DE112017006884T5

DE112017006884T5 - Radarvorrichtung

Info

Publication number: DE112017006884T5
Application number: DE112017006884.3T
Authority: DE
Inventors: Naoto Yoshida; Ryuhei TAKAHASHI; Nobuhiro Suzuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2037-02-28
Also published as: CN110325873A; CN110325873B; JP6556399B2; JPWO2018154748A1; US20190369223A1; US11269070B2; WO2018154748A1; DE112017006884B4

Abstract

Eine Radarvorrichtung (100, 200) nach der vorliegenden Erfindung enthält eine Sendeantennengruppe (3), die zueinander orthogonale Signale von mehreren Sendeantennen sendet, eine Empfangsantennengruppe (4), die die von einem Ziel reflektierten Signale durch mehrere Empfangsantennen empfängt, und eine Signalverarbeitungseinheit (6, 26), die das Ziel anhand von von den mehreren Empfangsantennen empfangenen Empfangssignalen erfasst. Die Signalverarbeitungseinheit (6, 26) enthält eine Trenneinheit (10); die die von den mehreren Empfangsantennen empfangenen Empfangssignale in Signale entsprechend Sendesignalen von den mehreren Sendeantennen trennt, eine Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit (11, 18), die eine erste Korrelationsmatrix entsprechend der Sendeantennengruppe und eine zweite Korrelationsmatrix entsprechend der Empfangsantennengruppe auf der Grundlage der von der Trenneinheit getrennten Empfangssignale bestimmt, und eine Erfassungseinheit (13), die das Ziel auf der Grundlage eines Bewertungswerts, der unter Verwendung von Eigenvektoren der ersten Korrelationsmatrix und der zweiten Korrelationsmatrix berechnet wurde, erfasst. Dies ermöglicht eine separate Erfassung mehrerer am Ziel reflektierter Wellen, während eine Verschlechterung der Winkelauflösung und eine Zunahme von Strahlennebenkeulen unterdrückt werden.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Radarvorrichtung zum Erfassen beobachteter Objekte wie sich bewegende Objekte und stationäre Objekte.
Hintergrund
Um die Winkelauflösung einer Radarvorrichtung zu verbessern, ist es erforderlich, die Antennenapertur zu erweitern. Jedoch besteht eine Grenze für die Vergrößerung der Antenne in Bezug auf Kosten und Instabilität. Angesichts dessen werden Sendeantennen und Empfangsantennen in einer verteilten Weise angeordnet, um eine Antennengruppe mit einer äquivalent großen Apertur zu bilden. Die Antennengruppe liefert eine verbesserte Winkelauflösung sowie verhindert eine Übergröße jeder Antenne. Eine derartige Antenne wird als eine verteilte Antennengruppe bezeichnet.
Wenn jedoch ein Suchradar, das eine Zielerfassung in Suchreichweite beabsichtigt, aus einer verteilten Antennengruppe zusammengesetzt ist, hat eine Hauptkeule eine schmale Strahlbreite, was zu einem verringerten Suchwirkungsgrad führt. Um dieses Problem zu bewältigen, wird eine Mehrfacheingang/Mehrfachausgang-Radartechnologie (MIMO-Radartechnologie, MIMO = Multi-Input Multi-Output) bei einer verteilten Antennengruppe angewendet, um einen Mehrfach-Sendestrahl durch Empfangssignalverarbeitung zu bilden, derart, dass die Verringerung des Suchwirkungsgrads aufgrund der Strahlbreitenverringerung verhindert werden kann. Auch kann die Anwendung der MIMO-Radartechnologie die Winkelmessungsgenauigkeit verbessern (Nichtpatentdokument 1).
Zitierungsliste
Nichtpatentliteratur
Nichtpatentdokument 1: J. Pi und P. Stoica, „MIMO Radar with Colocated Antennas", IEEE Signal Process. Mag., Band 24, Nr. 5, S. 106-114, 2007.
Kurzfassung
Technisches Problem
Die Konfiguration der verteilten Gruppe verbessert die Winkelauflösung, aber vergrößert Strahlenseitenkeulen, in welchem Fall, wenn reflektierte Wellen von mehreren Zielen aus verschiedenen Richtungen in demselben Bereich ankommen, eine reflektierte Welle von einem Ziel mit geringer Empfangsintensität in Strahlseitenkeulen eines Ziels mit hoher Empfangsintensität vergraben ist. Dies führt zu einem Problem des Versagens des getrennten Erfassens mehrerer Ziele.
Diese Erfindung wurde angesichts des vorgenannten Problems gemacht, und es ist ihre Aufgabe, eine Radarvorrichtung anzugeben, die in der Lage ist, mehrere am Ziel reflektierte Wellen getrennt zu erfassen, während eine Verschlechterung der Winkelauflösung und eine Zunahme von Strahlseitenkeulen verhindert werden.
Lösung des Problems
Eine Radarvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung weist auf: eine Sendeantennengruppe zum Senden von Signalen orthogonal zueinander von mehreren Sendeantennen; eine Empfangsantennengruppe zum Empfangen der an einem Ziel reflektierten Signale durch mehrere Empfangsantennen; und eine Signalverarbeitungseinheit zum Erfassen des Ziels anhand von durch die mehreren Empfangsantennen empfangenen Empfangssignalen, welche Signalverarbeitungseinheit aufweist: eine Trennungseinheit zum Trennen der von den mehreren Empfangsantennen empfangenen Empfangssignale in Signale entsprechend Sendesignalen von den mehreren Sendeantennen; eine Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit zum Bestimmen, auf einer Grundlage der durch die Trenneinheit getrennten Empfangssignale, einer ersten Korrelationsmatrix entsprechend der Sendeantennengruppe und einer zweiten Korrelationsmatrix entsprechend der Empfangsantennengruppe; und eine Erfassungseinheit zum Erfassen des Ziels auf der Grundlage eines Bewertungswerts, der unter Verwendung von Eigenvektoren der ersten Korrelationsmatrix und der zweiten Korrelationsmatrix berechnet wurde.
Vorteile Wirkungen der Erfindung
Die Radarvorrichtung nach dieser Erfindung, die wie vorstehend beschrieben konfiguriert ist, kann somit von mehreren Zielen reflektierte Wellen getrennt erfassen, während eine Verschlechterung der Winkelauflösung und eine Zunahme von Strahlseitenkeulen verhindert werden.
