JP2004125591A - 車載用パルスレーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電磁波を発生する発振器1と、前記発振器で発生した電磁波を目標物体6へ向けて送信する送信アンプ3、アンテナ5と、前記目標物体で反射された受信電磁波を受信してデータを出力するアンテナ5、受信アンプ7〜AD変換器11と、前記AD変換器からのデータに基づいて距離ゲート毎にサンプルされたデータをプリサム処理し、このプリサム処理の結果であるプリサムデータをFFT処理し、このFFT処理の結果であるスペクトルの周波数及び振幅情報から自車両と前記目標物体との間の距離及び相対速度を求める信号処理装置12とを有する。
【効果】レーダ検知性能を劣化させることなくFFT演算量を低減することができる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両の車間距離測定用の車載用パルスレーダ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のレーダ装置においては、小型船舶などの目標が航行する際に海面に発生する航行波浪からのレーダ反射波を目標からのレーダ反射波とともに検出し、これらの2つのレーダ反射波成分に基づいて目標の検出を実行するようにした。FFT手段8は、コーナターンメモリ7に記憶されたデジタル信号をFFT(fastFourier transform)変換し、目標のドップラ周波数を推定する。これにより、ドップラ周波数の違いに基づいて、目標である船舶などからのレーダ反射波が海面からのレーダ反射波より分離される(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−321349号公報(第3頁−第4頁、図1)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置は、膨大なデータをFFTするので高コストで演算時間も長くなってしまい、車載用には不向きであるという問題点があった。
【0005】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、信号処理負荷を低減し、高性能で安価な車載用パルスレーダ装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る車載用パルスレーダ装置は、電磁波を発生する発振手段と、前記発振手段で発生した電磁波を目標物体へ向けて送信する送信手段と、前記目標物体で反射された受信電磁波を受信してデータを出力する受信手段と、前記受信手段からのデータに基づいて距離ゲート毎にサンプルされたデータをプリサム処理し、このプリサム処理の結果であるプリサムデータをFFT処理し、このFFT処理の結果であるスペクトルの周波数及び振幅情報から自車両と前記目標物体との間の距離及び相対速度を求める信号処理手段とを有する。
【0007】
この発明に係る車載用パルスレーダ装置は、前記信号処理手段が、前記プリサム処理を複数の距離ゲートにまたがって実施するものである。
【0008】
この発明に係る車載用パルスレーダ装置は、前記信号処理手段が、前記プリサム処理を複数の距離ゲートにまたがって1つずつ距離ゲートをスライドさせながら実施するものである。
【0009】
この発明に係る車載用パルスレーダ装置は、前記信号処理手段が、前記プリサム処理を複数の距離ゲートにまたがって複数ずつ距離ゲートをスライドさせながら実施するものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置(パルスドップラレーダ)の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0011】
図1において、発振器(発振手段)1は、例えば送信周波数ftx=76.5GHzの電磁波を発生する。この発振器1に接続されたパワーデバイダ2は、発振器1の電磁波の電力を分配し、送信アンプ3とミクサ8の両方に供給する。送信アンプ3は、パワーデバイダ2により送信用に分配された電磁波を増幅する。スイッチ4は、送信時には送受共用アンテナ5を送信アンプ3に接続し、受信時には送受共用アンテナ5を受信アンプ7に接続する送受切り替えスイッチである。なお、送信手段は、送信アンプ3、送受切り替えスイッチ4及び送受共用アンテナ5から構成されている。
【0012】
