專利名稱：雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明實(shí)施形態(tài)涉及從目標(biāo)信號(hào)和無(wú)用信號(hào)混雜的雷達(dá)接收信號(hào)中有效地僅檢測(cè)出目標(biāo)信號(hào)的雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置及其方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，氣象雷達(dá)通過(guò)接收氣象目標(biāo)的回波并對(duì)該接收功率進(jìn)行解析從而觀測(cè)降水量。另外，還通過(guò)利用電磁波的多普勒效應(yīng)、解析雷達(dá)接收信號(hào)的多普勒頻率從而觀測(cè)風(fēng)速。同樣，探測(cè)感應(yīng)型雷達(dá)通過(guò)對(duì)飛翔物等回波接收信號(hào)處理從而進(jìn)行飛翔物的探知。但是，在雷達(dá)接收信號(hào)中，不僅含有目標(biāo)信號(hào)，而且還含有來(lái)自大地、山岳、海面的回波等形成的無(wú)用信號(hào)。為了避免無(wú)用信號(hào)的觀測(cè)，在雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置中通常采用用于除去該無(wú)用信號(hào)的移動(dòng)目標(biāo)指示裝置(Moving Target hdicator :MTI)。其中，MTI利用目標(biāo)信號(hào)和無(wú)用信號(hào)的頻率變化的不同，利用預(yù)先設(shè)定了阻斷頻率的低頻阻斷濾波器來(lái)除去無(wú)用信號(hào)。因此，小于設(shè)定的阻斷頻率的成分將因目標(biāo)信號(hào)、無(wú)用信號(hào)存在差別而被除去。例如，對(duì)于氣象雷達(dá)而言，在氣象回波和無(wú)用信號(hào)具有基本相同的頻率變化的場(chǎng)合，由于不能有效地只除去無(wú)用信號(hào)，所以不能正確觀測(cè)降水量和風(fēng)速。如上所述，對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，在目標(biāo)信號(hào)和無(wú)用信號(hào)具有基本相同頻率變化的場(chǎng)合，不能確切將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)，甚至可能會(huì)將目標(biāo)信號(hào)也一并除去。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題是，提供一種雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置及其方法，其即使在目標(biāo)信號(hào)和無(wú)用信號(hào)具有基本相同頻率變化的場(chǎng)合，也能夠有效地將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不會(huì)將目標(biāo)信號(hào)也一并除去。實(shí)施形態(tài)的雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置從以一定周期重復(fù)得到的雷達(dá)接收信號(hào)中，獲取由回波組分別保有的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率決定的頻譜，通過(guò)重復(fù)進(jìn)行利用各上述回波組的密度函數(shù)的和對(duì)所獲取的頻譜的形狀進(jìn)行的擬合的處理并學(xué)習(xí)，推定出最佳的混合密度函數(shù)，從推定出的混合密度函數(shù)參數(shù)中抽取任意回波信息。另外，特別地，在上述擬合時(shí)，將回波組的頻譜套用到混合密度函數(shù)，利用帶懲罰 (penalty)似然函數(shù)對(duì)該套用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)于上述似然函數(shù)的懲罰項(xiàng)而言，可以采用事先測(cè)定的單個(gè)回波的接收功率、多普勒頻率、頻寬中的至少任意一個(gè)。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，即使在目標(biāo)信號(hào)和無(wú)用信號(hào)具有基本相同頻率變化的場(chǎng)合，也能夠有效將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不會(huì)將目標(biāo)信號(hào)也一并除去。


