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

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題是，提供一種雷達接收信號處理裝置及其方法，其即使在目標(biāo)信號和無用信號具有基本相同頻率變化的場合，也能夠有效地將兩者區(qū)分開來，而不會將目標(biāo)信號也一并除去。實施形態(tài)的雷達接收信號處理裝置從以一定周期重復(fù)得到的雷達接收信號中，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，通過重復(fù)進行利用各上述回波組的密度函數(shù)的和對所獲取的頻譜的形狀進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，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)對該套用情況進行評價，對于上述似然函數(shù)的懲罰項而言，可以采用事先測定的單個回波的接收功率、多普勒頻率、頻寬中的至少任意一個。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的雷達接收信號處理裝置，即使在目標(biāo)信號和無用信號具有基本相同頻率變化的場合，也能夠有效將兩者區(qū)分開來，而不會將目標(biāo)信號也一并除去。


圖1為示出適用實施形態(tài)雷達接收信號處理裝置的氣象雷達信號處理裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖2為示出實施形態(tài)雷達接收信號處理裝置中，從雷達接收信號中計算出目標(biāo)信號的平均多普勒頻率、譜寬、接收功率的處理的流程的流程圖。圖3為示出上述實施形態(tài)中，采用混合密度函數(shù)擬合雷達接收信號頻譜的模式的波形圖。圖4為示出上述實施形態(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為示出上述實施形態(tài)中，從雷達接收信號中計算降水量風(fēng)速的處理的流程的例子的流程圖。
具體實施例方式下面參照附圖對實施形態(tài)進行說明。圖1為示出適用實施形態(tài)涉及的雷達接收信號處理裝置的氣象雷達信號處理裝置的結(jié)構(gòu)的方塊圖。在圖1中，脈沖信號產(chǎn)生部11所產(chǎn)生的雷達脈沖信號經(jīng)過發(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接收的雷達波的反射信號經(jīng)由環(huán)路器13發(fā)送到接收裝置15中。該接收裝置15對天線14接收的信號進行增幅，對基帶進行頻率轉(zhuǎn)換，該輸出被發(fā)送到雷達接收信號處理裝置16中。上述雷達接收信號處理裝置16采用A/D轉(zhuǎn)換器161將輸入的雷達接收信號轉(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)，利用觀測處理器163除去地形回波成分，得到氣象回波形成的觀測數(shù)據(jù)。圖2為示出上述觀測處理器163中，從雷達接收信號(IQ數(shù)據(jù))中計算得到目標(biāo)信號(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，通過對雷達接收信號在頻率區(qū)域中進行轉(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)中計算目標(biāo)信號的平均多普勒頻率、頻寬、接收功率，并將其作為觀測結(jié)果輸出(步驟S14)。圖3為用于說明上述步驟S12中利用混合密度函數(shù)對頻譜進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，給出對頻譜進行擬合的混合密度函數(shù)?；旌厦芏群瘮?shù)用多個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。圖4為示出利用事先的知識推定最佳混合密度函數(shù)的參數(shù)的場合的處理的流程。在圖4中，首先根據(jù)事先的知識，將多個回波各自的密度函數(shù)的參數(shù)作為變量，由統(tǒng)計的性質(zhì)決定它們自身的事先分布(步驟S21)。計算出所決定的事先分布和從觀測的似然度中計算出事后分布，通過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)計算出帶懲罰的對數(shù)似然函數(shù)的期望值(步驟S3》。然后，計算最大化帶懲罰對數(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)， 在沒有收斂時則返回步驟S32。換言之，利用最大化期望值的參數(shù)，再一次按照計算帶懲罰對數(shù)似然函數(shù)的期望值的順序，重復(fù)進行該動作，直至參數(shù)的值收斂為止。將該收斂的參數(shù)值作為為了對雷達接收信號頻譜進行擬合的最佳混合密度函數(shù)的參數(shù)。(實施例1)圖6為上述實施形態(tài)適用氣象雷達信號處理裝置的場合的具體例(作為實施例 1)，示出從雷達接收信號中計算降水量、風(fēng)速的場合的處理的流程的流程圖。在圖6中，首先，將雷達接收信號在頻率區(qū)域中進行轉(zhuǎn)換，得到頻譜的振幅成分 Yi(步驟S41)。然后，給出對所得到的頻譜進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,)作為將無用信號(地物雜波的回波成分)進行擬合的分布。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)先觀測的數(shù)據(jù)確定事先分布(步驟S44)。首先，無用信號的電力值相關(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)。與無用信號的多普勒頻率相關(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，無用信號的譜寬相關(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由事先觀測的無用信號的數(shù)據(jù)決定。