JP2010281605A - Radar system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、目標を検出するためのレーダ装置に関し、特に、高速度で移動する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, and more particularly to a radar apparatus for detecting a target moving at a high speed.
図22は、従来の超分解能測距方式によるレーダ装置の構成図である。この従来のレーダ装置は、多周波送信機10、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT(Fast Fourier Transform:高速フーリエ変換)20、非アンビギュイティ考慮型目標検出手段130、非アンビギュイティ考慮型ドップラー補正手段140、非アンビギュイティ考慮型超分解能測距手段150で構成され、目標4の測距を行う(例えば、非特許文献1参照)。
FIG. 22 is a block diagram of a conventional radar apparatus using a super-resolution ranging method. This conventional radar apparatus includes a
各構成要素は、以下の機能を有する。多周波送信機10は、周波数をステップ状に変えて電波を生成する送信機である。サーキュレータ2は、電波の送信と受信を切り換える。送受信アンテナ3は、電波の送信または受信を行う。ミキサー5は、受信信号と参照信号をミキシングする。受信機6は、受信信号の帯域制限、位相検波を行う。A/D変換器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。
Each component has the following functions. The
パルスヒット方向FFT20は、受信信号のドップラー周波数を求める。非アンビギュイティ考慮型目標検出手段130は、速度推定値に関するドップラー周波数帯域幅から定まる速度最大値の整数倍だけの不確定さを考慮せずに(アンビギュイティを考慮せずに)目標の距離と速度を検出する。非アンビギュイティ考慮型ドップラー補正手段140は、パルスヒット方向FFT出力信号の目標信号成分の位相回転を補正する。さらに、非アンビギュイティ考慮型超分解能測距手段150は、目標距離を超分解能測距する。
The pulse
次に、図22に示した従来のレーダ装置の動作について説明する。
図23は、従来のレーダ装置における送受信パルスの時間チャートを示した説明図である。多周波送信機10から、この図23の時間チャートに従って、送信周波数が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。
Next, the operation of the conventional radar apparatus shown in FIG. 22 will be described.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a time chart of transmission / reception pulses in a conventional radar apparatus. From the
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にて参照信号とミキシングされた後、受信機6で帯域制限、位相検波される。受信機6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、ディジタル信号が出力される。
The pulse reflected by the target 4 is received by the transmission /
ここで、送信周波数fn(1≦n≦N)、パルスヒット数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FFT20−#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(0≦nd≦Np-1)を、下式(1)により算出する。なお、下式(1)におけるwnpは、FFTを行う際の重みを表している。 Here, the A / D conversion output signal of the transmission frequency f n (1 ≦ n ≦ N), the number of pulse hits n p (1 ≦ n p ≦ N p ), and the range bin n r (1 ≦ n r ≦ N r ) s n, np, referred to as nr. In the pulse hit direction FFT20- # n, the Doppler signals pn, nd, nr (0 ≦ n d ≦ N p −1), which are the Doppler frequency components of the A / D conversion output signals sn , np, nr , are expressed by the following equations: Calculated according to (1). In addition, w np in the following formula (1) represents a weight when performing FFT.
ドップラー信号p1、nd、nr、・・・、pN、nd、nrは、非アンビギュイティ考慮型目標検出手段130と、非アンビギュイティ考慮型ドップラー補正手段140−#nに伝達される。非アンビギュイティ考慮型目標検出手段130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とを比較し、目標信号の存在するレンジビンの推定値
下式(2)により、各組
レンジビン推定値と速度推定値の組
ドップラー補正信号
ここで、Mは、相関行列の次元数、
MUSIC用固有ベクトル算出手段62では、相関行列
そして、固有ベクトル
さらに、MUSIC処理手段63は、固有ベクトル
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来の方式では、高速度で移動する目標については、目標の推定速度にドップラー周波数帯域幅から定まる速度最大値の整数倍だけの不確定さが残るアンビギュイティが発生する。そして、従来のレーダ装置では、このアンビギュイティを解く手段がないため、高精度ドップラー補正を行えず、超分解能測距精度の劣化を引き起こす問題点があった。
However, the prior art has the following problems.
In the conventional method, for a target moving at a high speed, an ambiguity in which an uncertainty of an integer multiple of the maximum speed value determined from the Doppler frequency bandwidth remains in the target estimated speed. In the conventional radar apparatus, since there is no means for solving this ambiguity, there is a problem that high-precision Doppler correction cannot be performed and super-resolution ranging accuracy is deteriorated.
