JP2010175457A - Radar apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、目標を検出するためのレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a radar apparatus for detecting a target.
図15は、例えば下記の非特許文献1に示されるような従来の超分解能測距方式の構成例を示している。1は周波数をステップ状に変えて電波を生成する多周波発振器、2は電波の送信と受信を切り換えるサーキュレータ、3は電波の送信または受信を行う送受信アンテナ、4は検出対象の目標、5は受信信号と参照信号とをミキシングするミキサー、6は受信信号の帯域制限および位相検波を行う受信機、7はアナログ信号をサンプリングしてディジタル信号を生成するA/D変換器、8は高速フーリエ変換を行って受信信号のドップラー周波数を求めるパルスヒット方向FFT(Fast Fourier Transform)演算器、23は目標信号のドップラー周波数が送信周波数に依存しないことを想定して目標4の距離と速度とを検出する非周波数依存型目標検出手段、24はドップラー変調により変動したパルスヒット方向FFT演算器8からの出力信号の目標信号成分の位相と振幅を、送信周波数の違いによるドップラー周波数の変化を考慮することなく補正する非周波数依存型ドップラー補正手段、11は目標距離を超分解能測距する超分解能測距手段である。
FIG. 15 shows a configuration example of a conventional super-resolution ranging method as shown in Non-Patent
図16は従来の超分解能測距手段11の内部構成を表している。図16に示すように、超分解能測距手段11には、非周波数依存型ドップラー補正手段24からドップラー補正信号が入力されて、それらを用いた相関行列を生成する相関行列生成手段17と、当該相関行列に対する固有値と固有ベクトルとを算出するMUSIC(MUltiple SIgnal Classification)用固有ベクトル算出手段25と、当該固有ベクトルを雑音空間としてMUSIC処理を行うMUSIC処理手段26とが設けられている。 FIG. 16 shows the internal configuration of the conventional super-resolution distance measuring means 11. As shown in FIG. 16, the super-resolution ranging means 11 receives a Doppler correction signal from the non-frequency dependent Doppler correction means 24 and generates a correlation matrix using them, There are provided MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) eigenvector calculation means 25 for calculating eigenvalues and eigenvectors for the correlation matrix, and MUSIC processing means 26 for performing MUSIC processing using the eigenvectors as noise spaces.
次に動作について説明する。多周波発振器1から、予め設定された時間チャートに従って、送信周波数がステップ状に大きくなっていく電波が生成される。具体的には、例えば、図17に示す時間チャートに従って、所定の時間間隔ごとに送信周波数がΔfずつステップ状に大きくなっていくf1からfNのパルスが順次生成され、サーキュレータ2を通して送受信アンテナ3から外部に出力される。検出対象の目標4で反射したパルスは、送受信アンテナ3に戻ってきて、そこで受信される。受信パルスは、ミキサー5にて、多周波発振器1から出力される参照信号(送信信号と同じ信号)とミキシングされた後、受信機6で帯域制限および位相検波される。受信機6からの出力信号はアナログ信号であるため、A/D変換器7にて、予め設定された周期Tsampでサンプリングされ、A/D変換されたディジタル信号が出力される。以下、送信周波数をfn(1≦n≦N)、パルスヒット数をnp(1≦np≦Np)、レンジビンnr(1≦nr≦Nr)のA/D変換出力信号をsn,np,nrと表記する。パルスヒット方向FFT演算器8−#n(1≦n≦N)では、A/D変換出力信号sn,np,nrのドップラー周波数成分であるドップラー信号pn,nd,nrを次式(1)により算出する。次式(1)でwnpはFFT(高速フーリエ変換)を行う際の重みを表している。
Next, the operation will be described. The
算出されたドップラー信号pn,nd,nrは、非周波数依存型目標検出手段23と非周波数依存型ドップラー補正手段24−#nに伝達される。非周波数依存型目標検出手段23では、ドップラー信号pn,nd,nrの電力値|pn,nd,nr|2と誤警報確率(雑音を目標信号と誤る確率)を基準に定められたスレッショルド(閾値)とを比較し、目標信号の存在するレンジビンの推定値nrチルドとドップラービンの推定値ndチルドの組(ndチルド,nrチルド)を求める。また、次式(2)により、各組(ndチルド,nrチルド)に対応する目標の速度推定値vチルド(ndチルド,nrチルド)を算出する。なお、ここで、あらかじめ定められた送信周波数番号n0の送信周波数fn0を用いる。また、cは光速、TPRIは同一送信周波数の繰り返し周期を表している。 The calculated Doppler signals pn, nd, and nr are transmitted to the non-frequency dependent target detection means 23 and the non-frequency dependent Doppler correction means 24- # n. In the non-frequency-dependent target detection means 23, a threshold defined based on the power values of the Doppler signals pn, nd, nr | pn, nd, nr | 2 and the false alarm probability (probability that the noise is mistaken as the target signal). (Threshold) and a range bin estimated value nr chilled in which the target signal exists and a Doppler bin estimated value nd tilde ( nd tilde, nr tilde) are obtained. Further, by the following equation (2) to calculate each set (n d chilled, n r chilled) corresponding target velocity estimate v chilled (n d chilled, n r chilled). Here, a predetermined transmission frequency f n0 of transmission frequency number n 0 is used. Further, c represents the speed of light, and T PRI represents the repetition period of the same transmission frequency.
レンジビン推定値と速度推定値の組(ndチルド,nrチルド)と対応する目標の速度推定値vチルド(ndチルド,nrチルド)を非周波数依存型ドップラー補正手段24−#nに伝達する。非周波数依存型ドップラー補正手段24−#nでは、次式(3)によりドップラー補正信号
こうして求められたドップラー補正信号
ここで、Mは相関行列の次元数、
固有ベクトル
従来のレーダ装置は、上記のように構成されていたので、送信周波数が変化したことによって発生するドップラー周波数の変化を考慮していなかった。そのため、超分解能測距精度が劣化するという問題点があった。 Since the conventional radar apparatus is configured as described above, the change in the Doppler frequency caused by the change in the transmission frequency is not taken into consideration. Therefore, there is a problem that the super-resolution ranging accuracy is deteriorated.
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、ドップラー周波数の変化を考慮してドップラー補正を行い、超分解能測距精度の改善を図るレーダ装置を得ることを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to obtain a radar apparatus that performs Doppler correction in consideration of a change in Doppler frequency and improves super-resolution ranging accuracy.
この発明は、送信周波数をステップ状に変化させた電波を生成して送信するとともに、当該電波が検出対象の目標で反射した反射波を受信する送受信手段と、前記送受信手段による受信信号に基づいて、前記目標の検出情報を目標信号として出力する目標検出処理手段と、前記目標検出処理手段からの前記目標信号が入力されて、前記送信周波数の違いによるドップラー周波数の変化に基づいて、前記目標信号の位相を補正したドップラー補正信号を出力するドップラー補正処理手段と、前記ドップラー補正処理手段からの前記ドップラー補正信号に基づいて、前記目標までの距離を超分解能測距する超分解能処理手段とを備えたレーダ装置である。 The present invention generates and transmits a radio wave whose transmission frequency is changed in steps, and transmits / receives a reflected wave reflected by the target to be detected, and a reception signal by the transmission / reception means. A target detection processing means for outputting the target detection information as a target signal; and the target signal from the target detection processing means is input, and based on a change in Doppler frequency due to a difference in the transmission frequency, the target signal A Doppler correction processing means for outputting a Doppler correction signal in which the phase of the signal is corrected, and a super-resolution processing means for measuring a distance to the target based on the Doppler correction signal from the Doppler correction processing means. Radar equipment.
この発明は、送信周波数をステップ状に変化させた電波を生成して送信するとともに、当該電波が検出対象の目標で反射した反射波を受信する送受信手段と、前記送受信手段による受信信号に基づいて、前記目標の検出情報を目標信号として出力する目標検出処理手段と、前記目標検出処理手段からの前記目標信号が入力されて、前記送信周波数の違いによるドップラー周波数の変化に基づいて、前記目標信号の位相を補正したドップラー補正信号を出力するドップラー補正処理手段と、前記ドップラー補正処理手段からの前記ドップラー補正信号に基づいて、前記目標までの距離を超分解能測距する超分解能処理手段とを備えたレーダ装置であるので、ドップラー周波数の変化を考慮してドップラー補正を行い、超分解能測距精度の改善を図ることができる。 The present invention generates and transmits a radio wave whose transmission frequency is changed in steps, and transmits / receives a reflected wave reflected by the target to be detected, and a reception signal by the transmission / reception means. A target detection processing means for outputting the target detection information as a target signal; and the target signal from the target detection processing means is input, and based on a change in Doppler frequency due to a difference in the transmission frequency, the target signal A Doppler correction processing means for outputting a Doppler correction signal in which the phase of the signal is corrected, and a super-resolution processing means for measuring a distance to the target based on the Doppler correction signal from the Doppler correction processing means. Since this is a radar device, Doppler correction is performed in consideration of changes in the Doppler frequency to improve super-resolution ranging accuracy. Rukoto can.
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説明する。図1は、実施の形態1におけるレーダ装置の構成を示している。図1において、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT演算器8、超分解能測距手段11は、図15に示した従来装置と同じであるため、ここでは説明を省略する。9は、目標検出処理を行って、送信周波数ごとのドップラー周波数推定値とレンジビン推定値を出力する目標検出手段、10は、送信周波数の違いによるドップラー周波数の変化を考慮してパルスヒット方向FFT出力信号に関してドップラー補正を行うFFT後ドップラー補正手段である。なお、本実施の形態1においては、超分解能測距手段11の内部構成は、図16に示したものと同じであるため、ここでは説明を省略する。
A radar apparatus according to
次に、動作について説明する。まず、上述の従来例と同様に、多周波発振器1から、図17に示す時間チャートに従って、送信周波数がf1からfNにステップ状に変化するパルスが順次生成され、サーキュレータ2を通して送受信アンテナ3から外部に出力される。目標4で反射したパルスは再び送受信アンテナ3で受信される。受信パルスは、ミキサー5にて、多周波発振器1から出力される参照信号(送信信号と同じ信号)とミキシングされた後、受信機6で帯域制限および位相検波される。受信機6からの出力信号はA/D変換器7にて、周期Tsampでサンプリングされ、A/D変換されたディジタル信号が出力される。送信周波数がfn(1≦n≦N)、パルスヒット数がnp(1≦np≦Np)、レンジビンがnr(1≦nr≦Nr)のA/D変換出力信号をsn,np,nrと表記する。パルスヒット方向FFT演算器8−#nでは、A/D変換出力信号sn,np,nrのドップラー周波数成分であるドップラー信号pn,nd,nrを上記の式(1)により算出する。
Next, the operation will be described. First, similarly to the above-described conventional example, pulses whose transmission frequency changes stepwise from f 1 to f N are sequentially generated from the
ここまでの動作は、上述した従来例と同じであるが、本実施の形態1においては、次に、パルスヒット方向FFT演算器8−#nから出力されたドップラー信号pn,nd,nrが目標検出手段9とFFT後ドップラー補正手段10とに伝達される。目標検出手段9では、まず、ドップラー信号pn,nd,nrの電力値|pn,nd,nr|2と誤警報確率(雑音を目標信号と誤る確率)を基準にして定められたスレッショルド(閾値)とを比較し、送信周波数番号nと目標信号の存在するレンジビンの推定値nrチルドとドップラービンの推定値ndチルドの組(n,ndチルド,nrチルド)を求める。次に、これらの組の内、送信周波数番号nを1からNまで変えたときにドップラービン推定値ndチルドが連続して変わる組の集合を検出する。この組の集合を
こうして生成されたドップラー補正信号
以上のように、本発明の実施の形態1によるレーダ装置によれば、送信周波数をステップ状に変えて電波を生成し、目標で反射して戻ってきた電波を受信する送受信系と、目標情報を検出する目標検出処理系と、送信周波数が異なることでドップラー周波数が変化することを考慮してドップラーに起因して回転する目標信号の位相を補正するドップラー補正処理系と、目標の距離を超分解能測距する超分解能処理系とを備えて、ドップラー周波数の変化を考慮してドップラー補正を行うことができるため、超分解能測距精度の改善を図ることができるという効果が得られる。 As described above, according to the radar device according to the first embodiment of the present invention, the transmission frequency is generated in a step shape, the radio wave is generated, the transmission / reception system that receives the radio wave reflected and returned by the target, and the target information The target detection processing system that detects the difference between the target frequency and the Doppler correction processing system that corrects the phase of the target signal that rotates due to Doppler in consideration of the change in the Doppler frequency due to the transmission frequency being different from the target distance. A super-resolution processing system that performs resolution ranging is provided, and Doppler correction can be performed in consideration of a change in Doppler frequency, so that an effect of improving the super-resolution ranging accuracy can be obtained.
