JP2006266907A - レーダ装置およびそのレーダ信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】距離と相対距離の大小関係に係わらず、距離と相対速度とを取り違えることのないレーダ装置を得る。
【解決手段】複数の算出式によりターゲットの距離Ｒまたは相対速度Ｖを算出する距離・速度算出手段３０３と、算出された距離または相対速度から次回観測時点における予測距離算出式を求める予測手段３０４と、現観測時点の距離算出式が予測距離算出式と等しいか否かを判定する相関判定手段３０５と、予測距離算出式と等しい場合のみに算出結果を出力するターゲット選択手段３０６とを備えている。予測手段３０４が次回観測時点における距離および相対速度と距離算出式を予測して、相関判定手段３０５が現観測時点の結果と予測手段３０４の結果について相関を判定し、ターゲット選択手段３０６が相関判定手段３０５の判定結果を受けて相関がある現時点の算出結果のみを出力する。
【選択図】図３

Description

この発明は、たとえば車両などの移動体に搭載されるレーダ装置であって、検知対象となる物体（以下、「ターゲット」と記す）を検知して、ターゲットの距離や相対速度を測定するためのレーダ装置およびそのレーダ信号処理方法に関するものである。

一般に、車両などの移動体に搭載されるこの種のレーダ装置においては、ターゲットの検知距離範囲が数ｍ〜数百ｍ程度であることから、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式でターゲットの距離・相対速度を測定している。

従来のレーダ装置およびそのレーダ信号処理方法によれば、送信信号として、時間経過につれて周波数が高くなるアップ変調期間と、時間経過につれて周波数が低くなるダウン変調期間とからなる連続波（ＦＭＣＷ）信号を使用し、ターゲットの距離Ｒおよび相対速度Ｖを、以下の式（１）、（２）により算出している（たとえば、特許文献１参照）。

Ｒ＝（ｆＵ＋ｆＤ）／（２×Ｋｒ） ・・・（１）
Ｖ＝（ｆＵ−ｆＤ）／（２×Ｋｖ） ・・・（２）

ただし、式（１）、（２）において、ｆＵはアップ変調期間に観測されるビート周波数、ｆＤはダウン変調期間に観測されるビート周波数である。
また、Ｋｒは距離から周波数への換算係数であり、Ｋｖは相対速度から周波数への換算係数である。

なお、上記特許文献１においては、ターゲットの検知性能を向上させるために、或る観測時点（現観測時点）で算出されたターゲットの距離Ｒおよび相対速度Ｖから、次回観測時点における距離Ｒおよび相対速度Ｖを予測するとともに、上記式（１）、（２）に基づいて次回観測時点におけるビート周波数ｆＵ、ｆＤを予測し、次回観測時点で得られる複数のビート周波数ｆＵ、ｆＤのうち、予測値に近いビート周波数ｆＵ、ｆＤを選択して距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出している。

特開平１１−２７１４２９号公報

従来のレーダ装置およびそのレーダ信号処理方法では、ＦＭＣＷ方式の原理上、ターゲットの距離Ｒおよび相対速度Ｖに関する大小関係から、常に上記式（１）、（２）から距離Ｒおよび相対速度Ｖが算出されるとは限らないので、特に距離Ｒおよび相対速度Ｖの算出値が近似している場合には、距離Ｒと相対速度Ｖとを取り違えてしまう可能性があるという課題があった。

この発明は、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、或る観測時点で算出された距離および相対速度から、次回観測時点での予測距離算出式を求めて、次回観測時点では、予測距離算出式と同じ式による距離の算出結果を選択することにより、距離および相対速度の大小関係に関わらず距離と相対速度とを取り違えることなく、正確にターゲットを検知することのできるレーダ装置およびそのレーダ信号処理方法を得ることを目的とする。

この発明によるレーダ装置は、アップ変調期間およびダウン変調期間からなる周波数変調された送信信号に基づく送信波をターゲットに照射して、ターゲットからの反射波を受信信号として受信し、送信信号および受信信号をミキシングして生成されるビート信号を観測することによりターゲットを検知し、ターゲットとの距離または相対速度を測定するためのレーダ装置であって、現観測時点における１つのターゲットに対する候補として、複数の算出式により１つのターゲットとの距離または相対速度を算出する距離・相対速度算出手段と、現観測時点で算出された距離または相対速度から、次回観測時点における予測距離算出式を求める予測手段と、現観測時点の距離算出式が、前回観測時点から予測された現観測時点における予測距離算出式と等しいか否かを判定する相関判定手段と、現観測時点の距離算出式が前回観測時点から予測された予測距離算出式と等しい場合のみに距離・相対速度算出手段の算出結果を出力するターゲット選定手段とを備えたものである。

この発明によれば、距離および相対速度の大小関係に関わらず、距離と相対速度とを取り違えることなく正確にターゲットを検知することができる。

実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係るレーダ装置を示すブロック構成図である。
図１において、ターゲット１００を検知するためのレーダ装置は、制御部１０１と、電圧発生回路１０２と、電圧制御発振器（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１０３と、分配回路１０４と、サーキュレータ１０５と、送受信兼用のアンテナ１０６と、ミキサ１０７と、アンプ１０８と、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）１０９と、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器１１０と、メモリ１１１と、信号処理部１１２とにより構成されている。

