大気レーダーのアダプティブクラッタ抑圧法の開発

大気レーダーのアダプティブクラッタ抑圧法の開発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　

研究背景 【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）

＋ S U S U クラッタのアダプティブ抑圧について W１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。 W２ S U S:I=10:0 S:I=10:1 S:I=1:0 所望パターン指向性アンテナアダプティブサブアレー

（主アレー） アダプティブなクラッタ抑圧【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本サブアレー方式でアダプティブなクラッタ抑圧を行う。

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。

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

従来法について DCMP 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。

提案アルゴリズム（ＤＣＭＰ-ＣＮ） DCMP-CN 方向拘束付き出力電力最小化法（DCMP）に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

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。

DCMP vs. DCMP-CN DCMP-CN 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.

DCMP vs. DCMP-CN (2) DCMP-CN 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

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 Azimuth angle Zenith angle 所望波電力:　 20 dB 妨害波電力: 60 dB

B A C D ＭＵレーダの実データによる検証【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。

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 DCMP DCMP-CN [dB] [dB] 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

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 高度合成された結果も SN比が劣化している。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。

A A サブアレーの設置について正しく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。・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。

飛行機エコーの抑圧 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

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。

大気レーダーのアダプティブクラッタ 抑圧法の開発