然后，通過用各參數(shù)對式(8)所示帶懲罰對數(shù)似然函數(shù)的期望值進行偏微分，從而對各參數(shù)Q ( θ I θ (t))進行最大化(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可以通過式(15)解得。另夕卜，S1, S2, S3，取1到0，采用與無用信號電力值相關(guān)的事先知識的場合S1 = 1，不用的場合S1 = 0。另外，采用與無用信號多普勒頻率相關(guān)的事先的知識的場合& = 1，不用的場合& = 0。另外，采用與無用信號譜寬相關(guān)的事先的知識的場合& = 1，不用的場合& = 0。然后判定根據(jù)上式計算得出的參數(shù)是否收斂(步驟S46)。在該判定處理中，如果混合比計算時的參數(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，則用計算得到的參數(shù)再次進行步驟S43，S45的處理。在判斷上述參數(shù)收斂的場合，由推定的馮 米澤斯分布的參數(shù)，計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，計算降水量、風(fēng)速(步驟S48)。通過進行如上的處理，因為能夠高精度推定即使在作為氣象回波中無用信號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)中確實地推定降水量、風(fēng)速。(實施例2)然而，在上述實施例1中，針對的是以將接收信號的頻譜分別進行假定的氣象回波、地形回波(地面雜波)的2個密度函數(shù)的和來擬合的情況進行的說明。根據(jù)這種處理， 盡管能夠得到某種程度上的效果，但是實際接收信號中，還含有氣象回波、地形回波之外的噪音等無用成分(下面稱為無用回波)。這種接收信號的頻譜分別假定氣象回波、地形回波為2個密度函數(shù)的和而進行擬合，能夠想象得到氣象回波推定中是存在誤差的。因此，作為實施例2，進一步以含噪音等無用回波的3個密度函數(shù)的和進行擬和， 下面再次參照圖6進行說明。在圖6中，首先，將雷達接收信號轉(zhuǎn)換成頻率區(qū)域，得到頻譜的振幅成分yi (步驟 S41)。然后，給出對所得到的頻譜進行擬合的混合密度函數(shù)(步驟S4》。其中，作為擬合無用信號的(地形回波、無用回波)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用的回波進行擬合的分布，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)先觀測得到的數(shù)據(jù)確定事先分布(步驟S44)。首先，與無用信號的電力值相關(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)。與無用信號的多普勒頻率相關(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，無用信號的譜寬相關(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由事先觀測的無用信號的數(shù)據(jù)決定。然后，通過用各參數(shù)對式(8)所示帶懲罰對數(shù)似然函數(shù)的期望值進行偏微分，從而對各參數(shù)Q ( θ I θ (t))進行最大化(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可以通過式(33)解得。另外，S1, S2，S3，取1到0，采用與無用信號電力值相關(guān)的事先知識的場合S1 = 1，不用的場合S1 = 0。另外，采用與無用信號多普勒頻率相關(guān)的事先的知識的場合& = 1，不用的場合& = 0。另外，采用與無用信號譜寬相關(guān)的事先的知識的場合& = 1，不用的場合& = 0。然后判定根據(jù)上式計算得出的參數(shù)是否收斂(步驟S46)。在該判定處理中，如果混合比計算時的參數(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，則用計算得到的參數(shù)再次進行步驟S43，S45的處理。在判斷上述參數(shù)收斂的場合，由推定的馮 米澤斯分布的參數(shù)，計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，計算降水量、風(fēng)速(步驟S48)。通過進行如上的處理，因為能夠高精度推定即使在作為氣象回波中無用信號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)中確實地推定降水量、風(fēng)速。上述實施形態(tài)盡管是以假定為氣象雷達的場合進行的說明，但是同樣也可適用于普通的雷達裝置，即同樣也適用從雷達接收信號中除去無用信號得到目標(biāo)信號的情形。另外，如有源相控陣?yán)走_那樣，電子掃描信號發(fā)送光束的雷達裝置或采用數(shù)字光束成形技術(shù)對多束接收光束成形的雷達裝置的場合也同樣可以實施本發(fā)明。因此，根據(jù)上述實施形態(tài)， 能夠提供一種能夠從具有大致相同頻率變化的目標(biāo)信號和無用信號混雜的雷達接收信號中，確實地僅檢測出目標(biāo)信號的雷達接收信號處理裝置。根據(jù)上述至少1個實施形態(tài)的雷達接收信號處理裝置，從在一定周期中重復(fù)得到的雷達接收信號中，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，通過重復(fù)進行對所獲取的雷達接收信號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)中抽取雷達接收信號中包含的任意回波信息，所以，即使在目標(biāo)信號和無用信號具有基本相同頻率變化的場合，也能夠有效將兩者區(qū)分開來，而不會將目標(biāo)信號也一并除去。另外，盡管是以幾個實施形態(tài)進行的說明，但是，這些實施形態(tài)僅僅是例示的，并非旨在限定發(fā)明范圍。這些實施形態(tài)也可以以其他的形態(tài)實施，在不脫離發(fā)明宗旨的范圍內(nèi)，可以對其進行各種省略、置換、變更。這些實施形態(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