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、アンビギュイティが発生した場合にも、高精度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する。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a radar apparatus that performs high-precision Doppler correction and improves super-resolution ranging accuracy even when ambiguity occurs. With the goal.
本発明に係るレーダ装置は、周波数をステップ状に変えて電波を生成し、目標で反射した電波を受信する送受信系と、受信した前記電波に基づいて目標を検出する目標検出処理系と、目標信号のドップラー周波数がドップラー帯域幅の範囲外に存在することに起因して発生する速度アンビギュイティを考慮して、ドップラー効果に起因する目標信号の位相回転を補正し、補正後の目標信号の送信周波数方向に対する位相変化に基づいて速度アンビギュイティを解き、目標の超分解能測距を行う超分解能処理系とを備えるものである。 A radar apparatus according to the present invention includes a transmission / reception system that generates a radio wave by changing a frequency in a step shape, receives a radio wave reflected by a target, a target detection processing system that detects a target based on the received radio wave, a target In consideration of the speed ambiguity that occurs due to the Doppler frequency of the signal being outside the Doppler bandwidth range, the phase rotation of the target signal due to the Doppler effect is corrected, and the corrected target signal A super-resolution processing system that solves the velocity ambiguity based on the phase change with respect to the transmission frequency direction and performs target super-resolution ranging is provided.
本発明に係るレーダ装置によれば、目標信号のドップラー周波数がドップラー帯域幅の範囲外に存在することに起因して発生する速度アンビギュイティを考慮して、ドップラー効果に起因する目標信号の位相回転を補正し、補正後の目標信号の送信周波数方向に対する位相変化に基づいて速度アンビギュイティを解き、目標の超分解能測距を行う超分解能処理系を備えることにより、アンビギュイティが発生した場合にも、高精度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ができる。 According to the radar apparatus of the present invention, the phase of the target signal due to the Doppler effect is taken into account in consideration of the speed ambiguity generated due to the Doppler frequency of the target signal being outside the range of the Doppler bandwidth. Ambiguity occurred by correcting the rotation, solving the speed ambiguity based on the phase change in the transmission frequency direction of the target signal after correction, and providing a super-resolution processing system that performs target super-resolution ranging Even in this case, it is possible to obtain a radar apparatus that performs high-precision Doppler correction and improves the super-resolution ranging accuracy.
以下、本発明のレーダ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下の全ての実施の形態1〜14において、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、およびA/D変換器7は、共通の構成要素であり、説明を省略する。
A preferred embodiment of a radar apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In all of the following
また、以下の実施の形態1〜14において、送受信系には、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、および符号10〜15のいずれかで示される多周波送信機が含まれる。また、目標検出処理系には、A/D変換器7、符号20または21で示されるFFT、符号30〜37のいずれかで示される目標検出手段、およびパルス圧縮手段80が含まれる。さらに、超分解能処理系には、符号40または41で示されるドップラー補正手段、符号50または51で示される超分解能測距手段、およびソート手段70が含まれる。
In the following
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態1におけるレーダ装置は、多周波送信機10、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、目標検出手段30、ドップラー補正手段40、超分解能測距手段50で構成され、目標4の測距を行う。
FIG. 1 is a configuration diagram of a radar apparatus according to
従来のレーダ装置における図22の構成と比較すると、本実施の形態1における図1の構成は、非アンビギュイティ考慮型目標検出手段130、非アンビギュイティ考慮型ドップラー補正手段140、非アンビギュイティ考慮型超分解能測距手段150の代わりに、それぞれ、目標検出手段30、ドップラー補正手段40、超分解能測距手段50を備えている点が異なっている。
Compared with the configuration of FIG. 22 in the conventional radar apparatus, the configuration of FIG. 1 in the first embodiment is a non-ambiguity consideration type target detection means 130, a non-ambiguity consideration type Doppler correction means 140, a non-ambiguity. The difference is that instead of the tee-considering super-resolution ranging means 150, a
これらの異なる構成要素は、以下の機能を有する。目標検出手段30は、速度アンビギュイティを考慮した検出目標の速度と距離を出力する。ドップラー補正手段40は、速度アンビギュイティを考慮してドップラー効果により回転した目標信号の位相を補正する。さらに、超分解能測距手段50は、速度アンビギュイティを探索して速度推定値を算出し超分解能測距を行う。 These different components have the following functions: The target detection means 30 outputs the speed and distance of the detection target considering the speed ambiguity. The Doppler correction means 40 corrects the phase of the target signal rotated by the Doppler effect in consideration of the speed ambiguity. Further, the super-resolution distance measuring means 50 searches for speed ambiguity, calculates a speed estimation value, and performs super-resolution distance measurement.