電圧発生回路１０２は、制御部１０１の制御下で制御電圧ａを発生し、ＶＣＯ１０３は、制御電圧ａに応じて、アップ変調期間Ｔｕおよびダウン変調期間Ｔｄからなる周波数変調されたＦＭＣＷ信号ｂを出力する。
分配回路１０４は、ＶＣＯ１０３からのＦＭＣＷ信号ｂに基づく送信信号Ｗ１をサーキュレータ１０５およびミキサ１０７に分配する。
サーキュレータ１０５は、送信時においては、送信信号Ｗ１をアンテナ１０６に送出し、受信時においては、アンテナ１０６から受信される受信信号Ｗ１をミキサ１０７に入力する。

アンテナ１０６は、サーキュレータ１０５からの送信信号Ｗ１に基づく送信波Ｘ１をターゲット１００に照射するとともに、ターゲット１００からの反射波Ｘ２を受信信号Ｗ２として受信する。
受信信号Ｗ２は、サーキュレータ１０５を介してミキサ１０７に入力され、ミキサ１０７において、送信信号Ｗ１（ローカル信号）とミキシングされる。
ミキサ１０７は、送信信号Ｗ１および受信信号Ｗ２をミキシングして、アップ変調期間Ｔｕおよびダウン変調期間Ｔｄに応じたビート周波数ｆｃを有するビート信号ｃを生成する。ビート信号ｃは、アンプ１０８、ＢＰＦ１０９、ＡＤ変換器１１０およびメモリ１１１を介して信号処理部１１２に入力される。

信号処理部１１２は、ビート信号ｃを観測することにより、ターゲット１００を検知してターゲット１００との距離Ｒまたは相対速度Ｖを測定し、測定結果を外部装置（移動体の運動制御装置や表示装置など）に出力する。
信号処理部１１２は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、または、ＣＰＵおよびＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により構成されており、後述するように、距離・相対速度算出手段と、予測手段と、相関判定手段と、ターゲット選定手段とを備えている。

信号処理部１１２内において、距離・相対速度算出手段は、現観測時点における１つのターゲット１００に対する候補として、複数の算出式により１つのターゲット１００との距離Ｒまたは相対速度Ｖを算出する。
予測手段は、現観測時点で算出された距離Ｒまたは相対速度Ｖから、次回観測時点における予測距離算出式を求める。
相関判定手段は、現観測時点の距離算出式が、前回観測時点から予測された現観測時点における予測距離算出式と等しいか否かを判定する。
ターゲット選定手段は、現観測時点の距離算出式が前回観測時点から予測された予測距離算出式と等しい場合のみに距離・相対速度算出手段の算出結果（距離Ｒ、相対速度Ｖ）を出力する。

次に、図２を参照しながら、図１に示したこの発明の実施の形態１による回路動作について説明する。
図２は図１内の各信号の電圧波形および周波数波形を示す説明図である。
図２において、まず、電圧発生回路１０２は、制御部１０１の制御下で動作タイミングなどが制御されることにより、アップ変調期間Ｔｕおよびダウン変調期間Ｔｄからなる時間的に三角波状に変化する制御電圧ａを生成してＶＣＯ１０３に印加する。

ＶＣＯ１０３は、印加された制御電圧ａに応じて、周波数が時間的に変化する周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）からなるＦＭＣＷ信号ｂを生成し、分配回路１０４に入力する。
分配回路１０４は、ＦＭＣＷ信号ｂを送信信号Ｗ１としてサーキュレータ１０５およびミキサ１０７に分配する。
ＦＭＣＷ信号ｂの周波数ｆｂの時間変化は、図２内の実線（送信信号Ｗ１に相当）で示すように、アップ変調期間Ｔｕおよびダウン変調期間Ｔｄに対応した波形となる。

分配回路１０４は、ＶＣＯ１０３から入力されたＦＭＣＷ信号ｂの一部を、送信信号Ｗ１としてサーキュレータ１０５を介してアンテナ１０６に送出し、残りのＦＭＣＷ信号ｂ（送信信号Ｗ１）をローカル信号としてミキサ１０７に送出する。
アンテナ１０６は、サーキュレータ１０５を介して入力された送信信号Ｗ１を送信波Ｘ１として空間に放射する。
このとき、送信波Ｘ１の照射方向にターゲット１００などの電波反射物が存在すれば、放射された送信波Ｘ１の一部がターゲット１００などで反射して反射波Ｘ２となり、再び空間を伝播してアンテナ１０６に到達し、図２内の破線で示すように、受信信号Ｗ２となって受信される。

アンテナ１０６から受信された受信信号Ｗ２は、サーキュレータ１０５を介してミキサ１０７に入力される。
ミキサ１０７は、受信信号Ｗ２（図２内の破線参照）と、分配回路１０４からの送信信号Ｗ１（図２内の実線参照）のローカル信号とのミキシングを行い、ビート信号ｃを生成する。
ビート信号ｃの時間に対する周波数変化は、図２においてビート周波数ｆｃとして示されている。

