JP2007298503A - Propagation delay time measuring device and radar device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the propagation delay time by acquiring a frequency transfer function by reducing the degradation of SNR and then performing high-resolution processing. <P>SOLUTION: This propagation delay time measuring device comprises a cross correlation function calculation section for calculating a cross correlation function of a received diffusion signal and a reference signal, a self correlation function calculation section for calculating a self correlation function of the reference signal, first and second extraction sections for extracting the periphery of each peak value of the cross correlation function and self correlation function, first and second Fourier transforming sections for acquiring first and second frequency functions by Fourier transforming the periphery of each peak value of the cross correlation function and self correlation function, a division section for acquiring a frequency transfer function by dividing the first frequency function by the second frequency function in a frequency range for reducing the degradation of the SNR, and a high-resolution processing section that separates a multi-path wave included in the peak value of the cross correlation function based on the frequency transfer function and calculates an evaluation function indicating a true time delay of the received diffusion signal. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、搬送波が既知の拡散信号により変調された電波、音波または光の伝播遅延時間を測定する伝搬遅延時間測定装置およびレーダ装置に関するものである。   The present invention relates to a propagation delay time measuring apparatus and a radar apparatus that measure the propagation delay time of radio waves, sound waves, or light whose carrier wave is modulated by a known spread signal.

電波の伝搬遅延時間測定装置は、レーダ、GPS(Global Positioning System)受信機または携帯端末等の電波発信機や受信機の位置特定に用いられている。従来このような電波遅延時間推定法式として、送信信号そのものあるいは送信信号と相似の参照信号と、受信信号との相互相関関数により相関ピークを検出し、ピーク位置から遅延時間を推定する方式が一般的に用いられてきた。   2. Description of the Related Art Radio wave propagation delay time measuring devices are used to specify the position of radio wave transmitters and receivers such as radars, GPS (Global Positioning System) receivers, and portable terminals. Conventionally, as such a radio wave delay time estimation method, a method in which a correlation peak is detected by a cross-correlation function between a transmission signal itself or a reference signal similar to the transmission signal and a reception signal, and a delay time is estimated from the peak position is generally used. Has been used.

また、MUSIC(Multiple Signal Classification)やESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)等の高分解能アルゴリズムを用いて、相関演算より高い時間分解能を得る方式について、非特許文献1および非特許文献2に記載されている。この高分解能アルゴリズムを用いた遅延時間推定方式では、受信機においてPN(Pseudo Noise)符号により変調された電波を受信し、それをフーリエ変換した信号を、変調された符号と同じPN符号(ここでは参照信号と呼ぶ)をフーリエ変換した信号で除算し、求めた周波数伝達関数に対してMUSICアルゴリズムを適用することで高精度に遅延時間を推定する。この方式の問題点としては、受信信号の周波数スペクトラムを参照信号の周波数スペクトラムで除算しており、信号対ノイズ比(Signal to Noise ratio:以下、SNRとする)が悪化する可能性があることである。一般的にSNRが悪化した場合、上記高分解能アルゴリズムを用いても時間的に近接した信号を分離することができず、その結果信号伝搬遅延時間推定精度が劣化してしまう。   Furthermore, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 describe methods for obtaining a higher time resolution than the correlation calculation using a high resolution algorithm such as MUSIC (Multiple Signal Classification) and ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques). Are listed. In this delay time estimation method using a high-resolution algorithm, a radio wave modulated by a PN (Pseudo Noise) code is received by a receiver, and a signal obtained by performing a Fourier transform on the radio wave is converted into the same PN code as the modulated code (here, (Referred to as a reference signal) is divided by a Fourier-transformed signal, and the MUSIC algorithm is applied to the obtained frequency transfer function to estimate the delay time with high accuracy. The problem with this method is that the frequency spectrum of the received signal is divided by the frequency spectrum of the reference signal, and the signal-to-noise ratio (hereinafter referred to as SNR) may deteriorate. is there. In general, when the SNR deteriorates, signals that are close in time cannot be separated even if the high resolution algorithm is used, and as a result, the signal propagation delay time estimation accuracy deteriorates.

上記問題を解決するために、受信信号の周波数スペクトラムを参照信号の周波数スペクトラムで除算して生成した周波数伝達関数を逆FFTして時間領域に変換した後に、時間領域上で雑音を除去し、除去した信号をFFTし、雑音成分を除去した伝達関数を得る方法が、例えば特許文献1に記載されている。   In order to solve the above problem, the frequency transfer function generated by dividing the frequency spectrum of the received signal by the frequency spectrum of the reference signal is inverse FFTed and converted to the time domain, and then the noise is removed and removed in the time domain. For example, Patent Document 1 discloses a method for obtaining a transfer function obtained by performing FFT on a processed signal and removing a noise component.

特開平11−261444号公報(図1)Japanese Patent Laid-Open No. 11-261444 (FIG. 1) 菊間信良著「アレーアンテナによる適応信号処理」科学技術出版(1998年刊)Nobuyoshi Kikuma "Adaptive signal processing by array antenna" Science and Technology Publishing (1998) 中原、小川、菊間、稲垣、B−10、‘FFT−MUSIC法とFFT演算型相関法の多重波伝搬遅延時間分解能の比較検討’、1995年電子情報通信学総合大会Nakahara, Ogawa, Kikuma, Inagaki, B-10, 'Comparison study of multipath propagation delay time resolution between FFT-MUSIC method and FFT operation type correlation method', 1995 IEICE General Conference

上記特許文献1に記載の技術においても、周波数伝達関数を得るために、受信信号の周波数スペクトラムを参照信号の周波数スペクトラムで除算しており、入射時のSNRが低い場合、除算によりSNRが劣化するという問題がある。   Also in the technique described in Patent Document 1, in order to obtain a frequency transfer function, the frequency spectrum of the received signal is divided by the frequency spectrum of the reference signal. When the SNR at the time of incidence is low, the SNR deteriorates due to the division. There is a problem.

この発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、SNRの劣化を少なくして周波数伝達関数を取得し、その後に高分解能処理を行うことにより高精度に伝搬遅延時間を測定することが可能な伝搬遅延時間測定装置および該装置を適用したレーダ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and obtains a frequency transfer function by reducing the degradation of SNR, and then measures the propagation delay time with high accuracy by performing high resolution processing. An object of the present invention is to obtain a propagation delay time measuring apparatus capable of performing the above and a radar apparatus to which the apparatus is applied.

この発明に係る伝搬遅延時間測定装置は、搬送波が既知の拡散信号により変調された電波、音波または光波を受信して電気信号に変換し、変換した信号から受信拡散信号を抽出した後、A/D変換してデジタル化された受信拡散信号を生成し、当該デジタル化された受信拡散信号と参照信号に基づいて前記受信した電波、音波または光波の伝搬遅延時間を測定する伝搬遅延時間測定装置において、送信時における拡散信号と同じ参照信号を生成する参照信号生成部と、デジタル化された受信拡散信号の伝播過程で生じた周波数シフト量を補償し、この補償した受信拡散信号と参照信号の相互相関関数を算出し、受信拡散信号の伝搬遅延時間を推定する相互相関関数算出部と、推定された伝搬遅延時間を表す相互相関関数のピーク値周辺を抽出する第1の抽出部と、抽出された相互相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換して周波数関数を得る第1のフーリエ変換部と、相互相関関数算出部で算出された相関ピーク位置を用い、参照信号の自己相関関数を算出する自己相関関数算出部と、算出された自己相関関数のピーク値周辺を抽出する第2の抽出部と、抽出された自己相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換して周波数関数を得る第2のフーリエ変換部と、信号対ノイズ比の劣化を少なくする周波数範囲で、第1のフーリエ変換部で得られた周波数関数を第2のフーリエ変換部で得られた周波数関数で除算して周波数伝達関数を得る除算部と、除算部で得られた周波数伝達関数に基づいて、相互相関関数のピーク値に含まれる受信拡散信号に近似したマルチパス波を分離して受信拡散信号の真の遅延時間を表す評価関数を算出する高分解能処理部を備えたものである。   The propagation delay time measuring apparatus according to the present invention receives a radio wave, a sound wave or a light wave whose carrier wave is modulated by a known spread signal, converts it into an electrical signal, extracts the received spread signal from the converted signal, In a propagation delay time measuring apparatus that generates a reception spread signal digitized by D conversion and measures a propagation delay time of the received radio wave, sound wave or light wave based on the digitized reception spread signal and a reference signal A reference signal generation unit that generates the same reference signal as the spread signal at the time of transmission, and compensates for the frequency shift amount generated in the propagation process of the digitized received spread signal, and the mutual relationship between the compensated received spread signal and the reference signal A correlation function is calculated and a cross-correlation function calculator that estimates the propagation delay time of the received spread signal and the periphery of the peak value of the cross-correlation function that represents the estimated propagation delay time are extracted Using the correlation peak position calculated by the first extraction unit, the first Fourier transform unit that obtains a frequency function by performing Fourier transform around the peak value of the extracted cross correlation function, and the cross correlation function calculation unit, An autocorrelation function calculation unit that calculates an autocorrelation function of the reference signal, a second extraction unit that extracts the periphery of the peak value of the calculated autocorrelation function, and a Fourier transform of the periphery of the peak value of the extracted autocorrelation function A frequency function obtained by the second Fourier transform unit and a frequency function obtained by the first Fourier transform unit in a frequency range in which the deterioration of the signal-to-noise ratio is reduced. Divide by function to obtain a frequency transfer function, and based on the frequency transfer function obtained by the divider, separate and receive multipath waves that approximate the received spread signal included in the peak value of the cross-correlation function Those with high-resolution processing unit for calculating an evaluation function that represents the true delay time of the scattered signal.

この発明によれば、受信信号のSNRが低い場合でも時間的に近接した遅延信号を分離して拡散信号の伝搬遅延時間を高精度に測定できる効果がある。また、相互相関関数のピーク値周辺を抽出し、その抽出した一部分のみを高分解能処理を行うようにしているので、従来の方式と比較して演算量を低減できるという効果もある。   According to the present invention, even when the SNR of the received signal is low, there is an effect that the delay signal that is close in time can be separated and the propagation delay time of the spread signal can be measured with high accuracy. In addition, since the periphery of the peak value of the cross-correlation function is extracted and only a part of the extracted part is subjected to high resolution processing, the amount of calculation can be reduced as compared with the conventional method.

実施の形態1.
この発明は、レーダ装置、GPS測位装置、携帯等の無線端末に使用できるものであるが、実施の形態1乃至6では、GPS測位装置に適用した場合の例を説明する。また、GPS測位装置には、衛星の概略位置、GPS時刻等の情報を、別途サーバーを通して受信する構成(アシスト型GPS受信機)があるが、実施の形態1乃至6では、それらのアシストを必要としない自立型GPS受信機に適用した場合について説明する。
Embodiment 1 FIG.
Although the present invention can be used for a radio terminal such as a radar device, a GPS positioning device, and a mobile phone, Embodiments 1 to 6 describe examples in which the present invention is applied to a GPS positioning device. In addition, the GPS positioning device has a configuration (assist type GPS receiver) that receives information such as the approximate position of the satellite and GPS time through a separate server (assist type GPS receiver). In the first to sixth embodiments, the assistance is required. A case where the present invention is applied to a self-supporting GPS receiver will be described.

この発明で扱う拡散信号としては、GPSを例とした場合、GPS信号を生成するためのC/Aコードが相当する。このC/Aコードの構成を図2に示す。横軸は時刻を表す。GPS衛星から送られる電波であるGPS信号は、搬送波周波数L1(LINK 1:1575.42MHz)の信号を、BPSK変調(Binary Phase Shift Keying:二値位相変調)した信号である。その変調の基本となるのがC/Aコード(Clear/Acquisition Code)と呼ばれる信号である。なお、実際のGPS信号は、搬送波周波数L1をPコード(Precision Code)で変調した後、さらにC/Aコードで変調した信号であるが、Pコードの説明については、ここでは省略する。C/Aコードの継続時間(周期)は1ミリ秒であり、その間に1,023ビット(1.023Mbps)を有する。したがって、C/Aコードの1ビットは約1μsecであり、一般的にC/Aコードの1ビットを1チップと呼ぶ。C/Aコードの20回の繰り返しが一つの単位となる。これが、航法データ1ビットに対応し、C/Aコードの20回の繰り返し信号またはその極性反転である信号(変調されたGPS信号でいえば、位相が180°異なる)によって、航法データを表す。したがって、航法データ1ビットは20ミリ秒である。   The spread signal handled in the present invention corresponds to a C / A code for generating a GPS signal when GPS is taken as an example. The configuration of this C / A code is shown in FIG. The horizontal axis represents time. A GPS signal that is a radio wave transmitted from a GPS satellite is a signal obtained by BPSK modulation (Binary Phase Shift Keying) of a signal having a carrier frequency L1 (LINK 1: 1575.42 MHz). The basis of the modulation is a signal called C / A code (Clear / Acquisition Code). The actual GPS signal is a signal obtained by modulating the carrier frequency L1 with a P code (Precision Code) and then further modulating with a C / A code. However, the description of the P code is omitted here. The duration (cycle) of the C / A code is 1 millisecond, and has 1,023 bits (1.023 Mbps) therebetween. Accordingly, one bit of the C / A code is about 1 μsec, and one bit of the C / A code is generally called one chip. The 20 repetitions of the C / A code are a unit. This corresponds to 1 bit of the navigation data, and the navigation data is represented by a signal which is 20 repetitions of the C / A code or a signal whose polarity is inverted (in the case of a modulated GPS signal, the phase differs by 180 °). Therefore, one bit of navigation data is 20 milliseconds.

