JP2008286696A - Radar device - Google Patents

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Takashi Sekiguchi
高志 関口
Noriyuki Inaba
敬之 稲葉
Toshio Wakayama
俊夫 若山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radar device allowing concurrent observation in a short distance and a far distance by one radar, capable of dispensing with a mode switch, while using one radar, and capable of restraining the number of part items from increasing. <P>SOLUTION: The radar device includes a signal processing part 20 applied with a digital beam forming antenna to a reception antenna constituted of a plurality of antenna elements, and for outputting an observation result of a target 2 by executing multibeam forming processing and frequency analytical processing to a digital base band reception signal based on a reception signal obtained by reflection of a transmission signal emitted from a transmission antenna 14 on the object 2, and the signal processing part 20 is constituted to make at least either of the multibeam forming processing or the frequency analytical processing variable in response to an observation-objective distance. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、移動体、特に、自動車に搭載して前方の障害物、あるいは他の自動車等の距離や速度を計測するレーダ装置に関する。   The present invention relates to a radar apparatus that measures the distance and speed of a moving object, in particular, an obstacle mounted in front of an automobile or another automobile.

自動車のフェールセーフ機能として、自動運転制御システムや運転者支援システムの検討がなされており、実用化されているものもある。これらのシステムでは、運転者の知覚や感覚を補う目的で、自動車の周囲の状況を観測するレーダ装置が搭載されていることが多い。   As a fail-safe function of an automobile, an automatic driving control system and a driver assistance system have been studied, and some have been put into practical use. These systems are often equipped with a radar device that observes the situation around the vehicle in order to supplement the driver's perception and feeling.

このような自動車搭載用のレーダ方式として、パルスレーダ、パルス圧縮レーダ、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダ、多周波CW(Continuous Wave)レーダ、FMCWレーダや多周波CWレーダで送信信号をパルス化した、FMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)レーダや多周波ICW(Interrupted Continuous Wave)レーダなどの各種方式が提案されている。   As such a radar system for mounting on an automobile, a transmission signal is pulsed by a pulse radar, a pulse compression radar, an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar, a multi-frequency CW (Continuous Wave) radar, an FMCW radar or a multi-frequency CW radar. Various schemes such as FMICW (Frequency Modulated Interrupted Wave) radar and multi-frequency ICW (Interrupted Continuous Wave) radar have been proposed.

車体前方に設置され、その前方100〜200m程度までの距離にある障害物や他の自動車等(以後、単に目標と呼ぶ)を観測するレーダ装置は、放射する電磁波として電波を使用する場合には、周波数が約76〜77GHzのミリ波が用いられる。   A radar device that is installed in front of a vehicle body and that observes obstacles and other automobiles (hereinafter simply referred to as targets) at a distance of about 100 to 200 m in front of the vehicle uses radio waves as radiated electromagnetic waves. A millimeter wave having a frequency of about 76 to 77 GHz is used.

前方数mから100〜200m程度の広い距離範囲を観測しようとする場合には、例えば、近距離と遠距離では別のレーダモードとする、あるいは、近距離観測と遠距離観測で別のセンサを用いることが多い(例えば、特許文献1参照)。   When observing a wide distance range from several meters ahead to about 100 to 200 m, for example, different radar modes are used for short distance and long distance, or different sensors are used for short distance observation and long distance observation. Often used (see, for example, Patent Document 1).

特表2003−526792号公報Special table 2003-526792 gazette

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
近距離と遠距離で別のレーダモードまたは別のセンサを用いる場合には、モードまたはセンサを切替えて観測すること、あるいは複数センサの観測結果の統合処理を行うことに起因して、リアクションタイムが長くなってしまう課題があった。
However, the prior art has the following problems.
When using different radar modes or different sensors at short distance and long distance, the reaction time is reduced due to switching between modes or sensors, or by integrating the observation results of multiple sensors. There was a problem that would be long.

また、別のセンサを用いる場合には、これらのセンサが出力するデータの融合処理が必要となる課題があった。加えて、複数のセンサを用いることにより、部品点数も増えてしまう課題もあった。   Moreover, when using another sensor, the subject which requires the fusion process of the data which these sensors output occurred. In addition, there is a problem that the number of parts increases by using a plurality of sensors.

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、1台のレーダで近距離と遠距離を同時観測可能とし、1台のレーダでモード切り替えを持つ必要がなく、かつ、部品点数の増加を抑えることのできるレーダ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. It is possible to simultaneously observe a short distance and a long distance with one radar, and it is not necessary to have mode switching with one radar, and the parts An object of the present invention is to obtain a radar apparatus capable of suppressing an increase in the number of points.

本発明に係るレーダ装置は、複数のアンテナ素子で構成される受信アンテナにディジタルビームフォーミングアンテナを適用し、送信アンテナから放射された送信信号が目標物に反射して得られる受信信号に基づくディジタルベースバンド受信信号に対して、マルチビーム形成処理および周波数分析処理を行うことにより目標物の観測結果を出力する信号処理部を備えたレーダ装置であって、信号処理部は、マルチビーム形成処理または周波数分析処理の少なくともいずれか一方の処理設定条件を、観測対象距離に応じて可変にするものである。   The radar apparatus according to the present invention applies a digital beamforming antenna to a reception antenna composed of a plurality of antenna elements, and a digital base based on a reception signal obtained by reflecting a transmission signal radiated from the transmission antenna to a target. A radar apparatus including a signal processing unit that outputs an observation result of a target by performing multi-beam forming processing and frequency analysis processing on a band reception signal, and the signal processing unit is configured to perform multi-beam forming processing or frequency The process setting condition of at least one of the analysis processes is made variable according to the observation target distance.

本発明によれば、受信アンテナにディジタルビームフォーミングアンテナを用い、観測対象距離に応じてマルチビーム形成処理または周波数分析処理の少なくともいずれか一方の処理設定条件を適切に設定することにより、距離に応じてモードを切替えて観測することに起因するリアクションタイムが長くなってしまうことを防ぐことができ、1台のレーダで近距離と遠距離を同時観測可能とし、1台のレーダでモード切り替えを持つ必要がなく、かつ、部品点数の増加を抑えることのできるレーダ装置を得ることができる。   According to the present invention, a digital beam forming antenna is used as a receiving antenna, and at least one of multi-beam forming processing and frequency analysis processing is appropriately set according to the observation target distance, so It is possible to prevent the reaction time from becoming longer due to switching modes and observing, and it is possible to observe short distance and long distance simultaneously with one radar, and mode switching with one radar It is possible to obtain a radar apparatus which is not necessary and can suppress an increase in the number of parts.

以下、本発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。   A preferred embodiment of a radar apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態1のレーダ装置1は、信号発生器11、送信信号変換器12、パルス化器13、送信アンテナ14、P個(Pは、2以上の整数)の素子アンテナ15(1)〜15(P)、P個の混合器16(1)〜16(P)、P個のA/D変換器17(1)〜17(P)、および信号処理部20で構成される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The radar device 1 according to the first embodiment includes a signal generator 11, a transmission signal converter 12, a pulse converter 13, a transmission antenna 14, and P element antennas 15 (1) to 15 (P is an integer of 2 or more). 15 (P), P mixers 16 (1) to 16 (P), P A / D converters 17 (1) to 17 (P), and a signal processing unit 20.

