JP2009162689A - Electronic scanning radar device, and received wave direction estimation method and program - Google Patents

Electronic scanning radar device, and received wave direction estimation method and program Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic scanning millimeter wave radar device and a received wave direction estimation program capable of reducing variable steps, and reducing an operation amount for angle detection, when detecting a received wave direction by using inherent development such as MUSIC method or a minimum norm method. <P>SOLUTION: This electronic scanning radar device loaded on a moving body has a transmitting unit for transmitting a transmission wave; a receiving unit constituted of a plurality of antennas, for receiving an incoming wave which is a reflected wave of the transmission wave from a target; a beat signal generating unit for generating a beat signal having a frequency of a difference between the transmission wave and the reflected wave; a frequency decomposing unit for calculating complex number data by performing frequency decomposition of the beat signal in time series into beat frequencies to the number of decomposition set beforehand; an angle range setting unit for calculating an angle range wherein the target exists from the complex number data; and an azimuth detection unit for calculating an angle spectrum in the angle range. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、放射した送信波に対するターゲットからの反射波を用い、このターゲットの検出を行う、車載用に好適な電子走査型レーダ装置、受信波方向推定方法及びこれに用いる到来波方向推定プログラムに関する。   The present invention relates to an on-vehicle electronic scanning radar apparatus, a reception wave direction estimation method, and an arrival wave direction estimation program used therefor, which use a reflected wave from a target with respect to a radiated transmission wave and detect the target. .

従来、車載レーダとしては、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダ、多周波CW(Continuous Wave)レーダ、及びパルスレーダ等の方式を利用した電子走査型のレーダが用いられている。
上記各レーダにおいては、送信波に対するターゲットからの反射波である到来波(あるいは受信波)の方向検知の技術として、アレーアンテナの到来波方向推定方法が用いられている。
この到来波方向推定方法は、ビームフォーマ法、Capon法などのビーム走査方法と、最大エントロピー(MEM:Maximum Entropy Method )法などの線形予測法、最小ノルム法、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)法等の超分解能(高精度)アルゴリズムといわれるヌル操作方法がある(例えば、非特許文献1及び2参照)
Conventionally, as an in-vehicle radar, an electronic scanning type radar using a method such as FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar, multi-frequency CW (Continuous Wave) radar, or pulse radar is used.
In each of the above radars, an arrival direction estimation method of an array antenna is used as a technique for detecting the direction of an incoming wave (or a received wave) that is a reflected wave from a target with respect to a transmission wave.
This arrival wave direction estimation method includes beam scanning method such as beamformer method and capon method, linear prediction method such as maximum entropy (MEM) method, minimum norm method, MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) method, ESPRIT There is a null operation method called a super-resolution (high accuracy) algorithm such as (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) method (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

また、車載レーダに用いられる到来波方向推定は、ビームフォーマ法のデジタルビームフォーミング(DBF:Digital Beam Forming)のみで行ったり(例えば、特許文献1参照)、受信波の到来方向の検出精度(またターゲットの分解能)を向上させるため、近年、DBFと最大エントロピー法を組み合わせた方法(例えば、特許文献2及び3参照)により行われている。
さらに、MUSICなどの超分解能アルゴリズムを車載レーダ用に応用させるる目的で処理の簡易化に思考を凝らした構成(例えば、特許文献4及び5参照)など、通常のパーソナルコンピュータに比較し、演算処理機能が低い車載用に適用するよう開発されている。
In addition, the direction of arrival wave used for in-vehicle radar is estimated only by digital beam forming (DBF) of the beamformer method (for example, see Patent Document 1), or the detection accuracy of the direction of arrival of the received wave (or In recent years, a method combining DBF and the maximum entropy method (for example, see Patent Documents 2 and 3) has been performed in order to improve the target resolution.
In addition, a configuration in which a super-resolution algorithm such as MUSIC is applied to in-vehicle radar for the purpose of simplification of processing (for example, see Patent Documents 4 and 5), compared with a normal personal computer, arithmetic processing It has been developed to be applied to in-vehicle applications with low functionality.

上記MUSICなどの超分解能アルゴリズムは、方向推定の精度を向上させるため、上記到来波の数を推定した後に、到来波の方向推定することが望ましい。
非特許文献1及び2においては、到来波数の推定手法として、統計処理における最尤法に基づいて、AIC(Akaike Information Criteria)や、MDL(Minimum Description Length)などが紹介されている。
しかしながら、上述した非特許文献1及び2の推定手法においては、多数のデータを収集して分散評価する必要があるため、ターゲットとの相対距離及び相対速度の変動が早い車載レーダの用途としては適していない。
In order to improve the accuracy of direction estimation, it is desirable that the super-resolution algorithm such as MUSIC estimates the direction of the incoming wave after estimating the number of the incoming waves.
In Non-Patent Documents 1 and 2, AIC (Akaike Information Criteria), MDL (Minimum Description Length), and the like are introduced as a method for estimating the number of incoming waves based on the maximum likelihood method in statistical processing.
However, in the estimation methods of Non-Patent Documents 1 and 2 described above, since it is necessary to collect and evaluate a large number of data, it is suitable as an in-vehicle radar application in which the relative distance from the target and the relative speed are fast. Not.

特許文献4においては、MUSICスペクトラムを計算するために必要な到来波数を軽い演算負荷にて推定する手法が記載されている。すなわち、固有値演算の後、固有値の大きさにより信号空間とノイズ空間とを区別して推定する閾値法を応用した手法が記載されている。
この場合、測定距離が遠くなるにつれて、レーダの受信強度が低下するため、ターゲットとの相対距離毎に閾値を記憶・設定しておき、この閾値と固有値(受信強度に比例)とを比較することにより、到来波数の推定を行う。
また、車載用を目的とした構成ではないが、固有値を元の共分散行列(すなわち、相関行列)の対角成分値の一つにて正規化した後、一つの閾値で区別するものがある(例えば、特許文献6参照)。
菊間 信良著、アレーアンテナによる適応信号処理、科学技術出版社、1998 菊間 信良著、アダプティブアンテナ技術、オーム社、2003年 特開2000−284044号公報 特開2006−275840号公報 特開2006−308542号公報 特開2006−047282号公報 特開2007−040806号公報 特開2006−153579号公報
Patent Document 4 describes a method for estimating the number of incoming waves necessary for calculating a MUSIC spectrum with a light calculation load. That is, a technique is described that applies a threshold method in which a signal space and a noise space are distinguished and estimated after the eigenvalue calculation according to the size of the eigenvalue.
In this case, since the received intensity of the radar decreases as the measurement distance increases, a threshold value is stored and set for each relative distance to the target, and this threshold value is compared with the eigenvalue (proportional to the received intensity). Thus, the number of incoming waves is estimated.
Also, although not intended for in-vehicle use, there is one that normalizes eigenvalues with one of the diagonal component values of the original covariance matrix (ie, correlation matrix) and then distinguishes them with one threshold value. (For example, refer to Patent Document 6).
Kikuma Nobuyoshi, Adaptive Signal Processing with Array Antenna, Science and Technology Publishers, 1998 Nobuyoshi Kikuma, Adaptive Antenna Technology, Ohmsha, 2003 JP 2000-284044 A JP 2006-275840 A JP 2006-308542 A JP 2006-047282 A JP 2007-040806 A JP 2006-153579 A

しかしながら、MUSIC法では到来角評価関数におけるθの可変ステップΔθにより、以下に示すように、到来方向推定の精度が変化する。
すなわち、可変ステップΔθを大きくすると、θを可変する全範囲にわたる演算量が減少するが、正確に到来方向評価関数のピーク方向を検出することができず精度が劣化することになる。
一方、可変ステップΔθを小さくすることで、正確に到来方向評価関数のピーク方向を検出することが可能となるが、θを可変する全範囲にわたる演算量は増大するという欠点を有している。
However, in the MUSIC method, as shown below, the accuracy of direction-of-arrival estimation changes due to the variable step Δθ of θ in the arrival angle evaluation function.
That is, when the variable step Δθ is increased, the amount of calculation over the entire range in which θ is varied decreases, but the peak direction of the arrival direction evaluation function cannot be accurately detected, and the accuracy deteriorates.
On the other hand, by reducing the variable step Δθ, it is possible to accurately detect the peak direction of the arrival direction evaluation function, but there is a drawback that the amount of calculation over the entire range in which θ is varied increases.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、MUSIC法や最小ノルム法などの固有展開を用いて到来波方向検出を行う際、可変ステップを小さくし、かつ角度検出の演算量を低減することが可能な電子走査型ミリ波レーダ装置及び受信波方向推定プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and when performing arrival wave direction detection using eigenexpansion such as the MUSIC method and the minimum norm method, the variable step is reduced, and the amount of calculation for angle detection is reduced. An object of the present invention is to provide an electronic scanning millimeter-wave radar device and a received wave direction estimation program that can be reduced.

本発明の電子走査型レーダ装置は、移動体に搭載される電子走査型レーダ装置であり、送信波を送信する送信部と、前記送信波のターゲットからの反射波である到来波を受信する複数のアンテナから構成される受信部と、前記送信波及び前記反射波の差分の周波数を有するビート信号を生成するビート信号生成部と、時系列に前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理部と、前記複素数データからターゲットの存在する角度範囲を算出する角度範囲設定部と、前記角度範囲内における角度スペクトラムを算出する方位検出部とを有することを特徴とする。   An electronic scanning radar apparatus according to the present invention is an electronic scanning radar apparatus mounted on a moving body, and includes a transmission unit that transmits a transmission wave and a plurality of incoming waves that are reflected waves from a target of the transmission wave. A beat signal generator configured to generate a beat signal having a frequency difference between the transmission wave and the reflected wave, and a beat frequency of a predetermined number of decompositions of the beat signal in time series. A frequency decomposition processing unit that calculates complex number data by frequency decomposition; an angle range setting unit that calculates an angle range in which a target exists from the complex number data; and an azimuth detection unit that calculates an angle spectrum within the angle range. It is characterized by that.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記角度囲設定部が、前記複素数データをアンテナの配列方向にデジタルビームフォーミングを行い、角度チャンネル毎のスペクトラムの強度を算出し、ターゲットの存在を検知するとともに方位情報を得るDBF処理部と、前記ターゲットの存在する周波数軸のデータ及び方位情報に基づき、角度スペクトラムを算出する角度範囲を設定する範囲検出部とを有することを特徴とする。   In the electronic scanning radar apparatus according to the present invention, the angular range setting unit performs digital beam forming on the complex number data in the antenna arrangement direction, calculates the intensity of the spectrum for each angle channel, and detects the presence of the target. A DBF processing unit that obtains azimuth information, and a range detection unit that sets an angular range for calculating an angular spectrum based on frequency axis data and azimuth information in which the target exists are provided.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記角度範囲設定部が、前記DBF処理部が算出した角度チャンネル毎のスペクトラム強度により、角度チャンネル方向にターゲットの存在の有無により複数のグループに分割し、ターゲットの存在していない角度チャンネルのスペクトラム強度を「0」とするチャンネル削除部と、前記角度チャンネル毎のスペクトラム強度をIDBFして、アンテナ毎の複素数データに戻し、再生複素数データとして出力するIDBF処理部とをさらに有し、前記範囲検出部が、前記再生複素数データと、ターゲットの存在する方位情報と、受信波数推定値とに基づいて角度スペクトラムを算出する角度範囲を設定することを特徴とする。
本発明の電子走査型レーダ装置は、前記角度範囲設定部が、前記DBF処理部が算出した角度チャンネル毎のスペクトラム強度により、角度チャンネル方向にターゲットの存在の有無により複数のグループに分割し、ターゲットの存在していない角度チャンネルのスペクトラム強度を「0」とするチャンネル削除部と、前記角度チャンネル毎のスペクトラム強度をIDBFして、アンテナ毎の複素数データに戻し、再生複素数データとして出力するIDBF処理部とをさらに有し、前記方位検出部が、前記再生複素数データと、受信波数推定値とに基づいて、角度に相当する解を算出することを特徴とする。
In the electronic scanning radar apparatus according to the present invention, the angle range setting unit divides into a plurality of groups according to the presence or absence of a target in the angle channel direction based on the spectrum intensity for each angle channel calculated by the DBF processing unit. A channel deleting unit for setting the spectrum intensity of an angle channel where no signal exists to “0”, and an IDBF processing unit for performing IDBF on the spectrum intensity for each angle channel, returning the complex intensity data to each antenna, and outputting it as reproduced complex data The range detection unit sets an angle range for calculating an angle spectrum based on the reproduction complex number data, direction information where the target exists, and a received wave number estimation value.
In the electronic scanning radar apparatus according to the present invention, the angle range setting unit divides into a plurality of groups according to the presence or absence of a target in the angle channel direction based on the spectrum intensity for each angle channel calculated by the DBF processing unit. A channel deleting unit for setting the spectrum intensity of an angle channel where no signal exists to “0”, and an IDBF processing unit for performing IDBF on the spectrum intensity for each angle channel, returning the complex intensity data to each antenna, and outputting it as reproduced complex data The azimuth detecting unit calculates a solution corresponding to an angle based on the reproduction complex number data and the received wave number estimation value.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記角度設定部が、前記DBF処理部が算出した角度チャンネル毎のスペクトラム強度により、角度チャンネル方向にターゲットの存在の有無により複数のグループに分割し、ターゲットの存在していない角度チャンネルのスペクトラム強度を「0」とするチャンネル削除部と、前記角度チャンネル毎のスペクトラム強度をIDBFして、アンテナ毎の複素数データに戻し、再生複素数データとして出力するIDBF処理部と、過去の方位検出サイクルにおける各ターゲットの方位情報を記憶する記憶手段とをさらに有し、前記範囲検出部が、前記再生複素数データと、該記憶手段に記憶されている過去の方位検出サイクルの方位情報と、受信波数推定値とに基づいて角度スペクトラムを算出する角度範囲を設定することを特徴とする。
本発明の電子走査型レーダ装置は、前記受信波数推定値が、固定値であることを特徴とする。
In the electronic scanning radar apparatus according to the present invention, the angle setting unit divides the angle setting unit into a plurality of groups according to the presence / absence of the target in the angle channel direction based on the spectrum intensity for each angle channel calculated by the DBF processing unit. A channel deleting unit that sets the spectrum intensity of the non-existing angle channel to “0”, an IDBF processing unit that IDBFs the spectrum intensity of each angular channel, returns the complex number data to each antenna, and outputs the data as reproduced complex number data; Storage means for storing azimuth information of each target in the past azimuth detection cycle, wherein the range detection unit is adapted to store the reproduction complex number data and the azimuth of the past azimuth detection cycle stored in the storage means. Angle range for calculating angle spectrum based on information and received wave number estimate And setting.
The electronic scanning radar apparatus according to the present invention is characterized in that the received wave number estimation value is a fixed value.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記角度範囲設定部が、周波数軸の強度のピーク値からターゲットの存在を検知するターゲット検知手段と、過去の方位検出サイクルにおける各ターゲットの方位情報を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶されている過去の方位検出サイクルの方位情報により、前記角度範囲を限定するとともに、求められた角度範囲を前記記憶手段に書き込む範囲検出部とを有することを特徴とする。   In the electronic scanning radar apparatus of the present invention, the angle range setting unit stores target detection means for detecting the presence of a target from the peak value of the intensity of the frequency axis, and azimuth information of each target in the past azimuth detection cycle. A storage unit; and a range detection unit that limits the angle range based on azimuth information of a past azimuth detection cycle stored in the storage unit and writes the obtained angle range to the storage unit. And

