JP2006064567A - Signal processing device of frequency modulation radar - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、主に車両に搭載されて周辺車両との車間距離を測定するための周波数変調レーダの信号処理装置に関し、特にディジタル信号の重畳などに起因してビート信号に発生する不要信号の誤検知を良好に且つ適応的に抑制することのできる新規な技術改良に関するものである。 The present invention relates to a signal processing apparatus for a frequency modulation radar that is mainly mounted on a vehicle and measures a distance between the vehicle and a surrounding vehicle, and in particular, an error of an unnecessary signal generated in a beat signal due to superposition of a digital signal or the like. The present invention relates to a new technical improvement capable of suppressing detection satisfactorily and adaptively.
車両に搭載されて周辺車両との車間距離を測定するためのレーダ装置としては、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式が広く用いられている。
ＦＭＣＷ方式のレーダ装置においては、時間の経過にしたがって周波数が増加（または、減少）するような周波数変調を施された送信信号が目標物体に向けて放射され、目標物体で反射された反射信号を受信し、送信信号の一部と受信された受信信号とを混合することでビート信号を得る（たとえば、特許文献１参照）。
An FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave) method is widely used as a radar device that is mounted on a vehicle and measures the inter-vehicle distance from surrounding vehicles.
In an FMCW radar device, a transmission signal subjected to frequency modulation whose frequency increases (or decreases) as time elapses is radiated toward the target object, and the reflected signal reflected by the target object is reflected. The beat signal is obtained by receiving and mixing a part of the transmission signal and the received reception signal (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献１に記載の一般的なＦＭＣＷレーダ装置の信号処理装置において、生成されたビート信号は、周波数解析部にて周波数解析が行われ、目標検出部ではビート信号を周波数解析した結果の各周波数ビン（ビート周波数）のうち、ランダム雑音に対するスレッショルド値を超える信号レベルを有するビート周波数に基づいて、目標物体との距離、および相対速度などを測定する。
以上のようなＦＭＣＷレーダを実際に構成する場合、一般的には、信号処理を行うプロセッサやＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ：ディジタルシグナルプロセッサ）などのディジタル回路とともに高周波回路が設置される。
In the signal processing device of the general FMCW radar device described in Patent Document 1, the generated beat signal is subjected to frequency analysis in the frequency analysis unit, and each of the results of frequency analysis of the beat signal in the target detection unit is performed. Based on the beat frequency having a signal level exceeding the threshold value for random noise in the frequency bin (beat frequency), the distance to the target object, the relative speed, and the like are measured.
When an FMCW radar as described above is actually configured, generally, a high-frequency circuit is installed together with a digital circuit such as a processor that performs signal processing or a DSP (Digital Signal Processor).
従来の周波数変調レーダの信号処理装置では、ＦＭＣＷレーダを実際に構成する場合にディジタル回路とともに高周波回路が設置されるので、ディジタル回路のクロックに代表される周期的な信号がビート信号に重畳し、周波数解析結果の周期的な信号に対応するビート周波数に定在的な不要信号を発生させ、不要信号のレベルがランダム雑音に対するスレッショルド値を超えて誤検知を発生させるという課題があった。 In a conventional frequency modulation radar signal processing device, when an FMCW radar is actually configured, a high-frequency circuit is installed together with a digital circuit, so that a periodic signal typified by a clock of the digital circuit is superimposed on the beat signal, There is a problem in that a standing unnecessary signal is generated at a beat frequency corresponding to a periodic signal as a result of frequency analysis, and the level of the unnecessary signal exceeds a threshold value for random noise to cause false detection.
また、不要信号を誤検知しないための手段として、定在的な不要信号が発生するビート周波数に対しては、あらかじめスレッショルド値を大きめに設定しておくという方法が考えられるが、回路の温度特性や経年変化などにより、たとえば不要信号が増加した場合に、あらかじめ大きめに設定されたスレッショルド値を超えて誤検知が発生するという課題があった。
さらに、たとえば不要信号が減少した場合には、不必要にスレッショルド値が大きく設定されていることになるので、目標物体の検知性能が本来よりも損なわれるという課題があった。
As a means to prevent false detection of unnecessary signals, a method of setting a large threshold value in advance for the beat frequency at which standing unnecessary signals occur can be considered. For example, when the number of unnecessary signals increases due to aging or the like, there is a problem that a false detection occurs exceeding a preset threshold value.
Furthermore, for example, when the number of unnecessary signals is reduced, the threshold value is set unnecessarily high, so that there is a problem that the detection performance of the target object is deteriorated more than originally.
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あり、ランダム雑音以外の不要信号が発生することが既知であるビート周波数に対しては、不要信号成分およびランダム雑音成分の大きさに基づいたスレッショルド値を設定し、誤警報確率を適切に保ちながら良好に不要信号の誤検知を抑制することにより、不要信号が発生して不要信号レベルの大きさが変化した場合にも誤検知を良好に低減させることのできる周波数変調レーダの信号処理装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. For beat frequencies in which unnecessary signals other than random noise are known to occur, the size of unnecessary signal components and random noise components is large. By setting a threshold value based on the error and suppressing the false detection of unnecessary signals well while maintaining the false alarm probability appropriately, an error is generated even when an unnecessary signal is generated and the level of the unnecessary signal changes. It is an object of the present invention to obtain a frequency modulation radar signal processing device capable of satisfactorily reducing detection.
