JP2001228241A

JP2001228241A - レーダ信号処理装置及びレーダ信号処理方法

Info

Publication number: JP2001228241A
Application number: JP2000042838A
Authority: JP
Inventors: Masa Mitsumoto; 雅三本; Tetsuo Kirimoto; 哲郎桐本; Naohisa Uehara; 直久上原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-02-21
Filing date: 2000-02-21
Publication date: 2001-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】周波数変調の線形性が崩れると、周波数分析
部２６，２７により求められるビート信号Ｉ，Ｑの周波
数スペクトルが、理想状態で一定周波数となるビート信
号Ｉ，Ｑの周波数スペクトルと比べて、ピークの幅が広
がり、かつ、ピークの強度値が下がったものとなる。こ
のため、モノパルス方式による方位角計測のように強度
値を用いて方位角を計算する場合には、方位角の計算精
度が劣化する課題があった。【解決手段】周波数分析部４６，４７により求められ
た周波数スペクトルの周波数成分である信号強度の強度
値に対して、ビート信号Ｉ，Ｑにおける信号強度の拡散
範囲分に相当する強度値を加算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、車輌等
の移動体に搭載されるレーダ装置に内蔵され、目標とな
る対象物を検出して、その対象物の諸元（相対距離、相
対速度、方位角等）を計測するレーダ信号処理装置及び
レーダ信号処理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】車輌等に搭載されるレーダ装置は、対象
とする目標との距離が数ｍ〜２００ｍ程度の範囲であ
り、また、アンテナは送受兼用として１つに纏めた方
が、装置が小型になり搭載には望ましい。このような要
求を満たすレーダ装置として、ＦＭＩＣＷ（Ｆｒｅｑｕ
ｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＩｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ
ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）レーダがある。

【０００３】図５はＦＭＩＣＷレーダの送受信装置を示
す構成図であり、図において、１はレーダ送受信装置、
２は変調波形発生部３やスイッチ５，６等を制御する制
御部、３はアップフェーズとダウンフェーズからなる変
調波形を生成する変調波形発生部、４は変調波形発生部
３により生成された変調波形を入力してＶＣＯ信号を出
力するＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄ
Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）、５，６は制御部２に制御さ
れるスイッチ、７はアンテナ、８は検出対象の目標であ
る。

【０００４】９はアンテナ７により受信された受信信号
を２分割してミキサ１２，１３に出力する分配回路、１
０はローカル信号を２分割してミキサ１２と移相回路１
１に出力する分配回路、１１は分配回路１０により２分
割されたローカル信号の位相をπ／２ラジアンだけシフ
トする移相回路、１２は分配回路９により２分割された
受信信号と分配回路１０により２分割されたローカル信
号を混合してビート信号Ｉを出力するミキサ、１３は分
配回路９により２分割された受信信号と移相回路１１に
より位相がシフトされたローカル信号を混合してビート
信号Ｑを出力するミキサである。

【０００５】図６は従来のレーダ信号処理装置を示す構
成図であり、図において、２１はレーダ信号処理装置、
２２はレーダ送受信装置１のミキサ１２が出力するビー
ト信号Ｉをアナログ・ディジタル変換するＡＤ変換器、
２３はレーダ送受信装置１のミキサ１３が出力するビー
ト信号Ｑをアナログ・ディジタル変換するＡＤ変換器、
２４はＡＤ変換器２２，２３の変換結果を格納するメモ
リ、２５はレーダ送受信装置１の制御部２が出力する制
御信号Ｃｔｒｌにしたがって各種の信号処理を制御する
信号処理制御部である。

【０００６】２６はアップフェーズ期間におけるビート
信号Ｉ，Ｑの周波数スペクトルを求める周波数分析部、
２７はダウンフェーズ期間におけるビート信号Ｉ，Ｑの
周波数スペクトルを求める周波数分析部、２８は周波数
分析部２６により求められた周波数スペクトルから目標
信号を検出する目標信号検出部、２９は周波数分析部２
７により求められた周波数スペクトルから目標信号を検
出する目標信号検出部、３０は目標信号検出部２８，２
９より出力された目標信号から目標８の相対距離を求め
る組合せ探索部、３１は目標８の相対速度を求める速度
計算部、３２は目標８の信号強度を求める強度計算部、
３３は目標８の方位角を求める方位角計算部である。な
お、図１１は従来のレーダ信号処理装置の処理手順を示
すフローチャートである。

【０００７】次に動作について説明する。変調波形発生
部３が制御部２の指示の下、アップフェーズとダウンフ
ェーズからなる変調波形を生成すると、ＶＣＯ４は変調
波形発生部３により生成された変調波形を入力して、Ｖ
ＣＯ信号をスイッチ５に出力する（図７（ａ）を参
照）。

【０００８】スイッチ５及びスイッチ６は、制御部２の
指示の下、図８に示すように、予め設定された時間τだ
けｔ端子に接続された後、予め設定された時間Ｔ−τだ
け端子ｒに接続される動作を繰り返す。これにより、ア
ップフェーズの期間においては、ＶＣＯ４から出力され
たＶＣＯ信号はスイッチ５，６のｔ端子を経由して、ア
ンテナ７に送信信号Ｓａとして供給され（図７（ｂ）を
参照）、アンテナ７から空中に放射される。