本発明の受信波方向推定方法は、移動体に搭載される前記請求項1から請求項7のいずれかに記載の電子走査型レーダ装置による受信波方向推定方法であり、送信部が送信波を送信する送信過程と、受信部が前記送信波のターゲットからの反射波である到来波を受信する複数のアンテナから構成される受信過程と、ビート信号生成部が前記送信波及び前記反射波の差分の周波数を有するビート信号を生成するビート信号生成過程と、周波数分解処理部が時系列に前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理過程と、角度範囲設定部が前記複素数データからターゲットの存在する角度範囲を算出する角度範囲設定過程と、方位検出部が前記角度範囲内における角度スペクトラムを算出する方位検出過程とを有することを特徴とする。   The reception wave direction estimation method of the present invention is a reception wave direction estimation method by the electronic scanning radar apparatus according to any one of claims 1 to 7, which is mounted on a moving body, and a transmission unit transmits a transmission wave. A transmission process in which transmission is performed, a reception process in which a reception unit receives an incoming wave that is a reflected wave from a target of the transmission wave, and a beat signal generation unit is a difference between the transmission wave and the reflected wave A beat signal generating process for generating a beat signal having a frequency of a frequency, and a frequency resolving process for calculating complex number data by frequency-decomposing the beat signal into beat frequencies of a preset number of decompositions in time series An angle range setting process in which the angle range setting unit calculates an angle range in which the target exists from the complex number data, and an azimuth detection unit has an angle spectrum within the angle range. And having a direction detection step of calculating.

本発明の受信波方向推定プログラムは、移動体に搭載される前記請求項1から請求項7のいずれかに記載の電子走査型レーダ装置による受信波方向推定の動作をコンピュータに制御させるプログラムであり、送信部が送信波を送信させる送信処理と、受信部が複数のアンテナにより前記送信波のターゲットからの反射波である到来波を受信させる受信処理と、ビート信号生成部が前記送信波及び前記反射波の差分の周波数を有するビート信号を生成するビート信号生成処理と、周波数分解処理部が時系列に前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理と、角度範囲設定部が前記複素数データからターゲットの存在する角度範囲を算出する角度範囲設定処理と、方位検出部が前記角度範囲内における角度スペクトラムを算出する方位検出処理とを有することを特徴とする。   The received wave direction estimation program of the present invention is a program for causing a computer to control the operation of the received wave direction estimation by the electronic scanning radar apparatus according to any one of claims 1 to 7 mounted on a moving body. A transmission process in which the transmission unit transmits a transmission wave; a reception process in which a reception unit receives an incoming wave that is a reflected wave from the target of the transmission wave through a plurality of antennas; and a beat signal generation unit in the transmission wave and the A beat signal generation process for generating a beat signal having a frequency difference between reflected waves, and a frequency resolution processing unit that frequency-decomposes the beat signal into a predetermined number of beat frequencies in advance to calculate complex number data Decomposition processing, an angle range setting process in which the angle range setting unit calculates an angle range in which the target exists from the complex number data, and an azimuth detection unit And having a direction detecting process of calculating the angular spectrum in the angular range.

以上説明したように、本発明によれば、おおまかな方位検出が角度範囲設定部により出力する角度範囲を用いることにより可能となるため、方位検出部にて角度スペクトラムを算出する際、検出されたターゲットの方位に合わせた特定の上記角度範囲を優先的にて、角度スペクトラムを算出するため、可変ステップΔθを小さくし、計算する分解能を細かくすることが可能となり、到来波の到来方向の計算精度を向上させることができる。この結果、本発明によれば、固有値計算の次に処理負荷の重いスペクトラム計算処理において、計算する角度範囲を限定して狭めることによりその負荷を軽減し、かつ計算の分解能を向上とを両立させることが可能となる。   As described above, according to the present invention, since rough azimuth detection is possible by using the angle range output by the angle range setting unit, it is detected when calculating the angle spectrum by the azimuth detection unit. The angle spectrum is calculated with priority given to the specific angle range according to the target direction, so the variable step Δθ can be reduced, and the calculation resolution can be made finer. Can be improved. As a result, according to the present invention, in the spectrum calculation processing with the heavy processing load after the eigenvalue calculation, the angle range to be calculated is limited and narrowed to reduce the load and to improve the calculation resolution. It becomes possible.

本発明によれば、記憶部に記憶されている過去サイクルにおけるターゲットの方位を参照することにより、過去サイクル時のターゲット方位を確認することができるため、方位検出部において、例えば、角度スペクトラムを計算する場合、過去サイクルの方位に合わせた特定の角度範囲にて優先的に角度スペクトラムを計算することができ、変ステップΔθを小さくし、計算する分解能を細かくすることが可能となり、到来波の到来方向の方位の計算精度を向上させることができる。   According to the present invention, since the target orientation at the past cycle can be confirmed by referring to the target orientation in the past cycle stored in the storage unit, the orientation detection unit calculates, for example, an angle spectrum. In this case, the angle spectrum can be calculated preferentially in a specific angle range that matches the direction of the past cycle, the variable step Δθ can be reduced, and the calculation resolution can be made finer. The calculation accuracy of the azimuth of the direction can be improved.

また、本発明によれば、ターゲットが存在するビート周波数のDBFを行い、不要な角度チャンネルを削除し(スペクトラム強度を「0」とし)、削除した後にIDBFを行い、再生した複素数データにより、受信チャンネル方向に相関行列を生成し、固有値計算を行うため、分割した到来波のみが受信されたことと等価となり、受信アンテナの数に対して到来波が多く受信されたとしても、固有値計算にて誤ることなく、到来波の到来する方位を計算することができる。
さらに、本発明によれば、検出可能な全角度範囲から複数の角度範囲に分割するので、分割した狭い角度範囲であれば実使用上の到来波数(ターゲット数)の最大値を想定することが可能となるため、設定された固定の到来波数により、スペクトラム推定を行うことが可能である。
In addition, according to the present invention, DBF of the beat frequency where the target exists is performed, unnecessary angle channels are deleted (spectrum intensity is set to “0”), IDBF is performed after deletion, and reception is performed using the reproduced complex data. Since a correlation matrix is generated in the channel direction and eigenvalue calculation is performed, it is equivalent to receiving only the divided incoming waves, and even if more incoming waves are received than the number of receiving antennas, eigenvalue calculation is performed. The direction in which the incoming wave arrives can be calculated without error.
Further, according to the present invention, since the entire detectable angle range is divided into a plurality of angle ranges, the maximum value of the number of incoming waves (the number of targets) in actual use can be assumed in the divided narrow angle range. Therefore, spectrum estimation can be performed with a fixed number of incoming waves.

また、本発明によれば、ターゲット群が複数存在し、異なる方位にそれぞれが位置している場合、複数の到来波に対応して複数の角度範囲が設定され、それぞれの角度範囲にて、高い精度にて到来波の分離及び方向の推定が可能となる。   Further, according to the present invention, when there are a plurality of target groups and each is located in a different direction, a plurality of angle ranges are set corresponding to a plurality of incoming waves, and each of the angle ranges is high. The arrival wave can be separated and the direction can be estimated with accuracy.

<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態による電子走査型レーダ装置(FMCW方式ミリ波レーダ)を図面を参照して説明する。図1は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
この図において、本実施形態による電子走査型レーダ装置は、受信アンテナ11〜1n、ミキサ21〜2n、送信アンテナ3、分配器4、フィルタ51〜5n、SW(スイッチ)6、ADC(A/Dコンバータ)7、制御部8、三角波生成部9、VCO10、信号処理部20を有している。
上記信号処理部20は、メモリ21、周波数分離処理部22、ピーク検知部23、ピーク組合せ部24、距離検出部25、速度検出部26、相関行列算出部28、方位検出部30、固有値算出部31、判定部32及び角度範囲設定部50とを有している。ここで、角度範囲設定部50は、ターゲットの存在する角度範囲を推定する者であり構成であり、本発明の特徴部分である。第1の実施形態においては、図2に示すように、角度範囲設定部50は、DBF処理部33と範囲検出部36とにより構成されている。
<First Embodiment>
Hereinafter, an electronic scanning radar apparatus (FMCW millimeter wave radar) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the embodiment.
In this figure, the electronic scanning radar apparatus according to the present embodiment includes a receiving antenna 11-1n, a mixer 211-2n, a transmitting antenna 3, a distributor 4, a filter 51-5n, a SW (switch) 6, an ADC (A / D). Converter) 7, control unit 8, triangular wave generation unit 9, VCO 10, and signal processing unit 20.
The signal processing unit 20 includes a memory 21, a frequency separation processing unit 22, a peak detection unit 23, a peak combination unit 24, a distance detection unit 25, a speed detection unit 26, a correlation matrix calculation unit 28, an orientation detection unit 30, and an eigenvalue calculation unit. 31, a determination unit 32, and an angle range setting unit 50. Here, the angle range setting unit 50 is a person who estimates the angle range in which the target exists, has a configuration, and is a characteristic part of the present invention. In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the angle range setting unit 50 includes a DBF processing unit 33 and a range detection unit 36.

次に、図1及び図2を参照して、本実施形態による電子走査型レーダ装置の動作を説明する。
受信アンテナ11〜1nは、送信波がターゲットにて反射し、このターゲットから到来する反射波、すなわち受信波を受信する。
ミキサ21〜2n各々は、送信アンテナ3から送信される送信波と、各受信アンテナ11〜1nそれぞれにおいて受信された受信波が増幅器により増幅された信号とを混合して、それぞれの周波数差に対応したビート信号を生成する。
上記送信アンテナ3は、三角波生成部9において生成された三角波信号を、VCO(Voltage Controlled Oscillator )10において周波数変調した送信信号をターゲットに対して送信波として送信する。
分配器4は、VCO10からの周波数変調された送信信号を、上記ミキサ21〜2nおよび送信アンテナ3に分配する。
Next, the operation of the electronic scanning radar apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
The receiving antennas 11 to 1n receive a reflected wave, i.e., a received wave, which is reflected from the target, with the transmitted wave reflected by the target.
Each of the mixers 21 to 2n mixes a transmission wave transmitted from the transmission antenna 3 and a signal obtained by amplifying the reception wave received at each of the reception antennas 11 to 1n by an amplifier to cope with each frequency difference. Generated beat signal.
The transmission antenna 3 transmits a transmission signal obtained by frequency-modulating the triangular wave signal generated by the triangular wave generation unit 9 in a VCO (Voltage Controlled Oscillator) 10 to the target as a transmission wave.
The distributor 4 distributes the frequency-modulated transmission signal from the VCO 10 to the mixers 21 to 2n and the transmission antenna 3.

フィルタ51〜5n各々は、それぞれミキサ21〜2nにおいて生成された各受信アンテナ11〜1nに対応したCh1〜Chnのビート信号に対して帯域制限を行い、SW(スイッチ)6へ帯域制限されたビート信号を出力する。
SW6は、制御部8から入力されるサンプリング信号に対応して、フィルタ51〜5n各々を通過した各受信アンテナ11〜1nに対応したCh1〜Chnのビート信号を、順次切り替えて、ADC(A/Dコンバータ)7に出力する。
ADC7は、上記W6から上記サンプリング信号に同期して入力される各受信アンテナ11〜1n各々に対応したCh1〜Chnのビート信号を、上記サンプリング信号に同期してA/D変換してデジタル信号に変換し、信号処理部20におけるメモリ21の波形記憶領域に順次記憶させる。
制御部8は、マイクロコンピュータなどにより構成されており、図示しないROMなどに格納された制御プログラムに基づき、図1に示す電子走査型レーダ装置装置全体の制御を行う。
Each of the filters 51 to 5n performs band limitation on the beat signals of Ch1 to Chn corresponding to the receiving antennas 11 to 1n generated in the mixers 21 to 2n, respectively, and beats band-limited to the SW (switch) 6 Output a signal.
The SW 6 sequentially switches the beat signals of Ch1 to Chn corresponding to the receiving antennas 11 to 1n that have passed through the filters 51 to 5n in response to the sampling signal input from the control unit 8, and performs ADC (A / A D converter) 7.
The ADC 7 performs A / D conversion on the beat signals of Ch1 to Chn corresponding to the receiving antennas 11 to 1n, which are input from the W6 in synchronization with the sampling signal, into a digital signal in synchronization with the sampling signal. The signal is converted and sequentially stored in the waveform storage area of the memory 21 in the signal processing unit 20.
The control unit 8 is constituted by a microcomputer or the like, and controls the entire electronic scanning radar apparatus shown in FIG. 1 based on a control program stored in a ROM (not shown).

