JP2000147101A - レーダ信号処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦＭ−ＣＷレーダを用いてターゲットを検出
する際に、低廉なＤＳＰを用いて確実に検出する。 【解決手段】 複数チャネルの受信アンテナ１０でＦＭ
−ＣＷの信号を受信し、第１ミキサ１６で送信信号と混
合してビート信号を生成する。ビート信号はＡ／Ｄ変換
器２６でデジタル化され、ＤＳＰ２８でＦＦＴ処理され
る。ＤＳＰ２８は、入力デジタルビート信号の最大値が
上限値となるように正規化してＦＦＴ処理する。ＦＦＴ
処理後、正規化時の係数を用いて元の値に復元する。正
規化してＦＦＴ処理するため、固定小数点型のＤＳＰで
も小信号の桁落ちをなくし、ターゲットを確実に検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレーダ信号処理方
法、特にＦＭ−ＣＷレーダにおける信号処理に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、連続波（ＣＷ）に周波数変調
（ＦＭ）をかけた送信信号を用いるＦＭ−ＣＷレーダを
車両に搭載し、前方車両の位置や相対速度を検出する技
術が知られている。

【０００３】ＦＭ−ＣＷレーダの基本原理は、例えば特
開平１０−１６０８３６号公報に記載されているように
以下のようなものである。すなわち、三角波でＦＭ変調
された信号をターゲット（先行車）に向けて送信し、そ
の反射信号を受信する。反射信号は、車両とターゲット
との相対距離Ｒに応じた時間遅れと、車両とターゲット
との相対速度Ｖに応じたドプラシフトを伴って受信され
る。送信信号と受信信号とを混合して得られるビート信
号の下降区間（三角変調における周波数下降区間）にお
ける周波数ｆｂｄは、

【数１】ｆｂｄ＝｛４ΔＦ／（ｃ０．Ｔｍ）｝・Ｒ＋
（２Ｆ／ｃ０）・Ｖ であり、ビート信号の上昇区間における周波数ｆｂｕ
は、

【数２】ｆｂｕ＝（４ΔＦ／（ｃ０・Ｔｍ）｝・Ｒ−
（２Ｆ／ｃ０）・Ｖ となる。但し、Ｆは送信信号の変調周波数、ΔＦはシフ
ト幅、ｃ０は伝搬速度、Ｔｍは三角変調の繰り返し周期
である。（２Ｆ／ｃ０）及び｛４ΔＦ／（ｃ０・Ｔ
ｍ）｝は定数であるので、これらをα、βとすると、

【数３】Ｒ＝（ｆｂｄ＋ｆｂｕ）／２β

【数４】Ｖ＝（ｆｂｄ−ｆｂｕ）／２α であり、上昇区間のビート周波数及び下降区間のビート
周波数を検出することで、ターゲットとの相対距離Ｒや
相対速度Ｖを検出することができる。ビート周波数を実
際に検出する際には、送信信号と受信信号を混合して得
られるビート信号をＦＦＴ処理し、所定値を超えるパワ
ーを有する信号成分を取り出すことで検出できる。

【０００４】一方、このようなＦＭ−ＣＷレーダを実際
に車両に搭載して先行車を検出する場合には、水平方向
にレーダビームを走査させる必要がある。固定ビームを
機械的に走査することによりターゲットとの相対距離、
相対速度と角度情報を得ることもできるが、走査速度が
遅い等の問題がある。そこで、デジタル信号処理により
ビーム走査を行うデジタルビームフォーミング（ＤＢ
Ｆ）技術が有望視されている。このＤＢＦでは、受信ア
ンテナとして例えば複数の素子アンテナを配列したアレ
イアンテナとし、各素子アンテナ毎（チャネル毎）に受
信信号からビート信号を生成する。そして、チャネル別
ビート信号をＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル信号に変換
し、ＦＦＴ処理を施す。さらに、チャネル別ＦＦＴデー
タに対して指向角度に応じた移相処理を施し、指向角度
毎に各チャネルのＦＦＴデータを合成して指向角度別Ｆ
ＦＴデータを求める。最後に、指向角度別ＦＦＴデータ
から指向角度毎にビート信号周波数を算出し、ターゲッ
トまでの相対距離や相対速度を求めることができる。な
お、ＤＢＦ処理は、具体的にはＤＳＰ（デジタルシグナ
ルプロセッサ）で実行することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、デジタ
ルビート信号をＤＳＰで処理する場合において、固定小
数点のＤＳＰを用いるとデジタルビート信号の値自体が
小さい場合にＦＦＴ演算の桁落ちが生じ、受信強度の小
さいターゲット（遠距離にあるターゲット等）の検出精
度が低下する問題があった。もちろん、浮動小数点のＤ
ＳＰを用いることも考えられるが、コスト増を招き、特
に車載を考慮すると車両コストに反映される問題があ
る。