図1はこの発明の実施の形態1による伝搬遅延時間推定装置の機能構成を示すブロック図である。
伝搬遅延時間推定装置は、受信アンテナ111、受信部101およびA/D変換部102からなる拡散信号取得部110、参照信号生成部103、相互相関関数算出部104、抽出部1051,1052、フーリエ変換部1061,1062、除算部107、自己相関関数算出部108および高分解能処理部109を備えている。
1 is a block diagram showing a functional configuration of a propagation delay time estimation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
The propagation delay time estimation apparatus includes a reception antenna 111, a spread signal acquisition unit 110 including a reception unit 101 and an A / D conversion unit 102, a reference signal generation unit 103, a cross-correlation function calculation unit 104, extraction units 1051, 1052, and Fourier transform. Sections 1061 and 1062, a division section 107, an autocorrelation function calculation section 108, and a high resolution processing section 109.

次に、動作について説明する。
拡散信号取得部110は、搬送波が既知の拡散信号により変調された電波を受信して電気信号変換し、変換した受信信号から受信拡散信号を抽出した後、A/D変換してデジタル化された受信拡散信号を得る手段である。この処理は、従来から行われているものであるが、具体的には、次のようになる。
受信アンテナ111は、GPS衛星から送信されるGPS信号の電波を受信し、受信した信号を受信部101に送る。受信部101では、受信したGPS信号を増幅、周波数変換等を行う。例えば、バンドパスフィルタで搬送波周波数L1(1575.42MHz)の前後約2〜20MHz帯域以外の信号を除去し、搬送波周波数L1と同じ周波数の正弦波を乗じて、ローパスフィルタで高調波成分を除去することにより直接ベースバンド信号に周波数変換し、受信拡散信号を取り出す。また、別の方法として、搬送波周波数よりも小さい周波数を乗算することで受信信号を一旦IF(中間周波数)帯に変換してから検波してベースバンド信号を取り出すという構成も考えられるが、ここでは前者のベースバンド信号に変換する方法で説明する。
Next, the operation will be described.
The spread signal acquisition unit 110 receives a radio wave whose carrier wave is modulated by a known spread signal, converts the electric signal, extracts a received spread signal from the converted received signal, and then digitizes the signal by A / D conversion. Means for obtaining a received spread signal. This process has been performed conventionally, and specifically, is as follows.
The receiving antenna 111 receives a radio wave of a GPS signal transmitted from a GPS satellite and sends the received signal to the receiving unit 101. The receiving unit 101 performs amplification, frequency conversion, and the like on the received GPS signal. For example, a signal other than about 2 to 20 MHz before and after the carrier frequency L1 (1575.42 MHz) is removed by a band pass filter, a sine wave having the same frequency as the carrier frequency L1 is multiplied, and a harmonic component is removed by a low pass filter. Thus, the frequency is directly converted into a baseband signal, and the received spread signal is extracted. As another method, a configuration in which a received signal is once converted into an IF (intermediate frequency) band by multiplying by a frequency smaller than the carrier frequency and then detected to extract a baseband signal is considered. A description will be given of the former method of converting to a baseband signal.

このとき受信部101では、位相が90度異なる2つの正弦波を用いて、信号の実部と虚部を取り出す。この2つの信号は位相が90度異なるので、以下、これを実部および虚部の絶対値として持つ複素数として捉え、位相と振幅の情報を持つ1つの信号として扱い、これを複素信号と呼ぶ。以下の説明において、取り出した信号は複素数であるとしている。また、実部のみを取り出し、A/D変換部102においてデジタルデータに変換した後に、位相が90度異なる2つの正弦波を用いて実部と虚部を取り出すという構成も考えられるが、ここでは前者のA/D変換前に実部および虚部を取り出し、複素信号として扱う構成について説明する。   At this time, the receiving unit 101 extracts the real part and the imaginary part of the signal using two sine waves whose phases are different by 90 degrees. Since these two signals are different in phase by 90 degrees, these are regarded as a complex number having the real part and the imaginary part as absolute values and treated as one signal having phase and amplitude information, and this is called a complex signal. In the following description, it is assumed that the extracted signal is a complex number. A configuration is also possible in which only the real part is taken out and converted into digital data by the A / D converter 102, and then the real part and the imaginary part are taken out using two sine waves whose phases are different by 90 degrees. A configuration in which the real part and the imaginary part are extracted before A / D conversion and handled as a complex signal will be described.

受信した信号の搬送波周波数と、これに乗じた正弦波の周波数が一致していれば、受信拡散信号の位相は一定である。しかし、GPS衛星とGPS測位装置100との相対速度に起因して、受信したGPS信号の搬送波周波数は、GPS衛星が送信した周波数(1575.42MHz)とは一致していない。また、受信部101が有する発振器の発振周波数にも誤差があるので、受信した信号に乗じる正弦波も、1575.42MHzとは異なる周波数を有する。この周波数の差の影響で、受信部101で変換した信号の位相は変化する。すなわち、変換した信号の位相は、上記周波数の差を周波数として回転する。このことを考慮し、受信部101では、後で周波数の差を補正できるように、位相と振幅の情報を持つ複素信号を出力する。   If the carrier frequency of the received signal matches the frequency of the sine wave multiplied by this, the phase of the received spread signal is constant. However, due to the relative speed between the GPS satellite and the GPS positioning device 100, the carrier wave frequency of the received GPS signal does not match the frequency (1575.42 MHz) transmitted by the GPS satellite. In addition, since there is an error in the oscillation frequency of the oscillator included in the receiving unit 101, the sine wave multiplied by the received signal also has a frequency different from 1575.42 MHz. Due to the difference in frequency, the phase of the signal converted by the receiving unit 101 changes. That is, the phase of the converted signal rotates with the frequency difference as a frequency. Considering this, the receiving unit 101 outputs a complex signal having phase and amplitude information so that the difference in frequency can be corrected later.

A/D変換部102では、受信部101が出力した受信拡散信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングし、デジタル信号に変換する。この場合、受信部101が出力する信号の実部および虚部をそれぞれ変換し、実部・虚部のペアによって表される複素数を出力する。C/Aコードは、一周期が1,023ビットで構成されている。C/Aコードの一周期は1ミリ秒であるから、2.046MHz以上の周波数でサンプリングを行う必要がある。   The A / D conversion unit 102 samples the reception spread signal output from the reception unit 101 at a predetermined sampling frequency and converts it into a digital signal. In this case, the real part and the imaginary part of the signal output from the receiving unit 101 are respectively converted, and a complex number represented by a real / imaginary part pair is output. The C / A code is composed of 1,023 bits in one cycle. Since one cycle of the C / A code is 1 millisecond, it is necessary to perform sampling at a frequency of 2.046 MHz or higher.

参照信号生成部103は、送信時における拡散信号と同じ参照信号を生成する手段である。具体的には、受信したGPS信号を送信したGPS衛星の番号から、そのGPS衛星が用いているC/Aコードと一致する拡散信号を参照信号として生成する(1または−1の二値)。このとき、受信部101が出力するデジタルデータのサンプリング周波数と同期するよう、データ数を調整する。例えばサンプリング周波数が2.046MHzであれば、C/Aコードの1ビットに対してデータを2つ生成する。   The reference signal generation unit 103 is means for generating the same reference signal as the spread signal at the time of transmission. Specifically, a spread signal that matches the C / A code used by the GPS satellite is generated as a reference signal from the number of the GPS satellite that transmitted the received GPS signal (binary value of 1 or −1). At this time, the number of data is adjusted so as to be synchronized with the sampling frequency of the digital data output from the receiving unit 101. For example, if the sampling frequency is 2.046 MHz, two pieces of data are generated for one bit of the C / A code.

相互相関関数算出部104は、拡散信号取得部110で取得したデジタル化された受信拡散信号の伝播過程で生じた周波数シフト量を補償し、この補償した受信拡散信号と参照信号の相互相関関数を算出し、受信拡散信号の伝搬遅延時間を推定する手段である。具体的には、この相関をとる区間はC/Aコード一周期(1ミリ秒)分である。拡散信号取得部110で取得した受信拡散信号は、上述したように衛星運動に伴うドップラー周波数や受信部101が有する発信器の発振周波数がもつ誤差により、周波数シフトを受けているので、その周波数シフトを補償する。そして、この補償した受信拡散信号と参照信号生成部103で生成した参照信号であるC/Aコードとの相互相関関数ccfを(1)式の処理により算出する。なお、上記周波数シフト量は未知であるので、ccfは相関区間の開始時点pおよび周波数差fdの関数となる。 The cross-correlation function calculation unit 104 compensates for the frequency shift amount generated in the propagation process of the digitized reception spread signal acquired by the spread signal acquisition unit 110, and calculates the cross-correlation function between the compensated reception spread signal and the reference signal. It is a means for calculating and estimating the propagation delay time of the received spread signal. Specifically, the interval for obtaining this correlation is one cycle of the C / A code (1 millisecond). The reception spread signal acquired by the spread signal acquisition unit 110 has been subjected to a frequency shift due to the error of the Doppler frequency accompanying the satellite motion and the oscillation frequency of the transmitter included in the reception unit 101 as described above. To compensate. Then, a cross-correlation function ccf between the compensated received spread signal and the C / A code that is the reference signal generated by the reference signal generation unit 103 is calculated by the processing of equation (1). Since the amount of frequency shift is unknown, ccf is a function of the starting point p and the frequency difference f d of the correlation interval.

Figure 2007298503
ここで、Nは1ms内に含まれるサンプル数であり、fdは参照信号であるC/Aコードの周波数シフト、ΔTはサンプリング周期である。*は複素共役を計算することを意味する。ただし、ccfq(p、fd)は相互相関関数(複素数)、qは受信信号を1ms毎に分割したときのC/Aコード周期番号インデックス、pは相関区間の開始時点(サンプリングデータの数を単位とする整数。p=0,1,・・・,N−1)である。また、fdは周波数差、NはC/Aコード一周期あたりのサンプリングデータ数(自然数。C/Aコード一周期は1ミリ秒なので、サンプリング周波数は1000N)、vq(x)は拡散信号取得部110が取得した受信拡散信号のq番目C/Aコード周期におけるx+1番目のサンプリングデータ(複素数)である。さらに、Cca(x)は参照信号生成部103が生成するx+1番目のC/Aコードであり、Cca(x+N)=Cca(x)の周期性が成り立つとする。eは自然対数の底、jは虚数単位、πは円周率である。
なお、相互相関関数ccfはFFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)により計算してもよい。その場合、計算量を削減することができる。
Figure 2007298503
Here, N is the number of samples included in 1 ms, f d is the frequency shift of the C / A code that is the reference signal, and ΔT is the sampling period. * Means to calculate the complex conjugate. Where ccf q (p, f d ) is a cross-correlation function (complex number), q is a C / A code period number index when the received signal is divided every 1 ms, and p is the start time of the correlation interval (number of sampling data An integer with a unit of p = 0, 1,. F d is the frequency difference, N is the number of sampling data per C / A code period (natural number. Since one C / A code period is 1 millisecond, the sampling frequency is 1000 N), and v q (x) is the spread signal. This is the (x + 1) th sampling data (complex number) in the qth C / A code period of the received spread signal acquired by the acquisition unit 110. Further, C ca (x) is the (x + 1) th C / A code generated by the reference signal generation unit 103, and it is assumed that the periodicity of C ca (x + N) = C ca (x) is established. e is the base of the natural logarithm, j is the imaginary unit, and π is the pi.
The cross-correlation function ccf may be calculated by FFT (Fast Fourier Transform). In that case, the amount of calculation can be reduced.

図3に相互相関関数算出部104が算出する相互相関関数ccfの絶対値の時間−周波数プロファイルの例を示す。相互相関関数ccfは、相関開始時点pと周波数差fdを変数とする関数である。周波数差fdが実際の周波数差fTと一致する場合、相互相関関数ccfの絶対値は図3に示すようなピークを有する。このピークは、相関区間の開始時点pと受信したC/Aコードの開始時点とが一致するところに現れ、p×ΔTとすれば、受信したC/Aコード遅延時間として推定することができる。しかし、周波数差fdが実際の周波数差と一致しない場合には、このようなピークは出てこない。なお以降の説明においては、周波数差fdが実際の周波数差fTと等しいとして、fd=fTの場合の相互相関関数ccf(p,fT)をccf(p)とおいて説明する。また、C/Aコード1ms周期毎の相関開始時刻すなわちpΔTを以後、遅延時間として説明する。算出されたccf(p)を抽出部1051に渡し、ccf(p)の絶対値が最大となるピーク位置ppeakを自己相関関数算出部108に渡す。 FIG. 3 shows an example of a time-frequency profile of the absolute value of the cross correlation function ccf calculated by the cross correlation function calculation unit 104. Cross-correlation function ccf is a function of the correlation start time p and the frequency difference f d as a variable. When the frequency difference f d matches the actual frequency difference f T , the absolute value of the cross-correlation function ccf has a peak as shown in FIG. This peak appears when the start point p of the correlation interval coincides with the start point of the received C / A code. If p × ΔT, it can be estimated as the received C / A code delay time. However, when the frequency difference f d does not match the actual frequency difference, such a peak does not appear. In the following description, it is assumed that the frequency difference f d is equal to the actual frequency difference f T, and the cross-correlation function ccf (p, f T ) when f d = f T is assumed to be ccf (p). The correlation start time for each 1 ms period of the C / A code, that is, pΔT will be described as a delay time hereinafter. The calculated ccf (p) is passed to the extraction unit 1051, and the peak position p peak where the absolute value of ccf (p) is maximum is passed to the autocorrelation function calculation unit 108.