圖1為示出適用實(shí)施形態(tài)雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置的氣象雷達(dá)信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖2為示出實(shí)施形態(tài)雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置中，從雷達(dá)接收信號(hào)中計(jì)算出目標(biāo)信號(hào)的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率的處理的流程的流程圖。圖3為示出上述實(shí)施形態(tài)中，采用混合密度函數(shù)擬合雷達(dá)接收信號(hào)頻譜的模式的波形圖。圖4為示出上述實(shí)施形態(tài)中，采用在先所知曉的最佳混合密度函數(shù)的參數(shù)的推定方法的處理的流程的流程圖。圖5為示出上述實(shí)施形態(tài)中，最佳混合密度函數(shù)的參數(shù)推定方法的處理的流程的流程圖。圖6為示出上述實(shí)施形態(tài)中，從雷達(dá)接收信號(hào)中計(jì)算降水量風(fēng)速的處理的流程的例子的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說(shuō)明。圖1為示出適用實(shí)施形態(tài)涉及的雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置的氣象雷達(dá)信號(hào)處理裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。在圖1中，脈沖信號(hào)產(chǎn)生部11所產(chǎn)生的雷達(dá)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)送裝置12 頻率轉(zhuǎn)換電力增幅，經(jīng)由環(huán)路器13從天線14向空間中傳播。上述天線14接收的雷達(dá)波的反射信號(hào)經(jīng)由環(huán)路器13發(fā)送到接收裝置15中。該接收裝置15對(duì)天線14接收的信號(hào)進(jìn)行增幅，對(duì)基帶進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換，該輸出被發(fā)送到雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置16中。上述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置16采用A/D轉(zhuǎn)換器161將輸入的雷達(dá)接收信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，利用IQ檢波器162轉(zhuǎn)換成多種形式的IQ數(shù)據(jù)，利用觀測(cè)處理器163除去地形回波成分，得到氣象回波形成的觀測(cè)數(shù)據(jù)。圖2為示出上述觀測(cè)處理器163中，從雷達(dá)接收信號(hào)(IQ數(shù)據(jù))中計(jì)算得到目標(biāo)信號(hào)(氣象回波成分)的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率的處理的流程的流程圖。首先，通過(guò)對(duì)雷達(dá)接收信號(hào)在頻率區(qū)域中進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到頻譜(步驟Sll)。然后，將得到的頻譜用混合密度函數(shù)進(jìn)行擬合(步驟SU)。然后，模擬推定混合密度函數(shù)的參數(shù)的最佳值(步驟S13)，從推定的參數(shù)中計(jì)算目標(biāo)信號(hào)的平均多普勒頻率、頻寬、接收功率，并將其作為觀測(cè)結(jié)果輸出(步驟S14)。圖3為用于說(shuō)明上述步驟S12中利用混合密度函數(shù)對(duì)頻譜進(jìn)行擬合的處理的波形圖，A為頻譜，B為混合密度函數(shù)。在圖3中，橫軸X為多普勒速度(m/s)，縱軸Y為振幅 (dB)。首先，給出對(duì)頻譜進(jìn)行擬合的混合密度函數(shù)?；旌厦芏群瘮?shù)用多個(gè)不同種回波的密度函數(shù)的和表示該參數(shù)為各回波的混合比與頻譜形狀關(guān)系的值。對(duì)應(yīng)上述頻譜的最佳混合密度函數(shù)的參數(shù)的推定中，可以考慮利用事先所知曉的知識(shí)。圖4為示出利用事先的知識(shí)推定最佳混合密度函數(shù)的參數(shù)的場(chǎng)合的處理的流程。在圖4中，首先根據(jù)事先的知識(shí)，將多個(gè)回波各自的密度函數(shù)的參數(shù)作為變量，由統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)決定它們自身的事先分布(步驟S21)。