられている(例えば、AWR1243Pでは4組)。 Although only one set of the element antenna 52, low noise amplifier 43, mixer 53, and A/D converter 55 on the receiving side is depicted for each master IC 50M and slave IC 50S in FIG. 1, in reality, each IC 50M, 50S A plurality of these sets are provided (for example, 4 sets in AWR1243P).
マスターIC50Mと各スレーブIC50Sとは、各ICに設けられた同期出力ポートSYNOと同期入力ポートSYNIとをつなぐ配線部SCLによりカスケード接続されている。配線部SCLはIC内部配線とともに、波形分配ラインWVLと制御信号ラインSCLとを形成する。マスターIC50Mの発振回路54からの送信波形信号は、該スレーブIC50S内の各混合器53に対し、波形分配ラインWVLによりバッファアンプ57を介して入力される。 The master IC 50M and each slave IC 50S are cascade-connected by a wiring section SCL connecting a synchronous output port SYNO and a synchronous input port SYNI provided in each IC. The wiring section SCL forms a waveform distribution line WVL and a control signal line SCL together with the IC internal wiring. The transmission waveform signal from the oscillation circuit 54 of the master IC 50M is input to each mixer 53 in the slave IC 50S via the buffer amplifier 57 via the waveform distribution line WVL.
一方、各スレーブIC50Sの制御回路56は、信号ラインSCLを介してマスターIC50Mからの同期信号を受信し、その同期信号に基づいてクロック回路59から入力されるクロック信号を,タイミング補正しつつA/D変換部55に入力する。これにより、各スレーブIC50S(及びマスターIC50M)は、波形出力ポートWO1~WOnからビート波形データを、波形フレーム取込み開始タイミング及び個々の波形ビットの出力タイミングが同期した形で出力する。よって、制御回路56は同期制御部としての機能を果たす。 On the other hand, the control circuit 56 of each slave IC 50S receives the synchronization signal from the master IC 50M via the signal line SCL, and adjusts the timing of the clock signal input from the clock circuit 59 based on the synchronization signal. The signal is input to the D converter 55. As a result, each slave IC 50S (and master IC 50M) outputs beat waveform data from the waveform output ports WO1 to WOn in a form in which the waveform frame capture start timing and the output timing of each waveform bit are synchronized. Therefore, the control circuit 56 functions as a synchronization control section.
次に、信号処理装置2は、距離スペクトル生成部60A、方位スペクトル生成部60B、ピーク抽出部60C及び偽像フィルタ部60D(ピーク選別処理部及び物標検出出力部として機能する)の各機能ブロックを有する。各機能ブロックは以下のように特徴づけられるものである。
・距離スペクトル生成部60A:マスターIC50M及びスレーブIC50Sに一対一に対応する形で設けられ、各ICの波形出力ポートWO1~WOnから出力されるビート波形データ(信号)を距離スペクトルである周波数スペクトルに変換する。本実施形態においては、受信ビーム方位にかかる全体の走査角度範囲が、マスターIC50M及びスレーブIC50Sにより、各々中心方位の異なるサブ走査角範囲にて分割してカバーされるようになっている。各距離スペクトル生成部60Aは、周知のビームフォーミングアルゴリズムに従い、各々受け持つサブ走査角範囲にて受信ビーム方位θを順次変更する形で方位θ毎の重み係数w(θ)を決定し、対応するIC50M,50Sから受信するビート波形データに該重み係数w(θ)を乗じて加算演算する。これにより、受信ビーム方位θ毎のビート波形データが合成される(つまり、受信アンテナアレイの受信ビーム方位を予め定められた方位角度範囲にて順次変更しつつ制御することにより受信波のビーム走査を行なう、走査部としての機能が実現している)。そして、サブ走査角範囲内の方位θ毎に得られるビート波形データを高速フーリエ変換処理することにより(つまり、送信部による送信波形信号と、ビーム走査により得られる種々の受信ビーム方位の受信波形信号とに基づき)、受信ビーム方位θにおける距離と受信強度との関係を示す距離スペクトルが、サブ走査角範囲内の方位別に生成される。
Next, the signal processing device 2 includes each functional block of a distance spectrum generation section 60A, an azimuth spectrum generation section 60B, a peak extraction section 60C, and a false image filter section 60D (functioning as a peak selection processing section and a target object detection output section). has. Each functional block is characterized as follows.
- Distance spectrum generation unit 60A: Provided in one-to-one correspondence with the master IC 50M and slave IC 50S, and converts beat waveform data (signals) output from the waveform output ports WO1 to WOn of each IC into a frequency spectrum that is a distance spectrum. Convert. In this embodiment, the entire scanning angle range related to the receiving beam direction is divided and covered by the master IC 50M and the slave IC 50S into sub-scanning angle ranges each having a different central direction. Each distance spectrum generation unit 60A determines a weighting coefficient w(θ) for each azimuth θ by sequentially changing the reception beam azimuth θ in the sub-scanning angle range assigned to each, and then determines a weighting coefficient w(θ) for each azimuth θ according to a well-known beamforming algorithm , 50S is multiplied by the weighting coefficient w(θ) and added. As a result, the beat waveform data for each receiving beam azimuth θ is synthesized (that is, the beam scanning of the received wave is controlled by sequentially changing the receiving beam direction of the receiving antenna array within a predetermined azimuth angle range). (It functions as a scanning unit). Then, by performing fast Fourier transform processing on the beat waveform data obtained for each azimuth θ within the sub-scanning angle range (that is, the transmitted waveform signal by the transmitter and the received waveform signal of various receive beam directions obtained by beam scanning) ), a distance spectrum indicating the relationship between distance and reception intensity in the reception beam orientation θ is generated for each orientation within the sub-scanning angle range.
・方位スペクトル生成部60B:各距離スペクトル生成部60Aにて方位別に生成された複数の距離スペクトルから、同一距離の受信波強度点をそれぞれ抽出することにより、受信ビーム方位と受信強度との関係を示す方位スペクトルを距離d別に生成する。
・ピーク抽出部60C:距離別に生成された方位スペクトルのそれぞれにおいて強度ピークを抽出する。
・偽像フィルタ部60D:偽像ピーク抑制部の機能を担うものである。具体的には、個々の方位スペクトル毎に抽出される強度ピークの組に対し、強度値が予め定められた閾値を超えていることを必要条件として含む選別条件を設定するとともに、当該強度ピークの組において選別条件を充足する強度ピークを物標特定用のメインピークとして選別する処理を行なう(ピーク選別処理部)。そして、選別されたメインピークが示す距離及び方位の情報を出力ポートDOから物標検出情報として出力する(物標検出出力部)。
- Azimuth spectrum generation section 60B: extracts received wave intensity points at the same distance from a plurality of distance spectra generated for each direction in each distance spectrum generation section 60A, thereby determining the relationship between the received beam direction and reception intensity. A direction spectrum shown is generated for each distance d.
- Peak extraction unit 60C: extracts intensity peaks in each of the azimuth spectra generated for each distance.
- False image filter section 60D: serves as a false image peak suppression section. Specifically, for the set of intensity peaks extracted for each azimuth spectrum, we set screening conditions that include as a necessary condition that the intensity value exceeds a predetermined threshold, and also A process is performed to select an intensity peak that satisfies the selection conditions in the group as a main peak for target identification (peak selection processing unit). Then, information on the distance and direction indicated by the selected main peak is output as target object detection information from the output port DO (target object detection output section).