【０００９】空中に放射された送信信号Ｓａは、ある相
対距離Ｒに存在し、ある相対速度Ｖで移動している目標
８に照射され、その一部が反射される。その反射波は、
相対速度Ｖに応じたドップラー周波数分Ｆｖだけシフト
し、送信信号Ｓａからｋτ＝２Ｒ／ｃ（ただし、ｃは電
波の速度、ｋは１〜ｎの自然数）だけ遅れた時間に、ア
ンテナ７により受信されて、図９（ａ）の受信信号Ｊａ
となる。

【００１０】アンテナ７の受信信号Ｊａは、時間Ｔ−τ
だけ端子ｒに接続されたスイッチ６を経由して分配回路
９に入力される。分配回路９は、アンテナ７の受信信号
Ｊａを２分割して、ミキサ１２とミキサ１３に出力す
る。

【００１１】一方、ＶＣＯ４が出力するＶＣＯ信号はロ
ーカル信号Ｌａとして（図７（ｃ）を参照）、時間Ｔ−
τだけ端子ｒに接続されたスイッチ５を経由して分配回
路１０に入力される。分配回路１０は、ローカル信号Ｌ
ａを２分割して、ミキサ１２と移相回路１１に出力す
る。移相回路１１は、分配回路１０からローカル信号Ｌ
ａを入力すると、そのローカル信号Ｌａの位相をπ／２
ラジアンだけシフトしてミキサ１３に出力する。

【００１２】ミキサ１２，１３に入力された受信信号Ｊ
ａとローカル信号Ｌａは、時間Ｔ−τ内のｋτ〜（ｋ＋
１）τの期間においてミキシングされる。これにより、
受信信号Ｊａとローカル信号Ｌａの周波数差が周波数と
して表れるビート信号Ｉ，Ｑが生成される。

【００１３】なお、ミキサ１２により生成されるビート
信号Ｉは複素信号の実部(Ｉ)に相当し、ミキサ１３によ
り生成されるビート信号Ｑは複素信号の虚部(Ｑ)に相当
するので、ビート信号Ｉ，Ｑは相互に共役な複素信号Ｂ
ａとして得られる（図９（ａ）を参照）。ダウンフェー
ズの期間においても、上記のアップフェーズの期間と同
様にして、相互に共役な複素信号Ｂｂとしてビート信号
Ｉ，Ｑが生成される（図１０（ａ）を参照）。

【００１４】ここで、アップフェーズの複素信号Ｂａで
あるビート信号Ｉ，Ｑは式（１）で表され（ただし、式
（１）ではＢａをＢ_ｕｐ（ｔ）で表す）、ダウンフェー
ズの複素信号Ｂｂであるビート信号Ｉ，Ｑは式（２）で
表される（ただし、式（２）ではＢｂをＢ_ｄｎ（ｔ）で
表す）。

【００１５】

【数１】

【００１６】このようにして、レーダ送受信装置１のミ
キサ１２，１３により生成されたビート信号Ｉ，Ｑと制
御部２の制御信号Ｃｔｒｌは、レーダ信号処理装置２１
に入力される。レーダ信号処理装置２１のＡＤ変換器２
２，２３は、レーダ送受信装置１のミキサ１２，１３が
ビート信号Ｉ，Ｑの送信を開始すると、信号処理制御部
２５の指示の下、時間τの間隔でビート信号Ｉ，Ｑをサ
ンプリングしてアナログ・ディジタル変換し、その変換
結果をメモリ２４に格納する。

【００１７】ただし、信号処理制御部２５は、図９
（ａ）及び図１０（ａ）に示すように、Ｐ１が付記され
た送信信号Ｓａ，Ｓｂに係るＡＤ変換器２２，２３のｎ
回のサンプリング結果を（Ｐ１，Ｒ１）、（Ｐ１，Ｒ
２）、（Ｐ１，Ｒ３）、…、（Ｐ１，Ｒｎ）として格納
する。Ｐｘ（ｘ≧２）が付記された送信信号Ｓａ，Ｓｂ
に係るＡＤ変換器２２，２３のｎ回のサンプリング結果
についても同様に、（Ｐｘ，Ｒ１）、（Ｐｘ，Ｒ２）、
（Ｐｘ，Ｒ３）、…、（Ｐｘ，Ｒｎ）として格納する。

【００１８】また、信号処理制御部２５は、図９（ｂ）
及び図１０（ｂ）に示すように、各フェーズ毎のデータ
マトリクスを生成する。ただし、Ｒｋ（ｋ＝１〜ｎ）に
は、式（５）で示される範囲の相対距離Ｒに存在する目
標８の信号が含まれており、以下、Ｒｋをｋ番目の距離
ビンとして説明する。

【００１９】

【数２】

【００２０】因みに、図９（ｂ）及び図１０（ｂ）で
は、３番目の距離ビンに対応する範囲に目標８が存在
し、ビート信号Ｉ，Ｑの一部がサンプリングされて、
（Ｐ３，Ｒ１）、（Ｐ３，Ｒ２）、（Ｐ３，Ｒ３）、
…、（Ｐ３，Ｒｎ）に格納される例を示している。

【００２１】信号処理制御部２５は、上述したように、
ＡＤ変換器２２，２３及びメモリ２４を制御して、ＡＤ
変換器２２，２３のサンプリング結果をメモリ２４に格
納するが、制御部２が出力する制御信号Ｃｔｒｌに基づ
いて、Ｐｍで示される送信信号Ｓａ，Ｓｂに係るビート
信号Ｉ，Ｑのサンプリング終了時間を判断し、以降の信
号処理を実行させる。以降の信号処理は図１１を用いて
説明する。