図4は、受信拡散信号に対して時間的に近接してマルチパス波が入射したときの相互相関関数ccf(p)の例を表している。なお、雑音はないものとした。マルチパス波と直接波(受信拡散信号)の遅延時間の差は、約0.2μsecであり、両者の周波数シフト、振幅値は同じとしている。図に示したように、マルチパス波が時間的に近接していた場合、相互相関関数ccf(p)の形状が歪み、直接波の信号遅延時間を正確に測定できなくなる。   FIG. 4 shows an example of the cross-correlation function ccf (p) when a multipath wave is incident in close proximity to the received spread signal. It was assumed that there was no noise. The difference in delay time between the multipath wave and the direct wave (received spread signal) is about 0.2 μsec, and the frequency shift and amplitude value of both are the same. As shown in the figure, when the multipath wave is close in time, the shape of the cross-correlation function ccf (p) is distorted, and the signal delay time of the direct wave cannot be measured accurately.

抽出部(第1の抽出部)1051は、相互相関関数算出部104で推定された伝搬遅延時間を表す相互相関関数の相関ピーク値周辺を抽出する手段である。具体的には、相互相関関数算出部104で算出された相互相関関数ccfの相関ピークppeakの周辺ppeak−Nab〜ppeak+Nab−1の2Nab個を抽出し、抽出した相互相関関数を新たにccfe(i)(i=0,1,…,2Nab−1)とする。抽出する幅は、高分解能処理部109において高分解能処理する際のサンプル数を確保するため、広めに設定する。Nabは、例えばNabΔT=10μsecとなるように設定する。
フーリエ変換部(第1のフーリエ変換部)1061は、抽出部1051で抽出された相互相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換する手段である。具体的には、抽出部1051で抽出された相互相関関数ccfeのフーリエ変換処理を、FFTを用いて(2)式のように行う。

Figure 2007298503
The extraction unit (first extraction unit) 1051 is a means for extracting the periphery of the correlation peak value of the cross-correlation function representing the propagation delay time estimated by the cross-correlation function calculation unit 104. Specifically, extracts 2N ab pieces near p peak -N ab ~p peak + N ab -1 of the correlation peak p peak of the cross-correlation function ccf calculated by the cross-correlation function calculation section 104, the extracted cross-correlation The function is newly set to ccfe (i) (i = 0, 1,..., 2N ab −1). The extraction width is set wider to ensure the number of samples when the high resolution processing unit 109 performs high resolution processing. N ab is set so that, for example, N ab ΔT = 10 μsec.
A Fourier transform unit (first Fourier transform unit) 1061 is means for performing Fourier transform around the peak value of the cross-correlation function extracted by the extraction unit 1051. Specifically, the Fourier transform processing of the cross-correlation function ccfe extracted by the extraction unit 1051 is performed as shown in Equation (2) using FFT.
Figure 2007298503

自己相関関数算出部108は、相互相関関数算出部104で算出された相関ピーク位置を用い、参照信号生成部103で生成された参照信号の自己相関関数を算出する手段である。具体的には、相互相関関数算出部104において算出された相関ピーク位置ppeakを用いて、(3)式の処理により、参照信号生成部103で生成された参照信号であるC/Aコードの自己相関関数acf(p)を算出する。この自己相関関数acf(p)は、p=ppeakにおいてピークを持つことが分かる。

Figure 2007298503
The autocorrelation function calculation unit 108 is a unit that calculates the autocorrelation function of the reference signal generated by the reference signal generation unit 103 using the correlation peak position calculated by the cross correlation function calculation unit 104. Specifically, using the correlation peak position p peak calculated by the cross-correlation function calculation unit 104, the reference signal generation unit 103 generates a C / A code that is a reference signal by the processing of equation (3). An autocorrelation function acf (p) is calculated. It can be seen that the autocorrelation function acf (p) has a peak at p = p peak .
Figure 2007298503

抽出部(第2の抽出部)1052は、算出された自己相関関数のピーク値周辺を抽出する手段である。具体的には、自己相関関数算出部108で算出された自己相関関数acf(p)の自己相関ピーク付近を、抽出部1051で抽出した幅と同様の幅、すなわちppeak−Nab〜ppeak+Nab−1を抽出する。抽出した自己相関関数をacfe(i)とする。
フーリエ変換部(第2のフーリエ変換部)1062は、抽出部1052で抽出された自己相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換する手段である。具体的には、抽出部1052で抽出された自己相関関数acfeのフーリエ変換を、FFTを用いて行い、(4)式のような周波数関数を得る。

Figure 2007298503
The extraction unit (second extraction unit) 1052 is means for extracting the periphery of the calculated peak value of the autocorrelation function. Specifically, the autocorrelation function acf (p) calculated by the autocorrelation function calculation unit 108 has the same vicinity as the width extracted by the extraction unit 1051, ie, p peak −N ab to p peak. + N ab −1 is extracted. The extracted autocorrelation function is assumed as “fefe (i)”.
The Fourier transform unit (second Fourier transform unit) 1062 is means for performing a Fourier transform around the peak value of the autocorrelation function extracted by the extraction unit 1052. Specifically, the Fourier transform of the autocorrelation function “acfe” extracted by the extraction unit 1052 is performed using FFT to obtain a frequency function as shown in Equation (4).
Figure 2007298503

除算部107は、信号対ノイズ比の劣化を少なくする周波数範囲で、フーリエ変換部1061で得られた周波数関数をフーリエ変換部1062で得られた周波数関数により除算して周波数伝達関数を得る手段である。具体的には、(2)式に示すフーリエ変換部1061から入力される相互相関関数の周波数関数を、(4)式に示すフーリエ変換部1062から入力される自己相関関数の周波数関数で、各周波数ビンにおいて(5)式を用いて除算する。

Figure 2007298503
ここで、Kは除算を行う正の周波数範囲における周波数ビンの数であり、負の周波数も考慮すると除算を行う周波数ビンの総数は2K+1となる。
また、FFT後の周波数分解能Δfは2NabΔTとなるので除算を行う周波数範囲は、−2KNabΔT[Hz]〜2KNabΔT[Hz]となる。除算する周波数範囲は、受信機のバンドパスフィルタの帯域幅程度が妥当である。例えば、仮に受信機バンドパスフィルタの帯域が8MHzであった場合、除算を行う範囲は、−4MHz〜4MHzとする。また、PNR(Peak to Noise floor level Ratio;相互相関関数のピークとノイズフロアの比)によって除算する周波数範囲を変化させる構成でもよい。すなわち、PNRが低い場合には、除算する周波数範囲を狭めGPS信号のメインローブの幅(±1MHz)程度とするが、PNRがある程度高い場合には、除算する周波数範囲を受信機帯域幅(±4MHz)程度とするような構成である。これは、PNRが低い場合、GPS信号のメインローブ以外の周波数ではノイズが支配的になるので、(5)式の除算を行う場合においてノイズが増幅される可能性があるからである。 The division unit 107 is a unit that obtains a frequency transfer function by dividing the frequency function obtained by the Fourier transform unit 1061 by the frequency function obtained by the Fourier transform unit 1062 in a frequency range that reduces the deterioration of the signal-to-noise ratio. is there. Specifically, the frequency function of the cross-correlation function input from the Fourier transform unit 1061 shown in the equation (2) is the frequency function of the autocorrelation function input from the Fourier transform unit 1062 shown in the equation (4). Divide using the equation (5) in the frequency bin.
Figure 2007298503
Here, K is the number of frequency bins in the positive frequency range to be divided, and the total number of frequency bins to be divided is 2K + 1 considering the negative frequency.
Further, since the frequency resolution Δf after FFT is 2N ab ΔT, the frequency range to be divided is −2 KN ab ΔT [Hz] to 2 KN ab ΔT [Hz]. The frequency range to be divided is appropriate to the bandwidth of the band-pass filter of the receiver. For example, if the band of the receiver bandpass filter is 8 MHz, the range in which the division is performed is -4 MHz to 4 MHz. Moreover, the structure which changes the frequency range divided by PNR (Peak to Noise floor level Ratio; ratio of the peak of a cross-correlation function and a noise floor) may be sufficient. That is, when the PNR is low, the frequency range to be divided is narrowed to about the width of the main lobe of the GPS signal (± 1 MHz), but when the PNR is somewhat high, the frequency range to be divided is set to the receiver bandwidth (± 4 MHz). This is because when PNR is low, noise becomes dominant at frequencies other than the main lobe of the GPS signal, and therefore noise may be amplified when performing the division of equation (5).

高分解能処理部109は、除算部107で得られた周波数伝達関数に基づいて、相互相関関数算出部104で算出した相互相関関数のピーク値に含まれる受信拡散信号に近似したマルチパス波を分離して受信拡散信号の真の遅延時間を表す評価関数を算出する手段である。具体的には、次のように行う。
高分解能処理には、MUSIC法、ESPRIT法、最尤推定法等があるが、ここではMUSIC法を適用した場合について説明する。MUSIC法の詳細な説明は、菊間信良著、「アレーアンテナによる適応信号処理」、科学技術出版(1998年刊)、191〜202頁および269〜282頁に詳述されているが、ここではその処理について簡単に説明する。
除算部107の除算処理により得られた周波数伝達関数が(6)式で表せるものとする。

Figure 2007298503
ここで、η(k)は内部雑音、Lは伝搬経路数、clは各伝搬経路の複素振幅係数、2Nabは抽出部1051,1052で抽出された相互相関関数、自己相関関数のサンプル数である。また、τlはl番目伝搬経路における、相互相関関数のピーク位置ppeakを時間に直した値ΔTppeakからの遅延時間シフト量である。 Based on the frequency transfer function obtained by the division unit 107, the high resolution processing unit 109 separates the multipath wave approximated to the received spread signal included in the peak value of the cross correlation function calculated by the cross correlation function calculation unit 104. And an evaluation function representing the true delay time of the received spread signal. Specifically, this is performed as follows.
The high resolution processing includes a MUSIC method, an ESPRIT method, a maximum likelihood estimation method, and the like. Here, a case where the MUSIC method is applied will be described. A detailed description of the MUSIC method is described in detail by Nobuyoshi Kikuma, “Adaptive signal processing using an array antenna”, Science and Technology Publishing (1998), pages 191-202 and pages 269-282. A brief explanation will be given.
It is assumed that the frequency transfer function obtained by the division process of the division unit 107 can be expressed by equation (6).
Figure 2007298503
Here, eta (k) is the internal noise, L is the number of propagation paths, c l is the number of samples of the complex amplitude coefficients, 2N ab cross-correlation function extracted by the extraction unit 1051 and 1052, the autocorrelation function of the propagation path It is. Further, τ l is a delay time shift amount from a value ΔTp peak obtained by correcting the peak position p peak of the cross correlation function in the l-th propagation path.

MUSICアルゴリズムにおいては、上記(6)式の信号の相関行列を計算し、相関行列の固有値と固有ベクトルを求めることにより高精度に伝搬遅延時間を推定する。ところが、(6)式の場合のように直接波と相関性の高いマルチパス波が入射した場合、相関行列のランクが1となり、MUSICアルゴリズムによる推定が不能となる。そこで直接波とマルチパス波の相互相関を抑圧し、相関行列のランクを回復するために、(6)式の周波数関数に対して周波数平均操作の前処理を施す必要がある。   In the MUSIC algorithm, the propagation delay time is estimated with high accuracy by calculating the correlation matrix of the signal of the above equation (6) and obtaining the eigenvalue and eigenvector of the correlation matrix. However, when a multipath wave having a high correlation with the direct wave is incident as in the case of equation (6), the rank of the correlation matrix becomes 1, and estimation by the MUSIC algorithm becomes impossible. Therefore, in order to suppress the cross-correlation between the direct wave and the multipath wave and restore the rank of the correlation matrix, it is necessary to pre-process the frequency averaging operation on the frequency function of equation (6).

