JP7520601B2 - Radar device and radar signal processing method - Google Patents
Radar device and radar signal processing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP7520601B2 JP7520601B2 JP2020115722A JP2020115722A JP7520601B2 JP 7520601 B2 JP7520601 B2 JP 7520601B2 JP 2020115722 A JP2020115722 A JP 2020115722A JP 2020115722 A JP2020115722 A JP 2020115722A JP 7520601 B2 JP7520601 B2 JP 7520601B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- axis
- target
- range
- processing
- absolute position
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
本実施形態は、レーダ装置及びレーダ信号処理方法に関する。 This embodiment relates to a radar device and a radar signal processing method.
目標形状の絶対位置を出力するレーダ装置として、逆合成開口レーダ装置(ISAR:Inverse Synthetic aperture radar)が知られている。このISARレーダ装置は、相手側である目標の移動や姿勢変化を利用して分解能を高める方式であるが、目標の回転により、目標形状のドップラ軸の大きさが変化するために、目標形状の絶対位置を出力することができず、例えば目標軸の向きを正しく観測することができないという問題が指摘されている。 Inverse synthetic aperture radar (ISAR) is known as a radar device that outputs the absolute position of a target shape. This ISAR radar device uses the movement and attitude change of the target to increase the resolution, but it is pointed out that the absolute position of the target shape cannot be output because the size of the Doppler axis of the target shape changes due to the rotation of the target, and problems such as the inability to correctly observe the direction of the target axis cannot be observed.
以上述べたように、従来のISARレーダ装置では、目標回転により、目標形状のドップラ軸の大きさが変化するために、目標形状の絶対位置を出力することができず、例えば目標軸の向きを正しく観測することができない問題があった。 As described above, with conventional ISAR radar devices, the size of the Doppler axis of the target shape changes due to target rotation, so it was not possible to output the absolute position of the target shape, and there was a problem in that, for example, the direction of the target axis could not be observed correctly.
本実施形態の課題は、目標回転によらず、目標形状の絶対位置を出力することができ、これによって目標軸の向きを正しく観測することのできるレーダ装置及びレーダ信号処理方法を提供することにある。 The objective of this embodiment is to provide a radar device and a radar signal processing method that can output the absolute position of the target shape regardless of the target rotation, thereby enabling the direction of the target axis to be correctly observed.
上記の課題を解決するために、本実施形態に係るレーダ装置は、1次元または2次元に配置した1または複数のアンテナ素子による複数のサブアレイにより、パルス変調または連続波変調した信号を送受信した信号を用いるレーダ装置であって、前記複数のサブアレイの受信信号を角度軸のFFT(DBF)処理を行い、目標反射点の2次元の絶対位置(X,Y)または3次元の絶対位置(X,Y,Z)を設定し、前記FFT(DBF)処理の処理結果を用いてレンジ軸、角度軸の極座標をX軸、Y軸(及びZ軸、3次元の場合)の直交座標に変換し、X-Y面(及びY-Z面、3次元の場合)に振幅投影した振幅加算値を用いて、所定の振幅スレショルドを超えるX軸、Y軸(及びZ軸、3次元の場合)の目標範囲を抽出し、前記複数のサブアレイの受信信号について、角度軸CS(compressed sensing:圧縮センシング)またはレンジ軸CS処理の少なくとも一方のCS処理を行い、前記CS処理の処理結果について前記目標範囲に入る点を抽出し、抽出された点の2次元の絶対位置(X,Y)または3次元の絶対位置(X,Y,Z)を出力する。 In order to solve the above problems, the radar device according to this embodiment is a radar device that uses signals that are pulse modulated or continuous wave modulated and transmitted by multiple subarrays consisting of one or more antenna elements arranged one-dimensionally or two-dimensionally, performs FFT (DBF) processing on the angle axis of the received signals of the multiple subarrays, sets the two-dimensional absolute position (X, Y) or three-dimensional absolute position (X, Y, Z) of the target reflection point, converts the polar coordinates of the range axis and angle axis into orthogonal coordinates of the X-axis and Y-axis (and Z-axis, in the case of three dimensions) using the results of the FFT (DBF) processing, extracts the target range of the X-axis and Y-axis (and Z-axis, in the case of three dimensions) that exceeds a predetermined amplitude threshold using the amplitude sum value projected in amplitude onto the X-Y plane (and Y-Z plane, in the case of three dimensions), and calculates the angular axis CS (compressed amplitude) of the received signals of the multiple subarrays. At least one of the following CS processing is performed: compressed sensing or range axis CS processing, points that fall within the target range are extracted from the results of the CS processing, and the two-dimensional absolute position (X, Y) or three-dimensional absolute position (X, Y, Z) of the extracted points is output.