【０００６】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、低廉なＤＳＰを用
いても確実にターゲットを検出できる方法を提供するこ
とにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、送信信号と受信信号を混合して得られる
ビート信号を処理してターゲットを検出するレーダ信号
処理方法において、前記ビート信号をデジタルビート信
号に変換するステップと、前記デジタルビート信号を正
規化するステップと、正規化された前記デジタルビート
信号をＦＦＴ処理するステップと、ＦＦＴ処理して得ら
れたデータを前記正規化するための係数を用いて復元す
るステップとを有することを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。

【０００９】図１には、本実施形態におけるＦＭ−ＣＷ
レーザの全体構成図が示されている。９チャネルの受信
アンテナ１０が設けられ、スイッチ回路（ＳＷ）１２で
それぞれのチャネルの受信信号を順次出力する。スイッ
チ回路１２からの各チャネル毎の受信信号は増幅器１４
で増幅された後、第１ミキサ１６に供給される。

【００１０】一方、送信アンテナに送信信号を供給する
７６ＧＨｚの三角波ＦＭ変調器１８（変調周波数７３２
Ｈｚ）からの三角波ＦＭ変調信号は、シフト２０に供給
され、基本周波数（７６ＧＨｚ）が＋１２ＭＨｚだけシ
フトされて第１ミキサ１６に供給される。第１ミキサ１
６は、これら２つの信号を混合し、１２ＭＨｚの中間周
波数信号を生成してＩＦ回路２２に供給する。ＩＦ回路
２２は、１２ＭＨｚの中間周波数信号を増幅し、第２ミ
キサ２４に供給する。第２ミキサ２４では、入力した信
号と基準信号とを混合し、周波数をさらにダウンコンバ
ートして１６７ＫＨｚのビート信号を生成する。生成し
たビート信号は、ＤＢＦを実行するためにＡ／Ｄ変換器
２６に供給される。Ａ／Ｄ変換器２６は、各チャネル毎
のビート信号を所定のサンプリング周波数（例えば３３
３ＫＨｚ）でサンプリングし、デジタル信号（例えば１
２ビット）に変換する。デジタルビート信号はさらにＤ
ＳＰ２８に供給され、ビート周波数に基づきターゲット
との相対距離や相対速度、角度情報を算出してマイコン
３０に出力する。

【００１１】図２には、ＤＳＰ２８の機能ブロック図が
示されている。上述したように、Ａ／Ｄ変換器２６から
のデジタルビート信号がＤＳＰ２８に供給されるが、前
処理としてローパスフィルタ（ＬＰＦ）２７を用いて高
周波ノイズを除去しておくのが好適である。

【００１２】ＵｐＦＦＴ部２８ａ及びＵｐＤＢＦ部２８
ｂは、三角波ＦＭ変調波の周波数上昇区間（Ｕｐ区間）
におけるデジタルビート信号を各チャネル毎にＦＦＴ処
理してさらにＤＢＦ処理するものであり、ＤｏｗｎＦＦ
Ｔ部２８ｃ及びＤｏｗｎＤＢＦ部２８ｄは周波数の下降
区間（Ｄｏｗｎ区間）におけるデジタルビート信号を各
チャネル毎にＦＦＴ処理してＤＢＦ処理するものであ
る。なお、ＦＦＴ処理は例えば１０２４ポイントの処理
を行って５１２の周波数ポイントについて同相成分ｉと
直交成分ｑを求める。そして、ＤＢＦ処理は従来と同様
であり、チャネル別ＦＦＴデータに対して指向角度に応
じた移相処理を施し、指向角度毎に各チャネルのＦＦＴ
データを合成して指向角度別ＦＦＴデータを求める。移
相演算は、具体的には１つの指向角度θに対し

