JP2004271233A - 異常検出機能を備えたレーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変調幅異常の検出機能を備えたレーダ装置。
【解決手段】時刻ｔ_１ における距離の測定値Ｒ_ｔ１、相対速度の測定値Ｖ_ｔ１、および経過時間ｔ_２−ｔ_１から時刻ｔ_２ における距離ｒ_ｔ２を計算し（ステップ１０００）、実際の測定値Ｒ_ｔ２との差を閾値Ｃ_１ と比較する（ステップ１００２）。実際の測定値との差が閾値Ｃ_１ を超えるとき変調幅の異常と判定する（ステップ１００６）。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常検出機能を備えたレーダ装置、特に、周波数変調幅異常の検出機能を備えたＦＭ−ＣＷレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭ−ＣＷレーダでは、上り傾斜の区間と下り傾斜の区間からなる三角波が繰り返す変調信号で周波数変調された送信波を前方へ放射し、ターゲットからの反射波と送信波の一部とでビート信号を生成する。下り傾斜区間におけるビート信号の周波数をｆ_ｂ （下）、上り傾斜区間におけるビート信号の周波数をｆ_ｂ （上）とすると、ターゲットとの距離に起因するビート周波数ｆ_ｒ とターゲットの相対速度に起因するビート周波数ｆ_ｄ は
ｆ_ｒ ＝（ｆ_ｂ （下）＋ｆ_ｂ （上））／２ （１）
ｆ_ｄ ＝（ｆ_ｂ （下）−ｆ_ｂ （上））／２ （２）
により算出される。これらからさらに、ターゲットの距離Ｒとターゲットの相対速度Ｖは、
Ｒ＝ｃ・ｆ_ｒ ・Ｔ／４ΔＦ （３）
Ｖ＝ｃ・ｆ_ｄ ／２ｆ_ｏ （４）
（ただし、ｃ：光速；Ｔ：三角波の周期；ΔＦ：周波数変調幅（周波数偏移幅）；ｆ_ｏ ：中心周波数）
で計算することができる。したがって、ビート信号をフーリエ変換することによる周波数ドメイン上のビート信号のスペクトルに現われるピークから各ターゲットに対応するｆ_ｂ （下）およびｆ_ｂ （上）の値を決定し、（１）〜（４）式により、ターゲットとの距離および相対速度が決定される。
【０００３】
ところで、（３）式より
ｆ_ｒ ＝４ΔＦ・Ｒ／ｃ・Ｔ
であるから、もし故障などの理由で変調幅ΔＦが例えば５０％になると、ｆ_ｒ も正常時の５０％になるので、（３）式から計算される距離Ｒも実際の距離の５０％になり、誤った距離を示すことになる。
【０００４】
この様な、ΔＦが変化する故障を検出する方式として、送信周波数を分周回路とカウンタを用いて直接的に監視することが考えられる。
【０００５】
しかしながらこの方式では、ＦＭ−ＣＷの構成にさらに送信周波数の監視のための回路を追加する必要があり、大きなコストアップとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、周波数変調幅異常の検出機能を備えたレーダ装置を安価に提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の異常検出機能を備えたレーダ装置は、物標との距離を計測する距離計測手段と、物標との相対速度を計測する相対速度計測手段と、距離計測手段が計測した物標との距離と、同一物標について相対速度検出手段が計測した相対速度と、経過時間とに基いて、計測された距離と相対速度との間の不一致を検出する手段とを具備することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係る異常検出機能を備えたＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示す。
【０００９】