すなわち、2次元(1次元)に配置したアンテナ素子(サブアレイ)により、パルス変調(連続波変調)した信号を送受信した信号を用いて、AZ軸及びEL軸(AZ軸またはEL軸)の角度軸においてFFT処理し、更にレンジ周波数軸においてFFT処理したデータを用いて、目標反射点の3次元(2次元)の絶対位置(X,Y,Z)を出力し、レンジ軸、AZ軸及びEL軸の極座標をX軸、Y軸及びZ軸の直交座標に変換して、X-Y面とY-Z面に振幅投影した振幅加算値を用いて、所定の振幅スレショルドを超えるX軸、Y軸、Z軸の範囲を抽出し、AZ軸及びEL軸(AZ軸またはEL軸)においてCS処理し、更にレンジ周波数軸においてCS処理したデータより、前述のFFT結果の抽出範囲の点のみを抽出して、目標反射点の3次元(2次元)の絶対位置(X,Y,Z)を出力する。このように、アンテナ素子(サブアレイ)の信号を用いて角度軸CS処理し、必要に応じてレンジ軸でもCS処理し、更に、CS処理の代わりにFFT処理を用いた出力により、目標範囲を限定することで、誤検出を抑圧し、目標形状の絶対値を出力することができる。 In other words, using the signals transmitted and received by antenna elements (sub-arrays) arranged in two dimensions (one dimension), FFT processing is performed on the angle axes of the AZ and EL axes (AZ axis or EL axis), and further FFT processing is performed on the range frequency axis to output the three-dimensional (two-dimensional) absolute position (X, Y, Z) of the target reflection point, the polar coordinates of the range axis, AZ axis and EL axis are converted to orthogonal coordinates of the X, Y and Z axes, and the range of the X-axis, Y-axis and Z axis that exceeds a predetermined amplitude threshold is extracted using the amplitude sum value projected in amplitude onto the X-Y plane and Y-Z plane, CS processing is performed on the AZ and EL axes (AZ axis or EL axis), and from the data that has been CS processed on the range frequency axis, only points within the extraction range of the aforementioned FFT results are extracted, and the three-dimensional (two-dimensional) absolute position (X, Y, Z) of the target reflection point is output. In this way, angle axis CS processing is performed using the signals from the antenna elements (subarray), and CS processing is also performed on the range axis if necessary.Furthermore, by limiting the target range using output using FFT processing instead of CS processing, false detections can be suppressed and the absolute value of the target shape can be output.
以下、実施形態について、図面を参照して説明する。 The following describes the embodiment with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係るレーダ装置の受信系統の構成を示すブロック図である。送信系統は、説明を簡単にするために割愛する。送信系統では、被搭載レーダによる実開口ビームが目標に常に照射するように、アンテナのビーム指向方向を制御して、PRI(Pulse Repetition Interval)間隔でパルスを送信する。
First Embodiment
1 is a block diagram showing the configuration of a receiving system of a radar device according to the first embodiment. The transmitting system is omitted for simplicity. The transmitting system controls the beam direction of the antenna so that the real aperture beam of the onboard radar is always irradiated on the target, and transmits pulses at PRI (Pulse Repetition Interval) intervals.
図1において、アンテナ11は、それぞれ1または複数のアンテナ素子を配列したN個(N>1)のサブアレイ111~11Nで構成される。受信系統では、サブアレイ111~11Nそれぞれの受信出力を、周波数変換器121~12Nで周波数変換した後、AD変換器131~13Nでディジタル信号に変換し、Slow-time FFT141~14Nでそれぞれのslow-time軸のFFT処理を施すことでドップラ軸の信号を取得し、以下の信号処理部で目標検出処理を行う。 In FIG. 1, the antenna 11 is composed of N (N>1) subarrays 111-11N, each of which has one or more antenna elements arranged therein. In the reception system, the reception output of each of the subarrays 111-11N is frequency converted by frequency converters 121-12N, then converted to a digital signal by AD converters 131-13N, and the Doppler axis signal is obtained by performing FFT processing on each slow-time axis by slow-time FFTs 141-14N, and target detection processing is performed by the signal processing unit described below.