信号発生器11は、レーダ装置1からの送信信号を生成する。送信信号変換器12は、信号発生器11で生成された信号を、高周波信号に変換する。パルス化器13は、送信信号変換器12から出力される高周波信号をパルス化する。そして、送信アンテナ14は、パルス化器13でパルス化された高周波信号を、送信波3として空中に放射する。   The signal generator 11 generates a transmission signal from the radar apparatus 1. The transmission signal converter 12 converts the signal generated by the signal generator 11 into a high frequency signal. The pulse generator 13 pulses the high frequency signal output from the transmission signal converter 12. The transmission antenna 14 radiates the high frequency signal pulsed by the pulse generator 13 into the air as the transmission wave 3.

本実施の形態1においては、送信アンテナ14の指向性は、広いものとする。つまり、送信波3として空中に放射される高周波信号は、広角に放射される。レーダ装置1から空中に放射された送信波3は、目標2で反射され、目標反射波4として、再びレーダ装置1に取り込まれる。   In the first embodiment, the directivity of the transmission antenna 14 is wide. That is, the high frequency signal radiated in the air as the transmission wave 3 is radiated at a wide angle. The transmission wave 3 radiated from the radar device 1 into the air is reflected by the target 2 and taken into the radar device 1 again as the target reflected wave 4.

P個の素子アンテナ15(p)(p=1、2、・・・、P)は、目標反射波4を高周波信号として受信する素子アンテナであり、受信アンテナを構成している。素子アンテナ15(p)は、複数のアンテナから構成されていてもよい。P個の混合器16(p)(p=1、2、・・・、P)のそれぞれは、対応する素子アンテナ15(p)で受信した高周波信号と、送信信号としてパルス化する前の、送信信号変換器12で生成された高周波信号とを混合してベースバンドに周波数変換する。   P element antennas 15 (p) (p = 1, 2,..., P) are element antennas that receive the target reflected wave 4 as a high-frequency signal, and constitute a reception antenna. The element antenna 15 (p) may be composed of a plurality of antennas. Each of the P mixers 16 (p) (p = 1, 2,..., P) has a high-frequency signal received by the corresponding element antenna 15 (p) and a pulse before being transmitted as a transmission signal. The high frequency signal generated by the transmission signal converter 12 is mixed and frequency-converted to baseband.

P個のA/D変換器17(p)(p=1、2、・・・、P)のそれぞれは、対応する混合器16(p)の出力信号を時間離散化(サンプリング)およびレベルを離散化して、ディジタル信号に変換する。そして、信号処理部20は、P個のA/D変換器17(p)でサンプリングされたそれぞれのディジタル受信信号から、観測された目標2との相対速度および距離を算出する。   Each of the P A / D converters 17 (p) (p = 1, 2,..., P) time-discretizes (samples) the output signal of the corresponding mixer 16 (p) and sets the level. Discretize and convert to digital signal. Then, the signal processing unit 20 calculates the relative speed and distance to the observed target 2 from each digital received signal sampled by the P A / D converters 17 (p).

なお、図1には示されていないが、レーダ装置1としては、必要に応じて、増幅器、AGC(Automatic Gain Control)回路などを、さらに用いてもよい。   Although not shown in FIG. 1, an amplifier, an AGC (Automatic Gain Control) circuit, or the like may be further used as the radar apparatus 1 as necessary.

次に、図1の構成に基づいて、本実施の形態1のレーダ装置1の一連の動作を説明をする。ここでは、送信信号として、振幅が一定で周波数が段階的に上昇する連続波(多周波CW)をパルス化した多周波ICW方式の信号を用いる場合について説明する。図2は、本発明の実施の形態1における多周波ICW方式の送信信号を模式的に表した図である。   Next, a series of operations of the radar apparatus 1 of the first embodiment will be described based on the configuration of FIG. Here, a case where a multi-frequency ICW signal obtained by pulsing a continuous wave (multi-frequency CW) having a constant amplitude and a stepwise increase in frequency will be described as a transmission signal. FIG. 2 is a diagram schematically showing a multi-frequency ICW transmission signal according to Embodiment 1 of the present invention.

信号発生器11は、周波数が等間隔Δfで段階的にN(Nは2以上の整数)種類増加する(この期間を変調周期と呼び、周期をTで表す)ことを繰り返すベースバンドの多周波CW信号を生成する。1つの周波数の継続時間をTPRIとすると、変調周期は、T=N・TPRIとなる。そして、ベースバンドの多周波CW信号は、送信信号変換器12で高周波信号に変換される。 Signal generator 11 has a frequency (the N 2 or more integer) stepwise N at regular intervals Δf type increases (refer to this period modulation period represents a period in T P) of the base band repeating the multi A frequency CW signal is generated. If the duration of one frequency is T PRI , the modulation period is T P = N · T PRI . The baseband multi-frequency CW signal is converted into a high-frequency signal by the transmission signal converter 12.

図2に示すように、多周波CW信号の周波数は、f、f、・・・、fである。周波数f(n=1、2、...、N)はf=f+(n−1)Δfと表される。fは、最小の搬送波周波数である。ある周波数fの信号に対応する区間を第nステップと呼ぶことにする。また、第m回目(mは1以上の整数)の変調周期を、第m変調過程と呼ぶことにする。 As shown in FIG. 2, the frequencies of the multi-frequency CW signal are f 1 , f 2 ,..., F N. The frequency f n (n = 1, 2,..., N) is expressed as f n = f 1 + (n−1) Δf. f 1 is the minimum carrier frequency. The interval corresponding to the signal of a certain frequency f n to be referred to as n-th step. The m-th modulation cycle (m is an integer equal to or greater than 1) is referred to as an m-th modulation process.

高周波に変換された多周波CW信号は、パルス化器13でパルス化され、多周波ICW信号となる。図2(a)は、送信されるパルスを模式的に表したもので、縦軸に周波数をとっている。パルス化された多周波ICW信号は、送信アンテナ14を介して送信波3として空中に放射される。   The multi-frequency CW signal converted to a high frequency is pulsed by the pulse generator 13 to become a multi-frequency ICW signal. FIG. 2A schematically shows a transmitted pulse, and the vertical axis indicates frequency. The pulsed multi-frequency ICW signal is radiated into the air as the transmission wave 3 via the transmission antenna 14.

目標2に反射した反射波4は、P個の素子アンテナ15(p)を介して受信波として受信され、それぞれ、対応する混合器16(p)に送られる。混合器16(p)では、素子アンテナ15(p)による受信波と、送信信号変換器12の出力である高周波の多周波CW信号とが混合され、周波数変換された後、ベースバンド受信信号としてA/D変換器17(p)にそれぞれ出力される。それぞれのベースバンド受信信号は、A/D変換器17(p)にてサンプリング間隔Tでサンプリングされ、ディジタル信号に変換される。 The reflected wave 4 reflected by the target 2 is received as a received wave via the P element antennas 15 (p), and each is sent to the corresponding mixer 16 (p). In the mixer 16 (p), the reception wave from the element antenna 15 (p) and the high-frequency multi-frequency CW signal that is the output of the transmission signal converter 12 are mixed and frequency-converted, and then used as a baseband reception signal. Each is output to the A / D converter 17 (p). Each received baseband signal, A / D converter 17 at (p) is sampled at a sampling interval T s, is converted into a digital signal.