Figurenliste

1 ist ein Hardware-Konfigurationsdiagramm einer Radarvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein funktionelles Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Signalverarbeitungseinheit der Radarvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
3 ist ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Signalverarbeitungseinheit der Radarvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Anordnung von Antennen der Radarvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Strahlenbündelungsvorrichtungs-Ausgangssignal in einer herkömmlichen Radarvorrichtung illustriert.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Bewertungswerte der Radarvorrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
7 ist ein funktionelles Blockschaltbild, das die Konfiguration einer Signalverarbeitungseinheit einer Radarvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
8 ist ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Signalverarbeitungseinheit der Radarvorrichtung nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen sind die gleichen Bezugszahlen gleichen oder ähnlichen Komponenten zugeteilt. Es ist zu beachten, dass die folgenden Ausführungsbeispiele ein Beispiel der vorliegenden Erfindung sind und die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Ziele in der folgenden Beschreibung sind Objekte, die von einer Radarvorrichtung beobachtet werden, und enthalten sich bewegende Objekte und stationäre Objekte.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Hardwarekonfiguration einer Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert. In 1 enthält die Radarvorrichtung 100 nach der vorliegenden Erfindung eine Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1, Sender 2-1 bis 2-M, eine Sendeantennengruppe 3, eine Empfangsantennengruppe 4, Empfänger 5-1 bis 5-N und eine Signalverarbeitungseinheit 6. Die Sendeantennengruppe 3 besteht aus Sendeantennen 3-1 bis 3-M. Die Empfangsantennengruppe 4 besteht aus Empfangsantennen 4-1 bis 4-N. Die Anzahl von Sendekanälen M und die Anzahl von Empfangskanälen N sind beide natürliche Zahlen von zwei oder mehr. M und N brauchen nicht die gleiche Anzahl zu sein. Die Signalverarbeitungseinheit 6 enthält eine Eingangsschnittstelle 7, eine arithmetische Einheit 8 und einen Speicher.
Die Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 sendet Sendesignalinformationen und Sendezeitinformationen, die zum Erzeugen von Sendesignalen orthogonal zueinander notwendig sind, zu den Empfängern 2-1 bis 2-M. Die Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 sendet Empfangszeitinformationen, die zum Erzeugen von Empfangssignalen erforderlich sind, zu den Empfängern 5-1 bis 5-N. Weiterhin sendet die Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 die Sendesignalinformationen, die Sendezeitinformationen und die Empfangszeitinformationen zu der Signalverarbeitungseinheit 6.
Die Sender 2-1 bis 2-M modulieren und verstärken Sendewellen unter Verwendung der Sendesignalinformationen und der Sendezeitinformationen, die von der Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 gesendet wurden, und geben die modulierten und verstärkten Sendewellen zu den entsprechenden Sendeantennen 3-1 bis 3-M aus.
Die Sendeantennen 3-1 bis 3-M strahlen die von den Sendern 2-1 bis 2-M ausgegebenen Sendewellen in den Raum aus.
Die Empfangsantennen 4-1 bis 4-N empfangen die von den Sendeantennen 3-1 bis 3-M ausgestrahlten und nachfolgend von einem Ziel zurückreflektierten Sendewellen. Das heißt, die Empfangsantennen 4-1 bis 4-N empfangen die von dem Ziel reflektierten Wellen. Dann geben die Empfangsantennen 4-1 bis 4-N die empfangenen Wellen zu den entsprechenden Empfängern 5-1 bis 5-N aus.
Auf der Grundlage der Empfangszeitinformationen, die von der Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 gesendet wurden, führen die Empfänger 5-1 bis 5-N eine Verstärkung, Frequenzumwandlung und Analog-Digital-Umwandlung (A/D-Umwandlung, A/D = analog to digital) der von den Empfangsantennen 4-1 bis 4-N empfangenen reflektierten Wellen durch, derart, dass die Empfänger 5-1 bis 5-N Empfangssignale erzeugen. Die Empfangssignale werden zu der Signalverarbeitungseinheit 6 gesendet.
Auf der Grundlage der Sendesignalinformationen und der Zeitinformationen, die von der Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 gesendet wurden, führt die Signalverarbeitungseinheit 6 eine Signalverarbeitung der Empfangssignale durch, um hierdurch eine Zielerfassung und eine Zielpositionsschätzung durchzuführen.
Die Eingabeschnittstelle 7 erwirbt die Empfangssignale nach der A/D-Umwandlung von den Empfängern 5-1 bis 5-N, und erwirbt die Sendesignalinformationen, die Sendezeitinformationen und die Empfangszeitinformationen von der Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1. Die erworbenen Informationen werden zu der arithmetischen Einheit 8 oder dem Speicher 9 gesendet.
Beispielsweise kann eine Kommunikationsschnittstelle wie Peripheral Component Interconnect (PCI), PCI Express, Versa Module Eurocard (VME) oder Universalserienbus (USB) als die Eingabeschnittstelle 7 mit den Empfängern 5-1 bis 5-N verwendet werden. Beispielsweise kann eine Kommunikationsschnittstelle wie Ethernet (eingetragene Marke) als die Eingabeschnittstelle 7 mit der Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 verwendet werden.
Unter Verwendung der über die Eingabeschnittstelle 7 erworbenen Informationen führt die arithmetische Einheit 8 eine Signalverarbeitungsoperation bei den von den Empfängern 5-1 bis 5-N gesendeten Empfangssignalen durch. Beispielsweise können eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) oder ein vor Ort programmierbares Gate Array (FPGA) als die arithmetische Einheit 8 verwendet werden.
Der Speicher 9 hält Programme 9, die den Inhalt der von der arithmetischen Einheit 8 durchgeführten Signalverarbeitung, Empfangssignale in der Mitte einer Operation, Parameter, über die Eingabeschnittstelle 7 erworbene Informationen und andere beschreiben.
2 ist ein funktionelles Blockschaltbild der Signalverarbeitungseinheit 6 bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 2 enthält die Signalverarbeitungseinheit 6 Trenneinheiten 10-1 bis 10-N, eine Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1, eine Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2, eine Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-1, eine Empfangsgruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-2 und eine Erfassungseinheit 13. Im Folgenden werden die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N manchmal kollektiv als die Trenneinheit 10 bezeichnet. Die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 und die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 werden auch kollektiv als die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11 bezeichnet. Die Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-1 und die Empfangsgruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-2 werden auch kollektiv als die Eigenwert-Expansionseinheit 12 bezeichnet.
Unter Verwendung der von der Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 gesendeten Informationen trennen die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N die durch die entsprechenden Empfangsantennen 4-1 bis 4-N empfangenen Empfangssignale auf einer Pro-Sendesignal-Basis. Die getrennten Empfangssignale werden zu der Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11 gesendet.
Genauer gesagt, die Trenneinheit 10-1 trennt die von der Empfangsantenne 4-1 empfangenen Empfangssignale in Signale entsprechend den Wellenformen der von den Sendeantennen 3-1 bis 4-M gesendeten Sendesignale. In gleicher Weise trennt die Trenneinheit 10-N die von der Empfangsantenne 4-N empfangenen Empfangssignale in Signale entsprechend den Wellenformen der von den Sendeantennen 3-1 bis 3-M gesendeten Sendesignale. Die getrennten Empfangssignale werden zu der Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 und der Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 gesendet.
Die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11 bestimmt Korrelationsmatrizen anhand der Empfangssignale, die durch die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N getrennt wurden, auf einer Pro-Sendesignal-Basis. Die bestimmten Korrelationsmatrizen werden zu der Eigenwert-Expansionseinheit 12 gesendet.
Genauer gesagt, die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 erzeugt Empfangssignalvektoren anhand der Empfangssignale, die durch die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N getrennt wurden. Die von der Einheit 11-1 erzeugten Empfangssignalvektoren haben Elemente, die die Empfangssignale entsprechend den Sendeantennen 3-1 bis 3-M sind. Das heißt, N Empfangssignalvektoren, die Elemente haben, die Signale entsprechend derselben Empfangsantenne sind, werden anhand der M × N Empfangssignale, die durch die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N getrennt wurden, erzeugt. Die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 bestimmt eine Korrelationsmatrix unter Verwendung dieser Empfangssignalvektoren. Im Folgenden wird diese Korrelationsmatrix als eine Sendegruppen-Korrelationsmatrix oder eine erste Korrelationsmatrix bezeichnet. Die Sendegruppen-Korrelationsmatrix wird zu der Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-1 gesendet.