計(jì)算出所決定的事先分布和從觀測(cè)的似然度中計(jì)算出事后分布，通過(guò)將事后分布最大化而得到最佳混合密度函數(shù)的參數(shù)(步驟 S22)。圖5為通過(guò)最大化上述事后分布推定混合密度函數(shù)的最佳參數(shù)的方法的流程圖。首先，確定頻譜和利用事先的知識(shí)確定帶懲罰的似然函數(shù)(步驟S31)。然后，由所確定的帶懲罰的似然函數(shù)計(jì)算出帶懲罰的對(duì)數(shù)似然函數(shù)的期望值(步驟S3》。然后，計(jì)算最大化帶懲罰對(duì)數(shù)似然函數(shù)的期望值的參數(shù)(步驟S3； )。其中，判斷參數(shù)的值是否收斂(步驟S34)， 在沒(méi)有收斂時(shí)則返回步驟S32。換言之，利用最大化期望值的參數(shù)，再一次按照計(jì)算帶懲罰對(duì)數(shù)似然函數(shù)的期望值的順序，重復(fù)進(jìn)行該動(dòng)作，直至參數(shù)的值收斂為止。將該收斂的參數(shù)值作為為了對(duì)雷達(dá)接收信號(hào)頻譜進(jìn)行擬合的最佳混合密度函數(shù)的參數(shù)。(實(shí)施例1)圖6為上述實(shí)施形態(tài)適用氣象雷達(dá)信號(hào)處理裝置的場(chǎng)合的具體例(作為實(shí)施例 1)，示出從雷達(dá)接收信號(hào)中計(jì)算降水量、風(fēng)速的場(chǎng)合的處理的流程的流程圖。在圖6中，首先，將雷達(dá)接收信號(hào)在頻率區(qū)域中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到頻譜的振幅成分 Yi(步驟S41)。然后，給出對(duì)所得到的頻譜進(jìn)行擬合的混合密度函數(shù)(步驟S4W。其中，采用下式(1)表示的正規(guī)分布f\(x| θ,)作為將無(wú)用信號(hào)(地物雜波的回波成分)進(jìn)行擬合的分布。式(1)中，X表示多普勒速度。另外，θ = τ2，θη，θ12，Θ21，θ22)為混合密度函數(shù)的參數(shù)，初始值任意設(shè)定。(χ θ = (2 π θ 12) -1/2exp {- (χ- θ n)2/ (2 θ 12)} ... (1)另外，采用下式(2)表示的馮·米澤斯分布f2(x θ 2)。f2 (χ I θ 2) = exp { θ 22cos (χ- θ 21)} / {2 Ji I0 ( θ 22)} — (2)I0表示0次修正貝塞爾函數(shù)。由式⑴、⑵得到用下式(3)表示的擬合頻譜的混合密度函數(shù)f(x I θ )。f(x| θ ) = τ J1OcI θ 丄)+τ 2f2(x| θ 2)— (3)然后，由給出的混合密度函數(shù)由下式0)、(5)計(jì)算出混合比TliiJ2,i(步驟S43)。Tlji = T1^(Xi) 61)/{f(x| θ)} ... (4)T2ji = τ 2f2 (Xi I 02)/{f(x θ )} ... (5)然后，由預(yù)先觀測(cè)的數(shù)據(jù)確定事先分布(步驟S44)。首先，無(wú)用信號(hào)的電力值相關(guān)的參數(shù)滿足下式(6)所示貝塔分布P1 ( τ D。P1(T1) = {τ1α-1(1-τ1)^1}/Β(α , β) ...(6)其中，Β(α，β)表示貝塔函數(shù)。與無(wú)用信號(hào)的多普勒頻率相關(guān)的參數(shù)滿足下式(7)表示的正態(tài)分布P2 ( θ η)。ρ2 ( θ η) = (2 31 φ 2) -1/2exp {- ( θ η-φ》2/ (2 Φ 2)}... (7)另外，無(wú)用信號(hào)的譜寬相關(guān)的參數(shù)滿足下式(8)表示的伽馬分布ρ3( θ 12)。P3 ( θ 12) = b_a θ ^1exp (- θ 12/b) / Γ (a)... (8)其中，Γ (a)表示伽馬函數(shù)。這些事先分布的參數(shù)α，β ,Cpp ψι, a,b由事先觀測(cè)的無(wú)用信號(hào)的數(shù)據(jù)決定。然后，通過(guò)用各參數(shù)對(duì)式(8)所示帶懲罰對(duì)數(shù)似然函數(shù)的期望值進(jìn)行偏微分，從而對(duì)各參數(shù)Q ( θ I θ (t))進(jìn)行最大化(步驟S45)。Q(0 I θ ⑴)=Σ = : LyiTlj, {log τ ( θ | Xi)} +YiT2, i {log τ 2f2 ( θ 21 Xi)}]+S1Iog {Pl ( τ J } +S2Iog {p2 ( θ n)} +S3Iog {p3 ( θ 12)} ... (9)其中，η為傅立葉抽樣點(diǎn)數(shù)。另外⑴表示步驟S43，S45的重復(fù)次數(shù)。各參數(shù)的更新式如下所示。
