JP2014222203A - Signal processor and signal processing method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、分析対象である信号に含まれている雑音などの不要信号の影響を低減して、信号対雑音比を改善することが可能なコヒーレント積分の積分点数を設定する信号処理装置及び信号処理方法に関するものである。 The present invention relates to a signal processing apparatus and a signal for setting the number of integration points of coherent integration that can improve the signal-to-noise ratio by reducing the influence of unnecessary signals such as noise included in the signal to be analyzed. It relates to a processing method.
信号処理装置では、信号対雑音比(以下、「SN比」と称する)を改善する目的で、分析対象の信号をコヒーレント積分することがある。
コヒーレント積分は、振幅と位相の情報を含む複素数として与えられる信号の位相情報を消さずに積み上げる処理であり、単なる複数信号の総和(平均)処理や、一般的なフーリエ変換処理などが該当する。
以下、説明の便宜上、処理対象の信号列を時系列信号と考え、時間分布の信号列をフーリエ変換して得られる分布が周波数分布であるとして説明するが、特に軸を時間に限定するものではなく、例えば、空間分布と空間周波数分布等など、フーリエ変換を介して関連付けられる軸であれば、時間分布と周波数分布に限るものではない。
ここでは、複素信号の振幅を電圧、この電圧を2乗したものを電力と称する。
In a signal processing apparatus, a signal to be analyzed may be coherently integrated for the purpose of improving a signal-to-noise ratio (hereinafter referred to as “SN ratio”).
Coherent integration is a process in which phase information of a signal given as a complex number including amplitude and phase information is accumulated without erasing, and includes simple summation (average) processing of a plurality of signals and general Fourier transform processing.
Hereinafter, for convenience of explanation, it is assumed that the signal sequence to be processed is a time-series signal and the distribution obtained by Fourier transforming the signal sequence of the time distribution is a frequency distribution, but in particular, the axis is limited to time. For example, the axis is not limited to the time distribution and the frequency distribution as long as the axes are related through Fourier transform, such as a spatial distribution and a spatial frequency distribution.
Here, the amplitude of the complex signal is called voltage, and the square of this voltage is called power.
通信装置やレーダ装置に搭載される受信機で発生する雑音(受信機雑音)のように、時間軸方向に無相関な信号の場合、積分点数がN点のコヒーレント積分を行うことで、当該信号の電力はN倍になる(同じ分散の正規分布に従う無相関なN個の変数の和で与えられる変数が、元の分布のN倍の分散の正規分布に従うという一般的性質から理解することが可能)。
以下、不要信号として、上記のような時間方向に無相関または相関の低い信号を想定する。
In the case of a signal that is uncorrelated in the time axis direction, such as noise (receiver noise) generated in a receiver mounted on a communication device or radar device, the signal is obtained by performing coherent integration with N integration points. Can be understood from the general property that a variable given by the sum of N uncorrelated variables that follow a normal distribution with the same variance follows a normal distribution with N times the variance of the original distribution. Possible).
Hereinafter, a signal having no correlation or low correlation in the time direction as described above is assumed as the unnecessary signal.
一方、位相が揃っている信号(時間に対する変化が1次成分(1次成分が0の場合も含む)だけの信号)の場合、積分点数がN点のコヒーレント積分を行うと、当該信号の電圧がN倍になるため、電力はN2倍になる。
位相が揃っている信号では、コヒーレント積分を行うことで、位相の1次成分に応じた周波数位置に積み上がる。
例えば、レーダ装置の受信信号(目標に反射されて戻ってきた反射信号)では、目標とレーダ装置の間の相対運動が全く無い場合や、時間に対する1次以下の距離変化程度の場合に、受信信号のコヒーレント積分を行うことで、位相の1次成分に応じた周波数位置に積み上がる。
On the other hand, in the case of a signal having a uniform phase (a signal whose change with respect to time is only a primary component (including a case where the primary component is 0)), when coherent integration is performed with N integration points, the voltage of the signal Is N times, so the power is N 2 times.
For signals with the same phase, coherent integration is performed to accumulate the frequency position according to the primary component of the phase.
For example, the received signal of the radar device (reflected signal reflected back to the target) is received when there is no relative motion between the target and the radar device, or when the distance changes less than the first order with respect to time. By performing coherent integration of the signal, the signal is accumulated at a frequency position corresponding to the primary component of the phase.
したがって、このような場合には、積分点数がN点のコヒーレント積分を行うことで、所望信号の電力と不要信号の電力との比(所望信号の電力/不要信号の電力)であるSN比を元の信号のN倍(=N2/N)にすることができる。
これにより、雑音に埋もれている所望信号の検出や、信号に含まれている情報の抽出についての性能が改善される。
Therefore, in such a case, by performing coherent integration with N integration points, the S / N ratio that is the ratio of the power of the desired signal to the power of the unnecessary signal (the power of the desired signal / the power of the unnecessary signal) is obtained. It can be N times the original signal (= N 2 / N).
This improves the performance of detecting a desired signal buried in noise and extracting information included in the signal.
これに対して、所望信号の位相が揃っていない場合、積分点数がN点のコヒーレント積分を行っても、信号の電力が積み上がらない。
例えば、所望信号が受信機雑音のように、時間軸方向に無相関な信号である場合には、N点のコヒーレント積分を行っても、所望信号の電力が、不要信号の電力と同様に、N倍になるだけであるため、SN比が改善されない。
On the other hand, when the phases of the desired signals are not aligned, the signal power does not increase even when coherent integration with N integration points is performed.
For example, when the desired signal is a signal that is uncorrelated in the time axis direction, such as receiver noise, the power of the desired signal is the same as the power of the unnecessary signal even if N-point coherent integration is performed. Since it is only N times, the SN ratio is not improved.
また、時間に対する変化が1次成分だけではく、2次成分を含んでいる場合、2次成分の影響で、信号が積み上がる周波数が、時間の経過に伴って移動する現象が生じる。
このような現象が生じる場合、信号が1つの周波数分解能セルに留まる時間(コヒーレント積分される積分点数)が制限され、その結果として、ある点数以降は、所望信号の電力が増加しなくなる(大まかには一定値になる)。
このため、コヒーレント積分点数が、ある点数より大きくなると、不要信号の電力が積み上がるだけで、所望信号の電力が積み上がらなくなり、コヒーレント積分点数の増加に伴ってSN比が劣化する問題が生じる。
したがって、コヒーレント積分点数は、大きいほど良いというものではなく、何らかの最適値がある。
周波数の変化速度(周波数分解能セルを移動する速度)についても、2次成分の大きさに依存して変わるため、この最適値も2次成分の大きさに応じて変化する。
In addition, when the change with respect to time includes not only the primary component but also the secondary component, a phenomenon occurs in which the frequency at which the signal accumulates moves with the passage of time due to the influence of the secondary component.
When such a phenomenon occurs, the time during which the signal stays in one frequency resolution cell (the number of integration points to be coherently integrated) is limited. As a result, after a certain number of points, the power of the desired signal does not increase (roughly). Is a constant value).
For this reason, when the coherent integration point number is larger than a certain point, only the power of the unnecessary signal is accumulated, the power of the desired signal is not accumulated, and the SN ratio is deteriorated as the number of coherent integration points is increased.
Therefore, the larger the number of coherent integration points, the better. There is some optimum value.
Since the change speed of the frequency (speed of moving the frequency resolution cell) also changes depending on the magnitude of the secondary component, the optimum value also changes according to the magnitude of the secondary component.
ここで、2次成分の発生要因としては様々なものが考えられるが、特に、レーダ装置の例では、目標とレーダ装置の間の距離変化が2次の成分を有する場合に顕著に発生する。
この2次成分としては、レーダ装置を基準とする目標の運動に含まれている加速度成分が挙げられる。
また、目標の運動に含まれている成分のうち、レーダ装置の視線方向に直交する成分が含まれる場合、この成分の距離変化は近似的に2次成分とみなされる。
Here, various factors can be considered as the generation component of the secondary component. In particular, in the example of the radar device, the change in the distance between the target and the radar device significantly occurs when the secondary component has a secondary component.
Examples of the secondary component include an acceleration component included in a target motion based on the radar device.
Further, when a component orthogonal to the line-of-sight direction of the radar apparatus is included among the components included in the target motion, the distance change of this component is approximately regarded as a secondary component.
SN比が低い環境下での信号検出や信号に含まれる情報の抽出は、使用電力が一定である条件下でのサービスエリアの拡大(例えば、レーダ装置の場合、目標を監視できる最大距離の拡大など)や、サービスエリアが一定である条件下でのレーダ装置の使用電力の低減(例えば、通信機器の省電力化など)等を図る上で重要な問題である。
したがって、SN比が低い環境下での信号検出や信号に含まれる情報の抽出を実現するために、2次成分の影響を考慮して、コヒーレント積分点数を設定する技術の実現が必要とされている。
Signal detection and extraction of information contained in the signal under an environment where the S / N ratio is low is performed by expanding the service area under a condition where the power used is constant (for example, in the case of a radar device, expanding the maximum distance at which the target can be monitored). Etc.) and reduction of power used by the radar device under a condition where the service area is constant (for example, power saving of communication equipment) is an important problem.
Therefore, in order to realize signal detection and extraction of information included in the signal in an environment where the S / N ratio is low, it is necessary to realize a technique for setting the number of coherent integration points in consideration of the influence of the secondary component. Yes.
以下の特許文献1には、状況に応じてコヒーレント積分の積分点数を調整する信号処理装置が開示されている。
この信号処理装置では、目標までの距離が遠くなるほど、所望信号の受信電力が小さくなることに対処するために、目標までの距離が遠いほど、コヒーレント積分の積分点数が多くなるように調整している。
この特許文献1では、加速度などの位相の2次変化は着目しておらず、2次変化が生じても、コヒーレント積分の積分点数は調整されない。
In this signal processing apparatus, in order to cope with the fact that the received power of the desired signal decreases as the distance to the target increases, adjustment is performed so that the number of integration points of coherent integration increases as the distance to the target increases. Yes.
In
以下の特許文献2には、追尾性能を最適化するという視点の下、コヒーレント積分の積分点数を大きくすれば、観測周期が大きくなるが、角度観測誤差が小さくなるトレードオフの関係を踏まえて、コヒーレント積分の積分点数を設定する信号処理装置が開示されている。
この信号処理装置でも、加速度などの位相の2次変化は着目しておらず、2次変化が生じても、コヒーレント積分の積分点数は調整されない。
From the viewpoint of optimizing the tracking performance, the following
This signal processing apparatus does not pay attention to the secondary change of the phase such as acceleration, and the number of integration points of the coherent integration is not adjusted even if the secondary change occurs.