まず、2K+1成分の周波数アレーデータからM(M<2K+1)成分のサブアレーデータを1成分ずつずらしながら2K−M+2個抽出する。各サブアレーの相関行列Rα(第α部分相関行列)は式(8)のように計算される。2K−M+2個の各部分相関行列を平均し、移動平均後の共分散行列Rxxは(9)式のように計算される。

Figure 2007298503

ここで、Cは移動平均後のフルランクのM×Mの複素振幅相関行列であり、IはM×Mの単位行列である。またσ2は内部雑音電力である。 First, 2K−M + 2 sub-array data of M (M <2K + 1) components are extracted from the 2K + 1 component frequency array data while shifting one component at a time. The correlation matrix R α (αth partial correlation matrix) of each subarray is calculated as shown in Equation (8). The 2K−M + 2 partial correlation matrices are averaged, and the covariance matrix R xx after the moving average is calculated as shown in Equation (9).
Figure 2007298503

Here, C is a full rank M × M complex amplitude correlation matrix after moving average, and I is an M × M unit matrix. Σ 2 is the internal noise power.

次に、上記共分散行列Rxxについて固有値と固有ベクトルを求める。固有値と固有ベクトルをそれぞれλm、em(m=1,…,M)とすると(13)式が成り立つ。

Figure 2007298503
Next, eigenvalues and eigenvectors are obtained for the covariance matrix R xx . If the eigenvalue and eigenvector are λ m and e m (m = 1,..., M), equation (13) holds.

Figure 2007298503

共分散行列Rxxの固有値を求め、内部雑音電力σ2より大きい固有値の数から到来波数Lを推定する。また、予め到来波数Lを決定しておく構成にしてもよい。内部雑音電力σ2に等しい固有値に対応する固有ベクトルに対しては(14)式が成り立つ。

Figure 2007298503
さらに、行列AとCがフルランクであることから、(15)式が成り立つ。
Figure 2007298503
したがって、(16)式が成り立つ。
Figure 2007298503
The eigenvalue of the covariance matrix R xx is obtained, and the arrival wave number L is estimated from the number of eigenvalues larger than the internal noise power σ 2 . Further, the number of incoming waves L may be determined in advance. Equation (14) holds for the eigenvector corresponding to the eigenvalue equal to the internal noise power σ 2 .
Figure 2007298503
Furthermore, since the matrices A and C are full rank, equation (15) is established.
Figure 2007298503
Therefore, equation (16) is established.
Figure 2007298503

ゆえに、以下の遅延時間ベクトルa(τ)を用いて(17)式で表す関数を高分解能処理部109の評価関数として用いる。

Figure 2007298503
(17)式の評価関数PMU(τ)は、各パス波の遅延時間シフト量τlと一致した場合にピークを持つことが分かる。なぜなら、(16)式において遅延時間ベクトルalと雑音固有値に対応する雑音固有ベクトルem(m=L+1,…,M)との内積が0となる、つまりPMU(τ)の分母が0となるからである。 Therefore, the function expressed by the equation (17) using the following delay time vector a (τ) is used as the evaluation function of the high resolution processing unit 109.
Figure 2007298503
It can be seen that the evaluation function P MU (τ) in the equation (17) has a peak when it coincides with the delay time shift amount τ l of each path wave. This is because the noise eigenvectors e m (m = L + 1 , ..., M) becomes the inner product is zero and, that is the denominator of the P MU (tau) is 0 corresponding to the delay time vector a l and noise eigenvalues in (16) Because it becomes.

評価関数PMU(τ)において推定可能な遅延時間の範囲τmaxは、遅延時間モードベクトルa(τ)の周期性により、(20)式のようになる。

Figure 2007298503
MU(τ)において推定を行う遅延時間シフト量τの幅を−NabΔT〜+NabΔTとして、PMU(τ)を計算する。PMU(τ)のピークサーチを行い、1個のピークを検出する。各ピークに対応する遅延時間シフト量τ(l) peakと相互相関関数のピーク値ppeakを用いて、各伝搬経路のC/Aコード1ms内における伝搬遅延時間はτ(l) peak+ΔTppeakとして推定することができる。 The delay time range τ max that can be estimated in the evaluation function P MU (τ) is expressed by Equation (20) due to the periodicity of the delay time mode vector a (τ).
Figure 2007298503
The width of the delay time shift tau to estimate as -N ab ΔT~ + N ab ΔT in P MU (τ), to calculate the P MU (τ). A peak search of P MU (τ) is performed to detect one peak. Using the delay time shift amount τ (l) peak corresponding to each peak and the peak value p peak of the cross-correlation function, the propagation delay time in the C / A code 1 ms of each propagation path is expressed as τ (l) peak + ΔTp peak Can be estimated.

図5にこの実施の形態1における評価結果の例を示す。横軸がC/Aコードの1周期(1ms内)における信号遅延時間であり、縦軸が正規化した評価関数値を表している。相互相関関数による遅延プロファイルでは直接波に近接するマルチパス波を分離できないのに対し、この例の遅延プロファイルでは、2波を分離し、直接波およびマルチパス波の両者の遅延時間について正確に推定できていることが分かる。   FIG. 5 shows an example of the evaluation result in the first embodiment. The horizontal axis represents the signal delay time in one cycle (within 1 ms) of the C / A code, and the vertical axis represents the normalized evaluation function value. While the multipath wave close to the direct wave cannot be separated by the delay profile based on the cross correlation function, the delay profile of this example separates the two waves and accurately estimates the delay time of both the direct wave and the multipath wave. You can see that it is made.

以上のように、この実施の形態1によれば、相互相関関数算出部104により、伝播過程で生じた周波数シフト量を補償した受信拡散信号と送信時における拡散信号と同じ参照信号の相互相関関数を算出し、推定された伝搬遅延時間を表す相互相関関数のピーク値周辺を第1の抽出部1051で抽出し、第1のフーリエ変換部1061により、相互相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換して周波数関数を得、自己相関関数算出部108により、相互相関関数算出部104で算出された相関ピーク位置を用い、参照信号の自己相関関数を算出し、算出された自己相関関数のピーク値周辺を第2の抽出部1052で抽出し、第2のフーリエ変換部1062により、自己相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換して周波数関数を得、除算部107により、信号対ノイズ比の劣化を少なくする周波数範囲で、第1のフーリエ変換部1061で得られた周波数関数を第2のフーリエ変換部1062で得られた周波数関数で除算して周波数伝達関数を得、高分解能処理部109において、周波数伝達関数に基づいて、相互相関関数のピーク値に含まれる受信拡散信号に近似したマルチパス波を分離して受信拡散信号の真の遅延時間を表す評価関数を算出するようにしている。したがって、受信信号のSNRが低い場合でも時間的に近接した遅延信号を分離して拡散信号の伝搬遅延時間を高精度に測定することができる。また、相互相関関数のピーク値周辺を抽出し、その抽出した一部分のみを高分解能処理を行うようにしているので、従来の方式と比較して演算量を低減することができる。   As described above, according to the first embodiment, the cross-correlation function between the received spread signal compensated for the frequency shift amount generated in the propagation process and the same reference signal as the spread signal at the time of transmission by the cross-correlation function calculation unit 104. The first extraction unit 1051 extracts the periphery of the peak value of the cross-correlation function representing the estimated propagation delay time, and the first Fourier transform unit 1061 Fourier-transforms the periphery of the peak value of the cross-correlation function. The autocorrelation function calculation unit 108 calculates the autocorrelation function of the reference signal using the correlation peak position calculated by the crosscorrelation function calculation unit 104, and the peak value around the calculated autocorrelation function. Is extracted by the second extraction unit 1052, and the second Fourier transform unit 1062 performs Fourier transform around the peak value of the autocorrelation function to obtain a frequency function, and the division unit 107 Therefore, the frequency transfer function is obtained by dividing the frequency function obtained by the first Fourier transform unit 1061 by the frequency function obtained by the second Fourier transform unit 1062 in a frequency range that reduces the deterioration of the signal-to-noise ratio. In the high-resolution processing unit 109, an evaluation function representing the true delay time of the received spread signal by separating the multipath wave approximated to the received spread signal included in the peak value of the cross-correlation function based on the frequency transfer function Is calculated. Therefore, even when the SNR of the received signal is low, the delay signals that are close in time can be separated and the propagation delay time of the spread signal can be measured with high accuracy. In addition, since the periphery of the peak value of the cross-correlation function is extracted and only a part of the extracted part is subjected to high resolution processing, the amount of calculation can be reduced as compared with the conventional method.

実施の形態2.
実施の形態1における、抽出部1051,1052において、相互相関関数および自己相関関数のピーク値周辺の抽出は単純にある時間範囲の信号を抽出するだけであり、これは以下の方形波を各関数に乗算することになる。

Figure 2007298503
一般に方形波による関数の抽出を行った場合、抽出点における不連続性により周波数スペクトル上においてサイドローブが発生し、高分解能処理において精度を劣化させる恐れがある。そこで、この実施の形態2では、相互相関関数と自己相関関数の抽出において時間窓関数を乗算することにより、周波数スペクトルのサイドローブを低減し、遅延時間分解能を向上させることを目的とする。 Embodiment 2. FIG.
In the extraction units 1051 and 1052 in the first embodiment, the extraction around the peak values of the cross-correlation function and the autocorrelation function simply extracts a signal within a certain time range. Will be multiplied.
Figure 2007298503
In general, when a function is extracted by a square wave, side lobes are generated on the frequency spectrum due to discontinuity at the extraction point, and there is a risk of degrading accuracy in high resolution processing. Therefore, in the second embodiment, an object is to reduce the side lobe of the frequency spectrum and improve the delay time resolution by multiplying the time window function in the extraction of the cross-correlation function and the autocorrelation function.

図6はこの発明の実施の形態2による伝搬遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図1に相当する機能構成部分には同一符号を付し、その説明については、原則として省略する。この実施の形態2が実施の形態1と異なる点は、抽出部1051,1052に代わって、時間窓関数乗算部6011,6012を設けたことである。
時間窓関数乗算部(第1の時間窓関数乗算部)6011は、相互相関関数算出部104で算出された相互相関関数のピーク値周辺に、抽出する範囲の時間窓関数を乗算する手段である。また、時間窓関数乗算部(第2の時間窓関数乗算部)6012は、自己相関関数算出部108で算出された自己相関関数のピーク値周辺に、同様に抽出する範囲の時間窓関数を乗算する手段である。
一例として、ppeak−Nab〜ppeak+Nab−1の区間においてハミング窓を用いて抽出する構成について説明する。
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of a propagation delay time measuring apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, functional components corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted in principle. The second embodiment is different from the first embodiment in that time window function multiplication units 6011 and 6012 are provided in place of the extraction units 1051 and 1052.
The time window function multiplication unit (first time window function multiplication unit) 6011 is means for multiplying the peak value of the cross correlation function calculated by the cross correlation function calculation unit 104 by the time window function in the range to be extracted. . Also, the time window function multiplier (second time window function multiplier) 6012 multiplies the time window function within the same extraction range around the peak value of the autocorrelation function calculated by the autocorrelation function calculator 108. It is means to do.
As an example, description will be given of a configuration for extracting using Hamming window in a section p peak -N ab ~p peak + N ab -1.

ハミング窓を用いた場合の時間窓関数w(i)は(22)式で表される。

Figure 2007298503
peak−Nab〜ppeak+Nab−1の区間で抽出された相互相関関数ccfe(i)および自己相関関数acfe(i)に、上記ハミング窓関数を乗算し、乗算した相互相関関数および自己相関関数を新たにccfew(i)、acfew(i)とおくと、ccfew(i)をフーリエ変換部1061に、acfew(i)をフーリエ変換部1062に送る。また、ここではハミング窓を使用した場合について説明したが、これが三角窓、ハニング窓等であってもよい。 A time window function w (i) in the case of using a Hamming window is expressed by equation (22).
Figure 2007298503
the p peak -N ab ~p peak + N ab extracted in a section -1 cross-correlation function ccfe (i) and the autocorrelation function ACFE (i), multiplied by the Hamming window function, multiplied by cross-correlation function and self If the correlation function is newly set as ccfw (i) and acfw (i), ccfw (i) is sent to the Fourier transform unit 1061 and acfw (i) is sent to the Fourier transform unit 1062. Although the case where a Hamming window is used has been described here, this may be a triangular window, a Hanning window, or the like.

図7は、高分解能処理部108で得られた実施の形態2における評価結果の例を示す。評価条件は実施の形態1と同じであるが、ハミング窓関数を乗算していることにより、直接波とマルチパス波のピークが上記実施の形態1の場合(図5)と比較して鋭くなっており、遅延時間分解能が向上していることが分かる。   FIG. 7 shows an example of the evaluation result in the second embodiment obtained by the high resolution processing unit 108. Although the evaluation conditions are the same as those in the first embodiment, the peaks of the direct wave and the multipath wave are sharper than in the case of the first embodiment (FIG. 5) by multiplying the Hamming window function. It can be seen that the delay time resolution is improved.

実施の形態3.
図8はこの発明の実施の形態3による伝搬遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。図において、図1に相当する機能構成部分には同一符号を付し、その説明については、原則として省略する。この実施の形態3が実施の形態1と異なる点は、相互相関関数算出部104と抽出部1051の間に、新たに加算処理部801を設けたことである。
Embodiment 3.
FIG. 8 is a block diagram showing a functional configuration of a propagation delay time measuring apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, functional components corresponding to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted in principle. The third embodiment is different from the first embodiment in that an addition processing unit 801 is newly provided between the cross-correlation function calculation unit 104 and the extraction unit 1051.