この発明による周波数変調レーダの信号処理装置は、周波数変調を施した送信信号を目標物体に向けて放射し、目標物体により反射された送信信号の反射信号を受信して、受信信号と送信信号とのビート信号を周波数解析して目標物体の距離または相対速度を計測する周波数変調レーダ装置の信号処理装置において、ビート信号の周波数を解析する周波数解析部と、周波数解析部の解析結果に基づいて目標物体を検出する目標検出部と、周波数解析部の解析結果からランダム雑音のレベルを検出するランダム雑音レベル検出部と、周波数解析部の解析結果からランダム雑音以外の不要信号のレベルを検出する不要信号レベル検出部と、ランダム雑音および不要信号の各レベルに基づいて、不要信号を除去するためのスレッショルド値を設定するスレッショルド値設定部と、を備え、スレッショルド値設定部は、不要信号が発生することが既知であるビート周波数に対しては、不要信号およびランダム雑音の各成分の大きさに基づいてスレッショルド値を設定し、目標検出部は、スレッショルド値を用いて目標物体を検出するものである。 A signal processing apparatus for a frequency modulation radar according to the present invention radiates a transmission signal subjected to frequency modulation toward a target object, receives a reflection signal of the transmission signal reflected by the target object, and receives the reception signal and the transmission signal. In the signal processing device of the frequency modulation radar device that measures the distance or relative velocity of the target object by frequency analysis of the beat signal of the target, the frequency analysis unit that analyzes the frequency of the beat signal, and the target based on the analysis result of the frequency analysis unit Target detection unit that detects an object, random noise level detection unit that detects the level of random noise from the analysis result of the frequency analysis unit, and unnecessary signal that detects the level of unnecessary signals other than random noise from the analysis result of the frequency analysis unit Based on the level detector and each level of random noise and unwanted signal, set the threshold value to remove unwanted signal The threshold value setting unit sets the threshold value based on the magnitude of each component of the unnecessary signal and random noise for the beat frequency at which the unnecessary signal is known to be generated. The target detection unit detects the target object using the threshold value.
この発明によれば、ディジタル信号の重畳などに起因してビート信号に発生する不要信号の誤検知を良好に且つ適応的に抑制し、不要信号が発生して不要信号レベルの大きさが変化した場合にも誤検知を良好に低減することができる。 According to the present invention, false detection of unnecessary signals generated in beat signals due to digital signal superposition or the like can be satisfactorily and adaptively suppressed, and unnecessary signals are generated and the size of unnecessary signals changes. Even in this case, the false detection can be reduced satisfactorily.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る周波数変調レーダの信号処理装置を示すブロック図である。
また、図２はこの発明の実施の形態１における不要信号とスレッショルド値との関係を示す説明図であり、図３はこの発明の実施の形態１における不要信号レベルおよびランダム雑音レベルの各確率密度関数ＦＰＵ、ＦＰＮを示す説明図である。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a signal processing apparatus of a frequency modulation radar according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the unnecessary signal and the threshold value in the first embodiment of the present invention. FIG. 3 shows the probability density of the unnecessary signal level and random noise level in the first embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows the functions FPU and FPN.
図１において、周波数変調レーダの信号処理装置は、ビート信号Ｂの周波数を解析する周波数解析部１と、周波数解析部１の解析結果に基づいて目標物体（図示せず）を検出する目標検出部２と、不要信号レベル検出部３と、信号レベルを記憶するメモリ４と、不要信号を除去するためのスレッショルド値ＴｈＵを設定するスレッショルド値設定部５と、ランダム雑音レベル検出部６とを備えている。
In FIG. 1, the signal processing device of the frequency modulation radar includes a frequency analysis unit 1 that analyzes the frequency of the beat signal B, and a target detection unit that detects a target object (not shown) based on the analysis result of the frequency analysis unit 1. 2, an unnecessary signal
ビート信号Ｂは、周知のように、時間の経過にしたがって周波数が増加（または、減少）するような周波数変調が施された送信信号を目標物体に向けて放射し、目標物体で反射された送信信号の反射信号を受信し、送信信号の一部と受信された受信信号とを混合することにより得られる。 As is well known, the beat signal B radiates a transmission signal, which is frequency-modulated so that the frequency increases (or decreases) as time passes, toward the target object, and is reflected by the target object. It is obtained by receiving a reflected signal of the signal and mixing a part of the transmission signal with the received signal received.
ランダム雑音レベル検出部６は、周波数解析部１の解析結果からランダム雑音のレベルＮｉを検出する。
不要信号レベル検出部３は、周波数解析部１の解析結果からランダム雑音以外の不要信号のレベルＵｉを検出する。
The random noise level detection unit 6 detects a random noise level Ni from the analysis result of the frequency analysis unit 1.
The unnecessary signal
スレッショルド値設定部５は、ランダム雑音および不要信号の各レベルＮｉ、Ｕｉに基づいて、不要信号を除去するためのスレッショルド値ＴｈＵを設定する。
特に、スレッショルド値設定部５は、不要信号が発生することが既知であるビート周波数に対しては、不要信号およびランダム雑音の各成分の大きさＮ、Ｕ（後述する）に基づいてスレッショルド値を設定する。
The threshold value setting unit 5 sets a threshold value ThU for removing unnecessary signals, based on random noise and levels Ni and Ui of unnecessary signals.
In particular, the threshold value setting unit 5 sets the threshold value based on the magnitudes N and U (described later) of the components of the unnecessary signal and the random noise for the beat frequency at which the unnecessary signal is known to be generated. Set.
ここで、実際には、ＦＦＴなどの信号処理により離散的な周波数ごとに（１番目の周波数、２番目の周波数、・・・、ｋ番目の周波数、・・・のように）結果が得られるので、これらのビート周波数は、周波数ビン（ｂｉｎ：箱）と称される。
なお、不要信号が発生することが既知であるビート周波数は、前述のディジタル回路のクロックが既知であるので、このクロックが重畳する可能性がある周波数に対して、以下の処理が施されることになる。
Here, in practice, a result is obtained for each discrete frequency (like the first frequency, the second frequency,..., The kth frequency,...) By signal processing such as FFT. Therefore, these beat frequencies are called frequency bins (boxes).
The beat frequency at which an unnecessary signal is known is known from the clock of the digital circuit described above, and therefore the following processing is performed on the frequency at which this clock may be superimposed. become.
ランダム雑音レベル検出部６は、ビート信号Ｂに含まれるランダム雑音成分の信号レベルＮｉを周波数解析ごとに逐次検出し、スレッショルド値設定部５は、ランダム雑音レベル検出部により検出されたランダム雑音成分の大きさＮに応じて、適応的にスレッショルド値ＴｈＵを設定する。 The random noise level detection unit 6 sequentially detects the signal level Ni of the random noise component included in the beat signal B for each frequency analysis, and the threshold value setting unit 5 detects the random noise component detected by the random noise level detection unit. The threshold value ThU is adaptively set according to the magnitude N.
また、メモリ４は、ランダム雑音以外の不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数の信号レベルを、過去の所定観測回数分にわたって記憶する。
この場合、スレッショルド値設定部５は、メモリ４に記憶された信号レベルのうち、スレッショルド値ＴｈＵを超えない信号レベルＵｉの平均値を不要信号成分の大きさＵとして認識する。
Further, the memory 4 stores the signal level of the beat frequency that is known to generate the unnecessary signal SU other than the random noise over the past predetermined number of observations.
In this case, the threshold value setting unit 5 recognizes the average value of the signal levels Ui that does not exceed the threshold value ThU among the signal levels stored in the memory 4 as the size U of the unnecessary signal component.
また、たとえば、メモリ４は、不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数の信号レベルのうち、スレッショルド値ＴｈＵを超えない信号レベルの大きさを、過去の所定回数分にわたって記憶してもよい。
この場合、スレッショルド値設定部５は、メモリ４に記憶された信号レベルＵｉの平均値を不要信号成分の大きさＵとして認識する。
In addition, for example, the memory 4 may store, for a predetermined number of times in the past, the magnitude of a signal level that does not exceed the threshold value ThU among the signal levels of the beat frequency at which the unnecessary signal SU is known to be generated. Good.
In this case, the threshold value setting unit 5 recognizes the average value of the signal level Ui stored in the memory 4 as the magnitude U of the unnecessary signal component.
目標検出部２は、スレッショルド値ＴｈＵを用いるとともに、ビート信号Ｂの周波数解析結果に基づいて目標物体を検出し、目標物体の距離または相対速度などを計測する。
ビート信号Ｂは、周波数解析部１において周波数解析が施され、図２に示すように、各ビート周波数の信号の大きさが抽出される。
The target detection unit 2 uses the threshold value ThU, detects the target object based on the frequency analysis result of the beat signal B, and measures the distance or relative speed of the target object.
The beat signal B is subjected to frequency analysis in the frequency analysis unit 1, and the magnitude of the signal of each beat frequency is extracted as shown in FIG.
図２において、横軸はビート周波数、縦軸は信号レベルであり、信号レベルには、ディジタル信号の重畳などにより定在的な不要信号ＳＵが含まれている。
通常用スレッショルド値Ｔｈは、ランダム雑音に対する基準値であり、定在的な不要信号ＳＵが存在しないビート周波数に対して設定されている。
不要信号除去用のスレッショルド値ＴｈＵは、通常用スレッショルド値Ｔｈよりも高い値であり、定在的な不要信号に対して設定されている。
In FIG. 2, the horizontal axis represents the beat frequency, and the vertical axis represents the signal level. The signal level includes a standing unnecessary signal SU due to superposition of digital signals.
The normal threshold value Th is a reference value for random noise, and is set for a beat frequency at which no standing unnecessary signal SU exists.
The unnecessary signal removal threshold value ThU is higher than the normal threshold value Th, and is set for a standing unnecessary signal.
不要信号レベル検出部３は、あらかじめ設定されたスレッショルド値ＴｈＵを格納しており、定在的な不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数の信号レベルを検出し、スレッショルド値ＴｈＵを超えない信号レベルＵｉをメモリ４に記憶させる。
一方、スレッショルド値ＴｈＵのレベルを超える信号レベルに対しては、当該ビート周波数に相当する目標物体が存在するものと見なして、メモリ４への記憶を禁止し、不要信号成分の大きさＵの算出（後述する）に利用されないようになっている。
The unnecessary signal
On the other hand, for a signal level exceeding the level of the threshold value ThU, it is assumed that there is a target object corresponding to the beat frequency, storage in the memory 4 is prohibited, and calculation of the magnitude U of the unnecessary signal component is performed. (It will not be used later).
メモリ４は、過去の所定回数分の不要信号ＳＵの信号レベルＵｉが記憶される。
ここで、メモリ４に記憶された各不要信号レベルＵｉは、周波数解析ごとの瞬時値であるから、本来の確定信号である不要信号成分の大きさに、ランダム雑音が重畳されたものとなっている。
したがって、スレッショルド値設定部５は、メモリ４に記憶された所定回数分の不要信号レベルＵｉの平均値を計算し、この平均値を不要信号成分の大きさＵとして認識する。
The memory 4 stores the signal level Ui of the unnecessary signal SU for a predetermined number of times in the past.
Here, since each unnecessary signal level Ui stored in the memory 4 is an instantaneous value for each frequency analysis, random noise is superimposed on the size of the unnecessary signal component that is the original definite signal. Yes.
Therefore, the threshold value setting unit 5 calculates the average value of the unnecessary signal levels Ui for a predetermined number of times stored in the memory 4 and recognizes this average value as the magnitude U of the unnecessary signal component.
一方、ランダム雑音レベル検出部６は、周波数解析部１の結果から、定在的な不要信号ＳＵを除いたランダム雑音成分の大きさＮを算出する。
具体的な算出方法としては、たとえば、周波数解析ごとに、定在的な不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数を除いて、他のビート周波数の信号レベルの平均値を計算する方法があげられる。
On the other hand, the random noise level detection unit 6 calculates the magnitude N of the random noise component excluding the standing unnecessary signal SU from the result of the frequency analysis unit 1.
As a specific calculation method, for example, a method of calculating an average value of signal levels of other beat frequencies excluding a beat frequency that is known to generate a standing unnecessary signal SU for each frequency analysis. Can be given.
スレッショルド値設定部５は、不要信号成分の大きさＵとランダム雑音成分の大きさＮに基づいてスレッショルド値ＴｈＵを新たに計算し、スレッショルド値ＴｈＵの更新を行う。
以下、図３を参照しながら、具体的なスレッショルド値ＴｈＵの計算方法について説明する。
The threshold value setting unit 5 newly calculates the threshold value ThU based on the magnitude U of the unnecessary signal component and the magnitude N of the random noise component, and updates the threshold value ThU.
Hereinafter, a specific method of calculating the threshold value ThU will be described with reference to FIG.
図３においては、不要信号レベルＵｉの確率密度関数ＦＰＵおよびランダム雑音レベルＮｉの確率密度関数ＦＰＮが示されている。
図３において、不要信号成分の大きさＵは、不要信号レベルの平均値であり、ランダム雑音成分の大きさＮは、ランダム雑音レベルの平均値である。
In FIG. 3, the probability density function FPU of the unnecessary signal level Ui and the probability density function FPN of the random noise level Ni are shown.
In FIG. 3, the magnitude U of the unnecessary signal component is an average value of the unnecessary signal level, and the magnitude N of the random noise component is an average value of the random noise level.
ランダム雑音の瞬時電圧が、熱雑音のような正規分布にしたがう確率変数であるとすれば、周波数解析を行った結果、すなわち包絡線の大きさは、以下の式（１）に示すレイリー分布にしたがうことは広く知られている。 If the instantaneous voltage of random noise is a random variable according to a normal distribution such as thermal noise, the result of frequency analysis, that is, the size of the envelope is expressed by the Rayleigh distribution shown in the following equation (1). It is well known to follow.
式（１）において、ｐＮ（Ｒ）は、信号レベルがＲとなるランダム雑音レベルの確率密度である。
また、大きさＵの不要信号成分に、正規分布にしたがうランダム雑音が重畳した場合の不要信号レベルは、以下の式（２）に示すライス分布にしたがうことも広く知られている。
In Equation (1), p N (R) is the probability density of a random noise level at which the signal level is R.
It is also well known that the unnecessary signal level in the case where random noise according to the normal distribution is superimposed on the unnecessary signal component of the size U follows the Rice distribution shown in the following equation (2).
式（２）において、ｐＵ（Ｒ、Ｕ、Ｎ）は、不要信号レベルの確率密度であり、不要信号成分の大きさＵを持つ不要信号ＳＵに対して、式（１）にしたがうランダム雑音が重畳した場合に、信号レベルがＲとなる不要信号レベルの確率密度を表している。
また、Ｉ０（・）は、０次の変形ベッセル関数である。
ここで、スレッショルド値ＴｈＵがＴＵのとき、不要信号ＳＵを検出する誤警報確率ＰｆａＵは、以下の式（３）により計算される。
In Equation (2), p U (R, U, N) is the probability density of the unnecessary signal level, and random noise according to Equation (1) for the unnecessary signal SU having the size U of the unnecessary signal component. Represents the probability density of the unnecessary signal level at which the signal level is R.
I 0 (·) is a zero-order modified Bessel function.
Here, when the threshold value ThU is T U, alarm probability P FAU erroneously detecting an unnecessary signal SU is calculated by the following equation (3).
このように、不要信号ＳＵに関する定められた誤警報確率ＰｆａＵに対して、式（３）を用いて適切なスレッショルド値ＴＵを設定することができる。
また、こうして設定されたスレッショルド値ＴＵを用い、目標検出部２にて不要信号ＳＵの誤警報確率ＰｆａＵを良好に保ちながら目標物体の検知を行うことができる。
Thus, for false alarm probability P FAU defined regarding unwanted signals SU, it is possible to set an appropriate threshold value T U using equation (3).
Moreover, in this way using the set threshold value T U, it is possible to perform detection of the target object while maintaining good false alarm probability P FAU the unnecessary signal SU by the target detection unit 2.
なお、ここでは、不要信号レベル検出部３で検出された不要信号ＳＵのレベルのうち、スレッショルド値ＴｈＵを超えない信号レベルのみをメモリ４に記憶して、平均値を算出したが、この算出方法に限定されることはない。
たとえば、周波数解析ごとに不要信号レベルおよびスレッショルド値ＴｈＵをメモリ４に記憶しておき、スレッショルド値設定部５において、各不要信号レベルを、対応する時点でのスレッショルド値ＴｈＵとそれぞれ比較し、スレッショルド値ＴｈＵを超えない不要信号レベルを選別してから平均値を算出してもよい。
Here, only the signal level that does not exceed the threshold value ThU among the levels of the unnecessary signal SU detected by the unnecessary signal
For example, the unnecessary signal level and the threshold value ThU are stored in the memory 4 for each frequency analysis, and the threshold value setting unit 5 compares each unnecessary signal level with the threshold value ThU at the corresponding time point. The average value may be calculated after selecting unnecessary signal levels that do not exceed ThU.
また、ランダム雑音信号の包絡線がレイリー分布にしたがう場合のスレッショルド値ＴＵの設定方法について説明したが、ワイブル分布など、他の確率分布にしたがう場合においても、同様の方法でスレッショルド値ＴＵを設定することができる。 Although the envelope of the random noise signal has been described how to set the threshold value T U in the case according to the Rayleigh distribution, etc. Weibull distribution, in the case according to another probability distributions also a threshold value T U in a similar manner Can be set.
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、周波数変調を施した送信信号を目標物体に向けて放射し、目標物体で反射された送信信号の反射信号を受信して、受信信号と送信信号とのビート信号を周波数解析して目標物体との距離や相対速度などを計測する周波数変調レーダ装置において、ランダム雑音以外の不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数に対しては、不要信号成分およびランダム雑音成分の各大きさＵ、Ｎに基づいてスレッショルド値ＴｈＵを設定するので、不要信号成分やランダム雑音成分の大きさＵ、Ｎに応じて、誤警報確率を適切に保ちながら良好に不要信号の誤検知を抑制することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, a transmission signal subjected to frequency modulation is radiated toward a target object, a reflection signal of the transmission signal reflected by the target object is received, and a reception signal is received. In the frequency modulation radar apparatus that measures the distance and relative speed with respect to the target object by frequency analysis of the beat signal of the transmission signal and the transmission signal, the beat frequency is known to generate an unnecessary signal SU other than random noise. Sets the threshold value ThU based on the magnitudes U and N of the unwanted signal component and the random noise component, so that the false alarm probability is appropriately set according to the magnitudes U and N of the unwanted signal component and the random noise component. It is possible to suppress the erroneous detection of the unnecessary signal while maintaining it.
また、ビート信号Ｂに含まれるランダム雑音成分の大きさＮを周波数解析ごとに逐次検出し、検出されたランダム雑音成分の大きさＮに応じて適応的にスレッショルド値ＴｈＵを設定するので、温度変化や経年変化などによりランダム雑音成分の大きさＮが変化した場合においても、良好に不要信号の誤検知を抑制することができる。 In addition, the magnitude N of the random noise component included in the beat signal B is sequentially detected for each frequency analysis, and the threshold value ThU is adaptively set according to the detected magnitude N of the random noise component. Even when the magnitude N of the random noise component changes due to aging or the like, erroneous detection of unnecessary signals can be satisfactorily suppressed.
また、不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数の信号レベルを、過去の所定観測回数分にわたってメモリ４に記憶しておき、記憶された信号レベルＵｉのうち、スレッショルド値ＴｈＵを超えない信号レベルの平均値を不要信号成分の大きさＵとして認識するので、不要信号成分の大きさＵを精度よく検出することが可能となるうえ、温度変化や経年変化などにより不要信号成分の大きさＵが変化した場合にも、不要信号成分の大きさＵを検出することが可能となり、不要信号の誤検知を精度よく、且つ温度変化や経年変化にも対応して良好に抑制することができる。 In addition, the signal level of the beat frequency at which the unnecessary signal SU is known to be generated is stored in the memory 4 for the past predetermined number of observations, and the threshold value ThU is not exceeded among the stored signal levels Ui. Since the average value of the signal level is recognized as the size U of the unnecessary signal component, it is possible to accurately detect the size U of the unnecessary signal component, and the size of the unnecessary signal component due to temperature change or secular change. Even when U changes, it is possible to detect the magnitude U of the unnecessary signal component, and it is possible to accurately suppress erroneous detection of the unnecessary signal in response to temperature change and secular change. .
また、不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数の信号レベルが、スレッショルド値ＴｈＵを超えない場合に、その信号レベルの大きさを過去の所定回数分にわたってメモリ４に記憶しておき、記憶された信号レベルの平均値を不要信号成分の大きさＵとして認識するので、より少ない記憶容量で無駄なく不要信号成分の大きさＵを検出することが可能となり、処理時間の短縮およびコストの削減が可能となる。 Further, when the signal level of the beat frequency that is known to generate the unnecessary signal SU does not exceed the threshold value ThU, the magnitude of the signal level is stored in the memory 4 for the past predetermined number of times, Since the average value of the stored signal levels is recognized as the size U of the unnecessary signal component, it is possible to detect the size U of the unnecessary signal component with less storage capacity and without waste, reducing processing time and cost. Reduction is possible.
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１（図１）では、ランダム雑音レベル検出部６を設けたが、ランダム雑音レベル検出部６を省略してもよい。
図４はランダム雑音レベル検出部６を省略したこの発明の実施の形態２に係る周波数変調レーダの信号処理装置を示すブロック図である。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment (FIG. 1), the random noise level detector 6 is provided, but the random noise level detector 6 may be omitted.
FIG. 4 is a block diagram showing a signal processing apparatus of a frequency modulation radar according to Embodiment 2 of the present invention in which the random noise level detection unit 6 is omitted.
図４において、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
また、スレッショルド値設定部５Ａにより不要信号レベルＵｉの平均値Ｕが算出されるまでの処理についても、前述の実施の形態１と同様なので、ここでは詳述を省略する。
In FIG. 4, the same components as those described above (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals as those described above, or “A” is appended to the reference numerals and detailed description thereof is omitted.
Further, the processing until the average value U of the unnecessary signal level Ui is calculated by the threshold value setting unit 5A is the same as that in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted here.
たとえば、メモリ４は、不要信号が発生することが既知であるビート周波数の信号レベルを過去の所定観測回数分記憶する。
スレッショルド値設定部５Ａは、メモリ４に記憶された信号レベルＵｉのうち、スレッショルド値ＴｈＵを超えない信号レベルの統計的性質に基づいて、スレッショルド値ＴｈＵを逐次更新設定する。
For example, the memory 4 stores the signal level of the beat frequency at which the unnecessary signal is known to be generated for the past predetermined number of observations.
The threshold value setting unit 5A sequentially updates and sets the threshold value ThU based on the statistical property of the signal level that does not exceed the threshold value ThU among the signal levels Ui stored in the memory 4.
また、メモリ４は、不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数の信号レベルが、スレッショルド値ＴｈＵを超えない場合に、信号レベルＵｉを過去の所定回数分にわたって記憶してもよい。
この場合、スレッショルド値設定部５Ａは、メモリ４に記憶された信号レベルＵｉの統計的性質に基づいて、スレッショルド値を逐次更新設定する。
なお、信号レベルＵｉの統計的性質は、後述するように、信号レベルＵｉの平均値Ｕおよび標準偏差ＳＤＵを含む。
Further, the memory 4 may store the signal level Ui for a predetermined number of times in the past when the signal level of the beat frequency at which the unnecessary signal SU is known to occur does not exceed the threshold value ThU.
In this case, the threshold value setting unit 5 </ b> A sequentially updates and sets the threshold value based on the statistical properties of the signal level Ui stored in the memory 4.
Note that the statistical properties of the signal level Ui, as described below, including average values U and standard deviation SD U signal level Ui.
前述のように、不要信号ＳＵの信号レベルＵｉは、本来の確定信号である不要信号成分の大きさにランダム雑音が重畳されたものとなっており、たとえばライス分布のような確率分布にしたがって変動している。 As described above, the signal level Ui of the unnecessary signal SU is obtained by superimposing random noise on the size of the unnecessary signal component which is the original definite signal, and varies according to a probability distribution such as a Rice distribution. is doing.
ここでは、信号レベルＵｉの確率分布を正規分布と見なし、不要信号レベルＵｉの標準偏差ＳＤＵを算出することにより、不要信号ＳＵを検出する近似的な誤警報確率ＰｆａＵ２を所定の値に保つようにしている。
したがって、図４内のスレッショルド値設定部５Ａは、メモリ４に記憶された不要信号レベルＵｉの平均値Ｕのみならず、標準偏差ＳＤＵも算出する。
Here, consider the probability distribution of the signal level Ui a normal distribution, by calculating the standard deviation SD U of unwanted signal level Ui, maintain an approximate probability of false alarm P FAU2 for detecting an unnecessary signal SU to a predetermined value I am doing so.
Therefore, the threshold value setting unit 5A in Figure 4, not only the mean value U of the unnecessary signal level Ui stored in the memory 4, is also calculated the standard deviation SD U.
また、不要信号ＳＵは、平均値Ｕ、標準偏差ＳＤＵからなる正規分布にしたがうことから、スレッショルド値ＴｈＵがＴＵ２であるときの不要信号ＳＵを検出する近似的な誤警報確率ＰｆａＵ２は、以下の式（４）で表される。 Also, unnecessary signal SU are average values U, since according to the normal distribution consisting of standard deviation SD U, approximate probability of false alarm P FAU2 for detecting an unnecessary signal SU when threshold value ThU is T U2 is It is represented by the following formula (4).
このように、不要信号ＳＵに関する定められた近似的な誤警報確率ＰｆａＵ２に対して、式（４）を用いて適切なスレッショルド値ＴＵ２を設定することができる。
また、こうして設定されたスレッショルド値ＴＵ２を用いることにより、目標検出部２において、不要信号ＳＵの誤警報確率ＰｆａＵ２を良好に保ちながら目標物体の検知を行うことができる。
As described above, an appropriate threshold value T U2 can be set using Equation (4) for the approximate false alarm probability P faU2 determined for the unnecessary signal SU.
In addition, by using the threshold value T U2 set in this way, the target detection unit 2 can detect the target object while maintaining the false alarm probability P faU2 of the unnecessary signal SU satisfactorily.
なお、上記実施の形態２では、不要信号レベル検出部３で検出された不要信号レベルのうち、スレッショルド値ＴｈＵを超えない信号レベルＵｉのみをメモリ４に記憶し、平均値Ｕおよび標準偏差ＳＤＵを算出したが、これに限定されるものではない。
たとえば、周波数解析ごとに不要信号レベルおよびスレッショルド値ＴｈＵをメモリ４に記憶しておき、スレッショルド値設定部５Ａにおいて、各不要信号レベルを、対応する時点でのスレッショルド値ＴｈＵとそれぞれ比較し、スレッショルド値ＴｈＵを超えない不要信号レベルＵｉを選別してから平均値Ｕおよび標準偏差ＳＤＵを算出してもよい。
While in this second embodiment, among the unnecessary signal level detected by the unnecessary signal
For example, the unnecessary signal level and the threshold value ThU are stored in the memory 4 for each frequency analysis, and the threshold value setting unit 5A compares each unnecessary signal level with the threshold value ThU at the corresponding time point. after selecting the unwanted signal level Ui not exceeding ThU may calculate the average value U and the standard deviation SD U.
また、不要信号レベルＵｉがしたがうと見なした正規分布の標準偏差ＳＤＵを用いてスレッショルド値ＴＵ２を設定したが、標準偏差ＳＤＵではなく、不要信号レベルＵｉの分散を用いてもよく、同様にスレッショルド値ＴＵ２を設定できることは言うまでもない。 Although setting the threshold value T U2 using the standard deviation SD U of normal distribution was considered according unwanted signal level Ui, the standard deviation SD U no may be used a dispersion of the unnecessary signal level Ui, It goes without saying that the threshold value TU2 can be set similarly.
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、ランダム雑音以外の不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数の信号レベルＵｉを過去の所定観測回数分にわたってメモリ４に記憶しておき、記憶された信号レベルＵｉのうち、スレッショルド値ＴｈＵを超えない信号レベルの統計的性質に基づいて、スレッショルド値ＴｈＵを逐次更新設定するので、前述のランダム雑音成分の大きさＮを必要とせずに、スレッショルド値ＴｈＵを設定することが可能となり、より少ない処理時間で、且つ簡易で安価な構成で不要信号ＳＵの誤検知を良好に抑制することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the signal level Ui of the beat frequency that is known to generate the unnecessary signal SU other than the random noise is stored in the memory 4 for the past predetermined number of observations. Since the threshold value ThU is sequentially updated based on the statistical properties of the signal level that does not exceed the threshold value ThU among the stored signal levels Ui, the magnitude N of the random noise component described above is required. Therefore, the threshold value ThU can be set, and erroneous detection of the unnecessary signal SU can be satisfactorily suppressed with a simple and inexpensive configuration with less processing time.
また、メモリ４は、不要信号ＳＵが発生することが既知であるビート周波数の信号レベルのうち、スレッショルド値ＴｈＵを超えない信号レベルＵｉを過去の所定回数分にわたって記憶し、スレッショルド値設定部５Ａは、記憶された信号レベルＵｉの統計的性質に基づいて、スレッショルド値ＴｈＵを逐次更新設定するので、より少ない記憶容量で無駄なく不要信号成分の大きさを検出することが可能となり、処理時間の短縮およびコストの削減が可能となる。 The memory 4 stores the signal level Ui that does not exceed the threshold value ThU among the signal levels of the beat frequency at which the unnecessary signal SU is known to be generated, for a predetermined number of times in the past, and the threshold value setting unit 5A Since the threshold value ThU is sequentially updated based on the statistical properties of the stored signal level Ui, it is possible to detect the size of unnecessary signal components with less storage capacity and less processing time. In addition, the cost can be reduced.
また、信号レベルＵｉの統計的性質は、平均値Ｕおよび標準偏差ＳＤＵを含むので、不要信号成分の大きさを精度よく検出することが可能となるうえ、温度変化や経年変化などによる不要信号成分の大きさが変化した場合にも、不要信号成分の大きさを検出することが可能となる。
さらに、不要信号レベルＵｉが正規分布にしたがうものと近似してスレッショルド値ＴｈＵを設定することにより、より少ない計算量および処理時間で良好に不要信号の誤検知を抑制することができる。
Furthermore, statistical properties of the signal level Ui, since it includes the average U and standard deviation SD U, after which it is possible to accurately detect the magnitude of the unwanted signal component, undesired signal due to temperature changes and aging Even when the component size changes, the size of the unnecessary signal component can be detected.
Further, by setting the threshold value ThU by approximating that the unnecessary signal level Ui follows a normal distribution, erroneous detection of unnecessary signals can be suppressed well with a smaller calculation amount and processing time.
１ 周波数解析部、２ 目標検出部、３ 不要信号レベル検出部、４ メモリ、５、５Ａ スレッショルド値設定部、６ ランダム雑音レベル検出部、Ｂ ビート信号、ＦＰＵ 不要信号レベルの確率密度関数、ＦＰＮ ランダム雑音レベルの確率密度関数、Ｎｉ ランダム雑音レベル、Ｎ ランダム雑音成分の大きさ、Ｕｉ 不要信号レベル、Ｕ 不要信号成分の大きさ、ＳＵ 不要信号、ＴｈＵ スレッショルド値。 1 frequency analysis unit, 2 target detection unit, 3 unnecessary signal level detection unit, 4 memory, 5A threshold value setting unit, 6 random noise level detection unit, B beat signal, FPU unnecessary signal level probability density function, FPN random Probability density function of noise level, Ni random noise level, N random noise component size, Ui unnecessary signal level, U unnecessary signal component size, SU unnecessary signal, ThU threshold value.
Claims (7)
前記ビート信号の周波数を解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部の解析結果に基づいて前記目標物体を検出する目標検出部と、
前記周波数解析部の解析結果からランダム雑音のレベルを検出するランダム雑音レベル検出部と、
前記周波数解析部の解析結果から前記ランダム雑音以外の不要信号のレベルを検出する不要信号レベル検出部と、
前記ランダム雑音および前記不要信号の各レベルに基づいて、前記不要信号を除去するためのスレッショルド値を設定するスレッショルド値設定部と、を備え、
前記スレッショルド値設定部は、前記不要信号が発生することが既知であるビート周波数に対しては、前記不要信号および前記ランダム雑音の各成分の大きさに基づいて前記スレッショルド値を設定し、
前記目標検出部は、前記スレッショルド値を用いて前記目標物体を検出することを特徴とする周波数変調レーダの信号処理装置。 A transmission signal subjected to frequency modulation is radiated toward a target object, a reflection signal of the transmission signal reflected by the target object is received, and a beat signal of the reception signal and the transmission signal is frequency-analyzed and In the signal processing device of the frequency modulation radar device that measures the distance or relative velocity of the target object,
A frequency analysis unit for analyzing the frequency of the beat signal;
A target detection unit for detecting the target object based on the analysis result of the frequency analysis unit;
A random noise level detector for detecting the level of random noise from the analysis result of the frequency analyzer;
An unnecessary signal level detection unit for detecting a level of an unnecessary signal other than the random noise from the analysis result of the frequency analysis unit;
A threshold value setting unit configured to set a threshold value for removing the unnecessary signal based on each level of the random noise and the unnecessary signal;
The threshold value setting unit sets the threshold value based on the magnitude of each component of the unnecessary signal and the random noise for a beat frequency at which the unnecessary signal is known to occur,
The signal processing apparatus of a frequency modulation radar, wherein the target detection unit detects the target object using the threshold value.
