JP2006349568A - エイミング誤差推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも２つの計測ビート周波数データと角度データからエイミング誤差を代数的に簡単に算出することができるエイミング誤差推定装置を得る。
【解決手段】送信信号を発生する送信部１と、前記送信信号を電磁波として空間へ放射する送信アンテナ２と、前記電磁波が物体に到達して前記物体から再放射された電磁波を受信信号として受信する受信アンテナ３と、受信信号を送信信号とミキシングしてビート信号に変換する受信部４と、前記ビート信号に基づいて少なくとも２つ以上のビート周波数を検出するビート周波数検出手段５と、前記ビート信号に基づいてアンテナ軸方向の角度を推定する角度推定手段６と、少なくとも２つ以上のビート周波数、及び角度に基づいて、前記アンテナ軸方向とレーダ搭載プラットフォームの進行方向間のエイミング誤差を代数的に算出するエイミング誤差角度算出手段８とを設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）原理に基づくレーダにおいて、静止した反射体からの反射波のビート周波数と角度データを計測しエイミング誤差を推定するエイミング誤差推定装置に関するものである。特に、少なくとも２つの計測ビート周波数データと角度データからエイミング誤差を代数的に簡単に算出するエイミング誤差推定装置に関するものである。

車載用レーダ方式としてＦＭＣＷは、比較的低速の信号処理で高分解能が得られるため最も普及しているレーダ方式である。ＦＭＣＷ方式においては、受信信号を送信信号でミキシングしたいわゆるビート周波数は、目標との相対速度と距離の関数として得られる。相対速度値が無視できないような移動目標を対象とする場合には、周波数が増加する掃引区間と減少する掃引区間からなる三角波状の２つの掃引区間を用いて、各検出ビート周波数から目標の距離と速度が計測される。このようなＦＭＣＷ方式のレーダ装置、あるいはＦＭＣＷ波の送受信を切替えパルス化したＦＭＩＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）（あるいはＦＭパルスと呼ばれる）方式のレーダ装置においても、何らかの原因によりアンテナ軸正面（アレーノーマル）がレーダ搭載プラットフォーム正面（直進時の速度ベクトル方向）との間にずれ（エイミング誤差と呼ぶ）が発生した場合、早期に検出することが必要である。

ＦＭＣＷ方式に限定することなく、このような問題を解決する手段として、静止物からの複数の反射信号の距離データと角度データからＸ、Ｙ座標を求め、その複数のＸ、Ｙ座標が直線となり、その傾きから軸ずれ角を推定する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

同様に、静止物からの複数の反射信号から求めた相対速度ベクトルの向きから、軸ずれ角を推定する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−１２０５５５号公報 特開平９−２３６６５９号公報

上述したような従来のエイミング誤差推定方法では、レーダでの計測データから静止物目標のＸ、Ｙ位置座標や、相対速度ベクトルの向きを算出する必要があるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、少なくとも２つの計測ビート周波数データと角度データからエイミング誤差を代数的に簡単に算出することができるエイミング誤差推定装置を得るものである。

この発明に係るエイミング誤差推定装置は、送信信号として時間とともに周波数が増加及び減少する三角波状のＦＭＣＷ波を用いるエイミング誤差推定装置であって、前記送信信号を発生する送信部と、前記送信信号を電磁波として空間へ放射する送信アンテナと、前記電磁波が物体に到達して前記物体から再放射された電磁波を受信信号として受信する受信アンテナと、前記受信アンテナにより受信された受信信号を前記送信部により発生された送信信号とミキシングしてビート信号に変換する受信部と、前記ビート信号に基づいて少なくとも２つ以上のビート周波数を検出するビート周波数検出手段と、前記ビート信号に基づいてアンテナ軸方向の角度を推定する角度推定手段と、前記ビート周波数検出手段により検出された少なくとも２つ以上のビート周波数、及び前記角度推定手段により推定された角度に基づいて、前記アンテナ軸方向とレーダ搭載プラットフォームの進行方向間のエイミング誤差を代数的に算出するエイミング誤差角度算出手段とを設けたものである。

この発明に係るエイミング誤差推定装置は、少なくとも２つの計測ビート周波数データと角度データからエイミング誤差を代数的に簡単に算出することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るエイミング誤差推定装置について図１から図３まで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に係るエイミング誤差推定装置の構成を示すブロック図である。

