JP2010127912A - レーダ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ターゲットの方向や個数を正しく算出できるレーダ装置を得る。
【解決手段】方向算出部３２は、ターゲット４０の複数変調区間のピーク周波数が０付近である場合に、ピーク周波数が０付近のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止する共分散行列加算禁止部３３を有し、ピーク周波数が０付近外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲット４０の方向を算出する。
【選択図】図１

Description

この発明は、対象物体（以下、「ターゲット」という）に送信信号（電波）を照射して、送信信号に基づくターゲットからの反射信号を複数の受信アンテナで受信した際に、反射信号に基づいてターゲット情報を算出するレーダ装置に関するものである。
従来から、ターゲットとの距離や相対速度を算出するレーダ装置として、連続的に周波数を変調した送信信号をターゲットに対して送信し、ターゲットからの反射信号を受信してターゲットとの距離や相対速度を算出する周波数変調レーダ装置が知られている。
この種のレーダ装置におけるターゲット方向算出方法としては、送信手段を機械的に回動して送信信号を走査することにより、ターゲットの方向を算出する方法が知られている。また、送信手段を機械的に回動せずに送信信号を出力し、複数チャネルからなるアレイ状のアンテナで受信した受信信号をディジタル信号処理してターゲットの方向を算出するＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法などの超分解能到来方向推定処理などが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
このＭＵＳＩＣ法は、ピーク周波数スペクトラムの共分散行列を演算し、共分散行列を固有値展開し、固有ベクトルから角度スペクトラムを演算し、角度スペクトラムからターゲットの方向を算出する方法である。
R.O.Schmidt「Multiple Emitter Location and Signal Parameter Estimation」IEEE Trans.Vol.AP-34, No.3, March 1986 pp.276-280
上述したＭＵＳＩＣ法に代表される超分解能到来方向推定処理は、各到来波が互いに無相関であることを前提としているため、各到来波間の相関が非常に高い陸上移動通信等には、そのまま適用することができない。一般に、到来波間の相関を抑圧するためには、共分散行列の生成に用いる受信信号の数（スナップショット数）を多くすることが望ましい。
そこで、一般のレーダ装置では、測定毎に共分散行列が得られるため、複数の共分散行列を加算してスナップショット数を確保する時間平均法を用いている。具体的には、ＵＰ区間ピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列とＤＯＷＮ区間ピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出している。
しかしながら、ＵＰ区間ピーク周波数または／かつＤＯＷＮ区間ピーク周波数が所定周波数範囲内である場合に、ピーク周波数が所定周波数範囲内のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列をピーク周波数が所定周波数範囲外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列に加算すると、ターゲットの方向を正しく算出できなかったり、ターゲットの個数を誤ったりするという問題点があった。
これは、送受信機やＡ／Ｄ変換器にて発生するノイズ、ばらつきや温度特性によるオフセット電圧、停止物ターゲットからの反射信号、等が受信信号に重畳され、これを周波数解析した場合に、周波数が所定周波数範囲の部分に反映されてしまうからである。従って、周波数が所定周波数範囲内の周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算すると、ターゲットの方向を正しく算出できなかったり、ターゲットの個数を誤ったりする。
また、ターゲットが複数存在する場合には、そのターゲットに応じた数だけＵＰ区間ピーク周波数とＤＯＷＮ区間ピーク周波数が現れる。各ターゲットの距離Ｒ及び相対速度Ｖを算出するためには、ＵＰ区間ピーク周波数ｆｂｕとＤＯＷＮ区間ピーク周波数ｆｂｄとをターゲット毎に組み合わせる必要がある。
しかしながら、組み合わせ終了後、ターゲットａのＵＰ区間ピーク周波数ｆｂｕ＿ａおよびＤＯＷＮ区間ピーク周波数ｆｂｄ＿ａのどちらか一方がターゲットｂのＵＰ区間ピーク周波数ｆｂｕ＿ｂおよびＤＯＷＮ区間ピーク周波数ｆｂｄ＿ｂと重複している場合に、重複したピーク周波数のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を重複していないピーク周波数のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列に加算すると、ターゲットａおよびターゲットｂの方向を正しく算出できなかったり、ターゲットａおよびターゲットｂの個数を誤ったりするという問題点があった。