Die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 erzeugt Empfangssignalvektoren anhand der Empfangssignale, die durch die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N getrennt wurden. Die von der Einheit 11-2 erzeugten Empfangssignalvektoren haben Elemente, die die Empfangssignale entsprechend den Empfangsantennen 4-1 bis 4-N sind. Das heißt, M Empfangssignalvektoren, die Elemente haben, die N Signale entsprechend derselben Sendeantenne sind, werden anhand der M × N Empfangssignale, die durch die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N getrennt wurden, erzeugt. Die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 bestimmt eine Korrelationsmatrix unter Verwendung dieser Empfangssignalvektoren. Im Folgenden wird diese Korrelationsmatrix als eine Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix oder eine zweite Korrelationsmatrix bezeichnet. Die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix wird zu der Empfangsgruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-2 gesendet.
Die Eigenwertexpansionseinheit 12 führt eine Eigenwertexpansion bei den von der Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11 bestimmten Korrelationsmatrizen durch, wodurch Eigenwerte und Eigenvektoren erhalten werden. Die Eigenwerte und die Eigenvektoren werden zu der Erfassungseinheit 13 gesendet.
Genauer gesagt, die Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-1 führt eine Eigenwertexpansion bei der durch die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 bestimmten Sendegruppen-Korrelationsmatrix durch, wodurch Eigenwerte und Eigenvektoren erhalten werden. Die Eigenwerte und die Eigenvektoren werden zu der Erfassungseinheit 13 gesendet.
Die Empfangsgruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-2 führt eine Eigenwertexpansion bei der von der Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 bestimmten Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix durch, wodurch Eigenwerte und Eigenvektoren erhalten werden. Die Eigenwerte und die Eigenvektoren werden zu der Erfassungseinheit 13 gesendet.
Die Erfassungseinheit 13 berechnet Bewertungswerte unter Verwendung der von der Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-1 und der Empfangsgruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-2 erhaltenen Eigenwerte und Eigenvektoren. Auf der Grundlage der Bewertungswerte erfasst die Erfassungseinheit 13 getrennt mehrere Ziele und schätzt die Ankunftswinkel der mehreren Ziele.
Die Funktionen der Trenneinheiten 10-1 bis 10-N, der Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1, der Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2, der Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-1, der Empfangsgruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-2 und der Erfassungseinheit 13 werden durch die arithmetische Einheit 8, die die in dem Speicher 9 gespeicherten Programme ausführt, implementiert.
Von den Funktionen der Trenneinheiten 10-1 bis 10-N werden die Funktion des Erwerbens von Empfangssignalen von den Empfängern 5-1 bis 5-N und die Funktion des Erwerbens von Sendesignalinformationen und Zeitinformationen von der Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 durch die Eingabeschnittstelle 7 implementiert.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Signalverarbeitungseinheit 6 der Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben. 3 ist ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Signalverarbeitungseinheit 6 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
In dem Schritt S1 erwerben die Trenneinheit 10-1 bis 10-N von den Empfangsantennen 4-1 bis 4-N empfangene Empfangssignale. Auch erwerben die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N Sendesignalinformationen und Zeitinformationen, die von der Sende- und Empfangssteuervorrichtung 1 gesendet wurde.
In dem Schritt S2 trennen die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N die von den Empfangsantennen 4-1 bis 4-N empfangenen Empfangssignale in Signale entsprechend den Wellenformen von Sendesignalen von den Sendeantennen 3-1 bis 3-M. Für die Trennung der Sendesignale werden beispielsweise, wenn das Sendeschema ein MIMO-Codeschema ist, Anpassungsfilter mittels Sendesignalkopien verwendet.
In dem Schritt S3 wählen die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 und die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 aus allen Bereichen, die zu bewerten sind, einen Bereich aus und extrahieren Proben in dem ausgewählten Bereich aus den Empfangssignalen, die in die Signale entsprechend den Sendesignalen im Schritt S2 getrennt wurden.
Hier wird der Grund für das Extrahieren von Proben für jeden Bereich beschrieben.
Im Allgemeinen werden am Ziel reflektierte Wellen, die durch Anpassungsfilter hindurchgegangen sind, nur zur Proben eines Bereichs oder Proben einer kleinen Anzahl von Bereichen verdichtet. Somit ist es erforderlich, die Ziele getrennt zu erfassen und den Winkel des Ziels bei einer Pro-Bereich-Probe zu messen. Zur Vereinfachung werden Sendesignale betrachtet, die vollständig orthogonal zueinander sind. Empfangssignalvektoren, die anhand der Empfangssignale, die durch die Anpassungsfilter bei einem bestimmten Bereich hindurchgegangen sind, erzeugt wurden, werden durch eine M × N-Matrix X des Ausdrucks (1) dargestellt. Mit anderen Worten, N Empfangssignalvektoren mit Elementen, die Empfangssignale entsprechend den Sendeantennen 3-1 bis 3-M sind, oder M Empfangssignalvektoren mit Elementen, die Empfangssignale entsprechend den Empfangsantennen 4-1 bis 4-N sind, können kollektiv in einer Matrix wie im Ausdruck (1) dargestellt werden. Die Matrix X wird für jeden Bereich erhalten. Es ist zu beachten, dass K die Anzahl von Zielen in dem Bereich darstellt, u_k den Ankunftsrichtungsvektor der am Ziel reflektierten k-ten Welle darstellt, β_k einen komplexen Koeffizienten darstellt, a_t(u) und a_r(u) Sendegruppen- beziehungsweise Empfangsgruppen-Lenkvektoren darstellen, und Z Störkomponenten nach dem Durchgang durch die Anpassungsfilter darstellt. Ein hochgestelltes T stellt eine Transposition dar. Es ist zu beachten, dass Matrizen und Vektoren in mathematischen Ausdrücken als fettgedruckte Zeichen gezeigt sind, aber sind im Text noch Kleinbuchstaben.
[Formel 1] $X = \sum_{k = 1}^{K} β_{k} a_{t} (u_{k}) a_{r}^{T} (u_{k}) + Z$
Es wird wieder auf das Flussdiagramm Bezug genommen.
Im Schritt S4 bestimmt die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 eine Sendegruppen-Korrelationsmatrix unter Verwendung der Empfangssignalvektoren, die im Schritt S3 anhand der getrennten Empfangssignale erzeugt wurden. Genauer gesagt, die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 bestimmt eine Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t, die im Ausdruck (2) gezeigt ist, unter Verwendung der Matrix X, die aus den Empfangssignalvektoren besteht, die anhand der Empfangssignale, die in die Signale entsprechend den Sendesignalen getrennt wurden, erzeugt wurden. Ein hochgestelltes H stellt eine komplexe konjugierte Transponierte dar.
Die Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t, die durch die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 bestimmt wurde, wird zu der Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-1 gesendet.