次に、図1に示した本実施の形態1におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態1に特有の構成要素を中心に説明する。
多周波送信機10、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、従来技術と同様に動作し、目標検出手段30にドップラー信号pn、nd、nrが伝達される。目標検出手段30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)を基準に定められたスレッショルドとを比較し、目標信号の存在するレンジビンの推定値
Radio waves are transmitted from the
次に、速度推定値
ドップラー補正信号
相関行列生成手段61にドップラー補正信号
そして、測距候補値
アンビギュイティ評価値
以上のように、実施の形態1によれば、目標検出手段、ドップラー補正手段、超分解能測距手段を備えて、レーダ装置を構成している。これにより、速度アンビギュイティが発生しても、これを探索してドップラー補正でき、高精度な超分解能測距を行うことができる。 As described above, according to the first embodiment, the radar apparatus is configured by including the target detection unit, the Doppler correction unit, and the super-resolution ranging unit. Thereby, even if velocity ambiguity occurs, it can be searched and Doppler correction can be performed, and high-precision super-resolution ranging can be performed.
実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態2におけるレーダ装置は、送信順序ランダム型多周波送信機11、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、目標検出手段30、ドップラー補正手段40、超分解能測距手段50、ソート手段70で構成され、目標4の測距を行う。
FIG. 3 is a configuration diagram of the radar apparatus according to
先の実施の形態1のレーダ装置における図1の構成と比較すると、本実施の形態2における図3の構成は、多周波送信機10の代わりに、送信順序ランダム型多周波送信機11を備えているとともに、さらに、ソート手段70を備えている点が異なっている。
Compared with the configuration of FIG. 1 in the radar apparatus of the first embodiment, the configuration of FIG. 3 in the second embodiment includes a transmission order random type multi-frequency transmitter 11 instead of the
これらの異なる構成要素は、以下の機能を有する。送信順序ランダム型多周波送信機11は、周波数の送信順序をランダムにして送信する。また、ソート手段70は、送信周波数の小さい方から大きい方に受信信号を並べ替える。 These different components have the following functions: The transmission order random type multi-frequency transmitter 11 performs transmission with the frequency transmission order being random. The sorting means 70 rearranges the received signals from the smaller transmission frequency to the larger transmission frequency.
次に、図3に示した本実施の形態2におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態2に特有の構成要素を中心に説明する。
図4は、本発明の実施の形態2のレーダ装置における送受信パルスの時間チャートを示した説明図である。送信順序ランダム型多周波送信機11、サーキュレータ2、送受信アンテナ3より、図4に示す時間チャートに従って、送信周波数の大小の順序をランダムにして、電波を送信する。以降は、先の実施の形態1と同様に動作し、ソート手段70にドップラー補正信号
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a time chart of transmission / reception pulses in the radar apparatus according to the second embodiment of the present invention. Transmission order Random type multi-frequency transmitter 11,
ソート手段70では、ドップラー補正信号
以上のように、実施の形態2によれば、送信周波数の順序をランダムにして送信し、後で送信周波数の小さい方から大きい方に受信信号を並べ替える構成を備えている。これにより、時間順序をランダム化し、ドップラー効果による位相変化をランダム化することができる。この結果、速度アンビギュイティがある速度推定値を用いてドップラー補正を行った場合に、ランダム化したドップラー効果による位相変化の影響で、上式(8)のアンビギュイティ評価値が小さくなり、このアンビギュイティ評価値を用いたアンビギュイティ探索を行うことができる。 As described above, according to the second embodiment, the transmission frequency is randomly transmitted and the received signal is rearranged later from the smaller transmission frequency to the larger transmission frequency. Thereby, the time order can be randomized and the phase change due to the Doppler effect can be randomized. As a result, when Doppler correction is performed using a speed estimation value having a speed ambiguity, the ambiguity evaluation value of the above equation (8) becomes small due to the influence of the phase change due to the randomized Doppler effect, An ambiguity search using this ambiguity evaluation value can be performed.
実施の形態3.