これは、異なる距離、相対速度を持つ複数ターゲットによるピーク周波数が重複した場合に、そのピーク周波数における位相を算出すると、複数ターゲットによる反射波の位相が夫々合成され、正しい共分散行列を算出できないからである。従って、このピーク周波数の周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算すると、ターゲットの方向を正しく算出できなかったり、ターゲットの個数を誤ったりする。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、複数変調区間のピーク周波数が所定条件である場合に、ピーク周波数が所定条件のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止し、複数変調区間のピーク周波数が所定条件外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出することにより、ターゲットの方向や個数を正しく算出することができるレーダ装置を得るものである。
また、第２の目的は、複数変調区間の複数ターゲットのピーク周波数が所定条件である場合に、ピーク周波数が所定条件のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止し、複数変調区間の複数ターゲットのピーク周波数が所定条件以外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出することにより、ターゲットの方向や個数を正しく算出することができるレーダ装置を得るものである。
この発明に係るレーダ装置は、複数変調区間を有する送信信号を送信する送信手段と、前記送信信号がターゲットで反射された反射信号を複数のアンテナにより受信する受信手段と、前記送信信号と前記受信手段により受信された複数の受信信号とをそれぞれミキシングして複数のビート信号を得るミキシング手段と、前記複数のビート信号をそれぞれ周波数解析する周波数解析手段と、前記周波数解析手段により解析された複数の周波数解析結果に基づいて、前記複数変調区間のピーク周波数スペクトラムが所定条件外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいて前記ターゲットの方向を算出するターゲット検出部とを設け、前記ターゲット検出部は、前記複数変調区間のピーク周波数が所定条件である場合に、前記ピーク周波数が所定条件のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止する共分散行列加算禁止部を有するものである。
この発明に係るレーダ装置は、送受信機やＡ／Ｄ変換器により発生するノイズ、ばらつきや温度特性によるオフセット電圧、停止物ターゲットからの反射信号、等が受信信号に重畳された、ピーク周波数が所定周波数範囲内のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算しないため、ターゲットの方向や個数を正しく算出できる。また、異なる距離、相対速度を持つ複数ターゲットによるピーク周波数が重なってしまった場合に、このピーク周波数のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算しないため、ターゲットの方向や個数を正しく算出できるという効果を奏する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置について図１から図５までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１において、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置は、マイクロコンピュータから構成されるターゲット検出部１と、ターゲット検出部１の制御下で制御電圧を出力する制御電圧発生器２と、制御電圧に基づいて周波数がＵＰ／ＤＯＷＮ変調された送信信号を出力する制御電圧発振器ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）３と、送信信号を分配する分配器４と、ターゲット４０に対して送信信号Ｗ１を出射する送信アンテナ５（送信手段）とが設けられている。
また、図１において、レーダ装置は、送信信号Ｗ１がターゲット４０で反射された反射信号Ｗ２を受信する複数チャネル（例えば、６チャネル）からなるアレイ状の受信アンテナ６〜１１（受信手段）と、分配器４で分配された送信信号と複数チャネル分の受信信号とをそれぞれミキシングして複数チャネル分のビート信号を得るミキサ１２〜１７（ミキシング手段）と、複数チャネル分のビート信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ１８〜２３と、Ａ／Ｄ変換された複数チャネル分のビート信号をそれぞれ周波数解析するＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）演算部２４〜２９（周波数解析手段）とが設けられている。
ＦＦＴ演算部２４〜２９からの複数チャネル分のビート信号の周波数解析結果（複数チャネル分のビート周波数スペクトラム）は、ターゲット検出部１に入力される。このターゲット検出部１は、ターゲット４０の距離、相対速度または方向を算出して、ターゲット情報として外部装置（図示せず）に出力する。
このターゲット情報を得るために、ターゲット検出部１は、ビート信号の周波数解析結果からピーク周波数を検出するピーク検出部３０と、ピーク周波数に基づいてターゲット４０の距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出する距離・相対速度算出部３１と、複数チャネル分のピーク周波数スペクトラム、距離Ｒおよび相対速度Ｖからターゲット４０の方向θを算出する方向算出部３２と、ターゲットのピーク周波数が所定条件である場合に、ピーク周波数が所定条件のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止する共分散行列加算禁止部３３とを含む。