[Formel 2] $R_{t} = X X^{H} / N$
Im Schritt S5 führt die Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-1 eine Eigenwertexpansion bei der im Schritt S4 bestimmten Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t durch. Eigenwerte und Eigenvektoren nach der Eigenwertexpansion genügen der Beziehung des Ausdrucks (3). Es ist zu beachten, dass λ_k den k-ten Eigenwert darstellt, wenn die Eigenwerte der Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t in der abfallenden Reihenfolge von Werten angeordnet sind (k ist eine natürliche Zahl gleich eins oder größer und M oder kleiner, und λ1 ≥ λ2 ≥ ...), und e_t,_k stellt einen Eigenvektor entsprechend dem Eigenwert λ_k dar.
Die Eigenwerte und die Eigenvektoren, die durch die Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-1 erhalten wurden, werden zu der Erfassungseinheit 13 gesendet.
[Formel 3] $R_{t} = \sum_{m = 1}^{M} λ_{m} e_{t, m} e_{t, m}^{H}$
Im Schritt S6 bestimmt die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 eine Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix unter Verwendung der im Schritt S3 anhand der getrennten Empfangssignale erzeugten Empfangssignalvektoren. Genauer gesagt, die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 bestimmt eine in dem Ausdruck (4) gezeigte Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r unter Verwendung der aus den Empfangssignalvektoren bestehenden Matrix X, die anhand der Empfangssignale, die in die Signale entsprechend den Sendesignalen getrennt wurden, erzeugt wurden.
Die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r, die durch die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 bestimmt wurde, wird zu der Empfangsgruppen-Eigenwert-Expansionseinheit 12-2 gesendet.
[Formel 4] $R_{r} = X^{T} {(X^{T})}^{H} / M$
Im Schritt S7 führt die Empfangsgruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-2 eine Eigenwertexpansion bei der im Schritt S6 bestimmten Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r durch. Eigenwerte und Eigenvektoren nach der Eigenwertexpansion genügen der Beziehung des Ausdrucks (5). Es ist zu beachten, dass λ_k den k-ten Eigenwert darstellt, wenn die Eigenwerte der Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r in abnehmender Reihenfolge von Werten angeordnet sind (k ist eine natürliche Zahl gleich eins oder größer und N oder kleiner, und λ1 ≥ λ2 ≥ ...), und e_r,k stellt einen Eigenvektor entsprechend dem Eigenwert λ_k dar.
Die Eigenwerte und die Eigenvektoren, die durch die Empfangsgruppen-Eigenwertexpansionseinheit 12-2 erhalten wurden, werden zu der Erfassungseinheit 13 gesendet.
[Formel 5] $R_{r} = \sum_{n = 1}^{N} λ_{n} e_{r, n} e_{r, n}^{H}$
Im Schritt S8 berechnet die Erfassungseinheit 13 anhand der in den Schritten S5 und S7 bestimmten Eigenwerte und Eigenvektoren einen Bewertungswert, der für die Erfassung des Ziels und die Messung des Winkels des Ziels verwendet wird. Als ein Beispiel kann ein Eigenwert wie im Ausdruck (6) verwendet werden.
[Formel 6] $P_{k} (u) = \frac{{| a_{t}^{H} (u) e_{t, k} e_{r, k}^{T} a_{r}^{*} (u) |}^{2}}{[a_{t}^{H} (u) a_{t} (u)] [a_{r}^{H} (u) a_{r} (u)]}$
Im Schritt S9 erfasst die Erfassungseinheit 13 ein Ziel unter Verwendung eines Bewertungswerts P_k(u), der mit einer Ankunftsrichtungsvektor u, der mit Beziehung auf Eigenvektoren (nachfolgend auch als Zielsignal-Eigenvektoren bezeichnet) variiert, berechnet wurde, entsprechend einem Eigenwert, der gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert ist. Beispielsweise wird der Bewertungswert P_k(_U) unter Verwendung von Eigenvektoren e_t,_k und e_r,_k entsprechend einem Eigenwert λ_k gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert bestimmt mit dem variierenden Ankunftsrichtungsvektor u. Es kann bestimmt werden, dass eine am Ziel reflektierte Welle aus einer Richtung entsprechend dem Ankunftsrichtungsvektor u angekommen ist, wenn der Bewertungswert P_k(u) ein Wert nahe eins ist. Wenn es zwei Eigenwerte gibt, die gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert sind, können ein Bewertungswert P₁(u) unter Verwendung von Eigenvektoren e_t,1 und e_r,1 entsprechend einem Eigenwert λ₁ des größten Werts und ein Bewertungswert P₂(u) unter Verwendung von Eigenvektoren e_t,₂ und e_r,2 entsprechend einem Eigenwert λ2 des zweitgrößten Werts bestimmt werden, um die Anwesenheit oder Abwesenheit einer von einem Ziel reflektierten Welle und eine Ankunftsrichtung bei jedem der Bewertungswerte zu bestimmen.
Im Schritt S10 bestimmen die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 und die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2, ob sämtliche Bereiche, die ausgewählt werden sollten, bewertet wurden, das heißt, ob die Verarbeitung von Schritt S3 bis Schritt S9 bei allen Bereichen durchgeführt wurde. Wenn die Bewertung vollendet wurde (ja), ist der Prozess beendet. Wenn nicht (nein), geht der Prozess zum Schritt S3 zurück, um die Verarbeitung für den nächsten Bereich zu starten.
Hier wird der Grund, weshalb die Radarvorrichtung 100 nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere am Ziel reflektierte Wellen, die aus verschiedenen Richtungen angekommen sind, getrennt erfassen kann, im Vergleich mit dem Stand der Technik beschrieben.
Zuerst wird der Stand der Technik beschrieben. Verteilte Antennengruppen haben das Problem, dass Strahlnebenkeulen so hoch sind, dass, wenn reflektierte Wellen von mehreren Zielen aus verschiedenen Richtungen in demselben Bereich ankommen, eine von einem Ziel reflektierte Welle mit einer niedrigen Empfangsintensität in Strahlnebenkeulen eines Ziels mit hoher Empfangsintensität vergraben ist. Die mehreren an Zielen reflektierten Wellen, die aus verschiedenen Richtungen in demselben Bereich / mit demselben Dopplereffekt ankommen, sind in einer kohärenten Beziehung zueinander, und somit ist eine Trennung der kohärenten Wellen erforderlich, um das vorgenannte Problem zu lösen.
Eine räumliche Durchschnittswertbildung wird in weitem Umfang verwendet, um kohärente Wellen zu trennen (Nichtpatentdokument 2). Jedoch erfordert eine räumliche Durchschnittswertbildung, dass eine Antennengruppe in mehrere isomorphe Untergruppen trennbar ist oder in Untergruppen mit einer konjugierten Mittensymmetrie trennbar ist; und somit ist eine derartige räumliche Durchschnittswertbildung keine auf Antennengruppen mit beliebigen Formen anwendbare Technik. Andererseits sind in Radarvorrichtung verwendete verteilte Antennengruppen häufig in unregelmäßigen Intervallen und asymmetrisch angeordnet, um das Auftreten von Gitterkeulen zu verhindern. Es ist daher schwierig, eine räumliche Durchschnittswertbildung auf verteilte Antennengruppen anzuwenden.
Nichtpatentdokument 2: S. U. Pillai und B. H. Kwon, „forward/backward spatial smoothing techniques for coherent signal identification", IEEE Trans. on Acoustics, Speech and Signal Processing, Band 37, S. 8-15, 1989.