図5は、本発明の実施の形態3におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態3におけるレーダ装置は、符号変調型多周波送信機12、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、目標検出手段30、ドップラー補正手段40、超分解能測距手段50、パルス圧縮手段80で構成され、目標4の測距を行う。
FIG. 5 is a configuration diagram of the radar apparatus according to
先の実施の形態1のレーダ装置における図1の構成と比較すると、本実施の形態3における図5の構成は、多周波送信機10の代わりに、符号変調型多周波送信機12を備えているとともに、さらに、パルス圧縮手段80を備えている点が異なっている。
Compared to the configuration of FIG. 1 in the radar apparatus of the first embodiment, the configuration of FIG. 5 in the third embodiment includes a code modulation
これらの異なる構成要素は、以下の機能を有する。符号変調型多周波送信機12は、符号変調の施されたパルスを生成する。また、パルス圧縮手段80は、符号変調の施されたパルスを圧縮する。
These different components have the following functions: The code modulation
次に、図5に示した本実施の形態3におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態3に特有の構成要素を中心に説明する。
図6は、本発明の実施の形態3のレーダ装置における送受信パルスの時間チャートを示した説明図である。符号変調型多周波送信機12で、あらかじめ生成したランダム符号列の値(+1か−1)に従って、チップ幅Tchipごとに、送信波の位相を0°か180°回転する。図6に示す時間チャートに従って、送信周波数が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から出力される。
Next, the operation of the radar apparatus according to the third embodiment shown in FIG. 5 will be described with a focus on components unique to the third embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a time chart of transmission / reception pulses in the radar apparatus according to
以降は、先の実施の形態1と同様に動作し、A/D変換器出力信号sn、np、nrがパルス圧縮手段80−#nに伝達される。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80−#nでは、まず、距離0mに静止目標がいるときのA/D変換器出力信号を模擬した参照信号hn、ng(1≦ng≦Ng)を用いる。そして、nrレンジビンの相関信号yn、np、nr、ngを、下式(9)により算出する。ここで、下式(9)におけるh*n、ngは、参照信号hn、ngの複素共役を表す。 Thereafter, the same operation as in the first embodiment is performed, and the A / D converter output signals sn, np, nr are transmitted to the pulse compression means 80- # n. When sampling the pulses with a sampling period T samp of the A / D conversion, it is assumed that the pulse is sampled at a range of N g sample. The pulse compression unit 80- # n, firstly, the distance 0m reference signal simulating an A / D converter output signal when there are still targets h n, the ng (1 ≦ n g ≦ N g) is used. Then, correlation signals yn , np, nr, and ng of the n r range bin are calculated by the following equation (9). Here, h * n, ng is the following equation (9) represents the reference signal h n, the complex conjugate of ng.
次に、相関信号yn、np、nr、1・・・、yn、np、nr、NgにFFTを施し、相関信号周波数成分fyn、np、nr、0・・・、fyn、np、nr、Ng-1を求める。さらに、|fyn、np、nr、0|2・・・、|fyn、np、nr、Ng-1|2を最大にする相関信号周波数成分を、fyn、np、nr、nd0として、これを下式(10)に示すように、パルス圧縮信号s'n、np、nrとする。ここで、nd0は、粗精度推定されたドップラー周波数のドップラービンを表している。 Next, the correlation signals yn , np, nr, ..., Yn, np, nr, Ng are subjected to FFT, and the correlation signal frequency components fy n, np, nr, 0 ..., Fy n, np , Nr, and Ng-1 are obtained. Further, the correlation signal frequency component that maximizes | fy n, np, nr, 0 | 2 ..., | Fy n, np, nr, Ng−1 | 2 is defined as fy n, np, nr, nd0 . This is set to pulse compression signals s ′ n, np, nr as shown in the following equation (10). Here, n d0 represents the Doppler bin of the Doppler frequency estimated with coarse accuracy.
パルス圧縮信号s'n、np、nrは、パルスヒット方向FFT20−#nに伝達される。以降は、先の実施の形態1と同様に動作し、測距値
以上のように、実施の形態3によれば、符号変調の施されたパルスを送信し、受信後にパルス圧縮処理する構成を備えている。これにより、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)を高くすることができ、超分解能測距精度が改善される。 As described above, according to the third embodiment, a configuration is provided in which a pulse subjected to code modulation is transmitted and pulse compression processing is performed after reception. As a result, even when the target signal power of the long-distance target is small, the S / N (signal to noise power ratio) can be increased by the effect of integrating the target signal power by the pulse compression processing, and the super-resolution ranging accuracy is achieved. Is improved.