T1 ={ Σ n^iyiT1JS1 (α-1)}/{ Σ n^iyJS1 (α+β-2)}...(10)T2 = I-T1...(11)θ η = { Σ ni = JiT1, iXi+S2 ( Φ 丄 θ 12/ φ 2)} / { Σ \ = JiT1, ^S2 ( θ 12/ φ 2)} ... (12)θ 12 = (I-S3) { Σ % JiT1,, (Xi- θ η) VEni. JiT1, J+S3 {- Σ nJ = JiT1, i+2 (a-1) + [{ Σ ni = JiT1,「2 (a_l)}2+8/b Σ ni =山T1,丄(Xi- θ η)2]1/2} / {4/b}…(13)θ 21 = tan"1 {( Σ \ = JiT2, ^inxi) / ( Σ \ = JiT2, ^osxi)}... (14)I1 ( θ 22) /I0 ( θ 22) =Eni = JiT2, iCos (Xi- θ21)/ Σ ni = JiT2,, ... (15)如上所述，θ 22可以通過(guò)式(15)解得。另夕卜，S1, S2, S3，取1到0，采用與無(wú)用信號(hào)電力值相關(guān)的事先知識(shí)的場(chǎng)合S1 = 1，不用的場(chǎng)合S1 = 0。另外，采用與無(wú)用信號(hào)多普勒頻率相關(guān)的事先的知識(shí)的場(chǎng)合& = 1，不用的場(chǎng)合& = 0。另外，采用與無(wú)用信號(hào)譜寬相關(guān)的事先的知識(shí)的場(chǎng)合& = 1，不用的場(chǎng)合& = 0。然后判定根據(jù)上式計(jì)算得出的參數(shù)是否收斂(步驟S46)。在該判定處理中，如果混合比計(jì)算時(shí)的參數(shù)和更新后參數(shù)的差在1/1000以下，則判定參數(shù)收斂。如果差比該數(shù)還大，則用計(jì)算得到的參數(shù)再次進(jìn)行步驟S43，S45的處理。在判斷上述參數(shù)收斂的場(chǎng)合，由推定的馮 米澤斯分布的參數(shù)，計(jì)算氣象回波的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率作為推定值(步驟S47)。然后，由推定的氣象回波的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率，計(jì)算降水量、風(fēng)速(步驟S48)。通過(guò)進(jìn)行如上的處理，因?yàn)槟軌蚋呔韧贫词乖谧鳛闅庀蠡夭ㄖ袩o(wú)用信號(hào)的由于地面雜波而導(dǎo)致地形回波重疊的狀況下的氣象回波、地形回波等各種成分，所以，能夠由氣象回波和地形回波混合的數(shù)據(jù)中確實(shí)地推定降水量、風(fēng)速。(實(shí)施例2)然而，在上述實(shí)施例1中，針對(duì)的是以將接收信號(hào)的頻譜分別進(jìn)行假定的氣象回波、地形回波(地面雜波)的2個(gè)密度函數(shù)的和來(lái)擬合的情況進(jìn)行的說(shuō)明。根據(jù)這種處理， 盡管能夠得到某種程度上的效果，但是實(shí)際接收信號(hào)中，還含有氣象回波、地形回波之外的噪音等無(wú)用成分(下面稱為無(wú)用回波)。這種接收信號(hào)的頻譜分別假定氣象回波、地形回波為2個(gè)密度函數(shù)的和而進(jìn)行擬合，能夠想象得到氣象回波推定中是存在誤差的。因此，作為實(shí)施例2，進(jìn)一步以含噪音等無(wú)用回波的3個(gè)密度函數(shù)的和進(jìn)行擬和， 下面再次參照?qǐng)D6進(jìn)行說(shuō)明。在圖6中，首先，將雷達(dá)接收信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率區(qū)域，得到頻譜的振幅成分yi (步驟 S41)。然后，給出對(duì)所得到的頻譜進(jìn)行擬合的混合密度函數(shù)(步驟S4》。其中，作為擬合無(wú)用信號(hào)的(地形回波、無(wú)用回波)的分布，采用下式(16)表示的正態(tài)分布fl(x| θ》。其中，χ為多普勒速度。θ = (τ17 τ2，τ 3, θη，θ12，Θ21，θ 22)為混合密度函數(shù)的參數(shù)，初始值任意設(shè)定。(χ θ = (2 π θ 12) -1/2exp {- (χ- θ n)2/ (2 θ 12)}... (16)另外，作為擬合氣象回波的分布，用下式(17)表示的馮·米澤斯分布f2(x| θ 2)。f2(x| θ 2) = exp{ θ 22cos (χ- θ 21)} / {2 Ji I0 ( θ 22)}... (17)