Verfahren zum Trennen kohärenter Wellen unter Verwendung der Eigenschaften von MIMO-Radarvorrichtungen sind beispielsweise eine Technik, die „Generalized Likelihood Ratio Test“ (GLRT) (Nichtpatentdokument 3) genannt wird, und eine Technik, die „Transmission Diversity Smoothing“ (TDS) (Nichtpatentdokument 4) genannt wird. Diese Techniken haben den Vorteil, auf beliebige Gruppenformen anwendbar zu sein, solange wie ein MIMO-Radarsystem verwendet wird.
Nichtpatentdokument 3: L. Z. Xu, J. Li und P. Stoica, „Target detection and parameter estimation for MIMO radar systems", IEEE Trans. Aeorsp. Electron. Syst., Band 44, Nr. 3, S. 927-939, 2008.
Nichtpatentdokument 4: J: Tabrikian und I. Bekkerman, „Transmission diversity smoothing for multi-target localization, Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Band 4, iv/1041-iv/1044, 2005.
Unglücklicherweise erfordert GLRT eine große Anzahl von Schnappschüssen und hat das Problem einer hoher Rechenlast.
Für Sendediversitätsglättung wird die Winkelauflösung bestimmt durch die Aperturlänge einer Empfangsantennengruppe. Aus diesem Grund ist die Aperturlänge enger als die einer virtuellen Gruppenantenne einer MIMO-Radarvorrichtung (eine Antennengruppe mit einer Apertur, die virtuell erweitert ist unter Berücksichtigung der Phasendrehung von Empfangssignalen aufgrund der Sendeantennengruppenanordnung zusätzlich zu der Empfangsantennengruppenanordnung). Als eine Folge ist die Winkelauflösung verschlechtert. Weiterhin werden Strahlnebenkeulen vergrößert.
Dem gegenüber bestimmt, wie im Ausdruck (2) gezeigt ist, die Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t mit Empfangssignalen entsprechend den Empfangsantennen 4-1 bis 4-N als Schnappschüssen. Dies ist eine Verarbeitung äquivalent der räumlichen Durchschnittswertbildung, wenn die virtuelle Antennengruppe (M × N) der MIMO-Radarvorrichtung in Untergruppen geteilt ist, die die gleiche Form haben wie die Sendeantennengruppe 3, die aus den Sendeantennen 3-1 bis 3-M besteht, und die die gleiche Anzahl wie die Empfangsantennen (N) haben. Somit werden wie bei der räumlichen Durchschnittswertbildung in der Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t Kreuzkorrelationskomponenten zwischen kohärenten Wellen unterdrückt, wodurch eine kohärente Wellentrennung ermöglicht wird.
Weiterhin bestimmt, wie im Ausdruck (4) gezeigt ist, die Radarvorrichtung 100 die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r mit Empfangssignalen entsprechend den Sendeantennen 3-1 bis 3-M als Schnappschüssen. Dies ist eine der räumlichen Durchschnittswertbildung äquivalente Verarbeitung, wenn die virtuelle Antennengruppe (M × N) der MIMO-Radarvorrichtung in Untergruppen geteilt ist, die die gleiche Form wie die Empfangsantennengruppe 4, die aus den Empfangsantennen 4-1 bis 4-N besteht, haben und die gleiche Anzahl wie die Sendeantennen (M) haben. Somit werden wie bei der räumlichen Durchschnittswertbildung in der Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r Kreuzkorrelationskomponenten zwischen kohärenten Wellen unterdrückt, wodurch eine Trennung kohärenter Wellen möglich ist.
Wie vorstehend beschrieben ist, erreicht die Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Trennung von kohärenten Wellen durch räumliche Durchschnittswertbildung unter Verwendung der Eigenschaften, dass die virtuelle Antennengruppe der MIMO-Radarvorrichtung in Untergruppen derselben Form wie der der Empfangsantennengruppe 4 geteilt werden kann und in Untergruppen derselben Form wie der der Sendeantennengruppe 3 geteilt werden kann, unabhängig davon, welche Gruppenform die Sendeantennengruppe 3 und die Empfangsantennengruppe 4 haben.
Weiterhin ist die Sendediversitätsglättung, die eine herkömmliche Technik ist, eine Verarbeitung äquivalent der Verwendung nur der vorbeschriebenen Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r. Jedoch werden nur mit dem Eigenvektor e_r,k, der anhand der Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix Rr bestimmt wird, die Winkelauflösung und die Strahlnebenkeulen durch die Empfangsantennengruppenform bestimmt. Aus diesem Grund werden die Winkelauflösung und die Strahlnebenkeulen im Vergleich zu der Winkelauflösung und die Strahlnebenkeulen durch die virtuelle Antennengruppe der herkömmlichen MIMO-Radarvorrichtung verschlechtert.
Dem gegenüber hat die Signalverarbeitungseinheit 6 der Radarvorrichtung 100 nach der vorliegenden Erfindung, anders als die herkömmliche Sendediversitätsglättung, die nur Eigenwerte und Eigenvektoren einer Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix verwendet, die Merkmale des Berechnens eines Bewertungswerts, der Verwendung von Eigenvektoren der Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r und der Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t. Durch Bestimmung eines Bewertungswerts unter Verwendung der Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t zusätzlich zu der Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r wird es möglich, eine Winkelauflösung und Strahlnebenkeulen zu erhalten, die äquivalent denjenigen der virtuellen Antennengruppe der herkömmlichen MIMO-Radarvorrichtung sind.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Radarvorrichtung 100 die mehreren Sendeantennen 3-1 bis 3-M, die zueinander orthogonale Signale senden, und die mehreren Empfangsantennen 4-1 bis 4-N enthält, eine Verarbeitung der Berechnung einer Sendegruppen-Korrelationsmatrix (Schritt S4) und ihre Eigenwertexpansion (Schritt S5) zusätzlich zu der Verarbeitung der Berechnung einer Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix (Schritt S6) und ihrer Eigenwertexpansion (Schritt S7), die bei der Sendediversitätsglättung einer herkömmlichen Technik verwendet werden, durchführt, und einen Bewertungswert unter Verwendung der beiden Arten von Eigenwerten und Eigenvektoren berechnet (Schritt S8) Dies ermöglicht in einer Gruppe mit einer beliebigen Form eine getrennte Erfassung und Winkelmessung mehrerer kohärenter, an Zielen reflektierter Wellen, während eine Verschlechterung der Winkelauflösung und eine Vergrößerung von Strahlnebenkeulen verhindert werden. der Ausdruck (eine Gruppe mit beliebiger Form‟ bedeutet, dass die Antennen in regelmäßigen oder unregelmäßigen Intervallen angeordnet sein können und Antennen in einer bis drei Dimensionen angeordnet sein können.
Als nächstes wird ein Beispiel für eine Zielerfassung der Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 4 bis 6 beschrieben.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Anordnung von Sendeantennen und Empfangsantennen illustriert. In 4 zeigt die horizontale Achse horizontale Positionen der Antennen an, und die vertikale Achse zeigt vertikale Positionen der Antennen an.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für von einer herkömmlichen Radarvorrichtung gelieferte Erfassungsergebnisse illustriert. In 5 zeigt die horizontale Achse die Ankunftsrichtungen an, aus denen die reflektierten Wellen ankommen, und die vertikale Achse zeigt Ausgangswerte einer Strahlenbündelungsvorrichtung an.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für von der Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gelieferte Erfassungsergebnisse illustriert. In 6 zeigt die horizontale Achse die Ankunftsrichtungen an, aus denen die reflektierten Wellen ankommen, und die vertikale Achse zeigt Bewertungswerte an.