<距離、相対速度、角度(方位)を検出する原理>
次に、図3を用いて、本実施形態における信号処理部20において用いられる、電子走査型レーダ装置とターゲットとの距離、相対速度、角度(方位)を検出する原理について簡単に説明する。
図3は、図1の三角波生成部9において生成された信号をVCO10において周波数変調した送信信号と、その送信信号がターゲットに反射されて受信信号として入力される状態を示す。図3の例はターゲットが1つの場合を示している。
図3(a)から判るように、送信する信号に対し、ターゲットからの反射波である受信信号が、ターゲットとの距離に比例して右方向(時間遅れの方向)に遅延されて受信される。さらに、ターゲットとの相対速度に比例して、送信信号に対して上下方向(周波数方向)に変動する。そして、図3(a)から求められたビート周波数の周波数変換(フーリエ変換、DCT(Discrete Cosine Transform)、アダマール変換、ウェーブレット変換など)後において、図3(b)に示されるように、ターゲットが1つの場合、上昇領域及び下降領域それぞれに1つのピーク値を有することなる。ここで、図3(a)は横軸が周波数、縦軸が強度となっている。
<Principle to detect distance, relative speed, angle (azimuth)>
Next, the principle of detecting the distance, relative speed, and angle (azimuth) between the electronic scanning radar apparatus and the target used in the signal processing unit 20 in the present embodiment will be briefly described with reference to FIG.
FIG. 3 shows a transmission signal obtained by frequency-modulating the signal generated in the triangular wave generation unit 9 of FIG. 1 by the VCO 10 and a state in which the transmission signal is reflected by the target and input as a reception signal. The example of FIG. 3 shows a case where there is one target.
As can be seen from FIG. 3A, a received signal that is a reflected wave from the target is received with a delay in the right direction (time delay direction) in proportion to the distance from the target with respect to the signal to be transmitted. . Furthermore, it varies in the vertical direction (frequency direction) with respect to the transmission signal in proportion to the relative speed with the target. Then, after frequency conversion of the beat frequency obtained from FIG. 3A (Fourier transform, DCT (Discrete Cosine Transform), Hadamard transform, wavelet transform, etc.), as shown in FIG. In one case, each of the ascending region and the descending region has one peak value. Here, in FIG. 3A, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents intensity.

周波数分解処理部22は、メモリ21に蓄積されたビート信号のサンプリングされたデータから、三角波の上昇部分(上り)と下降部分(下り)とのそれぞれについて周波数分解、例えばフーリエ変換などにより離散時間に周波数変換する。
その結果、図3(b)に示すように、上昇部分と下降部分とにおいて、それぞれの周波数分解されたビート周波数毎の信号レベルのグラフが得られる。
そして、ピーク検知部23は、図3(b)に示すビート周波数毎の信号レベルからピーク値を検出し、ターゲットの存在を検出するとともに、ピーク値のビート周波数(上昇部分及び下降部分の双方)をターゲット周波数として出力する。
The frequency resolution processing unit 22 performs discrete frequency analysis on the rising portion (upward) and the falling portion (downward) of the triangular wave from the sampled data of the beat signal stored in the memory 21 by, for example, Fourier transform. Convert frequency.
As a result, as shown in FIG. 3 (b), a graph of the signal level for each beat frequency subjected to frequency decomposition is obtained in the rising portion and the falling portion.
And the peak detection part 23 detects a peak value from the signal level for every beat frequency shown in FIG.3 (b), detects presence of a target, and beat frequency (both an increase part and a fall part) of a peak value. Is output as the target frequency.

次に、距離検出部25は、ピーク組合せ部24から入力される上昇部分のターゲット周波数fuと、下降部分のターゲット周波数fdとから、下記式により距離を算出する。
r={C・T/(2・Δf)}・{(fu+fd)/2}
また、速度検出部26は、ピーク組合せ部24から入力される上昇部分のターゲット周波数fuと、下降部分のターゲット周波数fdとから、下記式により相対速度を算出する。
v={C/(2・f0)}・{(fu−fd)/2}
上記距離r及び相対速度vを算出する式において、
C :光速度
Δf:三角波の周波数変調幅
f0 :三角波の中心周波数
T :変調時間(上昇部分/下降部分)
fu :上昇部分におけるターゲット周波数
fd :下降部分におけるターゲット周波数
Next, the distance detection unit 25 calculates a distance from the target frequency fu of the rising portion and the target frequency fd of the falling portion input from the peak combination unit 24 by the following formula.
r = {C · T / (2 · Δf)} · {(fu + fd) / 2}
Further, the speed detection unit 26 calculates a relative speed from the target frequency fu of the rising portion and the target frequency fd of the falling portion input from the peak combination unit 24 by the following formula.
v = {C / (2.f0)}. {(fu-fd) / 2}
In the formula for calculating the distance r and the relative velocity v,
C: speed of light Δf: frequency modulation width of triangular wave f0 : Triangular wave center frequency T: Modulation time (rising part / falling part)
fu: Target frequency in the rising part fd : Target frequency in the descending part

次に、本実施形態における受信アンテナ11〜1nは、図4に示すように、間隔dにより配置されたアレー状のアンテナである。
上記受信アンテナ11〜1nには、アンテナの配列している面に対する垂直方向の軸との角度θ方向から入射される、ターゲットからの到来波(入射波、すなわち送信アンテナ3から送信した送信波に対するターゲットからの反射波)が入力する。
このとき、上記到来波は、上記受信アンテナ11〜1nにおいて同一角度にて受信される。
この同一角度、例えば角度θ及び各アンテナの間隔dにより求められる位相差「dn−1・sinθ」が各隣接する受信アンテナ間にて発生する。
上記位相差を利用して、アンテナ毎に時間方向に周波数分解処理された値を、アンテナ方向にさらにフーリエ変換するデジタルビームフォーミング(DBF)や超分解能アルゴリズム等の信号処理にて上記角度θを検出することができる。
Next, as shown in FIG. 4, the receiving antennas 11 to 1n in the present embodiment are array-shaped antennas arranged at intervals d.
The receiving antennas 11 to 1n are incident on an incoming wave (incident wave, that is, a transmission wave transmitted from the transmission antenna 3) that is incident from an angle θ direction with respect to an axis perpendicular to the plane on which the antennas are arranged. The reflected wave from the target) is input.
At this time, the incoming waves are received at the same angle by the receiving antennas 11 to 1n.
A phase difference “dn −1 · sin θ” obtained by the same angle, for example, the angle θ and the interval d between the antennas, is generated between the adjacent receiving antennas.
Using the above phase difference, the angle θ is detected by signal processing such as digital beam forming (DBF) or super-resolution algorithm that further Fourier transforms the antenna frequency in the time direction for each antenna. can do.

<信号処理部20における受信波(到来波)に対する信号処理>
次に、メモリ21は、ADC7により波形記憶領域に対して、受信信号がA/D変換された時系列データ(上昇部分及び下降部分)を、アンテナ11〜1n毎に対応させて記憶している。例えば、上昇部分及び下降部分それぞれにおいて256個をサンプリングした場合、2×256個×アンテナ数のデータが上記波形記憶領域に記憶される。
周波数分解処理部22は、例えばフーリエ変換などにより、各Ch1〜Chn(各アンテナ11〜1n)に対応するビート信号それぞれを、予め設定した分解能にて周波数に変換してビート周波数を示す周波数ポイントと、そのビート周波数の複素数データを出力する。例えば、アンテナ毎に上昇部分及び下降部分それぞれが256個のサンプリングされたデータを有している場合、アンテナ毎の複素数の周波数領域データとしてビート周波数に変換され、上昇部分及び下降部分それぞれにおいて128個の複素数データ(2×128個×アンテナ数のデータ)となる。また、上記ビート周波数は周波数ポイントにて示されている。
ここで、アンテナ毎の複素数データそれぞれの相違点は、上記角度θに依存した位相差のみであり、それぞれの複素数データの複素平面上における絶対値(受信強度あるいは振幅など)は等価である。
<Signal Processing for Received Wave (Incoming Wave) in Signal Processing Unit 20>
Next, the memory 21 stores time series data (ascending portion and descending portion) obtained by A / D converting the received signal in the waveform storage area by the ADC 7 for each of the antennas 11 to 1n. . For example, when 256 samples are sampled in each of the ascending portion and the descending portion, data of 2 × 256 × the number of antennas is stored in the waveform storage area.
The frequency resolution processing unit 22 converts each beat signal corresponding to each Ch1 to Chn (each antenna 11 to 1n) into a frequency with a preset resolution by, for example, Fourier transformation, and the like, and a frequency point indicating the beat frequency. The complex number data of the beat frequency is output. For example, if each of the ascending and descending parts has 256 sampled data for each antenna, it is converted into a beat frequency as complex frequency domain data for each antenna, and 128 in each of the ascending and descending parts. Complex number data (2 × 128 pieces × number of antennas data). The beat frequency is indicated by a frequency point.
Here, the difference between the complex number data for each antenna is only the phase difference depending on the angle θ, and the absolute values (reception intensity, amplitude, etc.) on the complex plane of each complex number data are equivalent.

次に、周波数分解処理部22は、入力されるビート信号を周波数分解(時間軸フーリエ変換)し、ビート周波数を示す周波数ポイントと、複素数データとを、DBF処理部33へ出力する。
そして、DBF処理部33は、入力される各アンテナに対応した複素数データを、アンテナの配列方向にフーリエ変換し、すなわち空間軸フーリエ変換を行う。
そして、DBF処理部33は、角度に依存、すなわち角度分解能に対応した角度チャンネル毎の空間複素数データを計算し、ビート周波数毎にピーク検知部23に対して出力する。
Next, the frequency decomposition processing unit 22 performs frequency decomposition (time-axis Fourier transform) on the input beat signal, and outputs a frequency point indicating the beat frequency and complex number data to the DBF processing unit 33.
Then, the DBF processing unit 33 performs Fourier transform on the input complex number data corresponding to each antenna in the antenna arrangement direction, that is, performs spatial axis Fourier transform.
Then, the DBF processing unit 33 calculates spatial complex number data for each angle channel corresponding to the angle, that is, corresponding to the angular resolution, and outputs the data to the peak detection unit 23 for each beat frequency.

これにより、DBF処理部33から出力される角度チャンネル毎の空間複素数データ(ビート周波数単位)の示すスペクトラムは、ビーム走査分解能による受信波の到来方向推定に依存したものとなる。
また、アンテナの配列方向にフーリエ変換されているため、角度チャンネル間にて複素数データを加算しているのと同じ効果を得ることができ、角度チャンネル毎の複素数データはS/N比が改善されており、ピーク値の検出における精度を向上させることが可能となる。
上述した複素数データ及び空間複素数データともに、三角波の上昇領域及び下降領域の双方にて算出される。
Accordingly, the spectrum indicated by the spatial complex number data (beat frequency unit) for each angle channel output from the DBF processing unit 33 depends on the arrival direction estimation of the received wave by the beam scanning resolution.
In addition, since the Fourier transform is performed in the antenna arrangement direction, the same effect as adding complex number data between angle channels can be obtained, and the S / N ratio is improved for complex number data for each angle channel. Therefore, the accuracy in detecting the peak value can be improved.
Both the complex number data and the spatial complex number data described above are calculated in both the rising and falling regions of the triangular wave.

次に、ピーク検知部23は、入力される角度チャンネル毎の空間複素数データの示すスペクトラム強度により、ピーク値の検知を行い、ピーク組合せ部24へ出力する。
上記検知結果が入力されると、ピーク組合せ部24は、上昇領域及び下降領域におけるビート周波数とそのピーク値を組合せて、距離検出部25及び速度検出部26へ出力し、ペア確定部27で組合せを確定する。
Next, the peak detection unit 23 detects the peak value based on the spectrum intensity indicated by the spatial complex number data for each angle channel that is input, and outputs the peak value to the peak combination unit 24.
When the detection result is input, the peak combination unit 24 combines the beat frequency and the peak value in the ascending region and the descending region, and outputs the combined value to the distance detection unit 25 and the speed detection unit 26. Confirm.