I0表示0次修正貝塞爾函數(shù)。另外，作為除上述之外的無(wú)用的回波進(jìn)行擬合的分布，采用與下式(18)表示的同樣的分布4& θ 3)。f3(x| θ3) = l/(2Vnyq)…(18)其中表示Vn 奈奎斯特速度。從這些式子(16)、(17)、(18)中，得到下式(19)所示的擬合頻譜的混合密度函數(shù) f(x θ)。f(x| θ ) = τ J1OcI θ》+τ 2f2(x| θ 2)+τ 3f3(x| θ 3)...(19)然后，由給出的混合密度函數(shù)利用下式00)、(21)、(22)分別計(jì)算出混合比T1, ” 丁2」、1」(步驟343)。T = · 11, iτ (XiQ1)//{f(xiθ)}…(20)
T = · l2, iτ2f2(Xiθ2)//{f(xiθ)}…
T = · 1S, iτ 3f3(Xiθ3)//{f(xiθ)}…(22)然后，由預(yù)先觀測(cè)得到的數(shù)據(jù)確定事先分布(步驟S44)。首先，與無(wú)用信號(hào)的電力值相關(guān)的參數(shù)滿足下式所示貝塔分布P1 ( τ i)。P1(T1) = { T1aIl-T1) ”綠，β) - (23)其中，Β(α，β)表示貝塔函數(shù)。與無(wú)用信號(hào)的多普勒頻率相關(guān)的參數(shù)滿足下式表示的正態(tài)分布P2 ( θ η)。ρ2 ( θ J = (2 31 φ 2) -"2exp {- ( θ η- φ》7 (2 Φ 2)} ... (24)另外，無(wú)用信號(hào)的譜寬相關(guān)的參數(shù)滿足下式表示的伽馬分布ρ3( θ 12)。P3 ( θ 12) = θ 12 α ^exp (- θ 12/b) /Γ (a) ... (25)其中，Γ (a)表示伽馬函數(shù)。這些事先分布的參數(shù)α，β，φΡ (f>2，a，b由事先觀測(cè)的無(wú)用信號(hào)的數(shù)據(jù)決定。然后，通過(guò)用各參數(shù)對(duì)式(8)所示帶懲罰對(duì)數(shù)似然函數(shù)的期望值進(jìn)行偏微分，從而對(duì)各參數(shù)Q ( θ I θ (t))進(jìn)行最大化(步驟S45)。Q (Θ I θ ω) =Σ ni = ！ [YiT1, i {log τ ( θ | Xi)} +Υ Τ2>, {log τ 2f2 ( θ 21 Xi)}+YiT3jJlog τ 3f3(0 3 IXi)}]+S1Iog {Pl ( τ } +S2Iog {p2 ( θ n)} +S3Iog {p3 ( θ 12)}…(26)其中，η為傅立葉抽樣點(diǎn)數(shù)。另外⑴表示步驟S43，S45的重復(fù)次數(shù)。各參數(shù)的更新式如下所示。T1 = { Σ n^1YiT1, ^S1(Q-I)I/! Σ "^^^(α+β^)}… (27)τ2 = { Σ ni = JiT2, ^S1 T1 Σ ni = JiT2, J/{ Σ ^ =山(T2, ^S1T3,,)}…Q8)τ3 = 1 τjτ2 …U9)θ η = ( Σ ni = JiT1, iXi+S2 (Φ! θ 12/Φ2)}/{ Σ ni = JiT1, ^S2 ( θ 12/ φ 2)} ... (30)θ 12 = (I-S3) { Σ ni = JiT1,, (Xi- θ η)2/ Σ ni = JiT1, J+S3 {" Σ ^ =(a-l) + [{ Σ ^ =(a-1)}2 [ο οι]+8/b Σ ni = !YiTlji(Xi-eIi)2Il72IZiVM
…(31)θ 21 = tar^K Σ ni = iyiT2,iSinXi)/( Σ 1^iyiT2iiC0sxiM...(32)Ι^θ^/Ι^θ^) =Σ ni = 1yiT2 iCOS(x「e21)/ Σ ni = !YiT2ji... (33)如上所述，θ μ可以通過(guò)式(33)解得。另外，S1, S2，S3，取1到0，采用與無(wú)用信號(hào)電力值相關(guān)的事先知識(shí)的場(chǎng)合S1 = 1，不用的場(chǎng)合S1 = 0。另外，采用與無(wú)用信號(hào)多普勒頻率相關(guān)的事先的知識(shí)的場(chǎng)合& = 1，不用的場(chǎng)合& = 0。另外，采用與無(wú)用信號(hào)譜寬相關(guān)的事先的知識(shí)的場(chǎng)合& = 1，不用的場(chǎng)合& = 0。然后判定根據(jù)上式計(jì)算得出的參數(shù)是否收斂(步驟S46)。在該判定處理中，如果混合比計(jì)算時(shí)的參數(shù)和更新后參數(shù)的差在1/1000以下，則判定參數(shù)收斂。如果差比該數(shù)還大，則用計(jì)算得到的參數(shù)再次進(jìn)行步驟S43，S45的處理。在判斷上述參數(shù)收斂的場(chǎng)合，由推定的馮 米澤斯分布的參數(shù)，計(jì)算氣象回波的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率作為推定值(步驟S47)。然后，由推定的氣象回波的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率，計(jì)算降水量、風(fēng)速(步驟S48)。