つぎに、この実施の形態１に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
まず、ターゲット検出部１から制御電圧発生器２に対して変調開始命令が出力されると、制御電圧発生器２から複数変調区間（例えば、三角状のＵＰ／ＤＯＷＮ）の制御電圧がＶＣＯ３に印加され、ＶＣＯ３からは、制御電圧にしたがってＵＰ区間／ＤＯＷＮ区間に周波数変調された送信信号が出力される。
この送信信号は、分配器４を介して送信アンテナ５とミキサ１２〜１７とに分配され、送信アンテナ５からターゲット４０に向けて出射される。
一方、ターゲット４０で反射された反射信号Ｗ２は、複数（例えば、６個）の受信アンテナ６〜１１により、６チャネル分（ＣＨ１〜ＣＨ６とする）の受信信号として受信され、各ミキサ１２〜１７により送信信号とミキシングされる。
これにより、ミキサ１２〜１７からは、６チャネル分のビート信号が生成され、各ビート信号は、周波数が時間経過にともなって上昇するＵＰ区間と、周波数が時間経過にともなって下降するＤＯＷＮ区間とのそれぞれについて、Ａ／Ｄコンバータ１８〜２３で各々ディジタルデータに変換される。
Ａ／Ｄコンバータ１８〜２３から生成されたディジタルデータは、ＦＦＴ演算部２４〜２９により、それぞれＦＦＴを用いた周波数解析が施される。ＦＦＴ演算部２４〜２９により算出された６チャネル分の周波数解析結果（ビート周波数スペクトラム）は、ＵＰ区間およびＤＯＷＮ区間のそれぞれについて、ターゲット検出部１に入力される。
ターゲット検出部１内において、まず、ピーク検出部３０は、６チャネル分の周波数解析結果からピーク周波数を検出する。
次に、距離・相対速度算出部３１は、ピーク周波数からターゲット４０の距離および相対速度を算出する。このとき、ありえない距離または相対速度の演算値は、ターゲット４０の情報とは見なされずに除外される。
最後に、方向算出部３２は、距離および相対速度の算出に用いたピーク周波数に対応するピーク周波数スペクトラムに対し、超分解能到来方向推定処理を施すことにより、ターゲット４０の方向θを算出する。ここでは、超分解能到来方向推定処理として、前述のＭＵＳＩＣ法を用いるものとする。
具体的には、後述するように、方向算出部３２は、複数チャネル分の周波数解析結果に基づいて、ターゲットのＵＰ区間ピーク周波数とＤＯＷＮ区間ピーク周波数が所定周波数範囲である場合に、共分散行列加算禁止部３３により、ピーク周波数が所定周波数範囲のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止し、ピーク周波数が所定周波数範囲外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の固有値および固有ベクトルから、ターゲット４０の方向または個数を算出する。
続いて、ターゲット検出部１の具体的動作について図２〜図５を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のターゲット検出部の動作を示すフローチャートである。図３は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のチャネル毎、変調区間毎における複素スペクトラムの振幅を示す図である。図４は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のチャネルの変調区間毎における複素スペクトラムの振幅を示す図である。図５は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のＭＵＳＩＣスペクトラムを示す図である。
まず、図２のステップＳ１０１において、ピーク検出部３０は、６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅に対して、ピークを検出する。具体的には、図３に示すように、６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅に対して、検出閾値を設け、検出閾値以上かつ前後のビート周波数の振幅より大きい振幅をピークと判定する。
図３は、ステップＳ１０１の処理を示すものであり、入力された６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅を示している。図３において、（ａ）〜（ｃ）はＵＰ時の６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅を示し、（ｄ）〜（ｆ）はＤＯＷＮ時の６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅を示しており、それぞれ、横軸はビート周波数、縦軸は振幅である。また、ピークとなった振幅のピーク周波数は、ＵＰ区間については「ｆｂｕ」で示され、ＤＯＷＮ区間については「ｆｂｄ」で示されている。
次に、ステップＳ１０２において、距離・相対速度算出部３１は、ステップＳ１０１で得られたピーク周波数ｆｂｕ、ｆｂｄから、ターゲット４０の距離Ｒおよび相対速度Ｖを、一般的なＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）レーダの原理に基づいて算出する。すなわち、以下の式（１）により、距離Ｒを算出する。
Figure 2010127912
また、以下の式（２）により、相対速度Ｖを算出する。
Figure 2010127912