【００２２】まず、信号処理制御部２５が内部カウンタ
の変数ｋを“１”に初期化すると（ステップＳＴ１）、
周波数分析部２６は信号処理制御部２５の指示の下、図
９（ｂ）に示すアップフェーズ用のデータマトリクスか
らｋ番目の距離ビンのデータＰ１〜Ｐｍを読み取る。そ
して、例えば、そのデータＰ１〜Ｐｍを処理対象とする
ＦＦＴ（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒ
ｍ）を実行して、図１３に示すような周波数スペクトル
を求める（ステップＳＴ２）。

【００２３】目標信号検出部２８は、周波数分析部２６
がデータＰ１〜Ｐｍについて周波数スペクトルを求める
と、例えば、その周波数スペクトルを処理対象とするＣ
ＦＡＲ（ＣｏｎｓｔａｎｔＦａｌｓｅＡｌａｒｍ
Ｒａｔｅ）を実行して、目標信号を検出する（ステップ
ＳＴ３）。即ち、周波数スペクトルのうち急峻なピーク
のスペクトルを検出して、そのスペクトルの周波数Ｕ
１，Ｕ２，…，Ｕｐを抽出し、そのスペクトルの周波数
Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｐを組合せ探索部３０に出力する。
その際、目標信号検出部２８は、周波数Ｕ１，Ｕ２，
…，Ｕｐのスペクトル強度値（または電力値）ＡＵ１，
ＡＵ２，…，ＡＵｐについても組合せ探索部３０に出力
する。

【００２４】一方、周波数分析部２７は信号処理制御部
２５の指示の下、図１０（ｂ）に示すダウンフェーズ用
のデータマトリクスからｋ番目の距離ビンのデータＰ１
〜Ｐｍを読み取る。そして、例えば、そのデータＰ１〜
Ｐｍを処理対象とするＦＦＴを実行して、周波数スペク
トルを求める（ステップＳＴ４）。

【００２５】目標信号検出部２９は、周波数分析部２７
がデータＰ１〜Ｐｍについて周波数スペクトルを求める
と、例えば、その周波数スペクトルを処理対象とするＣ
ＦＡＲを実行して、目標信号を検出する（ステップＳＴ
５）。即ち、周波数スペクトルのうち急峻なピークのス
ペクトルを検出して、そのスペクトルの周波数Ｄ１，Ｄ
２，…，Ｄｑを抽出し、そのスペクトルの周波数Ｄ１，
Ｄ２，…，Ｄｑを組合せ探索部３０に出力する。その
際、目標信号検出部２９は、周波数Ｄ１，Ｄ２，…，Ｄ
ｑのスペクトル強度値（または電力値）ＡＤ１，ＡＤ
２，…，ＡＤｑについても組合せ探索部３０に出力す
る。

【００２６】組合せ探索部３０は、アップフェーズ期間
におけるスペクトルの周波数Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｐと、
ダウンフェーズ期間におけるスペクトルの周波数Ｄ１，
Ｄ２，…，Ｄｑを入力すると、これらの全てを総当たり
的に組み合わせて、目標８の相対距離Ｒｉｊを計算す
る。ただし、ｉはアップフェーズ側の周波数を特定する
変数、ｊはダウンフェーズ側の周波数を特定する変数で
ある。

【００２７】

【数３】

【００２８】そして、組合せ探索部３０は、全ての相対
距離Ｒｉｊを計算すると、式（５）のＲｋの範囲に属す
る相対距離Ｒｉｊを検索する。式（５）のＲｋの範囲に
属する相対距離Ｒｉｊが存在すれば、その相対距離Ｒｉ
ｊの計算に使用された周波数の組合せＣＦｉｊ（Ｕｉ，
Ｄｊ）を特定し、また、スペクトル強度値の組合せＣＡ
ｉｊ（ＡＵｉ，ＡＤｊ）を特定する（ステップＳＴ
６）。そして、組合せ探索部３０は、その相対距離Ｒｉ
ｊを方位角計算部３３に出力し、周波数の組合せＣＦｉ
ｊ（Ｕｉ，Ｄｉ）を速度計算部３１に出力し、スペクト
ル強度値の組合せＣＡｉｊ（ＡＵｉ，ＡＤｊ）を強度計
算部３２に出力する。

【００２９】速度計算部３１は、組合せ探索部３０から
周波数の組合せＣＦｉｊ（Ｕｉ，Ｄｉ）を入力すると、
下式を用いて目標８の相対速度Ｖｉｊを計算して、方位
角計算部３３に出力する（ステップＳＴ７）。

【００３０】

【数４】

【００３１】強度計算部３２は、組合せ探索部３０から
スペクトル強度値の組合せＣＡｉｊ（ＡＵｉ，ＡＤｊ）
を入力すると、例えば、スペクトル強度値の平均値を基
準にして、スペクトル強度値の組合せＣＡｉｊ（ＡＵ
ｉ，ＡＤｊ）の中から代表の強度値Ａｉｊを選択して、
方位角計算部３３に出力する（ステップＳＴ８）。

【００３２】このようにして、目標８の相対距離Ｒｉｊ
と相対速度Ｖｉｊと強度値Ａｉｊが方位角計算部３３に
出力されると、信号処理制御部２５は、内部カウンタの
変数ｋをインクリメントして所定値ｎと比較し、変数ｋ
が所定値ｎより大きくなければ、ステップＳＴ２の処理
に戻り、同様の処理を継続させる（ステップＳＴ９，Ｓ
Ｔ１０）。