図１において、この実施の形態１に係るエイミング誤差推定装置は、送信波を発生する送信部１と、電磁波として空間へ放射する送信アンテナ２と、電磁波が物体に到達してこの物体から再放射された電磁波を受信信号として受信する受信アンテナ３と、受信信号を送信部１からの信号とミキシングしてダウンコンバートする受信部４と、ビート周波数を検出するビート周波数検出手段５と、角度を推定する角度推定手段６と、レーダ搭載車両が直進状態であることを判断しエイミング誤差を算出するための有効データを選択するデータ選択手段７と、少なくとも２つ以上のビート周波数と角度を入力し、アンテナ軸正面とレーダ搭載車両（プラットフォーム）の進行方向間のエイミング誤差を代数的に算出するエイミング誤差角度算出手段８と、エイミング誤差角度算出手段８により算出されたエイミング誤差に対し異常値の影響を軽減する平滑手段９とが設けられている。

つぎに、この実施の形態１に係るエイミング誤差推定装置の動作について図面を参照しながら説明する。

図２は、この発明の実施の形態１に係るエイミング誤差推定装置の座標を示す図である。また、図３は、この発明の実施の形態１に係るエイミング誤差推定装置のＦＭＣＷ方式の送信波を示す図である。

送信部１は、図３に示すアップ（Ｕｐ）掃引区間とダウン（Ｄｏｗｎ）掃引区間からなる三角波状のリニアＦＭ変調波を発生し、ＲＦ信号に周波数変換して増幅する。このリニアＦＭ変調波は、送信アンテナ２を経由して空間に放射され、目標に反射した電磁波は、受信アンテナ３に受信信号として入射する。

受信部４は、受信信号を増幅し、また送信信号とミキシングしてビート信号に変換する。ビート周波数検出手段５は、Ｕｐ掃引区間とＤｏｗｎ掃引区間のビート信号を例えばフーリエ変換を用いて周波数分析し、その出力がピークとなる周波数値ｆ_ｕｐ，ｋ、ｆ_{ｄｏｗｎ，ｋ}を求める。一方、角度推定手段６は、目標が検出されたときに、例えば振幅比較モノパルス法によりアンテナ軸方向の角度θ_ｋを求める。

次に、データ選択手段７は、車速、ヨーレートなどの情報を元に車両が直進しているか否かを判断し、直進しているときのビート周波数データ、角度データを有効データとして選別蓄積する。

次に、エイミング誤差角度算出手段８は、蓄積されたデータの中から、任意の２つのデータ組を用いて、後述する式（１４）に基づき、エイミング誤差角を算出する。

最後に、平滑手段９は、エイミング誤差角度算出手段８により得られた多数のエイミング誤差算出値を用いて、例えばメディアン値などからエイミング誤差推定値を得る。こうして、ＦＭＣＷ方式による計測ビート周波数そのものから直接、簡単な代数計算に基づきエイミング誤差が推定可能となる。

ここで、エイミング誤差角度算出手段８の詳細な動作について説明する。このエイミング誤差角度算出手段８は、ＦＭＣＷレーダにより計測される少なくとも２つのビート周波数値ペア（ｕｐ掃引とｄｏｗｎ掃引）と角度データから、直接代数的にエイミング誤差を推定する。

まず、エイミング誤差推定における座標について図２により説明する。車両の直進時の進行方向に対し、レーダアンテナ正面方向がφ（エイミング誤差）だけずれている。このφを推定することが本発明の目的である。図２では、三角波を用いたＦＭＣＷ方式において、アンテナを機械スキャンする場合を例に示している（本発明は、アンテナスキャン方式が機械スキャン、電子スキャンに係わらず、また測角原理にも依存しない）。ある１つの静止物目標からの反射信号は、スキャン毎に検出され、そのビート周波数ｆ_ｕｐ，ｋ、ｆ_{ｄｏｗｎ，ｋ}および角度θ_ｋが計測されるものとする。

次に、ＦＭＣＷ方式について説明する。ＦＭＣＷ方式の送信波（リニアＦＭ変調波、あるいはチャープ波と呼ばれる）を図３に示す。目標との間に相対速度がある場合には、距離と速度のアンビギュイティを無くすために図３に示すように掃引帯域Ｂをもつｕｐとｄｏｗｎの２つの掃引が用いられる。

ｕｐ−ｓｗｅｅｐ送信信号は、エンベロープ１の一定振幅波形とすると、

と書かれる。ここで、ｆは送信周波数（７６．５ＧＨｚ）、μ（＝Ｂ／Ｔ）はＦＭスロープであり、Ｂは掃引帯域幅（約１００ＭＨｚ）、Ｔは掃引時間である。なお、以下同様であるが、議論に直接関係しない初期位相項は０とし振幅項は１とする。

この送信波に対する受信波は、時間遅延とドップラシフトの影響を受け、

となる。ここで、簡単のためエンベロープは１とした。また時間遅延τは、

であり、ｃは光速、Ｒは目標距離、ｖ（＝Ｖ・ｃｏｓ（θ＋φ））は目標との相対速度、θはレーダで計測される目標アジマス角、φは推定対象のエイミング誤差である。

ＦＭＣＷ方式では、この受信信号（２）を送信信号（１）でミキシンングし、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）を適用することで近似的に以下のいわゆるビート信号