以下の特許文献3には、ドップラースペクトルの帯域幅が広い目標の信号のコヒーレント積分を行っても、ある積分点数以上では、SN比の改善が飽和(収束)する旨の記載がある。
しかし、ドップラースペクトルの帯域幅の広がりの原因として、「信号のゆらぎ」が例示されているが、信号のゆらぎが加速度(2次成分)のことを指しているのかが不明瞭であり、また、コヒーレント積分点数の増大に伴ってSN比が飽和する傾向は、ある積分点数以降、SN比が劣化していく加速度による傾向とは一致しないことから、特に加速度の問題を取り扱っているのではないと理解される。
また、特許文献3に開示されている信号処理装置では、複数種類の積分点数で、コヒーレント積分処理を並列して行うため、仮に、この信号処理装置が加速度を考慮しているとしても、その処理負荷の増大が問題になる。
However, as a cause of the bandwidth expansion of the Doppler spectrum, “signal fluctuation” is exemplified, but it is unclear whether the signal fluctuation refers to acceleration (secondary component), The tendency of the S / N ratio to saturate as the number of coherent integration points increases does not coincide with the tendency due to the acceleration of the S / N ratio to deteriorate after a certain number of integration points. Understood.
Further, in the signal processing device disclosed in
以下の特許文献4には、複数の積分点数でコヒーレント積分処理を並列に実施し、目標のドップラースペクトルの広がりが大きい場合、小さい積分点数でのコヒーレント積分結果を選択し、目標のドップラースペクトルの広がりが小さい場合、大きい積分点数でのコヒーレント積分結果を選択する信号処理装置が開示されている。
この特許文献4では、目標のドップラースペクトルの広がりと加速度(2次成分)の関係は述べられていない。このため、この信号処理装置では、2次変化が生じても、コヒーレント積分の積分点数は調整されない。
In
In
従来の信号処理装置は以上のように構成されているので、信号の位相が2次変化していても、2次変化に応じてコヒーレント積分の積分点数を最適化することができない。このため、信号の位相が2次変化している場合、信号対雑音比を十分に改善することができないなどの課題があった。 Since the conventional signal processing apparatus is configured as described above, the number of integration points for coherent integration cannot be optimized in accordance with the secondary change even if the phase of the signal changes secondary. For this reason, when the phase of the signal is secondarily changed, there is a problem that the signal-to-noise ratio cannot be sufficiently improved.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、信号の位相が2次変化していても、信号対雑音比を改善することができる信号処理装置及び信号処理方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a signal processing device and a signal processing method capable of improving a signal-to-noise ratio even when the phase of the signal is second-order changed. With the goal.
この発明に係る信号処理装置は、コヒーレント積分を行う信号を取得する信号取得回路と、信号取得回路により取得される信号における位相の2次変化の想定範囲を示す2次変化情報を出力する2次変化情報出力回路と、2次変化情報出力回路から出力された2次変化情報が示す位相の2次変化の想定範囲内で、信号取得回路により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数で行われた場合の信号対雑音比の改善比を算出し、その改善比に基づいてコヒーレント積分の積分点数を設定するコヒーレント積分点数設定回路とを設け、コヒーレント積分回路が、コヒーレント積分点数設定回路により設定された積分点数で、信号取得回路により取得された信号のコヒーレント積分を行うようにしたものである。 A signal processing apparatus according to the present invention outputs a signal acquisition circuit that acquires a signal for performing coherent integration, and secondary change information that indicates an assumed range of a secondary change in phase in the signal acquired by the signal acquisition circuit. The coherent integration of the signal acquired by the signal acquisition circuit is performed at each integration point within the assumed range of the secondary change of the phase indicated by the change information output circuit and the secondary change information output from the secondary change information output circuit. A coherent integration point setting circuit that calculates an improvement ratio of the signal-to-noise ratio when it is performed and sets the integration point number of the coherent integration based on the improvement ratio, and the coherent integration circuit is configured by the coherent integration point setting circuit The coherent integration of the signal acquired by the signal acquisition circuit is performed with the set number of integration points.
この発明によれば、コヒーレント積分点数設定回路が、2次変化情報出力回路から出力された2次変化情報が示す位相の2次変化の想定範囲内で、信号取得回路により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数で行われた場合の信号対雑音比の改善比を算出し、その改善比に基づいてコヒーレント積分の積分点数を設定するように構成したので、信号の位相が2次変化していても、信号対雑音比を改善することができる効果がある。 According to the present invention, the coherent integration point number setting circuit is capable of coherently acquiring the signal acquired by the signal acquisition circuit within the assumed range of the secondary change of the phase indicated by the secondary change information output from the secondary change information output circuit. Since the improvement ratio of the signal-to-noise ratio when integration is performed at each integration point is calculated, and the integration point number of coherent integration is set based on the improvement ratio, the phase of the signal changes secondarily. Even if it does, there exists an effect which can improve a signal to noise ratio.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による信号処理装置を示す構成図である。
図1において、信号取得回路1はコヒーレント積分を行う信号を取得する回路である。
2次変化情報出力回路2は信号取得回路1により取得される信号における位相の2次変化の想定範囲を示す2次変化情報を出力する回路である。
コヒーレント積分点数設定回路3は2次変化情報出力回路2から出力された2次変化情報が示す位相の2次変化の想定範囲内で、信号取得回路1により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数で行われた場合のSN比(信号対雑音比)の改善比を算出し、その改善比に基づいてコヒーレント積分の積分点数を設定する回路である。
1 is a block diagram showing a signal processing apparatus according to
In FIG. 1, a
The secondary change
The coherent integration point
コヒーレント積分回路4はコヒーレント積分点数設定回路3により設定された積分点数で、信号取得回路1により取得された信号のコヒーレント積分を行う回路である。
信号分析回路5はコヒーレント積分回路4によるコヒーレント積分後の信号を分析する回路であり、例えば、信号処理装置がレーダ装置に実装される場合、コヒーレント積分後の信号から目標を検出する処理、目標の運動を推定する処理、レーダ画像を生成する処理などを実施する。また、レーダ画像をぼけさせる不要な運動成分を補償するための運動推定処理なども実施する。
The
The
図1の例では、信号処理装置の構成要素である信号取得回路1、2次変化情報出力回路2、コヒーレント積分点数設定回路3、コヒーレント積分回路4及び信号分析回路5のそれぞれが専用のハードウェア(例えば、CPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど)で構成されているものを想定しているが、信号処理装置がコンピュータで構成されていてもよい。
信号処理装置がコンピュータで構成されている場合、信号取得回路1、2次変化情報出力回路2、コヒーレント積分点数設定回路3、コヒーレント積分回路4及び信号分析回路5の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
In the example of FIG. 1, each of the
When the signal processing device is configured by a computer, a program describing the processing contents of the
図2はこの発明の実施の形態1による信号処理装置のコヒーレント積分点数設定回路3を示す構成図である。
図2において、2次変化特性設定回路11は2次変化情報出力回路2より出力された2次変化情報から信号の2次変化特性(例えば、想定範囲内の離散的な2次変化量など)を設定する回路である。
所望信号電力改善比算出回路12は2次変化特性設定回路11により設定された2次変化量毎に、信号取得回路1により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数で行われた場合の上記信号に含まれている所望信号の電力改善比をそれぞれ算出する回路である。
不要信号電力改善比算出回路13は信号取得回路1により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数で行われた場合の上記信号に含まれている不要信号(例えば、受信機雑音などの成分)の電力改善比をそれぞれ算出する回路である。
なお、所望信号電力改善比算出回路12及び不要信号電力改善比算出回路13から電力改善比算出手段が構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing a coherent integration point
In FIG. 2, the secondary change
The desired signal power improvement
The unnecessary signal power improvement
The desired signal power improvement
S/N改善比算出回路14は2次変化特性設定回路11により設定された2次変化量毎に、所望信号電力改善比算出回路12により算出された所望信号の電力改善比と不要信号電力改善比算出回路13により算出された不要信号の電力改善比からSN比の改善比を算出する回路である。なお、S/N改善比算出回路14はS/N改善比算出手段を構成している。
達成確率算出回路15は2次変化特性設定回路11により設定された2次変化量毎に、S/N改善比算出回路14により算出されたSN比の改善比の達成確率をそれぞれ算出する回路である。なお、達成確率算出回路15は達成確率算出手段を構成している。
The S / N improvement
The achievement
達成確率最適化指標設定回路16はコヒーレント積分点数選択回路17が最適な積分点数を選択する際の最適化指標(例えば、達成確率が所定値以上になる条件の下で、SN比の改善比が最も高くなる積分点数を選択する旨を示す指標、SN比の改善比が所定値以上になる条件の下で、達成確率が最も高くなる積分点数を選択する旨を示す指標、SN比の改善比と達成確率から算出される指標が最も高くなる積分点数を選択する旨を示す指標など)を設定する回路である。
The achievement probability optimization
コヒーレント積分点数選択回路17は達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標が、例えば、達成確率が所定値以上になる条件の下で、SN比の改善比が最も高くなる積分点数を選択する旨を示している場合、複数の積分点数の中から、達成確率算出回路15により算出された達成確率が所定値以上になる条件の下で、S/N改善比算出回路14により算出されたSN比の改善比が最も高くなる積分点数を選択する。
また、コヒーレント積分点数選択回路17は達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標が、例えば、SN比の改善比が所定値以上になる条件の下で、達成確率が最も高くなる積分点数を選択する旨を示している場合、複数の積分点数の中から、S/N改善比算出回路14により算出されたSN比の改善比が所定値以上になる条件の下で、達成確率算出回路15により算出された達成確率が最も高くなる積分点数を選択する。
また、コヒーレント積分点数選択回路17は達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標が、例えば、SN比の改善比と達成確率から算出される指標が最も高くなる積分点数を選択する旨を示している場合、S/N改善比算出回路14により算出されたSN比の改善比と達成確率算出回路15により算出された達成確率から指標Fを算出し、複数の積分点数の中から、その指標Fが最も高くなる積分点数を選択する。
なお、達成確率最適化指標設定回路16及びコヒーレント積分点数選択回路17から積分点数選択手段が構成されている。
図3はコヒーレント積分点数設定回路3の処理内容を示すフローチャートである。
The coherent integration point
In addition, the coherent integration
Further, the coherent integration
The achievement probability optimization
FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents of the coherent integration point
次に動作について説明する。
ここでは、信号処理装置がSAR(Synthetic Aperture Radar)やISAR(Inverse SAR)などの画像レーダを含むレーダ装置に適用される例を説明する。
信号処理装置がレーダ装置に適用される場合、信号処理装置の信号取得回路1は、例えば、以下の処理を実施する回路によって構成される。
Next, the operation will be described.
Here, an example will be described in which the signal processing apparatus is applied to a radar apparatus including an image radar such as SAR (Synthetic Aperture Radar) or ISAR (Inverse SAR).
