JP4670446B2 - レーダ信号処理装置及びそれに用いるｃｆａｒ処理方法 - Google Patents

Description

本発明はレーダ信号処理装置及びそれに用いるＣＦＡＲ処理方法に関し、特にＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理を行うレーダ信号処理装置に関する。

従来、レーダ信号処理装置においては、一般的に、クラッタ抑圧のためにＣＦＡＲ処理が採用されている（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）。クラッタ信号は地面や雲等からの反射信号であり、時間方向に拡がっているのに対して、航空機や艦船等の目標信号は時間方向に拡がっていないという特徴があり、ＣＦＡＲ処理ではこの差異を利用してクラッタを抑圧している。

このＣＦＡＲ処理を行うレーダ信号処理装置は、図４に示すように、ＣＦＡＲ処理器（１）６と目標検出器７とから構成されている。ＣＦＡＲ処理器（１）６は平均化処理を行う平均化処理器６１と、除算を行う除算器６２とから構成されており、図５に示すように、クラッタ等の時間方向に拡がっている信号を抑圧し、目標検出器７へ出力する。目標検出器７は所定の閾値ＴＨ２を越えた信号を目標信号として出力する。

一般的なＣＦＡＲ処理の動作を図３及び図５を用いて説明する。図３は一般的なＣＦＡＲ処理を示し、図５は従来の各構成における信号波形例を示している。ＣＦＡＲ処理は大きく平均化処理と除算処理とから構成されている。

受信信号は時間方向に連続する信号を一定間隔でサンプリングした信号であり、時間と距離とが対応しているので、所定の距離毎のセルに分割した信号と考えることができる。平均化処理は注目する信号の入るテストセルの両側（または片側）の複数のセル（平均化セル）に入る信号の振幅値の平均値を算出する。除算処理はテストセルの振幅値を平均化セルの平均値で除算する。

テストセルに時間方向に拡がっているクラッタ信号が入った場合には、平均値がクラッタの大小に応じて変化し、テストセルの振幅値がノイズレベルにまで抑圧される。このＣＦＡＲ処理を時間方向に１セルずつ遅延することで、時間方向に拡がっているクラッタ信号が抑圧される。

一方、テストセルに時間方向に拡がっていない目標信号が入った場合で、かつ平均化セルにノイズのみが存在する場合には、クラッタ信号が抑圧されることなく残る。しかしながら、ＣＦＡＲ処理においては、時間方向に拡がっているクラッタ信号でなくても、平均化セルに大きい振幅値の信号が複数存在した場合には、平均値が増大するため、除算処理によってテストセルの振幅値が低下する。

特開平３−２４８０７７ "レーダ信号処理技術"（関根 松尾著、電子情報通信学会刊、平成３年９月２０日発行、Ｐ．９６−９９ 図５．２）

上述した従来のレーダ信号処理装置では、ＣＦＡＲ回路の平均化セルに他目標の信号が入る（図３参照）ことによって、平均化セルでの平均値がノイズのみの場合に比べて増大し［図５（２）参照］、除算器にてテストセルの目標信号の振幅値を増大した平均値で除算するため、テストセルに対して複数の他目標信号が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合（以下、近接信号とする）に振幅値が低下し、テストセルに存在する目標信号の検出率が低下するという問題がある（図５参照）。

また、従来のレーダ信号処理装置では、他目標の信号だけでなく、時間方向に拡がっているクラッタ信号や干渉信号等が近接する場合も、上記と同様に、テストセルの振幅値が低下し、目標検出率が低下するという問題がある。

そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避することができるレーダ信号処理装置及びそれに用いるＣＦＡＲ処理方法を提供することにある。

本発明によるレーダ信号処理装置は、受信信号に対してクラッタを抑圧するためのＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理を行うレーダ信号処理装置であって、
前記受信信号中の前記クラッタを含む時間方向に拡がっている信号を抑圧する第１のＣＦＡＲ処理手段と、
前記第１のＣＦＡＲ処理手段から出力される受信信号と予め設定された第１の閾値とを比較して前記第１の閾値を越える信号を検出する大信号検出手段と、
前記大信号検出手段で検出された信号のセル情報を基に該当するセルを前記受信信号から除去する大信号セル除去手段と、
前記大信号セル除去手段で前記セルが除去された受信信号の平均化処理を行った後にその平均化された信号で処理前の受信信号を除算する第２のＣＦＡＲ処理手段と、
前記第２のＣＦＡＲ処理手段から出力された受信信号と予め設定された第２の閾値とを比較して前記第２の閾値を越えた信号を目標信号として出力する目標検出手段とを備え、
前記第１のＣＦＡＲ処理手段において時間方向に拡がっているクラッタ信号を抑圧した後に、前記大信号検出手段において時間方向に拡がっていない大信号を前記目標検出手段における前記第２の閾値よりも低い前記第１の閾値で検出し、検出した大信号のセル情報を基に時間方向に拡がっていない大信号を前記大信号セル除去手段において除去した受信信号に対して前記第２のＣＦＡＲ処理手段において平均化処理を行っている。