通過(guò)進(jìn)行如上的處理，因?yàn)槟軌蚋呔韧贫词乖谧鳛闅庀蠡夭ㄖ袩o(wú)用信號(hào)的由于地面雜波而導(dǎo)致地形回波重疊的狀況下的氣象回波、地形回波等各種成分，所以，能夠由氣象回波和地形回波混合的數(shù)據(jù)中確實(shí)地推定降水量、風(fēng)速。上述實(shí)施形態(tài)盡管是以假定為氣象雷達(dá)的場(chǎng)合進(jìn)行的說(shuō)明，但是同樣也可適用于普通的雷達(dá)裝置，即同樣也適用從雷達(dá)接收信號(hào)中除去無(wú)用信號(hào)得到目標(biāo)信號(hào)的情形。另外，如有源相控陣?yán)走_(dá)那樣，電子掃描信號(hào)發(fā)送光束的雷達(dá)裝置或采用數(shù)字光束成形技術(shù)對(duì)多束接收光束成形的雷達(dá)裝置的場(chǎng)合也同樣可以實(shí)施本發(fā)明。因此，根據(jù)上述實(shí)施形態(tài)， 能夠提供一種能夠從具有大致相同頻率變化的目標(biāo)信號(hào)和無(wú)用信號(hào)混雜的雷達(dá)接收信號(hào)中，確實(shí)地僅檢測(cè)出目標(biāo)信號(hào)的雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置。根據(jù)上述至少1個(gè)實(shí)施形態(tài)的雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，從在一定周期中重復(fù)得到的雷達(dá)接收信號(hào)中，得到各種各樣的回波組，并獲取由平均多普勒頻率、譜寬、接收功率決定的頻譜，通過(guò)重復(fù)進(jìn)行對(duì)所獲取的雷達(dá)接收信號(hào)的頻譜形狀求取上述各回波組的密度函數(shù)的和的擬合處理，推定出最佳混合密度函數(shù)，從推定用混合密度函數(shù)參數(shù)中抽取雷達(dá)接收信號(hào)中包含的任意回波信息，所以，即使在目標(biāo)信號(hào)和無(wú)用信號(hào)具有基本相同頻率變化的場(chǎng)合，也能夠有效將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不會(huì)將目標(biāo)信號(hào)也一并除去。另外，盡管是以幾個(gè)實(shí)施形態(tài)進(jìn)行的說(shuō)明，但是，這些實(shí)施形態(tài)僅僅是例示的，并非旨在限定發(fā)明范圍。這些實(shí)施形態(tài)也可以以其他的形態(tài)實(shí)施，在不脫離發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，可以對(duì)其進(jìn)行各種省略、置換、變更。這些實(shí)施形態(tài)及其變形只要含于發(fā)明范圍和宗旨中，則同樣屬于權(quán)利要求書(shū)范圍所記載的發(fā)明及其等同物范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，具有，獲取機(jī)構(gòu)，從以一定周期重復(fù)得到的雷達(dá)接收信號(hào)中，獲取由回波組分別保有的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率決定的頻譜；推定機(jī)構(gòu)，通過(guò)重復(fù)進(jìn)行利用各個(gè)上述回波組的密度函數(shù)的和對(duì)所獲取的上述雷達(dá)接收信號(hào)的頻譜的形狀進(jìn)行的擬合的處理并學(xué)習(xí)，推定最佳的混合密度函數(shù)；以及抽取機(jī)構(gòu)，從推定出的上述混合密度函數(shù)的參數(shù)中抽取包含于上述雷達(dá)接收信號(hào)中的任意回波信息。
2.如權(quán)利要求1所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，上述獲取機(jī)構(gòu)將上述雷達(dá)接收信號(hào)在頻域進(jìn)行變換并獲取上述頻譜。
3.如權(quán)利要求1所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，上述推定機(jī)構(gòu)，重復(fù)進(jìn)行以下步驟直到參數(shù)值收斂，從而推定帶懲罰的似然函數(shù)為最大的參數(shù)，該步驟為，將由上述回波組形成的頻譜套用到混合密度函數(shù)，利用帶懲罰的似然函數(shù)對(duì)該套用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算出上述似然函數(shù)的隱變量，針對(duì)上述混合密度函數(shù)的各參數(shù)將上述帶懲罰的似然函數(shù)的期望值最大化。