また、同図において、受信アンプ7は、レーダから距離Rだけ離れた相対速度Vの目標物体6により、送信電磁波が反射されて帰ってきた電磁波を増幅する。受信アンプ7に接続されたミクサ8は、パワーデバイダ2によりLO(ローカル発振)用に分配された電磁波と目標物体6の反射波とをミキシングし、目標物体6の相対速度Vに応じたビート信号を出力する。フィルタ9は、カットオフ周波数がほぼパルス時間幅の逆数となる。AGCアンプ10は、反射波の受信電力に応じてゲインを調整できる。AD変換器11は、ビート信号をデジタルに変換する。信号処理装置(信号処理手段)12は、AD値により目標物体6の距離、相対速度を計算する。なお、受信手段は、送受共用アンテナ5、送受切り替えスイッチ4、受信アンプ7、ミクサ8、フィルタ9、AGCアンプ10及びAD変換器11から構成されている。
【0013】
つぎに、この実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【0014】
まず、電磁波の送信動作を説明する。
【0015】
発振器1から例えば送信周波数ftx=76.5GHzの電磁波が出力される。その電磁波は、パワーデバイダ2を通過し、送信アンプ3により増幅される。送受切り替えスイッチ4は、送信アンプ3と送受共用アンテナ5を接続しているので、送信アンプ3により増幅された電磁波は送受切り替えスイッチ4を通過し、アンテナ5から空間に出力される。
【0016】
つづいて、電磁波の受信動作を説明する。
【0017】
図2は、この発明の実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置のパルス信号の送受信を示すタイミングチャートである。また、図3は、この実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置のビート信号を示す図である。また、図4は、この実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置のビート周波数を示す図である。さらに、図5は、この実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置のプリサム処理を示す図である。
【0018】
電磁波送信開始時からパルス時間幅Tg、例えば33.3ns(=1/30MHz、距離5m相当)だけ経過した時点、またはマージン分だけパルス時間幅Tgを拡大した時間で、送受信切り替えスイッチ4は、受信側に切り替わり、アンテナ5と受信アンプ7を接続する。
【0019】
また、アンテナ5から空間に出力された電磁波は、距離Rだけ離れた相対速度Vの目標物体6から反射され、図2のように送信電磁波に対して距離Rに依存する遅延時間Δtをもってアンテナ5に入力される。
【0020】
また、目標物体6が相対速度Vを持つとき、受信電磁波周波数は送信電磁波周波数ftxに対してfbだけドップラシフトしてアンテナ5に入力される。
【0021】
アンテナ5で入力された電磁波は受信アンプ7により増幅され、ミクサ8によりパワーデバイダ2からのLO用電磁波とミキシングされ、図2に示すドップラシフトfbに対応したビート信号を出力する。得られたビート信号はカットオフ周波数がパルス時間幅の逆数である30MHzのフィルタ9を通過し、AGC10により増幅されてADコンバータ11に入力される。
【0022】
ここで、ADコンバータ11に入力されたデータから信号処理装置12が目標物体6の距離、相対速度を演算する方法を説明する。
【0023】
例えば、速度分解能1km/h(Δv)を得たいとすると、送信周波数ftx=76.5GHzよりドップラー周波数の分解能Δfは、次の式(1)で表される。なお、送信周波数ftxの波長は、λと表す。
【0024】
Δf=2Δv/λ
=2×0.2777[m/s]/0.003921[m]
=141.64[Hz]
=1/7.05977[ms]式(1)
【0025】
式(1)で示すように、7.06msの計測時間が必要となる。
【0026】
例えば、レーダの最大検知距離が150mで、前回のパルスが受信されないだけの距離のマージンを考慮して最大計測距離を260m程度にした場合、パルス繰り返し周期は33.3ns×52=1.7μsとなる。従って、速度分解能1km/hを得るには、上記装置においてビート信号を図3のように距離ゲート毎にパルス4096発分を取得し、そのすべてのデータを距離ゲート毎にFFTすると、図4に示すように、ある距離ゲートでドップラシフトfbが出力される。
【0027】
ここで、距離、及び相対速度は、下記の式(2)及び(3)で計算できる。
【0028】
距離=tg×n×C/2 式(2)
相対速度=fb×C/2×f0 式(3)
【0029】
なお、tgは距離ゲート時間幅(パルス時間幅)、n(=1〜N)は距離ゲート番号、Cは光速、fbはビート周波数、f0は送信周波数(76.5GHz)である。
【0030】