ここで、サンプリング周期Tは、パルス幅以下の時間である。また、A/D変換器17(p)の出力信号をディジタルベースバンド受信信号と呼び、u(m、n、k)で表す。このディジタルベースバンド受信信号u(m、n、k)は、信号処理部20に入力される。 Here, the sampling period T s is a time shorter than the pulse width. Further, it referred to as a digital baseband received signal the output signal of the A / D converter 17 (p), expressed by u p (m, n, k ). The digital baseband reception signal u p (m, n, k) is input to the signal processing unit 20.

ここで、mは、第m変調過程であることを表し、nは、送信周波数がfであることを表し、kは、レンジビン番号である。レンジビン番号とは、図2(b)に示すように、パルス繰り返し周期に等しい1つの周波数の継続時間TPRI内で、受信信号をサンプリング間隔Tでサンプリングしたときのサンプル点番号である。 Here, m represents the m-th modulation process, n represents the transmission frequency is f n , and k is the range bin number. As shown in FIG. 2B, the range bin number is a sample point number when the received signal is sampled at the sampling interval T s within the duration T PRI of one frequency equal to the pulse repetition period.

図2(b)では、サンプリング間隔Tは、パルス幅と等しく、レンジビン数をKとした場合を例示している。目標検出結果を1組出力するのに要する変調周期の数を、M(Mは1以上の整数)とする。これに対応する時間は、観測値である目標距離、相対速度、角度の目標検出データ(以下、観測値と呼ぶ)出力周期である。多周波ICW信号は、観測値出力周期を越えて継続的に送信される。 FIG. 2B illustrates a case where the sampling interval T s is equal to the pulse width and the number of range bins is K. The number of modulation periods required to output one set of target detection results is M (M is an integer equal to or greater than 1). The time corresponding to this is an output period of target detection data (hereinafter referred to as observation values) of target distance, relative speed, and angle as observation values. The multi-frequency ICW signal is continuously transmitted beyond the observation value output period.

図1の構成では、ディジタルベースバンド受信信号u(m、n、k)は実数であるが、素子アンテナ15(p)で受信した高周波信号を周波数変換して、ディジタルの同相(I)信号、直交(Q)信号を得るような構成にしてもよい。この場合には、ディジタルベースバンド受信信号u(m、n、k)は、実部を同相信号、虚部を直交信号とする複素ディジタル信号として扱う。 In the configuration of FIG. 1, the digital baseband received signal u p (m, n, k) is a real number, but the digital in-phase (I) signal is obtained by frequency-converting the high-frequency signal received by the element antenna 15 (p). The quadrature (Q) signal may be obtained. In this case, the digital baseband received signal u p (m, n, k) is treated as a complex digital signal having the real part as an in-phase signal and the imaginary part as a quadrature signal.

次に、信号処理部20における具体的な処理について説明する。
図3は、本発明の実施の形態1におけるレーダ装置の信号処理部20の内部構成図である。信号処理部20は、ディジタルマルチビーム形成器21、ドップラー周波数分析器22、周波数分析器23、および目標検出器24で構成される。
Next, specific processing in the signal processing unit 20 will be described.
FIG. 3 is an internal configuration diagram of the signal processing unit 20 of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The signal processing unit 20 includes a digital multi-beamformer 21, a Doppler frequency analyzer 22, a frequency analyzer 23, and a target detector 24.

ここでは、観測値出力周期の1周期分の処理について説明する。ディジタルベースバンド受信信号u(m、n、k)に対して、ディジタルマルチビーム形成器21は、下式(1)のビーム形成処理を行う。 Here, a process for one observation value output period will be described. For the digital baseband received signal u p (m, n, k), the digital multi-beamformer 21 performs the beam forming process of the following equation (1).

Figure 2008286696
Figure 2008286696

ここで、第kレンジビンに対するマルチビーム数をQとする。また、Wは、第kレンジビンの信号に対するQ行P列のディジタルマルチビーム形成荷重行列である。U(m、n、k)は、ディジタルマルチビーム形成器21の入力信号であるディジタルベースバンド受信信号u(m、n、k)からなるベクトルである。X(m、n、k)は、ディジタルマルチビーム形成器21の出力信号(以下、ビーム信号と呼ぶ)からなる要素数がQのベクトルである。ベクトルX(m、n、k)の要素x(m、n、k)(q=1、2、…、Q)がディジタルマルチビーム形成器21の第qビーム信号である。 Here, the multi-beam number for first k range bin and Q k. W k is a digital multi-beam forming weight matrix of Q k rows and P columns for the signal of the k-th range bin. U (m, n, k) is a vector composed of a digital baseband received signal u p (m, n, k) that is an input signal of the digital multi-beamformer 21. X (m, n, k) is the output signal of the digital multibeam former 21 (hereinafter, referred to as beam signals) number of elements made of is a vector of Q k. The element x q (m, n, k) (q = 1, 2,..., Q k ) of the vector X (m, n, k) is the q-th beam signal of the digital multi-beamformer 21.

本発明において特徴的な点は、マルチビーム形成荷重行列Wおよびマルチビーム数Qを、レンジビン番号k、すなわち、観測対象距離に応じて変えることにある。観測対象距離に応じた覆域の設定は、マルチビーム形成荷重行列Wおよびマルチビーム数Qの設定により行う。極端に言うと、マルチビーム形成荷重行列Wおよびマルチビーム数Qは、レンジビン番号kごとに変えることができる。すなわち、覆域をレンジビン番号kに応じて変えることができる。 The characteristic point of the present invention is that the multi-beam forming weight matrix W k and the number of multi-beams Q k are changed according to the range bin number k, that is, the observation target distance. Setting of the coverage according to the observation target distance is performed by setting the multi-beam forming load matrix W k and the multi-beam number Q k . Extremely speaking, the multi-beam forming weight matrix W k and the multi-beam number Q k can be changed for each range bin number k. That is, the coverage can be changed according to the range bin number k.

実際の応用、特に、自動車用のレーダにおいては、距離に関する観測範囲を近距離と遠距離の2つか、近距離、中距離、遠距離の3つ程度に分けて、それらに対して覆域を変えることになるであろう。それに応じて、マルチビーム形成荷重行列Wおよびマルチビーム数Qを変えることになるが、その種類数は、距離に関する観測範囲の分割数に等しい。 In actual applications, especially in automotive radar, the observation range related to distance is divided into two parts, short distance and long distance, or short distance, medium distance, and long distance. Will change. Accordingly, the multi-beam forming weight matrix W k and the number of multi-beams Q k are changed, and the number of types is equal to the number of divisions of the observation range related to the distance.