When the signal processing device is applied to a radar device, the
(1)目標に照射する高周波信号を生成して、その高周波信号を送信アンテナに出力する
送信機
(2)送信機から出力された高周波信号を空間に放射する送信アンテナ
(3)送信アンテナから放射された後、目標によって反射・散乱された高周波信号を受信
する受信アンテナ(送受切換装置を用いることで、送信アンテナと受信アンテナを1
つのアンテナで共用することも可能)
(4)受信アンテナにより受信された高周波信号を検波して復調する受信機
(5)受信機の受信信号と送信機により生成された高周波信号の相関演算を実施して、レ
ンジ方向の分解能を向上させるパルス圧縮器
(1) Generate a high-frequency signal to irradiate the target and output the high-frequency signal to the transmitting antenna Transmitter (2) Transmitting antenna that radiates the high-frequency signal output from the transmitter to space (3) Radiate from the transmitting antenna After that, a receiving antenna that receives a high-frequency signal reflected / scattered by the target (using a transmission / reception switching device, the transmitting antenna and the receiving antenna are
(It can also be shared by two antennas)
(4) A receiver that detects and demodulates the high-frequency signal received by the receiving antenna. (5) Performs a correlation operation between the received signal of the receiver and the high-frequency signal generated by the transmitter to reduce the resolution in the range direction. Improved pulse compressor
信号取得回路1は、レンジ方向の分解能が向上された受信信号(受信信号、レンジ方向の目標波形を与えることから、「レンジプロフィール」と呼ばれる)を得る処理を、目標に対して高周波信号を照射する時刻をずらしながら繰り返すことで、レンジプロフィールの時間履歴であるレンジヒストリを得ることができる。
この一連の処理は、画像レーダを含むレーダ装置で一般的に良く用いられるものであり、その動作や構成等も良く知られていることから、ここでは詳細な説明を省略する。
The
This series of processing is generally well used in a radar apparatus including an image radar, and its operation, configuration, and the like are well known, so detailed description thereof is omitted here.
信号取得回路1により得られるレンジヒストリは、信号の歪み(例えば、相対運動に伴う反射点の移動や位相の高次変化など)を生じている可能性があり、この歪みがコヒーレント積分の性能を劣化させる可能性がある。
この信号の歪みの原因となっている何らかの外乱の大きさ(例えば、相対運動の大きさ)が既知である場合には、予め、信号取得回路1が信号の歪みを補償するようにしてもよい。
これはレンジヒストリに限らず、通信、その他の考えられる信号についても同様に当てはまることである。
The range history obtained by the
When the magnitude of some disturbance (for example, the magnitude of relative motion) that causes the distortion of the signal is known, the
This applies not only to the range history but also to communication and other possible signals.
レーダ装置では、目標とレーダ装置の間のレンジ変化に含まれる2次の時間変化成分が、コヒーレント積分によるSN比の改善比を劣化させる主要因となる。以下、2次の時間変化成分が主要因となる理由を具体的に説明する。
ここでは、時刻t[s]において、レーダ装置を基準とする目標のレンジのうち、特に時間と一緒に変化する成分をd(t)[m]とする。
このとき、成分d(t)が2次以下で与えられるものとし、1次変化の係数(ラジアル速度)をv[m/s]、2次変化の係数(ラジアル加速度)をa[m/s2]とすると、成分d(t)は、下記の式(1)のように表される。
In the radar apparatus, the second-order time-varying component included in the range change between the target and the radar apparatus is a main factor that degrades the SN ratio improvement ratio by coherent integration. Hereinafter, the reason why the secondary time change component is the main factor will be described in detail.
Here, at time t [s], a component that changes with time in the target range based on the radar device is d (t) [m].
At this time, it is assumed that the component d (t) is given by the second order or lower, and the coefficient of primary change (radial velocity) is v [m / s], and the coefficient of secondary change (radial acceleration) is a [m / s. 2 ], the component d (t) is represented by the following formula (1).
上記の説明では、高周波信号の送信位置と受信位置が同一であるモノスタティック観測を想定しているが、「送信位置から目標までの距離」と「目標から受信位置までの距離」の和を2分の1した距離をレンジと定義すれば、送信位置と受信位置が異なるバイスタティック観測にまで拡張して扱うことができる。
以下では、バイスタティック観測にまで拡張して考えるものとする。
In the above description, monostatic observation is assumed in which the transmission position and reception position of the high-frequency signal are the same, but the sum of “distance from transmission position to target” and “distance from target to reception position” is 2 If the distance that is a fraction is defined as a range, it can be extended to bistatic observation with different transmission and reception positions.
In the following, we will extend to bistatic observation.
中心周波数に相当する波長をλ[m]とすると、成分d(t)に対応する受信信号の位相変化φ(t)[rad]は、下記の式(2)で与えられる。
したがって、瞬時ドップラー周波数γ(t)[Hz]は、下記の式(3)で与えられる。
When the wavelength corresponding to the center frequency is λ [m], the phase change φ (t) [rad] of the received signal corresponding to the component d (t) is given by the following equation (2).
Therefore, the instantaneous Doppler frequency γ (t) [Hz] is given by the following equation (3).
式(3)より、瞬時ドップラー周波数γ(t)は、ラジアル加速度aの影響で変化することが分かる。
これにより、目標の信号がドップラーセルを移動するため、2次変化の成分であるラジアル加速度aがコヒーレント積分よるSN比の改善比を劣化させる要因となる。
From equation (3), it can be seen that the instantaneous Doppler frequency γ (t) changes due to the influence of the radial acceleration a.
Thus, since the target signal moves through the Doppler cell, the radial acceleration a, which is the component of the secondary change, becomes a factor that degrades the improvement ratio of the SN ratio by coherent integration.
ここで、コヒーレント積分に用いる信号の時間幅(コヒーレント積分時間)をT[s]とすると、この時間幅T内での瞬時ドップラー周波数の総変動量Γ(a,T)[Hz]は、下記の式(4)で与えられる。
また、時間幅Tに対応するドップラー周波数セル幅Δ(T)[Hz]は、下記の式(5)で与えられる。
よって、時間幅Tの間に移動するドップラーセル数は、概ね、下記の式(6)に示すM(a,T)[−]で与えられる。
Here, assuming that the time width (coherent integration time) of the signal used for coherent integration is T [s], the total fluctuation amount Γ (a, T) [Hz] of the instantaneous Doppler frequency within this time width T is as follows. (4).
Further, the Doppler frequency cell width Δ (T) [Hz] corresponding to the time width T is given by the following equation (5).
Therefore, the number of Doppler cells that move during the time width T is approximately given by M (a, T) [−] shown in the following equation (6).
パルス繰り返し周波数をfp[Hz]とすると、コヒーレント積分点数kは、時間幅Tと下記の式(7)で関係付けられる。
この関係に基づいて、下記の式(8)に示すように、ドップラーセル数M(a,T)をコヒーレント積分点数kに依存するM(a,k)の形で表すようにする。
When the pulse repetition frequency is f p [Hz], the coherent integration point number k is related to the time width T by the following equation (7).
Based on this relationship, the Doppler cell number M (a, T) is expressed in the form of M (a, k) depending on the coherent integration point number k as shown in the following equation (8).
以上を踏まえ、コヒーレント積分点数設定回路3に含まれている各回路の処理内容を説明するが、2次変化情報出力回路2では、信号取得回路1により取得される信号における位相の2次変化の想定範囲を示す2次変化情報を出力する。
2次変化情報出力回路2から出力される2次変化情報は、信号における位相の2次変化の想定範囲を示す情報であるが、具体的には、信号における位相の2次変化を正規分布(別途定められている平均値と標準偏差で表現されている正規分布)で表している情報などが該当する。
図4は信号における位相の2次変化特性の一例を示す説明図である。
Based on the above, the processing contents of each circuit included in the coherent integration point
The secondary change information output from the secondary change
FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of the secondary change characteristic of the phase in the signal.
ここでは、2次変化情報が、信号における位相の2次変化を正規分布で表している情報を例示したが、位相の2次変化を表しているものであれば、正規分布で表している情報に限るものではなく、例えば、別途定められている平均値と幅で表現されている一様分布であってもよい。
また、位相の2次変化を表現するデルタ関数的な分布(位相の2次変化を別途定められた少ない種類(例えば、1つ)の値のみで値を有するデルタ関数的な分布)であってもよい。
デルタ関数的な分布は、係数について想定される分布範囲の絶対値の最大値、最大値と最小値の両端の値、平均値、最頻値など、特徴的な少ない種類の値でのみ値を有する形で与えられる。
Here, the secondary change information exemplifies information indicating the secondary change of the phase in the signal with a normal distribution. However, if the secondary change information indicates the secondary change of the phase, the information expressed with the normal distribution. For example, it may be a uniform distribution expressed by an average value and a width that are separately defined.
Further, the distribution is a delta function that expresses a secondary change in phase (a delta function distribution that has a value only with a small number of types (for example, one) separately determined as a secondary change in phase). Also good.
A delta function distribution is a value with only a small number of distinctive values, such as the maximum absolute value of the distribution range assumed for the coefficient, values at both ends of the maximum and minimum values, the average value, and the mode value. Is given in the form of having.
コヒーレント積分点数設定回路3の2次変化特性設定回路11は、2次変化情報出力回路2から2次変化情報を受けると、その2次変化情報から信号の2次変化特性(例えば、想定範囲内の離散的な2次変化量など)を設定する(図3のステップST1)。
即ち、2次変化特性設定回路11は、信号の2次変化特性として、2次変化情報から信号の2次変化係数範囲を設定して、その2次変化係数範囲の確率密度値を算出し、その確率密度値を所望信号電力改善比算出回路12、S/N改善比算出回路14及び達成確率算出回路15に出力する。
この確率密度値については、連続的な関数p(a)で与えるようにしてもよいし、離散値で与えるようにしてもよい。
なお、連続的な関数p(a)である確率密度分布p(a)に関しては、値を有する(0とならない)範囲が無限に広がる場合も想定される(例えば、正規分布)が、これについては、後段の処理負荷低減等の目的で、p(a)が十分に小さい範囲の値をゼロとみなして、aの範囲を絞り込むように設定されていても構わない。
この場合は、確率密度値の全aの範囲に渡る積分値が1になるように正規化する。
When receiving the secondary change information from the secondary change
That is, the secondary change
The probability density value may be given as a continuous function p (a) or as a discrete value.
Regarding the probability density distribution p (a), which is a continuous function p (a), a range having a value (not 0) may be assumed to be infinite (for example, a normal distribution). May be set so as to narrow the range of a by regarding the value in a range where p (a) is sufficiently small as zero for the purpose of reducing the processing load at the subsequent stage.
In this case, normalization is performed so that the integral value over the entire range of probability density values is 1.
また、確率密度値を離散的に与える場合、Y個(Yは1以上)の2次変化係数ay(y=1,2,…,Y)における確率密度値をpyとして、下記の式(9)を満足するように設定する。
なお、後段の所望信号電力改善比算出回路12が、所望信号の電力改善比Gs(ay,k)を離散系で計算を行う場合には、2次変化特性設定回路11により設定された2次変化係数ayについて、所望信号の電力改善比Gs(ay,k)が算出される。
一方、所望信号電力改善比算出回路12が連続系で計算を行う場合には、2次変化特性設定回路11により算出された確率密度分布p(a)が0以外の値を持つaの範囲を含んでいる所望信号の電力改善比Gs(a,k)が算出される。
Further, when the probability density value is given discretely, the probability density value in Y (Y is 1 or more) secondary change coefficients a y (y = 1, 2,..., Y) is defined as py , and the following equation Set to satisfy (9).