【００３３】方位角計算部３３は、ステップＳＴ１〜Ｓ
Ｔ１０までの処理が終了すると、ステップＳＴ１〜ＳＴ
１０までの処理により得られた情報を用いて目標８の方
位角を計算する。例えば、アンテナ７がある方位角方向
ＡＺｘを向いた状態における目標８の情報（相対距離Ｒ
ｉｊ（ＡＺｘ）、相対速度Ｖｉｊ（ＡＺｘ）、強度値Ａ
ｉｊ（ＡＺｘ））と、アンテナ７がある方位角方向ＡＺ
ｙを向いた状態における目標８の情報（相対距離Ｒｉｊ
（ＡＺｙ）、相対速度Ｖｉｊ（ＡＺｙ）、強度値Ａｉｊ
（ＡＺｙ））とが方位角計算部３３に入力されたものと
する。

【００３４】この場合、方位角計算部３３は、例えば、
予め設定された閾値ｄＲ，ｄＶに対して、下記に示す２
個の条件を同時に満たすとき、２方向の目標が同一目標
であると認定する。｜Ｒｉｊ（ＡＺｘ）−Ｒｉｊ（ＡＺｙ）｜＜ｄＲ｜Ｖｉｊ（ＡＺｘ）−Ｖｉｊ（ＡＺｙ）｜＜ｄＶそして、２方向の目標が同一目標である場合、強度値Ａ
ｉｊ（ＡＺｘ）と強度値Ａｉｊ（ＡＺｙ）から公知のモ
ノパルス方式などを用いて、目標８の方位角を計算す
る。

【００３５】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーダ信号処理
装置は以上のように構成されているので、レーダ送受信
装置１におけるＶＣＯ４の印加電圧に対する非線型な発
振周波数特性や、ＶＣＯ４の発振周波数の短期安定度
（位相雑音）などにより、周波数変調の線形性が崩れる
ことがある（図１２に示すように、理想的には信号波が
ほぼ直線となるが、周波数変調の線形性が崩れると、Ｖ
ＣＯ４の送信波及び受信波が曲線となる）。この結果、
本来一定となるはずのビート信号Ｉ，Ｑの周波数が図１
２に示すように時間によって変動する。しかも、その変
動幅はビート信号Ｉ，Ｑの周波数が高くなるほど増大す
る傾向がある。

【００３６】この影響により、周波数分析部２６，２７
がビート信号Ｉ，Ｑの周波数スペクトルを求めると、図
１３に示すように、理想状態で一定周波数となるビート
信号Ｉ，Ｑの周波数スペクトルと比べて、ピークの幅が
広がり、かつ、ピークの強度値が下がった周波数スペク
トルが得られる（以下、この状態を信号強度が拡散する
と表現する）。このため、モノパルス方式による方位角
計測のように強度値を用いて方位角を計算する場合に
は、方位角の計算精度が劣化する課題があった。

【００３７】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、周波数変調の線形性が崩れても、
精度よく方位角を計算することができるレーダ信号処理
装置及びレーダ信号処理方法を得ることを目的とする。

【００３８】

【課題を解決するための手段】この発明に係るレーダ信
号処理装置は、周波数分析手段により求められた周波数
スペクトルの周波数成分である信号強度の強度値に対し
て、ビート信号における信号強度の拡散範囲分に相当す
る強度値を加算する強度値加算手段を設けたものであ
る。

【００３９】この発明に係るレーダ信号処理装置は、任
意の周波数範囲に属する周波数スペクトルのうち、加算
処理前の信号強度が最大の周波数スペクトルの周波数を
当該周波数範囲の代表周波数として取り扱う強度値加算
手段を設けたものである。

【００４０】この発明に係るレーダ信号処理装置は、予
めビート信号の周波数に応じて設定された強度値を加算
する強度値加算手段を設けたものである。

【００４１】この発明に係るレーダ信号処理装置は、信
号強度の拡散範囲分に相当する強度値として、ビート信
号の周波数に対して等間隔に増加又は減少する離散値を
用いる強度値加算手段を設けたものである。

【００４２】この発明に係るレーダ信号処理装置は、信
号強度の拡散範囲分に相当する強度値として、信号強度
の拡散範囲分に対して等間隔に増加又は減少する離散値
を用いる強度値加算手段を設けたものである。

【００４３】この発明に係るレーダ信号処理方法は、周
波数スペクトルの周波数成分である信号強度の強度値に
対して、ビート信号における信号強度の拡散範囲分に相
当する強度値を加算するようにしたものである。

【００４４】この発明に係るレーダ信号処理方法は、任
意の周波数範囲に属する周波数スペクトルのうち、加算
処理前の信号強度が最大の周波数スペクトルの周波数を
当該周波数範囲の代表周波数として取り扱うようにした
ものである。

【００４５】この発明に係るレーダ信号処理方法は、予
めビート信号の周波数に応じて設定された強度値を加算
するようにしたものである。

【００４６】この発明に係るレーダ信号処理方法は、信
号強度の拡散範囲分に相当する強度値として、ビート信
号の周波数に対して等間隔に増加又は減少する離散値を
用いるようにしたものである。

【００４７】この発明に係るレーダ信号処理方法は、信
号強度の拡散範囲分に相当する強度値として、信号強度
の拡散範囲分に対して等間隔に増加又は減少する離散値
を用いるようにしたものである。