図4は、本発明の実施の形態1におけるディジタルマルチビーム形成器21で設定される覆域とマルチビームの一例を模式的に表した図である。この図4では、観測距離範囲を近距離と遠距離の2つに分けたものである。車載用のレーダにおいては、一般に、近距離は広覆域、遠距離は狭覆域が必要となる。図4においては、レーダを搭載した車両を車両100として表している。   FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of the coverage and multi-beam set by the digital multi-beam former 21 in Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 4, the observation distance range is divided into two, short distance and long distance. In general, an in-vehicle radar requires a wide coverage area for a short distance and a narrow coverage area for a long distance. In FIG. 4, a vehicle equipped with a radar is represented as a vehicle 100.

図4(a)と図4(b)との違いは、図4(a)は、近距離の広い覆域を狭い多数のマルチビーム101で覆うようにしているのに対し、図4(b)は、近距離の広い覆域を図4(a)の場合よりも広い少数のマルチビーム102で覆うようにしたものである。また、マルチビーム103は、遠距離の狭い角度の覆域を覆う、狭角で少数のマルチビームである。いずれも、マルチビーム形成荷重行列Wおよびマルチビーム数Qの種類は、近距離と遠距離の2種類となる。 The difference between FIG. 4 (a) and FIG. 4 (b) is that FIG. 4 (a) covers a wide range of a short distance with a large number of narrow multi-beams 101, whereas FIG. ) Is such that a short covered area is covered with a smaller number of multi-beams 102 than in the case of FIG. The multi-beam 103 is a small number of multi-beams with a narrow angle that covers a long-angle narrow angle coverage. In either case, the types of the multi-beam forming load matrix W k and the number of multi-beams Q k are two types, short distance and long distance.

次に、ドップラー周波数分析器22は、ビーム信号x(m、n、k)のドップラー周波数分析を行う。具体的には、各q、n、kに対してビーム信号x(m、n、k)のmに関する周波数分析を行う。周波数分析の方法としては、離散フーリエ変換あるいは高速フーリエ変換が一般的である。離散フーリエ変換を用いるとすると、ドップラー周波数分析器22の出力信号y(m'、n、k)は、下式(3)のようになる。ここで、m'は、ドップラー周波数に対応する変数である。 Next, the Doppler frequency analyzer 22 performs Doppler frequency analysis of the beam signal x q (m, n, k). Specifically, frequency analysis regarding m of the beam signal x q (m, n, k) is performed for each of q, n, and k. As a frequency analysis method, discrete Fourier transform or fast Fourier transform is generally used. If the discrete Fourier transform is used, the output signal y q (m ′, n, k) of the Doppler frequency analyzer 22 is expressed by the following equation (3). Here, m ′ is a variable corresponding to the Doppler frequency.

Figure 2008286696
Figure 2008286696

次に、周波数分析器23は、ドップラー周波数分析器22の出力信号y(m'、n、k)の変数nに関する周波数分析を行う。周波数分析の手段については、ドップラー周波数分析器22における手段と同様である。離散フーリエ変換を用いるとすると、周波数分析器23の出力信号z(m'、n'、k)は、下式(4)のようになる。 Next, the frequency analyzer 23 performs frequency analysis on the variable n of the output signal y q (m ′, n, k) of the Doppler frequency analyzer 22. The means for frequency analysis is the same as that in the Doppler frequency analyzer 22. If the discrete Fourier transform is used, the output signal z q (m ′, n ′, k) of the frequency analyzer 23 is represented by the following expression (4).

Figure 2008286696
Figure 2008286696

目標検出器24は、周波数分析器23の出力信号z(m'、n'、k)の絶対値|z(m'、n'、k)|あるいはその2乗値に対してピーク探索を行う。これは、一般に、適切なしきい値を設定し、それを越えるものを、k=1、2、・・・、K、q=1、2、・・・、Q、m'=1、2、・・・、M、n'=1、2、・・・、Nに渡って探索し抽出する。 The target detector 24 searches for a peak with respect to the absolute value | z q (m ′, n ′, k) | of the output signal z q (m ′, n ′, k) of the frequency analyzer 23 or its square value. I do. This generally involves setting an appropriate threshold and exceeding it, k = 1, 2,..., K, q = 1, 2,..., Q k , m ′ = 1,2. ,..., M, n ′ = 1, 2,.

抽出したピークを与えるm'から目標との相対速度を求める。角度(ビーム番号q)に関する探索範囲は、一般に、レンジビン番号kにより異なる。先の図4の例では、あるレンジビン番号を境にして、それより近くと遠くで角度に関する探索範囲が変わることになる。   The relative speed with respect to the target is obtained from m ′ that gives the extracted peak. The search range related to the angle (beam number q) generally differs depending on the range bin number k. In the example of FIG. 4 described above, the search range related to the angle changes with a certain range bin number as a boundary and nearer and farther than that.

ここで、簡単のため、目標は、1つであるとし、時刻t=0における距離をR、レーダとの視線方向の相対速度をvとする。|z(m'、n'、k)|の最大値を与えるm'の値を、m'peakとする。m'peakに対応する周波数fpeakが、計測されるドップラー周波数である。従って、計測される相対速度vは、下式(5)となる。 Here, for simplicity, it is assumed that the number of targets is one, the distance at time t = 0 is R, and the relative speed in the line-of-sight direction with the radar is v. Let m ′ peak be the value of m ′ that gives the maximum value of | z q (m ′, n ′, k) |. A frequency f peak corresponding to m ′ peak is a measured Doppler frequency. Accordingly, the measured relative speed v is expressed by the following formula (5).

Figure 2008286696
Figure 2008286696

ここで、λは、f、f、・・・、fのどれかに対応する波長である。厳密には、f、f、・・・、fに対応する波長は異なるが、自動車用レーダとして用いるものであるなら、すべて同じとみなして実用上差し支えない。 Here, λ is a wavelength corresponding to any one of f 1 , f 2 ,..., F N. Strictly speaking, the wavelengths corresponding to f 1 , f 2 ,..., F N are different, but if they are to be used as automotive radars, they can be regarded as the same in practical use.

距離Rは、|z(m'、n'、k)|の最大値を与える周波数番号m'peak、目標存在レンジビンkpeak、およびビーム番号qpeakにおいて、周波数分析器23で周波数分析する前の、任意の2つの送信周波数間に対する受信信号の位相差から求められる。あるいは、N周波間の位相勾配や、下式(6)のように、複数組の2周波間の位相差の平均から距離Rが求められる。 The distance R is the frequency number m ′ peak that gives the maximum value of | z q (m ′, n ′, k) |, the target existence range bin k peak , and the beam number q peak before the frequency analysis by the frequency analyzer 23. Is obtained from the phase difference of the received signal between any two transmission frequencies. Or the distance R is calculated | required from the average of the phase gradient between N frequency, or the phase difference between several sets of 2 frequency like the following Formula (6).

Figure 2008286696
Figure 2008286696

ここで、cは光速、arg[・]は複素数の偏角を意味する。   Here, c is the speed of light, and arg [·] is the complex argument.