図１において、変調信号発生器１０はＣＰＵ１２からの指令により、上り傾斜の区間と下り傾斜の区間からなる三角波が繰り返す変調信号を発生する。電圧制御発振器１４はこの三角波で周波数変調された連続信号からなる送信波を生成する。電圧制御発振器１４の出力の一部は分岐手段１６において分岐されて受信側へ供給され、大部分はアンテナ１８から前方へ放射される。前方に存在するターゲットで反射された反射波がアンテナ２０で受信され、ミキサ２２において送信波の一部と混合されてビート信号が生成される。ミキサ２２において生成されたビート信号はアンプ２４で増幅され、フィルタ２６で不要成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器２８でディジタル信号に変換された後、ＣＰＵ１２へ供給される。ＣＰＵ１２ではディジタル化されたビート信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の演算を施して周波数ドメインに変換した後、例えば前述の式（１）〜（４）に従って、各ターゲットとの距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出する。
【００１０】
前述したように、故障などの理由で変調幅ΔＦが変わるとターゲットとの距離の測定値Ｒ′は実際の距離Ｒと異なる値となる。しかしながらその場合でも、（４）式から明らかなように、ターゲットとの相対速度に起因する周波数ｆ_ｄ は変化しない。そこで、同一のターゲットについて測定された距離と相対速度について、経過時間を加味することにより、それらの間に相互に矛盾がないかを調べることによって変調幅ΔＦの異常を検出することができる。
【００１１】
図２はこの原理に基づき変調幅ΔＦの異常を検出する、ＣＰＵ１２（図１）において実行される異常検出処理のフローチャートである。
【００１２】
図２において、時刻ｔ_１ ，ｔ_２ においてそれぞれ得られた或るターゲットとの距離の測定値をＲ_ｔ１，Ｒ_ｔ２とし、同じターゲットとの相対速度の測定値をＶ_ｔ１，Ｖ_ｔ２とするとき、
ｒ_ｔ２＝Ｒ_ｔ１＋Ｖ_ｔ１（ｔ_２−ｔ_１）
により、時刻ｔ_１ における距離Ｒ_ｔ１、速度Ｖ_ｔ１の測定値から時刻ｔ_２ における距離ｒ_ｔ２を計算する（ステップ１０００）。そしてこのｒ_ｔ２と、時刻ｔ_２ において実際に得られた距離の測定値Ｒ_ｔ２との差の絶対値を予め定められた閾値Ｃ_１ と比較し（ステップ１００２）、Ｃ_１ より小であれば正常と判定し（ステップ１００４）、Ｃ_１ よりも大であれば異常と判定する。ｒ_ｔ２の計算において、Ｖ_ｔ１の代わりに時刻ｔ_２ における速度Ｖ_ｔ２もしくはＶ_ｔ１とＶ_ｔ２の平均値を用いても良い。
【００１３】
図３に示すように、時刻ｔ_１ とｔ_２ における距離Ｒ_ｔ１とＲ_ｔ２から時刻ｔ_２ における相対速度ｖ_ｔ２を計算し（ステップ１１００）、実際の測定値Ｖ_ｔ２（またはＶ_ｔ１）との差を閾値Ｃ_２ と比較して（ステップ１１０２）、異常を検出するようにしてもよい。
【００１４】
上記の異常検出において、ターゲットの速度が自己の速度に近いために相対速度が小さいとき、時刻ｔ_１ とｔ_２ における距離の差が小さくなって正常か異常かの判定が困難になるので、相対速度が所定の閾値Ｃ_３ よりも大きいターゲットに対してのみ異常検出を行なうことが望ましい。
【００１５】
ターゲットが静止している場合、或いはターゲットの進行方向が自己の進行方向に対向している場合、検出が不安定となる。ターゲットが静止しているときには相対速度が自己の速度と一致し、ターゲットが対向しているときは相対速度が自己の速度よりも大となるので、この様なターゲットは異常検出から除外することが望ましい。なお、自己の速度については、例えば車載用レーダの場合、車速センサの出力信号から知ることができる。
【００１６】
車載用レーダには電波の放射方向を機械的または電子的に走査することによりターゲットの方位角度θを決定し、Ｘ＝Ｒｓｉｎθ（≒Ｒ・θ）よりターゲットの横位置Ｘを決定し得るものがある。この横位置Ｘまたは方位角度θが大きいターゲットについては距離Ｒと相対速度Ｖの測定精度が低下したり、ＦＦＴ結果においてｆ_ｂ （上）のピークとｆ_ｂ （下）のピークの対応付けを誤ったりすることが多くなる。そこで、横位置Ｘまたは方位角度θが所定の範囲外、例えば所定の閾値Ｃ_４ 以上であるターゲットについては異常判定から除外するようにすることが望ましい。
【００１７】
前述の手法ではｔ_１ からｔ_２ までの１つの区間について異常判定を行なっているがｔ_１ からｔ_ｎ までのｎ−１個の区間について
Σ_１ ^ｎ−１ Ｖ_ｔｉ（ｔ_ｉ＋１−ｔ_ｉ）
により相対速度から求めた各区間における距離の変化の累積値を算出し、これと距離の測定値からの変化量Ｒ_ｔｎ−Ｒ_ｔ１（またはΣ_１ ^ｎ−１（Ｒ_{ｔ（ｉ＋１）}−Ｒ_ｔｉ））との差の絶対値Δｒを閾値Ｃ_５ と比較することによって異常判定を行なえば、より正確に異常を判定することができる。
【００１８】
これまでに説明した手法において、距離または相対速度の測定値が得られない場合、その時刻のデータを無効として再測定を行なうことが望ましい。
【００１９】
前述のｎ−１個の区間について得られるΔｒをｋ回取得し、その平均値（Σ_１ ^ｋΔｒ_ｉ ）／ｋを閾値Ｃ_６ と比較すればさらに精度良く異常判定を行なうことができる。
【００２０】
また前述の、
Δｒ＝｜Ｒ_ｔｎ−Ｒ_ｔ１−Σ_１ ^ｎ−１Ｖ_ｔｉ（ｔ_ｉ＋１−ｔ_ｉ）｜を閾値Ｃ_５ と比較する代わりに、Δｒをｎ−１区間における移動量｜Ｒ_ｔｎ−Ｒ_ｔ１｜で割った値、
ΔＲＲ＝Δｒ／｜Ｒ_ｔｎ−Ｒ_ｔ１｜
を閾値Ｃ_７ と比較しても良い。
【００２１】
さらに、このΔＲＲをｋ回取得し、その平均値（Σ_１ ^ｋΔＲＲ_ｉ ）／ｋを閾値Ｃ_８ と比較しても良い。
【００２２】
上記の、ｋ個のΔｒまたはΔＲＲのデータを収集して平均をとって判定を行なう手法において、ｋ個のデータの中で、距離または相対速度の測定値が得られなかったために欠落したデータが存在した場合にデータ数がｋ個より少なくなってしまう。この場合には、その欠落したデータ以外のデータを使って平均値を求める。欠落データの数が所定数以上になった場合、判定結果自体を無効とすることが好ましい。
【００２３】
ターゲット（物標）の信号強度が小さい場合、距離、相対速度の検出精度が低下する場合がある。この場合の誤判定を避けるため、或る程度信号強度が大きいピークを有するターゲットを判定対象とすることが望ましい。
【００２４】
逆に、ピークの信号強度が大きい場合、データの信頼度が高いので平均化を行なう個数ｋを少なくして判定時間の短縮を図ることが望ましい。
【００２５】
相対速度が大きいターゲットの場合、移動距離が大きくなるので、平均化のためのデータ数を少なくしなければ、レーダの検出範囲外になってしまったり、相対速度の変化が大きくなって判定の精度を低下させる場合が考えられる。そこで、判定開始時の相対速度の値で平均化のためのデータ数を可変する。
【００２６】
ターゲットの移動距離が小さい場合、判定の信頼度が小さい場合があるので、所定の距離以上のターゲットを判定の対象とすることで信頼度の向上を図ることができる。
【００２７】
遠方のターゲットよりも、近い距離に存在するターゲットの方が一般的に信号レベルも大きく、距離、相対速度の精度も高いので、距離が遠いターゲットの場合は判定規準をやや緩和させて設定し、誤判定を低減させる。
【００２８】
判定の信頼度を向上させるために、連続性（異常判定が数回連続した場合）や頻度（全判定処理中、異常と判定された回数の割合がある程度以上大きい場合）をみて最終的な異常判定を下すことにする。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、周波数変調波異常の検出機能を備えたレーダ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＦＭ−ＣＷレーダの構成を示す図である。
【図２】変調幅異常検出処理のフローチャートである。
【図３】図２の処理の一変形を表わすフローチャートである。

Claims (18)

1. 物標との距離を計測する距離計測手段と、
   物標との相対速度を計測する相対速度計測手段と、
   距離計測手段が計測した物標との第１の時刻における距離と第２の時刻における距離と、同一物標について相対速度検出手段が計測した相対速度とに基いて、計測された距離と相対速度との間の不一致を検出する手段とを具備する、異常検出機能を備えたレーダ装置。
2. 物標との距離を計測する距離計測手段と、
   物標との相対速度を計測する相対速度計測手段と、
   複数の時間区間についてそれぞれ相対速度の計測値と経過時間から距離の変化量を算出し、算出された各時間区間についての距離変化量を積算し、積算された距離変化量と計測された距離変化量との間の差に基いて異常を検出する手段とを具備する、異常検出機能を備えたレーダ装置。
3. 前記不一致検出手段は、相対速度が所定の閾値以上である物標のみについて不一致検出を行なう請求項１または２記載のレーダ装置。
4. 自己の速度を計測する手段をさらに具備し、
   前記不一致検出手段は、相対速度が自己の速度よりも実質的に小さい物標のみについて不一致の検出を行なう請求項１〜３のいずれか１項記載のレーダ装置。
5. 物標の方位角度または横位置を検出する手段をさらに具備し、
   前記不一致検出手段は、方位角度または横位置が所定の範囲外である物標のみについて不一致検出を行なう請求項１〜４のいずれか１項記載のレーダ装置。
6. 物標との距離を計測する距離計測手段と、
   物標との相対速度を計測する相対速度計測手段と、
   複数の時間間隔についてそれぞれ相対速度の計測値と経過時間から距離の変化量を算出し積算したものとそれに対応する距離計測値との差分を複数回算出する手段と、
   複数個の差分の平均値に基いて異常を検出する手段とを具備するレーダ装置。
7. 物標との距離を計測する距離計測手段と、
   物標との相対速度を計測する相対速度計測手段と、
   複数の時間間隔についてそれぞれ相対速度の計測値と経過時間から距離の変化量を算出し積算したものと距離計測値との差と距離計測値との比に基いて異常を検出する手段とを具備するレーダ装置。
8. 物標との距離を計測する距離計測手段と、
   物標との相対速度を計測する相対速度計測手段と、
   複数の時間間隔についてそれぞれ相対速度の計測値と経過時間から距離の変化量を算出し積算したものと距離計測値との差と距離計測値との比を複数回算出する手段と、
   複数個の比の平均値に基いて異常を検出する手段とを具備するレーダ装置。
9. 距離または相対速度の測定値が得られないとき、その時刻のデータを無効として再度計測を行なう請求項１〜５，７記載のレーダ装置。
10. 距離または相対速度の測定値が得られないために欠落したデータを除外して平均値が算出される請求項６または８記載のレーダ装置。
11. 所定値以上の信号強度を有する物標を対象として異常検出が行なわれる請求項１〜８のいずれか１項記載のレーダ装置。
12. 物標の信号強度に応じて平均化の個数が決定される請求項６または８記載のレーダ装置。
13. 計測された相対速度の大きさに応じて平均化の個数が決定される請求項６または８記載のレーダ装置。
14. 計測された距離が所定値以上の物標を対象として異常検出が行なわれる請求項２〜１３のいずれか１項記載のレーダ装置。
15. 欠落データの個数が所定値以上であるとき、判定結果を無効とする請求項１０記載のレーダ装置。
16. 計測された距離に応じて判定規準が決定される請求項１〜６のいずれか１項記載のレーダ装置。
17. 判定結果の連続性に基いて最終的な異常判定が下される請求項１〜１５のいずれか１項記載のレーダ装置。
18. 判定結果の出現頻度に応じて最終的な異常判定が下される請求項１〜１５のいずれか１項記載のレーダ装置。

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