【００４８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるレ
ーダ信号処理装置を示す構成図であり、図において、４
１はレーダ信号処理装置、４２は図５のレーダ送受信装
置１におけるミキサ１２が出力するビート信号Ｉをアナ
ログ・ディジタル変換するＡＤ変換器、４３はレーダ送
受信装置１のミキサ１３が出力するビート信号Ｑをアナ
ログ・ディジタル変換するＡＤ変換器、４４はＡＤ変換
器４２，４３の変換結果を格納するメモリ、４５はレー
ダ送受信装置１の制御部２が出力する制御信号Ｃｔｒｌ
にしたがって各種の信号処理を制御する信号処理制御部
である。

【００４９】４６はアップフェーズ期間におけるビート
信号Ｉ，Ｑの周波数スペクトルを求める周波数分析部、
４７はダウンフェーズ期間におけるビート信号Ｉ，Ｑの
周波数スペクトルを求める周波数分析部である。なお、
周波数分析部４６，４７から周波数分析手段が構成され
ている。４８は周波数分析部４６により求められた周波
数スペクトルの周波数成分である信号強度の強度値に対
して、ビート信号Ｉ，Ｑにおける信号強度の拡散範囲分
に相当する強度値を加算する強度値加算部、４９は周波
数分析部４７により求められた周波数スペクトルの周波
数成分である信号強度の強度値に対して、ビート信号
Ｉ，Ｑにおける信号強度の拡散範囲分に相当する強度値
を加算する強度値加算部である。なお、強度値加算部４
８，４９から強度値加算手段が構成されている。

【００５０】５０は強度値加算部４８による加算処理後
の周波数スペクトルから目標信号を検出する目標信号検
出部、５１は強度値加算部４９による加算処理後の周波
数スペクトルから目標信号を検出する目標信号検出部、
５２は目標信号検出部５０，５１より出力された目標信
号から目標８の相対距離を求める組合せ探索部、５３は
目標８の相対速度を求める速度計算部、５４は目標８の
信号強度を求める強度計算部、５５は目標８の方位角を
求める方位角計算部である。なお、目標信号検出部５
０，５１、組合せ探索部５２、速度計算部５３、強度計
算部５４及び方位角計算部５５から方位角計算手段が構
成されている。図２はこの発明の実施の形態１によるレ
ーダ信号処理方法を示すフローチャートである。

【００５１】次に動作について説明する。図５のレーダ
送受信装置１が従来例と同様に動作することにより、レ
ーダ送受信装置１により生成されたビート信号Ｉ，Ｑと
制御信号Ｃｔｒｌがレーダ信号処理装置４１に入力され
たものとする。

【００５２】レーダ信号処理装置４１のＡＤ変換器４
２，４３は、レーダ送受信装置１のミキサ１２，１３が
ビート信号Ｉ，Ｑの送信を開始すると、信号処理制御部
４５の指示の下、時間τの間隔でビート信号Ｉ，Ｑをサ
ンプリングしてアナログ・ディジタル変換し、その変換
結果をメモリ４４に格納する。

【００５３】ただし、信号処理制御部４５は、図９
（ａ）及び図１０（ａ）に示すように、Ｐ１が付記され
た送信信号Ｓａ，Ｓｂに係るＡＤ変換器４２，４３のｎ
回のサンプリング結果を（Ｐ１，Ｒ１）、（Ｐ１，Ｒ
２）、（Ｐ１，Ｒ３）、…、（Ｐ１，Ｒｎ）として格納
する。Ｐｘ（ｘ≧２）が付記された送信信号Ｓａ，Ｓｂ
に係るＡＤ変換器４２，４３のｎ回のサンプリング結果
についても同様に、（Ｐｘ，Ｒ１）、（Ｐｘ，Ｒ２）、
（Ｐｘ，Ｒ３）、…、（Ｐｘ，Ｒｎ）として格納する。

【００５４】また、信号処理制御部４５は、図９（ｂ）
及び図１０（ｂ）に示すように、各フェーズ毎のデータ
マトリクスを生成する。ただし、Ｒｋ（ｋ＝１〜ｎ）に
は、式（５）で示される範囲の相対距離Ｒに存在する目
標８の信号が含まれており、以下、Ｒｋをｋ番目の距離
ビンとして説明する。

【００５５】信号処理制御部４５は、上述したように、
ＡＤ変換器４２，４３及びメモリ４４を制御して、ＡＤ
変換器４２，４３のサンプリング結果をメモリ４４に格
納するが、制御部２が出力する制御信号Ｃｔｒｌに基づ
いて、Ｐｍで示される送信信号Ｓａ，Ｓｂに係るビート
信号Ｉ，Ｑのサンプリング終了時間を判断し、以降の信
号処理を実行させる。以降の信号処理は図２を用いて説
明する。

【００５６】まず、信号処理制御部４５が内部カウンタ
の変数ｋを“１”に初期化すると（ステップＳＴ１
１）、周波数分析部４６は信号処理制御部４５の指示の
下、図９（ｂ）に示すアップフェーズ用のデータマトリ
クスからｋ番目の距離ビンのデータＰ１〜Ｐｍを読み取
る。そして、例えば、そのデータＰ１〜Ｐｍを処理対象
とするＦＦＴを実行して、図４（ａ）に示すような周波
数スペクトルを求める（ステップＳＴ１２）。

【００５７】強度値加算部４８は、周波数分析部４６が
データＰ１〜Ｐｍについて周波数スペクトルを求める
と、その周波数スペクトルの周波数成分である信号強度
の強度値に対して、ビート信号Ｉ，Ｑにおける信号強度
の拡散範囲分に相当する強度値を加算する（ステップＳ
Ｔ１３）。