図3は、信号処理部2の電気的構成の詳細を示すブロック図である。信号処理部2は、CPU31、RAM32、ROM33、入出力部34とそれらを接続するバス30を有する。ROM33には次のようなプログラムが格納されている。いずれもRAM32を実行エリアとしてCPU31により実行され、個別の機能実現部を具現化する。
・測定制御プログラム33a:上記した距離スペクトル生成部60A、方位スペクトル生成部60B、ピーク抽出部60C及び偽像フィルタ部60Dの各機能を実現するための基本的なプログラムである。
・デジタルフィルタ33b:ビート信号波形データをRAM32の波形フィルタメモリ32aに取り込み、高調波等に由来したノイズなどを除去するデジタルフィルタリング処理を行なう。ローパスフィルタないしバンドパスフィルタとして構成される。
FIG. 3 is a block diagram showing details of the electrical configuration of the signal processing section 2. As shown in FIG. The signal processing section 2 has a CPU 31, a RAM 32, a ROM 33, an input/output section 34, and a bus 30 that connects them. The following programs are stored in the ROM 33. Both are executed by the CPU 31 using the RAM 32 as an execution area, and embody individual function implementation units.
- Measurement control program 33a: This is a basic program for realizing each function of the above-described distance spectrum generation section 60A, azimuth spectrum generation section 60B, peak extraction section 60C, and false image filter section 60D.
Digital filter 33b: Loads the beat signal waveform data into the waveform filter memory 32a of the RAM 32, and performs digital filtering processing to remove noise derived from harmonics and the like. It is configured as a low-pass filter or a band-pass filter.
・受信ビーム走査プログラム33c:方位スペクトル生成部60Bの機能の一部を実現するプログラムである。波形出力ポートWO1~WOnから出力されるビート波形データを入出力部34の各入力ポートWI1~WInにて受信し、RAM32の波形メモリw1~wnに取り込む。そして、前述のサブ走査角範囲にて受信ビーム方位θを順次変更する形で方位θ毎の重み係数w(θ)を決定し(例えば、ROM33に記憶された方位別の重み係数テーブルから読み出してもよい)、波形合成・走査メモリ32bにおいて、対応するIC50M,50Sから受信するビート波形データに該重み係数w(θ)を乗じ加算演算して、方位θ毎のビート波形データを合成する。
・FFTモジュール33d: 図5に示す方位別のビート波形データを、RAM32内のFFT処理メモリ32hを用いて周波数スペクトルSpmに変換し、受信ビーム方位θにおける距離と受信強度との関係を示す距離スペクトルを方位別に生成する。
・方位解析プログラム33e:方位スペクトル生成部60Bの機能の一部を実現するプログラムである。方位解析メモリ32cにおいて、方位別に生成された複数の距離スペクトルから、同一距離の受信波強度点をそれぞれ抽出することにより、受信ビーム方位と受信強度との関係を示す方位スペクトルを距離d別に生成する。
- Reception beam scanning program 33c: This is a program that implements a part of the function of the azimuth spectrum generation section 60B. The beat waveform data output from the waveform output ports WO1 to WOn is received at each input port WI1 to WIn of the input/output section 34, and is taken into the waveform memories w1 to wn of the RAM 32. Then, the weighting coefficient w(θ) for each azimuth θ is determined by sequentially changing the reception beam azimuth θ in the above-mentioned sub-scanning angle range (for example, by reading it from the azimuth-specific weighting coefficient table stored in the ROM 33). In the waveform synthesis/scanning memory 32b, the beat waveform data received from the corresponding ICs 50M and 50S is multiplied by the weighting coefficient w(θ) and summed, thereby synthesizing the beat waveform data for each direction θ.
-FFT module 33d: Converts the beat waveform data for each direction shown in FIG. 5 into a frequency spectrum Spm using the FFT processing memory 32h in the RAM 32, and generates a distance spectrum indicating the relationship between distance and reception intensity in the reception beam direction θ. is generated for each direction.
- Orientation analysis program 33e: This is a program that implements part of the functions of the orientation spectrum generation section 60B. In the azimuth analysis memory 32c, by extracting received wave intensity points at the same distance from a plurality of distance spectra generated for each azimuth, an azimuth spectrum indicating the relationship between the received beam azimuth and reception intensity is generated for each distance d. .
・強度ピーク抽出プログラム33f:ピーク抽出部60Cの機能実現プログラムである。RAM32の強度ピーク解析メモリ32dにおいて、距離別に生成された方位スペクトルのそれぞれにおいて強度ピークの強度レベル及びピーク位置(角度)を特定する。ピーク位置は、例えばスペクトル極大点を形成する隣接する3ビンを見出し、これを二次曲線近似してその頂点位置から決定することができる。
・偽像フィルタ処理プログラム33g:偽像フィルタ部60Dの機能実現プログラムであり、RAM32の偽像フィルタ処理メモリ32fを用い、方位スペクトル上に抽出された強度ピークの組において、前述の選別条件を充足する強度ピークを物標特定用のメインピークとして選別する処理を行なう。そして、選別されたメインピークが示す距離及び方位の情報を、図3の入出力部34の出力ポートDOから物標検出情報として出力させる。
- Intensity peak extraction program 33f: This is a function realization program of the peak extraction section 60C. In the intensity peak analysis memory 32d of the RAM 32, the intensity level and peak position (angle) of the intensity peak is specified in each of the azimuth spectra generated for each distance. The peak position can be determined from the apex position by, for example, finding three adjacent bins that form a spectral maximum point, and approximating them to a quadratic curve.
・False image filter processing program 33g: This is a function realization program of the false image filter unit 60D, and uses the false image filter processing memory 32f of the RAM 32 to satisfy the above-mentioned selection conditions in the set of intensity peaks extracted on the azimuth spectrum. A process is performed to select the intensity peaks that are detected as main peaks for target identification. Then, the information on the distance and direction indicated by the selected main peak is outputted as target object detection information from the output port DO of the input/output unit 34 in FIG.
以下、各プログラムの処理の流れについて説明する。
図7は、測定制御プログラム33aの処理の流れを示すものである。
S1及びS2は、受信ビーム走査プログラム33cが担うステップである。まず、S1では、各IC50M,50Sからのビート波形データX1(t)~Xn(t)を取り込み、S2で高速フーリエ変換(FFT)処理を行なって周波数スペクトル、すなわち距離スペクトルσ1~ σnを得る。次に、S3では方位θの重み係数w(θ)を決定し、S4にてビート波形データX1(t)~Xn(t)に該重み係数w(θ)を乗じ加算演算することにより、方位θの受信ビームに対応するビート波形データを合成する。以上の処理は、各IC50M,50Sのサブ走査角範囲の、量子化された全ての方位角度位置について実施される。
The processing flow of each program will be explained below.
FIG. 7 shows the flow of processing of the measurement control program 33a.