1.一種雷達接收信號處理裝置，具有，獲取機構(gòu)，從以一定周期重復(fù)得到的雷達接收信號中，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；推定機構(gòu)，通過重復(fù)進行利用各個上述回波組的密度函數(shù)的和對所獲取的上述雷達接收信號的頻譜的形狀進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接收信號中的任意回波信息。
2.如權(quán)利要求1所述雷達接收信號處理裝置，上述獲取機構(gòu)將上述雷達接收信號在頻域進行變換并獲取上述頻譜。
3.如權(quán)利要求1所述雷達接收信號處理裝置，上述推定機構(gòu)，重復(fù)進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)對該套用情況進行評價，計算出上述似然函數(shù)的隱變量，針對上述混合密度函數(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所述雷達接收信號處理裝置，上述推定機構(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所述雷達接收信號處理裝置，上述推定機構(gòu)，在上述事先分布的決定處理中，通過預(yù)先觀測上述雷達接收信號的單個回波，計算并決定上述事先分布的統(tǒng)計量。
6.如上述權(quán)利要求5所述雷達接收信號處理裝置，上述推定機構(gòu)，在上述似然函數(shù)的懲罰項中，采用事先測定的單個回波的接收功率、多普勒頻率、譜寬中的至少任意一個。
7.如上述權(quán)利要求1所述雷達接收信號處理裝置，上述抽取機構(gòu)，從根據(jù)上述推定機構(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所述雷達接收信號處理裝置，當(dāng)上述雷達接收信號為氣象雷達信號，上述回波組為氣象回波和地形回波時，上述獲取機構(gòu)從上述雷達接收信號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，上述推定機構(gòu)通過重復(fù)進行利用上述氣象回波和地形回波各自的密度函數(shù)的和對所獲取的上述雷達接收信號的頻譜的形狀進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)抽取出來的上述平均多普勒頻率、譜寬和接收功率來計算降水量、風(fēng)速的計算機構(gòu)。
9.如上述權(quán)利要求8所述雷達接收信號處理裝置，上述推定機構(gòu)，重復(fù)進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)對該套用情況進行評價，計算上述似然函數(shù)的隱變量，針對上述混合密度函數(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，通過在晴天時僅觀測地形回波作為上述雷達接收信號的單個回波，在雨天時預(yù)先觀測不存在地形回波的范圍，從而計算并決定統(tǒng)計量。
10.如上述權(quán)利要求1所述雷達接收信號處理裝置，當(dāng)上述雷達接收信號為氣象雷達信號，上述回波組為氣象回波和地形回波以及其他無用回波時，上述獲取機構(gòu)從上述雷達接收信號中獲取氣象回波和地形回波以及無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，上述推定機構(gòu)，通過重復(fù)進行利用混合密度函數(shù)對所獲取的上述雷達接收信號的頻譜形狀進行的擬合處理并學(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)抽取出來的上述平均多普勒頻率、譜寬和接收功率來計算降水量、風(fēng)速的計算機構(gòu)。
11.如上述權(quán)利要求10所述雷達接收信號處理裝置，上述推定機構(gòu)，重復(fù)進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)對該套用情況進行評價，計算上述似然函數(shù)的隱變量，針對上述混合密度函數(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)計的性質(zhì)，來決定混合密度函數(shù)的各參數(shù)遵循的事先分布，通過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，通過在晴天時僅觀測地形回波作為上述雷達接收信號的單個回波，在雨天時預(yù)先觀測不存在地形回波的范圍，從而計算并決定統(tǒng)計量。
12.一種雷達接收信號處理方法，從以一定周期重復(fù)得到的雷達接收信號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，通過重復(fù)進行利用上述各回波組的密度函數(shù)的和對所獲取的上述雷達接收信號的頻譜的形狀進行擬合處理并學(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接收信號中的任意的回波 fn息ο
全文摘要
本發(fā)明涉及雷達接收信號處理裝置及其方法，涉及從目標(biāo)信號和無用信號混雜的雷達接收信號中有效地僅檢測出目標(biāo)信號的雷達接收信號處理裝置及其方法。提供一種即使在目標(biāo)信號和無用信號具有基本相同頻率變化的場合，也能夠有效地將兩者區(qū)分開來，而不會將目標(biāo)信號也一并除去的雷達接收信號處理裝置及其方法。通過對雷達接收信號在頻域進行轉(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)，從而進行推定，根據(jù)推定的參數(shù)計算目標(biāo)信號的平均多普勒頻率、頻寬、接收功率，并作為觀測結(jié)果輸出(步驟S14)。
文檔編號G01S13/95GK102279389SQ201010625020
公開日2011年12月14日 申請日期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, 和田將一, 根智志, 水谷文彥, 田中聰久, 石澤寬 申請人:國立大學(xué)法人東京農(nóng)工大學(xué), 株式會社東芝