When the desired signal power improvement
On the other hand, when the desired signal power improvement
以下、2次変化特性設定回路11による信号の2次変化特性の設定例を挙げる。
[設定例1]
例えば、2次変化情報出力回路2から2次変化情報として、ラジアル加速度aの標準偏差σが得られた場合、信号の2次変化特性として、平均0、標準偏差σの正規分布で表されている確率密度分布を設定するようにする。
2次変化情報出力回路2から2次変化情報として、ラジアル加速度aの標準偏差σに加えて、バイアス成分μが別途得られる場合には、平均μ、標準偏差σの正規分布で表されている確率密度分布を設定するようにする。
また、分布形状を表す別の情報が得られる場合には、その情報に従って適宜設定すればよい。
Hereinafter, an example of setting the secondary change characteristic of the signal by the secondary change
[Setting example 1]
For example, when the standard deviation σ of the radial acceleration a is obtained as the secondary change information from the secondary change
When the bias component μ is separately obtained as the secondary change information from the secondary change
Moreover, what is necessary is just to set suitably according to the information, when other information showing a distribution shape is obtained.
[設定例2]
2次変化情報出力回路2から2次変化情報として、分布形状を表している情報があまり得られない場合は、適当な幅の一様分布や正規分布等の分布を仮定して、その分布をラジアル加速度aについての分布に代用することが可能である。
例えば、2次変化情報出力回路2から2次変化情報として、平均μのみの情報が得られた場合、信号の2次変化特性として、平均μの付近で適当に設定した幅の正規分布や一様分布を設定する方法が考えられる。
また、大まかな標準偏差σは予想されるが、その標準偏差σの分布が正規分布にしたがっているか否かが不明な場合、その標準偏差σの分布を正規分布とみなすような方法も、設定例2の範疇に入る。
[Setting example 2]
When the information representing the distribution shape is not obtained as the secondary change information from the secondary change
For example, when information about only the average μ is obtained as the secondary change information from the secondary change
In addition, if a rough standard deviation σ is expected, but it is unclear whether the standard deviation σ distribution follows a normal distribution, a method that considers the standard deviation σ distribution as a normal distribution is also a setting example. Enter
[設定例3]
例えば、2次変化情報出力回路2から2次変化情報として、平均値μのみが得られた場合、信号の2次変化特性として、平均値μのみで値を有するデルタ関数的な分布を設定するようにする。
デルタ関数的な分布は、平均値μに限るものではなく、その他の重要値だけを有るものであってもよい。
その他の重要値としては、例えば、目標の運動性能から予想されるラジアル加速度aの最大値amaxや、最頻値などが考えられる。
平均値や最頻値は、その分布を最も特徴づける値であるし、より大きな2次係数(絶対値が大きい係数)は、よりコヒーレント積分点数の上限を制限する重要値であることから、これらの値を分布の代表値にするのは妥当な考え方である。
[Setting example 3]
For example, when only the average value μ is obtained as the secondary change information from the secondary change
The delta function-like distribution is not limited to the average value μ, and may have only other important values.
As other important values, for example, the maximum value a max of the radial acceleration a expected from the target exercise performance, the mode value, and the like can be considered.
The average value and the mode value are values that most characterize the distribution, and the larger secondary coefficient (the coefficient having a large absolute value) is an important value that limits the upper limit of the coherent integration point. It is a reasonable idea to make the value of be a representative value of the distribution.
[設定例4]
デルタ関数の位置は1つに限らず、複数の位置に設定するようにしてもよい。
例えば、ラジアル加速度aの最大値amaxに関しては、符号を考慮して、±amaxの2点に設定するようにしてもよい。
[Setting Example 4]
The position of the delta function is not limited to one, and may be set to a plurality of positions.
For example, the maximum value a max of the radial acceleration a may be set at two points ± a max in consideration of the sign.
所望信号電力改善比算出回路12は、2次変化特性設定回路11が信号の2次変化特性を設定すると、その2次変化特性から想定される2次変化量であるラジアル加速度a毎に、信号取得回路1により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数kで行われた場合の上記信号に含まれている所望信号の電力改善比Gs(a,k)をそれぞれ算出する(ステップST2)。
以下、所望信号電力改善比算出回路12による所望信号の電力改善比Gs(a,k)の算出処理を具体的に説明する。
When the secondary change
The processing for calculating the power improvement ratio G s (a, k) of the desired signal by the desired signal power improvement
ここで、電力改善比は、入力電力Xinと出力電力Xoutの比(Xout/Xin)の値を指すものである。
所望信号の電力改善比の場合、Xinが所望信号の入力電力、Xoutがコヒーレント積分後の所望信号の電力である。
ただし、コヒーレント積分後の所望信号の電力は、各ドップラーセルの中で、正しく信号が積み上がったセルの電力の最大値を指すものとする。
Here, the power improvement ratio refers to the value of the ratio (Xout / Xin) between the input power Xin and the output power Xout.
In the case of the power improvement ratio of the desired signal, Xin is the input power of the desired signal, and Xout is the power of the desired signal after coherent integration.
However, the power of the desired signal after the coherent integration indicates the maximum value of the power of the cell in which the signals are correctly stacked in each Doppler cell.
信号取得回路1により取得される信号の中に位相の2次変化成分が含まれていない場合、k点の信号は全て同じドップラーセルに積み上がるため、所望信号の電力改善比はk2になる。
しかし、位相の2次変化成分が含まれている場合、上述したように、ドップラーセルの移動を伴うことがあるので、ドップラーセルの移動を伴う影響を踏まえて、所望信号の電力改善比を計算する必要がある。
以下、所望信号の電力改善比の計算方法(1)(2)を説明する。
When the signal acquired by the
However, if a secondary phase change component is included, as described above, it may be accompanied by movement of the Doppler cell, so the power improvement ratio of the desired signal is calculated based on the effect of movement of the Doppler cell. There is a need to.
Hereinafter, calculation methods (1) and (2) of the power improvement ratio of the desired signal will be described.
計算方法(1)
信号取得回路1により取得される信号の中に位相の2次変化成分が含まれている場合でも、信号のコヒーレント積分によって所望信号が同一のドップラーセルに積み上がる積分点数の最大限界値(コヒーレント積分限界点数)を算出する。
コヒーレント積分限界点数は、下記の式(10)を満足する点数kとして与えられる。ただし、説明の簡単化のため、kの整数化に関しては考慮していない。
Calculation method (1)
Even when the signal acquired by the
The coherent integration limit score is given as a score k that satisfies the following equation (10). However, for simplification of explanation, the integerization of k is not considered.
M(a,k)はラジアル加速度aに依存して変化するので、コヒーレント積分限界点数もラジアル加速度aに依存して変化する。
M(a,k)の値をq(a)で表すことにすると、q(a)は下記の式(11)で与えられる。
Since M (a, k) changes depending on the radial acceleration a, the coherent integration limit number also changes depending on the radial acceleration a.
If the value of M (a, k) is represented by q (a), q (a) is given by the following equation (11).
コヒーレント積分点数kがq(a)以下では、k点の信号は、全て同じ1つのドップラーセルに積み上がるため、所望信号の電力改善比は上述したようにk2になる。
しかし、コヒーレント積分点数kがq(a)より大きい場合、同じ1つのドップラーセルに積み上がる信号の点数はq(a)で頭打ちとなり、残りの信号は、そのドップラーセルと隣接しているセルに積み上がる。このため、所望信号の電力改善比もq(a)2で頭打ちになるとみなせる。
以上より、所望信号の電力改善比Gs(a,k)は、下記の式(12)で与えられる。
式(12)において、min{[x,y]}は、x,yのうち、大きくない方の値を取り出すオペレータである。
When the number of coherent integration points k is equal to or less than q (a), the signals at k points are all accumulated in the same Doppler cell, and thus the power improvement ratio of the desired signal is k 2 as described above.
However, if the coherent integration point k is larger than q (a), the number of signals accumulated in the same one Doppler cell reaches a peak at q (a), and the remaining signals are transmitted to cells adjacent to the Doppler cell. Pile up. For this reason, it can be considered that the power improvement ratio of the desired signal reaches its peak at q (a) 2 .
From the above, the power improvement ratio G s (a, k) of the desired signal is given by the following equation (12).
In Expression (12), min {[x, y]} is an operator that extracts the smaller value of x and y.
計算方法(2)
計算方法(1)では、瞬時ドップラー周波数の時間変化とドップラーセル幅を基準としている信号の積み上がりモデルに基づいて、所望信号の電力改善比Gs(a,k)を算出しているが、信号取得回路1により取得される信号に含まれている所望信号をフーリエ変換して、フーリエ変換後の信号を電力に換算し、それらの電力の中の最大電力と基準信号の電力から、所望信号の電力改善比Gs(a,k)を算出するようにしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
Calculation method (2)
In the calculation method (1), the power improvement ratio G s (a, k) of the desired signal is calculated based on a signal accumulation model based on the temporal change of the instantaneous Doppler frequency and the Doppler cell width. The desired signal included in the signal acquired by the
Specifically, it is as follows.
例えば、下記の式(13)で与えられる電力1の所望信号s(a,m)を想定する。
所望信号s(a,m)を下記の式(14)に示すようにコヒーレント積分(離散フーリエ変換)を実施した後、フーリエ変換後の信号を電力に換算し、それらの電力の中の最大電力を探索することによっても、所望信号の電力改善比Gs(a,k)が得られる。
なお、フーリエ変換に基づく所望信号の電力改善比Gs(a,k)の算出は、上記の離散フーリエ変換の計算に限るものではなく、例えば、連続系のフーリエ変換に基づく式変形や数値積分等でも実施可能である。
For example, a desired signal s (a, m) with
The coherent integration (discrete Fourier transform) is performed on the desired signal s (a, m) as shown in the following equation (14), the signal after the Fourier transform is converted into power, and the maximum power among those powers The power improvement ratio G s (a, k) of the desired signal can also be obtained by searching for.
Note that the calculation of the power improvement ratio G s (a, k) of the desired signal based on the Fourier transform is not limited to the above-described calculation of the discrete Fourier transform. For example, formula modification and numerical integration based on the continuous Fourier transform Etc. are also possible.
図5は不要信号及び所望信号の電力改善比特性の一例を示す説明図であり、特に図5(b)は計算方法(1)で計算された所望信号の電力改善比Gs(a,k)の特性を示している。所望信号の電力改善比Gs(a,k)が計算方法(2)で計算された場合も概ね同じ傾向が得られる。
図5において、横軸はコヒーレント積分点数k、縦軸は所望信号の電力改善比[dB]を表している。
図5では、異なるラジアル加速度a[m/s2]に対する特性を、線種を変えて重ね描きしている。
図5より、ラジアル加速度aが大きくなるほど、小さなコヒーレント積分点数で、改善比の増加が頭打ちになる傾向が確認される。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of the power improvement ratio characteristics of the unnecessary signal and the desired signal. In particular, FIG. 5B shows the power improvement ratio G s (a, k) of the desired signal calculated by the calculation method (1). ) Characteristics. The same tendency can be obtained when the power improvement ratio G s (a, k) of the desired signal is calculated by the calculation method (2).
In FIG. 5, the horizontal axis represents the number of coherent integration points k, and the vertical axis represents the power improvement ratio [dB] of the desired signal.
In FIG. 5, characteristics for different radial accelerations a [m / s 2 ] are overlaid with different line types.
From FIG. 5, it can be confirmed that the increase in the improvement ratio tends to reach its peak with a smaller number of coherent integration points as the radial acceleration a increases.