【００５８】具体的には、周波数変調の線形性の崩れに
よる強度値の拡散範囲幅（例えば、最大ピークの１／２
以上の強度値をもつ周波数の範囲幅)が、ビート信号
Ｉ，Ｑの周波数に対して図３のような関係があるものと
想定し、予めビート信号の周波数に応じて、信号強度の
拡散範囲分に相当する強度値を設定し、その強度値を加
算する。

【００５９】例えば、図３（ａ）のように、ビート信号
Ｉ，Ｑの周波数方向に対して等間隔に増加（または減
少)する離散的な加算範囲幅Ｗ１（ｆ）を、信号強度の
拡散範囲分に相当する強度値として設定し、ある周波数
範囲に渡って同じ加算範囲幅としてもよい。また、図３
（ｂ）のように、信号強度の拡散範囲方向に対して等間
隔に増加（または減少)する離散的な加算範囲幅Ｗ２
（ｆ）を、信号強度の拡散範囲分に相当する強度値とし
て設定し、ある周波数範囲に渡って同じ加算範囲幅とし
てもよい。

【００６０】次に、強度値加算部４８は、任意の周波数
範囲に属する周波数スペクトルのうち、加算処理前の信
号強度が最大の周波数スペクトルの周波数を選択し、そ
の周波数を当該周波数範囲の代表周波数として取り扱う
ようにする（ステップＳＴ１４）。

【００６１】例えば、図４（ａ）に示すように、各周波
数範囲が５個のスペクトルを含むように分割すると（図
中、破線は周波数範囲を示す）、各周波数範囲に属する
５個のスペクトルの強度値（図中、×印の点の値）に対
して、それぞれ拡散範囲分に相当する強度値が加算され
るので、５個のスペクトルにおける加算処理前の強度値
を相互に比較し、最大の強度値（図中、●印の点の値）
を有するスペクトルの周波数を、当該周波数範囲の代表
周波数として選択する（図４（ｂ）を参照）。これによ
り、処理後の周波数スペクトルは、線形性の崩れが起き
ていない理想状態の周波数スペクトルのピークに近い周
波数と強度の値を得ることができる。

【００６２】目標信号検出部５０は、強度値加算部４８
が加算処理後の周波数スペクトルを出力すると、例え
ば、その周波数スペクトルを処理対象とするＣＦＡＲを
実行して、目標信号を検出する（ステップＳＴ１５）。
即ち、周波数スペクトルのうち急峻なピークのスペクト
ルを検出して、そのスペクトルの周波数Ｕ１，Ｕ２，
…，Ｕｐを抽出し、そのスペクトルの周波数Ｕ１，Ｕ
２，…，Ｕｐを組合せ探索部５２に出力する。その際、
目標信号検出部５０は、周波数Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｐの
スペクトル強度値（または電力値）ＡＵ１，ＡＵ２，
…，ＡＵｐについても組合せ探索部５２に出力する。

【００６３】一方、周波数分析部４７は信号処理制御部
４５の指示の下、図１０（ｂ）に示すダウンフェーズ用
のデータマトリクスからｋ番目の距離ビンのデータＰ１
〜Ｐｍを読み取る。そして、例えば、そのデータＰ１〜
Ｐｍを処理対象とするＦＦＴを実行して、周波数スペク
トルを求める（ステップＳＴ１６）。

【００６４】強度値加算部４９は、周波数分析部４７が
データＰ１〜Ｐｍについて周波数スペクトルを求める
と、強度値加算部４８と同様に、その周波数スペクトル
の周波数成分である信号強度の強度値に対して、ビート
信号Ｉ，Ｑにおける信号強度の拡散範囲分に相当する強
度値を加算する（ステップＳＴ１７）。また、強度値加
算部４９は、強度値加算部４８と同様に、任意の周波数
範囲に属する周波数スペクトルのうち、加算処理後の信
号強度が最大の周波数スペクトルの周波数を選択し、そ
の周波数を当該周波数範囲の代表周波数として取り扱う
ようにする（ステップＳＴ１８）。

【００６５】目標信号検出部５１は、強度値加算部４９
が加算処理後の周波数スペクトルを出力すると、例え
ば、その周波数スペクトルを処理対象とするＣＦＡＲを
実行して、目標信号を検出する（ステップＳＴ１９）。
即ち、周波数スペクトルのうち急峻なピークのスペクト
ルを検出して、そのスペクトルの周波数Ｄ１，Ｄ２，
…，Ｄｑを抽出し、そのスペクトルの周波数Ｄ１，Ｄ
２，…，Ｄｑを組合せ探索部５２に出力する。その際、
目標信号検出部５１は、周波数Ｄ１，Ｄ２，…，Ｄｑの
スペクトル強度値（または電力値）ＡＤ１，ＡＤ２，
…，ＡＤｑについても組合せ探索部５２に出力する。

【００６６】組合せ探索部５２は、アップフェーズ期間
におけるスペクトルの周波数Ｕ１，Ｕ２，…，Ｕｐと、
ダウンフェーズ期間におけるスペクトルの周波数Ｄ１，
Ｄ２，…，Ｄｑを入力すると、これらの全てを総当たり
的に組み合わせて、式（６）を用いて目標８の相対距離
Ｒｉｊを計算する。ただし、ｉはアップフェーズ側の周
波数を特定する変数、ｊはダウンフェーズ側の周波数を
特定する変数である。