実施の形態4.
図7は、本発明の実施の形態4におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態4におけるレーダ装置は、符号変調型多周波送信機12、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、粗精度ドップラー推定値考慮型目標検出手段31、ドップラー補正手段40、超分解能測距手段50、パルス圧縮手段80で構成され、目標4の測距を行う。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 is a configuration diagram of the radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention. The radar apparatus according to the fourth embodiment includes a code modulation
先の実施の形態3のレーダ装置における図5の構成と比較すると、本実施の形態4における図7の構成は、目標検出手段30の代わりに、粗精度ドップラー推定値考慮型目標検出手段31を備えている点が異なっている。
Compared to the configuration of FIG. 5 in the radar apparatus of the third embodiment, the configuration of FIG. 7 in the fourth embodiment has a rough accuracy Doppler estimated value-considered
この異なる構成要素は、以下の機能を有する。粗精度ドップラー推定値考慮型目標検出手段31は、パルス圧縮手段80のパルス圧縮処理の過程で推定される粗精度ドップラー推定値より、速度アンビギュイティ探索範囲を設定する。 This different component has the following functions. The coarse precision Doppler estimated value consideration type target detection means 31 sets the speed ambiguity search range based on the coarse precision Doppler estimated value estimated in the course of the pulse compression processing of the pulse compression means 80.
次に、図7に示した本実施の形態4におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態4に特有の構成要素を中心に説明する。
符号変調型多周波送信機12、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、先の実施の形態3と同様に動作し、粗精度ドップラー推定値考慮型目標検出手段31にドップラー信号pn、nd、nrが伝達される。また、パルス圧縮手段80にてパルス圧縮処理の過程で算出された粗精度ドップラービン番号nd0も、粗精度ドップラー推定値考慮型目標検出手段31に伝達される。
Next, the operation of the radar apparatus according to the fourth embodiment shown in FIG. 7 will be described with a focus on components unique to the fourth embodiment.
Radio waves are transmitted from the code modulation
粗精度ドップラー推定値考慮型目標検出手段31は、下式(11)により、速度アンビギュイティを考慮した目標速度推定値を求める。ここで、記号[[ ]]は、四捨五入した整数値を出力する関数を表している。
The coarse precision Doppler estimated value consideration type
そして、速度推定値
以上のように、実施の形態4によれば、目標検出手段として、粗精度ドップラー推定値考慮型目標検出手段を備えている。これにより、粗精度推定されたドップラー推定値を用いることで、速度アンビギュイティの探索範囲を限定でき、アンビギュイティ探索に要する処理負荷を低減できる。 As described above, according to the fourth embodiment, the target detection unit includes the coarse accuracy Doppler estimated value consideration type target detection unit. Thereby, by using the Doppler estimation value estimated roughly, the search range of the speed ambiguity can be limited, and the processing load required for the ambiguity search can be reduced.
実施の形態5.
図8は、本発明の実施の形態5におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態5におけるレーダ装置は、多周波送信機10、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、目標検出手段30、ドップラー補正手段40、高速型超分解能測距手段51で構成され、目標4の測距を行う。
FIG. 8 is a configuration diagram of the radar apparatus according to
先の実施の形態1のレーダ装置における図1の構成と比較すると、本実施の形態5における図8の構成は、超分解能測距手段50の代わりに、高速型超分解能測距手段51を備えている点が異なっている。
Compared with the configuration of FIG. 1 in the radar apparatus of the first embodiment, the configuration of FIG. 8 in the fifth embodiment includes a high-speed super-resolution ranging means 51 instead of the
この異なる構成要素は、以下の機能を有する。高速型超分解能測距手段51は、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)法を用いる効果で、超分解能測距処理を高速に行う。 This different component has the following functions. The high-speed super-resolution ranging means 51 performs super-resolution ranging processing at a high speed by using an effect of ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques).