上記信号処理部は、DBF(Digital Beam Forming)合成器15、第1の目標範囲抽出器16、信号抽出器17、レンジ周波数変換器18、CS(compress sensing:圧縮センシング)処理器19、第2の目標範囲抽出器20を備える。
The signal processing section includes a DBF (Digital Beam Forming)
上記DBF合成器15は、Slow-time FFT141~14Nで得られるドップラ軸の信号についてサブアレイ間のFFT処理を行って、角度空間に対してマルチビームを形成し、ドップラ-角度軸の信号を得る。
The DBF combiner 15 performs FFT processing between subarrays on the Doppler axis signals obtained by the Slow-
上記第1の目標範囲抽出器16は、DBF合成器15で形成されるビームによって得られたドップラ-角度軸の信号から所定の振幅スレッショルドを超える振幅成分の角度、レンジ、ドップラを計測し、目標範囲を示すドップラバンクを抽出する。
The first
上記信号抽出器17は、上記N系統のSlow-time FFT141~14Nで得られるドップラ軸の信号を入力し、第1の目標抽出器16で抽出された目標範囲のドップラバンクそれぞれについてサブアレイ毎のfast-time軸の信号を抽出する。
The
上記レンジ周波数変換器18は、信号抽出器17で抽出されたサブアレイ毎のfast-time軸の信号を入力し、FFT処理してレンジ周波数軸に変換し、レンジ周波数軸の信号を得る。
The range frequency converter 18 inputs the fast-time axis signal for each subarray extracted by the
上記CS処理器19は、レンジ周波数軸の信号を入力して角度軸CS処理を行ったのち、角度毎にレンジ周波数軸のCS処理を行う。
The
上記第2の目標範囲抽出器20は、第1の目標範囲抽出器16で抽出された角度-レンジ周波数軸の目標範囲をX-Y軸に変換し、角度-レンジ周波数軸のCS処理結果からX-Y軸に変換された目標範囲内の目標を抽出する。
The second
上記構成において、図2乃至図12を参照してその処理動作を説明する。 The processing operations in the above configuration will be explained with reference to Figures 2 to 12.
図2は図1に示すアンテナ11のサブアレイ111~11Nの受信系統例を示すブロック図、図3は図1に示すサブアレイそれぞれの受信信号を示す波形図である。図2に示す例は、AZ(またはEL)軸のアンテナ素子(サブアレイ)を1次元に配列したアレイである。本実施形態では、AZ(またはEL)軸の圧縮センシング(以下、CS)処理により、AZ(またはEL)軸の到来方向を算出する。他方のEL(またはAZ)軸について、測角が必要であれば、図2に示すように、上下(または左右)開口2分割の差ビームによりΔEL(またはΔAZ)を出力し、AZ(またはEL)軸では、アナログ合成した信号を用いて、全体開口の和であるΣビームと組み合わせ、測角誤差と測角テーブルにより、位相モノパルス測角(非特許文献1参照)すればよい。
Figure 2 is a block diagram showing an example of the receiving system of the
アンテナ11は、搭載レーダによる実開口ビームを目標に常に照射されるように指向させて、PRI(Pulse Repetition Interval)間隔で送信したパルス毎(slow-time)に、PRI内のレンジセル単位(fast-time)でデータを取得する。すなわち、上記サブアレイ(アンテナ素子を含むが、以下省略する)111~11Nで受信されたRF信号#1~#Nは、それぞれ周波数変換器121~12NによりIF帯に周波数変換され、さらにAD変換器131~13Nによりディジタル信号に変換される。この受信信号#1~#Nは、図3に示すように、fast-time-slow-time軸の信号である。
The antenna 11 is oriented so that the real aperture beam of the onboard radar is always irradiated on the target, and acquires data for each pulse (slow-time) transmitted at the PRI (Pulse Repetition Interval) interval, in range cell units (fast-time) within the PRI. That is, the
以下、ディジタル化されたサブアレイ受信信号#1~#Nから目標範囲を抽出する処理について説明する。
The process of extracting the target range from the digitized subarray
図4はサブアレイ信号入力から目標範囲を抽出する処理の流れを示すフローチャート、図5はサブアレイの受信出力からサブアレイDBFを形成する様子を示す波形図、図6はサブアレイDBF出力から振幅スレショルドに基づいて目標範囲を抽出する様子を示す図である。 Figure 4 is a flowchart showing the process of extracting a target range from a subarray signal input, Figure 5 is a waveform diagram showing how a subarray DBF is formed from the received output of the subarray, and Figure 6 is a diagram showing how a target range is extracted from the subarray DBF output based on an amplitude threshold.