次に、距離検出部25は、順次入力される上昇領域及び下降領域それぞれの組合せのビート周波数を加算した数値によりターゲットとの上記距離rを演算する。
また、速度検出部26は、順次入力される上昇領域及び下降領域それぞれの組合せのビート周波数の差分によりターゲットとの上記相対速度vを演算する。
そして、相関行列算出部28は、組合せが確定したピークにおけるビート周波数の周波数ポイントにより、周波数分解処理部22が周波数分解したビート周波数を選択し、この組合せにおける上昇部分及び下降部分のいずれか一方の(本実施形態においては下降部分)のビート周波数に対応した相関行列を生成する。
Next, the distance detection unit 25 calculates the distance r to the target based on a numerical value obtained by adding the beat frequencies of the combinations of the ascending region and the descending region that are sequentially input.
Further, the speed detection unit 26 calculates the relative speed v with respect to the target based on the difference between the beat frequencies of the combinations of the ascending region and the descending region that are sequentially input.
Then, the correlation matrix calculation unit 28 selects the beat frequency frequency-resolved by the frequency decomposition processing unit 22 based on the frequency point of the beat frequency at the peak where the combination is determined, and either one of the rising part and the falling part in this combination. A correlation matrix corresponding to the beat frequency (the descending portion in the present embodiment) is generated.

次に、範囲検出部36は、ペア確定部27で確定したペアにおける相関行列算出部28への出力と同じ周波数ポイントの空間複素数データに対応した角度チャンネルにより、MUSIC等に比較して分解能の粗い(低い)レベルの方位情報として、角度範囲情報を方位検出部30に対して出力する。例えば、範囲検出部36は、各角度チャンネルのピーク値を予め設定された閾値と比較し、この閾値以上のピーク値を有する角度チャンネルを検出し、検出された角度チャンネルが設定された複数のチャンネル数(例えば、4角度チャンネル)以上、隣接して存在した場合、この範囲を角度範囲情報として方位検出部30へ出力する。   Next, the range detection unit 36 has a coarser resolution than the MUSIC or the like by an angle channel corresponding to the spatial complex number data of the same frequency point as the output to the correlation matrix calculation unit 28 in the pair determined by the pair determination unit 27. The angle range information is output to the azimuth detecting unit 30 as the (low) level azimuth information. For example, the range detection unit 36 compares the peak value of each angle channel with a preset threshold value, detects an angle channel having a peak value equal to or greater than this threshold value, and a plurality of channels in which the detected angle channel is set. When there are more than a few (for example, four angle channels) adjacent to each other, this range is output to the direction detection unit 30 as angle range information.

上記角度範囲情報を用いることにより、方位検出部30は、角度チャンネル毎の空間複素数データを用いることにより、図6(a)及び図7(a)に示すように、MUSICスペクトラムの計算時において、上記角度チャンネルの情報が無い場合に比較し、検知方向範囲を狭い角度範囲に絞り込むことが可能となり、MUSICのスペクトラム算出の分解能を上げることができる。   By using the angle range information, the azimuth detecting unit 30 uses the spatial complex number data for each angle channel, as shown in FIGS. 6 (a) and 7 (a), when calculating the MUSIC spectrum. Compared to the case where there is no information on the angle channel, the detection direction range can be narrowed down to a narrow angle range, and the resolution of spectrum calculation of MUSIC can be increased.

ここで、図6(a)及び図7(a)は、DBF後の角度依存Ch(チャンネル)が15Chとなるように、チャンネル方向(アンテナ方向)に16ビットのフーリエ変換を行った場合である。ここで、範囲検出部36は、上述したように、4Chの連続したCh(角度)の範囲にてスペクトラム強度の値がDBFレベル閾値を超えている場合に、上述した角度範囲情報、すなわち絞り込んだ範囲として設定し、この角度範囲情報を方位検出部30に対して出力する。
これにより、方位検出部30は、範囲検出部36から入力される角度範囲情報により絞り込まれた検知方向範囲の解析を高い精度にて行う。
Here, FIG. 6A and FIG. 7A are cases where 16-bit Fourier transform is performed in the channel direction (antenna direction) so that the angle-dependent Ch (channel) after DBF is 15 Ch. . Here, as described above, the range detection unit 36 narrows down the above-described angle range information, that is, narrows down when the value of the spectrum intensity exceeds the DBF level threshold in the range of 4 Ch (angle). The angle range information is output to the azimuth detecting unit 30 as a range.
Thereby, the azimuth detecting unit 30 analyzes the detection direction range narrowed down by the angle range information input from the range detecting unit 36 with high accuracy.

また、図7(a)は、DBFレベル閾値を4Chの連続した角度範囲にて超えているスペクトラム強度値のグループが2つに分かれるため、範囲検出部36は、それぞれの範囲(Ch3〜Ch6と、Ch10〜Ch13との角度範囲)を、第1の角度範囲情報(図7(b)の角度範囲)及び第2の角度範囲情報(図7(c)の角度範囲)として、方位検出部30に対して出力する。   In FIG. 7A, since the group of spectrum intensity values that exceed the DBF level threshold in a continuous angle range of 4 Ch is divided into two, the range detection unit 36 has the respective ranges (Ch3 to Ch6). , Ch10 to Ch13) as first angle range information (angle range in FIG. 7B) and second angle range information (angle range in FIG. 7C), the azimuth detecting unit 30 Output for.

そして、方位検出部30は、MUSICスペクトラムを算出する角度範囲として、第1及び第2の角度範囲情報それぞれの範囲を別々に(独立して)、順次MUSICスペクトラムを検出するため、範囲検出部36から入力される角度範囲情報により絞り込まれた検知方向範囲の解析を高い精度にて行うことができる。
上記図6(a)、(b)及び図7において、横軸は角度チャンネルのCh番号を示し、縦軸はDBF処理にて算出された各Ch毎のスペクトラム強度を示している。
Then, the azimuth detecting unit 30 detects the MUSIC spectrum separately (independently) separately from each of the first and second angular range information as the angular range for calculating the MUSIC spectrum. The analysis of the detection direction range narrowed down by the angle range information input from can be performed with high accuracy.
6A, 6B, and 7, the horizontal axis indicates the Ch number of the angle channel, and the vertical axis indicates the spectrum intensity for each Ch calculated by the DBF process.

<受信波の到来方向推定における超分解能アルゴリズム>
次に、上記相関行列算出部28、固有値算出部31、判定部32及び方位検出部30における、受信波の到来方向の推定を行う超分解能アルゴリズムを、MUSICを例に取り図8を用いて説明する。この図8は、一般的なMUSICの処理の流れを示すフローチャートである。MUSICの処理そのものは、一般的に用いられているため(例えば、非特許文献1及び2、あるいは特許文献3〜6)、本実施形態において必要な箇所のみ説明する。
<Super-resolution algorithm for estimating direction of arrival of received waves>
Next, the super-resolution algorithm for estimating the arrival direction of the received wave in the correlation matrix calculation unit 28, eigenvalue calculation unit 31, determination unit 32, and azimuth detection unit 30 will be described with reference to FIG. 8 taking MUSIC as an example. To do. FIG. 8 is a flowchart showing a general MUSIC process flow. Since the MUSIC process itself is generally used (for example, Non-Patent Documents 1 and 2, or Patent Documents 3 to 6), only the necessary parts in this embodiment will be described.

周波数分解処理部22は、メモリ21に記憶されている受信波によるビート信号を読み込み(ステップS101)、アンテナ毎のビート信号を周波数変換する(ステップS102)。
そして、すでに述べたように、相関行列算出部28は、ペア確定部27により組合せが確定した下降領域のターゲットの周波数ポイントに該当する周波数分解された複素数周波数領域データ(以下、複素数データ)を、周波数分解処理部22から選択して読み込み、下降領域において、各アンテナ毎の相関を示す相関行列を生成する(ステップS103)。
The frequency resolution processing unit 22 reads the beat signal based on the received wave stored in the memory 21 (step S101), and converts the frequency of the beat signal for each antenna (step S102).
Then, as already described, the correlation matrix calculation unit 28 calculates the frequency-resolved complex frequency domain data (hereinafter referred to as complex number data) corresponding to the target frequency point of the descending domain whose combination is determined by the pair determination unit 27. The frequency matrix is selected and read from the frequency resolution processing unit 22, and a correlation matrix indicating the correlation for each antenna is generated in the descending region (step S103).

このステップS103における相関行列算出部28の相関行列の生成において、例えば図9(a)及び図9(b)に示す手法があり、それぞれを以下に簡単に説明する。
図9(a)における手法において、相関行列算出部28は、複素数データのまま相関行列(複素相関行列)を生成し(ステップS103_1)、前方のみの空間平均(Forward空間平均法)または前方/後方空間平均(Forward-Backward空間平均法)にて処理する(ステップS103_2)。
空間平均は、元の受信アンテナのアレーにおけるアンテナ数を、さらにアンテナ数が少ないサブアレーに分け、サブアレー同士を平均したものである。この空間平均法の基本原理は、相関のある波の位相関係は受信位置によって異なるので, 受信点を適当に移動させて相関行列を求めれば, その平均効果により相関性干渉波の相関を抑圧する。一般的には受信アンテナのアレーを動かさずに、全体の受信アンテナのアレーから同じ配列を有するサブアレーを複数取り出し、それぞれの相関行列を平均する方法をとる。
For example, there are methods shown in FIG. 9A and FIG. 9B in the generation of the correlation matrix in the correlation matrix calculation unit 28 in step S103, which will be briefly described below.
In the method shown in FIG. 9A, the correlation matrix calculation unit 28 generates a correlation matrix (complex correlation matrix) as complex data (step S103_1), and only forward spatial average (Forward spatial average method) or forward / backward Processing is performed by spatial averaging (Forward-Backward spatial averaging method) (step S103_2).
The spatial average is obtained by dividing the number of antennas in the original array of receiving antennas into subarrays having a smaller number of antennas and averaging the subarrays. The basic principle of this spatial averaging method is that the phase relationship of correlated waves differs depending on the reception position. Therefore, if the correlation matrix is obtained by appropriately moving the reception point, the correlation of the correlation interference wave is suppressed by the average effect. . In general, a plurality of subarrays having the same arrangement are extracted from the entire array of receiving antennas without moving the array of receiving antennas, and the correlation matrix is averaged.

例えば、図10に示すように、アンテナ数が9本の受信アンテナアンテナ11〜1n(n=9)のアレーを考えると、相関行列算出部28は、以下の前方の(1)式の相関行列CR に対して、後方の(2)式の後方相関行列CR を求めて、(1)式の相関行列と(2)式の後方相関行列との対応する要素を
CRfb =(CR +CR )/2
として平均したものが前方/後方における要素の平均処理である。
このように、前方/後方平均処理により求められた相関行列CRfb を、サブアレイに分割して平均し、受信波の到来方向の推定に用いる相関行列Rxxを求める。すなわち、前方/後方空間平均処理により求めた相関行列は下記の式により表される。
Rxx=(CRfb1 +CRfb2 +CRfb3 )/3
ここで、相関行列算出部28は、9本の受信アンテナ11〜19のアレーを7本のアンテナ11〜17、12〜18、13〜19の3つのサブアレーに分割し、それぞれのサブアレーの行列の対応する要素を平均することにより、上記相関行列Rxxを求める。
For example, as shown in FIG. 10, considering an array of nine receiving antenna antennas 11 to 1n (n = 9), the correlation matrix calculation unit 28 uses the following correlation matrix of the expression (1) below. With respect to CR f f , a backward correlation matrix CR b f of equation (2) is obtained, and the corresponding elements of the correlation matrix of equation (1) and the backward correlation matrix of equation (2) are expressed as CR fb f = (CR f f + CR b f ) / 2
Is the average processing of the elements in the front / rear.
In this way, the correlation matrix CR fb f obtained by the forward / backward averaging process is divided into subarrays and averaged to obtain a correlation matrix Rxx used for estimating the arrival direction of the received wave. That is, the correlation matrix obtained by the forward / backward spatial averaging process is expressed by the following equation.
Rxx = (CR fb1 f + CR fb2 f + CR fb3 f ) / 3
Here, the correlation matrix calculation unit 28 divides the array of the nine receiving antennas 11 to 19 into three subarrays of seven antennas 11 to 17, 12 to 18, and 13 to 19, and calculates the matrix of each subarray. The correlation matrix Rxx is obtained by averaging the corresponding elements.

Figure 2009162689
Figure 2009162689

Figure 2009162689
Figure 2009162689

一方、前方の空間平均の場合、V11からV99のマトリクスは、W11からW99までの(1)式のマトリクスのままでよいので、V11=W11+W99/2の例で示す各要素の平均は不要となる。
レーダにおける受信波の到来方向を推定する用途においては、到来する受信波の全てが送信した送信波がターゲットにて反射した反射波であるため、アンテナ毎に受信された受信波のデータは強い相互相関を示すことになる。そのため、後段における固有値計算の結果が正しく現れないことになる。したがって、その相互相関を抑圧して、自己相関を引き出し、正しく到来波方向推定を行う効果があるのが空間平均である。
On the other hand, in the case of the spatial average of the front, the matrix of V 11 to V 99 may be the matrix of the formula (1) from W 11 to W 99, and therefore, an example of V 11 = W 11 + W 99/2 is shown. The average of each element becomes unnecessary.
In applications that estimate the direction of arrival of received waves in radar, the transmitted waves transmitted from all incoming received waves are reflected waves reflected by the target, so the received wave data received for each antenna is strongly correlated. Correlation will be shown. Therefore, the result of eigenvalue calculation in the subsequent stage does not appear correctly. Therefore, the spatial average has the effect of suppressing the cross-correlation, extracting the auto-correlation, and correctly estimating the arrival wave direction.