次に、図8に示した本実施の形態5におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態5に特有の構成要素を中心に説明する。
図9は、本発明の実施の形態5における高速型超分解能測距手段51の内部構成を示した図である。先の実施の形態1〜4で用いられている図2に示した超分解能測距手段50の構成と比較すると、本実施の形態5で用いられている図9に示した高速型超分解能測距手段51は、MUSIC用固有ベクトル算出手段62、MUSIC処理手段63の代わりに、ESPRIT用固有ベクトル算出手段62a、ESPRIT処理手段63aを備えている。
Next, the operation of the radar apparatus according to the fifth embodiment shown in FIG. 8 will be described with a focus on components unique to the fifth embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing an internal configuration of the high-speed super-resolution ranging means 51 in the fifth embodiment of the present invention. Compared with the configuration of the super-resolution ranging means 50 shown in FIG. 2 used in the first to fourth embodiments, the high-speed super-resolution measurement shown in FIG. 9 used in the fifth embodiment is used. The
多周波送信機10、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、先の実施の形態1と同様に動作し、高速型超分解能測距手段51にドップラー補正信号
相関行列
そして、固有ベクトル
次に、下式(13)により行列
そして、下式(14)により各目標の測距候補値
測距候補値
以上のように、実施の形態5によれば、ESPRIT法を用いて超分解能測距処理を行う構成を備えている。これにより、高速に測距値を算出できる。 As described above, according to the fifth embodiment, a configuration for performing super-resolution distance measurement processing using the ESPRIT method is provided. Thereby, the distance measurement value can be calculated at high speed.
実施の形態6.
図10は、本発明の実施の形態6におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態6におけるレーダ装置は、多周波送信機10、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、速度平均値出力型目標検出手段32、ドップラー補正手段40、超分解能測距手段50で構成され、目標4の測距を行う。
FIG. 10 is a configuration diagram of the radar apparatus according to
先の実施の形態1のレーダ装置における図1の構成と比較すると、本実施の形態6における図10の構成は、目標検出手段30の代わりに、速度平均値出力型目標検出手段32を備えている点が異なっている。
Compared to the configuration of FIG. 1 in the radar apparatus of the first embodiment, the configuration of FIG. 10 in the sixth embodiment includes a speed average value output type
この異なる構成要素は、以下の機能を有する。速度平均値出力型目標検出手段32は、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。 This different component has the following functions. The speed average value output type target detection means 32 outputs an average value of the speed estimated values calculated at each transmission frequency.
次に、図10に示した本実施の形態6におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態6に特有の構成要素を中心に説明する。
多周波送信機10、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、先の実施の形態1と同様に動作し、速度平均値出力型目標検出手段32にパルスヒット方向FFT出力信号p1、nd、nr、・・・、pN、nd、nrが入力される。速度平均値出力型目標検出手段32は、各送信周波数にて推定されたドップラービンより求まる目標速度平均値
Radio waves are transmitted from the
目標速度平均値
以上のように、実施の形態6によれば、速度平均値を出力する目標検出手段を備えている。これにより、各送信周波数にて推定した目標速度を平均する効果で、送信周波数ごとに速度推定値が異なる場合でも、速度推定値の推定誤差を小さくして、速度推定値を求めることができる。 As described above, according to the sixth embodiment, the target detection means for outputting the speed average value is provided. As a result, due to the effect of averaging the target speed estimated at each transmission frequency, even when the speed estimation value differs for each transmission frequency, the estimation error of the speed estimation value can be reduced to obtain the speed estimation value.
実施の形態7.
図11は、本発明の実施の形態7におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態7におけるレーダ装置は、多周波送信機10、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、高精度パルスヒット方向FFT21、高精度目標検出手段33、ドップラー補正手段40、超分解能測距手段50で構成され、目標4の測距を行う。
FIG. 11 is a configuration diagram of a radar apparatus according to
先の実施の形態1のレーダ装置における図1の構成と比較すると、本実施の形態7における図11の構成は、パルスヒット方向FFT20、目標検出手段30の代わりに、高精度パルスヒット方向FFT21、高精度目標検出手段33を備えている点が異なっている。
Compared to the configuration of FIG. 1 in the radar apparatus of the first embodiment, the configuration of FIG. 11 in the seventh embodiment is a high-precision pulse hit
これらの異なる構成要素は、以下の機能を有する。高精度パルスヒット方向FFT21は、ドップラー周波数を高精度に推定する。また、高精度目標検出手段33は、高精度パルスヒット方向FFT出力信号に関して速度アンビギュイティを考慮して検出目標の速度と距離を出力する。
These different components have the following functions: The high-precision pulse hit
次に、図11に示した本実施の形態7におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態7に特有の構成要素を中心に説明する。
多周波送信機10、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、先の実施の形態1と同様に動作し、高精度パルスヒット方向FFT21−#nにA/D変換器出力信号sn、np、nrが入力される。高精度パルスヒット方向FFT21−#nは、下式(16)によりドップラー信号pn、nd、nrを算出する。ここで、下式(16)では、ドップラー周波数をQ倍の高精度で推定することを想定している。
Next, the operation of the radar apparatus according to the seventh embodiment shown in FIG. 11 will be described with a focus on components unique to the seventh embodiment.