Wie in 4 illustriert ist, ist die MIMO-Radarvorrichtung mit einer Antennengruppe mit sechs Sendeantennen und sechs Empfangsantennen (M = N = 6) versehen. Die Sendeantennen und die Empfangsantennen sind beide in unregelmäßigen Intervallen angeordnet. Eine reflektierte Welle eines Ziels 1 kommt aus einer Richtung eines Azimuts von 0°, und eine reflektierte Welle eines Ziels 2 kommt aus einer Richtung eines Azimuts von 3° an.
Wenn die empfangene Energie des Ziels 1 um 10 dB höher als die empfangene Energie des Ziels 2 ist, ist bei der herkömmlichen Strahlenformung, die feste Wichtungen verwendet, die von dem Ziel 2 reflektierte Welle in Strahlnebenkeulen des Ziels 1 verborgen, wie in 5 illustriert ist, und das Ziel 2 kann nicht getrennt von dem Ziel 1 erfasst werden.
Dem gegenüber können, wenn der Bewertungswert des Ausdrucks (6) wie in der Radarvorrichtung 100 nach dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Ziele 1 und 2 getrennt erfasst werden, wie in 6 illustriert ist.
Der im Ausdruck (6) gezeigte Bewertungswert verwendet die Längen der Projektion von Zielsignal-Eigenvektoren und Lenkvektoren, aber ist nicht hierauf beschränkt. Beispielsweise können Störsubräume verwendet werden wie in Multiple Signal Classification (MUSIC). Wenn der Störsubraum der Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t als E_Nt = [e_t,K+1, e_t,K+2, ..., e_t,M] ausgedrückt wird, und der Störsubraum der Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r als E_Nr = [e_r,K+1, e_r,K+2, ..., e_r,N] ausgedrückt wird, kann beispielsweise der folgende Bewertungswert verwendet werden.
[Formel 7] $P (u) = \frac{[a_{t}^{H} (u) a_{t} (u)] [a_{r}^{H} (u) a_{r} (u)]}{{| a_{t}^{H} (u) E_{N t} E_{N r}^{T} a_{r}^{*} (u) |}^{2}}$
Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel so konfiguriert, dass sie eine Sendeantennengruppe, die zueinander orthogonale Signale von mehreren Sendeantennen sendet, eine Empfangsantennengruppe, die die von einem Ziel reflektierten Signale durch mehrere Empfangsantennen empfängt, und eine Signalverarbeitungseinheit, die das Ziel anhand von von den mehreren Empfangsantennen empfangenen Empfangssignalen erfasst, enthält. Die Signalverarbeitungseinheit enthält: eine Trenneinheit, die die von den mehreren Empfangsantennen empfangenen Empfangssignale trennt in Signale entsprechend von Sendesignalen von den mehreren Sendeantennen; eine Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit, die auf der Grundlage der von der Trenneinheit getrennten Empfangssignale eine erste Korrelationsmatrix entsprechend der Sendeantennengruppe und eine zweite Korrelationsmatrix entsprechend der Empfangsantennengruppe bestimmt; und eine Erfassungseinheit, die das Ziel auf der Grundlage eines Bewertungswerts, der unter Verwendung von Eigenvektoren der ersten Korrelationsmatrix und der zweiten Korrelationsmatrix berechnet wurde, erfasst. Da das Ziel auf der Grundlage der Eigenvektoren der ersten Korrelationsmatrix entsprechend der Sendeantennengruppe zusätzlich zu den Eigenvektoren der zweiten Korrelationsmatrix entsprechend der Empfangsantennengruppe erfasst wird, wird es möglich, mehrere von an Zielen reflektierte Wellen getrennt zu erfassen, während eine Verschlechterung der Winkelauflösung und eine Zunahme von Strahlnebenkeulen eliminiert oder verringert werden.
Gemäß der Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel werden unter den von der Trenneinheit getrennten Empfangssignalen die Empfangssignale an den Empfangsantennen, die Schnappschüsse sind, von der Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit verwendet, um die erste Korrelationsmatrix zu berechnen, während die Empfangssignale entsprechend den Sendeantennen, die Schnappschüsse sind, von der Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit verwendet werden, um die zweite Korrelationsmatrix zu berechnen. Indem somit eine der räumlichen Durchschnittswertbildung äquivalente Verarbeitung durchgeführt wird, ist es möglich, Kreuzkorrelationskomponenten zwischen kohärenten Wellen zu unterdrücken und die kohärenten Wellen zu trennen.
Die Radarvorrichtung 100 nach dem ersten Ausführungsbeispiel kann konfiguriert sein, einen Bewertungswert durch Kombinieren von Eigenvektoren entsprechend Eigenwerten, die gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert sind, zu berechnen. Somit ist es nicht erforderlich, dass alle Eigenvektoren notwendigerweise verwendet werden. Die Verwendung von Eigenvektoren entsprechend Eigenwerten von großen Werten ermöglicht eine genaue Zielerfassung, während die Rechenmenge verringert wird.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel ist eine Modifikation, wenn die Radarvorrichtung 100 ein Impulstreffersystem ist.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel wird mit dem Fokus auf Unterschieden gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Konfiguration der Modifikation der Radarvorrichtung 100 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die gleiche wie die in den 1 und 2 illustrierte Konfiguration, mit Ausnahme der Operation der Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11. Die Operation der Radarvorrichtung 100 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf das in 3 illustrierte Flussdiagramm beschrieben.
Wenn die Radarvorrichtung 100 ein Impulstreffersystem ist, verwendet die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 Trefferrichtungen als Schnappschüsse, wenn die Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t im Schritt S4 bestimmt wird. Zu dieser Zeit kann die Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t durch den Ausdruck (8) bestimmt werden. Es ist zu beachten, dass h eine Trefferzahl darstellt, und E[.] einen Gesamtdurchschnitt darstellt.
[Formel 8] $R_{t} = \frac{1}{N} E [X (h) \cdot X {(h)}^{H}]$
In gleicher Weise verwendet im Schritt S6 die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 Trefferrichtung als Schnappschüsse, wenn die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r bestimmt wird. Zu dieser Zeit kann die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r durch Ausdruck (9) bestimmt werden.
[Formel 9] $R_{r} = \frac{1}{M} E [X {(h)}^{T} \cdot {(X {(h)}^{T})}^{H}]$
Die Verarbeitung der Berechnung eines Bewertungswerts unter Verwendung der Eigenvektoren der Korrelationsmatrizen R_t und R_r, die durch die Ausdrücke (8) und (9) bestimmt sind, und die Erfassung eines Ziels auf der Grundlage des Bewertungswerts können die gleichen wie die Verarbeitung in dem Schritt S5 und dem Schritt S7 und danach nach dem ersten Ausführungsbeispiel sein.
Als nächstes wird eine andere Modifikation beschrieben.
