大気レーダーのアダプティブクラッタ 抑圧法の開発

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1 大気レーダーのアダプティブクラッタ 抑圧法の開発
京都大学大学院　情報学研究科 通信情報システム専攻　　 神尾　和憲　佐藤　亨　

2 研究背景 【問題】 観測対象からのエコー 【方法】 観測対象のエコーに比べて、山など からの反射波が十分大きいため、
【問題】　　 観測対象のエコーに比べて、山など からの反射波が十分大きいため、 サイドローブでの抑圧では不十分。 【方法】　　 妨害波を確実に抑圧するために、 アダプティブなクラッタ抑圧を行う 方法を検討する。 観測対象からのエコー 強い反射波 （アンテナパターン）

3 クラッタのアダプティブ抑圧について ＋ W１ W２ ウエイトを制御することで、所望のアンテナ パターンが作りだせる。 S S U S U
S:I=10:0 U S:I=10:1 S:I=1:0 指向性アンテナ アダプティブサブアレー 所望パターン

4 アダプティブなクラッタ抑圧 サブアレー方式でアダプティブな クラッタ抑圧を行う。 （主アレー） 【大型レーダーに適用する】
レーダーでは主ビーム形状を保つ必要ある。 大型フェーズドアレイレーダーそのものを アダプティブに制御するのは困難。 例：EARのアンテナ数　560本 （主アレー） サブアレー方式でアダプティブな クラッタ抑圧を行う。

5 サブアレー方式でのクラッタ抑圧 受信専用アレー（サブアレー）をレーダーの周りに配置する。
主アレーとサブアレーにおいて、アダプティブなクラッタ抑圧アルゴリズムを適用する。 　【特徴】　 レーダー自体を制御する場合に比べて、計算量が少なくてすむ。 レーダーのハードウエアを変更する必要がないため、既存のレーダーシステムにも利用できる。

6 レーダー・サブアレーのノイズレベル: ０ｄＢ
シミュレーション条件 利得 アンテナパターン [dB] Θ(deg.) サブアンテナ本数 ４ 所望波到来方向 　０° 妨害波到来方向　　　８０° 無指向性アンテナ レーダー・サブアレーのノイズレベル: ０ｄＢ

7 従来法について DCMP DCMP [dB] 方向拘束付き出力電力最小化法 利得 Θ(deg.) メインビームを保証する新しい
Antenna pattern DCMP 方向拘束付き出力電力最小化法 [dB] 利得 所望波（S）方向:　0° 妨害波（U）方向: 80° C は方向拘束ベクトル H は拘束値. (H=1) Θ(deg.) Lagrange 法により解を求める。 メインビームを保証する新しい ウエイト決定法が必要である。

8 提案アルゴリズム （ＤＣＭＰ-ＣＮ） DCMP-CN 入力ベクトル ウエイトベクトル 方向拘束ベクトル 相関行列
ウエイトノルムに関する拘束条件を加えた. （出力パワーを最小化) （所望方向の利得をHに固定) （ノルムをN以下に設定) 入力ベクトル ウエイトベクトル 方向拘束ベクトル 相関行列 ：ｎ番アンテナでの入力 ：ｎ番アンテナでの制御量 ：方向によって生じる位相差

9 DCMP-CNの解法 罰金関数法 F(x): 最小化すべき関数 g(x): 拘束値関数 評価関数 罰金率ρ を徐々に大きくしていく。
等式・不等式拘束条件ともに満たした最適解が求まる。

10 DCMP vs. DCMP-CN DCMP-CN DCMP [dB] [dB] 利得 Θ(deg.) Θ(deg.)
Antenna pattern DCMP Antenna pattern [dB] [dB] 利得 所望波（S）方向:　0° 妨害波（U）方向: 80° 所望波（S）方向:　0° 妨害波（U）方向: 80° Θ(deg.) Θ(deg.) 所望波電力: 20 dB　 妨害波電力: 80 dB DCMP-CNはメインビームを保った 状態で妨害波を抑圧している.

11 DCMP vs. DCMP-CN (2) DCMP DCMP-CN [dB] [dB] 利得 Θ(deg.) Θ(deg.)
Antenna pattern DCMP-CN Antenna pattern [dB] [dB] 利得 所望波（S）方向:　0° 妨害波（U）方向: 80° 所望波（S）方向:　0° 妨害波（U）方向: 80° Θ(deg.) Θ(deg.) 所望波電力: -20 dB　妨害波電力: 80 dB

12 広範囲から妨害波が到来した場合 (DCMP-CN)
妨害波の到来角 Zenith angle: ７０-８０° 妨害波の到来角 Azimuth angle: １０-２０° [dB] [dB] 利得 Zenith angle Azimuth angle 所望波電力:　 20 dB 妨害波電力: 60 dB

13 ＭＵレーダの実データによる検証 B A C D 【観測方法】 MUレーダーでは受信チャネルが４個 あるので、１チャネルを主アレー、残り
３チャネルを、サブアレーとして使用。 【データの合成】 各受信機から得られたデータを用い て、最適ウエイトを決定する。 そしてそのウエイトを用いて各データ を加えあわせる。

14 合成された出力のドプラーパワースペクトル
実データの合成結果 合成された出力のドプラーパワースペクトル [dB] DCMP [dB] DCMP-CN クラッタ クラッタ 大気エコー 大気エコー DCMP: サイドローブ上昇　　　　　　　妨害波・雑音が増加 DCMP-CNはクラッタ抑圧として特性が良いことがわかった

15 クラッタが抑圧がされ、０ドプラー周辺での大気エコーが観測できる。
実データの合成結果（２） クラッタが抑圧がされ、０ドプラー周辺での大気エコーが観測できる。 [km] Main DCMP-CN 高度 誤ってサブアレーのみ熱雑音が大きく なるような観測を行ってしまった。 合成された結果も SN比が劣化している。

16 サブアレーの設置について A A 正しく１本のアンテナで受信することでSN比の改善が成される。
サブアレーで受信するクラッタ強度を大きくした方が 拘束値を小さく設定できるためでSN比に対して有利である。 A A ・フェンスの回折でクラッタ強度が減衰しているので、 　フェンス付近に設置する。 ・八木アンテナを横に向けることで、利得を高める。

17 飛行機エコーの抑圧 [km] Main DCMP-CN 高度 相関行列の忘却係数は、どの程度の時間で周りの状況が 変化するかが指標となる。
とても早く変化する例として、飛行機エコー抑圧について検討する。 忘却係数を０．８に設定した例を右に示す。 [km] Main DCMP-CN 高度

18 まとめ アダプティブクラッタ抑圧法について検討 既存のレーダーの周りに数素子の受信専用アレーを設置し、その各素子のウエイト制御を行う。
ウエイト制御法としてDCMP-CNを開発した。 実データの合成によってDCMP-CNでクラッタ抑圧が可能であることを確認した。 サブアレーの配置方法について検討した。