Radio waves are transmitted from the
ドップラー信号p1、nd、nr、・・・、pN、nd、nrは、高精度目標検出手段33とドップラー補正手段40−#nに伝達される。高精度目標検出手段33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)を基準に定められたスレッショルドとを比較する。さらに、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
速度推定値
以上のように、実施の形態7によれば、高精度パルスヒット方向FFT、および高精度目標検出手段を備えている。これにより、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
実施の形態8.
図12は、本発明の実施の形態8におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態8におけるレーダ装置は、同一周波数送信型多周波送信機13、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、同一周波数送信型目標検出手段34、同一周波数送信型ドップラー補正手段41、超分解能測距手段50で構成され、目標4の測距を行う。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 12 is a configuration diagram of the radar apparatus according to Embodiment 8 of the present invention. The radar apparatus according to the eighth embodiment includes the same frequency transmission
先の実施の形態1のレーダ装置における図1の構成と比較すると、本実施の形態8における図12の構成は、多周波送信機10、目標検出手段30、ドップラー補正手段40の代わりに、同一周波数送信型多周波送信機13、同一周波数送信型目標検出手段34、同一周波数送信型ドップラー補正手段41を備えている点が異なっている。
Compared to the configuration of FIG. 1 in the radar apparatus of the first embodiment, the configuration of FIG. 12 in the eighth embodiment is the same in place of the
これらの異なる構成要素は、以下の機能を有する。同一周波数送信型多周波送信機13は、パルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数にて送信した後、送信周波数をステップさせる。同一周波数送信型目標検出手段34は、同一周波数送信型多周波送信機13にて送受信した信号を用いて、速度アンビギュイティを考慮した検出目標の速度と距離を出力する。また、同一周波数送信型ドップラー補正手段41は、同一周波数送信型多周波送信機13にて送受信した信号に関して、速度アンビギュイティを考慮してドップラー効果により回転した目標信号の位相回転を補正する。
These different components have the following functions: The same frequency transmission
次に、図12に示した本実施の形態8におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態8に特有の構成要素を中心に説明する。
図13は、本発明の実施の形態8のレーダ装置における送受信パルスの時間チャートを示した説明図である。同一周波数送信型多周波送信機13から図13の時間チャートに従って、パルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数のパルスの送受信が行われる。そして、周波数をステップさせていき、送信周波数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。
Next, the operation of the radar apparatus according to the eighth embodiment shown in FIG. 12 will be described with a focus on components unique to the eighth embodiment.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a time chart of transmission / reception pulses in the radar apparatus according to the eighth embodiment of the present invention. According to the time chart of FIG. 13, the same frequency transmission
以降は、先の実施の形態1と同様に動作し、パルスヒット方向FFT20から同一周波数送信型目標検出手段34にドップラー信号pn、nd、nrが伝達される。同一周波数送信型目標検出手段34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)を基準に定められたスレッショルドとを比較し、目標信号の存在するレンジビンの推定値
速度推定値
ドップラー補正信号
以上のように、実施の形態8によれば、パルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数にて送信し、測距を行う構成を備えている。これにより、パルスヒット方向FFTのサンプリング間隔を短くする効果で、ドップラー周波数帯域幅を広くでき、速度アンビギュイティ数を少なくできる。そのため、アンビギュイティ探索に要する処理負荷を低減することができる。 As described above, according to the eighth embodiment, the transmission is performed at the same frequency as the number of FFT hit points in the pulse hit direction, and the distance measurement is performed. Thereby, the effect of shortening the sampling interval in the pulse hit direction FFT can widen the Doppler frequency bandwidth and reduce the number of velocity ambiguities. Therefore, the processing load required for ambiguity search can be reduced.
実施の形態9.
図14は、本発明の実施の形態9におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態9におけるレーダ装置は、同一周波数送信型送信順序ランダム型多周波送信機14、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、同一周波数送信型目標検出手段34、同一周波数送信型ドップラー補正手段41、超分解能測距手段50、ソート手段70で構成され、目標4の測距を行う。
Embodiment 9 FIG.