しかしながら、上記では距離ゲート毎に4096発のデータをFFTすることは信号処理装置12の負荷が大きすぎ、超高性能DSP(digital signal processor)を使わざるを得ず高コストとなる。また、通常のDSPを使用するとFFTの演算処理時間が長くなり実現性がない。
【0031】
上記問題点を解決するために、あるパルス回数毎にデータを加算しそのデータをFFTすることにする。図5は、所定の距離ゲートn(=1〜N)での4096回分のビート信号のサンプルデータを8データずつ加算(プリサム)し、プリサムデータ512点を作成してFFTを行うことを示す図である。
【0032】
また、例えば16データずつ加算して256点のFFTとしてもよい。
【0033】
これにより、9割以上演算量を抑えることができる。すなわち、プリサム処理を行わない場合の演算量を10割とすると、このプリサム処理を行う場合には1割以下の演算量で済む。また、プリサム処理を行ってもパルス積分回数としては変化しないので、レーダのS/Nは維持されることになる。
【0034】
この実施の形態1では、FFT処理の前にプリサム処理を実施することでレーダ検知性能を劣化させることなくFFT演算量を低減させることで、高性能で安価な車載用レーダが実現できる。また、別のレーダ、例えば飛翔体の検出を目的とするレーダに比べ、必要な距離、相対速度の計測範囲が狭いのでFFT点数を低減しても問題なく実現しやすい。
【0035】
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係る車載用パルスレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図6は、この発明の実施の形態2に係る車載用パルスレーダ装置のプリサム処理を示す図である。また、図7は、この発明の実施の形態2に係る車載用パルスレーダ装置のパルス信号の送受信を示すタイミングチャートである。
【0036】
図6において、4096回分のビート信号のサンプルデータをn番目とn+1番目の距離ゲートの2つの距離ゲートのデータをまとめてパルス回数8回毎にデータを加算しそのデータをFFTするものである。
【0037】
また、例えば16データずつ加算し256点のFFTとしてもよい。
【0038】
これにより、FFT点数は上記実施の形態1と同一であるため、プリサム処理がない場合に比べ9割以上演算量を抑えることができる。すなわち、プリサム処理を行わない場合の演算量を10割とすると、このプリサム処理を行う場合には1割以下の演算量で済む。
【0039】
また、図7のようにビート信号のパルス幅が距離ゲートとほぼ同じで距離ゲート間に挟まった場合、フィルタ9の影響でビート信号のパルスの形が崩れるために、距離ゲート4及び距離ゲート5に受信ビート信号のエネルギーが分散され、それぞれの距離ゲートでの信号レベルが低下してしまう。
【0040】
つまり、ビート信号が距離ゲートのどの位置に受信されるかによりS/Nが変化することがあったが、この実施の形態2によれば、どの位置に受信されても複数距離ゲートの信号を加算するので信号レベルおよびS/Nが変化しにくい。このためにスキャン方向ごとの振幅レベルを用いて測角処理を行う場合、測角精度が向上するなどの効果がある。
【0041】
さらに、距離ゲート間にビート信号が挟まらないようパルス幅にマージンを持たせて距離ゲートよりパルス幅を広げた場合、各距離ゲートにまたがった信号を合成して積分できるのでS/Nが向上する効果がある。
【0042】
ここでは隣り合う2つの距離ゲートのデータについて1つずつ距離ゲートをスライドさせながらプリサムしたが、複数の距離ゲートのデータを1つずつスライドさせてプリサムしても良い。
【0043】
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係る車載用パルスレーダ装置について図面を参照しながら説明する。図8は、この発明の実施の形態3に係る車載用パルスレーダ装置のプリサム処理を示す図である。
【0044】
図8において、4096回分のビート信号のサンプルデータをn番目とn+1番目の距離ゲートのデータをまとめてパルス回数8回毎にデータを加算しそのデータをFFTする。ただし、Nを1、3、5、・・・と奇数を選択したものである。
【0045】
これにより、FFT点数は上記実施の形態1と同一であるため、プリサム処理がない場合に比べ9割以上演算量を抑えることができる。すなわち、プリサム処理を行わない場合の演算量を10割とすると、このプリサム処理を行う場合には1割以下の演算量で済む。
【0046】