前記スレッショルド値設定部は、前記ランダム雑音レベル検出部により検出されたランダム雑音成分の大きさに応じて、適応的に前記スレッショルド値を設定することを特徴とする請求項１に記載の周波数変調レーダの信号処理装置。 The random noise level detection unit sequentially detects the level of the random noise component included in the beat signal for each frequency analysis,
2. The frequency modulation radar according to claim 1, wherein the threshold value setting unit adaptively sets the threshold value according to a size of a random noise component detected by the random noise level detection unit. Signal processing equipment.
前記スレッショルド値設定部は、前記メモリに記憶された信号レベルのうち、前記スレッショルド値を超えない信号レベルの平均値を不要信号成分の大きさとして認識することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の周波数変調レーダの信号処理装置。 A memory for storing a signal level of a beat frequency that is known to generate an unnecessary signal other than the random noise for a predetermined number of past observations,
The threshold value setting unit recognizes an average value of signal levels not exceeding the threshold value among signal levels stored in the memory as a magnitude of an unnecessary signal component. 3. A signal processing apparatus for a frequency modulation radar according to 2.
前記スレッショルド値設定部は、前記メモリに記憶された信号レベルの平均値を不要信号成分の大きさとして認識することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の周波数変調レーダの信号処理装置。 When the signal level of a beat frequency that is known to generate an unnecessary signal other than the random noise does not exceed the threshold value, the memory includes a memory that stores the signal level for a predetermined number of times in the past,
3. The signal processing of the frequency modulation radar according to claim 1, wherein the threshold value setting unit recognizes an average value of the signal levels stored in the memory as a size of an unnecessary signal component. 4. apparatus.
前記ビート信号の周波数を解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部の解析結果に基づいて前記目標物体を検出する目標検出部と、
前記周波数解析部の解析結果からランダム雑音以外の不要信号のレベルを検出する不要信号レベル検出部と、
前記不要信号が発生することが既知であるビート周波数の信号レベルを過去の所定観測回数分記憶するメモリと、
前記メモリに記憶された信号レベルに基づいて、前記不要信号を除去するためのスレッショルド値を設定するスレッショルド値設定部と、を備え、
前記スレッショルド値設定部は、前記メモリに記憶された信号レベルのうち、前記スレッショルド値を超えない信号レベルの統計的性質に基づいて前記スレッショルド値を逐次設定することを特徴とする周波数変調レーダの信号処理装置。 A transmission signal subjected to frequency modulation is radiated toward a target object, a reflection signal of the transmission signal reflected by the target object is received, and a beat signal of the reception signal and the transmission signal is frequency-analyzed and In the signal processing device of the frequency modulation radar device that measures the distance or relative velocity of the target object,
A frequency analysis unit for analyzing the frequency of the beat signal;
A target detection unit for detecting the target object based on the analysis result of the frequency analysis unit;
An unnecessary signal level detection unit that detects the level of unnecessary signals other than random noise from the analysis result of the frequency analysis unit,
A memory for storing a signal level of a beat frequency at which the unnecessary signal is known to be generated for a predetermined number of past observations;
A threshold value setting unit that sets a threshold value for removing the unnecessary signal based on the signal level stored in the memory;
The threshold value setting unit sequentially sets the threshold value based on a statistical property of a signal level not exceeding the threshold value among the signal levels stored in the memory. Processing equipment.
前記ビート信号の周波数を解析する周波数解析部と、
前記周波数解析部の解析結果に基づいて前記目標物体を検出する目標検出部と、
前記周波数解析部の解析結果からランダム雑音以外の不要信号のレベルを検出する不要信号レベル検出部と、
前記メモリに記憶された信号レベルに基づいて、前記不要信号を除去するためのスレッショルド値を設定するスレッショルド値設定部と、
前記不要信号が発生することが既知であるビート周波数の信号レベルが、前記スレッショルド値を超えない場合に、前記信号レベルを過去の所定回数分記憶するメモリと、を備え、
前記スレッショルド値設定部は、前記メモリに記憶された信号レベルの統計的性質に基づいて前記スレッショルド値を逐次設定することを特徴とする周波数変調レーダの信号処理装置。 A transmission signal subjected to frequency modulation is radiated toward a target object, a reflection signal of the transmission signal reflected by the target object is received, and a beat signal of the reception signal and the transmission signal is frequency-analyzed and In the signal processing device of the frequency modulation radar device that measures the distance or relative velocity of the target object,
A frequency analysis unit for analyzing the frequency of the beat signal;
A target detection unit for detecting the target object based on the analysis result of the frequency analysis unit;
An unnecessary signal level detection unit that detects the level of unnecessary signals other than random noise from the analysis result of the frequency analysis unit,
A threshold value setting unit for setting a threshold value for removing the unnecessary signal based on the signal level stored in the memory;
A memory that stores the signal level for a predetermined number of times when the signal level of the beat frequency at which the unnecessary signal is known to occur does not exceed the threshold value,
The signal processing device for a frequency modulation radar, wherein the threshold value setting unit sequentially sets the threshold value based on a statistical property of a signal level stored in the memory.
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