目標の角度の計測に関しては、ビーム番号qpeakのビーム中心方向とする、あるいはビーム番号qpeakの隣のビーム番号に対応する|zqpeak +1(m' peak、n' peak、kpeak)|もしくは|zqpeak -1(m' peak、n' peak、kpeak)|と、|zqpeak(m' peak、n' peak、kpeak)|の比などからモノパルス方式で計測すればよい。 For the measurement of the angle of the target, the beam center direction of the beam number q peak, or corresponding to the next beam number of the beam number q peak | z qpeak +1 (m 'peak, n' peak, k peak) | or What is necessary is just to measure by a monopulse method from the ratio of | z qpeak −1 (m ′ peak , n ′ peak , k peak ) | and | z qpeak (m ′ peak , n ′ peak , k peak ) |.

n' peakは、|z(m'、n'、k)|の最大値を与えるn'の値である。他に、MUSIC(multiple signal classification)法などのよく知られた角度計測法を用いることも可能である。以上のように求められた相対速度v、距離R、角度が目標検出器24の出力となる。 n ′ peak is a value of n ′ that gives the maximum value of | z q (m ′, n ′, k) |. In addition, a well-known angle measurement method such as a MUSIC (multiple signal classification) method can be used. The relative speed v, distance R, and angle obtained as described above are the output of the target detector 24.

先の図3の構成においては、ディジタルベースバンド受信信号u(m、n、k)に対して、ディジタルマルチビーム形成器21にてビーム形成処理を行った後、ドップラー周波数分析を行う構成としている。しかしながら、この2つの順番を入れ替えてもよい。すなわち、ディジタルベースバンド受信信号u(m、n、k)に対して、変数mに関してドップラー周波数分析を行った後に、ディジタルマルチビーム形成処理を行うようにしてもよい。 In the configuration of FIG. 3, the digital baseband received signal u p (m, n, k) is subjected to beam forming processing by the digital multi-beam former 21 and then subjected to Doppler frequency analysis. Yes. However, these two orders may be interchanged. That is, the digital multi-beam forming process may be performed after performing the Doppler frequency analysis on the variable m with respect to the digital baseband received signal u p (m, n, k).

さらに、このとき、ディジタルベースバンド受信信号u(m、n、k)のドップラー周波数分析後の信号の絶対値に対して、周波数変数m’に関してピーク探索を行い、いくつかのピークを与える周波数番号に対してのみディジタルマルチビーム形成処理を行うようにしてもよい。 Further, at this time, a peak search is performed with respect to the frequency variable m ′ with respect to the absolute value of the signal after the Doppler frequency analysis of the digital baseband received signal u p (m, n, k), and a frequency giving several peaks is obtained. The digital multi-beam forming process may be performed only on the number.

また、ディジタルマルチビーム形成器21で設定される覆域とマルチビームの一例を示した先の図4では、自動車の正面に対してほぼ対称に覆域を形成している。しかしながら、道路が曲がっている場合には、これに合わせて覆域をずらすことが考えられる。   Further, in FIG. 4 showing an example of the coverage set by the digital multi-beam former 21 and the multi-beam, the coverage is formed almost symmetrically with respect to the front of the automobile. However, when the road is curved, it is conceivable to shift the coverage area accordingly.

図5は、本発明の実施の形態1において、道路が曲がっている場合にディジタルマルチビーム形成器21で設定される覆域とマルチビームの一例を模式的に表した図である。図5に示すように、特に、遠距離観測の覆域103bを道路110の曲がりに応じて正面から少しずらすように(正面に対して非対称に)、ディジタルマルチビーム形成器21の荷重行列Wを設定してもよい。 FIG. 5 is a diagram schematically showing an example of a coverage and a multi-beam set by the digital multi-beam former 21 when the road is curved in the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, in particular, the load matrix W k of the digital multi-beamformer 21 is set so that the far-field observation coverage 103b is slightly shifted from the front according to the curve of the road 110 (asymmetric with respect to the front). May be set.

道路の曲がりは、例えば、ヨーレートセンサ、ステアリングセンサ、さらにはカメラなどで検出することができる。また、レーダそのものによる路側物の観測結果から検出することも可能である。   The curve of the road can be detected by, for example, a yaw rate sensor, a steering sensor, or a camera. It is also possible to detect from the observation result of the roadside object by the radar itself.

レーダ送信波として、多周波ICW信号を使用する場合について説明したが、他のパルス信号に対しても、レンジビン番号に応じて覆域を変えるように、マルチビームを形成することが可能である。例えば、FMICW信号、パルス圧縮方式、周波数変調も圧縮もしないパルス列を送信する場合等に対しても、適用可能である。   Although the case where a multi-frequency ICW signal is used as a radar transmission wave has been described, it is possible to form a multi-beam so that the coverage is changed according to the range bin number for other pulse signals. For example, the present invention can be applied to a case where an FMICW signal, a pulse compression method, a pulse train that is neither frequency-modulated nor compressed is transmitted.

以上のように、実施の形態1によれば、信号処理部の機能により、受信アンテナにディジタルビームフォーミングアンテナを適用し、マルチビーム形成処理における処理設定条件として、観測距離に応じて適切な覆域を設定することができる。これにより、近距離観測と遠距離観測を1つのレーダで行うことができ、近距離モードと遠距離モードを別々に持つ必要がなくなる。この結果、部品点数は、少なくて済み、また、モード切り替えがないため、リアクションタイムを短くすることができる。   As described above, according to the first embodiment, the function of the signal processing unit applies the digital beam forming antenna to the receiving antenna, and the appropriate coverage according to the observation distance as the processing setting condition in the multi-beam forming process. Can be set. As a result, short-range observation and long-distance observation can be performed by one radar, and it is not necessary to have a short-distance mode and a long-distance mode separately. As a result, the number of parts can be reduced, and since there is no mode switching, the reaction time can be shortened.

実施の形態2.
先の実施の形態1では、レンジビン番号、すなわち、対象観測距離によってマルチビームが覆う領域を変えて設定していた。しかし、その一方で、ビーム形成以外の信号積算時間、すなわち、ドップラー周波数分析器22における上式(3)の離散フーリエ変換点数M、および周波数分析器23における上式(4)の離散フーリエ変換点数Nは、レンジビン番号kに関係なく同じ値としていた。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the range covered by the multi-beam is set by changing the range bin number, that is, the target observation distance. However, on the other hand, signal integration time other than beam forming, that is, the discrete Fourier transform point M of the above equation (3) in the Doppler frequency analyzer 22 and the discrete Fourier transform point of the above equation (4) in the frequency analyzer 23. N was set to the same value regardless of the range bin number k.

これらの値M、Nは、受信信号の積分数である。積分数が多いほど積分時間が長く、一般に、受信信号の信号対雑音電力比も大きくなる。しかし、近距離目標からの反射信号は、一般に、信号対雑音電力比が大きいため、受信信号の積分時間を減らしても支障なく目標検出できることが多い。従って、レンジビン番号kに応じて、ドップラー周波数分析を含めた周波数分析における離散フーリエ変換点数を変えることが考えられる。   These values M and N are the integral numbers of the received signal. The greater the number of integrations, the longer the integration time, and generally the greater the signal to noise power ratio of the received signal. However, since a reflected signal from a short-range target generally has a large signal-to-noise power ratio, the target can often be detected without any trouble even if the integration time of the received signal is reduced. Therefore, it is conceivable to change the number of discrete Fourier transform points in frequency analysis including Doppler frequency analysis according to the range bin number k.