次に、相関行列算出部30は、上述した処理により空間平均された複素数データの相関行列を、実数の相関行列に変換するためのユニタリ変換を行う。
ここで、実数の相関行列に変換することにより、以降におけるステップでの最も計算負荷の重い固有値計算が実数のみの計算とすることができ、大幅に演算負荷を軽減することができる。
一方、図9(b)は、図9(a)のように、ユニタリ変換による実数相関行列への変換を行わずに、次のステップにおける固有値計算も複素数で計算されるタイプである。
また、ステップS103において、図9(a)におけるS103_3及び図9(b)におけるS103_2にて得られた相関行列Rxxにおいて、さらに相関行列(または相関行列の対角成分)の最大値を基準に各要素の値を正規化(=最大値で割る)しておいても良い。
Next, the correlation matrix calculation unit 30 performs unitary conversion for converting the correlation matrix of the complex number data spatially averaged by the above-described processing into a real number correlation matrix.
Here, by converting to a real number correlation matrix, the eigenvalue calculation with the heaviest calculation load in the subsequent steps can be calculated only for the real number, and the calculation load can be greatly reduced.
On the other hand, FIG. 9B is a type in which eigenvalue calculation in the next step is also performed with complex numbers without performing conversion to a real correlation matrix by unitary conversion as shown in FIG. 9A.
In step S103, each correlation matrix Rxx obtained in S103_3 in FIG. 9A and S103_2 in FIG. 9B is further set based on the maximum value of the correlation matrix (or the diagonal component of the correlation matrix). The element value may be normalized (= divided by the maximum value).

次に、固有値算出部31は、ステップS103にて得られた相関行列Rxxの固有値とそれに対応する固有ベクトルとを、
Rxxe=λe
の固有方程式が成り立つ、固有値λ及び固有ベクトルeとして算出し、方位検出部30に出力するとともに、判定部32に対して固有値λを出力する(ステップS104)。
そして、判定部32は、上記固有値算出部31の求めた固有値λから、信号成分ベクトルを取り除くために必要な到来波数の推定を行い、求められた到来波数を方位検出部30へ出力する(ステップS105)。
Next, the eigenvalue calculation unit 31 calculates the eigenvalue of the correlation matrix Rxx obtained in step S103 and the eigenvector corresponding thereto.
Rxxe = λe
Is calculated as an eigenvalue λ and an eigenvector e, and the eigenvalue λ is output to the azimuth detection unit 30 and to the determination unit 32 (step S104).
Then, the determination unit 32 estimates the number of incoming waves necessary for removing the signal component vector from the eigenvalue λ obtained by the eigenvalue calculation unit 31, and outputs the obtained number of incoming waves to the direction detection unit 30 (step) S105).

ここで、判定部32は、上記到来波数の推定を後述する到来波推定処理により行う。
次に、方位検出部30は、信号ベクトルを除き、ノイズ成分のみとしたベクトルと、予め内部に設定されている方位角度毎の方向ベクトルとの内積演算を行うことにより、角度のスペクトラムを作成する(ステップS106)。これにより、受信波の到来方向に対して指向性のヌルを対応付けることができる。
このとき、方位検出部30は、すでに説明した範囲検出部36から入力される角度範囲情報の示す角度範囲でのみ、ノイズ成分のみとしたベクトルと、内部に設定されている方位角度毎の方向ベクトルとの内積演算を行い、角度のスペクトラムPMU(θ)を作成する。
MU(θ)=a(θ)a(θ)/{a(θ)E a(θ)}
ここで、a(θ)は方向ベクトルであり、Eはノイズ部分空間固有ベクトルであり、Hは共役転置を示す。
Here, the determination unit 32 performs the estimation of the number of incoming waves by an incoming wave estimation process described later.
Next, the azimuth detection unit 30 creates an angle spectrum by performing an inner product calculation of a vector including only a noise component, excluding the signal vector, and a direction vector for each azimuth angle set in advance. (Step S106). Thereby, directivity null can be matched with the arrival direction of a received wave.
At this time, the azimuth detection unit 30 includes only a noise component in the angle range indicated by the angle range information input from the range detection unit 36 described above, and a direction vector for each azimuth angle set inside. To calculate the angle spectrum P MU (θ).
P MU (θ) = a H (θ) a (θ) / {a H (θ) E N E N H a (θ)}
Here, a (θ) is a directional vector, E N is the noise subspace eigenvectors, H is denotes the conjugate transpose.

そして、方位検出部30は、上記角度のスペクトラムから、予め設定した閾値を超えるピークを検出することにより、ピークを検知して到来波方向(角度θ)を算出する(ステップS107)。
また、方位検出部30は、角度(=受信波の到来方向)と、距離検出部25で算出された距離とにより、電子走査型レーダ装置におけるアンテナアレーの垂直軸に対して横方向の位置に換算することもできる。
以上は、標準的なMUSICであるが、ステップS106におけるMUSICスペクトラム算出において、方向ベクトルにてサーチするタイプではなく、多項式の根から解を求めるRoot−MUSICという手法を用いることもできる。
ここで、Root−MUSICは、
(θ)E a(θ)=0
を満たすθを直接求める方法であり、スペクトラムの作成なしに求められる。
Then, the azimuth detecting unit 30 detects a peak exceeding a preset threshold from the angle spectrum, thereby detecting the peak and calculating the incoming wave direction (angle θ) (step S107).
Further, the azimuth detecting unit 30 is positioned laterally with respect to the vertical axis of the antenna array in the electronic scanning radar apparatus by the angle (= the arrival direction of the received wave) and the distance calculated by the distance detecting unit 25. It can also be converted.
The above is a standard MUSIC, but in the MUSIC spectrum calculation in step S106, a method called Root-MUSIC that finds a solution from a root of a polynomial instead of a type that searches by a direction vector can also be used.
Here, Root-MUSIC is
a H (θ) E N E N H a (θ) = 0
This is a method for directly obtaining θ satisfying the condition, and is obtained without creating a spectrum.

また、図8におけるステップS107の後に、受信電力計算と不要波(不要な受信波のデータ)削除との処理を追加しても良い。
すなわち、判定部32は、以下の式において行列Sの対角成分に現れる電力と、予め設定しておいた閾値とを比較し、電力が閾値を超えるか否かの検出を行い、電力が閾値を超えた場合に必要な受信波と判定し、一方、電力がこの閾値以下である場合に不要な受信波と判定する処理を有する。
S=(AA)−1(Rxx−σI)A(AA)−1
ここで、Sは受信波の信号の相関行列、Aは方向行列、AはAの共役転置行列、Iは単位行列、Rxxは相関行列算出部28にて演算した相関行列、σは雑音ベクトルの分散である。
Further, after step S107 in FIG. 8, processing for calculating received power and deleting unnecessary waves (unnecessary received wave data) may be added.
That is, the determination unit 32 compares the power that appears in the diagonal component of the matrix S in the following equation with a preset threshold value, detects whether the power exceeds the threshold value, and the power is the threshold value. Is determined as a necessary received wave, and when the power is less than or equal to this threshold, it is determined as an unnecessary received wave.
S = (A H A) −1 A H (Rxx−σ 2 I) A (A H A) −1
Here, S is a correlation matrix of a received wave signal, A is a direction matrix, A H is a conjugate transpose matrix of A, I is a unit matrix, Rxx is a correlation matrix calculated by the correlation matrix calculation unit 28, and σ 2 is noise The variance of the vector.

上述したこの受信電力計算と不要波削除との処理を付け加えることにより、ステップS105の受信波数の推定において、受信波数を多く見積もった際、この処理により不要に到来する受信波の削除を行うことができる。したがって、後述する到来波数の推定処理における閾値λth及び閾値λth’の設定のマージンを確保する(すなわち、各閾値を厳密に設定せずとも、受信電力が十分でない受信波を削除する)ことができる。
上述したように、 本実施形態においては、先にMUSIC等の超分解能アルゴリズムより分解能が低いDBF(Digital Beam Forming)を用いて方向推定を一旦行い、ターゲットの存在する角度範囲を絞り込んで、この角度範囲において相関行列からの方位推定を超分解能アルゴリズムで行う構成である。
By adding the processing of the received power calculation and unnecessary wave deletion described above, when estimating the number of received waves in the estimation of the received wave number in step S105, it is possible to delete received waves that arrive unnecessarily by this processing. it can. Accordingly, it is possible to secure a margin for setting the threshold λth and the threshold λth ′ in the estimation process of the number of incoming waves, which will be described later (that is, to delete a received wave with insufficient received power without setting each threshold strictly). .
As described above, in the present embodiment, direction estimation is first performed using DBF (Digital Beam Forming) having a resolution lower than that of a super resolution algorithm such as MUSIC, and the angle range where the target exists is narrowed down. In this range, the direction estimation from the correlation matrix is performed by the super-resolution algorithm.

<到来波推定処理>
次に、方位検出部30におけるMUSICスペクトラム検出に用いる図8のステップS105における到来波推定処理について、図11を用いて説明する。この図11のフローチャートに示す到来波数推定の処理は、図1における主として判定部32が固有値算出部31から入力される固有値を用いて行う処理である。
すでに、図8のフローチャートにて説明したように、図8におけるステップS105に入る時点において、ピーク組合せ部24がターゲットを検知し、固有値算出部31が相関行列Rxxの固有値及び固有値ベクトルをすでに算出している。
したがって、判定部32は、到来波数が最低でも1つあることを仮定し、到来波数Lに1を代入する(ステップS401)。
<Incoming wave estimation processing>
Next, the arrival wave estimation process in step S105 of FIG. 8 used for MUSIC spectrum detection in the azimuth detection unit 30 will be described with reference to FIG. The process for estimating the number of incoming waves shown in the flowchart of FIG. 11 is a process performed mainly by the determination unit 32 in FIG. 1 using the eigenvalue input from the eigenvalue calculation unit 31.
As already described in the flowchart of FIG. 8, at the time of entering step S105 in FIG. 8, the peak combination unit 24 detects the target, and the eigenvalue calculation unit 31 has already calculated the eigenvalues and eigenvalue vectors of the correlation matrix Rxx. ing.
Therefore, the determination unit 32 assumes that there is at least one incoming wave number, and substitutes 1 for the incoming wave number L (step S401).

そして、判定部32は、相関行列から求められた固有値のなかから、最大値を有する最大固有値λaを検出し、その最大固有値λaにより全ての固有値λx(x=1,2,3,…)を除算して(最大固有値λaと、この最大固有値λaを含む全ての固有値λxとの比を求めて)、固有値λxの正規化を行い、正規化固有値としてλy(y=1,2,3,…)とする(ステップS402)。このとき、判定部32は、正規化された固有値λyを大きい順番に並べ替える。
次に、判定部32は、予め設定してある閾値λthと、固有値λyとを、固有値λyの大きい順に、順番に比較し(ステップS403)、固有値λyが閾値λth以上であることを検出した場合、処理をステップS404へ進める。
Then, the determination unit 32 detects the maximum eigenvalue λa having the maximum value from the eigenvalues obtained from the correlation matrix, and determines all eigenvalues λx (x = 1, 2, 3,...) From the maximum eigenvalue λa. Dividing (determining the ratio of the maximum eigenvalue λa to all eigenvalues λx including the maximum eigenvalue λa), normalizing the eigenvalue λx, and obtaining λy (y = 1, 2, 3,... (Step S402). At this time, the determination unit 32 rearranges the normalized eigenvalues λy in descending order.
Next, the determination unit 32 compares the preset threshold value λth and the eigenvalue λy in order of decreasing eigenvalue λy (step S403), and detects that the eigenvalue λy is equal to or greater than the threshold value λth. The process proceeds to step S404.

そして、判定部32は、到来波数Lをインクリメント(1を加算)し、処理をステップS403へ戻す。
一方、判定部32は、固有値λyが閾値λth未満であることを検出すると、以降の固有値λyと閾値λthとの比較の処理を行う必要が無くなり(以降の固有値λyが現在比較している固有値λyより小さいため)、処理をステップS405へ進める(ステップS403)。
そして、判定部32は、現在の到来波数Lを検出した到来波数として確定し、この確定された到来波数Lを方向検出部30へ出力する(ステップS405)。
この到来波数推定処理において、判定部32は、上述したステップS401からステップS405の処理を、固有値算出部31からの固有値の入力毎に行う。
Then, the determination unit 32 increments the incoming wave number L (adds 1), and returns the process to step S403.
On the other hand, when the determination unit 32 detects that the eigenvalue λy is less than the threshold value λth, it is not necessary to perform the subsequent comparison process between the eigenvalue λy and the threshold value λth (the eigenvalue λy from which the subsequent eigenvalue λy is currently compared). Because it is smaller, the process proceeds to step S405 (step S403).
Then, the determination unit 32 determines the current arrival wave number L as the detected arrival wave number, and outputs the determined arrival wave number L to the direction detection unit 30 (step S405).
In this arrival wave number estimation process, the determination unit 32 performs the above-described processing from step S401 to step S405 for each input of the eigenvalue from the eigenvalue calculation unit 31.

また、図12のフローチャートに示すように、到来波数推定の処理を行う前に、判定部32が固有値算出部31から入力される固有値λxから最大固有値λaを検出する。
そして、判定部32は、この検出した最大固有値λaが予め設定されている閾値λmax以上か否かの検出を行い(ステップS400)、最大固有値λaが閾値λmax以上であることを検出した場合、すでに説明した図8におけるステップS401以降の到来波数処理を行い、一方、最大固有値λaが閾値λmax未満であることを検出した場合、到来波数の推定処理を行わず、方位検出部30に対して到来波数Lを出力しない。
すなわち、全周波数ポイントあるいは特定の周波数ポイント範囲の相関行列から固有値を求めるような実施例の場合にも、到来波数の推定において、到来波数推定処理をキャンセル(中止)することができ、路面におけるマルチパスの影響により、受信レベルが低い状態であっても、誤った到来波数の推定を回避することができる。
Also, as shown in the flowchart of FIG. 12, the determination unit 32 detects the maximum eigenvalue λa from the eigenvalue λx input from the eigenvalue calculation unit 31 before performing the arrival wave number estimation process.
Then, the determination unit 32 detects whether or not the detected maximum eigenvalue λa is greater than or equal to a preset threshold value λmax (step S400), and if it has detected that the maximum eigenvalue λa is greater than or equal to the threshold value λmax, When the arrival wave number processing after step S401 in FIG. 8 described above is performed and when it is detected that the maximum eigenvalue λa is less than the threshold value λmax, the arrival wave number estimation processing is not performed and the arrival wave number is detected with respect to the direction detection unit 30. Do not output L.
That is, even in the embodiment in which eigenvalues are obtained from the correlation matrix of all frequency points or a specific frequency point range, the arrival wave number estimation process can be canceled (stopped) in the estimation of the arrival wave number, Due to the influence of the path, erroneous estimation of the number of incoming waves can be avoided even when the reception level is low.