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説明する。図2は、実施の形態2におけるレーダ装置の構成を示している。図2において、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、目標検出手段9、FFT後ドップラー補正手段10、超分解能測距手段11は、上記の実施の形態1と同じである。12は、ドップラー周波数を高精度に推定する高精度パルスヒット方向FFT演算器である。上記の図1に示した実施の形態1との構成の違いは、本実施の形態2においては、図1に示したパルスヒット方向FFT演算器8の代わりに、高精度パルスヒット方向FFT演算器12が設けられている点である。
A radar apparatus according to
次に動作について説明する。まず、上記の実施の形態1と同様に動作し、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より電波が送信され、A/D変換器7から信号sn,np,nrが出力される。本実施の形態2においては、次に、A/D変換器7からの出力信号sn,np,nrが、高精度パルスヒット方向FFT演算器12−#nに入力される。高精度パルスヒット方向FFT演算器12−#nでは、次式(7)により、ドップラー信号pn,nd,nrを算出する。次式(7)では、ドップラー周波数をL倍の高精度で推定することを想定している。
Next, the operation will be described. First, the same operation as in the first embodiment is performed, radio waves are transmitted from the
こうして算出されたドップラー信号pn,nd,nrは、目標検出手段9とFFT後ドップラー補正手段10−#nに伝達される。以降は、実施の形態1と同様に動作し、測距値
以上のように、実施の形態2では、上記の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、さらに、高精度パルスヒット方向FFT演算器12を設けて、目標信号のドップラー周波数を高精度推定することで、目標の速度推定値vチルド(ndチルド,nrチルド)が高精度に求まり、ドップラー補正を高精度に行えるという効果が得られる。
As described above, in the second embodiment, the same effect as in the first embodiment is obtained, and furthermore, a high-precision pulse hit
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説明する。図3は実施の形態3におけるレーダ装置の構成を示している。図3において、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT演算器8、目標検出手段9、FFT後ドップラー補正手段10、超分解能測距手段11は、上記の実施の形態1と同じである。13は、送信周波数がステップ状に変化する、符号変調の施されたパルスを生成する符号変調型多周波発振器、14は符号変調の施されたパルスを圧縮するパルス圧縮手段である。図1に示した実施の形態1との構成の違いは、本実施の形態3では、図1の多周波発振器1の代わりに、符号変調型多周波発振器13が設けられている点と、A/D変換器7とパルスヒット方向FFT演算器8との間にパルス圧縮手段14が設けられている点が異なる。
Embodiment 3 FIG.
A radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described. FIG. 3 shows the configuration of the radar apparatus according to the third embodiment. In FIG. 3,
次に動作について説明する。符号変調型多周波発振器13で、あらかじめ生成したランダム符号列の値(+1か−1のいずれか)に従って、チップ幅Tchipごとに位相を0°か180°のいずれかだけ回転させる。次に、図4に示す時間チャートに従って、所定の時間間隔ごとに送信周波数がΔfずつステップ状に大きくなっていくf1からfNのパルスが順次生成され、サーキュレータ2を通して送受信アンテナ3から出力される。以降は実施の形態1と同様に動作し、A/D変換器7から出力信号sn,np,nrが出力される。本実施の形態においては、出力信号sn,np,nrは、パルス圧縮手段14−#nに入力される。なお、A/D変換のサンプリング周期Tsampでパルスをサンプリングした場合、Ngサンプリングの範囲でパルスがサンプリングされるものとする。パルス圧縮手段14−#nでは、まず1レンジビンに静止目標がいるときのA/D変換器7からの出力信号を模擬した参照信号hn,ng(1≦ng≦Ng)を用い、nrレンジビンの相関信号yn,np,nr,ngを次式(8)により算出する。次式(8)でh* n,ngは、参照信号hn,ngの複素共役を表す。
Next, the operation will be described. The code modulation
次に、算出された相関信号yn,np,nr,1,・・・,yn,np,nr,NgにFFT演算を施し、相関信号周波数成分fyn,np,nr,1,・・・,fyn,np,nr,Ngを求め、|fyn,np,nr,1|2,・・・,|fyn,np,nr,Ng|2を最大にする相関信号周波数成分をfyn,np,nr,nd()として、次式(9)に示す通り、これをパルス圧縮信号s’n,np,nrとする。 Next, the calculated correlation signals yn , np, nr, 1 ,... , Yn, np, nr, Ng are subjected to an FFT operation, and the correlation signal frequency components fy n, np, nr, 1 ,. ·, fy n, determined np, nr, the Ng, | fy n, np, nr, 1 | 2, ···, | fy n, np, nr, Ng | a correlation signal frequency components 2 to maximize fy As n, np, nr, and nd (), as shown in the following equation (9), this is set as a pulse compression signal s ′ n, np, nr .
パルス圧縮信号s’n,np,nrはパルスヒット方向FFT8−#nに伝達され、以降は実施の形態1のと同様に動作し、目標検出手段9、FFT後ドップラー補正手段10−#nおよび超分解能測距手段11により、測距値
以上のように、実施の形態3では、上記の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、さらに、符号変調の施されたパルスを生成する符号変調型多周波発振器13と、符号変調の施されたパルスを圧縮するパルス圧縮手段14とを設けるようにしたので、遠距離目標の目標信号電力が小さい場合でも、パルス圧縮処理による目標信号電力を積分する効果でS/N(信号対雑音電力比)を高くでき、超分解能測距精度がより改善されるという効果が得られる。
As described above, in the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, the code modulation
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係るレーダ装置について説明する。図5は実施の形態4におけるレーダ装置の構成を示している。多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT演算器8、FFT後ドップラー補正手段10、超分解能測距手段11は、実施の形態1と同じである。16は、パルスヒット方向FFT演算器8から出力されるドップラー信号が入力されて、各送信周波数で算出した速度推定値の平均値を出力する速度平均値出力型目標検出手段である。実施の形態1との構成の違いは、本実施の形態4においては、実施の形態1で示した目標検出手段9の代わりに、速度平均値出力型目標検出手段16が設けられている点が異なる。
Embodiment 4 FIG.
A radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described. FIG. 5 shows the configuration of the radar apparatus according to the fourth embodiment.
次に動作について説明する。まず、実施の形態1と同様に動作し、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より電波が送信され、パルスヒット方向FFT演算器8−#nからパルスヒット方向FFT出力信号pn,nd,nrが出力される。本実施の形態においては、その後、当該パルスヒット方向FFT出力信号pn,nd,nrが、速度平均値出力型目標検出手段16に入力される。速度平均値出力型目標検出手段16では、実施の形態1の目標検出手段9と同様にして、送信周波数番号、速度推定値及びレンジビン推定値の組の集合
こうして求めた送信周波数番号、速度推定値及びレンジビン推定値の組(n,ndチルド(n),nrチルド)、および、目標速度平均値vバーを、FFT後ドップラー補正手段10−#nに伝達する。以降は実施の形態1と同様に動作し、FFT後ドップラー補正手段10−#nおよび超分解能測距手段11により、測距値
以上のように、実施の形態4では、上記の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、さらに、速度平均値出力型目標検出手段17を設けて、各送信周波数にて推定した目標速度を平均するようにしたので、速度推定誤差を小さくできるという効果が得られる。 As described above, in the fourth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and furthermore, the target speed estimated at each transmission frequency by providing the speed average value output type target detection means 17. Is averaged, so that the speed estimation error can be reduced.
実施の形態5.
この発明の実施の形態5に係るレーダ装置について説明する。図6は実施の形態5におけるレーダ装置の構成を示している。図6において、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT演算器8、目標検出手段9、FFT後ドップラー補正手段10は、上記の実施の形態1と同じである。15はESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)法を用いることにより超分解能測距処理を高速に行う高速型超分解能測距手段である。実施の形態1との構成の違いは、図1の超分解能測距手段11の代わりに、高速型超分解能測距手段15が設けられている点である。
A radar apparatus according to
図7は、高速型超分解能測距手段15の内部構成を表している。図7に示すように、高速型超分解能測距手段15には、相関行列生成手段17と、固有ベクトル算出手段18と、ESPRIT処理手段19とが設けられている。
FIG. 7 shows the internal configuration of the high-speed super-resolution distance measuring means 15. As shown in FIG. 7, the high-speed super-resolution
次に動作について説明する。実施の形態1と同様に動作し、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より電波が送信され、FFT後ドップラー補正手段10−#nからドップラー補正信号
高速型超分解能測距手段15の内部では、図7に示すように、まず、FFT後ドップラー補正手段10−#nからのドップラー補正信号
次に、生成された相関行列
次に、次式(13)により行列
次に、次式(14)により各目標の測距値
以上のように、実施の形態5では、上記の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、さらに、ESPRIT処理手段19を有した高速型超分解能測距手段15を設けて、超分解能処理にESPRIT処理を用いるようにしたので、より高速に測距値を算出できるという効果が得られる。 As described above, in the fifth embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained, and furthermore, the high-speed super-resolution ranging means 15 having the ESPRIT processing means 19 is provided to perform super-resolution processing. Since the ESPRIT processing is used, the distance measurement value can be calculated at a higher speed.
実施の形態6.
この発明の実施の形態6に係るレーダ装置について説明する。図8は実施の形態6におけるレーダ装置の構成を示している。図8において、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT演算器8、FFT後ドップラー補正手段10、超分解能測距手段11は、上記の実施の形態1と同じである。20は、パルスヒット方向FFT演算器8からの信号が入力されて、追尾処理により推定された目標速度を併用して速度推定を行う追尾速度推定値併用型目標検出手段である。実施の形態1との構成の違いは、図1の目標検出手段9の代わりに、追尾速度推定値併用型目標検出手段20が設けられている点である。
Embodiment 6 FIG.
A radar apparatus according to Embodiment 6 of the present invention will be described. FIG. 8 shows the configuration of the radar apparatus according to the sixth embodiment. In FIG. 8,
次に動作について説明する。まず、実施の形態1と同様に動作し、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より電波が送信され、パルスヒット方向FFT演算器8−#nからパルスヒット方向FFT出力信号pn,nd,nrが出力される。本実施の形態においては、当該パルスヒット方向FFT出力信号pn,nd,nrは、追尾速度推定値併用型目標検出手段20とFFT後ドップラー補正手段10−#nとに伝達される。追尾速度推定値併用型目標検出手段20では、まず、図1の目標検出手段9と同様に動作し、上記の式(2)より速度推定値
こうして、追尾速度推定値併用型目標検出手段20で求めた、送信周波数番号、速度推定値及びレンジビン推定値の組
以上のように、実施の形態6は、上記の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、さらに、追尾速度推定値併用型目標検出手段20を設けて、実施の形態1で示した速度推定値に加えて、追尾処理による移動距離を基に推定される速度推定値を併用するようにしたので、速度アンビギュイティによる速度推定精度の劣化を防止できるという効果が得られる。 As described above, the sixth embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment, and further includes the tracking speed estimated value combined type target detection means 20 to provide the speed shown in the first embodiment. In addition to the estimated value, the speed estimated value estimated based on the moving distance by the tracking process is used together, so that the effect of preventing the speed estimation accuracy from being deteriorated due to the speed ambiguity can be obtained.
実施の形態7.
この発明の実施の形態7に係るレーダ装置について説明する。図9は実施の形態7におけるレーダ装置の構成を示している。多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT演算器8、目標検出手段9、超分解能測距手段11は、上記の実施の形態1と同じである。21は、A/D変換器7からのディジタル信号と目標検出手段9からの出力信号とが入力されて、A/D変換器7の出力信号に関してドップラー補正を施すFFT前ドップラー補正手段、22は、FFT前ドップラー補正手段21からの出力信号と目標検出手段9からの出力信号とが入力されて、特定のドップラー周波数成分を求めるためのコヒーレント積分手段である。実施の形態1との構成の違いは、図1のFFT後ドップラー補正手段10の代わりに、FFT前ドップラー補正手段21とコヒーレント積分手段22とが設けられている点である。
A radar apparatus according to
次に動作について説明する。まず、上記の実施の形態1と同様に動作し、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より電波が送信され、A/D変換器7からA/D変換出力信号sn,np,nrが出力される。本実施の形態7においては、A/D変換器7からのA/D変換出力信号sn,np,nrが、パルスヒット方向FFT演算器8−#nとFFT前ドップラー補正手段21−#nに伝達される。目標検出手段9では実施の形態1と同様に動作して、目標検出手段9から、送信周波数番号と速度推定値及びレンジビン推定値の組(n,ndチルド(n),nrチルド)と、目標の速度推定値vチルド(ndチルド(n0),nrチルド)とが出力され、FFT前ドップラー補正手段21−#nとコヒーレント積分手段22−#nとに伝達される。FFT前ドップラー補正手段21−#nでは、次式(16)により、ドップラー補正信号
ドップラー補正手段21−#nからのドップラー補正信号
求められたコヒーレント積分信号
以上のように、実施の形態7は、上記の実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、さらに、FFT後ドップラー補正手段10の代わりに、FFT前ドップラー補正手段21とコヒーレント積分手段22とを設けるようにしたので、ドップラー周波数の変化を考慮してドップラー補正を行って超分解能測距精度の改善が図れるだけでなく、パルスヒット方向FFTの前でドップラー補正を行うことで速度推定誤差の周波数依存性が小さくなり、超分解能測距精度がより改善するという効果が得られる。 As described above, the seventh embodiment can obtain the same effects as those of the first embodiment. Further, instead of the post-FFT Doppler correction means 10, the pre-FFT Doppler correction means 21 and the coherent integration means 22 are provided. Therefore, the Doppler correction is performed in consideration of the change of the Doppler frequency to improve the super-resolution ranging accuracy, and the Doppler correction is performed before the pulse hit direction FFT to reduce the speed estimation error. The frequency dependency is reduced, and the effect that the super-resolution ranging accuracy is further improved can be obtained.
実施の形態8.
この発明の実施の形態8に係るレーダ装置について説明する。図10は実施の形態8におけるレーダ装置の構成を示している。多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、目標検出手段9、FFT前ドップラー補正手段21、コヒーレント積分手段22、超分解能測距手段11は、上記の実施の形態7と同じである。また、高精度パルスヒット方向FFT演算器12は実施の形態2と同じである。すなわち、本実施の形態8の構成は、実施の形態7のパルスヒット方向FFT演算器8の代わりに、実施の形態2の高精度パルスヒット方向FFT12−#nを設けたものである。
A radar apparatus according to
次に動作について説明する。まず、上記の実施の形態1と同様に動作し、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より電波が送信され、A/D変換器7からA/D変換出力信号sn,np,nrが出力される。本実施の形態8においては、A/D変換器7からのA/D変換出力信号sn,np,nrが、高精度パルスヒット方向FFT演算器12−#nとFFT前ドップラー補正手段21−#nとに伝達される。高精度パルスヒット方向FFT12−#nに伝達されたA/D変換器出力信号sn,np,nrは、実施の形態2と同様に処理され、高精度パルスヒット方向FFT12−#nから目標検出手段9にドップラー信号pn,nd,nrが入力される。目標検出手段9では、実施の形態1,2と同様に動作して、送信周波数番号と速度推定値及びレンジビン推定値の組(n,ndチルド(n),nrチルド)と、式(2)より目標の速度推定値vチルド(ndチルド(n0),nrチルド)とが算出され、FFT前ドップラー補正手段21−#nとコヒーレント積分手段22−#nとにそれらが伝達される。以降は、実施の形態7と同様に動作し、測距値
以上のように、実施の形態8は、上記の実施の形態7と同様の効果が得られるとともに、さらに、高精度パルスヒット方向FFT12−#nを設けて、目標信号のドップラー周波数を高精度推定することで、目標の速度推定値vチルド(ndチルド(n),nrチルド)が高精度に求まり、ドップラー補正を高精度に行えるという効果が得られる。 As described above, the eighth embodiment provides the same effects as the seventh embodiment, and further provides a high-precision pulse hit direction FFT12- # n to accurately estimate the Doppler frequency of the target signal. By doing so, the target speed estimated value v tilde ( nd tilde (n), rn tilde) is obtained with high accuracy, and the effect that Doppler correction can be performed with high accuracy is obtained.