図4に示す処理によれば、上記構成による受信系統では、図5(a)に示すサブアレイ受信信号#1~#Nを入力すると(ステップS11)、Slow-time FFT141~14NでPRI#1~PRI#L毎にslow-time FFT処理を施して、図5(b)に示すPRI#1~PRI#Lそれぞれに対応するバンク#1~#Lでfast-time軸のサブアレイ受信信号#1~#Nを取得し、DBF(Digital Beam Forming)合成器15でサブアレイ間のDBF合成を行って(ステップS12)、X軸及びY軸に振幅波形を投影し(ステップS13)、第1の目標範囲抽出器16で図5(c)に示すレンジ-角度軸の目標範囲(X-Y軸)を抽出する(ステップS14)。DBF合成は、サブアレイ間のFFT処理であり、角度空間に対してマルチビームを形成する。このドップラ-角度軸の信号より、図6に示すように、所定の振幅スレショルドを超えるドップラと角度の範囲を目標範囲(X-Y軸)として抽出することができる。
According to the process shown in Figure 4, when the subarray
ここで、図7はドップラバンクを選定した信号によりサブアレイ-レンジ周波数軸の信号を取得する様子を示す図、図8はサブアレイ-レンジ周波数軸の信号から角度軸のCS処理、レンジ周波数軸のCS処理により角度-レンジ周波数軸の信号を取得する様子を示す図、図9はサブアレイ信号入力から角度軸CS処理、レンジ周波数軸CS処理を経て目標範囲を抽出する処理の流れを示すフローチャート、図10は被搭載機のフライト方向及び移動速度に対する目標範囲の位置を定義する図、図11は目標範囲抽出処理の様子を示す図、図12は被搭載機の飛翔経路に対する目標の位置を定義する図である。 Here, Figure 7 shows how a signal on the subarray-range frequency axis is obtained using a signal that has been selected from a Doppler bank, Figure 8 shows how a signal on the angle-range frequency axis is obtained from the signal on the subarray-range frequency axis by CS processing on the angle axis and CS processing on the range frequency axis, Figure 9 is a flowchart showing the process flow for extracting the target range from the subarray signal input through angle axis CS processing and range frequency axis CS processing, Figure 10 is a diagram that defines the position of the target range relative to the flight direction and movement speed of the aircraft to be loaded, Figure 11 is a diagram showing the target range extraction process, and Figure 12 is a diagram that defines the position of the target relative to the flight path of the aircraft to be loaded.
本実施形態では、図7(a)に示すサブアレイ受信信号#1~#Nを入力して、Slow-time FFT141~14NでPRI#1~PRI#L毎にslow-time FFT処理を施した後、図7(b)に示すように、PRI#1~PRI#Lそれぞれに対応するバンク#1~#Lでfast-time軸のサブアレイ受信信号#1~#Nを取得する。これにより、抽出した目標範囲のドップラバンク毎に、サブアレイ毎のfast-time軸の信号を抽出することができる。そこで、このfast-time軸の信号をFFT処理してレンジ周波数軸に変換することで、図7(c)に示すサブアレイ-レンジ周波数軸の信号を抽出することができる。
In this embodiment, the subarray
上記の処理を具体的に説明する。
パルス圧縮処理(非特許文献3参照)された信号等のようにパルス内で変調している場合は、変調信号である参照信号をFFT処理したものを周波数軸の信号に乗算して、レンジ周波数軸の信号Sigr(f)を得る(非特許文献4参照)。
The above process will now be described in detail.
In the case of modulation within the pulse, such as a signal that has been pulse compressed (see Non-Patent Document 3), the reference signal, which is a modulated signal, is subjected to FFT processing and multiplied by the signal on the frequency axis to obtain the signal Sigr(f) on the range frequency axis (see Non-Patent Document 4).
まず、 first,
各サブアレイ受信信号#1~#Nは、全体のアンテナ開口の位相中心からの位相により、次式で与えられる。
The phase of each subarray received
次に、圧縮センシング処理(非特許文献5参照)を考える。図5と同様の手法で、ドップラバンクを選定した信号により図7(c)に示すサブアレイ-レンジ周波数軸の信号を得る。この信号を入力信号Yとして、波源をXangとすると、次式で表すことができる。 Next, consider compressed sensing processing (see Non-Patent Document 5). Using the same method as in Figure 5, a signal on the subarray-range frequency axis shown in Figure 7(c) is obtained from a signal with a selected Doppler bank. If this signal is taken as the input signal Y and the wave source as Xang, it can be expressed by the following equation.
次に、(4)式を用いて、Xがスパースであることを用いると、次式を最小化するXangを算出することができる(非特許文献5参照)。
Next, by using equation (4) and utilizing the fact that X is sparse, it is possible to calculate Xang that minimizes the following equation (see Non-Patent Document 5).
次に、レンジ周波数軸におけるCS処理をすることを考える。入力信号の変化の様子を図8に示す。角度軸CS処理をした後は、角度毎にレンジ軸のCS処理を行う。この角度軸毎の入力信号をYrとし波源をXrとすると、次式で表すことができる。 Next, consider performing CS processing on the range frequency axis. Figure 8 shows how the input signal changes. After performing angle axis CS processing, perform range axis CS processing for each angle. If the input signal for each angle axis is Yr and the wave source is Xr, it can be expressed by the following equation.