ミキサ１０７で生成されたビート信号ｃは、アンプ１０８で増幅され、ＢＰＦ１０９で不要な周波数成分を除去された後、ＡＤ変換器１１０に入力される。
ＡＤ変換器１１０は、制御部１０１の制御下で、制御電圧ａのアップ変調期間Ｔｕおよびダウン変調期間Ｔｄの両方の観測期間に同期して、ビート信号ｃを取り込み、デジタル電圧値Ｄｃに変換してメモリ１１１に入力する。

メモリ１１１は、制御部１０１の制御下で、制御電圧ａのアップ変調期間Ｔｕおよびダウン変調期間Ｔｄの両方の観測期間に同期して書き込み状態となり、ＡＤ変換器１１０から入力されるビート信号ｃのデジタル電圧値Ｄｃを記録する。
また、メモリ１１１は、制御部１０１の制御下で、制御電圧ａのアップ変調期間Ｔｕおよびダウン変調期間Ｔｄの両方の観測期間が終了すると、記録したデジタル電圧値Ｄｃの読み出しが可能な状態となる。

信号処理部１１２は、制御部１０１の制御下で、制御電圧ａのアップ変調期間Ｔｕおよびダウン変調期間Ｔｄの両方の観測期間が終了した時点で、アップ変調におけるビート信号ｃのデジタル電圧値Ｄｃｕと、ダウン変調におけるビート信号ｃのデジタル電圧値Ｄｃｄとを取り込み、ターゲット１００の距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出し、その算出結果を外部装置に出力する。

次に、図３を参照しながら、図１内の信号処理部１１２の機能構成について具体的に説明する。
図３は信号処理部１１２の機能構成を示すブロック図である。
図３において、信号処理部１１２は、制御部１０１の制御下で機能する信号処理制御部３００と、信号処理制御部３００を介して制御される周波数分析手段３０１、周波数抽出手段３０２、距離・速度算出手段３０３、予測手段３０４、相関判定手段３０５およびターゲット選択手段３０６とを備えている。

周波数分析手段３０１は、メモリ１１１内のデジタル電圧値Ｄｃを読み取って周波数を分析する。
周波数抽出手段３０２は、周波数分析手段３０１の分析結果に基づくビート周波数ｆＣを抽出する。
距離・速度算出手段３０３は、距離Ｒまたは相対速度Ｖを算出して予測手段３０４に入力する。

予測手段３０４は、今回の算出結果（距離Ｒ、相対速度Ｖ）に基づく次回観測時点での予測結果（距離算出式）をメモリ１１１に入力する。
相関判定手段３０５は、メモリ１１１内の距離算出式を参照して、現観測時点の距離算出式が、前回観測時点から予測された現観測時点における予測距離算出式と等しいか否かを判定する。
ターゲット選択手段３０６は、相関判定手段３０５の判定結果とメモリ１１１の内容とから、検知対象となるターゲット１００を選択する。

次に、図１および図２とともに、図４のフローチャートを参照しながら、図３に示したこの発明の実施の形態１に係る信号処理部１１２の信号処理動作について説明する。
まず、制御部１０１は、アップ変調期間Ｔｕでビート信号ｃのデジタル電圧値Ｄｃをメモリ１１１に記録させ、ダウン変調期間Ｔｄでビート信号ｃのデジタル電圧値Ｄｃをメモリ１１１に記録させる（ステップＳ１）。

続いて、信号処理制御部３００は、ステップＳ１によるビート信号ｃの記録処理が終了した時点で、制御部１０１の制御下で、信号処理部１１２内の全体の制御を開始する。
まず、周波数分析手段３０１は、信号処理制御部３００の制御下で、メモリ１１１からビート信号のデジタル電圧値Ｄｃを読出し、ビート信号ｃを周波数スペクトルに変換する（ステップＳ２）。
このとき、たとえばフーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理などを行うことにより、アップ変調期間Ｔｕにおけるビート信号ｃの周波数スペクトルと、ダウン変調期間Ｔｄにおけるビート信号ｃの周波数スペクトルとを取得する。

また、周波数抽出手段３０２は、信号処理制御部３００の制御下で、ステップＳ２で取得した周波数スペクトルから、たとえば、あらかじめ設定されたしきい値よりも大きなスペクトル振幅値に対して最大ピーク検知を行うなどにより、ターゲット１００に対応すると思われるビート周波数ｆＣを抽出し、距離・速度算出手段３０３に入力する（ステップＳ３）。

すなわち、ステップＳ２、Ｓ３において、ターゲット１００に対応するアップ変調期間Ｔｕのビート周波数ｆＵ（ｉ）｛ｉ＝１〜Ｉ｝と、ターゲット１００に対応するダウン変調期間Ｔｄのビート周波数ｆＤ（ｊ）｛ｊ＝１〜Ｊ｝とが、周波数分析手段３０１から、周波数抽出手段３０２を介して距離・速度算出手段３０３に入力される。