【数５】 で与えられる。但し、上式における左辺が移相変換後の
ｉ、ｑデータを表しており、ｄは素子アンテナ間距離、
λは送信信号の中心周波数に対応する波長である。

【００１３】そして、ＤＢＦ処理を行って上昇区間及び
下降区間におけるビート周波数が算出されると、ペアリ
ング部２８ｅで同一ターゲットに属する上昇区間と下降
区間のビート信号をペアリングする。この処理は、複数
のターゲットが存在する場合に、あるターゲットの上昇
区間におけるビート信号と他のターゲットの下降区間に
おけるビート信号に基づいて相対距離と相対速度を算出
しないようにするためである。次に、ペアリングしたビ
ート信号を時系列処理部２８ｆで時系列に整理して相対
距離及び相対速度を算出し、さらに車線判定部２８ｇで
ターゲットの角度情報に基づきターゲットが自車と同一
車線に存在するか否かを判定する。そして、優先順位部
２８ｈで同一車線内に存在するターゲットの優先順位を
高くし、同一車線内に存在しないターゲットの優先順位
を低くする。

【００１４】ここで、ＵｐＦＦＴ２８ａ及びＤｏｗｎＦ
ＦＴ２８ｃでＦＦＴ処理を施す際に、入力デジタルビー
ト信号の値が小さいと桁落ちが生じて信号が除去されて
しまい、ターゲットまでの相対距離や相対速度を検出す
ることができなくなる。

【００１５】そこで、本実施形態では、ＦＦＴ処理を行
う際に所定の処理を行って桁落ちを防止している。

【００１６】図３には、図２におけるＵｐＦＦＴ部２８
ａ（ＤｏｗｎＦＦＴ部も同様であるのでその説明は省略
する）の機能ブロック図が示されている。機能ブロック
として、正規化部３２、ＦＦＴ部３４、復元部３６及び
係数記憶部３８を有している。

【００１７】正規化部３２は、各チャネル毎のデジタル
ビート信号に対し、その最大値を上限値（例えば１６ビ
ットの上限値）となるように係数を乗じる処理を行う。
ＦＦＴ部３４は、正規化されたデジタルビート信号に対
してＦＦＴ処理を施す。ＦＦＴ処理は、上述したように
例えば１０２４のポイントで行って５１２個の周波数成
分を算出する。係数記憶部３８は、各チャネル毎の正規
化係数を記憶し、復元部３６は各チャネル毎にＦＦＴデ
ータを正規化時の係数を用いて元の値に復元する（第１
復元処理）とともに、全チャネルのＦＦＴデータに対し
て元の大小関係を復元する処理（第２復元処理）を行
う。

【００１８】図４には、図３に示されたＵｐＦＦＴ部２
８ａの処理フローチャートが示されている。まず、正規
化部３２では、入力したデジタルビート信号の最大値を
算出する（Ｓ１０１）。そして、この最大値が所定の上
限値（１６ビットの上限値）となるように全体に係数を
乗じて正規化する。すなわち、「正規化」とは、入力信
号の最大値が上限値に等しくなるように係数を乗じるこ
とを意味する。この正規化処理により、ビート信号の小
さな成分も係数倍だけ増大することになる。正規化に用
いた係数（正規化係数）は係数記憶部３８に供給され、
後の復元処理に用いるために記憶される（Ｓ１０３）。