S1 and S2 are steps carried out by the receiving beam scanning program 33c. First, in S1, beat waveform data X1(t) to Xn(t) from each IC 50M and 50S is taken in, and in S2, fast Fourier transform (FFT) processing is performed to obtain a frequency spectrum, that is, a distance spectrum σ1 to σn. Next, in S3, the weighting coefficient w(θ) of the azimuth θ is determined, and in S4, the beat waveform data X1(t) to Xn(t) are multiplied by the weighting coefficient w(θ) and added. Beat waveform data corresponding to the received beam of θ is synthesized. The above processing is performed for all quantized azimuth angle positions in the sub-scanning angle range of each IC 50M, 50S.
次に、S5の方位解析処理に進む。図8はその詳細を示すものである。S501では距離dを初期値d0に設定する。S502では、距離dに対応する周波数のスペクトル強度値I(d)を、各方位θの距離スペクトルから抽出する。そして、S503で、(θ、I(d))の組を方位スペクトルのデータとして保存する。S504で距離dをΔd(1ビン)だけインクリメントし、S505でdの値が上限値dmaxを超えるまでS502に戻って以下の処理を繰り返す。 Next, the process proceeds to direction analysis processing in S5. FIG. 8 shows the details. In S501, the distance d is set to an initial value d0. In S502, the spectrum intensity value I(d) of the frequency corresponding to the distance d is extracted from the distance spectrum of each direction θ. Then, in S503, the set of (θ, I(d)) is saved as azimuth spectrum data. In S504, the distance d is incremented by Δd (1 bin), and in S505, the process returns to S502 and repeats the following process until the value of d exceeds the upper limit value dmax.
図7に戻り、続いてS6のピーク検出処理となる。図9はその詳細を示すものであり、図12も参照しつつ説明する。該ピーク検出処理は、各距離dの値について得られているすべての方位スペクトルのデータについて実施される。まず、S601では方位スペクトルのデータをリードする。次に、方位スペクトルの基準レベルy’を設定する。基準レベルy’は、方位スペクトルの各データ点が示す強度値の平均値あるいは中央値などを採用可能である。次に、S603では、検索対象点として強度が閾値y’+αを超えるスペクトル点を抽出する。次いで、S604では、スペクトルの最大点を形成する隣接する3ビンのスペクトル点を検索する。そして、S605ではそれら極大点をなすスペクトル点に二次曲線近似を行ない、S606で、その頂点座標をメインピークの強度ym及び方位角度位置として特定する。 Returning to FIG. 7, the peak detection process of S6 follows. FIG. 9 shows the details thereof, and will be explained with reference to FIG. 12 as well. The peak detection process is performed on all azimuth spectrum data obtained for each value of distance d. First, in S601, azimuth spectrum data is read. Next, a reference level y' of the orientation spectrum is set. As the reference level y', an average value or a median value of the intensity values indicated by each data point of the azimuth spectrum can be adopted. Next, in S603, spectral points whose intensity exceeds the threshold value y'+α are extracted as search target points. Next, in S604, spectral points in three adjacent bins forming the maximum point of the spectrum are searched. Then, in S605, quadratic curve approximation is performed on the spectrum points forming the maximum points, and in S606, the apex coordinates are specified as the intensity ym and azimuth angle position of the main peak.
次に図7のS7の偽像フィルタ処理が実行される。図10のフローチャート及び図13を用いて、その詳細を説明する。ここでは、方位スペクトルにおいて偽像ピークをより低レベルの強度ピークに置換する形で偽像ピーク抑制処理を行なう。まず、図10のS701では、図13に示すように、強度軸上に偽像探索区間Ikを[y’+α,ym-β]に設定する。次に、S702において、方位スペクトルにおいて偽像ピークを、偽像探索区間Ik内にて極大値をなす3ビンを見出す形で探索する。抑制対象とする偽像ピークは物標検出出力の対象外であり、メインピークについて行ったような二次曲線近似等は行わない。そして、3ビンの極大値をなす中央のものの強度値を偽像ピークのピーク値ysとして読み取る。S703では、ysを一定の補正強度レベルyscに(例えば偽像探索区間Ikの下限値であるy’+αないしそれ以下の値に)、一律に置き換える処理を行なう。 Next, the false image filtering process of S7 in FIG. 7 is executed. The details will be explained using the flowchart of FIG. 10 and FIG. 13. Here, artifact peak suppression processing is performed by replacing artifact peaks with lower-level intensity peaks in the orientation spectrum. First, in S701 of FIG. 10, as shown in FIG. 13, a false image search interval Ik is set to [y'+α, ym-β] on the intensity axis. Next, in S702, a false image peak is searched for in the azimuth spectrum by finding three bins that have maximum values within the false image search section Ik. The false image peak to be suppressed is not subject to target detection output, and quadratic curve approximation, etc., as performed for the main peak, is not performed. Then, the intensity value at the center of the three bins is read as the peak value ys of the false image peak. In S703, ys is uniformly replaced with a fixed correction intensity level ysc (eg, y'+α, which is the lower limit of the false image search section Ik, or a value lower than that).
図12及び図13において、強度軸は対数表示であり(単位:dB)、低減後の偽像ピーク強度レベルYは、低減前の強度レベルをyとして、
Y=α・ (y-y’) +y’
で表される。これを対数ではなく真値で表した場合は、低減後の偽像ピーク強度レベルΗは、低減前の強度レベルをη、基準レベルをη’として、
Η=ηα・η’(1-α)
として表すことができる。
In FIGS. 12 and 13, the intensity axis is expressed logarithmically (unit: dB), and the false image peak intensity level Y after reduction is the intensity level before reduction as y.
Y=α・(y−y') +y'
It is expressed as If this is expressed as a true value rather than a logarithm, the false image peak intensity level Η after reduction is given by η, the intensity level before reduction, and η', the reference level.
Η=η α・η' (1-α)
It can be expressed as
図7に戻り、S8では、偽像フィルタ処理が実行された距離d別の各方位スペクトルについて、各ピークの頂点座標を読み取り、予め定められたノイズ除去用の閾値と比較する。そして、S9にて閾値を超えているピークを、図6に示すように、該頂点座標が示す方位角度θを距離dと対応付け、物標検出情報として、ピークID(ピーク特定情報)とともに物標リストメモリ32gに登録する。こうして登録された物標検出情報は、S10にて検出結果として図1又は図3の出力ポートDOから出力される(S11で処理終了となっていなければS1に戻り、以下の処理を繰り返す)。図17は、その物標検出情報を方位角度θと距離dとが張る平面上にマッピング出力した例である。また、図16は偽像ピーク抑制を行なわなかった場合の比較例である。比較例(図16)において多数発生していた偽像が、実施例(図17)では大幅に低減できていることがわかる。 Returning to FIG. 7, in S8, the apex coordinates of each peak are read for each azimuth spectrum for each distance d on which the false image filtering process has been performed, and compared with a predetermined threshold for noise removal. Then, in S9, the peak exceeding the threshold value is associated with the azimuth angle θ indicated by the vertex coordinates and the distance d, as shown in FIG. It is registered in the target list memory 32g. The target object detection information registered in this way is output from the output port DO in FIG. 1 or 3 as a detection result in S10 (if the process is not completed in S11, the process returns to S1 and the following process is repeated). FIG. 17 is an example in which the target object detection information is mapped and output on a plane defined by the azimuth angle θ and the distance d. Further, FIG. 16 is a comparative example in which false image peak suppression is not performed. It can be seen that the large number of false images that occurred in the comparative example (FIG. 16) can be significantly reduced in the example (FIG. 17).