Arのn番目の縦列の要素は、波源xnが存在するときの距離に対応するベクトルである。 The element in the nth column of Ar is a vector that corresponds to the distance when the wave source xn is present.
ここで、(9)式を用いて、Xがスパースであることを用いると、次式を最小化するXrを算出することができる(非特許文献5参照)。
Here, by using equation (9) and utilizing the fact that X is sparse, it is possible to calculate Xr that minimizes the following equation (see Non-Patent Document 5).
Xrに対応するmが算出できれば、次式により距離を算出することができる。
If m corresponding to Xr can be calculated, the distance can be calculated using the following formula.
以上の角度軸及びレンジ周波数軸のCS処理の全体処理フローを図9に示す。図9では、サブアレイ信号入力から角度軸CS処理、レンジ周波数軸CS処理を経て目標範囲を抽出する処理の流れを示しているが、角度軸とレンジ周波数軸のCS処理の順番を入れ替えてもよい。 The overall processing flow of the above angle axis and range frequency axis CS processing is shown in Figure 9. Figure 9 shows the processing flow from subarray signal input through angle axis CS processing and range frequency axis CS processing to extract the target range, but the order of the angle axis and range frequency axis CS processing may be reversed.
図9において、まずサブアレイ信号を入力し、fast-time軸信号を入力すると(ステップS21)、fast-time軸FFT処理を施し(ステップS22)、fast-time軸参照信号を設定し(ステップS23)、そのfast-time軸参照信号をFFT処理して(ステップS24)、fast-time軸信号にFFT処理されたfast-time軸参照信号を乗算(周波数軸乗算)して(ステップS25)、角度軸のCS処理を行う(ステップS26)。ここで、全てのレンジ周波数セルについてCS処理が終了したかを判断し(ステップS27)、終了していない場合は、レンジ周波数セルを変化させ(ステップS28)、ステップS26に戻って角度軸CS処理を行う。ステップS27で全てのレンジ周波数セルのCS処理が終了していた場合には、レンジ周波数軸の観測行列を設定し(ステップS28)、レンジ周波数軸のCS処理を行う(ステップS29)ここで、全ての角度セルについてCS処理が終了したかを判断し(ステップS30)、終了していない場合は、角度セルを変化させ(ステップS31)、ステップS29に戻ってレンジ周波数軸CS処理を行う。ステップS30で全ての角度セルのCS処理が終了していた場合には、一連の処理を終了する。 In FIG. 9, first, a subarray signal is input, and then a fast-time axis signal is input (step S21), and fast-time axis FFT processing is performed (step S22), a fast-time axis reference signal is set (step S23), the fast-time axis reference signal is subjected to FFT processing (step S24), the fast-time axis signal is multiplied by the FFT-processed fast-time axis reference signal (frequency axis multiplication) (step S25), and CS processing of the angle axis is performed (step S26). Here, it is determined whether CS processing has been completed for all range frequency cells (step S27), and if not, the range frequency cells are changed (step S28), and the process returns to step S26 to perform angle axis CS processing. If CS processing for all range frequency cells has been completed in step S27, an observation matrix for the range frequency axis is set (step S28), and CS processing for the range frequency axis is performed (step S29). Here, it is determined whether CS processing has been completed for all angle cells (step S30), and if not, the angle cells are changed (step S31), and the process returns to step S29 to perform range frequency axis CS processing. If CS processing has been completed for all angle cells in step S30, the process ends.
以上により、距離Rと角度θを算出できるため、3次元座標にするには、図10を参照して、次式により変換する。 The distance R and angle θ can be calculated from the above, so to convert them into three-dimensional coordinates, refer to Figure 10 and convert them using the following formula.
次に、CS処理による誤検出の影響を抑圧するために、図6で抽出したレンジ-角度軸の目標範囲を図11(a)に示すようにX-Y軸に変換して所定の振幅スレッショルドを超える振幅範囲を目標範囲として抽出し、図11(b)に示すように目標範囲内の信号を抽出し、その他をノイズとして誤検出を抑圧する。また、目標範囲内の目標の分布から目標軸を抽出する。 Next, in order to suppress the effects of false positives due to CS processing, the target range of the range-angle axis extracted in Figure 6 is converted to the X-Y axis as shown in Figure 11(a) and the amplitude range exceeding a specified amplitude threshold is extracted as the target range, and signals within the target range are extracted as shown in Figure 11(b), with the rest treated as noise to suppress false positives. In addition, the target axis is extracted from the distribution of targets within the target range.