次に、図13のフローチャートにより、他の到来波数推定処理の説明を行う。この図13においては、図11及び図12のフローチャートと異なり、固有値を算出した後に正規化を行うのではなく、相関行列算出部30の説明にて記載したように、相関行列算出部30が相関行列Rxxにおける各要素のうち対角要素の最大値により、相関行列Rxxの各要素を除算して要素を正規化した後、固有値算出部31が固有値及び固有値ベクトルの算出を行う様にしてもよい。
また、相関行列算出部28にて相関行列Rxxの正規化を行うのではなく、固有値算出部31が固有値を算出する前に、上述した正規化処理を行った後に、固有値及び固有値ベクトルの算出を行うようにしてもよい。
Next, another arriving wave number estimation process will be described with reference to the flowchart of FIG. In FIG. 13, unlike the flowcharts of FIGS. 11 and 12, normalization is not performed after the eigenvalue is calculated, but the correlation matrix calculation unit 30 is correlated as described in the description of the correlation matrix calculation unit 30. After dividing each element of the correlation matrix Rxx by the maximum value of the diagonal elements among the elements in the matrix Rxx and normalizing the elements, the eigenvalue calculation unit 31 may calculate the eigenvalue and the eigenvalue vector. .
In addition, the correlation matrix calculation unit 28 does not normalize the correlation matrix Rxx, and the eigenvalue calculation unit 31 calculates the eigenvalue and the eigenvalue vector after performing the above-described normalization process before calculating the eigenvalue. You may make it perform.

この結果、固有値計算の浮動小数点演算の精度が向上し、固有値及び固有値ベクトルの演算アルゴリズムであるヤコビ法やQR法などの収束までの演算回数を削減することができ、演算時間の短縮を実現することができる。また、到来波数推定処理における固有値の正規化処理を行う必要がない。また、相関行列Rxxにおける各要素のうち対角要素を含む全要素での最大値を正規化の基準にした場合は、図13のステップS501の前に図11のステップS402の固有値の正規化の処理を行えば良い。
いずれにしても、正規化された相関行列により算出された固有値λx(x=1,2,3,…)が判定部32に入力され、図13のフローチャートに示す到来波数の推定処理が開始される。このとき、判定部32は、到来波Lを0にリセットする。
As a result, the precision of the floating-point calculation for eigenvalue calculation is improved, and the number of operations until convergence such as the Jacobian method and QR method, which are eigenvalue and eigenvalue vector calculation algorithms, can be reduced, thereby reducing the calculation time. be able to. In addition, it is not necessary to perform eigenvalue normalization processing in the arrival wave number estimation processing. Further, when the maximum value of all the elements including the diagonal elements among the elements in the correlation matrix Rxx is used as a standard for normalization, the normalization of the eigenvalue in step S402 in FIG. 11 is performed before step S501 in FIG. What is necessary is just to process.
In any case, the eigenvalue λx (x = 1, 2, 3,...) Calculated by the normalized correlation matrix is input to the determination unit 32, and the arrival wave number estimation process shown in the flowchart of FIG. 13 is started. The At this time, the determination unit 32 resets the incoming wave L to 0.

判定部32は、入力される固有値λxを大きい順に並べ替え、各固有値λxと予め設定した閾値λth’との比較を、固有値λxの大きい順に行う(ステップS501)。
このとき、判定部32は、固有値λxが予め設定した閾値λth’以上の場合、処理をステップS502へ進め、一方、固有値λxが予め設定した閾値λth’未満の場合、処理をステップS503へ進める。
そして、判定部32は、固有値λxが予め設定した閾値λth’以上の場合、到来波数Lをインクリメントし(ステップS502)、処理をステップS501へ戻す。
また、判定部32は、固有値λxが予め設定した閾値λth’未満の場合、現時点の到来波数Lを推定した到来波数として確定し、方位検出部30へ出力する(ステップS503)。
この到来波数推定処理において、判定部32は、上述したステップS501からステップS503の処理を、固有値算出部31からの固有値の入力毎に行う。
The determination unit 32 rearranges the input eigenvalues λx in descending order, and compares each eigenvalue λx with a preset threshold value λth ′ in descending order of the eigenvalue λx (step S501).
At this time, if the eigenvalue λx is greater than or equal to the preset threshold value λth ′, the determination unit 32 advances the process to step S502. If the eigenvalue λx is less than the preset threshold value λth ′, the determination unit 32 advances the process to step S503.
When the eigenvalue λx is equal to or greater than the preset threshold value λth ′, the determination unit 32 increments the number of incoming waves L (step S502), and returns the process to step S501.
Further, when the eigenvalue λx is less than the preset threshold λth ′, the determination unit 32 determines the current arrival wave number L as the estimated arrival wave number and outputs the estimated arrival wave number to the azimuth detection unit 30 (step S503).
In this arrival wave number estimation process, the determination unit 32 performs the above-described processing from step S501 to step S503 for each input of the eigenvalue from the eigenvalue calculation unit 31.

また、図14に示すように、図13におけるフローチャートのステップS501の比較処理の前に、周波数分解後にピーク検知部23が検知したピーク値が予め設定された閾値PEAK-thと比較するステップS500を設けても良い。
そして、判定部32は、ピーク検知部23から入力される上記ピーク値が予め設定されている閾値PEAK-th以上か否かの検出を行い(ステップS500)、このピーク値が閾値PEAK-th以上であることを検出した場合、すでに説明した図10におけるステップS501以降の到来波数処理を行い、一方、上記ピーク値が閾値PEAK-th未満であることを検出した場合、到来波数の推定処理を行わず、方位検出部30に対して到来波数Lを出力しない。
すなわち、全周波数ポイントあるいは特定の周波数ポイント範囲の相関行列から固有値を求めるような実施例の場合にも、到来波数の推定において、到来波数推定処理をキャンセル(中止)することができ、路面におけるマルチパスの影響により、受信レベルが低い状態であっても、誤った到来波数の推定を回避することができる。
さらに、図15に示すように、上記図14のステップS500の変わりに、求められた相関行列における対角要素の最大値を予め設定された閾値と比較するステップS500を設けても良い。
Further, as shown in FIG. 14, before the comparison process in step S501 of the flowchart in FIG. 13, a step S500 in which the peak value detected by the peak detector 23 after frequency decomposition is compared with a preset threshold value PEAK-th is performed. It may be provided.
Then, the determination unit 32 detects whether or not the peak value input from the peak detection unit 23 is equal to or greater than a preset threshold value PEAK-th (step S500), and the peak value is equal to or greater than the threshold value PEAK-th. 10 is performed, the number of incoming waves after step S501 in FIG. 10 already described is performed. On the other hand, when the peak value is detected to be less than the threshold value PEAK-th, the number of incoming waves is estimated. The incoming wave number L is not output to the azimuth detecting unit 30.
That is, even in the embodiment in which eigenvalues are obtained from the correlation matrix of all frequency points or a specific frequency point range, the arrival wave number estimation process can be canceled (stopped) in the estimation of the arrival wave number, Due to the influence of the path, erroneous estimation of the number of incoming waves can be avoided even when the reception level is low.
Furthermore, as shown in FIG. 15, instead of step S500 in FIG. 14, step S500 may be provided in which the maximum value of the diagonal elements in the obtained correlation matrix is compared with a preset threshold value.

図16及び図17は、実際に距離毎(ビート周波数毎)に固有値の分布が変動する状態を示すグラフである。図16が到来波が1波(到来波数1)の場合を示し、図17が到来波が2波(到来波数2)の場合を示している。
ここで、図16(a)及び図17(a)の横軸は距離を示し、縦軸は固有値を示している。また、図16(b)及び図17(b)の横軸は距離を示し、縦軸は最大固有値λaにより他の固有値λxを正規化した値を示している。
ターゲットとの距離約65m付近と80m付近とにおいて、マルチパスを受け固有値が小さくなる領域が存在していることが図16(a)及び図17(a)から判る。
また、図16(b)及び図17(b)に示すように、正規化した値においても、マルチパスを受けている場所においては、正規化された数値自体の変動が大きくなり、到来波推定にて誤った到来波数を推定することとなる。
16 and 17 are graphs showing a state in which the distribution of eigenvalues actually fluctuates for each distance (for each beat frequency). FIG. 16 shows the case where the incoming wave is 1 wave (arrival wave number 1), and FIG. 17 shows the case where the incoming wave is 2 waves (arrival wave number 2).
Here, the horizontal axis in FIGS. 16A and 17A indicates the distance, and the vertical axis indicates the eigenvalue. 16B and 17B, the horizontal axis indicates the distance, and the vertical axis indicates a value obtained by normalizing another eigenvalue λx with the maximum eigenvalue λa.
It can be seen from FIGS. 16 (a) and 17 (a) that there are regions where the eigenvalues are reduced due to the multipath at distances of about 65 m and 80 m from the target.
Also, as shown in FIGS. 16B and 17B, even in the normalized value, the fluctuation of the normalized value itself becomes large at the place where the multipath is received, and the arrival wave estimation is performed. In this case, the wrong number of incoming waves is estimated.

したがって、図13のステップ400や図14のステップS500及び図15のステップS500における処理にて、到来波推定を行わない構成を入れることにより、この相関行列での到来波数推定と方位検出をキャンセルし、誤った方位検出結果を算出しないようにできる。
図16(c)には、到来波数が1の図17(a)における距離100(m)時における固有値λxの数値が記載されており、信号空間にある固有値λ1と、それ以外のノイズ空間にある固有値との数値の違いを示している。
従来、図16(a)及び図17(a)の固有値を用いて、それぞれの距離毎に閾値Thを設定して、到来波の推定を行っていたが、本実施形態においては、図16(b)及び図17(b)に示すように、固有値を正規化して閾値Thとの比較を行うため、すでに説明したように、全距離共通の1数値として閾値λth(あるいは閾値λth’)を設定し、全ての距離における固有値と比較するため、容易に到来波数を推定することができる。
また、この到来波数の推定が行えなかった場合、方位検出部30において、過去の距離と相対速度及び方位とから現在の位置を推定する手法などで対処することになる。
Accordingly, in the processing in step 400 of FIG. 13, step S500 of FIG. 14, and step S500 of FIG. 15, by inserting a configuration that does not perform arrival wave estimation, the arrival wave number estimation and direction detection in this correlation matrix are canceled. Thus, it is possible not to calculate an erroneous orientation detection result.
FIG. 16C shows the numerical value of the eigenvalue λx at the distance 100 (m) in FIG. 17A when the number of incoming waves is 1, and the eigenvalue λ1 in the signal space and other noise spaces It shows the numerical difference from a certain eigenvalue.
Conventionally, the arrival wave is estimated by setting the threshold Th for each distance using the eigenvalues of FIGS. 16A and 17A, but in the present embodiment, FIG. As shown in FIG. 17B and FIG. 17B, in order to normalize the eigenvalue and compare it with the threshold Th, as already described, the threshold λth (or threshold λth ′) is set as one numerical value common to all distances. And since it compares with the eigenvalue in all distances, the number of incoming waves can be estimated easily.
In addition, when the arrival wave number cannot be estimated, the direction detection unit 30 takes measures by a method of estimating the current position from the past distance, relative speed, and direction.

<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態による電子走査型レーダ装置を図18を用いて説明する。図18は、第2の実施形態による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。
この第2の実施形態においては、第1の実施形態と同様に、範囲設定のための方位推定を、MUSIC等の超分解能アルゴリズムより分解能が低いDBF(Digital Beam Forming)を用いて一旦行い、ターゲットの角度範囲を絞り込む構成である。
第1の実施形態と異なる点としては、DBFした数値をIDBF(逆DBF、すなわち逆空間軸フーリエ変換)を行い時間軸の複素数データに戻し、後に行う超分解能アルゴリズムの方位推定の精度を向上させる構成である。図2に示す第1の実施形態と同様の構成についは、同一の符号を付し、以下第1の実施形態との相違点のみについて説明する。
本実施形態は、第1の実施形態における角度範囲設定部50に対して、Ch(チャンネル)削除部34及びIDBF処理部35が付加されたものである。
<Second Embodiment>
Next, an electronic scanning radar apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration example of an electronic scanning radar apparatus according to the second embodiment.
In the second embodiment, as in the first embodiment, orientation estimation for range setting is performed once using DBF (Digital Beam Forming) having a resolution lower than that of a super resolution algorithm such as MUSIC, and the target. The angle range is narrowed down.
The difference from the first embodiment is that the DBF value is subjected to IDBF (inverse DBF, that is, inverse space axis Fourier transform) to return it to complex data on the time axis, thereby improving the accuracy of the orientation estimation of the super resolution algorithm performed later. It is a configuration. The same components as those in the first embodiment shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and only differences from the first embodiment will be described below.
In the present embodiment, a Ch (channel) deletion unit 34 and an IDBF processing unit 35 are added to the angle range setting unit 50 in the first embodiment.