また、本実施形態では、図1あるいは図3に示すように、電波送受信のフロントエンド部2が配線部SCLにより接続されたマスターIC50M及びスレーブIC50Sの組により構成され、マスターIC50Mからの同期信号により、スレーブIC50Sにおけるビート波形信号のフレームサンプリング及びデータ出力が同期制御されるようになっている。本発明者の検討によると、この種の制御には、配線部SCLの線長等による特性インピーダンスのバラツキや、外部ノイズによるクロック信号の乱れといった内部要因により、IC間の同期ずれを招来することが判明している。この同期ずれは、各ICが出力するビート信号の位相差に直接的に反映され、受信アンテナアレイの応答特性に生ずるサイドローブとは無関係に偽像の発生要因となる。こうした偽像は、従来のサイドローブ抑圧方式では原理的に除去できなかったものであるが、本発明の採用により問題なく抑制することが可能となる。 Further, in this embodiment, as shown in FIG. 1 or 3, the front end section 2 for transmitting and receiving radio waves is constituted by a set of a master IC 50M and a slave IC 50S connected by a wiring section SCL. , frame sampling of the beat waveform signal and data output in the slave IC 50S are synchronously controlled. According to the inventor's study, this type of control can cause synchronization between ICs due to internal factors such as variations in characteristic impedance due to the line length of the wiring section SCL, and disturbances in clock signals due to external noise. It is clear that This synchronization shift is directly reflected in the phase difference between the beat signals output by each IC, and becomes a factor in the generation of false images, regardless of side lobes occurring in the response characteristics of the receiving antenna array. Although such artifacts cannot be removed in principle by conventional sidelobe suppression methods, they can be suppressed without problems by employing the present invention.
なお、上記のアルゴリズムにおける選別条件では、偽像探索区間[y’+α,ym-β]の上限側に外れる強度ピークは偽像とみなされず、メインピークとして残されることとなる。図12及び図13に示す例では、1つの方位スペクトルにてym-βよりも大きい強度ピークが1つのみであり、結果として電波送信源からみてある特定の距離dにある物標は1つだけが検出されていることになる。しかし、当然のことながら、該方式では、1つの方位スペクトルにて偽像探索区間[y’+α,ym-β]の上限側に外れる強度ピークが複数あれば、メインピークも複数が選別されて残る。そして、選別により残されるメインピークの数は、最大の強度ピークの強度値ymに対して設定される上限側の調整係数βの設定値により変化する。該βの値は、種々の物標モデル等を用いたキャリブレーション測定を経て、真の物標の棄却率がなるべく小さくなり、偽像の棄却率はなるべく大きくなるように適宜設定することが望ましいといえる。 Note that under the selection conditions in the above algorithm, intensity peaks that fall outside the upper limit of the false image search interval [y'+α, ym-β] are not regarded as false images and are left as main peaks. In the examples shown in FIGS. 12 and 13, there is only one intensity peak larger than ym-β in one azimuth spectrum, and as a result, there is only one target at a certain distance d from the radio wave transmission source. Only those are detected. However, as a matter of course, in this method, if there are multiple intensity peaks that fall outside the upper limit of the false image search interval [y' + α, ym - β] in one azimuth spectrum, multiple main peaks will also be selected. remain. The number of main peaks left after the selection changes depending on the setting value of the upper limit side adjustment coefficient β set for the intensity value ym of the maximum intensity peak. It is desirable to set the value of β as appropriate through calibration measurements using various target models, etc., so that the rejection rate of true targets is as small as possible and the rejection rate of false images is as high as possible. It can be said.
この場合、偽像探索区間の設定において下限側の調整係数αをゼロに設定することで、yscをゼロとすること、すなわち、偽像ピークを方位スペクトルから完全に削除する処理も可能である、他方、上限側の調整係数βを可及的に小さく設定することで、強度が最大となる強度ピークのみをメインピークとし、それ以外の強度ピークを全て偽像ピークとして棄却すること、つまり、電波送信源からみて等距離にある物標を1つのみとみなし、他は、その発生要因を問わず偽像として棄却されるように処理を行なうこともできる。 In this case, by setting the adjustment coefficient α on the lower limit side to zero in the setting of the false image search section, it is possible to set ysc to zero, that is, to completely delete the false image peak from the azimuth spectrum. On the other hand, by setting the adjustment coefficient β on the upper limit side as small as possible, only the intensity peak with the maximum intensity can be regarded as the main peak, and all other intensity peaks can be rejected as false image peaks. It is also possible to perform processing such that only one target is considered to be equidistant from the transmission source, and other targets are rejected as false images regardless of the cause of their occurrence.
なお、偽像ピークのピーク値ysを低減(抑制)させる方法は、上記図12及び図13に示す方法に限定されず、他の方式を採用することも可能である。その一例を、図14及び図15に示す。該方式では、図14に示すように、対数強度表示にて、偽像ピーク強度ysの基準レベルy’からの突出差分ys-y’を有効偽像ピーク強度として定める。そして、図15に示すように、その基準レベルy’で標準化した有効偽像ピーク強度(ys-y’)/y’の値に縮小係数γ(ただし、0<γ<1)を乗じる形で偽像ピーク強度ysの低減を図る。この方式によると、偽像の強度レベルの縮小を行なっても異なる偽像間での強度比は保存されるので、縮小係数γを設定する際のキャリブレーションにおいて、真の物標を偽像として棄却してしまう確率を減じられる場合がある。当該アルゴリズムによる偽像フィルタ処理は、上記説明したごとく、図10のフローチャートのS703を図11のS703’及びS704’に置き換えたものとなる。 Note that the method for reducing (suppressing) the peak value ys of the false image peak is not limited to the method shown in FIGS. 12 and 13 above, and other methods may also be adopted. An example thereof is shown in FIGS. 14 and 15. In this method, as shown in FIG. 14, in logarithmic intensity display, the protruding difference ys-y' of the false image peak intensity ys from the reference level y' is determined as the effective false image peak intensity. Then, as shown in FIG. 15, the value of the effective artifact peak intensity (ys-y')/y' standardized by the reference level y' is multiplied by the reduction coefficient γ (0<γ<1). Aiming to reduce the false image peak intensity ys. According to this method, even if the intensity level of the false image is reduced, the intensity ratio between different false images is preserved, so in the calibration when setting the reduction coefficient γ, the true target is treated as a false image. The probability of rejection may be reduced. As explained above, the false image filtering process using this algorithm is the same as replacing S703 in the flowchart of FIG. 10 with S703' and S704' of FIG. 11.
図18及び図19は、γの値を変化させて物標検出情報をマッピング出力した例を示す。図18はγ=0.5の場合、図19はγ=0.8の場合であるが、γの値により除去される偽像の数が大きく変化していることがわかる。 FIGS. 18 and 19 show examples in which target object detection information is mapped and output by changing the value of γ. FIG. 18 shows the case when γ=0.5, and FIG. 19 shows the case when γ=0.8, and it can be seen that the number of artifacts removed varies greatly depending on the value of γ.
