JPH10170634A

JPH10170634A - マルチバンドレーダ装置並びにこれに適する方法及び回路

Info

Publication number: JPH10170634A
Application number: JP8325628A
Authority: JP
Inventors: Namio Mizushiro; 南海男水城; Masanori Sudo; 正則須藤; Shuichi Hashimoto; 修一橋本
Original assignee: Japan Radio Co Ltd; Ship Research Institute
Current assignee: Japan Radio Co Ltd; Ship Research Institute
Priority date: 1996-12-05
Filing date: 1996-12-05
Publication date: 1998-06-26
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: JP3781218B2

Abstract

(57)【要約】【課題】複数の無線周波数の利点をいずれも生かす。【解決手段】ＸバンドレーダビデオＸx 及びＳバンド
レーダビデオＸs を、ＸバンドレーダビデオＸx のセル
アベレージＸxav に基づき決定した係数Ａ及びＢにて加
重しながら結合させ、レーダビデオｙを得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、船舶等の移動体に
搭載され当該移動体の周囲に存在する物標の映像を指示
するレーダ装置に関し、特に、複数の無線周波数を同時
並行的に利用するマルチバンドレーダ装置や、この装置
の実施に適する方法及び回路に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】移動体の運行・操業に必
要な情報の一つにその周囲に存在する物標（例えば他の
船舶、海岸線、港湾、ブイ等）の映像がある。物標の存
否及びその位置を検出しその位置と共に物標の映像を画
面上に指示できる装置として、レーダ装置が周知であ
る。レーダ装置を用いた場合には、用いない場合に比
べ、一般に、より安全かつ正常な移動体運行・操業が可
能になる。

【０００３】しかし、降雨、降雪が激しいとき（図３参
照）や、海面に波浪が生じているとき（図４参照）に
は、雨滴・雪片からの反射波（ウエザークラッタ）や海
面からの反射波（シークラッタ）等のクラッタ成分が相
対的に比率を増すため、物標からの反射波即ち物標信号
が埋もれやすくなる。特に、航路ブイ等の小物標を比較
的高い無線周波数（例えばＸバンド）にて検出するの
は、困難になりやすい。逆に、天候が良好で海面が穏や
かなとき（凪）には海面が鏡面反射を起こしやすいた
め、海面をへた反射波によって受信信号強度が低下して
しまうことがある（図５参照：いわゆるマルチパス障
害）。また、物標の形状によっては、その物標からの反
射波同士の位相合成によりやはり受信信号強度が低下し
てしまう（図６参照）。特に、マルチパスや位相合成の
問題は、比較的低い無線周波数（例えばＳバンド）にて
中距離以遠の比較的小さい物標を検出するのに、支障と
なる。

【０００４】レーダ装置の分野では、これまで、クラッ
タにどのように対策するかといった検討が様々に行われ
てきた。クラッタへの対策として広く用いられているも
のの一つに、CFAR(Constant False Alarm Rate) と呼ば
れる回路乃至処理がある。CFARとは、大まかにいえば、
レーダ装置にて得られる極座標型式の映像信号即ちレー
ダビデオからその低周波成分を取り出し、取り出した低
周波成分をレーダビデオから減ずる処理である。一般
に、レーダビデオには、相対的に低レベルでかついずれ
の受信時刻（位置）でも現れる成分（例えばクラッタ）
と、相対的に高レベルでごく短時間に亘って現れる成分
（例えば物標信号）とが含まれているから、CFARの実行
によって、誤警報確率即ち物標でないものを物標とした
り物標であるものと物標でないとしたりする誤りの確率
を、ある一定水準以下に抑圧できる。また、CFARの一つ
に、CA−CFARとよばれるものがある。ここでいうCA(Cel
l Averaging)とは、レーダビデオからその低周波成分を
取り出す方法として、“時間軸に沿って注目受信時刻
（位置）を順次変化させながら、注目受信時刻（位置）
を中心とした数点の受信時刻（位置）におけるレーダビ
デオの平均又は加重平均を求める”という処理を採用す
るものである。注目受信時刻（位置）を中心とした数点
の受信時刻（位置）はセルと呼ばれ、またセル毎に得ら
れる平均又は加重平均はセルアベレージと呼ばれる。な
お、CFARやCAに関しては、各種の先行技術文献が存在し
ているので、後述の本発明の解釈に当たってはそれらも
参照されたい。