ここで、予測手段３０４、相関判定手段３０５およびターゲット選択手段３０６で使用されるターゲット候補データセットについて説明する。
ターゲット候補データセットは、データ要素として、或る観測時点ｋにおける距離Ｒｏ（ｋ）、相対速度Ｖｏ（ｋ）および距離算出式Ｅｏ（ｋ）と、検知判定フラグＤ（ｋ）、距離Ｒ（ｋ）および相対速度Ｖ（ｋ）から予測された次回観測時点ｋ＋１における予測距離Ｒ１（ｋ）、予測相対速度Ｖ１（ｋ）および予測距離算出式Ｅ１（ｋ）とを有する。

また、ターゲット候補データセットは複数存在しており、たとえば、ｎ番目のターゲット候補データセットＴＣＤＳ（ｋ）［ｎ］は、以下の式のように表現されて、メモリ１１１に確保される。ただし、以下の式において、ｎ＝１〜Ｎである。

ＴＣＤＳ（ｋ）［ｎ］＝｛Ｒｏ（ｋ）［ｎ］、Ｖｏ（ｋ）［ｎ］、Ｅｏ（ｋ）［ｎ］、Ｄ（ｋ）［ｎ］、Ｒ１（ｋ）［ｎ］、Ｖ１（ｋ）［ｎ］、Ｅ１（ｋ）［ｎ］｝

次に、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置における距離Ｒおよび相対速度Ｖの測定原理について説明する。
なお、以下の説明において、相対速度Ｖは、接近する場合に負（＜０）の値を示すものと定義する。
ＦＭＣＷ方式のレーダ装置においては、距離Ｒ、相対速度Ｖのターゲット１００に対して、アップ変調期間Ｔｕでのビート周波数ｆｕおよびダウン変調期間Ｔｄでのビート周波数ｆｄは、距離から周波数への換算係数Ｋｒと、速度から周波数への換算係数Ｋｖとを用いて、それぞれ、以下の式（３）、（４）で表わされる。

ｆｕ＝−Ｋｒ×Ｒ−Ｋｖ×Ｖ ・・・（３）
ｆｄ＝Ｋｒ×Ｒ−Ｋｖ×Ｖ ・・・（４）

ただし、式（３）、（４）が成立するのは、ビート信号ｃが複素信号として観測される場合である。
したがって、式（３）、（４）を成立させるためには、複素信号の実部に相当する信号と、複素信号の虚部に相当する信号との両方の信号を生成して記録する必要があり、これを実現するためには、２系統の受信回路が必要となる。

しかし、装置の小型化が望まれる車両などへの搭載用レーダにおいては、１系統の受信回路を用いて、複素信号の実部に相当する信号のみを生成して記録することが多い。
この場合、距離Ｒ、相対速度Ｖのターゲット１００に対して、アップ変調期間Ｔｕのビート周波数ｆＵおよびダウン変調期間Ｔｄのビート周波数ｆＤは、以下の式（５）、（６）で表わされる。

ｆＵ＝｜ｆｕ｜＝｜−Ｋｒ×Ｒ−Ｋｖ×Ｖ｜ ・・・（５）
ｆＤ＝｜ｆｄ｜＝｜Ｋｒ×Ｒ−Ｋｖ×Ｖ｜ ・・・（６）

ただし、式（５）、（６）において、Ｋｒ＞０、Ｒ＞０、Ｋｖ＞０である。
また、アップ／ダウン変調期間Ｔｕ、Ｔｄのビート周波数ｆＵ、ｆＤの関係が、ｆＵ＞ｆＤであれば、Ｖ＞０となり、ｆＵ＜ｆＤであれば、Ｖ＜０となる性質がある。
したがって、Ｋｒ×Ｒ＞｜Ｋｖ×Ｖ｜の場合には、上記式（１）、（２）の関係が成立するが、Ｋｒ×Ｒ＜｜Ｋｖ×Ｖ｜の場合には、以下の式（７）、（８ａ）、（８ｂ）が成立する。

Ｒ＝｜ｆＵ−ｆＤ｜／（２×Ｋｒ） ・・・（７）
Ｖ＝（ｆＵ＋ｆＤ）／（２×Ｋｖ） （ｆＵ＞ｆＤの場合）・・・（８ａ）
Ｖ＝−（ｆＵ＋ｆＤ）／（２×Ｋｖ） （ｆＵ＜ｆＤの場合）・・・（８ｂ）

すなわち、Ｋｒ×Ｒの値と｜Ｋｖ×Ｖ｜の値との大小関係によって、上記式（１）、（２）によって距離Ｒおよび相対速度Ｖが算出される場合と、式（７）、（８ａ）、（８ｂ）によって距離Ｒおよび相対速度Ｖが算出される場合が存在することになる。

上記性質を踏まえて、信号処理部１１２内の距離・速度算出手段３０３は、信号処理制御部３００の制御下で、周波数抽出手段３０２から入力されたビート周波数ｆＣから距離および相対速度を算出し、予測手段３０４に入力する（ステップＳ４）。