実施の形態9.
この発明の実施の形態9に係るレーダ装置について説明する。図11は実施の形態9におけるレーダ装置の構成を示している。サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT8、目標検出手段9、FFT前ドップラー補正手段21、コヒーレント積分手段22、超分解能測距手段11は、上記の実施の形態7と同じである。符号変調型多周波発振器13およびパルス圧縮手段14は実施の形態3と同じである。すなわち、本実施の形態9の構成は、実施の形態7の多周波発振器1の代わりに実施の形態3の符号変調型多周波発振器13が設けられ、さらに、A/D変換器7とパルスヒット方向FFT演算器8との間に実施の形態3のパルス圧縮手段14−#nを設けたものである。
Embodiment 9 FIG.
A radar apparatus according to Embodiment 9 of the present invention will be described. FIG. 11 shows the configuration of the radar apparatus according to the ninth embodiment.
次に動作について説明する。まず、実施の形態3と同様に符号変調型多周波発振器13が動作して、符号変調の施されたパルスが出力され、その後も、実施の形態3と同様に動作して、A/D変換器7からA/D変換器出力信号sn,np,nrが出力される。本実施の形態においては、当該A/D変換器出力信号sn,np,nrは、パルス圧縮手段14−#nとFFT前ドップラー補正手段21−#nに伝達される。以降は、パルス圧縮手段14と、パルスヒット方向FFT8−#nと、目標検出手段9とが、実施の形態3と同様に動作して、目標検出手段9から、送信周波数番号と速度推定値及びレンジビン推定値の組(n,ndチルド(n),nrチルド)と、式(2)により求めた速度推定値vチルド(ndチルド(n0),nrチルド)とが出力され、FFT前ドップラー補正手段21−#nとコヒーレント積分手段22−#nとに伝達される。以降は、実施の形態7と同様に動作し、測距値
以上のように、実施の形態9では、実施の形態7と同様の効果が得られるとともに、さらに、実施の形態3と同様に、符号変調型多周波発振器13とパルス圧縮手段14とを備えるようにしたので、遠距離目標の目標信号電力が小さい場合でも、パルス圧縮処理による目標信号電力を積分する効果で、S/N(信号対雑音電力比)を高くでき、超分解能測距精度が改善されるという効果が得られる。
As described above, in the ninth embodiment, the same effect as in the seventh embodiment can be obtained, and furthermore, similarly to the third embodiment, the code modulation
実施の形態10.
この発明の実施の形態10に係るレーダ装置について説明する。図12は実施の形態10におけるレーダ装置の構成を示している。多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT8、FFT前ドップラー補正手段21、コヒーレント積分手段22、超分解能測距手段11は、上記の実施の形態7と同じである。速度平均値出力型目標検出手段16は実施の形態4と同じである。すなわち、本実施の形態10の構成は、実施の形態7の目標検出手段9の代わりに、実施の形態4の速度平均値出力型目標検出手段16を設けたものである。
A radar apparatus according to
次に動作について説明する。まず、実施の形態7と同様に、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より電波が送信され、パルスヒット方向FFT演算器8−#nからドップラー信号pn,nd,nrが出力される。次に、本実施の形態においては、パルスヒット方向FFT8−#nから出力されたドップラー信号pn,nd,nrが、速度平均値出力型目標検出手段16に伝達される。速度平均値出力型目標検出手段16では、実施の形態4と同様に動作し、送信周波数番号と速度推定値及びレンジビン推定値の組(n,ndチルド(n),nrチルド)と、目標速度平均値vバーとが出力され、FFT前ドップラー補正手段21−#nとコヒーレント積分手段22−#nとに伝達される。以降は、実施の形態7と同様に動作し、測距値
以上のように、実施の形態10では、上記の実施の形態7と同様の効果が得られるとともに、実施の形態3と同様に、速度平均値出力型目標検出手段16を設けるようにしたので、各送信周波数にて推定した目標速度を平均する効果で速度推定誤差を小さくできるという効果が得られる。 As described above, in the tenth embodiment, the same effect as in the seventh embodiment can be obtained, and, as in the third embodiment, the speed average value output type target detection means 16 is provided. The effect that the speed estimation error can be reduced by the effect of averaging the target speed estimated at each transmission frequency is obtained.
実施の形態11.
この発明の実施の形態11に係るレーダ装置について説明する。図13は実施の形態11におけるレーダ装置の構成を示している。多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT演算器8、目標検出手段9、FFT前ドップラー補正手段21、コヒーレント積分手段22は、上記の実施の形態7と同じである。高速型超分解能測距手段15は実施の形態5と同じである。すなわち、本実施の形態11の構成は、実施の形態7の超分解能測距手段11の代わりに、実施の形態5の高速型超分解能測距手段15が設けられているものである。
A radar apparatus according to
次に動作について説明する。多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より電波が送信される。以降、実施の形態7と同様に動作し、コヒーレント積分手段22からコヒーレント積分信号
以上のように、実施の形態11では、実施の形態7と同様の効果が得られるとともに、さらに、高速型超分解能測距手段15を設けるようにしたので、超分解能処理にESPRITを用いる効果で、高速に測距値を算出できるという効果が得られる。 As described above, in the eleventh embodiment, the same effect as in the seventh embodiment is obtained, and furthermore, the high-speed super-resolution distance measuring means 15 is provided, so that the effect of using ESPRIT for the super-resolution processing is obtained. As a result, the distance measurement value can be calculated at high speed.
実施の形態12.