【０００５】図３〜図６に例示した問題点は、このよう
なCFARを単純に適用したとしても、十分に緩和する又は
解消することはできない。即ち、図３及び図４に示した
問題点は無線周波数が高いときに、図５及び図６に示し
た問題点は無線周波数が低いときに顕著になるものであ
り、顕著になったときには、最早CFARでは十分な効果が
得られない。

【０００６】

【発明の概要】本発明の目的の一つは、図３〜図６に例
示した問題点を解決可能なレーダ装置を実現することに
ある。本発明の好ましい実施形態においては、この目的
を、CFARと周波数ダイバーシティとの結合により、達成
している。

【０００７】本発明に係るレーダ装置はマルチバンドレ
ーダ装置、即ち複数の無線周波数にて周囲の物標を検出
可能なレーダ装置である。本発明に係るマルチバンドレ
ーダ装置は、第１レーダ部、第２レーダ部及び指示部を
備える。第１及び第２レーダ部は、いずれも、無線信号
を周囲に送信し物標からの反射波を受信することによ
り、一般に当該物標の映像及びクラッタ成分を含むレー
ダビデオを生成する。但し、第１レーダ部が使用する無
線信号の周波数は第１無線周波数、第２レーダ部が使用
する無線信号の周波数はそれとは異なる第２無線周波数
である。従って、本発明においては、第１レーダ部の出
力即ち第１レーダビデオと第２レーダ部の出力即ち第２
レーダビデオという２種類のレーダビデオが得られる。
本発明に係るマルチバンドレーダ装置の特徴の一つは、
その指示部に内蔵される（又は指示部に併設された）マ
ルチバンドレーダ用信号処理回路或いはこの回路により
実行されるレーダビデオ結合方法にあり、より詳細に
は、これらの回路又は方法におけるマルチバンド結合レ
ーダビデオの生成手順即ち改良された周波数ダイバシテ
ィ手順にある。更に詳細には、この周波数ダイバシティ
手順において、CFAR又はCA−CFARの出力を利用できるこ
とにある。

【０００８】本発明においては、第１レーダビデオから
その低周波成分が抽出され、抽出された低周波成分の量
に応じて第１及び第２係数のうち少なくとも一方が可変
設定される。更に、第２レーダビデオと上記第１レーダ
ビデオとの相関値が第１係数により、また第１レーダビ
デオが第２係数により、それぞれ重み付けされる。他方
で、重み付け前の第１レーダビデオから低周波成分が除
去される。そして、重み付け後の相関値、重み付け後の
第１レーダビデオ、及び低周波成分除去後の第１レーダ
ビデオの結合をさせることによって、マルチバンド結合
レーダビデオが生成される。生成されたマルチバンド結
合レーダビデオは、物標映像の指示に利用される。

【０００９】このような手順を実行することによって、
本発明においては、無線周波数の高低に応じて顕在化し
やすさが異なる問題点を、容易に解消することが可能に
なる。例えば、第１無線周波数がＸバンドに、第２無線
周波数がＳバンドに、各々属するよう、設計したとす
る。このような無線周波数設計の下では、図３や図４に
示される問題点は第１レーダビデオに現れやすく、図５
や図６に示される問題点は第２レーダビデオに現れやす
い。他方、図３や図４に示される問題点が顕在化してい
るときには、第１レーダビデオ中の低周波成分が比較的
高レベルになる。従って、第１レーダビデオから取り出
した低周波成分が比較的高レベルのときには第１係数を
大きくし又は第２係数を小さくし、逆に比較的低レベル
のときには第１係数を小さくし又は第２係数を大きくす
ることにより、本発明によれば、図３〜図６の問題点
を、いずれも、従来に比べ緩和し又は解消することが可
能になる。なお、ここではＸバンド、Ｓバンドといった
具体的な周波数帯域を示したが、これは例示であり、他
の帯域にも適用できることに、留意されたい。さらに、
無線周波数の帯域が異なればその周波数帯域独特の問題
点も異なるから、本発明の目的が図３〜図６に例示した
問題点の解消に限定されるべきでないことにも、留意さ
れたい。

【００１０】本発明に係るマルチバンド結合レーダビデ
オ生成手順は、CA−CFAR回路を用いることにより、好適
に実現できる。例えば、CA−CFAR回路にて生成したセル
アベレージを相関回路及び係数回路に供給し、相関回路
及び係数回路が各々このセルアベレージの値に応じて第
１又は第２係数を決定する。或いは、CA−CFAR回路にて
更に第１及び第２係数の決定をも実行する。相関回路で
は第１レーダビデオと第２レーダビデオとの相関値に第
１係数による重み付けを施し、係数回路では第１レーダ
ビデオに第２係数による重み付けを施す。最後に、加算
回路を用いて、CA−CFAR回路から出力されるセルアベレ
ージ除去後の第１レーダビデオ、第１係数による重み付
け後の相関値、及び第２係数による重み付け後の第１レ
ーダビデオを、加算結合させる。このようなCA−CFAR技
術の応用によって、マルチバンド結合レーダビデオを好
適に生成できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
関し図１及び図２に基づき説明する。まず、図１に示す
ように、本実施形態では、例えば船舶の見晴らしのよい
箇所にＸバンドアンテナ１０x 及びＳバンドアンテナ１
０s を設け、これらを単一の駆動部（例えばモータ）１
２によって一括回転させている。無論、各アンテナ毎に
別々の駆動部を設け、各駆動部を同期してさせるように
してもよい。Ｘバンドアンテナ１０x 及びＳバンドアン
テナ１０s 各々のビームは同一の方向を向くのが好まし
いけれども、あらかじめビーム方向の差（オフセット）
が分かっているのであれば後の信号処理の際そのオフセ
ットを補償できるから、ビーム方向がずれていても構わ
ない。

【００１２】Ｘバンドアンテナ１０x 及びＳバンドアン
テナ１０s は、各々、送受切換器１４x 又は１４s を介
して送信機１６x 又は１６s 及び受信機１８x 又は１８
s に、接続されている。送受切換器１４x 及び１４s は
対応するアンテナを対応する送信機及び受信機で共用す
るための部材であり、対応する送信機から供給される送
信信号を対応するアンテナに供給し、対応するアンテナ
にて受信された反射波を対応する受信機に供給する。な
お、アンテナを送受別々に設けるときや受信のみを行う
ときには、送受切換器１４x 及び１４s は省略できる
（例えば、船団中の１隻のみが送信を行い各船舶が受信
を行うような用途）。また、送信機１６x及び１６s
は、例えば、所定周波数の搬送波を所定幅所定繰返し周
期のパルスにて変調することにより、上記送信信号を生
成する（パルスレーダの場合）。受信機１８x 及び１８
s は、対応する送受切換器を介して対応するアンテナか
ら得た反射波に、増幅、周波数変換等を施し、その結果
得られるアナログのレーダビデオＸx(t)又はＸs(t)を、
指示部２０に供給する（ｔは反射波の受信時刻）。指示
部２０は、Ｘx(t)及びＸs(t)を結合させ、その結果に基
づき物標の映像を例えばＰＰＩ型式でＣＲＴ画面等に表
示する。

【００１３】図２に、指示部２０の内部回路のうち、Ｘ
x(t)及びＸs(t)を結合してマルチバンド結合レーダビデ
オｙ(t) を生成する信号処理回路、即ちCA−CFAR機能を
有する周波数ダイバシティ回路の構成を示す。図中、ア
ナログ制御回路２１x はＸx(t)に増幅、クラッタ抑圧等
の処理を施し、Ａ／Ｄコンバータ２２x はアナログ制御
回路２１x をへたＸx(t)をディジタルのレーダビデオＸ
x(i)に変換する（ｉ：時刻を表す離散値）。同様に、ア
ナログ制御回路２１s はＸs(t)にクラッタ抑圧等の処理
を施し、Ａ／Ｄコンバータ２２s はアナログ制御回路２
１s をへたＸs(t)をディジタルのレーダビデオＸs(i)に
変換する。

【００１４】CA−CFAR回路２３はＸx(i)に周知のCA−CF
ARを施し、その経過で得たセルアベレージＸxav を相関
回路２４及び係数回路２５に、またCA−CFARの結果たる
偏差ΔＸ＝Ｘx(i)−Ｘxav を加算回路２６に、それぞれ
供給する。なお、Ｘxav に代え、Ｘxav に基づき決定し
た係数Ａを相関回路２４に、Ｘxav に基づき決定した係
数Ｂを係数回路２５に、それぞれ供給するようにしても
よい。相関回路２４は、Ｘx(i)とＸs(i)の相関Ｘx(i)＊
Ｘs(i)に係数Ａを乗じた値Ａ＊Ｘx(i)＊Ｘs(i)を、加算
回路２６に供給する。係数回路２５は、Ｘx(i)に係数Ｂ
を乗じた値Ｂ＊Ｘx(i)を、加算回路２６に供給する。加
算回路２６は、Ａ＊Ｘx(i)＊Ｘs(i)、Ｂ＊Ｘx(i)及びΔ
Ｘの和即ちマルチバンド結合レーダビデオｙ(t) を求
め、これを、図示しないバッファメモリに出力・格納す
る。指示部２０の画面には、このバッファメモリ上のレ
ーダビデオｙ(t) に基づく映像が表示される。例えば、
バッファメモリ上のレーダビデオ（スイープデータ）を
スキャンコンバータにて座標変換し、ラスタスキャン型
の指示器の画面に表示する。

【００１５】ここで、アナログ制御回路やＡ／Ｄコンバ
ータでの利得を無視すると、上の処理は、

【数１】ｙ＝Ａ＊Ｘx ＊Ｘs ＋Ｂ＊Ｘx ＋ΔＸと表すことができる。なお、記載の簡略化のため、Ｘx
(t)をＸx と表記する等の省略を施している。この式か
ら理解できるように、相対的にＡが大きければ相関成分
Ｘx ＊Ｘs がｙに強く現れ、Ｂが大きければＸバンドの
レーダビデオＸx がｙに強く現れる。他方、Ｘxav は、
Ｘバンドのレーダビデオに含まれるクラッタの相対的な
比率を表しているから、降雨降雪が激しいとき（図
３）、海面が荒れているとき（図４）等には大きくな
る。本実施形態では、Ａ及びＢをＸxav に基づき決定す
ることにより、例えば、物標近傍が激しい降雨降雪や激
しい波浪に見舞われているときには相対的にＳバンドレ
ーダビデオを活かし、逆に凪のときには相対的にＸバン
ドレーダビデオを活かして、ｙ(t) を生成している。

【００１６】具体例として、Ａ及びＢを次の論理にて決
定する例を示す。Ｘ0 は、実験的にあるいは経験的に決
定する定数である。

【００１７】

【数２】Ａ＝１（常時）Ｂ＝０（Ｘxav ≧０のとき）＝１−Ｘxav ／Ｘ0 （Ｘxav ＜０のとき）このような論理にてＡ及びＢを決定したとすると、物標
近傍が激しい降雨降雪や激しい波浪に見舞われていると
きにはＸxav ≧０が成立するため

【数３】ｙ＝Ｘx ＊Ｘs ＋ΔＸとなる。Ｘx は物標から
の反射波即ち物標信号Ｓx とクラッタ成分Ｃx の和と見
なすことができ、またＸs も物標信号Ｓs とクラッタ成
分Ｃs の和と見なすことができるから、

【数４】Ｘx ＊Ｘs ＝（Ｓx ＋Ｃx ）＊（Ｓs ＋Ｃs ）＝Ｓx ＊Ｓs ＋Ｃx ＊Ｓs ＋Ｓx ＊Ｃs ＋Ｃx ＊Ｃs ＝｛Ｓ／Ｃ｜_X・Ｓ／Ｃ｜_S＋Ｓ／Ｃ｜_S＋Ｓ／Ｃ｜_X＋１｝＊Ｃx ＊Ｃs 但し、Ｓ／Ｃ｜_X＝Ｓx ／Ｃx ：Ｘバンド単独でのＳ
／Ｃ比Ｓ／Ｃ｜_S＝Ｓs ／Ｃs ：Ｓバンド単独でのＳ／Ｃ比Ｓx 、Ｃx 、Ｓs 及びＣs ：ｔの関数と表せる。この式の右辺から、この場合のｙにおける物
標信号対クラッタ抑圧比即ちＳ／Ｃ比を、

【数５】Ｓ／Ｃ｜_X・Ｓ／Ｃ｜_S＋Ｓ／Ｃ｜_S＋Ｓ／Ｃ｜_X と表せることがわかる。一般に、Ｘxav が大きいときに
はＳ／Ｃ｜_S＞Ｓ／Ｃ｜_X＞１が成り立つから、ｙのＳ
／Ｃ比はＳバンド単独でのそれよりも、またＸバンド単
独でのそれよりも、大きくなることが分かる。即ち、上
のような論理に従いＡ及びＢを決定したときには、各バ
ンド単独でのＳ／Ｃよりも良好なＳ／Ｃを、降雨降雪時
及び波浪時に、提供することができる。

【００１８】逆に、Ｘxav が小さいときには、上の論理
から、

【数６】ｙ＝Ｘx ＊Ｘs ＋（１−Ｘxav ／Ｘ０）＊Ｘx ＋ΔＸとなる。この式は、Ｘxav が大きいときの式にＸx の項
を付加した式である。一般に、Ｘxav が小さくなるのは
例えば凪のとき、即ち図５に示した鏡面反射によるマル
チパスがＳバンドで顕在化しやすいときであるから、Ｘ
x の項の導入によって、Ｓバンドレーダに対するＸバン
ドレーダの利点即ちこのようなマルチパス障害がおきに
くいという利点を、確保できる。また、Ｘx の項の係数
はＸxav が小さくなると大きくなるから、一般的な傾向
として、風雨波浪が小さければ小さいほど、Ｘバンドレ
ーダの利点を強調できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る装置の全体構成を
示すブロック図である。

【図２】この実施形態に含まれる信号処理回路の構成
を示すブロック図である。

【図３】従来の問題点を説明するための図である。

【図４】従来の問題点を説明するための図である。

【図５】従来の問題点を説明するための図である。

【図６】従来の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１０x ，１０s アンテナ、１２駆動部、１８x ，１
８s 受信機、２０指示部、２３ CA−CFAR回路、２４
相関回路、２５係数回路、２６加算回路、Ｘx ，
Ｘs ，ｙレーダビデオ、Ｘxav セルアベレージ、Δ
Ｘ偏差、Ａ，Ｂ係数。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者須藤正則東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号日本無線株式会社内 (72)発明者橋本修一東京都三鷹市下連雀五丁目１番１号日本無線株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１無線周波数を利用して得た第１レー
ダビデオからその低周波成分を抽出する第１ステップ
と、第１及び第２係数のうち少なくとも一方を上記低周波成
分の量に応じて可変設定する第２ステップと、上記第１無線周波数と異なる第２無線周波数を利用して
得た第２レーダビデオと上記第１レーダビデオとの相関
値を、上記第１係数により重み付けする第３ステップ
と、上記第１レーダビデオを上記第２係数により重み付けす
る第４ステップと、重み付け前の上記第１レーダビデオから上記低周波成分
を除去する第５ステップと、重み付け後の相関値、重み付け後の第１レーダビデオ、
及び上記低周波成分除去後の上記第１レーダビデオを結
合させることにより、マルチバンド結合レーダビデオを
生成する第６ステップと、を有することを特徴とするレーダビデオ結合方法。
【請求項２】上記第１無線周波数がＸバンドに、上記
第２無線周波数がＳバンドに、各々属し、第２ステップにおいて、上記低周波成分が比較的高レベ
ルのときには第１係数を大きくし又は第２係数を小さく
し、逆に比較的低レベルのときには第１係数を小さくし
又は第２係数を大きくすることを特徴とする請求項１記
載のレーダビデオ結合方法。
【請求項３】上記第１及び第５ステップを実行するCA
−CFAR回路と、上記第２ステップのうち第１係数の決定
に係る手順及び上記第３ステップを実行する相関回路
と、上記第２ステップのうち第２係数の決定に係る手順
及び上記第４ステップを実行する係数回路と、上記第６
ステップを実行する加算回路と、を備え、上記CA−CFAR
回路における上記第１レーダビデオのセルアベレージン
グ及びその結果の利用により、請求項１又は２記載のレ
ーダビデオ結合方法を実行することを特徴とするマルチ
バンドレーダ用信号処理回路。
【請求項４】上記第１、第２及び第５ステップを実行
するCA−CFAR回路と、上記第３ステップを実行する相関
回路と、上記第４ステップを実行する係数回路と、上記
第６ステップを実行する加算回路と、を備え、上記CA−
CFAR回路における上記第１レーダビデオのセルアベレー
ジング及びその結果の利用により、請求項１又は２記載
のレーダビデオ結合方法を実行することを特徴とするマ
ルチバンドレーダ用信号処理回路。
【請求項５】第１無線周波数を有する無線信号を周囲
に送信し物標からの反射波を受信することにより、一般
に当該物標の映像及びクラッタ成分を含む第１レーダビ
デオを生成する第１レーダ部と、上記第１無線周波数と異なる第２無線周波数を有する無
線信号を周囲に送信し物標からの反射波を受信すること
により、一般に当該物標の映像及びクラッタ成分を含む
第２レーダビデオを生成する第２レーダ部と、請求項３又は４記載のマルチバンドレーダ用信号処理回
路を有し上記マルチバンド結合レーダビデオに基づき物
標の映像を指示する指示部と、を備えることを特徴とするマルチバンドレーダ装置。