なお、式（１）、式（２）において、ｃは光速、Ｔは１つの変調時間、ｆｍは周波数変調幅、ｆｃは搬送波周波数である。また、ｆｂｕはＵＰ区間のピーク周波数、ｆｂｄはＤＯＷＮ区間のピーク周波数である。
次に、ステップＳ１０３において、距離・相対速度算出部３１は、算出されたターゲット４０の個数Ｋをカウントして記憶する。
次に、ステップＳ１０４において、方向算出部３２は、ターゲット４０のピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄが所定周波数範囲（例えば、０付近とする）であるかを判定する。
すなわち、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄの両方が０付近の場合には、ステップＳ１０５へ、図４（ａ）に示すように、ピーク周波数ｆｂｕが０付近の場合には、ステップＳ１０６へ、図４（ｂ）に示すように、ピーク周波数ｆｂｄが０付近の場合には、ステップＳ１０７へ、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄの両方が０付近以外の場合には、ステップＳ１０８へ進む。
ステップＳ１０５において、方向算出部３２は、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄの両方が０付近なので、距離Ｒ＝０かつ相対速度Ｖ＝０となるターゲットは存在しないため、共分散行列Ｒｃを生成せず、ステップＳ１１２へ進む。
ステップＳ１０６において、方向算出部３２は、ＭＵＳＩＣ法に用いるための共分散行列Ｒｃを生成する。ピーク周波数ｆｂｕが０付近なので、共分散行列加算禁止部３３により、ピーク周波数がｆｂｕのビート周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止し、共分散行列Ｒｃは、６×６次で以下の式（３）のように表される。その後、ステップＳ１０９へ進む。
Figure 2010127912
なお、式（３）において、Ｙｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるピーク周波数ｆｂｄのビート周波数スペクトラムである。また、Ｙｉ ＊はＹｉの複素共役を表している。
ステップＳ１０７において、方向算出部３２は、ＭＵＳＩＣ法に用いるための共分散行列Ｒｃを生成する。ピーク周波数ｆｂｄが０付近なので、共分散行列加算禁止部３３により、ピーク周波数がｆｂｄのビート周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止し、共分散行列Ｒｃは、６×６次で以下の式（４）のように表される。その後、ステップＳ１０９へ進む。
Figure 2010127912
なお、（４）式において、Ｘｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるピーク周波数ｆｂｕのビート周波数スペクトラムである。また、Ｘｉ ＊はＸｉの複素共役を表している。
ステップＳ１０８において、方向算出部３２は、ＭＵＳＩＣ法に用いるための共分散行列Ｒｃを生成する。ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄ両方が０付近以外なので、共分散行列Ｒｃは、６×６次で、以下の式（５）のように表される。その後、ステップＳ１０９へ進む。
Figure 2010127912
なお、（５）式において、Ｘｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるピーク周波数ｆｂｕのビート周波数スペクトラム、Ｙｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるピーク周波数ｆｂｄのビート周波数スペクトラムである。また、Ｘｉ ＊はＸｉの複素共役、Ｙｉ ＊はＹｉの複素共役を表している。
次に、ステップＳ１０９において、方向算出部３２は、共分散行列Ｒｃについて固有値、固有ベクトル解析を行い、固有値Λ１〜Λ６およびそれぞれに対応する固有ベクトルｅ１〜ｅ６を求める。
次に、ステップＳ１１０において、方向算出部３２は、固有値Λ１〜Λ６および固有ベクトルｅ１〜ｅ６を用いて、一般的なＭＵＳＩＣ法に基づいて、以下の式（６）により、角度スペクトラムＰｍ（θ）（ＭＵＳＩＣスペクトラム）を算出する。
Figure 2010127912
なお、式（６）において、ｅｉ Ｈは固有ベクトルｅｉの複素共役転置、Ｌは入射信号数、λは波長、ｄは受信アンテナ６〜１１の素子間隔である。
次に、ステップＳ１１１において、方向算出部３２は、ＭＵＳＩＣスペクトラムがピークとなる方向θを抽出する。
具体的には、注目する方向のＭＵＳＩＣスペクトラムが、その前後の方向のＭＵＳＩＣスペクトラムよりも大きい場合に、その方向をピーク方向として算出する。図５は、ステップＳ１１１の処理を示す図であり、ＭＵＳＩＣスペクトラムの一例を示している。
このように抽出されたピーク方向のうち、ＭＵＳＩＣスペクトラムが大きいものから順に、ターゲット４０の方向θとする。図５の例では、２個のターゲットの方向θとして、θ１およびθ２が算出されている。
なお、ステップＳ１０５〜Ｓ１１１は、ＭＵＳＩＣ法の基本的な処理であり、すでに様々な公知文献で発表されているので、詳細については省略する。
最後に、ステップＳ１１２において、ターゲット検出部１は、ステップＳ１０３でカウントしたターゲット個数Ｋ分の計算が終了したか否かを判定し、計算が終了していない（すなわち、ＮＯ）と判定すれば、ステップＳ１０４に戻って、ステップＳ１０４〜ステップＳ１１１の処理を繰り返し実行する。
一方、ステップＳ１１２において、ターゲット個数分の計算が終了した（すなわち、ＹＥＳ）と判定すれば、ターゲット検出部１は、全てのターゲット４０の距離Ｒ、相対速度Ｖまたは方向θを、ターゲット情報として、図示しない外部装置に出力する。