結果として、図12(a)に示すように、X-Y軸上の被搭載機の飛翔経路(Y軸方向)に対してAZ角度方向、距離Rの位置に目標が存在するとき、図12(b)に示すようにX-Y軸で高分解能の目標画像が得られる。 As a result, when a target is present at a position at an AZ angle direction and distance R relative to the flight path (Y-axis direction) of the aircraft on the X-Y axis as shown in Figure 12(a), a high-resolution image of the target is obtained on the X-Y axis as shown in Figure 12(b).
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、CS処理を用いて、角度軸-レンジ周波数軸(あるいは、変換座標であるX-Y軸)の高分解能化を図る手法について述べた。本実施形態では、高分解能化画像を用いて、目標軸を抽出する手法について述べる。目標軸の抽出には、一般化ハフ変換(非特許文献5参照)等を用いる手法があるが、ここでは、テンプレートマッチングを用いた手法について述べる。
Second Embodiment
In the first embodiment, a method for increasing the resolution of the angle axis-range frequency axis (or the XY axis, which is the converted coordinate system) using CS processing has been described. In the present embodiment, a method for extracting a target axis using a high-resolution image will be described. There are methods for extracting the target axis that use the generalized Hough transform (see Non-Patent Document 5), but here, a method using template matching will be described.
図13は第2の実施形態に係るレーダ装置の受信系統の構成を示すブロック図、図14は目標範囲抽出処理を示すフローチャート、図15はISAR画像を画像化範囲の中心に変換する処理を説明するための図、図16は目標軸と目標軸を中心にした目標幅で規定される目標軸範囲を抽出する様子を示す図である。 Figure 13 is a block diagram showing the configuration of the receiving system of the radar device according to the second embodiment, Figure 14 is a flowchart showing the target range extraction process, Figure 15 is a diagram for explaining the process of converting the ISAR image to the center of the imaging range, and Figure 16 is a diagram showing how the target axis range defined by the target axis and the target width centered on the target axis is extracted.
本実施形態に係るレーダ装置の受信系統は、図13に示すように、第1の実施形態の第2の目標範囲抽出器20の後段に、目標軸を抽出するための信号処理器21を追加した点にある。図13において、図1と同一部分には同一符号を付して示し、ここでは重複する説明を省略する。
As shown in FIG. 13, the receiving system of the radar device according to this embodiment is characterized in that a
本実施形態では、図14に示すように、まず、第2の目標範囲抽出器20で得られたISAR画像をレンジ-角度軸の画像中心に変換する(ステップS41)。画像中心に変換するには、図15(a)に示すX-Y軸の目標画像について、図15(b)に示すようにX軸とY軸に対して振幅を投影し、その結果に対して振幅スレショルドを設定し、それを超えたX軸とY軸の範囲を目標範囲として抽出し、目標範囲の中心(Xtc,Ytc)を算出する。この目標範囲の中心を画像化中心(Xc,Yc)に変換することで、図15(c)に示すように、目標画像を移動する。これにより、目標中心軸に対するテンプレートの数を減らすことができる。
In this embodiment, as shown in FIG. 14, first, the ISAR image obtained by the second
次に、目標軸を抽出するために、図16に示す目標範囲の中心(Xc,Yc)を中心に、所定の幅Wtn(n=1~Nw)及び所定の角度θtn(n=1~Nt)の範囲を1(基準)として、他は0に設定したテンプレートを用意し、このテンプレートと画像中心化した画像の振幅を乗算し、加算し(ステップS42)、その加算結果を保存して(ステップS42)、その加算結果が最大となるテンプレートを抽出する(ステップS44~S46)。テンプレートを用いて目標軸範囲(θtとWt)を抽出し(ステップS47)、目標軸範囲の輝度を強調して(ステップS48)、一連の処理を終了する。これにより、目標軸θtと目標軸を中心にした目標幅Wtで規定される目標軸範囲を抽出することができる。 Next, to extract the target axis, a template is prepared with the center (Xc, Yc) of the target range shown in FIG. 16 as the center, with a range of a certain width Wtn (n=1 to Nw) and a certain angle θtn (n=1 to Nt) set to 1 (reference) and the rest set to 0. This template is multiplied by the amplitude of the image centered on the image, and added (step S42), the result of the addition is saved (step S42), and the template with the maximum result of the addition is extracted (steps S44 to S46). The template is used to extract the target axis range (θt and Wt) (step S47), the brightness of the target axis range is enhanced (step S48), and the series of processes is completed. This allows the target axis range defined by the target axis θt and the target width Wt centered on the target axis to be extracted.
以上のように、上記の実施形態に係るレーダ装置は、目標が回転する場合でも、目標形状の絶対位置を出力することができ、例えば目標軸の向きを正しく観測することができる。 As described above, the radar device according to the above embodiment can output the absolute position of the target shape even when the target rotates, and can correctly observe, for example, the direction of the target axis.