すなわち、ステップＳ４において、距離・速度算出手段３０３は、アップ／ダウン変調期間Ｔｕ、Ｔｄでのビート周波数ｆＵ（ｉ）｛ｉ＝１〜Ｉ｝およびｆＤ（ｊ）｛ｊ＝１〜Ｊ｝に基づき、現観測時点ｋにおける距離として、上記式（１）による距離Ｒａｄｄ（ｋ）を算出し、現観測時点ｋにおける相対速度として、上記式（２）による相対速度Ｖｓｕｂ（ｋ）を算出し、次回観測時点における予測演算を行うための予測手段３０４に入力する。

また、ステップＳ４において、距離・速度算出手段３０３は、現観測時点ｋにおける距離として、上記式（７）による距離Ｒｓｕｂ（ｋ）を算出し、現観測時点ｋにおける相対速度として、上記式（８ａ）または（８ｂ）による相対速度Ｖａｄｄ（ｋ）を算出し、予測手段３０４に入力する。

予測手段３０４は、信号処理制御部３００の制御下で、距離・速度算出手段３０３で算出された現観測時点ｋにおける距離Ｒａｄｄ（ｋ）および相対速度Ｖｓｕｂ（ｋ）から、たとえば、公知の予測フィルタ技術（α−βフィルタやカルマンフィルタなど）を利用して、次回観測時点ｋ＋１における予測距離Ｒ１ａｄｄ（ｋ）および予測相対速度Ｖ１ｓｕｂ（ｋ）を算出する。
また、予測手段３０４は、Ｋｒ×Ｒ１ａｄｄ（ｋ）の値と｜Ｋｖ×Ｖ１ｓｕｂ（ｋ）｜の値との大小関係から、次回観測時点ｋ＋１における距離算出式が、上記式（１）と同一であるか、上記式（７）と同一であるかを予測する（ステップＳ５）。

そして、以下の式（９）〜（１３）、（１４ａ）、（１４ｂ）で表されるデータ、すなわち、距離Ｒａｄｄ（ｋ）、相対速度Ｖｓｕｂ（ｋ）、距離算出式が足し算（ａｄｄとする）、予測距離Ｒ１ａｄｄ（ｋ）、予測相対速度Ｖ１ｓｕｂ（ｋ）、予測距離算出式（足し算、または引き算）を、ターゲット候補データセットに加える。

Ｒｏ（ｋ）［ｎ］＝Ｒａｄｄ（ｋ） ・・・（９）
Ｖｏ（ｋ）［ｎ］＝Ｖｓｕｂ（ｋ） ・・・（１０）
Ｅｏ（ｋ）［ｎ］＝ａｄｄ ・・・（１１）
Ｒ１（ｋ）［ｎ］＝Ｒ１ａｄｄ（ｋ） ・・・（１２）
Ｖ１（ｋ）［ｎ］＝Ｖ１ｓｕｂ（ｋ） ・・・（１３）
Ｅ１（ｋ）［ｎ］＝ａｄｄ （距離算出式が式（１）と予測された場合）・・・（１４ａ）
Ｅ１（ｋ）［ｎ］＝ｓｕｂ （距離算出式が式（７）と予測された場合）・・・（１４ｂ）

また、予測手段３０４は、信号処理制御部３００の制御下で、距離・速度算出手段３０３で算出された現観測時点ｋにおける距離Ｒｓｕｂ（ｋ）および相対速度Ｖａｄｄ（ｋ）から、次回観測時点ｋ＋１における予測距離Ｒ１ｓｕｂ（ｋ）および予測相対速度Ｖ１ａｄｄ（ｋ）を、予測距離Ｒ１ａｄｄ（ｋ）および予測相対速度Ｖ１ｓｕｂ（ｋ）と同様にして算出する。

さらに、予測手段３０４は、Ｋｒ×Ｒ１ｓｕｂ（ｋ）の値と｜Ｋｖ×Ｖ１ａｄｄ（ｋ）｜の値との大小関係から次回観測時点ｋ＋１における距離算出式が、式（１）であるか、または、式（７）であるかを予測する。
そして、得られた以下の式（１５）〜（１９）、（２０ａ）、（２０ｂ）で表されるデータ、すなわち、距離Ｒｓｕｂ（ｋ）、相対速度Ｖａｄｄ（ｋ）、距離算出式が引き算（ｓｕｂとする）、予測距離Ｒ１ｓｕｂ（ｋ）、予測相対速度Ｖ１ａｄｄ（ｋ）、予測距離算出式（足し算、または引き算）を、ターゲット候補データセットに加える。

Ｒｏ（ｋ）［ｎ＋１］＝Ｒｓｕｂ（ｋ） ・・・（１５）
Ｖｏ（ｋ）［ｎ＋１］＝Ｖａｄｄ（ｋ） ・・・（１６）
Ｅｏ（ｋ）［ｎ＋１］＝ｓｕｂ ・・・（１７）
Ｒ１（ｋ）［ｎ＋１］＝Ｒ１ｓｕｂ（ｋ） ・・・（１８）
Ｖ１（ｋ）［ｎ＋１］＝Ｖ１ａｄｄ（ｋ） ・・・（１９）
Ｅ１（ｋ）［ｎ＋１］＝ａｄｄ（距離算出式が式（１）と予測された場合）・・・（２０ａ） Ｅ１（ｋ）［ｎ＋１］＝ｓｕｂ（距離算出式が式（７）と予測された場合）・・・（２０ｂ）