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、方向算出部３２において、ピーク周波数が０付近のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算しないため、送受信機やＡ／Ｄ変換器により発生するノイズ、ばらつきや温度特性によるオフセット電圧が受信信号に重畳された信号の影響を受けず、ターゲットの方向や個数を正しく算出できる。
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーダ装置について図６及び図７を参照しながら説明する。なお、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置の構成は、上記の実施の形態１と同様である。
上記の実施の形態１では、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄが０付近の場合に共分散行列の加算を禁止していたが、この実施の形態２では、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄが、停止物ターゲットが存在する周波数範囲の場合に共分散行列の加算を禁止するものである。
つぎに、この実施の形態２に係るレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置のターゲット検出部の動作を示すフローチャートである。また、図７は、この発明の実施の形態２に係るレーダ装置のチャネルの変調区間毎における複素スペクトラムの振幅を示す図である。
ターゲット検出部１の具体的動作について以下説明するが、図６のフローチャートにおいては、図２のフローチャートと処理が一部共通する。このため、同様の処理に関しては、その説明を省略する。
ステップＳ２０１〜Ｓ２０３は、図２のステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同じであり、その説明を省略する。
次に、ステップＳ２０４において、方向算出部３２は、ターゲット４０が移動物ターゲットであるかを判定する。ターゲット４０が移動物ターゲットの場合には、次のステップＳ２０５へ、ターゲット４０が移動物ターゲットでない場合には、ステップＳ２１５へ進む。
次に、ステップＳ２０５において、方向算出部３２は、停止物ターゲットが存在する周波数範囲を算出する。すなわち、レーダ方式をＦＭ−パルスドップラー方式とし、方向算出部３２は、レンジゲート毎に自車速、レンジゲート幅から算出される周波数範囲を停止物ターゲットが存在する周波数範囲として算出する。
次に、ステップＳ２０６において、方向算出部３２は、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄが、停止物ターゲットが存在する周波数範囲内であるかを判定する。
すなわち、図７（ａ）に示すように、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄの両方が、停止物ターゲットが存在する周波数範囲内の場合には、ステップＳ２０７へ、図７（ｂ）に示すように、ピーク周波数ｆｂｕが、停止物ターゲットが存在する周波数範囲内の場合には、ステップＳ２０８へ、図７（ｃ）に示すように、ピーク周波数ｆｂｄが、停止物ターゲットが存在する周波数範囲内の場合には、ステップＳ２０９へ、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄの両方が、停止物ターゲットが存在する周波数範囲外の場合には、ステップＳ２１０へ進む。
ステップＳ２０７では、方向算出部３２は、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄの両方が、停止物ターゲットが存在する周波数範囲内なので、分散行列Ｒｃを生成せず、ステップＳ２１１へ進む。
ステップＳ２１１では、前測定周期で得られたターゲットの方向を算出し、ステップＳ２１５へ進む。
以下、ステップＳ２０８〜Ｓ２１５は、ステップＳ１０６〜Ｓ１１２と同じであり、その説明を省略する。
以上のようにして、全てのターゲット４０の距離Ｒ、相対速度Ｖまたは方向θを、ターゲット情報として、図示しない外部装置に出力する。
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、方向算出部３２において、ピーク周波数が、停止物ターゲットが存在する周波数範囲内のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算しないため、停止物ターゲットからの反射信号が受信信号に重畳された信号の影響を受けず、移動物ターゲットの方向や個数を正しく算出できる。
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るレーダ装置について図８から図１０までを参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示す図である。
この実施の形態３は、図８に示す構成で、方向算出部３２が、「ターゲットａ（ａ＝１、…、Ｋ−１：Ｋ≧２）のＵＰ区間ピーク周波数ｆｂｕ＿ａと、ターゲットｂ（ｂ＝ａ＋１、…、Ｋ：Ｋ≧２）のＵＰ区間ピーク周波数ｆｂｕ＿ｂの差分」が所定周波数範囲である場合に、ターゲットａの重複ピーク周波数ｆｂｕ＿ａとターゲットｂの重複ピーク周波数ｆｂｕ＿ｂを重複ピーク周波数記憶部３４により記憶する。