なお、本発明は上記実施形態をそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and in the implementation stage, the components can be modified and embodied without departing from the gist of the invention. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining multiple components disclosed in the above-described embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, components from different embodiments may be appropriately combined.
11…アンテナ、121~12N…周波数変換器、131~13N…AD変換器、141~14N…Slow-time FFT、15…DBF(Digital Beam Forming)合成器、16…第1の目標範囲抽出器、17…信号抽出器、18…レンジ周波数変換器、19…CS(compress sensing:圧縮センシング)処理器、20…第2の目標範囲抽出器。 11...antenna, 121-12N...frequency converter, 131-13N...AD converter, 141-14N...slow-time FFT, 15...DBF (Digital Beam Forming) combiner, 16...first target range extractor, 17...signal extractor, 18...range frequency converter, 19...CS (compress sensing) processor, 20...second target range extractor.
Claims (5)
前記複数のサブアレイの受信信号を角度軸のFFT(DBF)処理を行うFFT処理手段と、
目標反射点の2次元の絶対位置(X,Y)または3次元の絶対位置(X,Y,Z)を設定し、前記FFT処理手段の処理結果を用いてレンジ軸、角度軸の極座標をX軸、Y軸(及びZ軸、3次元の場合)の直交座標に変換し、X-Y面(及びY-Z面、3次元の場合)に振幅投影した振幅加算値を用いて、所定の振幅スレショルドを超えるX軸、Y軸(及びZ軸、3次元の場合)の目標範囲を抽出する目標範囲抽出手段と、
前記複数のサブアレイの受信信号について、角度軸CS(compressed sensing:圧縮センシング)またはレンジ軸CS処理の少なくとも一方の処理を行うCS処理手段と、
前記CS処理手段の処理結果について前記目標範囲に入る点を抽出し、抽出された点の2次元の絶対位置(X,Y)または3次元の絶対位置(X,Y,Z)を出力する位置出力手段と
を具備するレーダ装置。 A radar device using a signal that is pulse modulated or continuous wave modulated by a plurality of subarrays each having one or more antenna elements arranged one-dimensionally or two-dimensionally,
an FFT processing means for performing FFT (DBF) processing on the angle axis of the reception signals of the plurality of subarrays;
a target range extraction means for setting a two-dimensional absolute position (X, Y) or a three-dimensional absolute position (X, Y, Z) of a target reflection point, converting the polar coordinates of the range axis and the angle axis into orthogonal coordinates of the X axis and the Y axis (and the Z axis, in the case of three dimensions) using the processing result of said FFT processing means, and extracting a target range of the X axis and the Y axis (and the Z axis, in the case of three dimensions) that exceeds a predetermined amplitude threshold using an amplitude sum value projected onto the X-Y plane (and the Y-Z plane, in the case of three dimensions);
CS processing means for performing at least one of angular axis CS (compressed sensing) and range axis CS processing on the received signals of the plurality of subarrays;
a position output means for extracting points that fall within the target range from the processing result of the CS processing means, and outputting the two-dimensional absolute position (X, Y) or three-dimensional absolute position (X, Y, Z) of the extracted points.
前記信号処理装置が、
前記複数のサブアレイの受信信号について角度軸のFFT(DBF)処理を行うステップと、
目標反射点の2次元の絶対位置(X,Y)または3次元の絶対位置(X,Y,Z)を設定し、前記FFT(DBF)処理の処理結果を用いてレンジ軸、角度軸の極座標をX軸、Y軸(及びZ軸、3次元の場合)の直交座標に変換し、X-Y面(及びY-Z面、3次元の場合)に振幅投影した振幅加算値を用いて、所定の振幅スレショルドを超えるX軸、Y軸(及びZ軸、3次元の場合)の目標範囲を抽出するステップと、
前記複数のサブアレイの受信信号について、角度軸CS(compressed sensing:圧縮センシング)またはレンジ軸CS処理の少なくとも一方のCS処理を行うステップと、
前記CS処理の処理結果について前記目標範囲に入る点を抽出し、抽出された点の2次元の絶対位置(X,Y)または3次元の絶対位置(X,Y,Z)を出力するステップと
を具備するレーダ信号処理方法。 A radar signal processing method for detecting a target using a signal transmitted and received by a signal processing device of a radar device using a plurality of subarrays each having one or a plurality of antenna elements arranged one-dimensionally or two-dimensionally, the signal processing device comprising:
The signal processing device,
performing an FFT (DBF) process on the angular axis of the received signals of the plurality of subarrays;
a step of setting a two-dimensional absolute position (X, Y) or a three-dimensional absolute position (X, Y, Z) of the target reflection point, converting the polar coordinates of the range axis and the angle axis into the orthogonal coordinates of the X axis and the Y axis (and the Z axis, in the case of three dimensions) using the processing result of the FFT (DBF) processing, and extracting the target range of the X axis and the Y axis (and the Z axis, in the case of three dimensions) that exceeds a predetermined amplitude threshold using the amplitude sum value projected onto the X-Y plane (and the Y-Z plane, in the case of three dimensions) ;
performing at least one of angle axis CS (compressed sensing) and range axis CS processing on the received signals of the plurality of subarrays;
extracting points that fall within the target range from the processing result of the CS processing, and outputting the two-dimensional absolute position (X, Y) or the three-dimensional absolute position (X, Y, Z) of the extracted points;