上記DBF処理部33は、第1の実施形態と同様に、空間軸フーリエ変換を行い、空間複素数データをピーク検知部23へ出力するとともに、Ch削除部34へ出力する。
ここで、DBF処理部33は、図6(a)及び図7(a)に示すように、受信アンテナの配列方向に本実施形態においては、例えば16ポイントの分解能により、空間軸フーリエ変換を行い、結果として15の角度チャンネルの角度単位のスペクトラムを生成し、Ch削除部34及び範囲検出部36へ出力する。
そして、範囲検出部36は、第1の実施形態と同様に、角度チャンネルの角度単位のスペクトラムから、その強度が閾値以上のスペクトラム強度を有する角度チャンネルの範囲を、角度範囲情報として、方位検出部30へ出力する。
As in the first embodiment, the DBF processing unit 33 performs spatial axis Fourier transform, and outputs spatial complex number data to the peak detection unit 23 and also outputs it to the Ch deletion unit 34.
Here, as shown in FIG. 6A and FIG. 7A, the DBF processing unit 33 performs spatial axis Fourier transform in the arrangement direction of the receiving antennas in the present embodiment, for example, with a resolution of 16 points. As a result, the spectrum of the angle unit of the 15 angle channels is generated and output to the Ch deletion unit 34 and the range detection unit 36.
Then, similarly to the first embodiment, the range detection unit 36 uses, as an angle range information, an azimuth detection unit that uses, as angle range information, a range of an angle channel having a spectrum intensity whose intensity is equal to or greater than a threshold from the spectrum of the angle unit of the angle channel. Output to 30.

また、Ch削除部34は、スペクトラムのレベルが予め設定された角度範囲にて隣接して連続し、かつ予め設定されたDBF閾値のレベルを超えるか否かの検出を行い、DBF閾値を超えない角度チャンネルのスペクトラムを「0」に置き換える処理を行い、絞り込んだ各ビート周波数毎の図6(b)及び図7(b)、(c)に示す空間複素データを出力する。
上述した処理において、Ch削除部34は、例えば、隣接した4角度チャンネルが連続して上記DBF閾値を超えるレベルであると、ターゲットが存在するとして、これらの角度チャンネルのスペクトラムを残し、他の角度におけるスペクトラムの強度を「0」に置き換える。
Further, the Ch deletion unit 34 detects whether or not the spectrum level is adjacent and continuous in a preset angle range and exceeds a preset DBF threshold level, and does not exceed the DBF threshold. The process of replacing the spectrum of the angle channel with “0” is performed, and the spatial complex data shown in FIG. 6B, FIG. 7B, and FIG.
In the above-described processing, for example, if the adjacent four angle channels are continuously at a level that exceeds the DBF threshold, the Ch deletion unit 34 leaves the spectrum of these angle channels as the target exists, and sets other angles. The spectrum intensity at is replaced with “0”.

そして、IDBF処理部35は、スペクトラムの絞込を行った、すなわち設定した数の角度チャンネルにおいて連続してDBF閾値を超える角度チャンネル領域のデータのみ残し、その他の領域の強度を「0」に置き換えた空間複素数データを、逆空間軸フーリエ変換し、時間軸の複素数データに戻し、相関行列算出部28へ出力する。
そして、相関行列算出部28は、入力される複素数データから相関行列を算出するため、路側物などを除去し、かつノイズ成分を削減した直交性の良い相関行列を求めることができる。図6(c)は、図6(b)のDBF分解能でのターゲット群(実際にはターゲットが2つ以上ある可能性があるのでターゲット群とする)を、上記の方法で相関行列を作成し、超分解能アルゴリズムでさらにターゲットを分離した例である。
すなわち、本発明は、DBFでの方位検知ではピーク推定などによる角度推定を行わずに、1以上のターゲットが存在する範囲(ターゲット群)の抽出にとどめ、後の方位検出により上記1つ以上のターゲットの存在を細かく分離させて、正確な到来波数と角度とを計算する到来波方向推定アルゴリズムである。
Then, the IDBF processing unit 35 narrows down the spectrum, that is, leaves only the data of the angle channel area that continuously exceeds the DBF threshold in the set number of angle channels, and replaces the intensity of other areas with “0”. The spatial complex number data is subjected to inverse spatial axis Fourier transform, converted back to time axis complex number data, and output to the correlation matrix calculating unit 28.
Then, since the correlation matrix calculation unit 28 calculates the correlation matrix from the input complex number data, it is possible to obtain a correlation matrix with good orthogonality by removing roadside objects and the like and reducing noise components. In FIG. 6C, a correlation matrix is created by the above-described method for the target group at the DBF resolution shown in FIG. 6B (actually, there is a possibility that there are two or more targets). This is an example in which the target is further separated by the super-resolution algorithm.
That is, the present invention does not perform angle estimation by peak estimation or the like in azimuth detection by DBF, but only extracts a range (target group) where one or more targets exist, and performs one or more of the above-described ones by subsequent azimuth detection. It is an arrival wave direction estimation algorithm that calculates the accurate number and angle of incoming waves by finely separating the presence of a target.

また、図7(a)に示すように、複数のターゲット群からの反射成分を含む受信波を受信した場合、DBF処理部33から出力される空間複素データには、連続した角度チャンネルにてDBFレベルを超える角度チャンネル範囲が複数存在することとなる。
そして、Ch削除部34は、ペア確定部27により組合せが確定した下降領域のターゲットの周波数ポイントに該当する空間複素数データを選出し、上述したCh(チャンネル)削除を行った後、IDBF処理部35へ出力する。
Further, as shown in FIG. 7A, when receiving a reception wave including reflection components from a plurality of target groups, the spatial complex data output from the DBF processing unit 33 includes DBF in a continuous angle channel. There will be multiple angular channel ranges that exceed the level.
Then, the Ch deletion unit 34 selects the spatial complex number data corresponding to the target frequency point of the descending region whose combination is determined by the pair determination unit 27, performs the above-described Ch (channel) deletion, and then performs the IDBF processing unit 35. Output to.

そして、IDBF処理部35は、入力される空間複素数データを逆空間フーリエ変換して、得られた時間軸の複素数データを相関行列算出部28へ出力する。
これにより、相関行列算出部28は、入力される複素数データから相関行列を算出し、現在の検知サイクルにおける相関行列として固有値算出部31へ出力する。
後の到来波数推定の処理は、すでに述べた図11〜図14に示した処理と同様である。
上述した処理により、方位検出部30におけるMUSICにおけるMUSICスペクトラム算出時に検知方向範囲を第2の実施形態と同様に絞り込むことができ、分解能を上げることが可能となる。
The IDBF processing unit 35 performs inverse spatial Fourier transform on the input spatial complex number data, and outputs the obtained time axis complex number data to the correlation matrix calculation unit 28.
Thereby, the correlation matrix calculation unit 28 calculates the correlation matrix from the input complex number data, and outputs the correlation matrix to the eigenvalue calculation unit 31 as the correlation matrix in the current detection cycle.
The subsequent process for estimating the number of incoming waves is the same as the process shown in FIGS.
With the above-described processing, the detection direction range can be narrowed in the same way as in the second embodiment when calculating the MUSIC spectrum in the MUSIC in the azimuth detecting unit 30, and the resolution can be increased.

すなわち、上述した構成とすることにより、固有値算出部31において、固有値計算に用いる相関行列に、ターゲット群毎の反射成分に分割した受信波を、仮想的に受信されたことになるため、例えば受信アンテナ数及びサブアレー数に対してその数以上のターゲットからの反射成分を含んだ受信波が受信されたとしても、固有値計算で誤ることなく計算が可能となり、その後の角度スペクトラム推定や角度を求める解を計算するRoot−MUSIC等に適用できる。
さらに、検出可能な全角度範囲から複数の角度範囲に分割するので、分割した狭い角度範囲であれば実使用上の到来波数(ターゲット数)の最大値を想定することが可能となる。従って、到来波数の推定をしなくても固定の到来波数を設定し、角度スペクトラム推定や、角度を求める解を得ることが可能である。
また、方位検出部30が、現在のターゲットの方位が検出された後、このターゲットの方位をメモリ21に記憶させ、次回の方位算出サイクル以降に各サイクル情報とし、メモリ21から読み出し、方位算出サイクルにおいて、過去サイクルのターゲット方位周辺の角度範囲を上記角度範囲(範囲設定部36から入力される角度範囲情報)に含めてスペクトラムの計算を行うことができるようにしても良い。
That is, with the above-described configuration, the eigenvalue calculation unit 31 virtually receives the reception wave divided into the reflection components for each target group in the correlation matrix used for eigenvalue calculation. Even if received waves containing reflected components from more than that number of antennas and sub-arrays are received, it is possible to make calculations without error in eigenvalue calculation. It can be applied to Root-MUSIC or the like for calculating.
Further, since the entire detectable angle range is divided into a plurality of angle ranges, it is possible to assume a maximum value of the number of incoming waves (number of targets) in actual use within the divided narrow angle range. Therefore, it is possible to set a fixed number of incoming waves without estimating the number of incoming waves, and obtain an angle spectrum estimation or a solution for obtaining an angle.
In addition, after the direction of the current target is detected, the direction detection unit 30 stores the direction of the target in the memory 21 and reads it from the memory 21 as each cycle information after the next direction calculation cycle. The spectrum may be calculated by including the angle range around the target orientation of the past cycle in the angle range (angle range information input from the range setting unit 36).

<第3の実施形態>
また、図1において、方位検出部30が、現在のターゲットの方位が検出された後、このターゲットの方位をメモリ21に記憶させておく。
そして、角度範囲設定部50は、次回の方位算出サイクル以降に各サイクル情報とし、メモリ21から前回のターゲットの方位を読み出し、この方位を中心とし、前後に予め設定された数値範囲を付加し、この前回における検出サイクルの結果にて得られた方位を中心とした角度範囲を設定し、この角度範囲を角度範囲情報として、方位検出部30へ出力する。
このとき、前回の検出サイクルにおいて、複数のターゲットそれぞれの方位がメモリ21に記憶されている場合、角度範囲設定部36は、それぞれのターゲットの方位をメモリ21から読み出し、方位毎の角度範囲情報を算出し、方位検出部30へ出力する。
<Third Embodiment>
In FIG. 1, the azimuth detecting unit 30 stores the azimuth of the target in the memory 21 after the azimuth of the current target is detected.
Then, the angle range setting unit 50 sets each cycle information after the next azimuth calculation cycle, reads the previous azimuth of the target from the memory 21, adds a numerical range set in advance before and after this azimuth as a center, An angle range centered on the azimuth obtained as a result of the previous detection cycle is set, and the angle range is output to the azimuth detection unit 30 as angle range information.
At this time, when the azimuth of each of the plurality of targets is stored in the memory 21 in the previous detection cycle, the angle range setting unit 36 reads the azimuth of each target from the memory 21 and obtains angle range information for each azimuth. Calculate and output to the direction detection unit 30.

以上、第1〜第3の実施形態は、図1に示すFMCW方式のレーダに用いる構成例を基に説明したが、FMCW方式の他のアンテナ構成にも適用することが可能である。
また、多周波CW、パルスレーダ等のFMCW方式以外の他の方式においても、適用が可能である。また、本実施例では三角波の上昇部分及び下降部分のいずれか一方のビート周波数に対応した相関行列について、到来波数推定と方向検知を行ったが、上昇部分と下降部分のそれぞれについて行い、方向検知後にピーク組合せを行っても良い。さらに、本実施例では、方位検知部として超分解能アルゴリズムのMUSICを例に述べたが、最小ノルム法やESPRIT法など、同じように固有展開し到来波数を推定する原理の検知アルゴリズムであれば適用が可能である。
The first to third embodiments have been described based on the configuration example used for the FMCW radar shown in FIG. 1, but can be applied to other antenna configurations of the FMCW scheme.
Also, the present invention can be applied to other systems other than the FMCW system such as multi-frequency CW and pulse radar. In this embodiment, the arrival wave number estimation and the direction detection are performed for the correlation matrix corresponding to the beat frequency of either the rising part or the falling part of the triangular wave. However, the direction detection is performed for each of the rising part and the falling part. Peak combination may be performed later. Furthermore, in this embodiment, the super-resolution algorithm MUSIC is described as an example of the azimuth detection unit. However, it can be applied to any detection algorithm based on the principle of estimating the number of incoming waves in the same way, such as the minimum norm method or the ESPRIT method Is possible.