また、図7のようにパルス幅が距離ゲートとほぼ同じで距離ゲート間に挟まった場合、上記実施の形態2と同様に、S/Nが変化しにくい。また、パルス幅にマージンを持たせて距離ゲートよりパルス幅を広げた場合も、各距離ゲートにまたがった信号を合成して積分できるのでS/Nが向上する効果がある。
【0047】
さらに、プリサム処理の負荷を上記実施の形態2に比べ、半分に減らすことができる。
【0048】
これにより、プリサム処理負荷とS/N向上、S/Nの安定化のバランスよい信号処理が得られる。
【0049】
ここでは、隣り合う2つの距離ゲートのデータを2つずつ距離ゲートをスライドさせながらプリサムしたが、複数の距離ゲートのデータを複数ずつスライドさせてプリサムしても良い。
【0050】
【発明の効果】
この発明に係る車載用パルスレーダ装置は、以上説明したとおり、FFT処理の前にプリサム処理を実施することにより、レーダ検知性能を劣化させることなくFFT演算量を低減することができ、高性能で安価な車載用レーダが実現できるという効果を奏する。
【0051】
この発明に係る車載用パルスレーダ装置は、以上説明したとおり、前記信号処理手段が、前記プリサム処理を複数の距離ゲートにまたがって実施するので、レーダ検知性能を劣化させることなくFFT演算量を低減することができ、高性能で安価な車載用レーダが実現できるという効果を奏する。
【0052】
この発明に係る車載用パルスレーダ装置は、以上説明したとおり、前記信号処理手段が、前記プリサム処理を複数の距離ゲートにまたがって1つずつ距離ゲートをスライドさせながら実施するので、レーダ検知性能を劣化させることなくFFT演算量を低減することができ、高性能で安価な車載用レーダが実現できるという効果を奏する。
【0053】
この発明に係る車載用パルスレーダ装置は、以上説明したとおり、前記信号処理手段が、前記プリサム処理を複数の距離ゲートにまたがって複数ずつ距離ゲートをスライドさせながら実施するので、レーダ検知性能を劣化させることなくFFT演算量を低減することができ、高性能で安価な車載用レーダが実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置の構成を示す図である。
【図2】この発明の実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置のパルス信号の送受信を示すタイミングチャートである。
【図3】この発明の実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置のビート信号を示す図である。
【図4】この発明の実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置のビート周波数を示す図である。
【図5】この発明の実施の形態1に係る車載用パルスレーダ装置のプリサム処理を示す図である。
【図6】この発明の実施の形態2に係る車載用パルスレーダ装置のプリサム処理を示す図である。
【図7】この発明の実施の形態2に係る車載用パルスレーダ装置のパルス信号の送受信を示すタイミングチャートである。
【図8】この発明の実施の形態3に係る車載用パルスレーダ装置のプリサム処理を示す図である。
【符号の説明】
1 発振器、2 パワーデバイダ、3 送信アンプ、4 送受切り替えスイッチ、5 送受共用アンテナ、6 目標物体、7 受信アンプ、8 ミクサ、9 フィルタ、10 AGCアンプ、11 AD変換器、12 信号処理装置。
Claims (4)
- 電磁波を発生する発振手段と、
前記発振手段で発生した電磁波を目標物体へ向けて送信する送信手段と、
前記目標物体で反射された受信電磁波を受信してデータを出力する受信手段と、
前記受信手段からのデータに基づいて距離ゲート毎にサンプルされたデータをプリサム処理し、このプリサム処理の結果であるプリサムデータをFFT処理し、このFFT処理の結果であるスペクトルの周波数及び振幅情報から自車両と前記目標物体との間の距離及び相対速度を求める信号処理手段と
を備えたことを特徴とする車載用パルスレーダ装置。 - 前記信号処理手段は、前記プリサム処理を複数の距離ゲートにまたがって実施する
ことを特徴とする請求項1記載の車載用パルスレーダ装置。 - 前記信号処理手段は、前記プリサム処理を複数の距離ゲートにまたがって1つずつ距離ゲートをスライドさせながら実施する
ことを特徴とする請求項2記載の車載用パルスレーダ装置。 - 前記信号処理手段は、前記プリサム処理を複数の距離ゲートにまたがって複数ずつ距離ゲートをスライドさせながら実施する
ことを特徴とする請求項2記載の車載用パルスレーダ装置。
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