あるいは、方向算出部３２が、「ターゲットａ（ａ＝１、…、Ｋ−１）のＤＯＷＮ区間ピーク周波数ｆｂｄ＿ａと、ターゲットｂ（ｂ＝ａ＋１、…、Ｋ）のＤＯＷＮ区間ピーク周波数ｆｂｄ＿ｂの差分」が所定周波数範囲である場合に、ターゲットａの重複ピーク周波数ｆｂｄ＿ａとターゲットｂの重複ピーク周波数ｆｂｄ＿ｂを重複ピーク周波数記憶部３４により記憶する。
そして、方向算出部３２が、ターゲットｋ（ｋ＝１、…、Ｋ：Ｋ≧２）に重複ピーク周波数が記憶されている場合に、重複ピーク周波数のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を共分散行列加算禁止部３３により禁止し、重複ピーク周波数と異なるピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出する。
続いて、方向算出部３２の具体的動作について図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置のターゲット検出部の動作を示すフローチャートである。また、図１０は、この発明の実施の形態３に係るレーダ装置のターゲット重複時における複素スペクトラムの振幅を示す図である。
図９のフローチャートにおいては、図２のフローチャートと処理が一部共通する。このため、同様の処理に関しては、その説明を省略する。
図９のフローチャートにおいて、図２のフローチャートと異なる処理は、ステップＳ３０４からステップＳ３１９の処理であり、その内容について詳細に説明する。
ステップＳ３０１〜Ｓ３０３は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３と同じであり、その説明を省略する。
次に、ステップＳ３０４において、方向算出部３２は、ターゲットの番号ａ＝１、ｂ＝ａ＋１とする。
次に、ステップＳ３０５において、方向算出部３２は、ターゲットの個数がＫ（Ｋ≧２）の場合、「ターゲットａ（ａ＝１、…、Ｋ−１）のＵＰ区間ピーク周波数ｆｂｕ＿ａとターゲットｂ（ｂ＝ａ＋１、…、Ｋ）のＵＰ区間ピーク周波数ｆｂｕ＿ｂの差分Ｆｕａ＿ｕｂ」と、「ターゲットａのＤＯＷＮ区間ピーク周波数ｆｂｄ＿ａとターゲットｂのＤＯＷＮ区間ピーク周波数ｆｂｄ＿ｂの差分Ｆｄａ＿ｄｂ」を以下の式（７）により算出する。
Figure 2010127912
次に、ステップＳ３０６において、方向算出部３２は、差分Ｆｕａ＿ｕｂ、Ｆｄａ＿ｄｂどちらか一方が所定周波数範囲（例えば、０付近とする）であるか判定する。
すなわち、差分Ｆｕａ＿ｕｂ、Ｆｄａ＿ｄｂの両方が０付近の場合には、ステップＳ３０７へ、差分Ｆｕａ＿ｕｂのみ０付近の場合には、ステップＳ３０８へ、差分Ｆｄａ＿ｄｂのみ０付近の場合には、ステップＳ３０９へ、差分Ｆｕａ＿ｕｂ、Ｆｄａ＿ｄｂの両方が０付近以外の場合には、ステップＳ３１０へ進む。
ステップＳ３０７において、方向算出部３２は、ターゲットａとターゲットｂの距離、相対速度が一致しているため、ピーク周波数が重複していないと判定し、重複ピーク周波数は記憶しない。
ステップＳ３０８において、方向算出部３２は、図１０（ａ）に示すように、ターゲットａのピーク周波数ｆｂｕ＿ａとターゲットｂのピーク周波数ｆｂｕ＿ｂが重複していると判定し、ターゲットａの重複ピーク周波数ｆｂｕ＿ａとターゲットｂの重複ピーク周波数ｆｂｕ＿ｂを重複ピーク周波数記憶部３４により記憶する。
ステップＳ３０９において、方向算出部３２は、図１０（ｂ）に示すように、ターゲットａのピーク周波数ｆｂｄ＿ａとターゲットｂのピーク周波数ｆｂｄ＿ｂが重複していると判定し、ターゲットａの重複ピーク周波数ｆｂｄ＿ａとターゲットｂの重複ピーク周波数ｆｂｄ＿ｂを重複ピーク周波数記憶部３４により記憶する。
ステップＳ３１０において、方向算出部３２は、ターゲットａとターゲットｂのピーク周波数が重複していないと判定し、重複ピーク周波数は記憶しない。
次に、ステップＳ３１１において、方向算出部３２は、ターゲットａがＫ−１までかつターゲットｂがＫまでの計算が終了したか否かを判定する。計算が終了していない場合（すなわち、ＮＯ）には、ステップＳ３１２へ進み、計算が終了している場合（すなわち、ＹＥＳ）には、ステップＳ３１３に進む。
次に、ステップＳ３１２において、方向算出部３２は、ｂ＜Ｋでは、ｂ＝ｂ＋１とし、ｂ＝Ｋでは、ａ＝ａ＋１、ｂ＝ａ＋１とし、ステップＳ３０５に戻って、ステップＳ３０５〜ステップＳ３１０の処理を繰り返し実行する。
ステップＳ３１３において、方向算出部３２は、ターゲットの番号ｋ＝１とする。
次に、ステップＳ３１４において、方向算出部３２は、ＵＰ区間ピーク周波数がｆｂｕ＿ｋ、ＤＯＷＮ区間ピーク周波数がｆｂｄ＿ｋであるターゲットｋ（ｋ＝１、…、Ｋ）に重複ピーク周波数が記憶されているかを判定する。
すなわち、ターゲットｋに重複ピーク周波数ｆｂｕ＿ｋとｆｂｄ＿ｋが記憶されている場合は、ステップＳ３１５へ、ターゲットｋに重複ピーク周波数ｆｂｕ＿ｋが記憶されている場合は、ステップＳ３１６へ、ターゲットｋに重複ピーク周波数ｆｂｄ＿ｋが記憶されている場合は、ステップＳ３１７へ、ピーク周波数が記憶されていない場合は、ステップＳ３１８へ進む。
ステップＳ３１５において、方向算出部３２は、ターゲットｋに重複ピーク周波数ｆｂｕ＿ｋとｆｂｄ＿ｋが記憶されているので、分散行列Ｒｃを生成せず、ステップＳ３１９へ進む。
ステップＳ３１６において、方向算出部３２は、ＭＵＳＩＣ法に用いるためのターゲットｋ（ｋ＝１、…、Ｋ）の共分散行列Ｒｋｃを生成し、ステップＳ３２０へ進む。ピーク周波数がｆｂｕ＿ｋのビート周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を共分散行列加算禁止部３３により禁止し、共分散行列Ｒｋｃは、６×６次で、以下の式（８）のように表される。
Figure 2010127912