不要信号電力改善比算出回路13は、信号取得回路1により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数kで行われた場合の上記信号に含まれている不要信号(例えば、受信機雑音などの成分)の電力改善比Gn(k)をそれぞれ算出する(ステップST3)。
例えば、不要信号の電力改善比Gn(k)として、下記の式(15)に示すように、信号取得回路1により取得される信号のコヒーレント積分が行われる際の積分点数kを用いるようにする。
図5(a)は不要信号の電力改善比特性の一例を示しており、図5(a)から明らかなように、位相の2次変化成分が含まれている場合の所望信号のような電力改善比の頭打ちは発生しない。
The unnecessary signal power improvement
For example, as the power improvement ratio G n (k) of the unnecessary signal, the integration point k when the coherent integration of the signal acquired by the
FIG. 5A shows an example of the power improvement ratio characteristic of the unnecessary signal. As is clear from FIG. 5A, the power like the desired signal when the secondary change component of the phase is included. The improvement ratio will not reach its peak.
S/N改善比算出回路14は、所望信号電力改善比算出回路12がラジアル加速度a毎に所望信号の電力改善比Gs(a,k)を算出し、不要信号電力改善比算出回路13が不要信号の電力改善比Gn(k)を算出すると、下記の式(16)に示すように、各々のラジアル加速度a,コヒーレント積分点数kでのS/N改善比G(a,k)を算出する(ステップST4)。
In the S / N improvement
ここで、上記の計算方法(1)で計算された式(12)で示す所望信号の電力改善比Gs(a,k)を式(16)に代入すると、下記の式(17)が得られる。
式(17)より、コヒーレント積分点数kがq(a)以下では、SN比の改善比がコヒーレント積分点数kに比例して増加するが、コヒーレント積分点数kがq(a)より大きくなると、SN比の改善比がコヒーレント積分点数kに反比例する傾向を確認することができる(q(a)において、改善比が最大になる)。
Here, by substituting the power improvement ratio G s (a, k) of the desired signal shown in the equation (12) calculated by the calculation method (1) into the equation (16), the following equation (17) is obtained. It is done.
From equation (17), when the number of coherent integration points k is equal to or less than q (a), the improvement ratio of the SN ratio increases in proportion to the number of coherent integration points k, but when the number of coherent integration points k is greater than q (a), It can be confirmed that the improvement ratio of the ratio is inversely proportional to the number of coherent integration points k (in q (a), the improvement ratio is maximized).
図6はS/N改善比特性の一例を示す説明図である。
図6(a)は2次変化の代表値の2次変化量毎に、コヒーレント積分点数kに対するS/N改善比の特性を表しており、図6(b)はS/N改善比特性の2次変化及びコヒーレント積分点数に対する特性のコンター表示である。
図6(a)の座標軸は図5と同様であり、図6(b)の横軸はコヒーレント積分点数k、縦軸は想定されるラジアル加速度aである。
図6より、コヒーレント積分点数kがq(a)であるとき、改善比が最大になる傾向が確認される。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of the S / N improvement ratio characteristic.
FIG. 6A shows the characteristic of the S / N improvement ratio with respect to the number of coherent integration points k for each secondary change amount of the representative value of the secondary change, and FIG. 6B shows the S / N improvement ratio characteristic. It is a contour display of the characteristic with respect to the secondary change and the number of coherent integration points.
The coordinate axes in FIG. 6A are the same as those in FIG. 5, the horizontal axis in FIG. 6B is the number of coherent integration points k, and the vertical axis is the assumed radial acceleration a.
FIG. 6 confirms that the improvement ratio tends to be maximized when the number of coherent integration points k is q (a).
達成確率算出回路15は、S/N改善比算出回路14がS/N改善比G(a,k)を算出すると、2次変化特性設定回路11により設定された2次変化特性から想定される2次変化量であるラジアル加速度a毎に、そのS/N改善比G(a,k)の達成確率をそれぞれ算出する(ステップST5)。
S/N改善比G(a,k)の達成確率は、各々のコヒーレント積分点数kにおいて、想定されているS/N改善比をどれくらいの確率で達成できるかを示す分布を与えるものである。
想定されているS/N改善比をξとすると、S/N改善比ξの達成確率(ζ,k)は、ラジアル加速度a毎のS/N改善比G(a,k)及び離散系(または、連続系)の確率密度分布py(または、p(a))から、下記の式(18)又は式(19)のように算出される。
[離散系]
[連続系]
The achievement
The achievement probability of the S / N improvement ratio G (a, k) gives a distribution indicating how much the assumed S / N improvement ratio can be achieved at each coherent integration point number k.
Assuming that the assumed S / N improvement ratio is ξ, the achievement probability (ζ, k) of the S / N improvement ratio ξ is the S / N improvement ratio G (a, k) for each radial acceleration a and the discrete system ( Alternatively, it is calculated from the probability density distribution p y (or p (a)) of the continuous system as in the following formula (18) or formula (19).
[Discrete system]
[Continuous system]
式(18)(19)において、large(x,y)は、x≧yであれば“1”、x<yであれば“0”を返す関数である。
したがって、ラジアル加速度a毎のS/N改善比G(a,k)が、想定されているS/N改善比ξを満足していれば“1”を返し、満足していなければ“0”を返すように動作する。
よって、large(x,y)をラジアル加速度aについての確率密度分布py(または、p(a))に乗じて加算(または、積分)することで、ラジアル加速度aの出現頻度が確率密度分布py(または、p(a))に従う場合について、各々のコヒーレント積分点数k、想定されているS/N改善比ξを満足する確率を与える。
In equations (18) and (19), large (x, y) is a function that returns “1” if x ≧ y and “0” if x <y.
Therefore, “1” is returned if the S / N improvement ratio G (a, k) for each radial acceleration a satisfies the assumed S / N improvement ratio ξ, and “0” otherwise. Works to return.
Therefore, the appearance frequency of the radial acceleration a is calculated by multiplying the probability density distribution py (or p (a)) with respect to the radial acceleration a and adding (or integrating) the large (x, y) with the probability density distribution. For the case according to py (or p (a)), the probability of satisfying each coherent integration point number k and the assumed S / N improvement ratio ξ is given.
図7(a)はS/N改善比毎の達成確率のコンターを表し、図7(b)はS/N改善比の達成限界における達成確率の一例を表している。
図7(a)において、横軸はコヒーレント積分点数k、縦軸は想定されているS/N改善比ζであり、各々のζ,kにおけるξ(ζ,k)の値をコンター表示している。
例えば、斜線のハッチングはξ(ζ,k)が0.999以上の範囲を表し、縦線のハッチングはξ(ζ,k)が0.9以上0.999未満の範囲を表し、横線のハッチングはξ(ζ,k)が0.001以上0.1未満の範囲を表している。
水玉のハッチング領域は、図の表記上、ξ(ζ,k)が0.001未満の範囲を示しているが、これは設定したコヒーレント積分点数では達成できない範囲(値が0の範囲)を表している。つまり、水玉のハッチング領域と、これ以外の領域を分離する曲線が、各コヒーレント積分点数kでのS/N改善比の達成限界(所望信号が理想的に積み上がった場合)を表している。
FIG. 7A shows a contour of the achievement probability for each S / N improvement ratio, and FIG. 7B shows an example of the achievement probability at the achievement limit of the S / N improvement ratio.
In FIG. 7A, the horizontal axis represents the number of coherent integration points k, the vertical axis represents the assumed S / N improvement ratio ζ, and the value of ξ (ζ, k) at each ζ, k is displayed in contour. Yes.
For example, hatched hatching indicates a range where ξ (ζ, k) is 0.999 or more, and vertical hatching indicates a range where ξ (ζ, k) is 0.9 or more and less than 0.999, and horizontal hatching. Represents a range where ξ (ζ, k) is 0.001 or more and less than 0.1.
The hatched area of the polka dots shows a range where ξ (ζ, k) is less than 0.001 in the notation of the figure, but this represents a range that cannot be achieved with the set number of coherent integration points (a range of 0). ing. That is, the hatching area of the polka dots and the curve separating the other areas represent the achievement limit of the S / N improvement ratio at each coherent integration point k (when the desired signal is ideally stacked).
図7より、S/N改善比の達成限界は、コヒーレント積分点数kの増加に伴って増加するが、その限界程度のS/N改善比を達成できる確率は、コヒーレント積分点数kの増加に伴って低下することが分かる。
また、同じS/N改善比を達成できる確率という観点でも、その改善比が達成限界内ならば、コヒーレント積分点数kが少ないほど、達成確率が高くなることが分かる。
達成確率が低ければ、仮に改善比の達成限界が高くても、達成できる可能性は低くなるため、信号の検出確率や信号からの情報抽出に成功する確率も低下し、総合的には耐雑音性能が劣化するとみなすことができる。
以上を踏まえると、耐雑音性能を確保するには、S/N改善比の達成限界と、その達成確率の両者を総合的に考慮したコヒーレント積分点数の設定が有用であると言える。これを実現する目的のために、達成確率算出回路15が達成確率を算出している。
From FIG. 7, the achievement limit of the S / N improvement ratio increases as the number of coherent integration points k increases, but the probability that an S / N improvement ratio of the limit degree can be achieved increases as the number of coherent integration points k increases. It turns out that it falls.
Also, from the viewpoint of the probability of achieving the same S / N improvement ratio, it can be seen that if the improvement ratio is within the achievement limit, the achievement probability increases as the number of coherent integration points k decreases.
If the achievement probability is low, even if the achievement limit of the improvement ratio is high, the possibility that it can be achieved is low, so the signal detection probability and the probability of succeeding in extracting information from the signal are also reduced. It can be considered that the performance deteriorates.
Based on the above, it can be said that setting the number of coherent integration points that comprehensively considers both the achievement limit of the S / N improvement ratio and the achievement probability is useful for ensuring noise resistance performance. For the purpose of realizing this, the achievement
ここでは、達成確率算出回路15が各々のS/N改善比とコヒーレント積分点数に対する平面状な範囲で達成確率を算出しているものを示したが、各々のコヒーレント積分点数におけるS/N改善比の達成限界を表す線状の範囲でのみ達成確率を算出するようにしてもよい。この場合、計算負荷低減の観点で有用である。
各々のコヒーレント積分点数におけるS/N改善比毎の達成確率は、想定されるSN比の増加に対して単調に減少することを踏まえると、その達成確率もSN比の達成限界で最小になる。
よって、SN比の達成限界での達成確率は、達成確率の面での性能を保証する指標として有用である。
Here, although the achievement
Considering that the achievement probability for each S / N improvement ratio at each coherent integration point monotonically decreases with respect to the assumed increase in the SN ratio, the achievement probability is also minimized at the achievement limit of the SN ratio.
Therefore, the achievement probability at the achievement limit of the SN ratio is useful as an index for guaranteeing performance in terms of the achievement probability.
SN比の達成限界での達成確率を「S/N改善比達成限界達成確率」と呼び、これをΞ(k)で表すと、S/N改善比達成限界達成確率Ξ(k)は、下記の式(20)(21)のように与えられる。
[離散系]
[連続系]
The achievement probability at the achievement limit of the S / N ratio is called “S / N improvement ratio achievement limit achievement probability”, which is expressed as 表 す (k), and the S / N improvement ratio achievement limit achievement probability Ξ (k) is (20) and (21).