この発明の実施の形態12に係るレーダ装置について説明する。図14は実施の形態12におけるレーダ装置の構成を示している。多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、目標4、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT演算器8、FFT前ドップラー補正手段21、コヒーレント積分手段22は、上記の実施の形態7と同じである。追尾速度推定値併用型目標検出手段20は実施の形態6と同じである。すなわち、本実施の形態12の構成は、実施の形態7の目標検出手段9の代わりに、実施の形態6の追尾速度推定値併用型目標検出手段20を設けたものである。
A radar apparatus according to
次に動作について説明する。実施の形態7と同様に、多周波発振器1、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より電波が送信され、パルスヒット方向FFT演算部8−#nからドップラー信号pn,np,nrが出力される。本実施の形態においては、当該ドップラー信号pn,np,nrは、追尾速度推定値併用型目標検出手段20に伝達される。追尾速度推定値併用型目標検出手段20は、実施の形態6と同様に動作し、追尾速度推定値併用型目標検出手段20から、送信周波数番号と速度推定値及びレンジビン推定値の組(n,ndチルド(n),nrチルド)と、追尾処理により推定された目標速度推定値を用いて更新された目標速度推定値vチルド(ndチルド(n0),nrチルド)とが出力され、FFT前ドップラー補正手段21−#nとコヒーレント積分手段22−#nとに伝達される。以降は実施の形態7と同様に動作し、測距値
以上のように、実施の形態12は、実施の形態7と同様の効果が得られるとともに、さらに、追尾速度推定値併用型目標検出手段20を設けて、移動距離を基に推定される速度推定値を併用しているので、速度アンビギュイティによる速度推定精度の劣化を防止できる。 As described above, according to the twelfth embodiment, the same effect as the seventh embodiment can be obtained, and the tracking speed estimation value combined type target detection means 20 is further provided to estimate the speed based on the moving distance. Since the values are used together, it is possible to prevent the deterioration of the speed estimation accuracy due to the speed ambiguity.
上記の説明においては、実施の形態2〜7を実施の形態1の変形例として説明し、実施の形態8〜12を実施の形態7の変形例として説明したが、その場合に限らず、各実施の形態2〜12を組み合わせてレーダ装置を構成してもよいことは言うまでもない。なお、その場合においても、上述した効果が得られる。 In the above description, the second to seventh embodiments have been described as modifications of the first embodiment, and the eighth to twelfth embodiments have been described as modifications of the seventh embodiment. Needless to say, the radar apparatus may be configured by combining the second to twelfth embodiments. Even in that case, the above-described effects can be obtained.
1 多周波発振器、2 サーキュレータ、3 送受信アンテナ、4 目標、5 ミキサー、6 受信機、7 A/D変換器、8 パルスヒット方向FFT演算器、9 目標検出手段、10 FFT後ドップラー補正手段、11 超分解能測距手段、12 高精度パルスヒット方向FFT演算器、13 符号変調型多周波発振器、14 パルス圧縮手段、15 高速型超分解能測距手段、16 速度平均値出力型目標検出手段、17 相関行列生成手段、18 固有ベクトル算出手段、19 ESPRIT処理手段、20 追尾速度推定値併用型目標検出手段、21 FFT前ドップラー補正手段、22 コヒーレント積分手段、23 非周波数依存型目標検出手段、24 非周波数依存型ドップラー補正手段、25 MUSIC用固有ベクトル算出手段、26 MUSIC処理手段。 1 multi-frequency oscillator, 2 circulator, 3 transmit / receive antenna, 4 target, 5 mixer, 6 receiver, 7 A / D converter, 8 pulse hit direction FFT calculator, 9 target detection means, 10 post-FFT Doppler correction means, 11 Super-resolution ranging means, 12 High-precision pulse hit direction FFT calculator, 13 Code modulation type multi-frequency oscillator, 14 Pulse compression means, 15 High-speed type super-resolution ranging means, 16 Speed average value output type target detection means, 17 Correlation Matrix generation means, 18 eigenvector calculation means, 19 ESPRIT processing means, 20 tracking speed estimated value combined type target detection means, 21 pre-FFT Doppler correction means, 22 coherent integration means, 23 non-frequency dependent target detection means, 24 non-frequency dependent Mold Doppler correction means, 25 eigenvector calculation means for MUSIC, 26 MUSIC processing means.
Claims (11)
前記送受信手段による受信信号に基づいて、前記目標の検出情報を目標信号として出力する目標検出処理手段と、
前記目標検出処理手段からの前記目標信号が入力されて、前記送信周波数の違いによるドップラー周波数の変化に基づいて、前記目標信号の位相を補正したドップラー補正信号を出力するドップラー補正処理手段と、
前記ドップラー補正処理手段からの前記ドップラー補正信号に基づいて、前記目標までの距離を超分解能測距する超分解能処理手段と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 Transmitting / receiving means for generating and transmitting a radio wave having a stepwise change in transmission frequency, and receiving a reflected wave reflected by the target to be detected;
Target detection processing means for outputting the target detection information as a target signal based on a received signal by the transmitting / receiving means;
The target signal from the target detection processing means is input, and based on a change in Doppler frequency due to the difference in the transmission frequency, a Doppler correction processing means for outputting a Doppler correction signal obtained by correcting the phase of the target signal;
A radar apparatus comprising: super-resolution processing means for measuring the distance to the target in super-resolution based on the Doppler correction signal from the Doppler correction processing means.
前記送受信手段で受信されたアナログ信号をサンプリングしてディジタル信号を生成するA/D変換器と、
前記A/D変換器からのディジタル信号が入力されて、当該ディジタル信号を用いて高速フーリエ変換を行い、受信信号のドップラー周波数を求めるパルスヒット方向高速フーリエ変換手段と、
前記パルスヒット方向高速フーリエ変換手段からの前記ドップラー周波数に基づいて、受信信号の送信周波数と前記目標の距離および速度の推定値を検出して出力する目標検出手段と
を備えたことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 The target detection processing means includes
An A / D converter that samples the analog signal received by the transmission / reception means to generate a digital signal;
A pulse hit direction fast Fourier transform means for receiving a digital signal from the A / D converter, performing a fast Fourier transform using the digital signal, and obtaining a Doppler frequency of the received signal;
Target detection means for detecting and outputting estimated values of the transmission frequency of the received signal and the target distance and speed based on the Doppler frequency from the pulse hit direction fast Fourier transform means The radar apparatus according to claim 1.