【００１９】次に、正規化されたデジタルビート信号を
ＦＦＴ処理し（Ｓ１０４）、ＦＦＴデータを復元部３６
に供給する。復元部３６では、ＦＦＴデータと係数記憶
部３８に記憶されているそのチャネルの正規化係数とを
比較し（Ｓ１０５）、ＦＦＴデータ（結果）＞正規化係
数であればＦＦＴデータを正規化係数で除算して（Ｓ１
０６）復元し、そのチャネルの正規化係数を１にする
（Ｓ１０７）。一方、ＦＦＴデータ≦正規化係数である
場合には、ＦＦＴデータを正規化係数で除算してしまう
とデータが欠落してしまうため、復元処理は行わない。
このとき、そのチャネルの正規化係数は、当初係数記憶
部３８に記憶された値のままである（したがって、この
チャネルのＦＦＴデータは、正規化係数で増大された値
となる）。

【００２０】正規化係数で除算できるものについては除
算して復元した後、全てのチャネルについて正規化処理
−復元処理（第１復元処理）が完了したか否かを判定す
る（Ｓ１０８）。全てのチャネルについて処理が完了し
た場合、全チャネルデータについて復元処理（第２復元
処理）を行う（Ｓ１０９）。この処理は、Ｓ１０７にお
いて復元処理が行われたチャネルと復元処理が行われな
かったチャネルが混在することに鑑みたものであり、チ
ャネル間における元々のビート信号強度の大小関係を復
元するものである。具体的には、各チャネルの正規化係
数同士を比較し、最もその値が大きい正規化係数値を全
チャネルのＦＦＴデータに乗じて増大させ、さらに各チ
ャネルの正規化係数で除算する。例えば、Ｃｈ（チャネ
ル）１の正規化係数Ｃ１＝１（Ｓ１０６で復元した結
果、係数が１に設定された）、Ｃｈ２の正規化係数Ｃ２
＝３、Ｃｈ３の正規化係数Ｃ３＝４である場合、正規化
係数で最大のものはＣ３＝４であり、Ｃｈ１のＦＦＴデ
ータについては４倍して１（＝Ｃ１）で除算し、Ｃｈ２
のＦＦＴデータについては４倍して３（＝Ｃ２）で除算
し、Ｃｈ３のＦＦＴデータについては４倍して４（＝Ｃ
３）で除算する（したがって、Ｃｈ３に関してはその値
は結果として変わらないことになる）。これにより、各
チャネル間のＦＦＴデータの大小関係も復元されること
になり、後段のＵｐＤＢＦ合成部２８ｂで合成すること
ができる。

【００２１】このように、本実施形態では、デジタルビ
ート信号を正規化してＦＦＴ処理するので、従来のよう
にＦＦＴ処理時に桁落ちが生じることがなくなり、高精
度の計測が可能となる。

【００２２】なお、本実施形態におけるＳ１０９の処理
で、最大正規化係数で復元する際に最大正規化係数を乗
じたためにＦＦＴデータがオーバフローしてしまう場
合、２番目に大きい正規化係数を用いて復元処理を行
い、最大正規化係数を有するチャネルのデータは無視す
ればよい（無視し得るほど小さいことを意味する）。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
低廉（固定小数点）なＤＳＰを用いても桁落ちのないＦ
ＦＴ処理が可能となり、ターゲットを確実に検出するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の全体構成ブロック図であ
る。

【図２】 図１におけるＤＳＰの機能ブロック図であ
る。

【図３】 図２におけるＵｐＦＦＴ部の機能ブロック図
である。

【図４】 図２におけるＵｐＦＦＴ部の処理フローチャ
ートである。

【符号の説明】

１０ ９ｃｈ受信アンテナ、２６ Ａ／Ｄ変換器、２８
ＤＳＰ、３２ 正規化部、３４ ＦＦＴ部、３６ 復
元部、３８ 係数記憶部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送信信号と受信信号を混合して得られる
   ビート信号を処理してターゲットを検出するレーダ信号
   処理方法において、 前記ビート信号をデジタルビート信号に変換するステッ
   プと、 前記デジタルビート信号を正規化するステップと、 正規化された前記デジタルビート信号をＦＦＴ処理する
   ステップと、 ＦＦＴ処理して得られたデータを前記正規化するための
   係数を用いて復元するステップと、 を有することを特徴とするレーダ信号処理方法。