[Discrete system]
[Continuous system]
図7(b)はS/N改善比達成限界達成確率の計算例を表している。
横軸はコヒーレント積分点数であるが、これはSN比の改善限界でもある。縦軸は各々のSN比の改善限界に対する達成確率である。
コヒーレント積分点数kが小さく、周波数セルの移動が生じない場合は、達成確率は1(付近)の高い値になるが、コヒーレント積分点数kが達成限界を超えると、周波数セルの移動が生じるため、これ以降、コヒーレント積分点数kの増加と共にSN比の改善限界を達成する確率が低下する。
FIG. 7B shows a calculation example of the S / N improvement ratio achievement limit achievement probability.
The horizontal axis represents the number of coherent integration points, which is also the improvement limit of the SN ratio. The vertical axis represents the achievement probability with respect to the improvement limit of each SN ratio.
If the coherent integration point k is small and the frequency cell does not move, the achievement probability becomes a high value of 1 (near). However, if the coherent integration point k exceeds the achievement limit, the frequency cell moves. Thereafter, as the number of coherent integration points k increases, the probability of achieving the improvement limit of the SN ratio decreases.
達成確率最適化指標設定回路16は、コヒーレント積分点数選択回路17が最適な積分点数を選択する際の最適化指標を設定する(ステップST6)。
最適化指標は、用途や性能についての制約に応じて様々なものが考えられるが、例えば、下記に示すような指標が考えられる。
ただし、以下では、値が大きい程、最適になるような指標を用いるという前提で指標の説明を行うが、値が小さいほど、最適になるような指標についても、「大きな指標値」←→「小さな指標値」に類する置換程度で同様に使用可能であることは言うまでもない。
The achievement probability optimization
Various optimization indexes can be considered according to restrictions on applications and performance. For example, the following indexes can be considered.
However, in the following description, the index will be explained on the assumption that the larger the value, the more optimal the index will be. However, the smaller the value, the more optimal the index will be, the “large index value” ← → “ Needless to say, it can be used in the same manner with a degree of replacement similar to “small index value”.
[最適化指標1]
達成確率が所定値以上になる条件の下で、SN比の改善比が最も高くなる積分点数を選択する旨を示す指標
[最適化指標2]
SN比の改善比が所定値以上になる条件の下で、達成確率が最も高くなる積分点数を選択する旨を示す指標
[最適化指標3]
下記の式(22)に示すF(k,ξ)のように、SN比の改善比kと達成確率ξの両者に依存して変化し、値が大きいほど、望ましい特性となる指標
式(22)において、x1,x2は重み付けの係数である。
[Optimization index 1]
An index [optimization index 2] indicating that the number of integration points at which the improvement ratio of the SN ratio is the highest is selected under the condition that the achievement probability is equal to or higher than a predetermined value.
An index [optimization index 3] indicating that the number of integration points with the highest achievement probability is selected under the condition that the improvement ratio of the SN ratio is equal to or greater than a predetermined value.
As F (k, ξ) shown in the following equation (22), the index changes depending on both the improvement ratio k of the SN ratio and the achievement probability ξ, and the larger the value, the more desirable index.
In Expression (22), x 1 and x 2 are weighting coefficients.
コヒーレント積分点数選択回路17は、達成確率最適化指標設定回路16が最適化指標を設定すると、その最適化指標に基づいて、複数のコヒーレント積分点数kの中から、コヒーレント積分回路4が行うコヒーレント積分のコヒーレント積分点数を選択する(ステップST7)。
即ち、コヒーレント積分点数選択回路17は、達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標が上記の最適化指標1であれば、複数のコヒーレント積分点数kの中から、達成確率算出回路15により算出された達成確率(ζ,k)が所定値以上になる条件の下で、S/N改善比算出回路14により算出されたS/N改善比G(a,k)が最も高くなるコヒーレント積分点数を選択し、そのコヒーレント積分点数をコヒーレント積分回路4に設定する。
When the achievement probability optimization
That is, if the optimization index set by the achievement probability optimization
また、コヒーレント積分点数選択回路17は、達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標が上記の最適化指標2であれば、複数のコヒーレント積分点数kの中から、S/N改善比算出回路14により算出されたS/N改善比G(a,k)が所定値以上になる条件の下で、達成確率算出回路15により算出された達成確率(ζ,k)が最も高くなるコヒーレント積分点数を選択し、そのコヒーレント積分点数をコヒーレント積分回路4に設定する。
また、コヒーレント積分点数選択回路17は、達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標が上記の最適化指標3であれば、S/N改善比算出回路14により算出されたS/N改善比G(a,k)と達成確率算出回路15により算出された達成確率(ζ,k)から指標F(k,ξ)を算出し、複数のコヒーレント積分点数kの中から、その指標F(k,ξ)が最も高くなるコヒーレント積分点数を選択し、そのコヒーレント積分点数をコヒーレント積分回路4に設定する。
Further, the coherent integration
Further, the coherent integration point
ここでは、コヒーレント積分点数について特別な制約を設けていないが、コヒーレント積分点数に別途何らかの制約を設けるような場合(例えば、偶数にする、2のべき乗にするなど)は、適宜、探索範囲に制約を加えればよい。
また、S/N改善比毎の達成確率やS/N改善比達成限界達成確率の計算を行うコヒーレント積分点数を、予め上記コヒーレント積分点数に関する制約条件を満足する範囲のみに絞り込むことも、計算負荷低減の観点では有用である。
Here, no special restriction is provided for the number of coherent integration points. However, when some kind of restriction is additionally provided for the number of coherent integration points (for example, even number is set to a power of 2), the search range is appropriately limited. Should be added.
It is also possible to narrow down the number of coherent integration points for calculating the achievement probability for each S / N improvement ratio and the achievement limit achievement probability of the S / N improvement to a range that satisfies the constraint condition related to the number of coherent integration points in advance. This is useful in terms of reduction.
コヒーレント積分回路4は、コヒーレント積分点数設定回路3によりコヒーレント積分点数が設定されると、そのコヒーレント積分点数で、信号取得回路1により取得された信号のコヒーレント積分を実施し、コヒーレント積分後の信号を信号分析回路5に出力する。
これにより、信号取得回路1により取得された信号に含まれている不要信号の影響が低減されて、SN比が改善されている信号が信号分析回路5に与えられる。
信号分析回路5は、コヒーレント積分回路4によるコヒーレント積分後の信号を分析する。
例えば、信号処理装置がレーダ装置に実装される場合、コヒーレント積分後の信号から目標を検出する処理、目標の運動を推定する処理、レーダ画像を生成する処理などを実施する。また、レーダ画像をぼけさせる不要な運動成分を補償するための運動推定処理なども実施する。
When the coherent integration point
Thereby, the influence of the unnecessary signal included in the signal acquired by the
The
For example, when the signal processing device is mounted on a radar device, processing for detecting a target from a signal after coherent integration, processing for estimating the motion of the target, processing for generating a radar image, and the like are performed. In addition, motion estimation processing for compensating for unnecessary motion components that blur the radar image is also performed.
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、コヒーレント積分点数設定回路3が、2次変化情報出力回路2から出力された2次変化情報が示す位相の2次変化の想定範囲内で、信号取得回路1により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数で行われた場合のSN比の改善比を算出し、その改善比に基づいてコヒーレント積分の積分点数を設定するように構成したので、信号の位相が2次変化していても、SN比を改善することができる効果を奏する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, the coherent integration point
具体的には、以下の効果を奏することができる。
(1)受信信号の位相の2次変化の大きさを踏まえてSN比の改善比と、SN比の改善比
の達成確率との面で、最適なコヒーレント積分点数を設定することができる。
(2)複数のコヒーレント積分点数による積分処理を行う必要がないので、処理負荷が低
減される。
(3)周波数軸上での信号の広がりを検知する必要がないので、SN比の条件等で適用環
境が制限されることがない。
(4)周波数軸上での信号の広がりを利用する必要がないので、周波数軸上での信号の広
がりに関する2次変化以外の要因による悪影響を回避することができる。
Specifically, the following effects can be achieved.
(1) Based on the magnitude of the secondary change in the phase of the received signal, it is possible to set the optimum number of coherent integration points in terms of the improvement ratio of the SN ratio and the achievement probability of the improvement ratio of the SN ratio.
(2) Since it is not necessary to perform integration processing with a plurality of coherent integration points, the processing load is reduced.
(3) Since it is not necessary to detect the spread of the signal on the frequency axis, the application environment is not limited by the S / N ratio conditions.
(4) Since it is not necessary to use the spread of the signal on the frequency axis, adverse effects due to factors other than the secondary change related to the spread of the signal on the frequency axis can be avoided.
この実施の形態1では、2次変化情報出力回路2から出力される2次変化情報が、信号における位相の2次変化の想定範囲を示す情報であるものを示したが、例えば、信号処理装置がレーダ装置に適用される場合、信号における位相の2次変化は、上述したように、観測対象である目標とレーダ装置の間の相対運動で生じる距離変化でもたらされることが多い。このため、2次変化情報として、相対運動に関する情報が出力されるようにしてもよい。
このことはレーダ装置に限るものではなく、GPS信号を用いる測位や移動体通信等でも、運動は重要なファクターになる。
このカテゴリに入るものとして、目標や送受信プラットフォームに搭載された運動センサなどが挙げられる。
In the first embodiment, the secondary change information output from the secondary change
This is not limited to the radar device, and movement is an important factor in positioning using GPS signals, mobile communication, and the like.
Examples that fall into this category include targets and motion sensors mounted on transmission and reception platforms.
また、一般的な捜索レーダや追尾レーダ等でも、目標とレーダの相対運動の推定に有用な計測を行えるセンサと位置付けられる。
また、これらセンサの出力を平滑する処理装置も、運動センサを補助する回路として有用である。
例えば、レーダ装置で得られた計測値(例えば、目標までの距離や方向)に基づいて目標の真の移動軌跡を推定する追尾処理器などが、これに相当する。これらの処理器の誤差分布などから2次変化の特性を見積もることができる。
さらに、このようなセンサの情報のみならず、移動体(目標、送受信プラットフォーム等)の種類・カテゴリ等と紐づけられている粗い情報も2次変化の情報を得るためには有力である。
このような情報を含むデータ記憶装置(電子データによらず、紙等のアナログ情報も含む)も、2次変化情報出力回路2として構成することができる。
このようなデータと、別途特定又は推定された移動体のカテゴリについての情報に基づいて、2次変化関連の情報を得ることができる。
例えば、移動体が船舶カテゴリの場合には加速度はせいぜい○○m/s2、航空機を観測する場合には△△m/s2であるなどの情報を出力するようにしてもよい。
Also, a general search radar, tracking radar, or the like can be positioned as a sensor that can perform measurement useful for estimating the relative motion of the target and the radar.
A processing device that smoothes the output of these sensors is also useful as a circuit for assisting the motion sensor.
For example, a tracking processor that estimates the true movement trajectory of a target based on measurement values (for example, distance and direction to the target) obtained by the radar apparatus corresponds to this. The characteristics of the secondary change can be estimated from the error distribution of these processors.
Furthermore, not only such sensor information but also rough information linked to the type / category of the moving object (target, transmission / reception platform, etc.) is effective for obtaining secondary change information.
A data storage device including such information (including not only electronic data but also analog information such as paper) can also be configured as the secondary change
Based on such data and information on the category of the mobile object specified or estimated separately, information related to secondary change can be obtained.