なお、式（８）において、Ｙｋｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるターゲットｋのピーク周波数ｆｂｄ＿ｋのビート周波数スペクトラムである。また、Ｙｋｉ ＊はＹｋｉの複素共役を表している。
ステップＳ３１７において、方向算出部３２は、ＭＵＳＩＣ法に用いるためのターゲットｋ（ｋ＝１、…、Ｋ）の共分散行列Ｒｋｃを生成し、ステップＳ３２０へ進む。ピーク周波数がｆｂｄ＿ｋのビート周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を共分散行列加算禁止部３３により禁止し、共分散行列Ｒｋｃは、６×６次で、以下の式（９）のように表される。
Figure 2010127912
なお、式（９）において、Ｘｋｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるターゲットｋのピーク周波数ｆｂｕ＿ｋのビート周波数スペクトラムである。また、Ｘｋｉ ＊はＸｋｉの複素共役を表している。
ステップＳ３１８において、方向算出部３２は、ＭＵＳＩＣ法に用いるためのターゲットｋ（ｋ＝１、…、Ｋ）の共分散行列Ｒｋｃを生成し、ステップＳ３２０へ進む。共分散行列Ｒｋｃは、６×６次で、以下の式（１０）のように表される。
Figure 2010127912
なお、式（１０）において、Ｘｋｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるターゲットｋのピーク周波数ｆｂｕ＿ｋのビート周波数スペクトラム、Ｙｋｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるターゲットｋのピーク周波数ｆｂｄ＿ｋのビート周波数スペクトラムである。また、Ｘｋｉ ＊はＸｋｉの複素共役、Ｙｋｉ ＊はＹｋｉの複素共役を表している。
ステップＳ３１９において、方向算出部３２は、前測定周期で得られたターゲットの方向を算出し、ステップＳ３２３へ進む。
以下、ステップＳ３２０〜Ｓ３２３は、ステップＳ１０９〜Ｓ１１２と同じであり、その説明を省略する。
以上のようにして、全てのターゲット４０の距離Ｒ、相対速度Ｖまたは方向θを、ターゲット情報として、図示しない外部装置に出力する。
以上のように、この発明の実施の形態３によれば、方向算出部３２は、異なる距離、相対速度を持つ複数ターゲットによるピーク周波数が重なってしまった場合に、このピーク周波数の周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算しないため、複数ターゲットによる反射波の位相が夫々合成された信号の影響を受けず、ターゲットの方向や個数を正しく算出できる。
また、上記実施の形態１〜３では、６個の受信アンテナ６〜１１（図１、８参照）を用いた場合を例示したが、他の個数の受信アンテナを用いても、同様にこの発明を適用できることは言うまでもない。
また、方向算出部３２によりターゲット４０の方向算出処理にＭＵＳＩＣ法を用いた場合を例示したが、他の方法、たとえばユニタリＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法、ユニタリＥＳＰＲＩＴ法などの超分解能到来方向推定処理を用いたレーダ装置にもこの発明を適用することができる。特に、ユニタリ法を用いた場合には、共分散行列の実数部のみを使用すればよいので、演算量をさらに軽減することができる。
さらに、ターゲット４０の距離Ｒおよび相対速度Ｖを検知する方式として、ＦＭ−ＣＷ方式を用いた場合を例示したが、送信信号をパルス状に区切って変調したＦＭ−パルスドップラー方式レーダ装置やその他のレーダ方式レーダ装置にもこの発明を適用することができる。レーダ方式がＦＭ−パルスドップラー方式の場合、実施の形態２における停止物が存在する周波数範囲は、レンジゲート毎に自車速、レンジゲート幅から算出することができる。
この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のターゲット検出部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のチャネル毎、変調区間毎における複素スペクトラムの振幅を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のチャネルの変調区間毎における複素スペクトラムの振幅を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るレーダ装置のＭＵＳＩＣスペクトラムを示す図である。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置のターゲット検出部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るレーダ装置のチャネルの変調区間毎における複素スペクトラムの振幅を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置の構成を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置のターゲット検出部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係るレーダ装置のターゲット重複時における複素スペクトラムの振幅を示す図である。
符号の説明
１ ターゲット検出部、２ 制御電圧発生器、４ 分配器、５ 送信アンテナ、６−１１ 受信アンテナ、１２−１７ ミキサ、１８−２３ Ａ／Ｄコンバータ、２４−２９ ＦＦＴ演算部、３０ ピーク検出部、３１ 距離・相対速度算出部、３２ 方向算出部、３３ 共分散行列加算禁止部、３４ 重複ピーク周波数記憶部、４０ ターゲット。