より具体的には、近距離レンジビンほど(kが小さいほど)離散フーリエ変換点数を、MやNより小さくしてもよい。目標検出器24における|z(m'、n'、k)|のm'とn'に関するピーク探索範囲は、近距離と遠距離で変わることになる。なお、レンジビンに応じて受信信号の積算時間を変えることは、従来技術として開示されている。 More specifically, the number of discrete Fourier transform points may be smaller than M or N as the short range bin (the smaller k). The peak search range for m ′ and n ′ of | z q (m ′, n ′, k) | in the target detector 24 varies depending on the short distance and the long distance. Note that changing the integration time of the received signal in accordance with the range bin is disclosed as a conventional technique.

ここでは、簡単のため、観測範囲を近距離と遠距離の2つに分けるものとする。近距離において、ドップラー周波数分析器22における上式(3)の離散フーリエ変換点数を、観測値出力周期に対応する変調周期の数Mより小さい値Mにするものとする。積分時間は、近距離で短くなるので、その分、観測値を出力する周期も短くすることができる。 Here, for the sake of simplicity, the observation range is divided into two, short distance and long distance. In short distance, it is assumed that the discrete Fourier transform points, the number M smaller value M c of the modulation period corresponding to the observed value output period of the above equation (3) in the Doppler frequency analyzer 22. Since the integration time is shortened at a short distance, the period for outputting the observation value can be shortened accordingly.

図6は、本発明の実施の形態2のレーダ装置において、近距離および遠距離で離散フーリエ変換点数Mを異ならせた場合の観測値出力を示した図である。より具体的には、遠距離に対してM=8、近距離に対してM=2としたときに、観測値がどのような間隔で出力できるかを示したものである。 FIG. 6 is a diagram showing observed value output when the number of discrete Fourier transform points M is varied between short distance and long distance in the radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. More specifically, it shows the intervals at which observation values can be output when M = 8 for a long distance and M c = 2 for a short distance.

遠距離に対しては、8変調周期ごとに観測値を出力するのに対し、近距離では、2変調周期ごとに観測値を出力できる。自動車用レーダにおいては、近距離観測におけるリアクションタイムは、短いことが要求されるが、本実施の形態2では、離散フーリエ変換点数を減らすことにより、この要求を満足することが可能となる。   For a long distance, an observation value is output every 8 modulation periods, whereas, for a short distance, an observation value can be output every two modulation periods. In an automotive radar, the reaction time in short-distance observation is required to be short, but in the second embodiment, this requirement can be satisfied by reducing the number of discrete Fourier transform points.

以上のように、実施の形態2によれば、先の実施の形態1の効果に加え、周波数分析処理における処理設定条件として、対象観測距離に応じて、ドップラー周波数分析を含めた周波数分析における離散フーリエ変換点数を変えることにより、近距離における積分時間を短くでき、それに伴って観測値を出力する周期も短くすることができる。   As described above, according to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, as a processing setting condition in the frequency analysis processing, discrete in frequency analysis including Doppler frequency analysis is performed according to the target observation distance. By changing the number of Fourier transform points, the integration time at a short distance can be shortened, and the period of outputting the observation value can be shortened accordingly.

実施の形態3.
先の実施の形態1、2では、送信アンテナが1つの場合について説明した。これに対して、本実施の形態3では、送信アンテナを複数有する場合について説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the case where there is one transmission antenna has been described. On the other hand, this Embodiment 3 demonstrates the case where it has multiple transmission antennas.

図7は、本発明の実施の形態3におけるレーダ装置の構成図である。送信アンテナを複数有する構成としては、例えば、この図7に示すように、2つの送信アンテナ14a、14bを、P個の受信アレーアンテナ15(p)の外側に配置して、時分割に切り替えて送信するようにすることが考えられる。このような配置構成を取ることにより、アンテナ開口が広くなる効果が得られる。   FIG. 7 is a configuration diagram of the radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. As a configuration having a plurality of transmission antennas, for example, as shown in FIG. 7, two transmission antennas 14a and 14b are arranged outside P reception array antennas 15 (p), and switched to time division. It is conceivable to transmit. By taking such an arrangement, an effect of widening the antenna aperture can be obtained.

切替器18は、パルス化器13でパルス化された高周波の多周波ICW信号を2つの送信アンテナ14a、14bへ時分割に供給する切替器である。この切替器18は、あるタイミングで送信アンテナ14a、14bのいずれか一方に送信信号を切り替えて供給する。   The switch 18 is a switch that supplies the high-frequency multi-frequency ICW signal pulsed by the pulse generator 13 to the two transmission antennas 14a and 14b in a time division manner. The switch 18 switches and supplies a transmission signal to one of the transmission antennas 14a and 14b at a certain timing.

切り替え方の一例としては、先の図2に示した変調過程の奇数番目(第1、3、5、・・・)の変調信号を送信アンテナ14aから送信し、偶数番目(第2、4、6、・・・)の変調信号を送信アンテナ14bから送信することが考えられる。そこで、このような切り替えに基づいて信号を送信した場合について説明する。   As an example of the switching method, the odd-numbered (first, third, fifth,...) Modulated signal of the modulation process shown in FIG. 2 is transmitted from the transmission antenna 14a, and the even-numbered (second, fourth, 6,...) May be transmitted from the transmission antenna 14b. Therefore, a case where a signal is transmitted based on such switching will be described.

図7において、送信アンテナ14aからは、送信波3aが空中に放射され、送信アンテナ14bからは、送信波3bが空中に放射される。これらの送信波3a、3bは、目標2で反射し、送信波3aによる目標反射波4a、および送信波3bによる目標反射波4bとして、P個の素子アンテナ15(p)で構成される受信アンテナで、時分割に受信される。   In FIG. 7, the transmission wave 3a is radiated in the air from the transmission antenna 14a, and the transmission wave 3b is radiated in the air from the transmission antenna 14b. These transmission waves 3a and 3b are reflected by the target 2, and are received antennas composed of P element antennas 15 (p) as the target reflected wave 4a by the transmitted wave 3a and the target reflected wave 4b by the transmitted wave 3b. And received in time division.

素子アンテナ15(p)で受信されたそれぞれの信号は、先の実施の形態1と同様にして信号処理部20bに供給される。信号処理部20bは、先の実施の形態1と同様の信号処理を行って目標2を検出し、観測結果である距離、相対速度、角度を出力する。ただし、ディジタルマルチビーム形成器21における処理が先の実施の形態1と異なり、以下にその詳細を説明する。   Each signal received by the element antenna 15 (p) is supplied to the signal processing unit 20b in the same manner as in the first embodiment. The signal processing unit 20b performs signal processing similar to that in the first embodiment to detect the target 2, and outputs the distance, relative speed, and angle that are observation results. However, the processing in the digital multi-beamformer 21 is different from that in the first embodiment, and the details will be described below.

送信アンテナ14aからの送信波3aに対応するディジタルベースバンド受信信号に対する荷重行列W1、kと、送信アンテナ14bからの送信波3bに対応するディジタルベースバンド受信信号に対する荷重行列W2、kは、一般に、異なる値とする。これら2種の受信信号に対して異なる値の荷重を適用して、下式(7)、(8)に示すように、素子数2Pとみなしたビーム形成・信号合成処理を行う。 A weight matrix W 1, k for the corresponding digital baseband reception signal to the transmitting wave 3a from the transmitting antenna 14a, weight matrix W 2, k for the corresponding digital baseband received signal to a transmission wave 3b from transmitting antenna 14b is In general, the values are different. By applying different loads to these two types of received signals, beam forming / signal combining processing assuming that the number of elements is 2P is performed as shown in the following equations (7) and (8).