For example, information may be output such that the acceleration is at most OOm / s 2 when the mobile body is a ship category, and △ Δm / s 2 when observing an aircraft.
実施の形態2.
上記実施の形態1では、達成確率最適化指標設定回路16が、達成確率算出回路15により算出された達成確率(ζ,k)に関する最適化指標を設定し、コヒーレント積分点数選択回路17が、達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標に基づいて、複数のコヒーレント積分点数kの中から、コヒーレント積分回路4が行うコヒーレント積分のコヒーレント積分点数を選択するものを示したが、達成確率最適化指標設定回路16が、達成確率算出回路15により算出されたS/N改善比達成限界達成確率(SN比の改善比の達成限界における達成確率)に関する最適化指標を設定し、コヒーレント積分点数選択回路17が、達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標に基づいて、複数のコヒーレント積分点数kの中から、コヒーレント積分回路4が行うコヒーレント積分のコヒーレント積分点数を選択するようにしてもよく、上記実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
具体的には、以下の通りである。
In the first embodiment, the achievement probability optimization
Specifically, it is as follows.
達成確率最適化指標設定回路16は、下記に示すように、達成確率算出回路15により算出されたS/N改善比達成限界達成確率Ξ(k)に関する最適化指標を設定する。
[最適化指標1]
S/N改善比達成限界達成確率が所定値以上になる条件の下で、SN比の改善比が最も高くなる積分点数を選択する旨を示す指標
[最適化指標2]
SN比の改善比が所定値以上になる条件の下で、S/N改善比達成限界達成確率が最も高くなる積分点数を選択する旨を示す指標
[最適化指標3]
式(22)に示すF(k,ξ)のように、SN比の改善比kとS/N改善比達成限界達成確率ξの両者に依存して変化し、値が大きいほど、望ましい特性となる指標
The achievement probability optimization
[Optimization index 1]
An index [optimization index 2] indicating that the number of integration points with the highest S / N ratio improvement ratio is selected under the condition that the S / N improvement ratio achievement limit achievement probability is equal to or higher than a predetermined value.
An index [optimization index 3] indicating that the number of integration points at which the S / N improvement ratio achievement limit achievement probability is the highest is selected under the condition that the improvement ratio of the S / N ratio is a predetermined value or more.
Like F (k, ξ) shown in the equation (22), it changes depending on both the improvement ratio k of the S / N ratio and the S / N improvement ratio achievement limit achievement probability ξ. Indicator
コヒーレント積分点数選択回路17は、達成確率最適化指標設定回路16が最適化指標を設定すると、その最適化指標に基づいて、複数のコヒーレント積分点数kの中から、コヒーレント積分回路4が行うコヒーレント積分のコヒーレント積分点数を選択する。
即ち、コヒーレント積分点数選択回路17は、達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標が上記の最適化指標1であれば、複数のコヒーレント積分点数kの中から、達成確率算出回路15により算出されたS/N改善比達成限界達成確率Ξ(k)が所定値以上になる条件の下で、S/N改善比算出回路14により算出されたS/N改善比G(a,k)が最も高くなるコヒーレント積分点数を選択し、そのコヒーレント積分点数をコヒーレント積分回路4に設定する。
When the achievement probability optimization
That is, if the optimization index set by the achievement probability optimization
また、コヒーレント積分点数選択回路17は、達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標が上記の最適化指標2であれば、複数のコヒーレント積分点数kの中から、S/N改善比算出回路14により算出されたS/N改善比G(a,k)が所定値以上になる条件の下で、達成確率算出回路15により算出されたS/N改善比達成限界達成確率Ξ(k)が最も高くなるコヒーレント積分点数を選択し、そのコヒーレント積分点数をコヒーレント積分回路4に設定する。
また、コヒーレント積分点数選択回路17は、達成確率最適化指標設定回路16により設定された最適化指標が上記の最適化指標3であれば、S/N改善比算出回路14により算出されたS/N改善比G(a,k)と達成確率算出回路15により算出されたS/N改善比達成限界達成確率Ξ(k)から指標F(k,ξ)を算出し、複数のコヒーレント積分点数kの中から、その指標F(k,ξ)が最も高くなるコヒーレント積分点数を選択し、そのコヒーレント積分点数をコヒーレント積分回路4に設定する。
Further, the coherent integration
Further, the coherent integration point
実施の形態3.
上記実施の形態1では、達成確率算出回路15及び達成確率最適化指標設定回路16を実装しているものを示したが、達成確率算出回路15及び達成確率最適化指標設定回路16を省略することで、コヒーレント積分点数設定回路3の構成を簡略化するようにしてもよい。
図8はこの発明の実施の形態3による信号処理装置のコヒーレント積分点数設定回路3を示す構成図であり、図において、図2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
In the first embodiment, the achievement
FIG. 8 is a block diagram showing the coherent integration point
コヒーレント積分点数選択回路18はS/N改善比算出回路14により算出されたSN比の改善比に基づいて、複数のコヒーレント積分点数の中から、コヒーレント積分回路4が行うコヒーレント積分のコヒーレント積分点数を選択する処理を実施する。
即ち、コヒーレント積分点数選択回路18は複数のコヒーレント積分点数の中から、S/N改善比算出回路14により算出されたSN比の改善比が最も高くなるコヒーレント積分点数を選択し、そのコヒーレント積分点数をコヒーレント積分回路4に設定する処理を実施する。
なお、コヒーレント積分点数選択回路18は積分点数選択手段を構成している。
The coherent integration
In other words, the coherent integration
The coherent integration point
コヒーレント積分点数の設定に用いる2次変化量毎のS/N改善比特性については、図6に示した通りである。
この実施の形態3では、達成確率算出回路15及び達成確率最適化指標設定回路16を省略することで、処理負荷の低減を図ることを目的としているが、この実施の形態3の主目的は、上記実施の形態1と同様に、なるべく高いSN比をなるべく高い確率で達成できるコヒーレント積分点数を選択することである。
これを厳密に行うには、2次変化の分布を用いた上記実施の形態1のような処理が必要となる。
The S / N improvement ratio characteristics for each secondary change amount used for setting the number of coherent integration points are as shown in FIG.
The third embodiment aims to reduce the processing load by omitting the achievement
In order to perform this strictly, processing such as that in the first embodiment using a distribution of secondary changes is required.
ところで、図6(b)を見ると、想定される2次変化の振れ幅が比較的大きい場合(例えば、−4〜4[m/s2]の範囲)、より高い達成確率を達成するには、2次変化の大きい部分での達成確率を上げることが主な課題となることが分かる。また、想定される2次変化の幅が非常に小さい場合(例えば、−0.2〜0.2の範囲や、1.8〜2.2の範囲など)、その範囲内での最適なコヒーレント積分点数は大きく変わらないことが分かる。
このような場合に、多数の2次変化係数ay(y=1,2,…,Y)を想定して、計算するのは効率が悪い。
そこで、この実施の形態3では、より少ない種類の2次変化係数ayについての2次変化量毎のS/N改善比特性を用いてコヒーレント積分点数を設定するようにする。
以下、具体的な設定方法を説明する。
By the way, when FIG.6 (b) is seen, when the fluctuation width of the assumed secondary change is comparatively large (for example, the range of -4-4 [m / s < 2 >]), in order to achieve a higher achievement probability. It can be seen that the main issue is to increase the achievement probability in the portion where the secondary change is large. In addition, when the range of the assumed secondary change is very small (for example, a range of −0.2 to 0.2, a range of 1.8 to 2.2, etc.), the optimum coherent within the range It can be seen that the number of integration points does not change greatly.
In such a case, it is inefficient to calculate assuming a large number of secondary change coefficients a y (y = 1, 2,..., Y).
Therefore, in the third embodiment, the number of coherent integration points is set using the S / N improvement ratio characteristics for each secondary change amount with respect to a smaller number of types of secondary change coefficients ay .
Hereinafter, a specific setting method will be described.
所望信号電力改善比算出回路12は、2次変化情報出力回路から出力された2次変化情報が示す位相の2次変化の想定範囲の中で、絶対値が最大の2次変化に着目して、所望信号の電力改善比を算出する。
不要信号電力改善比算出回路13は、2次変化情報出力回路から出力された2次変化情報が示す位相の2次変化の想定範囲の中で、絶対値が最大の2次変化に着目して、不要信号及の電力改善比を算出する。
S/N改善比算出回路14は、所望信号電力改善比算出回路12が所望信号の電力改善比を算出し、不要信号電力改善比算出回路13が不要信号の電力改善比を算出すると、所望信号の電力改善比と不要信号の電力改善比からS/N改善比を算出する。
The desired signal power improvement
The unnecessary signal power improvement
When the desired signal power improvement
コヒーレント積分点数選択回路18は、S/N改善比算出回路14がS/N改善比を算出すると、複数のコヒーレント積分点数kの中から、そのS/N改善比が最も高くなるコヒーレント積分点数を選択し、そのコヒーレント積分点数をコヒーレント積分回路4に設定する。
このように、絶対値が最大の2次変化に着目してS/N改善比を算出し、そのS/N改善比が最も高くなるコヒーレント積分点数を選択しているので、性能のボトルネックとなる2次変化の絶対値が最大の場合のコヒーレント積分による信号積み上げの失敗を回避することができるようになり、その結果、達成確率の向上が期待される。
When the S / N improvement
In this way, the S / N improvement ratio is calculated by paying attention to the secondary change having the maximum absolute value, and the coherent integration point number at which the S / N improvement ratio is the highest is selected. It becomes possible to avoid failure of signal accumulation due to coherent integration when the absolute value of the second-order change is maximum, and as a result, improvement in the achievement probability is expected.
ここでは、2次変化の想定範囲の中で、絶対値が最大の2次変化に着目して、所望信号及び不要信号の電力改善比を算出することでS/N改善比を算出するものを示したが、2次変化の想定範囲の中で、任意の2次変化に着目して、所望信号及び不要信号の電力改善比を算出することでS/N改善比を算出するようにしてもよい。
この場合、絶対値が最大の2次変化であるという条件を外して、適用範囲の限定を緩和しているが、絶対値が最大でない2次変化を用いる例として、2次変化が前段の処理により一意に特定される場合や、一意とは言わないまでも、S/N改善比特性が同じとみなせるほどの十分狭い値の範囲に限定される場合などが考えられる。
ここで述べた設定方法では、上記実施の形態1で述べた1つの2次変化係数ayでのS/N改善比毎の達成確率を用いた場合と効果的には同等であるが、S/N改善比毎の達成確率に変換しない分だけ、装置構成が単純化され、処理負荷が低減される利点がある。
Here, the S / N improvement ratio is calculated by calculating the power improvement ratio of the desired signal and the unnecessary signal by paying attention to the secondary change having the maximum absolute value within the assumed range of the secondary change. As shown, the S / N improvement ratio may be calculated by calculating the power improvement ratio of the desired signal and the unnecessary signal while paying attention to an arbitrary secondary change within the assumed range of the secondary change. Good.
In this case, the limitation of the application range is relaxed by removing the condition that the absolute value is the maximum secondary change, but as an example of using the secondary change where the absolute value is not the maximum, the secondary change is a process in the previous stage. In some cases, the S / N improvement ratio characteristics are limited to a sufficiently narrow range so that the S / N improvement ratio characteristics can be regarded as the same.