以下、本発明の変形実施形態についてさらに説明する。
まず、本発明のレーダーシステムにおいては、距離別に生成された方位スペクトルのそれぞれにおいてピーク抽出部が抽出する強度ピークが示す物標候補の速度を、ビーム走査により得られる種々の方位の受信波形信号に基づき特定する速度特定部を設けることができる。この場合、ピーク選別処理部は、個々の方位スペクトル毎に抽出される、閾値を超える強度ピークのうち、最大ピークと、当該最大ピークとは異なる速度が特定された強度ピークとを、メインピークとして選別するように構成することができる。移動速度の異なる物標については、例えば同一距離にあっても異なる物標として検出できるようにすることで、真の物標を偽造として誤判定する確率を減ずることができる。
Hereinafter, modified embodiments of the present invention will be further described.
First, in the radar system of the present invention, the velocity of a target candidate indicated by the intensity peak extracted by the peak extractor in each of the azimuth spectra generated for each distance is converted into received waveform signals of various azimuths obtained by beam scanning. A speed identification unit may be provided that identifies the speed based on the speed. In this case, the peak selection processing unit selects, as main peaks, the maximum peak and intensity peaks for which a speed different from the maximum peak has been specified, among the intensity peaks exceeding the threshold value extracted for each azimuth spectrum. It can be configured to screen. For targets with different moving speeds, for example, by allowing them to be detected as different targets even if they are at the same distance, it is possible to reduce the probability that a true target is erroneously determined as a forgery.
この場合、物標探索のための送信波の変調を、図20に示すような三角波とすることで、ドップラーシフトを利用した物標の速度検知が可能となる。この方式は周知であり、Δf:周波数偏移幅、c:光速、d:距離、V:速度、T:周波数偏移の周期、βU:ビート周波数差(変調の上りスイープ時)、βD:ビート周波数差(変調の下りスイープ時)として、
d=c・(βU+βD)・T /4Δf
V=c・(βU-βD)/4Δf
により、それぞれ求めることができる。図21に示すように、物標リストメモリ32gに登録される項目に速度Vが加わり、物標B3とB4のように、距離が同一(d3=d4)であっても、前者は速度がV3、後者は速度がゼロ(すなわち、静止)と検出されることで、いずれも強度ピークはメインピークとして選別され、物標検出情報として出力される。
In this case, by modulating the transmitted wave for target object search into a triangular wave as shown in FIG. 20, it becomes possible to detect the speed of the target object using Doppler shift. This method is well known, and Δf: frequency shift width, c: speed of light, d: distance, V: velocity, T: period of frequency shift, β U : beat frequency difference (during upward sweep of modulation), β D : As the beat frequency difference (during downward sweep of modulation),
d=c・(β U +β D )・T/4Δf
V=c・(β U −β D )/4Δf
Each can be determined by As shown in FIG. 21, the speed V is added to the items registered in the target object list memory 32g, and even if the distances are the same (d3=d4) like targets B3 and B4, the former has a speed of V3. In both cases, the intensity peak is selected as the main peak and output as target object detection information.
また、図7の測定制御プログラムは、図22のように変形することもできる。この方式では、ピーク抽出部が個々の方位スペクトル毎に抽出する強度ピークを、前述の閾値と比較し、その閾値以上の強度ピークの組につき、各強度ピークが示す距離d、方位θ及び強度値Iの情報を物標候補情報として物標候補登録部(物標リストメモリ32g)に一旦全て登録する。また、ピーク選別処理部には、登録された物標候補情報のうち、選別条件を充足しない強度ピークに対応するものについて無効化処理を行なう無効化処理部の機能を付加する。そして、物標検出出力部は、物標候補登録部において無効化処理がなされなかった残余の物標候補情報に含まれる距離d及び方位θの情報を読み出して、メインピークの物標検出情報として出力する。 Further, the measurement control program shown in FIG. 7 can also be modified as shown in FIG. In this method, the intensity peaks extracted by the peak extractor for each azimuth spectrum are compared with the aforementioned threshold value, and for each set of intensity peaks that are equal to or greater than the threshold value, the distance d, the azimuth θ, and the intensity value indicated by each intensity peak are compared. All information of I is once registered as target candidate information in the target candidate registration section (target list memory 32g). Further, the peak selection processing section is provided with a function of an invalidation processing section that performs invalidation processing on the registered target candidate information that corresponds to an intensity peak that does not satisfy the selection conditions. Then, the target object detection output unit reads the information on the distance d and the direction θ included in the remaining target candidate information that has not been invalidated in the target object candidate registration unit, and uses it as the main peak target object detection information. Output.
具体的には、図22において、S6のピーク検出処理が終了した後、S7’にて検出された各強度ピークを前述の閾値と比較し、閾値以上の強度ピークについて、偽像フィルタ処理を行わずに、図23の左に示すように、全ての強度ピークについての物標検出情報(距離d及び方位θ)に、さらにピーク強度Iの値を組み込み、ピークIDを付与して物標リストメモリ32gに一旦登録する(図22:S8’)。そして、この物標リストメモリ32g上にての偽造フィルタ処理を行なう(図22:S9’)。図22のS9’における処理では、偽像と判定された強度ピークについてデータを無効化する(例えば、図23右に示すように削除する)ことにより、物標として出力されないようにする点が、図7の偽造フィルタ処理との相違点となる。図23においては、同一距離に検出された物標候補のうち、ピーク強度の小さいもの(B1及びB2)が無効化されている例である。この方式であると、偽像も含めてすべての強度ピークの情報が物標候補情報として物標リストメモリ32gに記憶されるので、例えば過去の測定データに対して強度ピークの選別条件を見直し、再度出力させたりしたい場合の処理が容易となる利点が生ずる。 Specifically, in FIG. 22, after the peak detection processing in S6 is completed, each intensity peak detected in S7' is compared with the above-mentioned threshold value, and the false image filter processing is performed on the intensity peaks that are equal to or higher than the threshold value. As shown on the left side of FIG. 23, the value of peak intensity I is further incorporated into the target object detection information (distance d and direction θ) for all intensity peaks, and a peak ID is added to the target object list memory. 32g (FIG. 22: S8'). Then, forgery filter processing is performed on this target list memory 32g (FIG. 22: S9'). In the processing at S9' in FIG. 22, the data for the intensity peak determined to be a false image is invalidated (for example, deleted as shown on the right in FIG. 23) to prevent it from being output as a target object. This is a difference from the forgery filter processing shown in FIG. In FIG. 23, among the target object candidates detected at the same distance, those with smaller peak intensities (B1 and B2) are invalidated. With this method, information on all intensity peaks, including false images, is stored in the target list memory 32g as target candidate information, so, for example, reviewing the intensity peak selection conditions with respect to past measurement data, This has the advantage that processing becomes easier when it is desired to output the data again.