Figure 2008286696
Figure 2008286696

このようにすることで、アンテナ開口が広がった場合と等価なビーム形成が可能となる。上式(8)のX(m”、n、k)がディジタルマルチビーム形成器21の出力信号(ビーム信号)となる。以下、先の実施の形態1と同様の処理であるが、m”=1、2、・・・、M/2(Mは偶数)である。   In this way, beam formation equivalent to the case where the antenna aperture is widened is possible. X (m ″, n, k) in the above equation (8) becomes an output signal (beam signal) of the digital multi-beamformer 21. Hereinafter, the processing is the same as in the first embodiment, but m ″. = 1, 2,..., M / 2 (M is an even number).

以上のように、実施の形態3によれば、先の実施の形態1、2の効果に加え、時分割で送信信号を出力する送信アンテナを複数有し、これら複数種類の送信信号に対応する受信信号のそれぞれに異なる値の荷重を適用して、ビーム形成・信号合成処理を行うことにより、アンテナ開口が広くなる効果が得られる。   As described above, according to the third embodiment, in addition to the effects of the first and second embodiments, a plurality of transmission antennas that output transmission signals in a time division manner are provided, and these multiple types of transmission signals are supported. An effect of widening the antenna aperture can be obtained by performing beam forming and signal synthesis processing by applying different values of load to each received signal.

実施の形態4.
先の実施の形態1では、レンジビン番号、すなわち、対象観測距離によってマルチビームが覆う領域を変えて設定していた。これに対して、本実施の形態4では、マルチビーム形成時の覆域は、全観測範囲で同一とし、目標検出器24における周波数分析器23の出力信号z(m'、n'、k)の絶対値|z(m'、n'、k)|のピーク探索において、ビーム番号qに関する探索範囲をレンジビン番号kに応じて変えるようにする場合について説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the first embodiment, the range covered by the multi-beam is set by changing the range bin number, that is, the target observation distance. On the other hand, in the fourth embodiment, the coverage at the time of multi-beam formation is the same in the entire observation range, and the output signal z q (m ′, n ′, k) of the frequency analyzer 23 in the target detector 24. In the peak search for the absolute value | z q (m ′, n ′, k) | of), the search range for the beam number q is changed according to the range bin number k.

図8は、本発明の実施の形態4におけるディジタルマルチビーム形成器21で設定される覆域とマルチビームの一例を模式的に表した図である。先の実施の形態1における図4では、自動車用レーダを一例に、観測距離範囲を近距離と遠距離の2つに分け、近距離は広覆域、遠距離は狭覆域をカバーするように、マルチビーム101と103あるいは102と103を形成する場合について説明した。   FIG. 8 is a diagram schematically showing an example of the coverage and multi-beam set by the digital multi-beam former 21 in the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 4 in the first embodiment, taking the automobile radar as an example, the observation distance range is divided into two, short distance and long distance, so that the short distance covers a wide covered area and the long distance covers a narrow covered area. The case where the multi-beams 101 and 103 or 102 and 103 are formed has been described.

これに対して、本実施の形態4では、遠距離に対しても、先の図4のマルチビーム103ではなく、先の図4の近距離用のマルチビーム101のように、近距離と同様に広い角度範囲を覆うマルチビーム104を形成しておく。この場合、個々のビーム幅は、狭いことが望ましい。そして、目標検出器24における周波数分析器23の出力信号z(m'、n'、k)の絶対値|z(m'、n'、k)|のピーク探索において、ビーム番号qに関する探索範囲を、近距離レンジビンでは広くとり、遠距離レンジビンでは範囲を絞って探索するようにする。 On the other hand, in the fourth embodiment, even for a long distance, not the multi-beam 103 in FIG. 4 but the short-distance multi-beam 101 in FIG. A multi-beam 104 covering a wide angle range is formed in advance. In this case, it is desirable that the individual beam width is narrow. In the peak search of the absolute value | z q (m ′, n ′, k) | of the output signal z q (m ′, n ′, k) of the frequency analyzer 23 in the target detector 24, the beam number q is related. The search range is wide in the short range bin and the range is narrowed in the long range bin.

以上のように、実施の形態4によれば、ビーム形成は、全レンジビンで同一であるが、周波数分析処理の最終段における処理設定条件として、目標検出器におけるビームに関する探索範囲を、近距離は広く、遠距離は狭くとることにより、先の実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the fourth embodiment, the beam formation is the same for all range bins. However, as a process setting condition in the final stage of the frequency analysis process, the search range related to the beam in the target detector is The effect similar to that of the first embodiment can be obtained by widening and narrowing the long distance.

本発明の実施の形態1におけるレーダ装置の構成図である。It is a block diagram of the radar apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における多周波ICW方式の送信信号を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically the transmission signal of the multifrequency ICW system in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるレーダ装置の信号処理部の内部構成図である。It is an internal block diagram of the signal processing part of the radar apparatus in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1におけるディジタルマルチビーム形成器で設定される覆域とマルチビームの一例を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically an example of the coverage and the multi-beam which are set with the digital multi-beamformer in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1において、道路が曲がっている場合にディジタルマルチビーム形成器で設定される覆域とマルチビームの一例を模式的に表した図である。In Embodiment 1 of this invention, when the road is curving, it is the figure which represented typically an example of the coverage and multibeam which are set with a digital multibeam former. 本発明の実施の形態2のレーダ装置において、近距離および遠距離で離散フーリエ変換点数を異ならせた場合の観測値出力を示した図である。In the radar apparatus of Embodiment 2 of this invention, it is the figure which showed the observation value output at the time of making a discrete Fourier-transform point number differ by a short distance and a long distance. 本発明の実施の形態3におけるレーダ装置の構成図である。It is a block diagram of the radar apparatus in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4におけるディジタルマルチビーム形成器で設定される覆域とマルチビームの一例を模式的に表した図である。It is the figure which represented typically an example of the coverage and multi-beam which are set with the digital multi-beamformer in Embodiment 4 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーダ装置、11 信号発生器、12 送信信号変換器、13 パルス化器、14、14a、14b 送信アンテナ、15(1)〜15(P) 素子アンテナ(受信アレーアンテナ)、16(1)〜16(P) 混合器、17(1)〜17(P) 変換器、18 切替器、20、20b 信号処理部、21 ディジタルマルチビーム形成器、22 ドップラー周波数分析器、23 周波数分析器、24 目標検出器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Radar apparatus, 11 Signal generator, 12 Transmission signal converter, 13 Pulse converter, 14, 14a, 14b Transmission antenna, 15 (1) -15 (P) Element antenna (reception array antenna), 16 (1)- 16 (P) mixer, 17 (1) to 17 (P) converter, 18 switch, 20, 20b signal processing unit, 21 digital multi-beamformer, 22 Doppler frequency analyzer, 23 frequency analyzer, 24 target Detector.

Claims (17)

複数のアンテナ素子で構成される受信アンテナにディジタルビームフォーミングアンテナを適用し、送信アンテナから放射された送信信号が目標物に反射して得られる受信信号に基づくディジタルベースバンド受信信号に対して、マルチビーム形成処理および周波数分析処理を行うことにより前記目標物の観測結果を出力する信号処理部を備えたレーダ装置であって、
前記信号処理部は、前記マルチビーム形成処理または前記周波数分析処理の少なくともいずれか一方の処理設定条件を、観測対象距離に応じて可変にすることを特徴とするレーダ装置。
A digital beam forming antenna is applied to a reception antenna composed of a plurality of antenna elements, and a multi-band digital baseband reception signal based on a reception signal obtained by reflecting a transmission signal radiated from the transmission antenna to a target A radar apparatus including a signal processing unit that outputs an observation result of the target by performing beam forming processing and frequency analysis processing,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit makes a process setting condition of at least one of the multi-beam forming process and the frequency analysis process variable according to an observation target distance.
請求項1に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記マルチビーム形成処理における前記処理設定条件として、前記観測対象距離に応じて前記ディジタルビームフォーミングアンテナによるマルチビームが形成する覆域を可変設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 1, wherein
The radar apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit variably sets a coverage area formed by the multibeam by the digital beamforming antenna according to the observation target distance as the processing setting condition in the multibeam forming process.
請求項2に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、観測する距離範囲を所定の数に分割し、分割したそれぞれの距離範囲に応じて前記覆域を可変設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 2, wherein
The signal processing unit divides an observation distance range into a predetermined number, and variably sets the coverage according to each divided distance range.
請求項3のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記距離範囲を分割する前記所定の数を2または3としてあらかじめ設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 3, wherein
The radar apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit presets the predetermined number dividing the distance range as 2 or 3.
請求項2ないし4のいずれか1項に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記観測対象距離に応じて、前記観測対象距離が近い場合に形成する覆域を、前記観測対象距離が遠い場合に形成する覆域よりも広く設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to any one of claims 2 to 4,
The signal processing unit is configured to set, according to the observation target distance, a coverage area formed when the observation target distance is short than a coverage area formed when the observation target distance is far. Radar device.
請求項2ないし5のいずれか1項に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記マルチビーム形成処理における前記処理設定条件として、前記観測対象距離に応じて、前記観測対象距離が近い場合に形成するマルチビームの数を、前記観測対象距離が遠い場合に形成するマルチビームの数よりも多く設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to any one of claims 2 to 5,
The signal processing unit sets the number of multi-beams to be formed when the observation target distance is short according to the observation target distance as the processing setting condition in the multi-beam forming process, when the observation target distance is long. Radar apparatus characterized by setting more than the number of multi-beams to be formed.
請求項2ないし5のいずれか1項に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記マルチビーム形成処理における前記処理設定条件として、前記観測対象距離に応じて、前記観測対象距離が近い場合に形成するマルチビームにおける各ビームの幅を、前記観測対象距離が遠い場合に形成するビームの幅よりも広く設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to any one of claims 2 to 5,
The signal processing unit, as the processing setting condition in the multi-beam forming process, determines the width of each beam in the multi-beam formed when the observation target distance is close according to the observation target distance, and the observation target distance is A radar apparatus characterized in that it is set wider than the width of a beam formed when it is far away.
請求項2ないし7のいずれか1項に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記周波数分析処理における前記処理設定条件として、前記観測対象距離に応じて、前記観測対象距離が近い場合に設定する前記周波数分析処理における積分時間を、前記観測対象距離が遠い場合に設定する前記周波数分析処理における積分時間よりも短く設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar device according to any one of claims 2 to 7,
The signal processing unit sets the integration time in the frequency analysis processing set when the observation target distance is short according to the observation target distance as the processing setting condition in the frequency analysis processing, and the observation target distance is long A radar apparatus characterized in that it is set shorter than an integration time in the frequency analysis processing set in the case.
請求項2ないし8のいずれか1項に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記周波数分析処理における前記処理設定条件として、前記観測対象距離に応じて、前記観測対象距離が近い場合に設定する前記目標物の観測結果の出力周期を、前記観測対象距離が遠い場合に設定する前記目標物の観測結果の出力周期よりも短く設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to any one of claims 2 to 8,
The signal processing unit sets the output period of the observation result of the target set when the observation target distance is short according to the observation target distance as the processing setting condition in the frequency analysis process, The radar apparatus is set shorter than the output cycle of the observation result of the target set when the distance is far.
請求項1に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記周波数分析処理における前記処理設定条件として、前記観測対象距離に応じて前記ディジタルベースバンド受信信号の周波数分析後のピーク検出処理における角度範囲を可変設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 1, wherein
The signal processing unit variably sets an angle range in peak detection processing after frequency analysis of the digital baseband reception signal according to the observation target distance as the processing setting condition in the frequency analysis processing. Radar device.
請求項10に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記マルチビーム形成処理において、前記ディジタルビームフォーミングアンテナが形成するマルチビームがカバーする覆域を全観測域で同一とすることを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 10, wherein
The radar apparatus according to claim 1, wherein, in the multi-beam forming process, the coverage area covered by the multi-beam formed by the digital beam forming antenna is the same in all observation areas.
請求項1ないし11のいずれか1項に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記目標物の観測結果として目標角度を求める際に、互いに隣り合うビームの出力信号を用いて前記目標角度を求めることを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to any one of claims 1 to 11,
The signal processing unit, when obtaining a target angle as an observation result of the target, obtains the target angle using output signals of adjacent beams.
請求項1ないし12のいずれか1項に記載のレーダ装置において、
前記送信アンテナは、複数で構成され、複数の送信アンテナを時分割に切り替えて信号を放射し、受信信号を時分割で受信することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to any one of claims 1 to 12,
A radar apparatus comprising: a plurality of transmission antennas, wherein a plurality of transmission antennas are switched to time division to emit a signal, and a reception signal is received in time division.
請求項1ないし13のいずれか1項に記載のレーダ装置において、
前記送信信号は、周波数変調信号をパルス化した信号であることを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to any one of claims 1 to 13,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the transmission signal is a signal obtained by pulsing a frequency modulation signal.
請求項1ないし14のいずれか1項に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、道路上の目標物の観測結果を出力する際に、道路の形状に応じてマルチビーム方向を可変設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar device according to any one of claims 1 to 14,
The signal processing unit variably sets the multi-beam direction according to the shape of the road when outputting the observation result of the target on the road.
請求項15に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記目標物の観測結果に基づいて前記道路の形状を推定し、前記マルチビーム方向を可変設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 15, wherein
The radar apparatus according to claim 1, wherein the signal processing unit estimates a shape of the road based on an observation result of the target and variably sets the multi-beam direction.
請求項15に記載のレーダ装置において、
前記信号処理部は、前記道路の形状を検知するための外部センサの検出結果に基づいて前記道路の形状を推定し、前記マルチビーム方向を可変設定することを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 15, wherein
The radar apparatus, wherein the signal processing unit estimates the shape of the road based on a detection result of an external sensor for detecting the shape of the road, and variably sets the multi-beam direction.
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