The setting method described here is effectively equivalent to the case where the achievement probability for each S / N improvement ratio with one secondary change coefficient ay described in the first embodiment is used. The apparatus configuration is simplified and the processing load is reduced by the amount that is not converted to the achievement probability for each / N improvement ratio.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 信号取得回路、2 2次変化情報出力回路、3 コヒーレント積分点数設定回路、4 コヒーレント積分回路、5 信号分析回路、11 2次変化特性設定回路、12 所望信号電力改善比算出回路(電力改善比算出手段)、13 不要信号電力改善比算出回路(電力改善比算出手段)、14 S/N改善比算出回路(S/N改善比算出手段)、15 達成確率算出回路(達成確率算出手段)、16 達成確率最適化指標設定回路(積分点数選択手段)、17,18 コヒーレント積分点数選択回路(積分点数選択手段)。
DESCRIPTION OF
Claims (14)
上記信号取得回路により取得される信号における位相の2次変化の想定範囲を示す2次変化情報を出力する2次変化情報出力回路と、
上記2次変化情報出力回路から出力された2次変化情報が示す位相の2次変化の想定範囲内で、上記信号取得回路により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数で行われた場合の信号対雑音比の改善比を算出し、上記改善比に基づいてコヒーレント積分の積分点数を設定するコヒーレント積分点数設定回路と、
上記コヒーレント積分点数設定回路により設定された積分点数で、上記信号取得回路により取得された信号のコヒーレント積分を行うコヒーレント積分回路と
を備えた信号処理装置。 A signal acquisition circuit for acquiring a signal for performing coherent integration;
A secondary change information output circuit for outputting secondary change information indicating an assumed range of a secondary change in phase in the signal acquired by the signal acquisition circuit;
When coherent integration of the signal acquired by the signal acquisition circuit is performed at each integration point within the assumed range of the secondary change of the phase indicated by the secondary change information output from the secondary change information output circuit A coherent integration point number setting circuit that calculates an improvement ratio of the signal-to-noise ratio of and sets the integration point number of coherent integration based on the improvement ratio;
A signal processing device comprising: a coherent integration circuit that performs coherent integration of the signal acquired by the signal acquisition circuit with the integration point set by the coherent integration point setting circuit.
2次変化情報出力回路から出力された2次変化情報が示す位相の2次変化の想定範囲内で、信号取得回路により取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数で行われた場合の上記信号に含まれている所望信号の電力改善比を算出するとともに、上記信号に含まれている不要信号の電力改善比を算出する電力改善比算出手段と、
上記電力改善比算出手段により算出された所望信号及び不要信号の電力改善比から信号対雑音比の改善比を算出するS/N改善比算出手段と、
上記S/N改善比算出手段により算出された信号対雑音比の改善比に基づいて、上記複数の積分点数の中から、コヒーレント積分回路が行うコヒーレント積分の積分点数を選択する積分点数選択手段と
から構成されていることを特徴とする請求項1記載の信号処理装置。 The coherent integration point setting circuit is
The above when the coherent integration of the signal acquired by the signal acquisition circuit is performed at each integration point within the assumed range of the secondary change of the phase indicated by the secondary change information output from the secondary change information output circuit A power improvement ratio calculating means for calculating a power improvement ratio of a desired signal included in the signal and calculating a power improvement ratio of an unnecessary signal included in the signal;
An S / N improvement ratio calculation means for calculating an improvement ratio of the signal-to-noise ratio from the power improvement ratio of the desired signal and the unnecessary signal calculated by the power improvement ratio calculation means;
Integration point number selecting means for selecting an integration point number of the coherent integration performed by the coherent integration circuit from the plurality of integration point numbers based on the improvement ratio of the signal-to-noise ratio calculated by the S / N improvement ratio calculating unit; The signal processing apparatus according to claim 1, comprising:
S/N改善比算出手段は、上記2次変化量毎に、上記電力改善比算出手段により算出された所望信号及び不要信号の電力改善比から信号対雑音比の改善比をそれぞれ算出し、
積分点数選択手段は、上記2次変化量毎に、上記S/N改善比算出手段により算出された信号対雑音比の改善比に基づいて、複数の積分点数の中から、コヒーレント積分回路が行うコヒーレント積分の積分点数を選択することを特徴とする請求項2記載の信号処理装置。 The power improvement ratio calculation means calculates the power improvement ratio of the desired signal and the unnecessary signal for each secondary change amount within the assumed range,
The S / N improvement ratio calculation means calculates an improvement ratio of the signal-to-noise ratio from the power improvement ratio of the desired signal and the unnecessary signal calculated by the power improvement ratio calculation means for each secondary change amount,
The integration point number selecting means performs a coherent integration circuit from among a plurality of integration points based on the improvement ratio of the signal-to-noise ratio calculated by the S / N improvement ratio calculation means for each secondary change amount. 3. The signal processing apparatus according to claim 2, wherein the number of integration points for coherent integration is selected.
2次変化量毎に、S/N改善比算出手段により算出された信号対雑音比の改善比の達成確率をそれぞれ算出する達成確率算出手段を備えており、
積分点数選択手段は、上記2次変化量毎に、上記達成確率算出手段により算出された達成確率及び上記S/N改善比算出手段により算出された信号対雑音比の改善比に基づいて、複数の積分点数の中から、コヒーレント積分回路が行うコヒーレント積分の積分点数を選択することを特徴とする請求項3記載の信号処理装置。 The coherent integration point setting circuit is
For each secondary change amount, it comprises an achievement probability calculating means for calculating the achievement probability of the improvement ratio of the signal to noise ratio calculated by the S / N improvement ratio calculating means,
The integration point number selecting means includes, for each secondary change amount, a plurality of values based on the achievement probability calculated by the achievement probability calculating means and the improvement ratio of the signal-to-noise ratio calculated by the S / N improvement ratio calculating means. 4. The signal processing apparatus according to claim 3, wherein the number of integration points of coherent integration performed by the coherent integration circuit is selected from the number of integration points.
2次変化量毎に、S/N改善比算出手段により算出された信号対雑音比の改善比の達成限界における達成確率をそれぞれ算出する達成確率算出手段を備えており、
積分点数選択手段は、上記2次変化量毎に、上記達成確率算出手段により算出された達成確率及び上記S/N改善比算出手段により算出された信号対雑音比の改善比に基づいて、複数の積分点数の中から、コヒーレント積分回路が行うコヒーレント積分の積分点数を選択することを特徴とする請求項3記載の信号処理装置。 The coherent integration point setting circuit is
An achievement probability calculating means for calculating the achievement probability at the achievement limit of the improvement ratio of the signal-to-noise ratio calculated by the S / N improvement ratio calculating means for each secondary change amount;
The integration point number selecting means includes, for each secondary change amount, a plurality of values based on the achievement probability calculated by the achievement probability calculating means and the improvement ratio of the signal-to-noise ratio calculated by the S / N improvement ratio calculating means. 4. The signal processing apparatus according to claim 3, wherein the number of integration points of coherent integration performed by the coherent integration circuit is selected from the number of integration points.
信号取得回路により取得される信号の中に位相の2次変化成分が含まれている場合でも、信号のコヒーレント積分によって所望信号が同一のドップラーセルに積み上がる積分点数の最大限界値を算出し、
上記信号のコヒーレント積分が行われる際の積分点数が上記最大限界値以下の場合、所望信号の電力改善比として、上記積分点数の二乗値を算出し、上記積分点数が上記最大限界値より大きい場合、所望信号の電力改善比として、上記最大限界値の二乗値を算出することを特徴とする請求項2から請求項8のうちのいずれか1項記載の信号処理装置。 The power improvement ratio calculation means is
Even if the signal acquired by the signal acquisition circuit includes a second-order phase change component, the maximum limit value of the number of integration points at which the desired signal accumulates in the same Doppler cell by coherent integration of the signal is calculated,
When the number of integration points when performing the coherent integration of the signal is less than or equal to the maximum limit value, the square value of the integration point is calculated as the power improvement ratio of the desired signal, and the integration point number is greater than the maximum limit value 9. The signal processing device according to claim 2, wherein a square value of the maximum limit value is calculated as a power improvement ratio of a desired signal.
S/N改善比算出手段は、上記電力改善比算出手段により算出された所望信号及び不要信号の電力改善比から信号対雑音比の改善比を算出することを特徴とする請求項2記載の信号処理装置。 The power improvement ratio calculation means pays attention to an arbitrary secondary change within an assumed range of the secondary change of the phase indicated by the secondary change information output from the secondary change information output circuit, and generates a desired signal and an unnecessary signal. Calculate the power improvement ratio of
3. The signal according to claim 2, wherein the S / N improvement ratio calculation means calculates the improvement ratio of the signal-to-noise ratio from the power improvement ratio of the desired signal and the unnecessary signal calculated by the power improvement ratio calculation means. Processing equipment.
S/N改善比算出手段は、上記電力改善比算出手段により算出された所望信号及び不要信号の電力改善比から信号対雑音比の改善比を算出することを特徴とする請求項2記載の信号処理装置。 The power improvement ratio calculating means pays attention to the secondary change having the maximum absolute value within the assumed range of the secondary change of the phase indicated by the secondary change information output from the secondary change information output circuit, and outputs the desired signal. And calculate the power improvement ratio of unnecessary signals,
3. The signal according to claim 2, wherein the S / N improvement ratio calculation means calculates the improvement ratio of the signal-to-noise ratio from the power improvement ratio of the desired signal and the unnecessary signal calculated by the power improvement ratio calculation means. Processing equipment.
2次変化情報出力回路が、上記信号取得処理ステップで取得される信号における位相の2次変化の想定範囲を示す2次変化情報を出力する2次変化情報出力処理ステップと、
コヒーレント積分点数設定回路が、上記2次変化情報出力処理ステップで出力された2次変化情報が示す位相の2次変化の想定範囲内で、上記信号取得処理ステップで取得される信号のコヒーレント積分が各々の積分点数で行われた場合の信号対雑音比の改善比を算出し、上記改善比に基づいてコヒーレント積分の積分点数を設定するコヒーレント積分点数設定処理ステップと、
コヒーレント積分回路が、上記コヒーレント積分点数設定処理ステップで設定された積分点数で、上記信号取得処理ステップで取得された信号のコヒーレント積分を行うコヒーレント積分処理ステップと
を備えた信号処理方法。 A signal acquisition processing step in which a signal acquisition circuit acquires a signal for coherent integration; and
A secondary change information output processing step in which a secondary change information output circuit outputs secondary change information indicating an assumed range of a secondary change in phase in the signal acquired in the signal acquisition processing step;
The coherent integration point number setting circuit performs coherent integration of the signal acquired in the signal acquisition processing step within the assumed range of the secondary change of the phase indicated by the secondary change information output in the secondary change information output processing step. A coherent integration point setting processing step for calculating an improvement ratio of the signal-to-noise ratio when performed at each integration point, and setting an integration point number of coherent integration based on the improvement ratio;
A coherent integration circuit, wherein the coherent integration circuit performs coherent integration of the signal acquired in the signal acquisition processing step with the number of integration points set in the coherent integration point setting processing step.
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