A radar signal processing method comprising :
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020115722A JP7520601B2 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Radar device and radar signal processing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020115722A JP7520601B2 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Radar device and radar signal processing method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022013279A JP2022013279A (en) | 2022-01-18 |
JP7520601B2 true JP7520601B2 (en) | 2024-07-23 |
Family
ID=80169439
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020115722A Active JP7520601B2 (en) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Radar device and radar signal processing method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7520601B2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013152239A (en) | 2013-03-29 | 2013-08-08 | Honda Elesys Co Ltd | Electronic scanning radar device, control method of the same and program |
JP2017021013A (en) | 2015-07-07 | 2017-01-26 | 三菱電機株式会社 | Method and system for generating high-resolution two-dimensional radar image |
JP2017139571A (en) | 2016-02-02 | 2017-08-10 | 株式会社東芝 | Antenna device and radar device |
US20180128892A1 (en) | 2016-11-09 | 2018-05-10 | Raytheon Company | Systems and Methods for Direction Finding Using Compressive Sensing |
JP2018159575A (en) | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 株式会社デンソー | Radar system |
-
2020
- 2020-07-03 JP JP2020115722A patent/JP7520601B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013152239A (en) | 2013-03-29 | 2013-08-08 | Honda Elesys Co Ltd | Electronic scanning radar device, control method of the same and program |
JP2017021013A (en) | 2015-07-07 | 2017-01-26 | 三菱電機株式会社 | Method and system for generating high-resolution two-dimensional radar image |
JP2017139571A (en) | 2016-02-02 | 2017-08-10 | 株式会社東芝 | Antenna device and radar device |
US20180128892A1 (en) | 2016-11-09 | 2018-05-10 | Raytheon Company | Systems and Methods for Direction Finding Using Compressive Sensing |
JP2018159575A (en) | 2017-03-22 | 2018-10-11 | 株式会社デンソー | Radar system |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2022013279A (en) | 2022-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110297236B (en) | Radar apparatus | |
CN106546983B (en) | Radar apparatus | |
Brenner et al. | Demonstration of advanced reconnaissance techniques with the airborne SAR/GMTI sensor PAMIR | |
JP6629180B2 (en) | Radar apparatus and radar signal processing method thereof | |
JP2019152488A (en) | Antenna device and radar device | |
JP6430215B2 (en) | Radar system and radar signal processing method thereof | |
JP5554018B2 (en) | Angle measuring device, monopulse angle measuring device, monopulse radar, multi-static radar | |
JP6301749B2 (en) | Doppler radar apparatus and radar signal processing method thereof | |
JP5134878B2 (en) | Radar equipment | |
JPWO2016067321A1 (en) | Antenna specification estimating device and radar device | |
JP6591589B2 (en) | Radar system and radar signal processing method thereof | |
JP6346082B2 (en) | Pulse compression radar apparatus and radar signal processing method thereof | |
JP2017053685A (en) | Radar device and radar signal processing method | |
JP2017220801A (en) | Antenna device | |
JP2017040477A (en) | Antenna apparatus and radar apparatus | |
JP6466263B2 (en) | Radar apparatus and radar signal processing method | |
JP6367143B2 (en) | Synthetic aperture radar apparatus and radar signal processing method thereof | |
JP2017106799A (en) | Synthetic-aperture radar device and radar signal processing method thereof | |
JP6246338B2 (en) | Angle measuring device and angle measuring method | |
JP6400494B2 (en) | Radar apparatus and radar signal processing method thereof | |
JP4909867B2 (en) | Radar equipment | |
JP2017032531A (en) | Radar device and radar signal processing method | |
JP2015052549A (en) | Synthetic aperture radar system and method of image processing thereof | |
JP7520601B2 (en) | Radar device and radar signal processing method | |
CN114265058A (en) | MIMO radar target angle measurement method and device, electronic equipment and storage medium |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230530 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240326 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240523 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240611 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240710 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7520601 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |