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JP4005007B2 - Radar signal processing device - Google Patents

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JP4005007B2
JP4005007B2 JP2003314612A JP2003314612A JP4005007B2 JP 4005007 B2 JP4005007 B2 JP 4005007B2 JP 2003314612 A JP2003314612 A JP 2003314612A JP 2003314612 A JP2003314612 A JP 2003314612A JP 4005007 B2 JP4005007 B2 JP 4005007B2
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Description

本発明は、目標の移動等で発生するドップラを利用して目標の検出を行なうレーダ信号処理装置に関する。   The present invention relates to a radar signal processing apparatus that detects a target using Doppler generated by movement of the target.

従来、レーダ装置において使用されるレーダ信号処理装置が知られている。このレーダ信号処理装置は、送信パルス信号を目標に向けて送信し、送信パルス信号が目標で反射されることにより得られる受信信号を処理して目標の移動によるドップラ成分を抽出し、このドップラ成分に基づき移動する目標を検出している。   Conventionally, a radar signal processing device used in a radar device is known. The radar signal processing device transmits a transmission pulse signal toward a target, processes a reception signal obtained by reflecting the transmission pulse signal on the target, extracts a Doppler component due to the movement of the target, and performs the Doppler component. The moving target is detected based on the above.

このような従来のレーダ信号処理装置の構成を図4に示す。このレーダ信号処理装置は、送信種信号発生器10、D/A変換部11、ローカル発振器12、ミキサー13、送信増幅器14、サーキュレータ15、空中線16、受信増幅器17、ミキサー18、A/D変換器19、パルス圧縮処理部20、離散フーリエ変換(DFT)処理部21、目標検出処理部22から構成されている。   The configuration of such a conventional radar signal processing apparatus is shown in FIG. This radar signal processing apparatus includes a transmission seed signal generator 10, a D / A converter 11, a local oscillator 12, a mixer 13, a transmission amplifier 14, a circulator 15, an antenna 16, a reception amplifier 17, a mixer 18, and an A / D converter. 19, a pulse compression processing unit 20, a discrete Fourier transform (DFT) processing unit 21, and a target detection processing unit 22.

送信種信号発生器10は、パルス繰り返し周波数(Pulse Repetition Frequency、PRFと略する。)を持ち、変調により周波数帯域を広げた広パルス幅信号としての送信種信号(チャープ信号)を生成する。例えば、図5(a)に示すように、送信パルス幅T(T>>τ)、周波数帯域幅Δf(=1/τ)のチャープ(直線FM変調)信号が生成される。   The transmission type signal generator 10 has a pulse repetition frequency (abbreviated as PRF) and generates a transmission type signal (chirp signal) as a wide pulse width signal whose frequency band is expanded by modulation. For example, as shown in FIG. 5A, a chirp (linear FM modulation) signal having a transmission pulse width T (T >> τ) and a frequency bandwidth Δf (= 1 / τ) is generated.

D/A変換器11は、送信種信号発生器10からのチャープ信号をアナログ信号に変換する。ミキサ13は、ローカル発振器12からのローカル信号とD/A変換器11からのチャープ信号とを混合して高周波信号に変換する。   The D / A converter 11 converts the chirp signal from the transmission seed signal generator 10 into an analog signal. The mixer 13 mixes the local signal from the local oscillator 12 with the chirp signal from the D / A converter 11 and converts it into a high frequency signal.

送信増幅器14は、ミキサ13からの高周波信号を所定のレベルまで増幅する。サーキューレータ15は、送信増幅器14からの高周波信号を空中線16に出力し、空中線16からの受信信号を受信増幅器17に出力するための信号切替を行なう。空中線16は、例えばアレイアンテナ等で構成され、サーキューレータ15を介して送信増幅器14から入力した高周波信号を目標に向けて送信すると共に、目標からの反射波を受信し、その受信信号をサーキュレータ15へ出力する。   The transmission amplifier 14 amplifies the high frequency signal from the mixer 13 to a predetermined level. The circulator 15 outputs a high-frequency signal from the transmission amplifier 14 to the antenna 16 and performs signal switching for outputting a reception signal from the antenna 16 to the reception amplifier 17. The antenna 16 is composed of, for example, an array antenna or the like. The antenna 16 transmits a high-frequency signal input from the transmission amplifier 14 via the circulator 15 toward the target, receives a reflected wave from the target, and transmits the received signal to the circulator. 15 is output.

受信増幅器17は、サーキューレータ15を介して空中線16から入力した受信信号を低雑音増幅する。ミキサ18は、受信増幅器17からの受信信号とローカル発振器12からのローカル信号とを混合することにより中間周波信号に変換する。   The reception amplifier 17 amplifies the reception signal input from the antenna 16 via the circulator 15 with low noise. The mixer 18 converts the reception signal from the reception amplifier 17 and the local signal from the local oscillator 12 into an intermediate frequency signal.

A/D変換器19は、ミキサ18からの中間周波信号を直交デジタル(I,Q)信号x(t)に変換する。パルス圧縮処理部20は、A/D変換器19からの直交デジタル(I,Q)信号x(t)に対してパルス圧縮処理を行なう。パルス圧縮は、送信時に変調を施された広パルス幅信号を、受信時にレンジ(距離)方向の相関処理によって狭パルス幅信号に変換する技術で、パルスが送信されてから受信されるまでの時間をtjとし、受信パルス信号を時間tの関数x(t−tj)とすると、これとリファレンス信号x(−t)(:複素共役)とを周波数領域で複素乗算してスペクトルの位相成分を全周波数に亙って一定にし、更にこれを時間領域に戻すことにより信号エネルギーは1箇所に集中して狭パルス幅信号に変換される。なお、チャープ方式の圧縮パルス波形を図5(c)に示す。 The A / D converter 19 converts the intermediate frequency signal from the mixer 18 into a quadrature digital (I, Q) signal x (t). The pulse compression processing unit 20 performs pulse compression processing on the quadrature digital (I, Q) signal x (t) from the A / D converter 19. Pulse compression is a technology that converts a wide pulse width signal that has been modulated at the time of transmission into a narrow pulse width signal through correlation processing in the range (distance) direction at the time of reception. Tj and the received pulse signal as a function x (t−tj) of time t, this is multiplied by the reference signal x * (− t) ( * : complex conjugate) in the frequency domain, and the phase component of the spectrum Is made constant over the entire frequency and further returned to the time domain, the signal energy is concentrated in one place and converted into a narrow pulse width signal. A chirped compression pulse waveform is shown in FIG.

離散フーリエ変換(DFT)処理部21は、パルス圧縮処理部20からの信号に対してフーリエ変換を行うことにより、時間データを周波数データに変換する。即ち、目標の相対速度を検出するために受信信号を目標の速度成分であるドップラ成分に分解する。目標検出処理部20は、DFT処理部21からのドップラ成分を抽出することにより、移動目標を抽出する(特許文献1参照)。
特開平4−357485号公報
The discrete Fourier transform (DFT) processing unit 21 converts time data into frequency data by performing Fourier transform on the signal from the pulse compression processing unit 20. That is, in order to detect the target relative speed, the received signal is decomposed into a Doppler component which is a target speed component. The target detection processing unit 20 extracts the movement target by extracting the Doppler component from the DFT processing unit 21 (see Patent Document 1).
JP-A-4-357485

上述したレーダ信号処理装置においては、移動する目標からの反射波がドップラによる周波数偏移を受けることを利用したものであり、図6に示すように、各パルス繰り返し周期(PRI)毎に送信パルスを送信し、PRI期間内に送信パルスに対する受信信号を受信し、PRI間の各受信信号に対してフーリエ変換を行うことにより、PRI間の各受信信号の位相変動(周波数偏移)を求め、この位相変動に基づいてドップラ成分を検出している。このフーリエ変換では、図7に示すように、0〜1/PRI(=PRF)の周波数の範囲において中心周波数の異なる複数のフィルタバンクを用いて、例えばフィルタバンク4で目標のドップラ成分を検出している。このため、検出できるドプラ周波数は、PRFで決定され、PRFよりも高いドップラ周波数は、PRF内に折り返されて入ってきてしまう。即ち、低いPRFのレーダを用いた場合には、目標の移動等によるドップラ周波数ではアンビギュイティ(偽像)が発生し、高いドップラ周波数を低いドップラ周波数と誤ってしまう。   The radar signal processing apparatus described above utilizes the fact that the reflected wave from the moving target undergoes frequency shift due to Doppler, and as shown in FIG. 6, the transmission pulse is transmitted at each pulse repetition period (PRI). And receiving a reception signal corresponding to the transmission pulse within the PRI period, and performing a Fourier transform on each reception signal between the PRIs, thereby obtaining a phase variation (frequency shift) of each reception signal between the PRIs, A Doppler component is detected based on this phase variation. In this Fourier transform, as shown in FIG. 7, a target Doppler component is detected by, for example, filter bank 4 using a plurality of filter banks having different center frequencies in a frequency range of 0 to 1 / PRI (= PRF). ing. For this reason, the Doppler frequency that can be detected is determined by the PRF, and a Doppler frequency higher than the PRF is turned back into the PRF. That is, when a low PRF radar is used, an ambiguity (false image) is generated at a Doppler frequency due to target movement or the like, and a high Doppler frequency is mistaken as a low Doppler frequency.

また、目標の移動等によるドップラ周波数アンビギュイティの発生を抑えるためには、高いPRFのレーダが必要となる。即ち、高いPRFのレーダでは、周波数の折り返しがなくなり、高いドップラ周波数まで正確に測定できる。しかし、高いPRFレーダでは、目標が比較的遠い所にある場合には、送信パルスを複数回送信することになるため、距離にアンビギュイティが発生する。このため、目標の移動等によるドップラと目標距離の両方でアンビギュイティの発生を抑えることは不可能であった。   Further, in order to suppress the occurrence of Doppler frequency ambiguity due to target movement or the like, a high PRF radar is required. That is, with a high PRF radar, the frequency is not folded back, and a high Doppler frequency can be measured accurately. However, in a high PRF radar, when the target is relatively far away, a transmission pulse is transmitted a plurality of times, so that ambiguity occurs in the distance. For this reason, it is impossible to suppress the occurrence of ambiguity in both the Doppler and the target distance due to the movement of the target.

本発明は、上述した問題を解消するためになされたものであり、低いパルス繰り返し周波数でアンビギュイティのないドップラ成分を得ることにより、目標を正確に検出することができるレーダ信号処理装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a radar signal processing apparatus capable of accurately detecting a target by obtaining a Doppler component having no ambiguity at a low pulse repetition frequency. There is to do.

上記課題を達成するために、第1の発明に係るレーダ信号処理装置は、変調により周波数帯域を広げた広パルス幅信号を生成して送信する送信手段と、前記送信手段からの広パルス幅信号を目標に向けて放射し、前記目標からの反射波を受信する空中線と、前記空中線からの広パルス幅信号を処理する受信手段と、前記送信手段からの広パルス幅信号を前記空中線に出力し、前記空中線からの広パルス幅信号を前記受信手段に出力するための信号切り替えを行なう切替手段と、リファレンス信号を用いて、前記受信手段からの広パルス幅信号を狭パルス幅信号に変換するパルス圧縮処理手段と、前記送信手段からの広パルス幅信号に対して複素共役となる複素共役信号を発生する複素共役信号発生手段と、前記複素共役信号発生手段からの複素共役信号と前記受信手段からの広パルス幅信号とに基づき前記目標の移動によるドップラ信号を抽出する抽出手段とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a radar signal processing apparatus according to a first aspect of the invention includes a transmission means for generating and transmitting a wide pulse width signal having a frequency band expanded by modulation, and a wide pulse width signal from the transmission means. , And a receiving means for processing a wide pulse width signal from the antenna, and a wide pulse width signal from the transmitting means is output to the antenna. Switching means for switching a signal for outputting a wide pulse width signal from the antenna to the receiving means, and a pulse for converting the wide pulse width signal from the receiving means into a narrow pulse width signal using a reference signal Compression processing means, complex conjugate signal generating means for generating a complex conjugate signal that is complex conjugate with respect to a wide pulse width signal from the transmitting means, and complex conjugate signal generating means from the complex conjugate signal generating means. Characterized in that it comprises extraction means for extracting the Doppler signal due to the movement of the target based on the wide pulse width signal from the conjugate signal and the receiving means.

また、第2の発明に係るレーダ信号処理装置は、前記抽出手段で抽出されたドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことによりドップラ周波数を検出するウェーブレット変換手段を備えることを特徴とする。   The radar signal processing apparatus according to the second aspect of the invention is characterized by comprising wavelet transform means for detecting a Doppler frequency by performing wavelet transform on the Doppler signal extracted by the extraction means.

本発明によれば、抽出手段が、複素共役信号と広パルス幅信号とに基づき目標の移動によるドップラ信号を抽出するので、低いパルス繰り返し周波数でもアンビギュイティのない目標の移動等によるドップラ成分を得ることができ、これによって目標を正確に検出することができるレーダ信号処理装置を提供することができる。   According to the present invention, since the extraction means extracts the Doppler signal due to the target movement based on the complex conjugate signal and the wide pulse width signal, the Doppler component due to the target movement without ambiguity even at a low pulse repetition frequency is obtained. Thus, it is possible to provide a radar signal processing apparatus that can obtain the target and accurately detect the target.

また、ウェーブレット変換は、周波数が低くほど分解能が向上するので、ウェーブレット変換手段によりドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことで、効率的に目標のドップラ周波数を検出することができる。   In addition, since the wavelet transform improves the resolution as the frequency is lower, the target Doppler frequency can be efficiently detected by performing the wavelet transform on the Doppler signal by the wavelet transform means.

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、従来の技術の欄で説明した構成部分に相当する部分には、従来の技術の欄で使用した符号と同じ符号を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals as those used in the column of the conventional technology are used for the parts corresponding to the components described in the column of the conventional technology.

図1は本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。レーダ信号処理装置は、受信信号に対して送信パルス信号の複素共役となる複素共役信号から受信パルス内のドップラ成分のみのドップラ信号を生成し、このドップラ信号に対してウェーブレット変換を行い、ドップラ周波数を検出することを特徴とする。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention. The radar signal processing device generates a Doppler signal of only the Doppler component in the received pulse from the complex conjugate signal that is the complex conjugate of the transmission pulse signal with respect to the received signal, performs wavelet transform on the Doppler signal, and performs the Doppler frequency. Is detected.

図1に示すレーダ信号処理装置は、送信種信号発生器10、D/A変換部11、ローカル発振器12、ミキサー13、送信増幅器14、サーキュレータ15、空中線16、受信増幅器17、ミキサー18、A/D変換器19、パルス圧縮処理部20、第1目標検出処理部22a、第2目標検出処理部22b、複素共役信号発生器30、乗算部31、ウェーブレット変換部32から構成されている。   The radar signal processing apparatus shown in FIG. 1 includes a transmission seed signal generator 10, a D / A conversion unit 11, a local oscillator 12, a mixer 13, a transmission amplifier 14, a circulator 15, an antenna 16, a reception amplifier 17, a mixer 18, and an A / A. It comprises a D converter 19, a pulse compression processing unit 20, a first target detection processing unit 22a, a second target detection processing unit 22b, a complex conjugate signal generator 30, a multiplication unit 31, and a wavelet conversion unit 32.

送信種信号発生器10は、パルス繰り返し周波数(Pulse Repetition Frequency、PRFと略する。)を持ち、変調により周波数帯域を広げた広パルス幅信号としての送信種信号(チャープ信号)を生成する。例えば、図5(a)に示すように、送信パルス幅T(T>>τ)、周波数帯域幅Δf(=1/τ)のチャープ(直線FM変調)信号が生成される。   The transmission type signal generator 10 has a pulse repetition frequency (abbreviated as PRF) and generates a transmission type signal (chirp signal) as a wide pulse width signal whose frequency band is expanded by modulation. For example, as shown in FIG. 5A, a chirp (linear FM modulation) signal having a transmission pulse width T (T >> τ) and a frequency bandwidth Δf (= 1 / τ) is generated.

D/A変換器11は、送信種信号発生器10からのチャープ信号をアナログ信号に変換する。ミキサ13は、ローカル発振器12からのローカル信号とD/A変換器11からのチャープ信号とを混合して高周波信号に変換する。   The D / A converter 11 converts the chirp signal from the transmission seed signal generator 10 into an analog signal. The mixer 13 mixes the local signal from the local oscillator 12 with the chirp signal from the D / A converter 11 and converts it into a high frequency signal.

送信増幅器14は、ミキサ13からの高周波信号を所定のレベルまで増幅する。サーキューレータ15は、送信増幅器14からの高周波信号を空中線16に出力し、空中線16からの受信信号を受信増幅器17に出力するための信号切替を行なう。空中線16は、例えばアレイアンテナ等で構成され、サーキューレータ15を介して送信増幅器14から入力した高周波信号を目標に向けて送信すると共に、目標からの反射波を受信し、その受信信号をサーキュレータ15へ出力する。   The transmission amplifier 14 amplifies the high frequency signal from the mixer 13 to a predetermined level. The circulator 15 outputs a high-frequency signal from the transmission amplifier 14 to the antenna 16 and performs signal switching for outputting a reception signal from the antenna 16 to the reception amplifier 17. The antenna 16 is composed of, for example, an array antenna or the like. The antenna 16 transmits a high-frequency signal input from the transmission amplifier 14 via the circulator 15 toward the target, receives a reflected wave from the target, and transmits the received signal to the circulator. 15 is output.

受信増幅器17は、サーキューレータ15を介して空中線16から入力した受信信号を低雑音増幅する。ミキサ18は、受信増幅器17からの受信信号とローカル発振器12からのローカル信号とを混合することにより中間周波信号に変換する。A/D変換器19は、ミキサ18からの中間周波信号を直交デジタル(I,Q)信号x(t)に変換する。   The reception amplifier 17 amplifies the reception signal input from the antenna 16 via the circulator 15 with low noise. The mixer 18 converts the received signal from the receiving amplifier 17 and the local signal from the local oscillator 12 into an intermediate frequency signal. The A / D converter 19 converts the intermediate frequency signal from the mixer 18 into a quadrature digital (I, Q) signal x (t).

パルス圧縮処理部20は、A/D変換器19からの直交デジタル(I,Q)信号x(t)に対して圧縮処理を行なう。パルス圧縮は、送信時に変調を施された広パルス幅信号を、受信時にレンジ(距離)方向の相関処理によって狭パルス幅信号に変換する技術で、パルスが送信されてから受信されるまでの時間をtjとし、受信パルス信号を時間tの関数x(t−tj)とすると、これとリファレンス信号x(−t)(:複素共役)とを周波数領域で複素乗算してスペクトルの位相成分を全周波数に亙って一定にし、更にこれを時間領域に戻すことにより信号エネルギーは1箇所に集中して狭パルス幅信号に変換される。なお、チャープ方式の圧縮パルス波形を図5(c)に示す。 The pulse compression processing unit 20 performs compression processing on the quadrature digital (I, Q) signal x (t) from the A / D converter 19. Pulse compression is a technology that converts a wide pulse width signal that has been modulated at the time of transmission into a narrow pulse width signal through correlation processing in the range (distance) direction at the time of reception. Tj and the received pulse signal as a function x (t−tj) of time t, this is multiplied by the reference signal x * (− t) ( * : complex conjugate) in the frequency domain, and the phase component of the spectrum Is made constant over the entire frequency and further returned to the time domain, the signal energy is concentrated in one place and converted into a narrow pulse width signal. A chirped compression pulse waveform is shown in FIG.

第1目標検出処理部22aは、パルス圧縮処理部20からの信号に基づき目標の位置を検出し、検出された目標の検出位置情報を乗算部31に出力する。複素共役信号発生器30は、送信種信号発生器10で発生したチャープ信号を入力しこのチャープ信号に対して複素共役となる複素共役信号を発生する。   The first target detection processing unit 22 a detects the target position based on the signal from the pulse compression processing unit 20, and outputs the detected target detection position information to the multiplication unit 31. The complex conjugate signal generator 30 receives the chirp signal generated by the transmission seed signal generator 10 and generates a complex conjugate signal that is complex conjugate to the chirp signal.

乗算部31は、複素共役信号発生器30からの複素共役信号とA/D変換器19からの受信信号とを乗算することにより、目標の移動によるドップラ成分のみを持つドップラ信号を得る。ウェーブレット変換部32は、乗算器31からのドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことにより、目標のドップラ周波数を検出する。   The multiplier 31 multiplies the complex conjugate signal from the complex conjugate signal generator 30 by the reception signal from the A / D converter 19 to obtain a Doppler signal having only a Doppler component due to target movement. The wavelet transform unit 32 detects a target Doppler frequency by performing wavelet transform on the Doppler signal from the multiplier 31.

第2目標検出処理部22bは、ウェーブレット変換部32からのドップラ周波数が予め定められたしきい値以上かどうかを判定し、ドップラ周波数がしきい値以上である場合には目標を移動目標と判定し、ドップラ周波数がしきい値未満である場合にはグランドクラッタ等による誤警報と判定する。   The second target detection processing unit 22b determines whether or not the Doppler frequency from the wavelet transform unit 32 is equal to or higher than a predetermined threshold value. If the Doppler frequency is equal to or higher than the threshold value, the target is determined to be a moving target. If the Doppler frequency is less than the threshold value, it is determined that there is a false alarm due to a ground clutter or the like.

次に、このように構成された本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置の動作を説明する。   Next, the operation of the radar signal processing apparatus according to the embodiment of the present invention configured as described above will be described.

まず、送信種信号発生器10は、変調により、周波数帯域を広げた広パルス幅信号であるチャープ信号を発生する。このチャープ信号は、式(1)で表される。

Figure 0004005007
ここで、Δfは掃引周波数(周波数帯域幅)を表し、Tは送信パルス幅を表す。 First, the transmission seed signal generator 10 generates a chirp signal which is a wide pulse width signal having a wide frequency band by modulation. This chirp signal is expressed by equation (1).
Figure 0004005007
Here, Δf represents the sweep frequency (frequency bandwidth), and T represents the transmission pulse width.

次に、送信種信号発生器10で発生したチャープ信号は、D/A変換器11により、アナログ信号に変換され、このアナログ信号は、ミキサ13により、ローカル発振器12からのローカル信号と混合されて高周波信号に変換される。ミキサ13からの高周波信号は、送信増幅器14で所定のレベルまで増幅された後、サーキューレータ15を介して空中線16から目標に向けて送信される。   Next, the chirp signal generated by the transmission seed signal generator 10 is converted into an analog signal by the D / A converter 11, and this analog signal is mixed with the local signal from the local oscillator 12 by the mixer 13. Converted to a high frequency signal. The high frequency signal from the mixer 13 is amplified to a predetermined level by the transmission amplifier 14 and then transmitted from the antenna 16 to the target via the circulator 15.

次に、空中線16から入力された受信信号は、サーキューレータ15を介して受信増幅器17で低雑音増幅されて、ミキサ18により、ローカル発振器12からのローカル信号と混合されて、中間周波数信号に変換される。   Next, the received signal input from the antenna 16 is amplified with low noise by the receiving amplifier 17 via the circulator 15 and mixed with the local signal from the local oscillator 12 by the mixer 18 to obtain an intermediate frequency signal. Converted.

ミキサ18からの中間周波信号は、A/D変換器19により、直交デジタル(I,Q)信号x(t)に変換される。この直交デジタル信号は式(2)で表される。

Figure 0004005007
ここで、Δfは掃引周波数を表し、fdは目標の移動等によるドップラ周波数を表し、φは初期位相を表し、Tは送信パルス幅を表す。 The intermediate frequency signal from the mixer 18 is converted into an orthogonal digital (I, Q) signal x (t) by an A / D converter 19. This quadrature digital signal is expressed by equation (2).
Figure 0004005007
Here, Δf represents the sweep frequency, fd represents the Doppler frequency due to target movement, etc., φ represents the initial phase, and T represents the transmission pulse width.

次に、直交デジタル信号x(t)は、ウェーブレット変換によるパルス内ドップラ検出を行なう系統と、パルス圧縮処理を実施する系統とに入力される。   Next, the orthogonal digital signal x (t) is input to a system that performs intra-pulse Doppler detection by wavelet transform and a system that performs pulse compression processing.

まず、パルス圧縮処理を実施する系統に入力された信号は、パルス圧縮処理部20により、狭パルス幅信号に変換され、狭パルス幅信号に基づき第1目標検出処理部22aにより、目標の位置が検出される。そして、検出された目標の位置情報は、パルス内ドップラ検出を行なう系統である乗算器31に入力される。   First, a signal input to a system that performs pulse compression processing is converted into a narrow pulse width signal by the pulse compression processing unit 20, and the target position is determined by the first target detection processing unit 22a based on the narrow pulse width signal. Detected. The detected target position information is input to a multiplier 31 which is a system that performs intra-pulse Doppler detection.

一方、パルス内ドップラ検出を行なう系統では、図3に示すように、複素共役信号発生器30からの複素共役信号とA/D変換器19からの受信信号とが乗算器31により乗算されて、ドップラ周波数fdを持つドップラ信号が得られる。これにより、受信信号x(t)は、式(3)に示すようになる。

Figure 0004005007
ここで、目標の移動等により発生するドップラ周波数fdは、A/D変換器19のサンプリング周波数に比較して小さい。 On the other hand, in the system that performs intra-pulse Doppler detection, as shown in FIG. 3, the complex conjugate signal from the complex conjugate signal generator 30 and the received signal from the A / D converter 19 are multiplied by a multiplier 31, A Doppler signal having a Doppler frequency fd is obtained. Thereby, the received signal x (t) becomes as shown in Expression (3).
Figure 0004005007
Here, the Doppler frequency fd generated by the movement of the target is smaller than the sampling frequency of the A / D converter 19.

次に、乗算器31からのドップラ信号は、ウェーブレット変換部32により、ウェーブレット変換されて、目標のドップラ周波数が検出される。ウェーブレット変換は、信号の時間−周波数解析を行なうもので、次のようにして行なわれる。まず、ウェーブレットψ(t)は、式(4)、式(5)で示されるような条件を満足する波形として定義される。

Figure 0004005007
Figure 0004005007
ここで、Ψ(ω)はψ(t)の周波数スペクトルを表す。この基本ウェーブレットを伸縮・移動させたものを式(6)に示す。
Figure 0004005007
このψa,b(t)もウェーブレットである。ここで、aはウェーブレットの伸縮を表すスケールパラメータであり、bはウェーブレットの位置を示すシフトパラメータである。また、1/(a)1/2はウェーブレットの有するエネルギーを一定にするための正規化定数である。同一の基本ウェーブレットから作られたスケール及びシフトの異なる二つのウェーブレットの内積が0、即ち式(7)が成立するとき、
Figure 0004005007
このウェーブレットを直交ウェーブレットという。ここで、δはクロネッカーのデルタを表す。関数f(t)のウェーブレット変換W(a,b)は、式(8)で定義される。
Figure 0004005007
ここで、*は複素共役を表す。 Next, the Doppler signal from the multiplier 31 is wavelet transformed by the wavelet transform unit 32 to detect a target Doppler frequency. The wavelet transform performs time-frequency analysis of a signal and is performed as follows. First, the wavelet ψ (t) is defined as a waveform that satisfies the conditions as shown in the equations (4) and (5).
Figure 0004005007
Figure 0004005007
Here, ψ (ω) represents the frequency spectrum of ψ (t). The basic wavelet is expanded / contracted / moved as shown in equation (6).
Figure 0004005007
This ψ a, b (t) is also a wavelet. Here, a is a scale parameter indicating the expansion and contraction of the wavelet, and b is a shift parameter indicating the position of the wavelet. 1 / (a) 1/2 is a normalization constant for making the energy of the wavelet constant. When the inner product of two wavelets with different scales and shifts made from the same basic wavelet is 0, that is, when the equation (7) is satisfied,
Figure 0004005007
This wavelet is called an orthogonal wavelet. Here, δ represents the Kronecker delta. The wavelet transform W (a, b) of the function f (t) is defined by equation (8).
Figure 0004005007
Here, * represents a complex conjugate.

また、直交ミラーフィルタは、周波数軸上における2のべき乗、即ち、オクターブ分割のフィルタバンクであり、フィルタのインパルス応答として直交ウェーブレットが用いられる。換言すれば、信号の直交ウェーブレット変換を行なう回路が直交ミラーフィルタである。   The orthogonal mirror filter is a power bank of 2 on the frequency axis, that is, an octave division filter bank, and an orthogonal wavelet is used as an impulse response of the filter. In other words, a circuit that performs orthogonal wavelet transform of a signal is an orthogonal mirror filter.

図2は直交ミラーフィルタを説明するための図である。図2(a)は直交ミラーフィルタの構成であり、フィルタに入力された離散信号f(n)(n=0,1,2,・・・)は、インパルス応答がh(n)の低域フィルタLPF(伝達関数がH(ω))と、g(n)の高域フィルタHPF(伝達関数がG(ω))に通される。そして、各々のフィルタを通過した信号は、1個ずつ間引かれてフィルタ出力となる。このとき、間引きにより信号のサンプリング周波数は、元の半分になっている。   FIG. 2 is a diagram for explaining the orthogonal mirror filter. FIG. 2A shows a configuration of an orthogonal mirror filter, and a discrete signal f (n) (n = 0, 1, 2,...) Input to the filter has a low frequency with an impulse response of h (n). The filter LPF (transfer function is H (ω)) and g (n) high-pass filter HPF (transfer function is G (ω)). Then, the signals that have passed through each filter are thinned out one by one and become the filter output. At this time, the sampling frequency of the signal is halved by the thinning.

高域フィルタ出力は、バンク#1出力となり、低域フィルタ出力を更にインパルス応答がh(n)の低域フィルタLPF(伝達関数がH(ω))と、g(n)の高域フィルタHPF(伝達関数がG(ω))に通し、1個ずつデータを間引く。以下、この繰り返しを行なうことになる。   The high-pass filter output is the bank # 1 output. The low-pass filter output is further converted to a low-pass filter LPF (transfer function is H (ω)) with an impulse response of h (n) and a high-pass filter HPF with g (n). Through (transfer function is G (ω)), data is thinned out one by one. This is repeated thereafter.

この動作を図2(b)の周波数軸上で説明すると、次のようになる。サンプリング周波数までの周波数領域を、まず低周波部分(バンク#2,#3・・・)と高周波部分(バンク#1に対応)との二つに分ける。次に、その低周波部分(バンク#2,#3・・・)を更に低周波部分(バンク#3・・・)と高周波部分(バンク#2)の二つに分ける。以下これをj回繰り返すことにより、元の周波数領域の1/2の領域の情報を得ることができる。 This operation is described as follows on the frequency axis in FIG. The frequency region up to the sampling frequency is first divided into a low frequency part (banks # 2, # 3...) And a high frequency part (corresponding to bank # 1). Next, the low frequency part (banks # 2, # 3...) Is further divided into a low frequency part (bank # 3...) And a high frequency part (bank # 2). Hereinafter, by repeating this j times, information of the 1/2 j region of the original frequency region can be obtained.

このような直交ミラーフィルタによるフィルタバンクは、対数周波数軸上で等間隔に形成されるため、低周波領域は細かく高周波領域は粗くなる。即ち、ウェーブレット変換は、周波数に対してオクターブ分割のフィルタを構成できるため、周波数が低くなるほど分解能を向上させることができる。このため、式(3)で得られたドップラ信号に対してウェーブレット変換処理を実施すると、図3に示すように、バンク3の周波数領域に目標のドップラ周波数のみが得られる。即ち、効率的に目標のドップラ周波数を検出することができる。   Since the filter bank by such an orthogonal mirror filter is formed at equal intervals on the logarithmic frequency axis, the low frequency region is fine and the high frequency region is rough. In other words, since the wavelet transform can constitute an octave division filter with respect to the frequency, the resolution can be improved as the frequency becomes lower. Therefore, when the wavelet transform process is performed on the Doppler signal obtained by Expression (3), only the target Doppler frequency is obtained in the frequency region of the bank 3 as shown in FIG. That is, the target Doppler frequency can be detected efficiently.

次に、第2目標検出処理部22bにより、ウェーブレット変換部32からのドップラ周波数が予め定められたしきい値以上かどうかが判定される。図3に示すように、ドップラ周波数がしきい値以上である場合には目標が移動目標と判断され、ドップラ周波数がしきい値未満である場合には誤警報と判断される。これにより、グランドクラッタ等による誤警報を低減することができる。   Next, the second target detection processing unit 22b determines whether the Doppler frequency from the wavelet transform unit 32 is equal to or higher than a predetermined threshold value. As shown in FIG. 3, when the Doppler frequency is equal to or higher than the threshold value, the target is determined as a moving target, and when the Doppler frequency is lower than the threshold value, it is determined as a false alarm. Thereby, false alarms due to ground clutter or the like can be reduced.

以上説明したように、本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置によれば、乗算器31が、複素共役信号発生器30からの複素共役信号とA/D変換器19からの広パルス幅信号とを乗算することにより目標の移動によるドップラ信号のみを生成するので、ドップラ信号のドップラ周波数は、PRFに関係なくなる。このため、低いパルス繰り返し周波数でもアンビギュイティのない目標の移動等によるドップラ成分を得ることができ、これによって目標を正確に検出することができる。また、ウェーブレット変換は、周波数が低くほど分解能が向上するので、ウェーブレット変換部32によりドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことで、効率的に目標のドップラ周波数を検出することができる。   As described above, according to the radar signal processing device according to the embodiment of the present invention, the multiplier 31 includes the complex conjugate signal from the complex conjugate signal generator 30 and the wide pulse width from the A / D converter 19. Since only the Doppler signal due to the movement of the target is generated by multiplying the signal, the Doppler frequency of the Doppler signal is not related to the PRF. For this reason, the Doppler component due to the movement of the target having no ambiguity can be obtained even at a low pulse repetition frequency, and thus the target can be accurately detected. In addition, since the wavelet transform improves the resolution as the frequency is lower, the target Doppler frequency can be efficiently detected by performing wavelet transform on the Doppler signal by the wavelet transform unit 32.

本発明は、レーダ信号処理装置を含むレーダ装置に適用可能である。   The present invention is applicable to a radar apparatus including a radar signal processing apparatus.

本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the radar signal processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置における直交ミラーフィルタを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the orthogonal mirror filter in the radar signal processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置におけるドップラ信号の抽出処理とウェーブレット変換処理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the extraction process of a Doppler signal and the wavelet transformation process in the radar signal processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 従来のレーダ信号処理装置を説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the conventional radar signal processing apparatus. チャープ方式の各信号波形を示す図である。It is a figure which shows each signal waveform of a chirp system. 従来のレーダ信号処理装置における各パルス繰り返し周期と各受信信号とを示す図である。It is a figure which shows each pulse repetition period and each received signal in the conventional radar signal processing apparatus. 従来のレーダ信号処理装置内のDFT処理部のフィルタバンクにより得られた目標のドップラ成分を示す図である。It is a figure which shows the target Doppler component obtained by the filter bank of the DFT process part in the conventional radar signal processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

10 送信種信号発生器
11 D/A変換器
12 ローカル発振器
13,18 ミキサ
14 送信増幅器
15 サーキュレータ
16 空中線
17 受信増幅器
19 A/D変換器
20 パルス圧縮処理部
21 DFT処理部
22 目標検出処理部
22a 第1目標検出処理部
22b 第2目標検出処理部
30 複素共役信号発生器
31 乗算部
32 ウェーブレット変換部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transmission type signal generator 11 D / A converter 12 Local oscillators 13 and 18 Mixer 14 Transmission amplifier 15 Circulator 16 Antenna 17 Reception amplifier 19 A / D converter 20 Pulse compression processing part 21 DFT processing part 22 Target detection processing part 22a First target detection processing unit 22b Second target detection processing unit 30 Complex conjugate signal generator 31 Multiplication unit 32 Wavelet transform unit

Claims (3)

変調により周波数帯域を広げた広パルス幅信号を生成して送信する送信手段と、
前記送信手段からの広パルス幅信号を目標に向けて放射し、前記目標からの反射波を受信する空中線と、
前記空中線からの広パルス幅信号を処理する受信手段と、
前記送信手段からの広パルス幅信号を前記空中線に出力し、前記空中線からの広パルス幅信号を前記受信手段に出力するための信号切り替えを行なう切替手段と、
リファレンス信号を用いて、前記受信手段からの広パルス幅信号を狭パルス幅信号に変換するパルス圧縮処理手段と、
前記送信手段からの広パルス幅信号に対して複素共役となる複素共役信号を発生する複素共役信号発生手段と、
前記複素共役信号発生手段からの複素共役信号と前記受信手段からの広パルス幅信号とに基づき前記目標の移動によるドップラ信号を抽出する抽出手段と、
を備えることを特徴とするレーダ信号処理装置。
Transmitting means for generating and transmitting a wide pulse width signal having a frequency band expanded by modulation;
An antenna that radiates a wide pulse width signal from the transmission means toward a target and receives a reflected wave from the target;
Receiving means for processing a wide pulse width signal from the antenna;
Switching means for switching a signal for outputting a wide pulse width signal from the transmitting means to the antenna and outputting a wide pulse width signal from the antenna to the receiving means;
A pulse compression processing means for converting a wide pulse width signal from the receiving means into a narrow pulse width signal using a reference signal;
Complex conjugate signal generating means for generating a complex conjugate signal that is complex conjugate with respect to the wide pulse width signal from the transmission means;
Extracting means for extracting a Doppler signal due to the movement of the target based on a complex conjugate signal from the complex conjugate signal generating means and a wide pulse width signal from the receiving means;
A radar signal processing apparatus comprising:
前記抽出手段で抽出されたドップラ信号に対してウェーブレット変換を行なうことによりドップラ周波数を検出するウェーブレット変換手段を備え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。   The radar signal processing apparatus according to claim 1, further comprising: a wavelet transform unit that detects a Doppler frequency by performing wavelet transform on the Doppler signal extracted by the extraction unit. 前記ウェーブレット変換手段で検出されたドップラ周波数がしきい値以上か否かを判定し、前記ドップラ周波数が前記しきい値以上の場合に前記目標を移動目標と判定する目標検出処理手段を備え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。 Is detected Doppler frequency is determined whether or above the threshold by the wavelet transform unit, and a goal detection processing means you determined movement target the target when the Doppler frequency is equal to or greater than the threshold value the radar signal processing apparatus according to claim 2 Symbol mounting, characterized in that.
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