Die Konfiguration der Radarvorrichtung 100 nach der anderen Modifikation in dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die gleiche wie die in den 1 und 2 illustrierte Konfiguration, ausgenommen die Operationen der Trenneinheit 10 und der Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11. Die Operation der anderen Modifikation der Radarvorrichtung 100 bei dem zweiten Ausführungsbeispiel wird mit Bezug auf das in 3 illustrierte Flussdiagramm beschrieben.
Wenn die Radarvorrichtung 100 ein Impulstreffersystem ist, trennen im Schritt S2 die Trenneinheiten 10-1 bis 10-N getrennte Empfangssignale, die von den Empfangsantennen 4-1 bis 4-N empfangen wurden, in Signale entsprechend den Wellenformen von Sendesignalen, und trennen dann die getrennten Signale auf einer Pro-Doppler-Basis durch Doppler-Impulsverarbeitung.
Danach bestimmt im Schritt S4 die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-1 die Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t für jeden Doppler. Zu dieser Zeit kann die Sendegruppen-Korrelationsmatrix R_t durch den Ausdruck (2) bestimmt werden.
In gleicher Weise bestimmt im Schritt S6 die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 11-2 die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r für jeden Doppler. Zu dieser Zeit kann die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix R_r durch den Ausdruck (4) bestimmt werden.
Wie vorstehend diskutiert ist, werden am Ziel reflektierte Wellen, die in mehreren Treffern vorhanden sind, durch die Doppler-Impulsverarbeitung in der Doppler-Richtung in eine verdichtet, wonach eine Korrelationsmatrix für jeden Doppler bestimmt wird, derart, dass die Verarbeitung im Schritt S5 und Schritt S6 und danach in der gleichen Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist gemäß der Radarvorrichtung 100 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Radarvorrichtung ein Impulstreffersystem, und die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit ist konfiguriert zum Verwenden von Trefferrichtungen als Schnappschüsse und zum Bestimmen der ersten Korrelationsmatrix und der zweiten Korrelationsmatrix unter Verwendung des Gesamtdurchschnitts für jede Trefferzahl.
Weiterhin ist gemäß der Radarvorrichtung 100 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Radarvorrichtung ein Impulstreffersystem, und die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit ist konfiguriert zum Trennen von durch die Trenneinheit getrennten Empfangssignalen auf einer Pro-Doppler-Basis durch Doppler-Impulsverarbeitung und zum Bestimmen der ersten Korrelationsmatrix und der zweiten Korrelationsmatrix für jeden Doppler.
Somit kann selbst die das Impulstreffersystem verwendende Radarvorrichtung mehrere am Ziel reflektierte Wellen getrennt erfassen, während eine Verschlechterung der Winkelauflösung und eine Zunahme von Strahlnebenkeulen unterdrückt werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Bei dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel wird eine Bewertung in allen Bereichen durchgeführt. Ein drittes Ausführungsbeispiel ist darin unterschiedlich, dass ein Bereich, in welchem ein Ziel vorhanden ist, durch Strahlenbündelung unter Verwendung fester Gewichte erfasst wird und eine Bewertung nur in diesem Bereich durchgeführt wird.
Das vorliegende Ausführungsbeispiel wird mit dem Fokus auf Unterschiede gegenüber dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Die Hardwarekonfiguration einer Radarvorrichtung 200 nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die gleiche wie die in 1 illustrierte Konfiguration, mit Ausnahme der inneren Verarbeitung einer Signalverarbeitungseinheit 26.
7 ist ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für die Konfiguration der Signalverarbeitungseinheit 26 der Radarvorrichtung 200 bei dem dritten Ausführungsbeispiel illustriert.
In 7 enthält die Signalverarbeitungseinheit 26 weiterhin eine Strahlenbündelungseinheit 16 und eine Zielbereichserfassungseinheit 17 zusätzlich zu der Konfiguration der Signalverarbeitungseinheit 6 bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Funktionen der Strahlenbündelungseinheit 16 und der Zielbereichs-Erfassungseinheit 17 werden durch die arithmetische Einheit 8, die in dem Speicher 9 gespeicherte Programm ausführt, implementiert.
Die Strahlenbündelungseinheit 16 führt eine Strahlenbündelung unter Verwendung fester Gewichte von Empfangssignalen, die durch die Trenneinheit 10 getrennt wurden, auf einer Pro-Sendesignal-Basis durch. Ein Ausgangswert der Strahlenbündelung unter Verwendung der festen Gewichte wird zu der Zielbereichs-Erfassungseinheit 17 gesendet.
Die Zielbereichs-Erfassungseinheit 17 erfasst einen Bereich, in welchem ein Ziel vorhanden ist, anhand des Ausgangswerts der Strahlenbündelung unter Verwendung der festen Gewichte, der von der Strahlenbündelungseinheit 16 erworben wurde. Der erfasste Bereich wird zu der Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 18 gesendet.
Die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 18 bestimmt Korrelationsmatrizen auf der Grundlage der Empfangssignale, die von der Trenneinheit 10 auf einer Pro-Sendesignal-Basis getrennt wurden, und des von der Zielbereichs-Erfassungseinheit 17 erfassten Bereichs. Die Korrelationsmatrizen werden zu der Eigenwertexpansionseinheit 12 gesendet.
Als nächstes wird die Arbeitsweise der Signalverarbeitungseinheit 26 der Radarvorrichtung 200 nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 8 beschrieben. 8 ist ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise der Signalverarbeitungseinheit 26 nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die Schritte S201 und S202 sind identisch mit den Schritten S1 und S2 des in FIG. illustrierten Flussdiagramms, und sie werden somit nicht beschrieben.
Im Schritt S203 führt die Strahlenbündelungseinheit 16 unter Verwendung von Empfangssignalen, die von der Trenneinheit 10 auf einer Pro-Sendesignal-Basis getrennt wurden, eine Strahlenbündelung unter Verwendung fester Gewichte bei Proben jedes Bereichs durch. Das Ausgangssignal der Strahlenbündelung unter Verwendung der festen Gewichte ist wie im Ausdruck (10). Der Ausgangswert der Strahlenbündelung wird zu der Zielbereichs-Erfassungseinheit 17 gesendet.
[Formel 10] $P_{D B F} (u) = \frac{{| a_{t}^{H} (u) X a_{r}^{*} (u) |}^{2}}{[a_{t}^{H} (u) a_{t} (u)] [a_{r}^{H} (u) a_{r} (u)]}$
Die Zielbereichs-Erfassungseinheit 17 bestimmt den maximalen Wert des Ausgangssignals der Strahlenbündelung unter Verwendung der festen Gewichte für jeden Bereich. Wenn der maximale Wert gleich einem oder größer als ein Schwellenwert ist, bestimmt die Zielbereichs-Erfassungseinheit 17, dass ein Ziel in dem Bereich vorhanden ist. Der Bereich, in welchem bestimmt wird, dass das Ziel vorhanden ist, wird zu der Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 18 gesendet.
Im Schritt S204 wählen eine Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 18-1 und eine Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 18-2 einen Bereich aus den im Schritt S203 erfassten Bereich aus und extrahieren Proben in dem ausgewählten Bereich aus den Empfangssignalen, die im Schritt S203 in Signale entsprechend den Sendesignalen getrennt wurden.