次に、相関判定手段３０５は、信号処理制御部３００の制御下で、前回観測時点ｋ−１のターゲット候補データセットが存在する場合に、ｐ番目のターゲット候補データセットＴＣＤＳ（ｋ−１）［ｐ］にある予測距離Ｒ１（ｋ−１）［ｐ］、予測相対速度Ｖ１（ｋ−１）［ｐ］および予測距離算出式Ｅ１（ｋ−１）［ｐ］と、現観測時点ｋにおける距離Ｒｏ（ｋ）［ｑ］、相対速度Ｖｏ（ｋ）［ｑ］および距離算出式Ｅｏ（ｋ）［ｑ］とについて、以下の式（２１）〜（２３）で表される条件を満足するか否かを判定する（ステップＳ６）。

Ｅ１（ｋ）［ｐ］＝Ｅｏ（ｋ−１）［ｑ］ ・・・（２１）
｜Ｒｏ（ｋ）［ｑ］−Ｒ１（ｋ−１）［ｐ］｜≦Δｒ ・・・（２２）
｜Ｖｏ（ｋ）［ｑ］−Ｖ１（ｋ−１）［ｐ］｜≦Δｖ ・・・（２３）

ただし、条件式（２１）〜（２３）において、Δｒはあらかじめ設定された距離差許容値であり、Δｖはあらかじめ設定された速度差許容値であり、それぞれ、条件判定用のしきい値となる。
また、ｐ＝１〜Ｎ、ｑ＝１〜Ｎであり、ステップＳ６の判定処理は、ｐ、ｑについて総当りで実行されるものとする。

もし、現観測時点の結果が前回観測時点での予測結果と相関しており、ステップＳ６において、上記条件式（２１）〜（２３）を満足する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、ターゲット候補データセットＴＣＤＳ（ｋ）［ｑ］において、検知判定フラグＤ（ｋ）［ｑ］＝１とし、現観測時点の算出結果（距離Ｒ、相対速度Ｖ）を出力し（ステップＳ７）、ステップＳ８に移行する。

一方、現観測時点の結果が前回観測時点での予測結果と相関しておらず、ステップＳ６において、上記条件式（２１）〜（２３）を満足しない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、Ｄ（ｋ）［ｑ］＝０として、直ちにステップＳ８に移行する。

ステップＳ７において、ターゲット選択手段３０６は、信号処理制御部３００の制御下で、ターゲット候補データセットＴＣＤＳ（ｋ）［ｑ］（ｑ＝１〜Ｎ）について、検知判定フラグＤ（ｋ）［ｑ］の値を参照し、Ｄ（ｋ）［ｑ］＝１であれば、ターゲット１００と見なして、距離Ｒｏ（ｋ）［ｑ］および相対速度Ｖｏ（ｋ）［ｑ］を出力する。
一方、Ｄ（ｋ）［ｑ］＝０であれば、何も出力しない。

最後に、信号処理制御部３００は、現観測時点の処理が終了したか否かを判定し（ステップＳ８）、現観測時点の処理が終了した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、現観測時点の処理が終了したことを制御部１０１に伝える。
これを受けて、制御部１０１は、動作終了を判定して、図４の処理動作を終了する。
一方、ステップＳ８において、現観測時点の処理が終了していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１に戻って次の観測を開始し、上記ステップＳ１〜Ｓ８を繰り返し実行する。

以上のように、この発明の実施の形態１によれば、アップ変調期間Ｔｕとダウン変調期間Ｔｄからなる周波数変調された送信信号Ｗ１と受信信号Ｗ２とをミキシングして生成されるビート信号ｃを観測し、対象物体となるターゲット１００を検知して、ターゲット１００との距離Ｒや相対速度Ｖを測定するために、距離・速度算出手段３０３と、予測手段３０４と、相関判定手段３０５と、ターゲット選択手段３０６とを備えている。

距離・速度算出手段３０３は、現観測時点における１つのターゲット１００に対する候補として、複数の算出式により距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出する。
予測手段３０４は、前回観測時点で算出された距離Ｒおよび相対速度Ｖから１回後（現時点）の観測時点における距離算出式を予測するとともに、現観測時点で算出された距離および相対速度から次回観測時点における距離算出式を求める。
また、相関判定手段３０５は、現観測時点の距離算出式が前回観測時点から予測された現観測時点における距離算出式と等しいか否かを判定し、ターゲット選択手段３０６は、前回観測時点で予測した距離算出式と等しい式で距離Ｒが算出された現観測時点の結果のみを選択する。
これにより、距離Ｒおよび相対速度Ｖの大小関係に関わらず、距離Ｒと相関速度Ｖとを取り違えることなく、ターゲット１００を正確に検知することができる。