【００６７】そして、組合せ探索部５２は、全ての相対
距離Ｒｉｊを計算すると、式（５）のＲｋの範囲に属す
る相対距離Ｒｉｊを検索する。式（５）のＲｋの範囲に
属する相対距離Ｒｉｊが存在すれば、その相対距離Ｒｉ
ｊの計算に使用された周波数の組合せＣＦｉｊ（Ｕｉ，
Ｄｊ）を特定し、また、スペクトル強度値の組合せＣＡ
ｉｊ（ＡＵｉ，ＡＤｊ）を特定する（ステップＳＴ２
０）。そして、組合せ探索部５２は、その相対距離Ｒｉ
ｊを方位角計算部５５に出力し、周波数の組合せＣＦｉ
ｊ（Ｕｉ，Ｄｉ）を速度計算部５３に出力し、スペクト
ル強度値の組合せＣＡｉｊ（ＡＵｉ，ＡＤｊ）を強度計
算部５４に出力する。

【００６８】速度計算部５３は、組合せ探索部５２から
周波数の組合せＣＦｉｊ（Ｕｉ，Ｄｉ）を入力すると、
式（７）を用いて目標８の相対速度Ｖｉｊを計算して、
方位角計算部５５に出力する（ステップＳＴ２１）。

【００６９】強度計算部５４は、組合せ探索部５２から
スペクトル強度値の組合せＣＡｉｊ（ＡＵｉ，ＡＤｊ）
を入力すると、例えば、スペクトル強度値の平均値を基
準にして、スペクトル強度値の組合せＣＡｉｊ（ＡＵ
ｉ，ＡＤｊ）の中から代表の強度値Ａｉｊを選択して、
方位角計算部５５に出力する（ステップＳＴ２２）。

【００７０】このようにして、目標８の相対距離Ｒｉｊ
と相対速度Ｖｉｊと強度値Ａｉｊが方位角計算部５５に
出力されると、信号処理制御部４５は、内部カウンタの
変数ｋをインクリメントして所定値ｎと比較し、変数ｋ
が所定値ｎより大きくなければ、ステップＳＴ１２の処
理に戻り、同様の処理を継続させる（ステップＳＴ２
３，ＳＴ２４）。

【００７１】方位角計算部５５は、ステップＳＴ１１〜
ＳＴ２４までの処理が終了すると、ステップＳＴ１１〜
ＳＴ２４までの処理により得られた情報を用いて目標８
の方位角を計算する。例えば、アンテナ７がある方位角
方向ＡＺｘを向いた状態における目標８の情報（相対距
離Ｒｉｊ（ＡＺｘ）、相対速度Ｖｉｊ（ＡＺｘ）、強度
値Ａｉｊ（ＡＺｘ））と、アンテナ７がある方位角方向
ＡＺｙを向いた状態における目標８の情報（相対距離Ｒ
ｉｊ（ＡＺｙ）、相対速度Ｖｉｊ（ＡＺｙ）、強度値Ａ
ｉｊ（ＡＺｙ））とが方位角計算部５５に入力されたも
のとする。

【００７２】この場合、方位角計算部５５は、例えば、
予め設定された閾値ｄＲ，ｄＶに対して、下記に示す２
個の条件を同時に満たすとき、２方向の目標が同一目標
であると認定する。｜Ｒｉｊ（ＡＺｘ）−Ｒｉｊ（ＡＺｙ）｜＜ｄＲ｜Ｖｉｊ（ＡＺｘ）−Ｖｉｊ（ＡＺｙ）｜＜ｄＶそして、２方向の目標が同一目標である場合、強度値Ａ
ｉｊ（ＡＺｘ）と強度値Ａｉｊ（ＡＺｙ）から公知のモ
ノパルス方式などを用いて、目標８の方位角を計算す
る。

【００７３】以上で明らかなように、この実施の形態１
によれば、周波数分析部４６，４７により求められた周
波数スペクトルの周波数成分である信号強度の強度値に
対して、ビート信号Ｉ，Ｑにおける信号強度の拡散範囲
分に相当する強度値を加算するように構成したので、周
波数変調の線形性が崩れても、精度よく方位角を計算す
ることができる効果を奏する。

【００７４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、周波
数分析手段により求められた周波数スペクトルの周波数
成分である信号強度の強度値に対して、ビート信号にお
ける信号強度の拡散範囲分に相当する強度値を加算する
強度値加算手段を設けるように構成したので、周波数変
調の線形性が崩れても、精度よく方位角を計算すること
ができる効果がある。

【００７５】この発明によれば、任意の周波数範囲に属
する周波数スペクトルのうち、加算処理前の信号強度が
最大の周波数スペクトルの周波数を当該周波数範囲の代
表周波数として取り扱う強度値加算手段を設けるように
構成したので、相対距離や相対速度の計測精度を維持す
ることができる効果がある。

【００７６】この発明によれば、予めビート信号の周波
数に応じて設定された強度値を加算する強度値加算手段
を設けるように構成したので、複雑な計算を実施するこ
となく、ビート信号における信号強度の拡散範囲分に相
当する強度値を加算することができる効果がある。

【００７７】この発明によれば、信号強度の拡散範囲分
に相当する強度値として、ビート信号の周波数に対して
等間隔に増加又は減少する離散値を用いる強度値加算手
段を設けるように構成したので、加算処理に伴う演算量
を削減することができる効果がある。

【００７８】この発明によれば、信号強度の拡散範囲分
に相当する強度値として、信号強度の拡散範囲分に対し
て等間隔に増加又は減少する離散値を用いる強度値加算
手段を設けるように構成したので、加算処理に伴う演算
量を削減することができる効果がある。