Claims (11)

  1. 複数変調区間を有する送信信号を送信する送信手段と、
    前記送信信号がターゲットで反射された反射信号を複数のアンテナにより受信する受信手段と、
    前記送信信号と前記受信手段により受信された複数の受信信号とをそれぞれミキシングして複数のビート信号を得るミキシング手段と、
    前記複数のビート信号をそれぞれ周波数解析する周波数解析手段と、
    前記周波数解析手段により解析された複数の周波数解析結果に基づいて、前記複数変調区間のピーク周波数スペクトラムが所定条件外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいて前記ターゲットの方向を算出するターゲット検出部とを備え、
    前記ターゲット検出部は、
    前記複数変調区間のピーク周波数が所定条件である場合に、前記ピーク周波数が所定条件のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止する共分散行列加算禁止部を有する
    ことを特徴とするレーダ装置。
  2. 前記所定条件は、前記複数変調区間のピーク周波数が所定周波数範囲である
    ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  3. 前記所定周波数範囲は、前記複数変調区間のピーク周波数が０付近である
    ことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
  4. 前記所定周波数範囲は、前記複数変調区間のピーク周波数が、停止物ターゲットが存在する周波数範囲である
    ことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
  5. 前記停止物ターゲットが存在する周波数範囲は、レーダ方式をＦＭ−パルスドップラー方式とし、レンジゲート毎に自車速、レンジゲート幅から算出される周波数範囲である
    ことを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
  6. 前記ターゲット検出部は、前記複数変調区間のピーク周波数が全て所定条件である場合に、前測定周期で得られたターゲットの方向を算出する
    ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載のレーダ装置。
  7. 複数変調区間を有する送信信号を送信する送信手段と、
    前記送信信号がターゲットで反射された反射信号を複数のアンテナにより受信する受信手段と、
    前記送信信号と前記受信手段により受信された複数の受信信号とをそれぞれミキシングして複数のビート信号を得るミキシング手段と、
    前記複数のビート信号をそれぞれ周波数解析する周波数解析手段と、
    前記周波数解析手段により解析された複数の周波数解析結果に基づいて、前記複数変調区間の複数ターゲットのピーク周波数スペクトラムが所定条件外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいて前記ターゲットの方向を算出するターゲット検出部とを備え、
    前記ターゲット検出部は、
    前記複数変調区間の複数ターゲットのピーク周波数が所定条件である場合に、前記ピーク周波数が所定条件のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止する共分散行列加算禁止部を有する
    ことを特徴とするレーダ装置。
  8. 前記所定条件は、前記複数変調区間のターゲットａ（ａ＝１、…、Ｋ−１：Ｋ≧２）のピーク周波数ｆｂ＿ａとターゲットｂ（ｂ＝ａ＋１、…、Ｋ：Ｋ≧２）のピーク周波数ｆｂ＿ｂの差分が所定周波数範囲である
    ことを特徴とする請求項７記載のレーダ装置。
  9. 前記所定条件は、前記複数変調区間のターゲットａ（ａ＝１、…、Ｋ−１：Ｋ≧２）のピーク周波数ｆｂ＿ａとターゲットｂ（ｂ＝ａ＋１、…、Ｋ：Ｋ≧２）のピーク周波数ｆｂ＿ｂの差分が所定周波数範囲であり、
    前記ターゲット検出部は、
    ターゲットａの重複ピーク周波数ｆｂ＿ａとターゲットｂの重複ピーク周波数ｆｂ＿ｂを記憶する重複ピーク周波数記憶部と、
    ターゲットｋ（ｋ＝１、…、Ｋ：Ｋ≧２）に重複ピーク周波数が記憶されている場合に、重複ピーク周波数のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止する共分散行列加算禁止部とを有し、
    重複ピーク周波数と異なるピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列に基づいて前記ターゲットｋの方向を算出する
    ことを特徴とする請求項７記載のレーダ装置。
  10. 前記所定周波数範囲は、ターゲットａのピーク周波数ｆｂ＿ａとターゲットｂのピーク周波数ｆｂ＿ｂの差分が０付近であり、
    前記重複ピーク周波数記憶部は、ターゲットａのピーク周波数ｆｂ＿ａとターゲットｂのピーク周波数ｆｂ＿ｂを記憶する
    ことを特徴とする請求項９記載のレーダ装置。
  11. 前記ターゲット検出部は、前記複数変調区間の複数ターゲットのピーク周波数が全て所定条件である場合に、前測定周期で得られたターゲットの方向を算出する
    ことを特徴とする請求項７から請求項１０までのいずれかに記載のレーダ装置。
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