また、前回観測時点における１つのターゲット１００に対する候補として、アップ変調期間Ｔｕに観測されるビート周波数ｆＵと、ダウン変調期間Ｔｄに観測されるビート周波数ｆＤと、距離から周波数への換算係数Ｋｒと、速度から周波数への換算係数Ｋｖとを用いて、第１の算出式（上記式（１）、（２）からなる）と、第２の算出式（上記式（７）、（８ａ）、（８ｂ）からなる）との２通りの算出式により、距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出するようにしたので、距離Ｒおよび相対速度Ｖの大小関係に関わらず、距離Ｒと相対速度Ｖとを取り違えることなく、ターゲット１００を正確に検知することができる。

また、相関判定手段３０５は、前回観測時点ｋ−１における予測距離Ｒ１（ｋ−１）、予測相対速度Ｖ１（ｋ−１）および予測距離算出式Ｅ１（ｋ−１）と、現観測時点ｋにおける距離Ｒｏ（ｋ）、相対速度Ｖｏ（ｋ）および距離算出式Ｅｏ（ｋ）とについて、あらかじめ設定された距離差許容値Δｒおよび速度差許容値Δｖをしきい値として、上記３つの条件式（２１）〜（２３）を用いて、現観測時点の結果が前回観測時点で予測された現観測時点の結果と等しいか否か（現観測時点ｋの距離算出式Ｅｏ（ｋ）が予測距離算出式Ｅ１（ｋ−１）と等しいか否か）を判定する。
これにより、距離Ｒおよび相対速度Ｖの大小関係に関わらず、距離Ｒと相対速度Ｖとを取り違えることなく、ターゲット１００を正確に検知することができる。

また、この発明の実施の形態１よるレーダ信号処置方法によれば、前回観測時点における１つのターゲット１００に対する候補として、複数の算出式により距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出し（ステップＳ４）、前回観測時点で算出された距離および相対速度から１回後（現時点）の観測における距離算出式を予測し（ステップＳ５）、現観測時点の距離算出式が前回観測時点から予測された現観測時点における距離算出式と等しいか否かを判定し（ステップＳ６）、前回観測時点で予測した距離算出式と等しい式で距離が算出された現観測時点の結果のみを選択して出力する（ステップＳ７）ようにしたので、距離Ｒおよび相対速度Ｖの大小関係に関わらず、距離Ｒと相対速度Ｖとを取り違えることなく、ターゲット１００を正確に検知することができる。

また、前回観測時点における１つのターゲット１００に対する候補として、２通りの算出式により距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出するようにし、また、３つの条件式（２１）〜（２３）により現観測時点の結果が前回観測時点で予測された現観測時点の結果と等しいかを判定するようにしたので、距離Ｒおよび相対速度Ｖの大小関係に関わらず、距離Ｒと相対速度Ｖとを取り違えることなく、ターゲット１００を正確に検知することができる。

この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図１内の各信号の電圧および周波数の時間変化を示す波形図である。 図１内の信号処理部の機能構成を具体的に示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０１ 制御部、１０３ 電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１０４ 分配回路、１０６ アンテナ、１０７ ミキサ、１１２ 信号処理部、３００ 信号処理制御部、３０３ 距離・速度算出手段、３０４ 予測手段、３０５ 相関判定手段、３０６ ターゲット選択手段、ａ 制御電圧、ｂ ＦＭＣＷ信号、ｃ ビート信号、Ｒ 距離、Ｖ 相対速度。

Claims (6)