前記パルスヒット方向高速フーリエ変換手段から出力される前記ドップラー周波数と、前記目標検出手段からの受信信号の送信周波数と前記目標の距離および速度の推定値とが入力されて、送信周波数の違いによるドップラー周波数の変化に基づいて、前記ドップラー周波数の補正を行うFFT後ドップラー補正手段を
備えたことを特徴とする請求項2に記載のレーダ装置。 The Doppler correction processing means includes
The Doppler frequency output from the pulse hit direction fast Fourier transform means, the transmission frequency of the received signal from the target detection means, and the estimated distance and speed of the target are inputted, and the Doppler due to the difference in transmission frequency The radar apparatus according to claim 2, further comprising post-FFT Doppler correction means for correcting the Doppler frequency based on a change in frequency.
前記A/D変換器からのディジタル信号と、前記目標検出手段からの受信信号の送信周波数と前記目標の距離および速度の推定値とが入力されて、送信周波数の違いによるドップラー周波数の変化に基づいて、受信信号のドップラー補正を行うFFT前ドップラー補正手段と、
前記FFT前ドップラー補正手段からのドップラー補正信号と、前記目標検出手段からの受信信号の送信周波数と前記目標の速度の推定値とが入力されて、当該目標の速度の推定値を用いて前記ドップラー補正信号にコヒーレント積分処理を行って、コヒーレント積分信号を求めてドップラー補正信号として出力するコヒーレント積分手段と
を備えたことを特徴とする請求項2に記載のレーダ装置。 The Doppler correction processing means includes
The digital signal from the A / D converter, the transmission frequency of the received signal from the target detection means, and the target distance and speed estimation values are input, and based on the change in Doppler frequency due to the difference in transmission frequency A pre-FFT Doppler correction means for performing Doppler correction of the received signal;
The Doppler correction signal from the pre-FFT Doppler correction means, the transmission frequency of the received signal from the target detection means and the estimated value of the target speed are inputted, and the Doppler is estimated using the estimated value of the target speed. The radar apparatus according to claim 2, further comprising: coherent integration means that performs coherent integration processing on the correction signal, obtains a coherent integration signal, and outputs the signal as a Doppler correction signal.
送信周波数をステップ状に変化させた電波を生成する多周波発振器と、
前記電波の送信または当該電波の反射波の受信を行う送受信アンテナと、
前記送受信アンテナの送信と受信とを切り換えるサーキュレータと、
前記送受信アンテナで受信された受信信号と参照信号とをミキシングするミキサーと、
前記ミキサーからの信号が入力されて、前記受信信号の帯域制限と位相検波を行う受信機と
を備えたことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のレーダ装置。 The transmitting / receiving means includes
A multi-frequency oscillator that generates radio waves with the transmission frequency changed in steps;
A transmitting / receiving antenna for transmitting the radio wave or receiving a reflected wave of the radio wave;
A circulator for switching between transmission and reception of the transmission / reception antenna;
A mixer for mixing a received signal and a reference signal received by the transmitting / receiving antenna;
The radar apparatus according to claim 1, further comprising: a receiver that receives a signal from the mixer and performs band limitation and phase detection of the received signal.
前記ドップラー補正処理手段からのドップラー補正信号が入力されて、受信信号間の相関を表す相関行列を生成する相関行列生成手段と、
前記相関行列生成手段によって生成された前記相関行列の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出手段と、
前記固有ベクトル算出手段によって算出された前記固有ベクトルを用いてMUSIC処理を行い、前記目標の距離を超分解能測距するMUSIC処理手段と
を備えたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のレーダ装置。 The super-resolution processing means includes
Correlation matrix generation means for receiving a Doppler correction signal from the Doppler correction processing means and generating a correlation matrix representing a correlation between received signals;
Eigenvector calculating means for calculating an eigenvector of the correlation matrix generated by the correlation matrix generating means;
6. A MUSIC processing unit that performs MUSIC processing using the eigenvector calculated by the eigenvector calculation unit and performs super-resolution ranging on the target distance. 6. The radar device described in 1.
前記ドップラー補正処理手段からのドップラー補正信号が入力されて、受信信号間の相関を表す相関行列を生成する相関行列生成手段と、
前記相関行列生成手段によって生成された前記相関行列の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出手段と、
前記固有ベクトル算出手段によって算出された前記固有ベクトルを用いてESPRIT処理を行い、前記目標の距離を超分解能測距処理を行うESPRIT処理手段と
を備えたことを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載のレーダ装置。 The super-resolution processing means includes
Correlation matrix generation means for receiving a Doppler correction signal from the Doppler correction processing means and generating a correlation matrix representing a correlation between received signals;
Eigenvector calculating means for calculating an eigenvector of the correlation matrix generated by the correlation matrix generating means;
6. ESPRIT processing means for performing ESPRIT processing using the eigenvector calculated by the eigenvector calculating means and performing super-resolution ranging processing on the target distance. The radar apparatus according to item 1.
前記ドップラー補正処理手段は、
前記A/D変換器と前記パルスヒット方向高速フーリエ変換演算器との間に、前記符号変調の施されたパルスを圧縮するパルス圧縮手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項2ないし8のいずれか1項に記載のレーダ装置。 The transmission / reception means includes a code modulation type multi-frequency oscillator that generates a code-modulated pulse in which the transmission frequency is changed stepwise,
The Doppler correction processing means includes
The pulse compression means for compressing the pulse subjected to the code modulation is further provided between the A / D converter and the pulse hit direction fast Fourier transform calculator. The radar device according to any one of the above.
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