加算処理部801では、例えば、相互相関関数算出部104で計算された相互相関関数ccf(p)を、(23)式に従って、周期毎に加算する。

Figure 2007298503
ここで、qはC/Aコード周期番号である。上記加算処理は,相互相関関数ccf(p)においてピーク位置ppeakが得られているならば、ppeak周辺のみを式(23)に従い実行すればよい。しかし、SNRが低くccf(p)においてピークが得られない場合には、全てのpすなわちp=0,1,…,N−1において式(23)に従い加算処理を行う必要がある。Nav(q)はC/Aコード1周期毎の航法ビット変調系列であり、exp(0)あるいはexp(jπ)のどちらかを取る。
上述したように、GPS信号はC/Aコード20周期(20ms)毎に航法データビット系列によりBPSK変調されている。したがって、20ms以上の加算処理を行う場合、航法ビット系列による位相変調を補償して積分する必要がある。このNav(q)は事前の処理において求めておく。また式(23)の加算処理を行う場合の注意点として、相互相関関数算出部104における周波数シフト量fdは1/加算処理時間の精度で、真の周波数シフトfrと一致している必要がある。さもなければ、加算処理時間の増加に従い、fdとfrの周波数差によって受信信号位相が回転し、積分によるSNR改善効果が少なくなってしまうからである。例えば、1秒の加算処理を行う場合、fdとfrは1Hz単位で一致している必要がある。周期加算値sccfは抽出部1051に送られる。抽出部1051以降の処理は実施の形態1と同様である。 In the addition processing unit 801, for example, the cross-correlation function ccf (p) calculated by the cross-correlation function calculating unit 104 is added for each period according to the equation (23).
Figure 2007298503
Here, q is a C / A code cycle number. If the peak position p peak is obtained in the cross-correlation function ccf (p), only the vicinity of p peak may be executed according to the equation (23). However, when the SNR is low and no peak is obtained at ccf (p), it is necessary to perform addition processing according to the equation (23) in all p, that is, p = 0, 1,. Nav (q) is a navigation bit modulation sequence for each cycle of the C / A code, and takes either exp (0) or exp (jπ).
As described above, the GPS signal is BPSK-modulated with the navigation data bit sequence every 20 C / A codes (20 ms). Therefore, when performing addition processing of 20 ms or more, it is necessary to compensate and integrate phase modulation by the navigation bit sequence. This Nav (q) is obtained in advance processing. As a precaution when performing the addition process of Expression (23), the frequency shift amount fd in the cross-correlation function calculation unit 104 needs to coincide with the true frequency shift fr with the accuracy of 1 / addition process time. . Otherwise, as the addition processing time increases, the received signal phase is rotated by the frequency difference between fd and fr, and the SNR improvement effect by integration is reduced. For example, when performing addition processing for 1 second, fd and fr need to correspond in 1 Hz units. The period addition value sccf is sent to the extraction unit 1051. The processes after the extraction unit 1051 are the same as those in the first embodiment.

以上のように、この実施の形態3によれば、相互相関関数に対して加算処理を行うようにしたので、SNRの更なる向上が図れる。また、相互相関関数により信号ピークが得られない場合においても、加算処理を行うことでピーク検出可能になり、その後高分解能処理部で処理することにより、相互相関関数で信号検出できない場合においても高精度に信号遅延時間を推定することができる。   As described above, according to the third embodiment, since the addition process is performed on the cross correlation function, the SNR can be further improved. In addition, even when a signal peak cannot be obtained by the cross-correlation function, it is possible to detect the peak by performing addition processing, and then processing by the high-resolution processing unit makes it possible to increase the peak even when the signal cannot be detected by the cross-correlation function The signal delay time can be estimated with high accuracy.

実施の形態4.
図9はこの発明の実施の形態4による伝搬遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。図において、上記実施の形態2の図6に相当する機能部分には同一符号を付し、その説明については、原則として省略する。この実施の形態4が上記実施の形態2と異なる点は、相互相関関数算出部104と時間窓関数乗算部6011の間に、新たに加算処理部801を設けたことである。
この実施の形態4では、上記実施の形態3で説明したように、相互相関関数ccf(p)の周期毎に加算を行った後、時間窓関数乗算部6011により、相互相関関数の積分値の範囲に窓関数を乗算した後に、フーリエ変換を行う。また、時間窓関数乗算部6012では、抽出する自己相関関数の範囲に、実施の形態2と同様に窓関数を乗算した後に、フーリエ変換を行う。
Embodiment 4.
FIG. 9 is a block diagram showing a functional configuration of a propagation delay time measuring apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. In the figure, functional parts corresponding to those in FIG. 6 of the second embodiment are given the same reference numerals, and description thereof will be omitted in principle. The fourth embodiment differs from the second embodiment in that an addition processing unit 801 is newly provided between the cross-correlation function calculation unit 104 and the time window function multiplication unit 6011.
In the fourth embodiment, as described in the third embodiment, after the addition is performed for each period of the cross-correlation function ccf (p), the time window function multiplication unit 6011 calculates the integration value of the cross-correlation function. After the range is multiplied by the window function, the Fourier transform is performed. The time window function multiplier 6012 multiplies the range of the autocorrelation function to be extracted by the window function in the same manner as in the second embodiment, and then performs Fourier transform.

以上のように、この実施の形態4によれば、加算処理部801においてSNRを回復した後に相関ピーク周辺を窓関数の乗算により抽出するようにしたことで、相関ピーク近傍のSNRを改善し、高分解能処理部109において高精度に信号遅延時間を推定することができる。   As described above, according to the fourth embodiment, after the SNR is recovered in the addition processing unit 801, the vicinity of the correlation peak is extracted by the window function multiplication, thereby improving the SNR in the vicinity of the correlation peak, The high resolution processing unit 109 can estimate the signal delay time with high accuracy.

実施の形態5.
上記実施の形態1における抽出部(第1の抽出部)1051では、相互相関関数ccfがピークを持つ相関区間の開始時点ppeakの周辺を抽出することで、信号遅延時間の真値周辺の相互相関関数を抽出している。また、実施の形態2における時間窓関数乗算部6011においても同様に、相互相関関数ccfの相関区間の開始時点ppeakの周辺に時間窓関数を乗算することで、信号遅延時間の真値周辺の相互相関関数を抽出している。しかし、低SNR環境下においては、相互相関関数ccfがピークを持つ相関区間の開始時点ppeakが信号遅延時間の真値周辺にあるとは限らない。つまり、信号電力が減少することにより信号遅延時間の真値周辺に生成される相関ピーク(以後、信号ピークと呼ぶ)値が減少し、雑音と参照信号との相関によるピーク(以後、雑音ピークと呼ぶ)値のほうが高くなる場合がある。このような場合、単純に相互相関関数ccfのピークを検出した場合、雑音ピークが検出されてしまう。したがって、高分解能処理部109により誤った信号遅延時間が推定されてしまうことになる。そこで、この実施の形態5では、以下に述べるように、正確に遅延時間を推定することができるようにする手段を提供する。
Embodiment 5 FIG.
The extraction unit (first extraction unit) 1051 in the first embodiment extracts the vicinity of the start time point p peak of the correlation section where the cross-correlation function ccf has a peak, so that the mutual around the true value of the signal delay time is obtained. The correlation function is extracted. Similarly, in the time window function multiplying unit 6011 in the second embodiment, the time window function is multiplied around the start time point p peak of the correlation interval of the cross correlation function ccf, thereby obtaining a signal delay time around the true value. The cross correlation function is extracted. However, in a low SNR environment, the start point p peak of the correlation interval in which the cross-correlation function ccf has a peak is not always around the true value of the signal delay time. That is, as the signal power decreases, the correlation peak (hereinafter referred to as the signal peak) generated around the true value of the signal delay time decreases, and the peak due to the correlation between the noise and the reference signal (hereinafter referred to as the noise peak). The value may be higher. In such a case, when a peak of the cross correlation function ccf is simply detected, a noise peak is detected. Therefore, an erroneous signal delay time is estimated by the high resolution processing unit 109. Therefore, in the fifth embodiment, as will be described below, means for enabling accurate estimation of the delay time is provided.

図10は、この発明の実施の形態5による遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。図において、上記実施の形態1の図1に相当する機能部分には同一符号を付し、原則としてその説明については省略する。この実施の形態5が実施の形態1と異なる点は、抽出部1051に代わり、検出部1102を設け、また高分解能処理部109において判定部(第1の判定部)1104を新たに追加した高分解能処理部1101を備えた点である。なお、実施の形態1の高分解能処理部109は、本来、固有解析部1103と遅延時間推定部1105が一緒になった構成であるが、ここでは分割して示し、間に判定部1104を新たに設けて高分解能処理部1101としている。以下、実施の形態1と異なる部分の処理について説明する。   FIG. 10 is a block diagram showing a functional configuration of the delay time measuring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the functional parts corresponding to those in FIG. 1 of the first embodiment, and the description thereof will be omitted in principle. The fifth embodiment is different from the first embodiment in that a detection unit 1102 is provided instead of the extraction unit 1051, and a determination unit (first determination unit) 1104 is newly added to the high resolution processing unit 109. The resolution processing unit 1101 is provided. Note that the high resolution processing unit 109 according to the first embodiment has a configuration in which the eigenanalysis unit 1103 and the delay time estimation unit 1105 are combined together. The high resolution processing unit 1101 is provided. Hereinafter, processing of parts different from the first embodiment will be described.

検出部1102は、相互相関関数算出部104で算出された相互相関関数の絶対値が所定の閾値を超えた全てのピーク値に対してその周辺を抽出する手段である。具体的には、相互相関関数ccf(p)の絶対値が、設定した閾値を超えた場合の相関開始時点ppeak (h) (hは、1〜Hまでの整数)を算出する。すなわちppeak (h)は、信号ピークと雑音ピークを含んだピーク候補値のインデックスである。なお検出する際の閾値は、相互相関関数ccf(p)の絶対値の平均値や、予めおおよその受信信号電力が分かっている場合には、それより推定された相互相関関数のノイズフロアレベルを用いてもよい。またピーク候補値インデックスの総数であるHをあらかじめ設定しておき、Hを満たすまで相互相関関数ccf(p)の絶対値の大きい順に、ppeak (h)を検出する構成でもよい。次に、ppeak (h)周辺の相互相関関数ccf(p)を抽出する。ここでは、抽出するサンプル数は実施の形態1と同じとし、ppeak (h)−Nab〜ppeak (h)+Nab−1の2Nab個を抽出し、抽出したccfをccfe(h)(i)(i=0,1,…,2Nab−1)とする。抽出されたピーク候補値インデックスppeak (h)を自己相関関数算出部108に送る。また、ccfe(h)(i)をフーリエ変換部1061に送る。
自己相関関数算出部108では、検出部1051から送られてきたピーク候補値インデックスppeak (h)に基づき、自己相関関数acfe(h)(i)を(3)式に従い計算する。計算したacfe(h)(i)を抽出部1052に送る。
The detection unit 1102 is a means for extracting the periphery of all peak values for which the absolute value of the cross correlation function calculated by the cross correlation function calculation unit 104 exceeds a predetermined threshold. Specifically, the correlation start point p peak (h) (h is an integer from 1 to H) when the absolute value of the cross-correlation function ccf (p) exceeds a set threshold value is calculated. That is, p peak (h) is an index of a peak candidate value including a signal peak and a noise peak. The threshold value for detection is the average value of the absolute value of the cross-correlation function ccf (p) or, if the approximate received signal power is known in advance, the noise floor level of the cross-correlation function estimated from it. It may be used. Alternatively, H may be set in advance, which is the total number of peak candidate value indexes, and p peak (h) may be detected in descending order of the absolute value of the cross-correlation function ccf (p) until H is satisfied. Next, a cross-correlation function ccf (p) around p peak (h ) is extracted. Here, the number of samples to be extracted is the same as in the first embodiment, 2N ab of p peak (h) −N ab to p peak (h) + N ab −1 are extracted, and the extracted ccf is ccfe (h). (I) (i = 0, 1,..., 2N ab −1). The extracted peak candidate value index p peak (h) is sent to the autocorrelation function calculation unit 108. Also, ccfe (h) (i) is sent to the Fourier transform unit 1061.
The autocorrelation function calculation unit 108 calculates the autocorrelation function acfe (h) (i) according to the equation (3) based on the peak candidate value index p peak (h) sent from the detection unit 1051. The calculated cake (h) (i) is sent to the extraction unit 1052.