1. アップ変調期間およびダウン変調期間からなる周波数変調された送信信号に基づく送信波をターゲットに照射して、前記ターゲットからの反射波を受信信号として受信し、
   前記送信信号および前記受信信号をミキシングして生成されるビート信号を観測することにより前記ターゲットを検知し、
   前記ターゲットとの距離または相対速度を測定するためのレーダ装置であって、
   現観測時点における１つのターゲットに対する候補として、複数の算出式により前記１つのターゲットとの距離または相対速度を算出する距離・相対速度算出手段と、
   前記現観測時点で算出された距離または相対速度から、次回観測時点における予測距離算出式を求める予測手段と、
   前記現観測時点の距離算出式が、前回観測時点から予測された現観測時点における予測距離算出式と等しいか否かを判定する相関判定手段と、
   前記現観測時点の距離算出式が前記前回観測時点から予測された予測距離算出式と等しい場合のみに前記距離・相対速度算出手段の算出結果を出力するターゲット選定手段と
   を備えたことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記距離・相対速度算出手段は、
   前記アップ変調期間に観測されるビート周波数ｆＵと、前記ダウン変調期間に観測されるビート周波数ｆＤと、前記距離から周波数への換算係数Ｋｒと、前記相対速度から周波数への換算係数Ｋｖとを用いて、前記ターゲットの距離Ｒおよび相対速度Ｖを、
   以下の式（１）、（２）からなる第１の算出式と、
   Ｒ＝（ｆＵ＋ｆＤ）／（２×Ｋｒ） ・・・（１）
   Ｖ＝（ｆＵ−ｆＤ）／（２×Ｋｖ） ・・・（２）
   以下の式（３）〜（５）からなる第２の算出式と、
   Ｒ＝｜ｆＵ−ｆＤ｜／（２×Ｋｒ） ・・・（３）
   Ｖ＝（ｆＵ＋ｆＤ）／（２×Ｋｖ） （ｆＵ＞ｆＤの場合） ・・・（４）
   Ｖ＝−（ｆＵ＋ｆＤ）／（２×Ｋｖ） （ｆＵ＜ｆＤの場合） ・・・（５）
   により算出することを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記相関判定手段は、
   前記前回観測時点ｋ−１における予測距離Ｒ１（ｋ−１）、予測相対速度Ｖ１（ｋ−１）および予測距離算出式Ｅ１（ｋ−１）と、
   前記現観測時点ｋにおける距離Ｒｏ（ｋ）、相対速度Ｖｏ（ｋ）および距離算出式Ｅｏ（ｋ）とについて、
   あらかじめ設定された距離差許容値Δｒおよび速度差許容値Δｖをしきい値として、以下の条件式（６）〜（８）
   Ｅ１（ｋ）［ｐ］＝Ｅｏ（ｋ−１）［ｑ］ ・・・（６）
   ｜Ｒｏ（ｋ）［ｑ］−Ｒ１（ｋ−１）［ｐ］｜≦Δｒ ・・・（７）
   ｜Ｖｏ（ｋ）［ｑ］−Ｖ１（ｋ−１）［ｐ］｜≦Δｖ ・・・（８）
   を用いて、前記現観測時点ｋの距離算出式Ｅｏ（ｋ）が前記予測距離算出式Ｅ１（ｋ−１）と等しいか否かを判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレーダ装置。
4. アップ変調期間およびダウン変調期間からなる周波数変調された送信信号をターゲットに照射して、前記ターゲットからの反射信号を受信信号とし、
   前記送信信号および前記受信信号をミキシングして生成されるビート信号を観測することにより前記ターゲットを検知し、
   前記ターゲットとの距離または相対速度を測定するためのレーダ装置のレーダ信号処理方法であって、
   現観測時点における１つのターゲットに対する候補として、複数の算出式により前記１つのターゲットとの距離または相対速度を算出する第１のステップと、
   前記現観測時点で算出された距離または相対速度から、次回観測時点における予測距離算出式を求める第２のステップと、
   前記現観測時点の距離算出式が、前回観測時点から予測された現観測時点における予測距離算出式と等しいか否かを判定する第３のステップと、
   前記現観測時点の距離算出式が前記前回観測時点から予測された予測距離算出式と等しい場合のみに前記距離・相対速度算出手段の算出結果を出力する第４のステップと
   を備えたことを特徴とするレーダ装置のレーダ信号処理方法。
5. 前記第１のステップは、
   前記アップ変調期間に観測されるビート周波数ｆＵと、前記ダウン変調期間に観測されるビート周波数ｆＤと、前記距離から周波数への換算係数Ｋｒと、前記相対速度から周波数への換算係数Ｋｖとを用いて、前記ターゲットの距離Ｒおよび相対速度Ｖを、
   以下の式（１）、（２）からなる第１の算出式と、
   Ｒ＝（ｆＵ＋ｆＤ）／（２×Ｋｒ） ・・・（１）
   Ｖ＝（ｆＵ−ｆＤ）／（２×Ｋｖ） ・・・（２）
   以下の式（３）〜（５）からなる第２の算出式と、
   Ｒ＝｜ｆＵ−ｆＤ｜／（２×Ｋｒ） ・・・（３）
   Ｖ＝（ｆＵ＋ｆＤ）／（２×Ｋｖ） （ｆＵ＞ｆＤの場合） ・・・（４）
   Ｖ＝−（ｆＵ＋ｆＤ）／（２×Ｋｖ） （ｆＵ＜ｆＤの場合） ・・・（５）
   により算出することを特徴とする請求項４に記載のレーダ装置のレーダ信号処理方法。
6. 前記第３のステップは、
   前記前回観測時点ｋ−１における予測距離Ｒ１（ｋ−１）、予測相対速度Ｖ１（ｋ−１）および予測距離算出式Ｅ１（ｋ−１）と、
   前記現観測時点ｋにおける距離Ｒｏ（ｋ）、相対速度Ｖｏ（ｋ）および距離算出式Ｅｏ（ｋ）とについて、
   あらかじめ設定された距離差許容値Δｒおよび速度差許容値Δｖをしきい値として、以下の条件式（６）〜（８）
   Ｅ１（ｋ）［ｐ］＝Ｅｏ（ｋ−１）［ｑ］ ・・・（６）
   ｜Ｒｏ（ｋ）［ｑ］−Ｒ１（ｋ−１）［ｐ］｜≦Δｒ ・・・（７）
   ｜Ｖｏ（ｋ）［ｑ］−Ｖ１（ｋ−１）［ｐ］｜≦Δｖ ・・・（８）
   を用いて、前記現観測時点ｋの距離算出式Ｅｏ（ｋ）が前記予測距離算出式Ｅ１（ｋ−１）と等しいか否かを判定することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のレーダ装置のレーダ信号処理方法。

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