また、図12~図15において、方位スペクトルに設定する基準レベルy’は、例えばスペクトル波形の平均値等により一定に設定されていたが、バックグラウンドのうねりレベルに応じて基準レベルy’を補正するようにしてもよい。具体的には、方位スペクトルを方位角度軸上でセル(区間)に区切り、セルごとに平均レベルy0に対するうねりレベルyudを計算して、各セルの基準レベルy’を
y’=y0+yud
となるように設定する。この方式によれば、うねりの影響を軽減した形で偽像ピークレベルについての評価、ひいては選別を的確に行うことができるようになる。なお、うねりレベルによるスペクトル上のピーク補正は、距離スペクトルや速度スペクトルについても同様に実施することができる。図24は、速度スペクトル(ビート周波数スペクトル)に生ずるうねりの例を示すものである。
In addition, in FIGS. 12 to 15, the reference level y' set for the azimuth spectrum is set constant based on the average value of the spectrum waveform, for example, but the reference level y' is corrected according to the background undulation level. You may also do so. Specifically, the azimuth spectrum is divided into cells (sections) on the azimuth angle axis, the undulation level yud is calculated for the average level y0 for each cell, and the reference level y' of each cell is calculated as y' = y0 + yud
Set it so that According to this method, it becomes possible to accurately evaluate the peak level of false images and, in turn, perform selection while reducing the influence of waviness. Note that the peak correction on the spectrum based on the waviness level can be similarly performed on the distance spectrum and the speed spectrum. FIG. 24 shows an example of undulations occurring in the velocity spectrum (beat frequency spectrum).
本発明の作用及び効果の詳細は次のとおりまとめられる。上記詳述したごとく、本発明においては、距離別の方位スペクトル上に表れる複数の強度ピーク対し、強度値が閾値を超えているかどうかを必要条件とする選別を行なう。そして、その選別条件を充足するメインピークが示す距離及び方位の情報を物標検出情報として出力する。これにより、偽像出現抑制のために従来必要だった負荷の大きい演算処理を、単純な強度ピークの選別処理に置き換えることができる。また、妨害波以外の要因により発生する偽像に由来した強度ピークも、選別処理により効果的に抑制することができる。 The details of the action and effects of the present invention are summarized as follows. As described in detail above, in the present invention, a plurality of intensity peaks appearing on the azimuth spectrum classified by distance are selected based on whether the intensity value exceeds a threshold value or not. Then, information on the distance and direction indicated by the main peak that satisfies the selection conditions is output as target object detection information. As a result, the heavy-load calculation processing conventionally required to suppress the appearance of false images can be replaced with simple intensity peak selection processing. In addition, intensity peaks originating from false images caused by factors other than interference waves can also be effectively suppressed by the screening process.
ピーク選別処理部は、強度ピークの組において選別条件を充足しない強度ピークを偽像ピークとして特定するとともに、方位スペクトルにおいて該偽像ピークを削除するか又はより低レベルの強度ピークに置換する偽像ピーク抑制処理を行なう偽像ピーク抑制部を備えるものとして構成できる。この場合、物標検出出力部は、偽像ピーク抑制処理がなされた方位スペクトルにおいて、予め定められた閾値を超える強度ピークをメインピークとして特定し、該強度ピークに対応する距離及び方位の情報を物標の検出情報として出力するものとされる。方位スペクトル上で選別条件に漏れた強度ピークを事前に低レベル化するか削除しておくことで、物標検出出力部は、閾値を超える強度ピークを探索するだけでメインピークとしてこれを特定でき、処理アルゴリズムの一層の単純化を図ることができる。 The peak selection processing unit identifies an intensity peak that does not satisfy the selection condition in the set of intensity peaks as a false image peak, and deletes the false image peak in the azimuth spectrum or replaces it with a lower level intensity peak. It can be configured to include a false image peak suppression section that performs peak suppression processing. In this case, the target object detection output unit identifies an intensity peak exceeding a predetermined threshold as a main peak in the azimuth spectrum that has been subjected to the false image peak suppression process, and outputs distance and azimuth information corresponding to the intensity peak. It is assumed to be output as target object detection information. By lowering or deleting intensity peaks that fail to meet the selection conditions on the azimuth spectrum in advance, the target detection output unit can identify the intensity peak as the main peak by simply searching for the intensity peak that exceeds the threshold. , it is possible to further simplify the processing algorithm.
他方、ピーク抽出部が個々の方位スペクトル毎に抽出する強度ピークの組について、各強度ピークが示す距離、方位及び強度値の情報を物標候補情報として登録する物標候補登録部を設けることもできる。この場合は、ピーク選別処理部は、登録された物標候補情報のうち、選別条件を充足しない強度ピークに対応するものについて無効化処理を行なう無効化処理部を備えるものとして構成できる。物標検出出力部は、物標候補登録部において無効化処理がなされなかった残余の物標候補情報に含まれる距離及び方位の情報を読み出して、メインピークの物標検出情報として出力するように構成できる。該構成によれば、偽像も含めてすべての強度ピークの情報が物標候補情報として登録されるので、選別条件変更等に対応したい場合の強度ピークデータの柔軟性を向上でき、例えば過去の測定データに対して強度ピークの選別条件を見直し、再度出力させたりしたい場合の処理も容易となる利点を生ずる。 On the other hand, a target candidate registration unit may be provided that registers information on the distance, direction, and intensity value indicated by each intensity peak as target candidate information for the set of intensity peaks extracted by the peak extraction unit for each azimuth spectrum. can. In this case, the peak selection processing section can be configured to include an invalidation processing section that performs invalidation processing on the registered target candidate information that corresponds to intensity peaks that do not satisfy the selection conditions. The target object detection output unit reads the distance and direction information included in the remaining target candidate information that has not been invalidated by the target candidate registration unit, and outputs it as main peak target object detection information. Can be configured. According to this configuration, information on all intensity peaks including false images is registered as target candidate information, so it is possible to improve the flexibility of intensity peak data when it is desired to respond to changes in screening conditions, etc. This has the advantage of facilitating processing when it is desired to review the intensity peak selection conditions for the measurement data and output it again.
ピーク選別処理部は、距離別の方位スペクトル毎に抽出される、閾値を超える強度ピークのうち、強度が最大となる最大ピークをメインピークとして選別する。この方式では、同一距離に存在する物標を1つと仮定することで、距離別の方位スペクトルにおいて最大ピークのみを物標(メインピーク)として簡単に特定することが可能となる。特に、互いに異なる方位に存在する静止物標の場合、それらの検出距離が一致してしまうことは極めて偶発的な事象と考えられ、最大ピークのもの以外を偽像とみなす処理を行なっても、これが誤判定を招く可能性は低いといえる。 The peak selection processing unit selects the maximum peak having the maximum intensity as the main peak from among the intensity peaks exceeding the threshold value extracted for each distance-based azimuth spectrum. In this method, by assuming that there is only one target existing at the same distance, it is possible to easily identify only the maximum peak as the target (main peak) in the azimuth spectrum for each distance. In particular, in the case of stationary objects that exist in different directions, it is considered to be an extremely accidental event that their detection distances match, and even if processing is performed to treat objects other than those with the maximum peak as false images, It can be said that there is a low possibility that this will lead to an erroneous determination.