4.如上述權(quán)利要求3所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，上述推定機(jī)構(gòu)，根據(jù)上述回波組具有的平均多普勒頻率、譜寬和接收功率的統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)，決定混合密度函數(shù)的各參數(shù)遵循的事先分布，通過(guò)將上述事先分布作為上述懲罰而附加到似然函數(shù)上，從而決定上述帶懲罰的似然函數(shù)。
5.如上述權(quán)利要求4所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，上述推定機(jī)構(gòu)，在上述事先分布的決定處理中，通過(guò)預(yù)先觀測(cè)上述雷達(dá)接收信號(hào)的單個(gè)回波，計(jì)算并決定上述事先分布的統(tǒng)計(jì)量。
6.如上述權(quán)利要求5所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，上述推定機(jī)構(gòu)，在上述似然函數(shù)的懲罰項(xiàng)中，采用事先測(cè)定的單個(gè)回波的接收功率、多普勒頻率、譜寬中的至少任意一個(gè)。
7.如上述權(quán)利要求1所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，上述抽取機(jī)構(gòu)，從根據(jù)上述推定機(jī)構(gòu)推定出的混合密度函數(shù)的參數(shù)中的與任意的上述回波相關(guān)的參數(shù)，計(jì)算決定任意的上述回波的頻譜的平均多普勒頻率、譜寬和接收功率，并作為任意的上述回波的信息而抽取。
8.如上述權(quán)利要求1所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，當(dāng)上述雷達(dá)接收信號(hào)為氣象雷達(dá)信號(hào)，上述回波組為氣象回波和地形回波時(shí)，上述獲取機(jī)構(gòu)從上述雷達(dá)接收信號(hào)中獲取由氣象回波和地形回波各自具有的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率所決定的頻譜，上述推定機(jī)構(gòu)通過(guò)重復(fù)進(jìn)行利用上述氣象回波和地形回波各自的密度函數(shù)的和對(duì)所獲取的上述雷達(dá)接收信號(hào)的頻譜的形狀進(jìn)行的擬合的處理并學(xué)習(xí)，推定最佳的混合密度函數(shù)，上述抽取機(jī)構(gòu)，根據(jù)推定的上述混合密度函數(shù)的參數(shù)中的與上述氣象回波相關(guān)的參數(shù)，計(jì)算上述氣象回波的平均多普勒頻率、譜寬和接收功率，并作為上述氣象回波的信息而抽取，并且，具有根據(jù)抽取出來(lái)的上述平均多普勒頻率、譜寬和接收功率來(lái)計(jì)算降水量、風(fēng)速的計(jì)算機(jī)構(gòu)。
9.如上述權(quán)利要求8所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，上述推定機(jī)構(gòu)，重復(fù)進(jìn)行以下步驟直到參數(shù)值收斂，從而推定帶懲罰的似然函數(shù)成為最大的參數(shù)，該步驟為，將由上述氣象回波和地形回波形成的頻譜套用到混合密度函數(shù)，利用帶懲罰的似然函數(shù)對(duì)該套用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算上述似然函數(shù)的隱變量，針對(duì)上述混合密度函數(shù)的各參數(shù)將上述帶懲罰的似然函數(shù)的期望值最大化，在上述帶懲罰的似然函數(shù)的決定處理中，根據(jù)上述回波組具有的平均多普勒頻率、譜寬和接收功率的統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)，決定混合密度函數(shù)的各參數(shù)遵循的事先分布，通過(guò)將上述事先分布作為上述懲罰附加到似然函數(shù)上，從而決定上述帶懲罰的似然函數(shù)，在上述事先分布的決定處理中，通過(guò)在晴天時(shí)僅觀測(cè)地形回波作為上述雷達(dá)接收信號(hào)的單個(gè)回波，在雨天時(shí)預(yù)先觀測(cè)不存在地形回波的范圍，從而計(jì)算并決定統(tǒng)計(jì)量。