Die Schritte S205 bis S210 sind identisch mit den Schritten S4 bis S9 in dem in 3 illustrierten Flussdiagramm, und somit werden sie nicht beschrieben.
Im Schritt S211 bestimmen die Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 18-1 und die Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit 18-2, ob alle im Schritt S203 erfassten Bereiche bewertet wurden, das heißt die Bestimmung, ob die Verarbeitung vom Schritt S204 bis zum Schritt S210 für alle im Schritt S203 ausgewählten Bereiche durchgeführt wurde. Wenn die Bewertung vollendet wurde (ja), wird der Prozess beendet. Wenn nicht (nein), kehrt der Prozess zum Schritt S204 zurück, um die Verarbeitung für den nächsten Bereich zu starten.
Wie vorstehend beschrieben ist, enthält die Radarvorrichtung 200 nach dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weiterhin die Zielbereichs-Erfassungseinheit, die einen Bereich erfasst, die einen Bereich erfasst, in welchem ein Ziel vorhanden ist, auf der Grundlage eines unter Verwendung fester Gewichte gebündelten Strahls anhand von durch die Trenneinheit getrennten Empfangssignalen. Die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit ist konfiguriert zum Bestimmen der ersten Korrelationsmatrix und der zweiten Korrelationsmatrix nur in dem durch die Zielbereichs-Erfassungseinheit erfassten Bereich. Das heißt, die Korrelationsmatrixberechnung und die Eigenwertexpansion, die die einen großen Rechenaufwand erfordern, werden nur in einem Bereich durchgeführt, in welchem ein Ziel erfasst wird. Als eine Folge kann der Berechnungsumfang der gesamten Verarbeitung verringert werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Konfigurationen der Ausführungsbeispiele beschränkt. Innerhalb des Bereichs der Erfindung können die Ausführungsbeispiele frei kombiniert werden, oder die Ausführungsbeispiele können soweit erforderlich modifiziert oder weggelassen werden.
Bezugszeichenliste
1 Sende- und Empfangssteuervorrichtung; 2-1 Sender; 2-M Sender; 3 Sendeantennengruppe; 3-1 Sendeantenne; 3-M Sendeantenne; 4 Empfangsantennengruppe; 4-1 Empfangsantenne; 4-N Empfangsantenne; 5-1 Empfänger; 5-N Empfänger; 6 Signalverarbeitungseinheit; 7 Eingabeschnittstelle; 8 arithmetische Einheit; 9 Speicher; 10 Trenneinheit; 10-1 Trenneinheit; 10-N Trenneinheit; 11 Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit; 11-1 Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit (erste Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit); 11-2 Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit (zweite Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit); 12 Eigenwertexpansionseinheit; 12-1 Sendegruppen-Eigenwertexpansionseinheit; 12-2 Empfangsgruppen-Eigenwertexpansionseinheit; 13 Erfassungseinheit; 16 Strahlenbündelungseinheit; 17 Zielbereichs-Erfassungseinheit; 18 Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit; 18-1 Sendegruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit (erste Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit); 18-2 Empfangsgruppen-Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit (zweite Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit); 26 Signalverarbeitungseinheit; 100 Radarvorrichtung; 200 Radarvorrichtung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

J. Pi und P. Stoica, „MIMO Radar with Colocated Antennas“, IEEE Signal Process. Mag., Band 24, Nr. 5, S. 106-114, 2007 [0004]
S. U. Pillai und B. H. Kwon, „forward/backward spatial smoothing techniques for coherent signal identification“, IEEE Trans. on Acoustics, Speech and Signal Processing, Band 37, S. 8-15, 1989 [0054]
L. Z. Xu, J. Li und P. Stoica, „Target detection and parameter estimation for MIMO radar systems“, IEEE Trans. Aeorsp. Electron. Syst., Band 44, Nr. 3, S. 927-939, 2008 [0056]
J: Tabrikian und I. Bekkerman, „Transmission diversity smoothing for multi-target localization, Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, Band 4, iv/1041-iv/1044, 2005 [0057]

Claims

Radarvorrichtung, welche aufweist: eine Sendeantennengruppe zum Senden von zueinander orthogonalen Signalen von mehreren Sendeantennen; eine Empfangsantennengruppe zum Empfangen der von einem Ziel reflektierten Signale durch mehrere Empfangsantennen; und eine Signalverarbeitungseinheit zum Erfassen des Ziels anhand von von den mehreren Empfangsantennen empfangenen Empfangssignalen, welche Signalverarbeitungseinheit aufweist: eine Trenneinheit zum Trennen der von den mehreren Empfangsantennen empfangenen Empfangssignale in Signale entsprechend Sendesignalen von den mehreren Sendeantennen; eine Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit zum Bestimmen, auf einer Grundlage der von der Trenneinheit getrennten Empfangssignale, einer ersten Korrelationsmatrix entsprechend der Sendeantennengruppe und einer zweiten Korrelationsmatrix entsprechend der Empfangsantennengruppe; und eine Erfassungseinheit zum Erfassen des Ziels auf der Grundlage eines Bewertungswerts, der unter Verwendung von Eigenvektoren der ersten Korrelationsmatrix und der zweiten Korrelationsmatrix berechnet wurde.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Bewertungswert durch Kombinieren der Eigenvektoren entsprechend einem Eigenwert, der gleich einem oder größer als ein vorbestimmter Wert ist, berechnet wird.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Bewertungswert berechnet wird unter Verwendung von Projektionslängen der Eigenvektoren der ersten Korrelationsmatrix und der zweiten Korrelationsmatrix und Lenkvektoren der Sendeantennengruppe und der Empfangsantennengruppe.
Radarvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Bewertungswert berechnet wird unter Verwendung von Störsubräumen der ersten Korrelationsmatrix und der zweiten Korrelationsmatrix.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Erfassungseinheit das Ziel auf der Grundlage des Bewertungswerts, der mit einer variierenden Ankunftsrichtung der Empfangssignale berechnet wurde, erfasst.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit Proben entsprechend einem vorbestimmten Bereich aus den von der Trenneinheit getrennten Empfangssignalen auswählt und die erste Korrelationsmatrix und die zweite Korrelationsmatrix für den Bereich bestimmt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Radarvorrichtung ein Impulstreffersystem ist, und die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit Trefferrichtungen als Schnappschüsse verwendet und die erste Korrelationsmatrix und die zweite Korrelationsmatrix unter Verwendung eines Gesamtdurchschnitts für jede Trefferzahl bestimmt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Radarvorrichtung ein Impulstreffersystem ist, und die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit die von der Trenneinheit getrennten Empfangssignale auf einer Pro-Doppler-Basis durch Doppler-Impulsverarbeitung trennt, und die erste Korrelationsmatrix und die zweite Korrelationsmatrix für jeden Doppler bestimmt.
Radarvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin aufweisend: eine Zielbereichs-Erfassungseinheit zum Erfassen eines Bereichs, in welchem das Ziel vorhanden ist, auf der Grundlage eines Strahls, der unter Verwendung fester Gewichte anhand der von der Trenneinheit getrennten Empfangssignale gebündelt wurde, wobei die Korrelationsmatrix-Berechnungseinheit die erste Korrelationsmatrix und die zweite Korrelationsmatrix nur in dem von der Zielbereichs-Erfassungseinheit erfassten Bereich bestimmt.