次に、高分解能処理部1101の動作について説明する。
固有解析部1103では、まず除算部107から送られてきた周波数伝達関数x(k)(h)の相関行列を計算し、移動平均処理を施したRxx(h)を算出する。次に、Rxx(h)の固有値展開を行い、固有ベクトルem (h)と固有値λm (h)を求める。これは実施の形態1の(7)〜(13)式の処理に相当する。求めた固有ベクトルem (h)、固有値λm (h)を判定部1104に送る。判定部1104では、除算部107より送られてきた周波数伝達関数x(k)(h)の固有値λm (h)の分布から、検出部1102で抽出されたccfe(h)(i)に信号ピークが含まれるか、雑音ピークが含まれるかを判定する。仮に雑音ピークが含まれている場合、ccfe(h)(i)には、雑音成分と自己相関関数のサイドローブが含まれる。一方、acfe(h)(i)には自己相関関数のピーク周辺のみ含まれ、自己相関関数のピーク周辺とサイドローブとは相関が小さく、除算部107により得られたx(k)(h)においては雑音成分が支配的となることが想定される。よって、x(k)(h)の固有値は雑音固有値のみであり、信号固有値は含まれないことが期待される。雑音固有値のみ含まれた場合、(13)式から全ての固有値がほぼ同じ値を持つことになるので固有値分布から信号ピークが含まれるかを判定することは容易である。
Next, the operation of the high resolution processing unit 1101 will be described.
The eigenanalysis unit 1103 first calculates the correlation matrix of the frequency transfer function x (k) (h) sent from the division unit 107, and calculates Rxx (h) subjected to the moving average process. Next, eigenvalue expansion of Rxx (h) is performed to obtain an eigenvector e m (h) and an eigenvalue λ m (h) . This corresponds to the processing of the expressions (7) to (13) in the first embodiment. The obtained eigenvector e m (h) and eigenvalue λ m (h) are sent to the determination unit 1104. The determination unit 1104 outputs a signal to the ccfe (h) (i) extracted by the detection unit 1102 from the distribution of the eigenvalue λ m (h) of the frequency transfer function x (k) (h) sent from the division unit 107. It is determined whether a peak or a noise peak is included. If a noise peak is included, ccfe (h) (i) includes a noise component and a side lobe of an autocorrelation function. On the other hand, only the periphery of the peak of the autocorrelation function is included in cafe (h) (i), the correlation between the peak periphery of the autocorrelation function and the side lobe is small, and x (k) (h) obtained by the division unit 107 It is assumed that the noise component becomes dominant in. Therefore, it is expected that the eigenvalue of x (k) (h) is only the noise eigenvalue and does not include the signal eigenvalue. When only the noise eigenvalue is included, all eigenvalues have almost the same value from the equation (13), so it is easy to determine whether the signal peak is included from the eigenvalue distribution.

ここで、判定部1104の判定方法としては、固有値λm (h)の平均値の実数倍を判定の閾値とし、その閾値を超えた固有値λm (h)が存在した場合に信号ピークが含まれると判断する。実数倍の係数は、事前のシミュレーションにより適切な値を求めておく等が考えられる。また、(13)式により雑音固有値は雑音電力に等しいので、事前に雑音電力が既知である場合にはその値を用いて固有値検出の閾値としてもよい。全ての固有値λm (h)(h=1,2,・・・,H)に対して判定処理を行い、信号ピークが含まれると判断されたhsigにおける、em (hsig)とλm (hsig)を遅延時間推定部1105に送る。
遅延時間推定部1105では、判定部1104から送られてきた固有ベクトルと固有値em (hsig)とλm (hsig)を用いて、(17)式の評価関数を計算し、評価関数がピークとなる遅延時間τ(hsig,l) peakを求め、各伝搬経路のC/Aコード1ms内における伝搬遅延時間はτ(l) peak+ΔTppeak (hsig)として推定することができる。また、遅延時間推定部1105は、判定部1104により信号ピークと判定されたppeak (hsig)の周辺を抽出して求めた伝達関数x(k)(hsig)を用いて、ESPRIT法や最尤推定法を用いて遅延時間を推定する構成でもよい。
Here, as the determination method of the determination unit 1104, a real number times the average value of the eigenvalues λ m (h) as a threshold value for determination, contains signal peaks when the eigenvalues lambda m exceeds the threshold value (h) is present Judge that For the real number multiple coefficient, an appropriate value may be obtained by a prior simulation. Further, since the noise eigenvalue is equal to the noise power according to the equation (13), when the noise power is known in advance, the value may be used as a threshold for eigenvalue detection. All the eigenvalues λ m (h) (h = 1,2, ···, H) performs the determination process with respect to, the h sig which is determined to include the signal peak, and e m (hsig) λ m (hsig) is sent to the delay time estimation unit 1105.
The delay time estimation unit 1105 uses the eigenvector and the eigenvalues e m (hsig) and λ m (hsig) sent from the determination unit 1104 to calculate the evaluation function of equation (17), and the evaluation function reaches a peak. The delay time τ (hsig, l) peak is obtained, and the propagation delay time within 1 ms of the C / A code of each propagation path can be estimated as τ (l) peak + ΔTp peak (hsig) . In addition, the delay time estimation unit 1105 uses the transfer function x (k) (hsig) obtained by extracting the periphery of p peak (hsig) determined as the signal peak by the determination unit 1104, and uses the ESPRIT method or the maximum likelihood. The configuration may be such that the delay time is estimated using an estimation method.

以上のように、この実施の形態5では、相互相関関数算出部104で算出された相互相関関数のピークを検出する際に閾値を設け、閾値を超えたピーク候補全てに対してピーク値周辺の抽出を行う検出部1102を設け、高分解能処理部1101において、判定部(第1の判定部)1104により閾値を超えた相関ピークに対して、固有値の分布から信号ピークの判定を行い、信号ピークを検出した場合のみ、遅延時間を推定する構成としたので、低SNR環境下においても信号ピークを検出し、正確に遅延時間を推定することが可能となる。
なお、検出部1102において、相互相関関数算出部104で算出された相互相関関数の絶対値が所定の閾値を超えた場合の全てのピーク値の周辺を抽出しているが、その際ピーク値の周辺に時間窓を乗算してからピーク値に対する周辺を抽出するようにしてもよい。
また、検出部1102は、上記例では相互相関関数算出部104で算出された相互相関関数に対してピーク値の検出を直接行うようにした構成であるが、実施の形態3における加算処理部801の後の抽出部1051の代わりとして設けるようにしてもよい。その場合、加算処理部801は相互相関関数算出部104で算出された相互相関関数を周期毎に加算しているので、検出部1102では、算出された相互相関関数の周期加算値が所定の閾値を超えた全てのピーク値に対してその周辺を抽出するか、またはピーク値の周辺に時間窓関数を乗算してから抽出することになる。そのため、SNRの向上が図れ、また、相互相関関数により信号ピークが得られない場合においても、加算処理を行うことでピーク検出可能になり、その後の高分解能処理部1101の処理において高精度に信号遅延時間を推定することができるようになる。
As described above, in the fifth embodiment, a threshold is provided when detecting the peak of the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit 104, and all the peak candidates that exceed the threshold are surrounded by the peak value. A detection unit 1102 that performs extraction is provided, and the high resolution processing unit 1101 determines a signal peak from a distribution of eigenvalues for a correlation peak that exceeds a threshold by a determination unit (first determination unit) 1104, and Since the delay time is estimated only when the signal is detected, it is possible to detect the signal peak even under a low SNR environment and accurately estimate the delay time.
The detection unit 1102 extracts the periphery of all peak values when the absolute value of the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit 104 exceeds a predetermined threshold. The periphery for the peak value may be extracted after multiplying the periphery by the time window.
In addition, in the above example, the detection unit 1102 is configured to directly detect the peak value for the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit 104. However, the addition processing unit 801 in the third embodiment is used. It may be provided in place of the subsequent extraction unit 1051. In this case, since the addition processing unit 801 adds the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculating unit 104 for each period, the detection unit 1102 determines that the calculated period addition value of the cross-correlation function is a predetermined threshold value. The periphery of all peak values exceeding the threshold value is extracted, or the periphery of the peak value is extracted after being multiplied by a time window function. Therefore, the SNR can be improved, and even when the signal peak cannot be obtained by the cross-correlation function, it is possible to detect the peak by performing the addition process, and the signal of the high-resolution processing unit 1101 can be detected with high accuracy. The delay time can be estimated.

実施の形態6.
上記実施の形態5では、周波数伝達関数から求めた相関行列の固有値分布から信号ピークと雑音ピークの判定を行うが、雑音固有値にばらつきが生じた場合に判定を誤る可能性がある。そこでこの実施の形態6では、以下に述べるように、信号ピークを検出する確率を上げることができるようにする手段を提供する。
図11は、この発明の実施の形態6による遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。図において、上記実施の形態5の図10に相当する機能部分には同一符号を付し、原則としてその説明については省略する。この実施の形態6が実施の形態5と異なる点は、遅延時間推定部1105に代わり、遅延時間評価関数算出部1201と判定部(第2の判定部)1203を新たに備えた点である。以下、実施の形態5と異なる部分の処理について説明する。
Embodiment 6 FIG.
In the fifth embodiment, the signal peak and the noise peak are determined from the eigenvalue distribution of the correlation matrix obtained from the frequency transfer function. However, when the noise eigenvalue varies, the determination may be erroneous. In view of this, the sixth embodiment provides means for increasing the probability of detecting a signal peak as described below.
FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration of a delay time measuring apparatus according to Embodiment 6 of the present invention. In the figure, functional parts corresponding to those in FIG. 10 of the fifth embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted in principle. The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in that a delay time evaluation function calculation unit 1201 and a determination unit (second determination unit) 1203 are newly provided in place of the delay time estimation unit 1105. Hereinafter, processing of parts different from the fifth embodiment will be described.

遅延時間評価関数算出部1201は、判定部(第1の判定部)1104で信号ピークが含まれると判定された場合に、固有解析部1103で算出された雑音固有ベクトルに基づいて遅延時間評価関数を算出する手段である。具体的には、判定部1104で信号ピークが含まれると判定された周波数伝達関数x(k)(h)から求めた雑音固有ベクトルを用いて(17)式のMUSIC評価関数(遅延時間評価関数)を算出し、もう一つの判定部(第2の判定部)1203に送る。
判定部1203は、算出された遅延時間評価関数値が所定の閾値を超えた場合にのみ遅延時間評価関数値を遅延時間推定値として出力する手段である。具体的には、遅延時間評価関数算出部1201から送られてきたMUSIC評価関数を用いて、周波数伝達関数x(k)(h)に信号ピークが含まれるか雑音ピークが含まれるかを再判定する。周波数伝達関数x(k)(h)に信号ピークが含まれる場合、x(k)(h)の共分散行列から求めた雑音固有ベクトルと遅延時間モードベクトルとの内積は0に近づき、遅延時間の真値近傍でMUSIC評価関数は鋭いピークを持つ。よって、評価関数のピークを検出することで信号遅延時間を推定することが可能となる。しかし、周波数伝達関数x(k)(h)に雑音ピークが含まれる場合、x(k)(h)の相関行列から求めた雑音固有ベクトルと遅延時間モードベクトルとの直交性が保証されず、内積が0より大きくなることが考えられる。したがって、MUSIC評価関数値が設定した閾値を超えた場合に信号ピークと判定し、閾値以下である場合に雑音ピークであると判定する。MUSIC評価関数の閾値は、予め計算機シミュレーションや実験等により求めた値を用いる。閾値を超えた場合、信号ピークと判定されたMUSIC評価関数のピークの位置を信号遅延時間として算出して出力する。したがって、雑音ピークを誤って信号ピークとする判定を減少させることができる。
The delay time evaluation function calculation unit 1201 calculates a delay time evaluation function based on the noise eigenvector calculated by the eigenanalysis unit 1103 when the determination unit (first determination unit) 1104 determines that a signal peak is included. It is a means for calculating. Specifically, the MUSIC evaluation function (delay time evaluation function) of Expression (17) using the noise eigenvector determined from the frequency transfer function x (k) (h) determined by the determination unit 1104 to include a signal peak. Is calculated and sent to another determination unit (second determination unit) 1203.
The determination unit 1203 is a unit that outputs the delay time evaluation function value as the delay time estimation value only when the calculated delay time evaluation function value exceeds a predetermined threshold value. Specifically, using the MUSIC evaluation function sent from the delay time evaluation function calculation unit 1201, it is determined again whether the frequency transfer function x (k) (h) includes a signal peak or a noise peak. To do. When a signal peak is included in the frequency transfer function x (k) (h) , the inner product of the noise eigenvector and the delay time mode vector obtained from the covariance matrix of x (k) (h) approaches 0, and the delay time Near the true value, the MUSIC evaluation function has a sharp peak. Therefore, it is possible to estimate the signal delay time by detecting the peak of the evaluation function. However, when a noise peak is included in the frequency transfer function x (k) (h) , the orthogonality between the noise eigenvector obtained from the correlation matrix of x (k) (h) and the delay time mode vector is not guaranteed, and the inner product Can be greater than zero. Therefore, when the MUSIC evaluation function value exceeds the set threshold value, it is determined as a signal peak, and when it is equal to or less than the threshold value, it is determined as a noise peak. As the threshold of the MUSIC evaluation function, a value obtained in advance by computer simulation or experiment is used. When the threshold value is exceeded, the peak position of the MUSIC evaluation function determined as the signal peak is calculated and output as the signal delay time. Therefore, it is possible to reduce the determination that the noise peak is erroneously set as the signal peak.