一方、距離別に生成された方位スペクトルのそれぞれにおいてピーク抽出部が抽出する強度ピークが示す物標候補の速度を、ビーム走査により得られる種々の方位の受信波形信号に基づき特定する速度特定部を備えたものとすることができる。ピーク選別処理部は、個々の方位スペクトル毎に抽出される、閾値を超える強度ピークのうち、最大ピークと、当該最大ピークとは異なる速度が特定された強度ピークとを、メインピークとして選別するように構成できる。異なる方位に存在する複数の物標に移動する物標が含まれている場合、異なる物標間で一時的に距離が同一となることもあり得るので、上記のように最大ピークの物標以外に、それとは速度の相違する物標もメインピークとして選別することで、後者を偽像として誤棄却してしまう不具合を回避することができる。 On the other hand, it includes a speed identification section that identifies the speed of the target candidate indicated by the intensity peak extracted by the peak extraction section in each of the azimuth spectra generated for each distance based on received waveform signals of various directions obtained by beam scanning. It can be made into The peak selection processing unit is configured to select, as main peaks, the maximum peak and the intensity peak for which a speed different from the maximum peak has been specified, among the intensity peaks exceeding the threshold value extracted for each azimuth spectrum. It can be configured as follows. If multiple targets in different directions include moving targets, the distances may be temporarily the same between the different targets, so as mentioned above Furthermore, by selecting targets with different speeds as the main peak, it is possible to avoid the problem of erroneously rejecting the latter as a false image.
本発明のレーダーシステムに使用する送信部は、予め定められた変調パターンにて周波数が連続変調される送信波を探索用電波として送信するものとして構成できる。この場合、送信波の波形信号と受信波の波形信号とを混合し、送信波と受信波との周波数差に基づくビート波形信号を出力する混合部を設け、距離スペクトル生成部は、ビート波形信号の周波数スペクトルを距離スペクトルとして生成するものとして構成することができる。該方式により、物標までの距離をビート波形信号の周波数スペクトルにより高精度に特定することが可能である。 The transmitter used in the radar system of the present invention can be configured to transmit a transmission wave whose frequency is continuously modulated in a predetermined modulation pattern as a search radio wave. In this case, a mixing section is provided that mixes the waveform signal of the transmitted wave and the waveform signal of the received wave and outputs a beat waveform signal based on the frequency difference between the transmitted wave and the received wave, and the distance spectrum generation section is configured to generate a beat waveform signal. can be configured to generate a frequency spectrum as a distance spectrum. With this method, it is possible to specify the distance to the target with high accuracy based on the frequency spectrum of the beat waveform signal.
この場合、レーダーシステムの電波送受信のフロントエンド部を、マスターICと、該マスターICに対し配線部を介してカスケード接続されるスレーブICとを備えるように構成できる。マスターICには送信部が組み込まれるとともに、該マスターICとスレーブICには、受信アンテナアレイを構成する複数の要素アンテナが分散して組み込まれる。さらに、要素アンテナによる受信波の波形信号と配線部を介してマスターICから分配される送信波の波形信号とを混合する混合部と、該混合部が出力するビート波形信号をデジタル変換してシリアル出力するA/D変換部と、物標検出出力部として機能する信号処理装置を設けることができる。該信号処理装置には、マスターIC及びスレーブICのA/D変換部からのビート波形信号が個別にシリアル入力される入力部が設けられ、スレーブICには、配線部を介してマスターICからの同期信号を受信することにより、マスターICと同期してA/D変換部からビート波形信号を出力させる同期制御部を設けることができる。上記構成においては、配線部の線長等による特性インピーダンスのバラツキや、外部ノイズによるクロック信号の乱れといった内部要因により、IC間の同期ずれを招来しやすいことが、本発明者らの検討により判明している。この同期ずれは、各ICが出力するビート信号の位相差に直接的に反映され、受信アンテナアレイの応答特性に生ずるサイドローブとは無関係に偽像発生要因となる。こうした偽像は、従来のサイドローブ抑圧方式では原理的に除去できなかったものであるが、本発明の採用により問題なくこれを抑制することが可能となる。 In this case, the radio wave transmission/reception front end section of the radar system can be configured to include a master IC and a slave IC that is cascade-connected to the master IC via a wiring section. A transmitter is incorporated in the master IC, and a plurality of element antennas constituting a receiving antenna array are installed in a distributed manner in the master IC and slave IC. Furthermore, a mixing section mixes the waveform signal of the received wave by the element antenna and the waveform signal of the transmission wave distributed from the master IC via the wiring section, and the beat waveform signal outputted by the mixing section is digitally converted and serialized. It is possible to provide an output A/D conversion section and a signal processing device functioning as a target object detection output section. The signal processing device is provided with an input section to which the beat waveform signals from the A/D converters of the master IC and slave IC are individually serially input, and the slave IC receives the beat waveform signals from the master IC via the wiring section. A synchronization control section can be provided that receives a synchronization signal and causes the A/D conversion section to output a beat waveform signal in synchronization with the master IC. The inventors' studies have revealed that in the above configuration, internal factors such as variations in characteristic impedance due to the wire length of the wiring section, and clock signal disturbances caused by external noise tend to cause synchronization between the ICs. are doing. This synchronization shift is directly reflected in the phase difference between the beat signals output by each IC, and becomes a factor for generating artifacts regardless of side lobes occurring in the response characteristics of the receiving antenna array. Although such artifacts cannot be removed in principle by conventional sidelobe suppression methods, the present invention makes it possible to suppress them without any problem.
1 レーダーシステム
2 信号処理装置
3 フロントエンド部
31 CPU
32 RAM
33 ROM
33a 測定制御プログラム
33b デジタルフィルタ
33c 受信ビーム走査プログラム
33d FFTモジュール
33e 方位解析プログラム
33f 強度ピーク抽出プログラム
33g 偽像フィルタ処理プログラム
34 入出力部
DO 出力ポート
30 バス
41 送信アンプ
42 移相器
43 ローノイズアンプ
50M マスターIC
50S スレーブIC
SYN0 同期出力ポート
SYNI 同期入力ポート
SCL 配線部
WVL 波形分配ライン
51 送信アンテナ
52 要素アンテナ
53 混合部
54 発振回路
56 制御回路(同期制御部)
55 A/D変換部
57 バッファアンプ
59 クロック回路
WO1~WOn 波形出力ポート
60A 距離スペクトル生成部
60B 方位スペクトル生成部
60C ピーク抽出部
60D 偽像フィルタ部
1 Radar system 2 Signal processing device 3 Front end section 31 CPU
32 RAM
33 ROM
33a Measurement control program 33b Digital filter 33c Reception beam scanning program 33d FFT module 33e Direction analysis program 33f Intensity peak extraction program 33g False image filtering program 34 Input/output section DO Output port 30 Bus 41 Transmission amplifier 42 Phase shifter 43 Low noise amplifier 50M Master IC
50S slave IC
SYN0 Synchronous output port SYNI Synchronous input port SCL Wiring section WVL Waveform distribution line 51 Transmitting antenna 52 Element antenna 53 Mixing section 54 Oscillation circuit 56 Control circuit (synchronous control section)
55 A/D conversion section 57 Buffer amplifier 59 Clock circuit WO1 to WOn Waveform output port 60A Distance spectrum generation section 60B Direction spectrum generation section 60C Peak extraction section 60D False image filter section
Claims (5)
複数の要素アンテナからなる受信アンテナアレイを有し、前記探索用電波の反射波を、前記受信アンテナアレイを介して受信波として受信する受信部と、
前記受信アンテナアレイの受信ビーム方位を予め定められた方位角度範囲にて順次変更しつつ制御することにより前記受信波のビーム走査を行なう走査部と、
前記送信部による送信波形信号と、前記ビーム走査により得られる種々の前記受信ビーム方位の受信波形信号とに基づき、前記受信ビーム方位における距離と受信強度との関係を示す距離スペクトルを方位別に生成する距離スペクトル生成部と、
方位別に生成された複数の前記距離スペクトルから、同一距離の受信波強度点をそれぞれ抽出することにより、前記受信ビーム方位と受信強度との関係を示す方位スペクトルを距離別に生成する方位スペクトル生成部と、
距離別に生成された前記方位スペクトルのそれぞれにおいて強度ピークを抽出するピーク抽出部と、