なお、図1、図2、図18における信号処理部20の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、到来波の方位の含まれる角度範囲を算出する図11〜図14に示す角度範囲の設定処理を含む方位検出を行う信号処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。   1, 2, and 18, a program for realizing the function of the signal processing unit 20 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system, By performing the signal processing, the signal processing may be performed to detect the direction including the angle range setting processing shown in FIGS. 11 to 14 for calculating the angle range including the azimuth of the incoming wave. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。   The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

本発明の実施形態による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the electronic scanning radar apparatus by embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態による電子走査型レーダ装置における信号処理部20の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the signal processing part 20 in the electronic scanning radar apparatus by the 1st Embodiment of this invention. 送信波及び受信波により、三角波の上昇領域及び下降領域におけるビート信号の生成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the production | generation of the beat signal in the rising area and falling area of a triangular wave with a transmission wave and a received wave. 受信アンテナにおける受信波の説明を行う概念図である。It is a conceptual diagram explaining the received wave in a receiving antenna. ビート信号を周波数分解した結果であり、ビート周波数(横軸)とそのピーク値(縦軸)とを示すグラフである。It is the result of frequency-decomposing the beat signal, and is a graph showing the beat frequency (horizontal axis) and its peak value (vertical axis). DBF処理を用いたMUSICスペクトラムを算出する角度範囲の絞り込み処理を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the narrowing-down process of the angle range which calculates the MUSIC spectrum using DBF process. DBF処理を用いたMUSICスペクトラムを算出する角度範囲の絞り込み処理を説明するためのグラフである。It is a graph for demonstrating the narrowing-down process of the angle range which calculates the MUSIC spectrum using DBF process. MUSICの処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process of MUSIC. 図8のフローチャートのステップS103にて行われるサブステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the substep performed in step S103 of the flowchart of FIG. 相関行列の空間平均を算出する際の処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the process at the time of calculating the spatial average of a correlation matrix. 図8のステップS105にて行う到来波数の推定処理を詳細に説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining in detail the process of estimating the number of incoming waves performed in step S105 of FIG. 8. 図8のステップS105にて行う到来波数の他の推定処理を詳細に説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining in detail the other estimation process of the number of incoming waves performed in step S105 of FIG. 図8のステップS105にて行う到来波数の他の推定処理を詳細に説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining in detail the other estimation process of the number of incoming waves performed in step S105 of FIG. 図8のステップS105にて行う到来波数の他の推定処理を詳細に説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining in detail the other estimation process of the number of incoming waves performed in step S105 of FIG. 図8のステップS105にて行う到来波数の他の推定処理を詳細に説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining in detail the other estimation process of the number of incoming waves performed in step S105 of FIG. 到来波が1の場合の距離とそれぞれの距離における固有値との対応を示すグラフである。It is a graph which shows a response | compatibility with the eigenvalue in each distance and the distance in case an incoming wave is 1. FIG. 到来波が2の場合の距離とそれぞれの距離における固有値との対応を示すグラフである。It is a graph which shows a response | compatibility with the eigenvalue in each distance and the distance in case an incoming wave is 2. FIG. 本発明の第2の実施形態による電子走査型レーダ装置における信号処理部20の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the signal processing part 20 in the electronic scanning radar apparatus by the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11,1n…受信アンテナ
21,2n…ミキサ
3…送信アンテナ
4…分配器
51,5n…フィルタ
6…SW
7…ADC
8…制御部
9…三角波生成部
10…VOC
20…信号処理部
21…メモリ
22…周波数分解処理部
23…ピーク検知部
24…ピーク組合せ部
25…距離検出部
26…速度検出部
27,27B…ペア確定部
28…相関行列算出部
30…方位検出部
31…固有値算出部
32…判定部
33…DBF処理部
34…Ch削除部
35…IDBF処理部
36…範囲検出部
50…角度範囲設定部
11, 1 n, receiving antenna 21, 2 n, mixer 3, transmitting antenna 4, distributor 51, 5 n, filter 6, SW
7 ... ADC
8 ... Control unit 9 ... Triangle wave generation unit 10 ... VOC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Signal processing part 21 ... Memory 22 ... Frequency decomposition processing part 23 ... Peak detection part 24 ... Peak combination part 25 ... Distance detection part 26 ... Speed detection part 27, 27B ... Pair determination part 28 ... Correlation matrix calculation part 30 ... Direction Detection unit 31 ... Eigen value calculation unit 32 ... Determination unit 33 ... DBF processing unit 34 ... Ch deletion unit 35 ... IDBF processing unit 36 ... Range detection unit 50 ... Angular range setting unit

Claims (9)

移動体に搭載される電子走査型レーダ装置であり、
送信波を送信する送信部と、
前記送信波のターゲットからの反射波である到来波を受信する複数のアンテナから構成される受信部と、
前記送信波及び前記反射波の差分の周波数を有するビート信号を生成するビート信号生成部と、
時系列に前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理部と、
前記複素数データからターゲットの存在する角度範囲を算出する角度範囲設定部と、
前記角度範囲内における角度スペクトラムを算出する方位検出部と
を有することを特徴とする電子走査型レーダ装置。
An electronic scanning radar device mounted on a moving body,
A transmission unit for transmitting a transmission wave;
A receiver configured with a plurality of antennas for receiving an incoming wave that is a reflected wave from a target of the transmission wave;
A beat signal generating unit that generates a beat signal having a frequency difference between the transmitted wave and the reflected wave;
A frequency decomposition processing unit that calculates complex number data by frequency-decomposing the beat signal into beat frequencies of a predetermined number of decompositions in time series;
An angle range setting unit for calculating an angle range in which a target exists from the complex data;
An electronic scanning radar apparatus comprising: an azimuth detecting unit that calculates an angle spectrum within the angle range.
前記角度範囲設定部が、
前記複素数データをアンテナの配列方向にデジタルビームフォーミングを行い、角度チャンネル毎のスペクトラムの強度を算出し、ターゲットの存在を検知するとともに方位情報を得るDBF処理部と、
前記ターゲットの存在する周波数軸のデータ及び方位情報に基づき、角度スペクトラムを算出する角度範囲を設定する範囲検出部と
を有することを特徴とする請求項1記載の電子走査型レーダ装置。
The angle range setting unit is
A DBF processing unit that performs digital beam forming on the complex number data in the antenna array direction, calculates a spectrum intensity for each angle channel, detects the presence of the target, and obtains orientation information;
The electronic scanning radar apparatus according to claim 1, further comprising: a range detection unit configured to set an angle range for calculating an angle spectrum based on data of a frequency axis on which the target exists and azimuth information.
前記角度範囲設定部が、
前記DBF処理部が算出した角度チャンネル毎のスペクトラム強度により、角度チャンネル方向にターゲットの存在の有無により複数のグループに分割し、ターゲットの存在していない角度チャンネルのスペクトラム強度を「0」とするチャンネル削除部と、
前記角度チャンネル毎のスペクトラム強度をIDBFして、アンテナ毎の複素数データに戻し、再生複素数データとして出力するIDBF処理部と
をさらに有し、
前記範囲検出部が、前記再生複素数データと、ターゲットの存在する方位情報と、受信波数推定値とに基づいて角度スペクトラムを算出する角度範囲を設定することを特徴とする請求項2に記載の電子走査型レーダ装置。
The angle range setting unit is
A channel that is divided into a plurality of groups according to the presence / absence of a target in the angle channel direction based on the spectrum intensity for each angle channel calculated by the DBF processing unit, and the spectrum intensity of the angle channel where no target exists is “0”. Delete part,
An IDBF processing unit that performs IDBF on the spectrum intensity for each angle channel, returns the complex intensity data to each antenna, and outputs the complex data as reproduction complex data;
3. The electronic device according to claim 2, wherein the range detection unit sets an angle range for calculating an angle spectrum based on the reproduction complex number data, direction information in which a target exists, and a received wave number estimation value. Scanning radar device.
前記角度範囲設定部が、
前記DBF処理部が算出した角度チャンネル毎のスペクトラム強度により、角度チャンネル方向にターゲットの存在の有無により複数のグループに分割し、ターゲットの存在していない角度チャンネルのスペクトラム強度を「0」とするチャンネル削除部と、
前記角度チャンネル毎のスペクトラム強度をIDBFして、アンテナ毎の複素数データに戻し、再生複素数データとして出力するIDBF処理部と
をさらに有し、前記方位検出部が、前記再生複素数データと、受信波数推定値とに基づいて、角度に相当する解を算出することを特徴とする請求項2に記載の電子走査型レーダ装置。
The angle range setting unit is
A channel that is divided into a plurality of groups according to the presence / absence of a target in the angle channel direction based on the spectrum intensity for each angle channel calculated by the DBF processing unit, and the spectrum intensity of the angle channel where no target exists is “0”. Delete part,
An IDBF processing unit that performs IDBF on the spectrum intensity for each angle channel, returns the complex intensity data for each antenna, and outputs it as reproduction complex data; and the azimuth detection unit estimates the reproduction complex data and the received wave number estimation. The electronic scanning radar apparatus according to claim 2, wherein a solution corresponding to an angle is calculated based on the value.
前記角度範囲設定部が、
前記DBF処理部が算出した角度チャンネル毎のスペクトラム強度により、角度チャンネル方向にターゲットの存在の有無により複数のグループに分割し、ターゲットの存在していない角度チャンネルのスペクトラム強度を「0」とするチャンネル削除部と、
前記角度チャンネル毎のスペクトラム強度をIDBFして、アンテナ毎の複素数データに戻し、再生複素数データとして出力するIDBF処理部と、
過去の方位検出サイクルにおける各ターゲットの方位情報を記憶する記憶手段と
をさらに有し、
前記範囲検出部が、前記再生複素数データと、該記憶手段に記憶されている過去の方位検出サイクルの方位情報と、受信波数推定値とに基づいて角度スペクトラムを算出する角度範囲を設定することを特徴とする請求項2に記載の電子走査型レーダ装置。
The angle range setting unit is
A channel that is divided into a plurality of groups according to the presence / absence of a target in the angle channel direction based on the spectrum intensity for each angle channel calculated by the DBF processing unit, and the spectrum intensity of the angle channel where no target exists is “0”. Delete part,
An IDBF processing unit for performing IDBF on the spectrum intensity for each angular channel, returning the complex intensity data for each antenna, and outputting it as reproduction complex data;
Storage means for storing the orientation information of each target in the past orientation detection cycle,
The range detection unit sets an angle range for calculating an angle spectrum based on the reproduction complex number data, azimuth information of past azimuth detection cycles stored in the storage means, and a received wave number estimation value. 3. The electronic scanning radar apparatus according to claim 2, wherein
前記受信波数推定値が、固定値であることを特徴とする請求項2ないし請求項5に記載の電子走査型レーダ装置。   6. The electronic scanning radar apparatus according to claim 2, wherein the received wave number estimation value is a fixed value. 前記角度範囲設定部が、
周波数軸の強度のピーク値からターゲットの存在を検知するピーク検知手段と、
過去の方位検出サイクルにおける各ターゲットの方位情報を記憶する記憶手段と、
該記憶手段に記憶されている過去の方位検出サイクルの方位情報により、前記角度範囲を限定するとともに、求められた角度範囲を前記記憶手段に書き込む範囲検出部と
を有することを特徴とする請求項1記載の電子走査型レーダ装置。
The angle range setting unit is
Peak detection means for detecting the presence of a target from the peak value of the intensity of the frequency axis,
Storage means for storing the orientation information of each target in the past orientation detection cycle;
A range detection unit that limits the angle range based on azimuth information of past azimuth detection cycles stored in the storage unit and writes the obtained angle range to the storage unit. The electronic scanning radar device according to 1.
移動体に搭載される前記請求項1から請求項7のいずれかに記載の電子走査型レーダ装置による受信波方向推定方法であり、
送信部が送信波を送信する送信過程と、
受信部が前記送信波のターゲットからの反射波である到来波を受信する複数のアンテナから構成される受信過程と、
ビート信号生成部が前記送信波及び前記反射波の差分の周波数を有するビート信号を生成するビート信号生成過程と、
周波数分解処理部が時系列に前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理過程と、
角度範囲設定部が前記複素数データからターゲットの存在する角度範囲を算出する角度範囲設定過程と、
方位検出部が前記角度範囲内における角度スペクトラムを算出する方位検出過程と
を有することを特徴とする受信波方向推定方法。
A received wave direction estimation method by the electronic scanning radar apparatus according to any one of claims 1 to 7, which is mounted on a moving body,
A transmission process in which the transmitter transmits a transmission wave;
A reception process in which a reception unit includes a plurality of antennas that receive an incoming wave that is a reflected wave from the target of the transmission wave;
A beat signal generation process in which a beat signal generation unit generates a beat signal having a frequency that is a difference between the transmission wave and the reflected wave;
A frequency resolving process in which a frequency resolving unit calculates complex number data by frequency resolving the beat signal in time series into a predetermined number of beat frequencies.
An angle range setting process in which an angle range setting unit calculates an angle range in which a target exists from the complex number data; and
An azimuth detecting process in which an azimuth detecting unit calculates an angle spectrum within the angle range.
移動体に搭載される前記請求項1から請求項7のいずれかに記載の電子走査型レーダ装置による受信波方向推定の動作をコンピュータに制御させるプログラムであり、
送信部が送信波を送信させる送信処理と、
受信部が複数のアンテナにより前記送信波のターゲットからの反射波である到来波を受信させる受信処理と、
ビート信号生成部が前記送信波及び前記反射波の差分の周波数を有するビート信号を生成するビート信号生成処理と、
周波数分解処理部が時系列に前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理と、
角度範囲設定部が前記複素数データからターゲットの存在する角度範囲を算出する角度範囲設定処理と、
方位検出部が前記角度範囲内における角度スペクトラムを算出する方位検出処理と
を有することを特徴とする受信波方向推定プログラム。
A program for causing a computer to control the operation of estimating the direction of a received wave by the electronic scanning radar apparatus according to any one of claims 1 to 7 mounted on a moving body,
A transmission process in which the transmission unit transmits a transmission wave;
A reception process in which a reception unit receives an incoming wave that is a reflected wave from a target of the transmission wave by a plurality of antennas;
Beat signal generation processing in which a beat signal generation unit generates a beat signal having a difference frequency between the transmission wave and the reflected wave;
A frequency resolving process in which a frequency resolving unit calculates the complex number data by frequency resolving the beat signal into beat frequencies of a predetermined number of resolving times in time series;
An angle range setting process in which an angle range setting unit calculates an angle range in which a target exists from the complex number data;
A received wave direction estimation program, comprising: an azimuth detecting unit that calculates an azimuth spectrum within the angle range.
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