以上のように、この実施の形態6によれば、判定部(第1の判定部)1104で信号ピークが含まれると判定された場合に、遅延時間評価関数算出部1201により固有解析部1103で算出された雑音固有ベクトルに基づいてMUSIC評価関数(遅延時間評価関数)を算出し、判定部(第2の判定部)1203により、MUSIC評価関数値が設定した閾値を超えた場合にのみ信号ピークを含んでいると判定し、MUSIC評価関数のピークの位置を信号遅延時間として算出して出力するようにしたので、信号ピークを検出する確率を上昇させることが可能となる。   As described above, according to the sixth embodiment, when the determination unit (first determination unit) 1104 determines that a signal peak is included, the delay time evaluation function calculation unit 1201 performs the eigenanalysis unit 1103. A MUSIC evaluation function (delay time evaluation function) is calculated based on the calculated noise eigenvector, and a signal peak is calculated only when the MUSIC evaluation function value exceeds a set threshold by the determination unit (second determination unit) 1203. Since it is determined that the peak is included and the peak position of the MUSIC evaluation function is calculated and output as the signal delay time, the probability of detecting the signal peak can be increased.

実施の形態7.
上記実施の形態1では、この発明の根幹となる伝搬遅延時間測定装置について述べてきたが、この実施の形態7では、その伝搬遅延時間測定装置を適用したレーダ装置について説明する。
図11はこの発明の実施の形態7によるレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図において、実施の形態1の図1に相当する機能部分には同一符号を付し、その説明は、原則として省略する。このレーダ装置は、送受信アンテナ1005、送受信部1001、拡散信号生成部1003、A/D変換部1002、相互相関関数算出部104、抽出部1051,1052、フーリエ変換部1061,1062、除算部107、自己相関関数算出部108、高分解能処理部109を備えている。
Embodiment 7.
In the first embodiment, the propagation delay time measuring apparatus serving as the basis of the present invention has been described. In the seventh embodiment, a radar apparatus to which the propagation delay time measuring apparatus is applied will be described.
FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration of a radar apparatus according to Embodiment 7 of the present invention. In the figure, functional parts corresponding to those in FIG. 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted in principle. The radar apparatus includes a transmission / reception antenna 1005, a transmission / reception unit 1001, a spread signal generation unit 1003, an A / D conversion unit 1002, a cross-correlation function calculation unit 104, extraction units 1051 and 1052, Fourier transform units 1061 and 1062, a division unit 107, An autocorrelation function calculation unit 108 and a high resolution processing unit 109 are provided.

拡散信号生成部1003では、パルス信号あるいは擬似雑音符号を拡散信号として生成する。生成された拡散信号は、結合器1004によって分配され、送受信部1001、相互相関関数算出部104および自己相関関数算出部108に出力される。送受信部1001では、内部の送信機において、入力された拡散信号により搬送波を変調して送信信号を生成した後、電力増幅し、送受切替器(図示せず)を介して送受信アンテナ1005に給電する。送受信アンテナ1005は、送信信号を電波にして空間に放射し、目標で反射して戻って来た電波を受信して電気信号に変換し、送受切替器を介して送受信部1001の内部の受信機に与える。送受信部1001の受信機では、受信信号に対して増幅、周波数変換等の周知の処理を行って受信拡散信号を抽出し、その信号をA/D変換部1002に出力する。A/D変換部1002では、受信拡散信号をA/D変換してデジタル化された受信拡散信号を生成し、相互相関関数算出部104へ出力する。以降の各機能部分の動作は、上記実施の形態1で詳細に説明した伝搬遅延時間測定装置の動作と同様であるので省略する。
なお、相互相関関数算出部104および自己相関関数算出部108に与える送信時の拡散信号としては、送受信部1001の受信機およびA/D変換部1002を含む同様な構成の復調手段により送信信号から復調した信号を用いる方法もある。
The spread signal generation unit 1003 generates a pulse signal or a pseudo noise code as a spread signal. The generated spread signal is distributed by the combiner 1004 and output to the transmission / reception unit 1001, the cross-correlation function calculation unit 104, and the autocorrelation function calculation unit 108. In the transmission / reception unit 1001, the internal transmitter modulates the carrier wave with the input spread signal to generate a transmission signal, and then amplifies the power and feeds power to the transmission / reception antenna 1005 through a transmission / reception switch (not shown). . The transmission / reception antenna 1005 converts the transmission signal into a radio wave, radiates it into the space, receives the radio wave reflected back from the target and converts it into an electrical signal, and receives the signal inside the transmission / reception unit 1001 via the transmission / reception switch. To give. The receiver of the transmission / reception unit 1001 performs a known process such as amplification and frequency conversion on the received signal to extract the received spread signal and outputs the signal to the A / D conversion unit 1002. A / D conversion section 1002 A / D converts the received spread signal to generate a digitized received spread signal, and outputs it to cross-correlation function calculation section 104. The subsequent operation of each functional part is the same as the operation of the propagation delay time measuring apparatus described in detail in the first embodiment, and will be omitted.
Note that the spread signal at the time of transmission given to the cross-correlation function calculation unit 104 and the autocorrelation function calculation unit 108 is obtained from the transmission signal by a demodulator having the same configuration including the receiver of the transmission / reception unit 1001 and the A / D conversion unit 1002. There is also a method using a demodulated signal.

以上のように、この実施の形態7では、実施の形態1と同じ伝搬遅延時間測定方法を用いて伝搬遅延時間を推定するようにしたので、SNRが低い場合においても、高分解能処理において高精度に目標距離を推定することができる。また、近接した目標も分離して測定することが可能となる。
なお、実施の形態7では、実施の形態1を適用したレーダ装置について説明してきたが、実施の形態2乃至実施の形態6のいずれかの伝搬遅延時間測定方法を適用しても、それぞれの実施の形態と同様な効果を奏することができる。
また、各実施の形態では、拡散信号が既知である電波の場合について説明してきたが、電波の代わりに光に対して適用してもよく、同様の効果を持つ光波レーダを得ることができる。また、音波に対して適用してもよく、同様の効果を持つソナーを得ることができる。
As described above, in the seventh embodiment, since the propagation delay time is estimated using the same propagation delay time measurement method as in the first embodiment, even when the SNR is low, the high-resolution processing has high accuracy. The target distance can be estimated. In addition, it is possible to measure adjacent targets separately.
In the seventh embodiment, the radar apparatus to which the first embodiment is applied has been described. However, even if any one of the propagation delay time measuring methods of the second to sixth embodiments is applied, the respective implementations are performed. An effect similar to that of the embodiment can be obtained.
In each embodiment, the case of a radio wave whose spread signal is known has been described. However, it may be applied to light instead of the radio wave, and a light wave radar having the same effect can be obtained. Moreover, you may apply with respect to a sound wave and can obtain the sonar with the same effect.

この発明の実施の形態1による伝搬遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the propagation delay time measuring apparatus by Embodiment 1 of this invention. GPS信号を生成するためのC/Aコードの構成を拡散信号の例として示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the C / A code for producing | generating a GPS signal as an example of a spreading | diffusion signal. この発明の実施の形態1に係る相互相関関数の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the cross correlation function which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係る近接したマルチパス波が混入した場合の相互相関関数の一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of a cross-correlation function when the adjacent multipath wave concerning Embodiment 1 of this invention mixes. この発明の実施の形態1に係る評価結果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of an evaluation result which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態2による伝搬遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the propagation delay time measuring apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に係る評価結果例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of an evaluation result which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3による伝搬遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the propagation delay time measuring apparatus by Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4による伝搬遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the propagation delay time measuring apparatus by Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5による伝搬遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the propagation delay time measuring apparatus by Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6による伝搬遅延時間測定装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the propagation delay time measuring apparatus by Embodiment 6 of this invention. この発明の実施の形態7によるレーダ装置の機能構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the function structure of the radar apparatus by Embodiment 7 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101 受信部、102,1002 A/D変換部、103 参照信号生成部、104 相互相関関数算出部、107 除算部、108 自己相関関数算出部、109,1101 高分解能処理部、111 受信アンテナ、801 加算処理部、1001 送受信部、1003 拡散信号生成部、1004 結合器、1005 送受信アンテナ、1051 抽出部(第1の抽出部)、1052 抽出部(第2の抽出部)、1061 フーリエ変換部(第1のフーリエ変換部)、1062 フーリエ変換部(第2のフーリエ変換部)、1103 固有値解析部、 1104 判定部(第1の判定部)、 1105 遅延時間推定部、 1201 遅延時間評価関数算出部、 1203 判定部(第2の判定部)、6011,6012 時間窓関数乗算部。   101 receiving unit, 102, 1002 A / D conversion unit, 103 reference signal generating unit, 104 cross correlation function calculating unit, 107 dividing unit, 108 autocorrelation function calculating unit, 109, 1101 high resolution processing unit, 111 receiving antenna, 801 Addition processing unit, 1001 transmission / reception unit, 1003 spread signal generation unit, 1004 combiner, 1005 transmission / reception antenna, 1051 extraction unit (first extraction unit), 1052 extraction unit (second extraction unit), 1061 Fourier transform unit (first 1 Fourier transform unit), 1062 Fourier transform unit (second Fourier transform unit), 1103 eigenvalue analysis unit, 1104 determination unit (first determination unit), 1105 delay time estimation unit, 1201 delay time evaluation function calculation unit, 1203 Determination unit (second determination unit), 6011, 6012 Time window function multiplication unit.

Claims (14)