10.如上述權(quán)利要求1所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，當(dāng)上述雷達(dá)接收信號(hào)為氣象雷達(dá)信號(hào)，上述回波組為氣象回波和地形回波以及其他無(wú)用回波時(shí)，上述獲取機(jī)構(gòu)從上述雷達(dá)接收信號(hào)中獲取氣象回波和地形回波以及無(wú)用回波各自具有的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率所決定的頻譜，上述推定機(jī)構(gòu)，通過(guò)重復(fù)進(jìn)行利用混合密度函數(shù)對(duì)所獲取的上述雷達(dá)接收信號(hào)的頻譜形狀進(jìn)行的擬合處理并學(xué)習(xí)，推定出最佳的混合密度函數(shù)，上述抽取機(jī)構(gòu)，根據(jù)推定的上述混合密度函數(shù)的參數(shù)中與上述氣象回波相關(guān)的參數(shù)， 計(jì)算上述氣象回波的頻譜的平均多普勒頻率、譜寬和接收功率，并作為上述氣象回波的信息而抽取，并且，具有根據(jù)抽取出來(lái)的上述平均多普勒頻率、譜寬和接收功率來(lái)計(jì)算降水量、風(fēng)速的計(jì)算機(jī)構(gòu)。
11.如上述權(quán)利要求10所述雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置，上述推定機(jī)構(gòu)，重復(fù)進(jìn)行以下步驟直到參數(shù)值收斂，從而推定帶懲罰的似然函數(shù)成為最大的參數(shù)，該步驟為，將由上述氣象回波和地形回波以及無(wú)用回波形成的頻譜套用到混合密度函數(shù)，利用帶懲罰的似然函數(shù)對(duì)該套用情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算上述似然函數(shù)的隱變量，針對(duì)上述混合密度函數(shù)的各參數(shù)將上述帶懲罰的似然函數(shù)的期望值最大化，在上述帶懲罰的似然函數(shù)的確定處理中，根據(jù)上述回波組具有的平均多普勒頻率、譜寬和接收功率的統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)，來(lái)決定混合密度函數(shù)的各參數(shù)遵循的事先分布，通過(guò)將上述事先分布作為上述懲罰附加到似然函數(shù)上，從而決定上述帶懲罰的似然函數(shù)，在上述事先分布的決定處理中，通過(guò)在晴天時(shí)僅觀測(cè)地形回波作為上述雷達(dá)接收信號(hào)的單個(gè)回波，在雨天時(shí)預(yù)先觀測(cè)不存在地形回波的范圍，從而計(jì)算并決定統(tǒng)計(jì)量。
12.一種雷達(dá)接收信號(hào)處理方法，從以一定周期重復(fù)得到的雷達(dá)接收信號(hào)中獲取由各回波組具有的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率決定的頻譜，通過(guò)重復(fù)進(jìn)行利用上述各回波組的密度函數(shù)的和對(duì)所獲取的上述雷達(dá)接收信號(hào)的頻譜的形狀進(jìn)行擬合處理并學(xué)習(xí)，推定出最佳的混合密度函數(shù)，從推定出的上述混合密度函數(shù)參數(shù)中抽取包含于上述雷達(dá)接收信號(hào)中的任意的回波 fn息ο
全文摘要
本發(fā)明涉及雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置及其方法，涉及從目標(biāo)信號(hào)和無(wú)用信號(hào)混雜的雷達(dá)接收信號(hào)中有效地僅檢測(cè)出目標(biāo)信號(hào)的雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置及其方法。提供一種即使在目標(biāo)信號(hào)和無(wú)用信號(hào)具有基本相同頻率變化的場(chǎng)合，也能夠有效地將兩者區(qū)分開(kāi)來(lái)，而不會(huì)將目標(biāo)信號(hào)也一并除去的雷達(dá)接收信號(hào)處理裝置及其方法。通過(guò)對(duì)雷達(dá)接收信號(hào)在頻域進(jìn)行轉(zhuǎn)換并得到頻譜(步驟S11)。然后，將得到的頻譜用回波組各自的密度函數(shù)的和(混合密度函數(shù))進(jìn)行擬合(步驟S12)。然后，學(xué)習(xí)混合密度函數(shù)的參數(shù)的最佳值(步驟S13)，從而進(jìn)行推定，根據(jù)推定的參數(shù)計(jì)算目標(biāo)信號(hào)的平均多普勒頻率、頻寬、接收功率，并作為觀測(cè)結(jié)果輸出(步驟S14)。
文檔編號(hào)G01S13/95GK102279389SQ201010625020
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月11日
發(fā)明者丸井英樹(shù), 和田將一, 根智志, 水谷文彥, 田中聰久, 石澤寬 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人東京農(nóng)工大學(xué), 株式會(huì)社東芝