【００７９】この発明によれば、周波数スペクトルの周
波数成分である信号強度の強度値に対して、ビート信号
における信号強度の拡散範囲分に相当する強度値を加算
するように構成したので、周波数変調の線形性が崩れて
も、精度よく方位角を計算することができる効果があ
る。

【００８０】この発明によれば、任意の周波数範囲に属
する周波数スペクトルのうち、加算処理前の信号強度が
最大の周波数スペクトルの周波数を当該周波数範囲の代
表周波数として取り扱うように構成したので、相対距離
や相対速度の計測精度を維持することができる効果があ
る。

【００８１】この発明によれば、予めビート信号の周波
数に応じて設定された強度値を加算するように構成した
ので、複雑な計算を実施することなく、ビート信号にお
ける信号強度の拡散範囲分に相当する強度値を加算する
ことができる効果がある。

【００８２】この発明によれば、信号強度の拡散範囲分
に相当する強度値として、ビート信号の周波数に対して
等間隔に増加又は減少する離散値を用いるように構成し
たので、加算処理に伴う演算量を削減することができる
効果がある。

【００８３】この発明によれば、信号強度の拡散範囲分
に相当する強度値として、信号強度の拡散範囲分に対し
て等間隔に増加又は減少する離散値を用いるように構成
したので、加算処理に伴う演算量を削減することができ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるレーダ信号処
理装置を示す構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１によるレーダ信号処
理方法を示すフローチャートである。

【図３】ビート信号の周波数に対する拡散範囲幅を示
す説明図である。

【図４】強度値加算部による処理の前後の周波数スペ
クトルを示す説明図である。

【図５】ＦＭＩＣＷレーダの送受信装置を示す構成図
である。

【図６】従来のレーダ信号処理装置を示す構成図であ
る。

【図７】各種信号の波形を説明する説明図である。

【図８】スイッチの動作を説明する説明図である。

【図９】各種信号の波形やデータ格納形式を説明する
説明図である。

【図１０】各種信号の波形やデータ格納形式を説明す
る説明図である。

【図１１】従来のレーダ信号処理装置の処理手順を示
すフローチャートである。

【図１２】周波数変調の線形性の崩れを説明する説明
図である。

【図１３】周波数スペクトルを示す説明図である。

【符号の説明】

４１レーダ信号処理装置、４２ＡＤ変換器、４３
ＡＤ変換器、４４メモリ、４５信号処理制御部、４
６周波数分析部（周波数分析手段）、４７周波数分析
部（周波数分析手段）、４８強度値加算部（強度値加
算手段）、４９強度値加算部（強度値加算手段）、５
０目標信号検出部（方位角計算手段）、５１目標信
号検出部（方位角計算手段）、５２組合せ探索部（方
位角計算手段）、５３速度計算部（方位角計算手
段）、５４強度計算部（方位角計算手段）、５５方
位角計算部（方位角計算手段）。

フロントページの続き (72)発明者上原直久東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 5J070 AB19 AC02 AC06 AC13 AD01 AE01 AF03 AH14 AH25 AH31 AH35

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビート信号の周波数スペクトルを求める
周波数分析手段と、上記周波数分析手段により求められ
た周波数スペクトルの周波数成分である信号強度の強度
値に対して、上記ビート信号における信号強度の拡散範
囲分に相当する強度値を加算する強度値加算手段と、上
記強度値加算手段による加算処理後の周波数スペクトル
を用いて目標の方位角を計算する方位角計算手段とを備
えたレーダ信号処理装置。
【請求項２】強度値加算手段は、任意の周波数範囲に
属する周波数スペクトルのうち、加算処理前の信号強度
が最大の周波数スペクトルの周波数を当該周波数範囲の
代表周波数として取り扱うことを特徴とする請求項１記
載のレーダ信号処理装置。
【請求項３】強度値加算手段は、予めビート信号の周
波数に応じて設定された強度値を加算することを特徴と
する請求項１または請求項２記載のレーダ信号処理装
置。
【請求項４】強度値加算手段は、信号強度の拡散範囲
分に相当する強度値として、ビート信号の周波数に対し
て等間隔に増加又は減少する離散値を用いることを特徴
とする請求項３記載のレーダ信号処理装置。
【請求項５】強度値加算手段は、信号強度の拡散範囲
分に相当する強度値として、信号強度の拡散範囲分に対
して等間隔に増加又は減少する離散値を用いることを特
徴とする請求項３記載のレーダ信号処理装置。
【請求項６】ビート信号の周波数スペクトルを求め、
その周波数スペクトルの周波数成分である信号強度の強
度値に対して、上記ビート信号における信号強度の拡散
範囲分に相当する強度値を加算し、その加算処理後の周
波数スペクトルを用いて目標の方位角を計算するレーダ
信号処理方法。
【請求項７】任意の周波数範囲に属する周波数スペク
トルのうち、加算処理前の信号強度が最大の周波数スペ
クトルの周波数を当該周波数範囲の代表周波数として取
り扱うことを特徴とする請求項６記載のレーダ信号処理
方法。
【請求項８】予めビート信号の周波数に応じて設定さ
れた強度値を加算することを特徴とする請求項６または
請求項７記載のレーダ信号処理方法。
【請求項９】信号強度の拡散範囲分に相当する強度値
として、ビート信号の周波数に対して等間隔に増加又は
減少する離散値を用いることを特徴とする請求項８記載
のレーダ信号処理方法。
【請求項１０】信号強度の拡散範囲分に相当する強度
値として、信号強度の拡散範囲分に対して等間隔に増加
又は減少する離散値を用いることを特徴とする請求項８
記載のレーダ信号処理方法。