搬送波が既知の拡散信号により変調された電波、音波または光波を受信して電気信号に変換し、変換した信号から受信拡散信号を抽出した後、A/D変換してデジタル化された受信拡散信号を生成し、当該デジタル化された受信拡散信号と参照信号に基づいて前記受信した電波、音波または光波の伝搬遅延時間を測定する伝搬遅延時間測定装置において、
送信時における拡散信号と同じ参照信号を生成する参照信号生成部と、
前記デジタル化された受信拡散信号の伝播過程で生じた周波数シフト量を補償し、この補償した受信拡散信号と前記参照信号の相互相関関数を算出し、受信拡散信号の伝搬遅延時間を推定する相互相関関数算出部と、
前記推定された伝搬遅延時間を表す相互相関関数のピーク値周辺を抽出する第1の抽出部と、
前記抽出された相互相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換して周波数関数を得る第1のフーリエ変換部と、
前記相互相関関数算出部で算出された相関ピーク位置を用い、前記参照信号の自己相関関数を算出する自己相関関数算出部と、
前記算出された自己相関関数のピーク値周辺を抽出する第2の抽出部と、
前記抽出された自己相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換して周波数関数を得る第2のフーリエ変換部と、
信号対ノイズ比の劣化を少なくする周波数範囲で、前記第1のフーリエ変換部で得られた周波数関数を前記第2のフーリエ変換部で得られた周波数関数で除算して周波数伝達関数を得る除算部と、
前記除算部で得られた周波数伝達関数に基づいて、前記相互相関関数のピーク値に含まれる前記受信拡散信号に近似したマルチパス波を分離して前記受信拡散信号の真の遅延時間を表す評価関数を算出する高分解能処理部を備えたことを特徴とする伝搬遅延時間測定装置。
Received radio wave, sound wave, or light wave whose carrier wave is modulated by a known spread signal, convert it to an electrical signal, extract the received spread signal from the converted signal, and then digitize the received spread signal by A / D conversion In the propagation delay time measuring device for measuring the propagation delay time of the received radio wave, sound wave or light wave based on the digitized reception spread signal and the reference signal,
A reference signal generator that generates the same reference signal as the spread signal at the time of transmission;
Compensates for the amount of frequency shift generated in the propagation process of the digitized received spread signal, calculates the cross-correlation function between the compensated received spread signal and the reference signal, and estimates the propagation delay time of the received spread signal A correlation function calculator;
A first extraction unit for extracting a periphery of a peak value of a cross-correlation function representing the estimated propagation delay time;
A first Fourier transform unit that obtains a frequency function by performing a Fourier transform around the peak value of the extracted cross-correlation function;
An autocorrelation function calculation unit that calculates an autocorrelation function of the reference signal using the correlation peak position calculated by the cross correlation function calculation unit;
A second extraction unit for extracting a periphery of a peak value of the calculated autocorrelation function;
A second Fourier transform unit for obtaining a frequency function by performing a Fourier transform around the peak value of the extracted autocorrelation function;
Division to obtain a frequency transfer function by dividing the frequency function obtained by the first Fourier transform unit by the frequency function obtained by the second Fourier transform unit in a frequency range in which deterioration of the signal-to-noise ratio is reduced. And
Evaluation representing the true delay time of the received spread signal by separating the multipath wave approximated to the received spread signal included in the peak value of the cross correlation function based on the frequency transfer function obtained by the division unit A propagation delay time measuring device comprising a high resolution processing unit for calculating a function.
第1の抽出手段に代わって設けられ、相互相関関数算出部で算出された相互相関関数のピーク値周辺に、抽出する範囲の時間窓関数を乗算する第1の時間窓関数乗算部と、
第2の抽出手段に代わって設けられ、自己相関関数算出部で算出された自己相関関数のピーク値周辺に、同様に抽出する範囲の時間窓関数を乗算する第2の時間窓関数乗算部を備えたことを特徴とする請求項1記載の伝搬遅延時間測定装置。
A first time window function multiplying unit that is provided in place of the first extraction means and multiplies the time window function of the range to be extracted around the peak value of the cross correlation function calculated by the cross correlation function calculating unit;
A second time window function multiplying unit provided in place of the second extracting means and multiplying the time window function of the range to be similarly extracted around the peak value of the autocorrelation function calculated by the autocorrelation function calculating unit. The propagation delay time measuring apparatus according to claim 1, further comprising:
相互相関関数算出部で算出された相互相関関数を周期毎に加算する加算処理部を備え、
第1の抽出部は、算出された相互相関関数の周期加算値を抽出するようにしたことを特徴とする請求項1記載の伝搬遅延時間測定装置。
An addition processing unit that adds the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit for each period;
2. The propagation delay time measuring apparatus according to claim 1, wherein the first extraction unit extracts a period addition value of the calculated cross-correlation function.
相互相関関数算出部で算出された相互相関関数を周期毎に加算する加算処理部を備え、
第1の時間窓関数乗算部は、前記コヒーレント積分部で得られた相互相関関数の周期加算値に、抽出する範囲の時間窓関数を乗算するようにしたことを特徴とする請求項2記載の伝搬遅延時間測定装置。
An addition processing unit that adds the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit for each period;
The first time window function multiplication unit multiplies the period addition value of the cross-correlation function obtained by the coherent integration unit by a time window function in a range to be extracted. Propagation delay time measurement device.
第1の抽出部に代わって設けられ、相互相関関数算出部で算出された相互相関関数の絶対値が所定の閾値を超えた全てのピーク値に対してその周辺を抽出するか、またはピーク値の周辺に時間窓を乗算してからピーク値に対する周辺を抽出する検出部を備え、
高分解能処理部は、
除算部で得られた周波数伝達関数の相関行列から固有値と固有ベクトルを算出する固有解析部と、
前記固有解析部で得られた固有値から信号ピークが含まれるかを判定する第1の判定部と、
前記第1の判定部で信号ピークが含まれると判定された場合において、前記周波数伝達関数に基づいて、前記相互相関関数のピーク値に含まれる受信拡散信号に近似したマルチパス波を分離して当該受信拡散信号の真の遅延時間を表す評価関数を算出する遅延時間推定部とを有したことを特徴とする請求項1記載の伝搬遅延時間測定装置。
Provided in place of the first extraction unit and extract the periphery of all peak values for which the absolute value of the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit exceeds a predetermined threshold, or the peak value A detection unit that extracts the periphery of the peak value after multiplying the periphery of the time window,
The high resolution processor
An eigenanalysis unit for calculating eigenvalues and eigenvectors from the correlation matrix of the frequency transfer function obtained by the division unit;
A first determination unit that determines whether a signal peak is included from the eigenvalue obtained by the eigenanalysis unit;
When the first determination unit determines that a signal peak is included, the multipath wave approximated to the received spread signal included in the peak value of the cross-correlation function is separated based on the frequency transfer function. The propagation delay time measuring apparatus according to claim 1, further comprising a delay time estimation unit that calculates an evaluation function representing a true delay time of the received spread signal.
相互相関関数算出部で算出された相互相関関数を周期毎に加算する加算処理部を備え、
検出部は、前記加算処理部で算出された相互相関関数の周期加算値が所定の閾値を超えた全てのピーク値に対してその周辺を抽出するか、またはピーク値の周辺に時間窓関数を乗算してからピーク値に対する周辺を抽出するようにしたことを特徴とする請求項5記載の伝搬遅延時間測定装置。
An addition processing unit that adds the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit for each period;
The detection unit extracts the periphery of all peak values for which the periodic addition value of the cross-correlation function calculated by the addition processing unit exceeds a predetermined threshold value, or adds a time window function around the peak value. 6. The propagation delay time measuring apparatus according to claim 5, wherein the periphery of the peak value is extracted after multiplication.
高分解能処理部は、遅延時間推定部に代えて、
第1の判定部で信号ピークが含まれると判定された場合に、固有解析部で算出された雑音固有ベクトルに基づいて遅延時間評価関数を算出する遅延時間評価関数算出部と、
算出された遅延時間評価関数値が所定の閾値を超えた場合にのみ遅延時間評価関数値を遅延時間推定値として出力する第2の判定部を有したことを特徴とする請求項5または請求項6記載の伝搬遅延時間測定装置。
Instead of the delay time estimation unit, the high resolution processing unit
A delay time evaluation function calculation unit that calculates a delay time evaluation function based on the noise eigenvector calculated by the eigenanalysis unit when it is determined by the first determination unit that a signal peak is included;
6. A second determination unit that outputs a delay time evaluation function value as a delay time estimation value only when the calculated delay time evaluation function value exceeds a predetermined threshold value. 6. The propagation delay time measuring device according to 6.
搬送波が拡散信号により変調された送信信号を電波、音波または光波にして送信し、目標で反射して戻って来た電波、音波または光波を受信して電気信号に変換し、変換した信号から受信拡散信号を抽出した後、A/D変換してデジタル化された受信拡散信号を生成し、当該デジタル化された受信拡散信号と送信信号に基づいて前記受信した電波、音波または光波の伝搬遅延時間を測定するレーダ装置において、
所定の拡散信号を生成する送信信号生成部と、
前記デジタル化された受信拡散信号の伝播過程で生じた周波数シフト量を補償し、この補償した受信拡散信号と送信時の前記所定の拡散信号の相互相関関数を算出し、受信拡散信号の伝搬遅延時間を推定する相互相関関数算出部と、
前記推定された伝搬遅延時間を表す相互相関関数のピーク値周辺を抽出する第1の抽出部と、
前記抽出された相互相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換して周波数関数を得る第1のフーリエ変換部と、
前記相互相関関数算出部で算出された相関ピーク位置を用い、前記デジタル化された送信拡散信号の自己相関関数を算出する自己相関関数算出部と、
前記算出された自己相関関数のピーク値周辺を抽出する第2の抽出部と、
前記抽出された自己相関関数のピーク値周辺をフーリエ変換して周波数関数を得る第2のフーリエ変換部と、
信号対ノイズ比の劣化を少なくする周波数範囲で、前記第1のフーリエ変換部で得られた周波数関数を前記第2のフーリエ変換部で得られた周波数関数で除算して周波数伝達関数を得る除算部と、
前記除算部で得られた周波数伝達関数に基づいて、前記相互相関関数のピーク値に含まれる前記受信拡散信号に近似したマルチパス波を分離して前記受信拡散信号の真の遅延時間を表す評価関数を算出する高分解能処理部を備えたことを特徴とするレーダ装置。
A transmission signal whose carrier wave is modulated by a spread signal is transmitted as a radio wave, sound wave, or light wave. The radio wave, sound wave, or light wave that is reflected back from the target is received, converted into an electrical signal, and received from the converted signal. After extracting the spread signal, the reception spread signal digitized by A / D conversion is generated, and the propagation delay time of the received radio wave, sound wave or light wave based on the digitized reception spread signal and the transmission signal In a radar device that measures
A transmission signal generation unit for generating a predetermined spread signal;
Compensates for the amount of frequency shift generated in the propagation process of the digitized received spread signal, calculates the cross-correlation function between the compensated received spread signal and the predetermined spread signal at the time of transmission, and propagates the propagation delay of the received spread signal A cross-correlation function calculator for estimating time;
A first extraction unit for extracting a periphery of a peak value of a cross-correlation function representing the estimated propagation delay time;
A first Fourier transform unit that obtains a frequency function by performing a Fourier transform around the peak value of the extracted cross-correlation function;
An autocorrelation function calculation unit that calculates an autocorrelation function of the digitized transmission spread signal using the correlation peak position calculated by the cross correlation function calculation unit;
A second extraction unit for extracting a periphery of a peak value of the calculated autocorrelation function;
A second Fourier transform unit for obtaining a frequency function by performing a Fourier transform around the peak value of the extracted autocorrelation function;
Division to obtain a frequency transfer function by dividing the frequency function obtained by the first Fourier transform unit by the frequency function obtained by the second Fourier transform unit in a frequency range in which deterioration of the signal-to-noise ratio is reduced. And
Evaluation representing the true delay time of the received spread signal by separating the multipath wave approximated to the received spread signal included in the peak value of the cross correlation function based on the frequency transfer function obtained by the division unit A radar apparatus comprising a high resolution processing unit for calculating a function.
第1の抽出手段に代わって設けられ、相互相関関数算出部で算出された相互相関関数のピーク値周辺に、抽出する範囲の時間窓関数を乗算する第1の時間窓関数乗算部と、
第2の抽出手段に代わって設けられ、自己相関関数算出部で算出された自己相関関数のピーク値周辺に、同様に抽出する範囲の時間窓関数を乗算する第2の時間窓関数乗算部を備えたことを特徴とする請求項8記載のレーダ装置。
A first time window function multiplying unit that is provided in place of the first extraction means and multiplies the time window function of the range to be extracted around the peak value of the cross correlation function calculated by the cross correlation function calculating unit;
A second time window function multiplying unit provided in place of the second extracting means and multiplying the time window function of the range to be similarly extracted around the peak value of the autocorrelation function calculated by the autocorrelation function calculating unit. The radar apparatus according to claim 8, further comprising:
相互相関関数算出部で算出された相互相関関数を周期毎に加算する加算処理部を備え、
第1の抽出部は、算出された相互相関関数の周期加算値を抽出するようにしたことを特徴とする請求項8記載のレーダ装置。
An addition processing unit that adds the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit for each period;
The radar apparatus according to claim 8, wherein the first extraction unit extracts a period addition value of the calculated cross-correlation function.
相互相関関数算出部で算出された相互相関関数を周期毎に加算する加算処理部を備え、
第1の時間窓関数乗算部は、前記加算処理部で得られた相互相関関数の周期加算値に、抽出する範囲の時間窓関数を乗算するようにしたことを特徴とする請求項9記載のレーダ装置。
An addition processing unit that adds the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit for each period;
The first time window function multiplication unit multiplies the period addition value of the cross-correlation function obtained by the addition processing unit by a time window function in a range to be extracted. Radar device.
第1の抽出部に代わって設けられ、相互相関関数算出部で算出された相互相関関数の絶対値が所定の閾値を超えた全てのピーク値に対してその周辺を抽出するか、またはピーク値の周辺に時間窓を乗算してからピーク値に対する周辺を抽出する検出部を備え、
高分解能処理部は、
除算部で得られた周波数伝達関数の相関行列から固有値と固有ベクトルを算出する固有解析部と、
前記固有解析部で得られた固有値から信号ピークが含まれるかを判定する第1の判定部と、
前記第1の判定部で信号ピークが含まれると判定された場合において、前記周波数伝達関数に基づいて、前記相互相関関数のピーク値に含まれる受信拡散信号に近似したマルチパス波を分離して当該受信拡散信号の真の遅延時間を表す評価関数を算出する遅延時間推定部とを有したことを特徴とする請求項8記載のレーダ装置。
Provided in place of the first extraction unit and extract the periphery of all peak values for which the absolute value of the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit exceeds a predetermined threshold, or the peak value A detection unit that extracts the periphery of the peak value after multiplying the periphery of the time window,
The high resolution processor
An eigenanalysis unit for calculating eigenvalues and eigenvectors from the correlation matrix of the frequency transfer function obtained by the division unit;
A first determination unit that determines whether a signal peak is included from the eigenvalue obtained by the eigenanalysis unit;
When the first determination unit determines that a signal peak is included, the multipath wave approximated to the received spread signal included in the peak value of the cross-correlation function is separated based on the frequency transfer function. 9. The radar apparatus according to claim 8, further comprising a delay time estimation unit that calculates an evaluation function representing a true delay time of the received spread signal.
相互相関関数算出部で算出された相互相関関数を周期毎に加算する加算処理部を備え、
検出部は、前記加算処理部で算出された相互相関関数の周期加算値が所定の閾値を超えた全てのピーク値に対してその周辺を抽出するか、またはピーク値の周辺に時間窓関数を乗算してからピーク値に対する周辺を抽出するようにしたことを特徴とする請求項12記載のレーダ装置。
An addition processing unit that adds the cross-correlation function calculated by the cross-correlation function calculation unit for each period;
The detection unit extracts the periphery of all peak values for which the periodic addition value of the cross-correlation function calculated by the addition processing unit exceeds a predetermined threshold value, or adds a time window function around the peak value. 13. The radar apparatus according to claim 12, wherein the periphery of the peak value is extracted after multiplication.
高分解能処理部は、遅延時間推定部に代えて、
第1の判定部で信号ピークが含まれると判定された場合に、固有解析部で得られた雑音固有ベクトルに基づいて遅延時間評価関数を算出する遅延時間評価関数算出部と、
算出された遅延時間評価関数値が所定の閾値を超えた場合にのみ遅延時間評価関数値を遅延時間推定値として出力する第2の判定部を有したことを特徴とする請求項12または請求項13記載のレーダ装置。
Instead of the delay time estimation unit, the high resolution processing unit
A delay time evaluation function calculation unit that calculates a delay time evaluation function based on the noise eigenvector obtained by the eigenanalysis unit when it is determined by the first determination unit that a signal peak is included;
13. The apparatus according to claim 12, further comprising a second determination unit that outputs the delay time evaluation function value as the delay time estimation value only when the calculated delay time evaluation function value exceeds a predetermined threshold value. 13. The radar device according to 13.
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