本発明によるＣＦＡＲ処理方法は、受信信号に対してクラッタを抑圧するためのＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理を行うレーダ信号処理装置に用いるＣＦＡＲ処理方法であって、
前記レーダ信号処理装置が、前記受信信号中の前記クラッタを含む時間方向に拡がっている信号を抑圧する第１のＣＦＡＲ処理と、前記第１のＣＦＡＲ処理から出力される受信信号と予め設定された第１の閾値とを比較して前記第１の閾値を越える信号を検出する大信号検出処理と、前記大信号検出処理で検出された信号のセル情報を基に該当するセルを前記受信信号から除去する大信号セル除去処理と、前記大信号セル除去処理で前記セルが除去された受信信号の平均化処理を行った後にその平均化された信号で処理前の受信信号を除算する第２のＣＦＡＲ処理と、前記第２のＣＦＡＲ処理から出力された受信信号と予め設定された第２の閾値とを比較して前記第２の閾値を越えた信号を目標信号として出力する目標検出処理とを実行し、
前記第１のＣＦＡＲ処理において時間方向に拡がっているクラッタ信号を抑圧した後に、前記大信号検出処理において時間方向に拡がっていない大信号を前記目標検出処理における前記第２の閾値よりも低い前記第１の閾値で検出し、検出した大信号のセル情報を基に時間方向に拡がっていない大信号を前記大信号セル除去処理において除去した受信信号に対して前記第２のＣＦＡＲ処理において平均化処理を行っている。

すなわち、本発明のレーダ信号処理装置は、受信信号中に含まれるクラッタ等の時間方向に拡がっている信号を抑圧する第１のＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理手段と、第１のＣＦＡＲ処理手段から出力される受信信号と所定の閾値ＴＨ１とを比較して閾値ＴＨ１を越える信号のセル情報を検出する大信号検出手段と、大信号検出手段で検出された閾値ＴＨ１を越える信号のセル情報を基に受信信号から該当するセルを除去して第２のＣＦＡＲ処理手段へ出力する大信号セル除去手段と、大信号セル除去手段から出力された受信信号の平均化処理を行った後に処理前の受信信号を平均化された信号で除算する第２のＣＦＡＲ処理手段と、第２のＣＦＡＲ処理手段の除算結果を所定の閾値ＴＨ２と比較して閾値ＴＨ２を越えた信号を目標信号として出力する目標検出手段とを備えている。

上記のように、本発明のレーダ信号処理装置では、第１のＣＦＡＲ処理手段において時間方向に拡がっているクラッタ信号を抑圧した後、大信号検出手段において時間方向に拡がっていない大信号を目標検出手段における閾値ＴＨ２よりも低い所定の閾値ＴＨ１で検出し、検出した大信号のセル情報を基に時間方向に拡がっていない大信号を大信号セル除去手段において除去した受信信号に対して平均化処理を行っている。

これによって、本発明のレーダ信号処理装置では、平均化セルでの平均値がノイズのみの場合に比べて増大することが回避されるので、ＣＦＡＲ処理において、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避することが可能となる。

本発明は、以下に述べるような構成及び動作とすることで、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避することができるという効果が得られる。

次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。図１において、本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置はＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理器（１）１と、大信号検出器２と、大信号セル除去器３と、ＣＦＡＲ処理器（２）４と、目標検出器５とから構成されている。

ＣＦＡＲ処理器（１）１は受信信号の平均化処理を行う平均化処理器１１と、処理前の受信信号を平均化した受信信号で除算する除算器１２とを備え、受信信号中に含まれるクラッタ等の時間方向に拡がっている信号を抑圧する。大信号検出器２はＣＦＡＲ処理器（１）１から出力される受信信号と所定の閾値ＴＨ１とを比較し、閾値ＴＨ１を越える信号を検出し、その信号のセル情報を大信号セル除去器３へ出力する。

大信号セル除去器３は大信号検出器２からの閾値ＴＨ１を越える信号のセル情報を基に受信信号から該当するセルを除去し、該当するセルを除去した受信信号をＣＦＡＲ処理器（２）４へ出力する。ＣＦＡＲ処理器（２）４は大信号セル除去器３から出力された受信信号の平均化処理を平均化処理器４１において行った後、処理前の受信信号を除算器４２において平均化された受信信号で除算し、その除算結果を目標検出器５へ出力する。目標検出器５はＣＦＡＲ処理器（２）４から出力された受信信号を所定の閾値ＴＨ２と比較し、閾値ＴＨ２を越えた信号を目標信号として出力する。

図２は本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置の各構成における信号波形例を示す図である。これら図１及び図２を参照して本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置の動作について説明する。

まず、時間方向に連続するクラッタ信号と時間方向に連続しない複数の近接信号である目標信号を含む受信信号［図２（１）参照］は、ＣＦＡＲ処理器（１）１に入力される。ＣＦＡＲ処理器（１）１の平均化処理器１１は受信信号に対して平均化処理を実施する。図２（２）は平均化処理器１１での平均化処理後の波形であり、クラッタ信号と目標信号とが存在する時間に大きな振幅値が現れている。

次に、ＣＦＡＲ処理器（１）１の除算器１２は受信信号を平均化処理後の受信信号で除算する。その結果、時間方向に連続するクラッタ信号はほぼノイズレベルに抑圧され、目標信号は振幅値が低下する［図２（３）参照］。除算後の信号は大信号検出器２に入力される。

大信号検出器２は入力された信号を所定の閾値ＴＨ１と比較し、閾値ＴＨ１を越える受信信号のセル情報を大信号セル除去器３へ出力する。ここで、閾値ＴＨ１を後述の目標検出器５での閾値ＴＨ２に比べて低い値に設定することによって、図２（４）に示すように、平均化処理によって低下した振幅値の目標信号が検出される。これは、閾値ＴＨ１が時間方向に連続していない大信号の抽出を目的とするものであり、目標信号だけでなく、ノイズ等も閾値ＴＨ２の場合に比べて多く検出される可能性があるが、本処理においてはレーダ装置に要求される誤警報確率Ｐｆａを満足する必要はないためである。

大信号セル除去器３は大信号検出器２からの閾値ＴＨ１を越える信号のセル情報を基に受信信号の該当するセルを除去し［図２（５）参照］、受信信号から該当するセルを除去した信号をＣＦＡＲ処理器（２）４に出力する。

ＣＦＡＲ処理器（２）４の平均化処理器４１は大信号セル除去器３から入力される受信信号の平均化処理を実施する。ＣＦＡＲ処理器（２）４の平均化処理においては、処理する全セル数から大信号セル除去器３で除去したセル数を減算したセル数が平均化処理時の母数となる。図２（６）は平均化処理器後の波形であり、クラッタ信号が存在する時間のみ大きな振幅値が現れている。

ＣＦＡＲ処理器（２）４の除算器４２は処理前の受信信号を平均化処理後の受信信号で除算する。その結果、時間方向に連続するクラッタ信号は抑圧され、時間方向に連続していない大信号である目標信号のみが残る［図２（７）参照］。

目標検出器５はＣＦＡＲ処理器（２）４から出力された受信信号と閾値ＴＨ２とを比較し、閾値ＴＨ２を越えた信号を目標信号として出力する。ここで、閾値ＴＨ２はレーダ装置に要求される探知確率Ｐｄと誤警報確率Ｐｆａとを満足するように設定する。

このように、本実施例では、ＣＦＡＲ処理器（１）１において時間方向に拡がるクラッタ信号を抑圧した後、大信号検出器２において時間方向に拡がらない大信号を目標検出器５における閾値ＴＨ２よりも低い所定の閾値ＴＨ１によって検出し、検出した大信号のセル情報により時間方向に拡がっていない大信号を大信号セル除去器３において除去した受信信号に対して平均化処理を行っている。

これによって、本実施例では、平均化セルでの平均値がノイズのみの場合に比べて増大することが回避されるので、ＣＦＡＲ処理において、テストセルに対して複数の他目標信号、時間方向に拡がっているクラッタ、干渉信号等が平均化セル内に入る程度に近接して存在する場合であっても、テストセルの振幅値を低下させず、目標検出率の低下を回避することができる。

本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施例によるレーダ信号処理装置の各構成における信号波形例を示す図である。 一般的なＣＦＡＲ処理を説明するための図である。 従来例によるレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。 従来例によるレーダ信号処理装置の各構成における信号波形例を示す図である。

符号の説明

１ ＣＦＡＲ処理器（１）
２ 大信号検出器
３ 大信号セル除去器
４ ＣＦＡＲ処理器（２）
５ 目標検出器
１１，４１ 平均化処理器
１２，４２ 除算器

Claims (8)

1. 受信信号に対してクラッタを抑圧するためのＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理を行うレーダ信号処理装置であって、
   前記受信信号中の前記クラッタを含む時間方向に拡がっている信号を抑圧する第１のＣＦＡＲ処理手段と、
   前記第１のＣＦＡＲ処理手段から出力される受信信号と予め設定された第１の閾値とを比較して前記第１の閾値を越える信号を検出する大信号検出手段と、
   前記大信号検出手段で検出された信号のセル情報を基に該当するセルを前記受信信号から除去する大信号セル除去手段と、
   前記大信号セル除去手段で前記セルが除去された受信信号の平均化処理を行った後にその平均化された信号で処理前の受信信号を除算する第２のＣＦＡＲ処理手段と、
   前記第２のＣＦＡＲ処理手段から出力された受信信号と予め設定された第２の閾値とを比較して前記第２の閾値を越えた信号を目標信号として出力する目標検出手段とを有し、
   前記第１のＣＦＡＲ処理手段において時間方向に拡がっているクラッタ信号を抑圧した後に、前記大信号検出手段において時間方向に拡がっていない大信号を前記目標検出手段における前記第２の閾値よりも低い前記第１の閾値で検出し、検出した大信号のセル情報を基に時間方向に拡がっていない大信号を前記大信号セル除去手段において除去した受信信号に対して前記第２のＣＦＡＲ処理手段において平均化処理を行うことを特徴とするレーダ信号処理装置。
2. 前記第１の閾値を前記第２の閾値に比べて低い値に設定することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
3. 前記第２の閾値をレーダ装置に要求される探知確率と誤警報確率とを満足するように設定することを特徴とする請求項２記載のレーダ信号処理装置。
4. 前記第２のＣＦＡＲ処理手段は、自装置で処理する全セル数から前記大信号セル除去手段で除去したセル数を減算したセル数を母数として平均化処理を行うことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか記載のレーダ信号処理装置。
5. 受信信号に対してクラッタを抑圧するためのＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）処理を行うレーダ信号処理装置に用いるＣＦＡＲ処理方法であって、
   前記レーダ信号処理装置が、前記受信信号中の前記クラッタを含む時間方向に拡がっている信号を抑圧する第１のＣＦＡＲ処理と、前記第１のＣＦＡＲ処理から出力される受信信号と予め設定された第１の閾値とを比較して前記第１の閾値を越える信号を検出する大信号検出処理と、前記大信号検出処理で検出された信号のセル情報を基に該当するセルを前記受信信号から除去する大信号セル除去処理と、前記大信号セル除去処理で前記セルが除去された受信信号の平均化処理を行った後にその平均化された信号で処理前の受信信号を除算する第２のＣＦＡＲ処理と、前記第２のＣＦＡＲ処理から出力された受信信号と予め設定された第２の閾値とを比較して前記第２の閾値を越えた信号を目標信号として出力する目標検出処理とを実行し、
   前記第１のＣＦＡＲ処理において時間方向に拡がっているクラッタ信号を抑圧した後に、前記大信号検出処理において時間方向に拡がっていない大信号を前記目標検出処理における前記第２の閾値よりも低い前記第１の閾値で検出し、検出した大信号のセル情報を基に時間方向に拡がっていない大信号を前記大信号セル除去処理において除去した受信信号に対して前記第２のＣＦＡＲ処理において平均化処理を行うことを特徴とするＣＦＡＲ処理方法。
6. 前記第１の閾値を前記第２の閾値に比べて低い値に設定することを特徴とする請求項５記載のＣＦＡＲ処理方法。
7. 前記第２の閾値をレーダ装置に要求される探知確率と誤警報確率とを満足するように設定することを特徴とする請求項６記載のＣＦＡＲ処理方法。
8. 前記第２のＣＦＡＲ処理手段は、自装置で処理する全セル数から前記大信号セル除去手段で除去したセル数を減算したセル数を母数として平均化処理を行うことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか記載のＣＦＡＲ処理方法。

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