が得られる。Ｉ、Ｑミキシングを備える場合には、

のように複素Ｉ、Ｑビート信号が得られる。ここで、λは送信波波長である。

同様に、ｄｏｗｎ−ｓｗｅｅｐから、

が得られる。このように、ビート信号の周波数は、目標の距離と相対速度から決まる。よって、距離・速度検出処理では、時間方向のサンプリングデータをフーリエ変換（一般に高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が用いられるためＦＦＴと書く）し、ピーク周波数ｆ_ｕｐ、ｆ_ｄｏｗｎを求めることで、

が得られる。一方、モノパルス測角法などを用いて、角度θが計測される。

同じ静止物からの反射波と考えられる、複数のスキャンによる計測ビート周波数、および角度から、少なくとも２つを選択し、それらをｆ_ｕｐ，ｋ、ｆ_{ｄｏｗｎ，ｋ}、θ_ｋ、および
ｆ_{ｕｐ，ｋ＋ｎ}、ｆ_{ｄｏｗｎ，ｋ＋ｎ}、θ_ｋ＋ｎとする。すなわち、

が成り立つ。

一方、２つの反射波が静止した同じ物体からの反射波であることより、

の関係がある。

本発明では、式（９）〜（１３）より、ＦＭＣＷ方式による計測ビート周波数と角度から、エイミング誤差φを代数的に、

を用いて求める。

すなわち、この実施の形態１は、送信波を発生する送信部１と、電磁波として空間へ放射する送信アンテナ２と、電磁波が物体に到達してこの物体から再放射された電磁波を受信信号として受信する受信アンテナ３と、受信信号を送信部１からの信号とミキシングしてダウンコンバートする受信部４と、送信波として時間とともに周波数が増加および減少する三角波状のＦＭＣＷ波を用い、周波数増加区間での計測と周波数減少区間での計測で反射波のビート周波数と角度を検出するビート周波数検出手段５と、角度推定手段６と、少なくとも２つ以上のビート周波数と角度を計測し、前記少なくとも２つ以上のビート周波数と角度を入力とすることで、アンテナ軸正面とレーダ搭載プラットフォームの進行方向間のエイミング誤差を代数的に算出するエイミング誤差角度算出手段８とを設けた。

さらに、レーダ搭載車両が直進状態であることを判断しエイミング誤差算出処理によるエイミング誤差を算出するための有効データを選択するデータ選択手段７を設け、また、エイミング誤差角度算出手段８により算出されたエイミング誤差に対し異常値の影響を軽減する平滑手段９を設けた。

この発明の実施の形態１に係るエイミング誤差推定装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るエイミング誤差推定装置の座標を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るエイミング誤差推定装置のＦＭＣＷ方式の送信波を示す図である。

符号の説明

１ 送信部、２ 送信アンテナ、３ 受信アンテナ、４ 受信部、５ ビート周波数検出手段、６ 角度推定手段、７ データ選択手段、８ エイミング誤差角度算出手段、９ 平滑手段。

Claims (2)

1. 送信信号として時間とともに周波数が増加及び減少する三角波状のＦＭＣＷ波を用いるエイミング誤差推定装置であって、
   前記送信信号を発生する送信部と、
   前記送信信号を電磁波として空間へ放射する送信アンテナと、
   前記電磁波が物体に到達して前記物体から再放射された電磁波を受信信号として受信する受信アンテナと、
   前記受信アンテナにより受信された受信信号を前記送信部により発生された送信信号とミキシングしてビート信号に変換する受信部と、
   前記ビート信号に基づいて少なくとも２つ以上のビート周波数を検出するビート周波数検出手段と、
   前記ビート信号に基づいてアンテナ軸方向の角度を推定する角度推定手段と、
   前記ビート周波数検出手段により検出された少なくとも２つ以上のビート周波数、及び前記角度推定手段により推定された角度に基づいて、前記アンテナ軸方向とレーダ搭載プラットフォームの進行方向間のエイミング誤差を代数的に算出するエイミング誤差角度算出手段と
   を備えたことを特徴とするエイミング誤差推定装置。
2. レーダ搭載プラットフォームが直進状態であることを判断し、前記ビート周波数検出手段により検出されたビート周波数、及び前記角度推定手段により推定された角度のうち、直進状態のときのビート周波数、及び角度を、エイミング誤差を算出するための有効データとして選択するデータ選択手段と、
   前記エイミング誤差角度算出手段により算出されたエイミング誤差に対し異常値の影響を軽減する平滑手段とをさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１記載のエイミング誤差推定装置。

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