個々の前記方位スペクトル毎に抽出される前記強度ピークからなる強度ピーク組に対し、強度値が予め定められた閾値を超えていることを必要条件として含む選別条件を設定するとともに、当該強度ピーク組において前記選別条件を充足する強度ピークを物標特定用のメインピークとして選別する処理を行なうピーク選別処理部と、
選別された前記メインピークが示す距離及び方位の情報を物標検出情報として出力する物標検出出力部と、を備え、
前記送信部は、予め定められた変調パターンにて周波数が連続変調される送信波を前記探索用電波として送信するものであり、
前記送信波の波形信号と前記受信波の波形信号とを混合し、前記送信波と前記受信波との周波数差に基づくビート波形信号を出力する混合部が設けられ、
前記距離スペクトル生成部は、前記ビート波形信号の周波数スペクトルを前記距離スペクトルとして生成するものであり、
前記要素アンテナによる前記受信波の波形信号と前記配線部を介して前記送信波の波形信号とを混合する前記混合部と、該混合部が出力する前記ビート波形信号をデジタル変換してシリアル出力するA/D変換部とが設けられ、
前記距離スペクトル生成部、前記方位スペクトル生成部、前記ピーク抽出部、前記ピーク選別処理部及び前記物標検出出力部として機能する信号処理装置が設けられるとともに、該信号処理装置には、前記A/D変換部からの前記ビート波形信号が個別にシリアル入力される入力部が設けられ、
前記A/D変換部から前記ビート波形信号を出力させる同期制御部が設けられ、
前記ビート波形信号のビート信号波形データを波形フィルタメモリに取り込み高調波に由来したノイズを除去するデジタルフィルタが備えられる
ことを特徴とするレーダーシステム。 a transmitter that transmits a search radio wave as a transmission wave for searching for a target;
a receiving unit having a receiving antenna array including a plurality of element antennas and receiving reflected waves of the search radio waves as received waves via the receiving antenna array;
a scanning unit that performs beam scanning of the received waves by sequentially changing and controlling the receiving beam azimuth of the receiving antenna array in a predetermined azimuth angle range;
Based on the transmission waveform signal by the transmitter and the reception waveform signals of various reception beam directions obtained by the beam scanning, a distance spectrum indicating a relationship between distance and reception intensity in the reception beam direction is generated for each direction. a distance spectrum generator;
an azimuth spectrum generation unit that generates an azimuth spectrum indicating the relationship between the received beam direction and the received intensity for each distance by extracting received wave intensity points at the same distance from the plurality of distance spectra generated for each azimuth; ,
a peak extraction unit that extracts an intensity peak in each of the azimuth spectra generated for each distance;
For the intensity peak set consisting of the intensity peaks extracted for each of the azimuth spectra, a selection condition including as a necessary condition that the intensity value exceeds a predetermined threshold is set, and the intensity peak set is a peak selection processing unit that performs a process of selecting an intensity peak that satisfies the selection conditions as a main peak for target identification;
A target object detection output unit that outputs information on the distance and direction indicated by the selected main peak as target object detection information,
The transmitter transmits a transmission wave whose frequency is continuously modulated in a predetermined modulation pattern as the search radio wave,
A mixing unit is provided that mixes the waveform signal of the transmitted wave and the waveform signal of the received wave and outputs a beat waveform signal based on a frequency difference between the transmitted wave and the received wave,
The distance spectrum generation unit generates a frequency spectrum of the beat waveform signal as the distance spectrum,
the mixing section that mixes the waveform signal of the received wave by the element antenna and the waveform signal of the transmission wave via the wiring section; and the beat waveform signal outputted by the mixing section is digitally converted and serially output. An A/D conversion section is provided,
A signal processing device functioning as the distance spectrum generation section, the azimuth spectrum generation section, the peak extraction section, the peak selection processing section, and the target object detection output section is provided, and the signal processing device includes the A/ An input section is provided to which the beat waveform signal from the D conversion section is individually serially input,
A synchronization control unit that outputs the beat waveform signal from the A/D conversion unit is provided,
A radar system comprising: a digital filter that captures beat signal waveform data of the beat waveform signal into a waveform filter memory and removes noise derived from harmonics.
前記物標検出出力部は、前記偽像ピーク抑制処理がなされた方位スペクトルにおいて、予め定められた閾値を超える強度ピークを前記メインピークとして特定し、該強度ピークに対応する距離及び方位の情報を前記物標の検出情報として出力する請求項1記載のレーダーシステム。 The peak selection processing unit identifies an intensity peak that does not satisfy the selection condition in the intensity peak set as a false image peak, and deletes the false image peak in the azimuth spectrum or replaces it with an intensity peak of a lower level. a false image peak suppression unit that performs false image peak suppression processing;
The target object detection output unit specifies an intensity peak exceeding a predetermined threshold as the main peak in the azimuth spectrum subjected to the false image peak suppression process, and outputs distance and azimuth information corresponding to the intensity peak. The radar system according to claim 1, wherein the radar system outputs the detection information of the target object.
前記ピーク選別処理部は、登録された前記物標候補情報のうち、前記選別条件を充足しない強度ピークに対応するものについて無効化処理を行なう無効化処理部を備え、
前記物標検出出力部は、前記物標候補登録部において前記無効化処理がなされなかった残余の前記物標候補情報に含まれる距離及び方位の情報を読み出して、前記メインピークの前記物標検出情報として出力するものである請求項1記載のレーダーシステム。 A target candidate registration unit that registers information on the distance, direction, and intensity value indicated by each intensity peak as target candidate information for the intensity peak set extracted by the peak extraction unit for each of the azimuth spectra,
The peak selection processing unit includes an invalidation processing unit that performs invalidation processing on information corresponding to intensity peaks that do not satisfy the selection conditions among the registered target candidate information,
The target object detection output unit reads distance and direction information included in the remaining target candidate information that has not been subjected to the invalidation process in the target object candidate registration unit, and detects the target object of the main peak. The radar system according to claim 1, wherein the radar system outputs the information as information.
前記ピーク選別処理部は、個々の前記方位スペクトル毎に抽出される、前記閾値を超える前記強度ピークのうち、前記最大ピークと、当該最大ピークとは異なる速度が特定された強度ピークとを、前記メインピークとして選別する請求項4に記載のレーダーシステム。 A speed at which the speed of the target candidate indicated by the intensity peak extracted by the peak extraction unit in each of the azimuth spectra generated for each distance is specified based on the received waveform signals of various azimuths obtained by the beam scanning. Equipped with a specific part,
The peak selection processing unit selects the maximum peak and an intensity peak for which a speed different from the maximum peak is specified among the intensity peaks exceeding the threshold value extracted for each of the azimuth spectra. The radar system according to claim 4, wherein the radar system selects the main peak.
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