FIG. 14 is a configuration diagram of a radar apparatus according to Embodiment 9 of the present invention. The radar apparatus according to the ninth embodiment includes the same frequency transmission type transmission order random type multi-frequency transmitter 14, the
先の実施の形態8のレーダ装置における図12の構成と比較すると、本実施の形態9における図14の構成は、同一周波数送信型多周波送信機13の代わりに、同一周波数送信型送信順序ランダム型多周波送信機14を備えるとともに、さらに、ソート手段70を備えている点が異なっている。
Compared with the configuration of FIG. 12 in the radar apparatus of the eighth embodiment, the configuration of FIG. 14 in the ninth embodiment is the same frequency transmission type transmission order random instead of the same frequency transmission
これらの異なる構成要素は、以下の機能を有する。ソート手段70は、先の実施の形態2と同じである。また、同一周波数送信型送信順序ランダム型多周波送信機14は、パルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数にて送信した後、送信周波数をランダムにステップさせる。 These different components have the following functions: Sorting means 70 is the same as in the second embodiment. Further, the same frequency transmission type transmission order random type multi-frequency transmitter 14 transmits at the same frequency as the number of FFT hit points in the pulse hit direction, and then randomly steps the transmission frequency.
次に、図14に示した本実施の形態9におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態9に特有の構成要素を中心に説明する。
図15は、本発明の実施の形態9のレーダ装置における送受信パルスの時間チャートを示した説明図である。同一周波数送信型送信順序ランダム型多周波送信機14から図15の時間チャートに従って、パルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数のパルスの送受信を行った後、送信周波数の大小の順序をランダムにステップさせてf1からfNのパルスが順次生成される。
Next, the operation of the radar apparatus according to the ninth embodiment shown in FIG. 14 will be described with a focus on components unique to the ninth embodiment.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a time chart of transmission / reception pulses in the radar apparatus according to the ninth embodiment of the present invention. Same-frequency transmission type transmission order Random type multi-frequency transmitter 14 performs transmission / reception of pulses of the same frequency for the number of FFT hit points according to the time chart of FIG. Thus, pulses from f 1 to f N are sequentially generated.
以降は、先の実施の形態8と同様に動作し、ソート手段70にドップラー補正信号
以上のように、実施の形態9によれば、送信周波数の順序をランダムにして送信し、後で送信周波数の小さい方から大きい方に受信信号を並べ替える構成(先の実施の形態2と同様の構成)、およびパルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数にて送信し、測距を行う構成(先の実施の形態8と同様の構成)を備えている。これにより、先の実施の形態2および8の効果を得ることができる。
As described above, according to the ninth embodiment, the transmission frequency is randomly transmitted and the received signals are rearranged later from the smaller transmission frequency (similar to the previous second embodiment). And a structure for transmitting at the same frequency as the number of FFT hit points in the pulse hit direction and performing distance measurement (same structure as in the previous eighth embodiment). Thereby, the effect of
実施の形態10.
図16は、本発明の実施の形態10におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態10におけるレーダ装置は、同一周波数送信型符号変調型多周波送信機15、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、同一周波数送信型目標検出手段34、同一周波数送信型ドップラー補正手段41、超分解能測距手段50、パルス圧縮手段80で構成され、目標4の測距を行う。
FIG. 16 is a configuration diagram of the radar apparatus according to
先の実施の形態8のレーダ装置における図12の構成と比較すると、本実施の形態10における図16の構成は、同一周波数送信型多周波送信機13の代わりに、同一周波数送信型符号変調型多周波送信機15を備えるとともに、さらに、パルス圧縮手段80を備えている点が異なっている。
Compared with the configuration of FIG. 12 in the radar apparatus of the eighth embodiment, the configuration of FIG. 16 in the tenth embodiment is the same frequency transmission type code modulation type instead of the same frequency transmission
これらの異なる構成要素は、以下の機能を有する。パルス圧縮手段80は、先の実施の形態3と同じである。また、同一周波数送信型符号変調型多周波送信機15は、パルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数にて符号変調の施されたパルスを送信した後、送信周波数をステップさせる。
These different components have the following functions: The pulse compression means 80 is the same as in the third embodiment. Further, the same frequency transmission type code modulation
次に、図16に示した本実施の形態10におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態10に特有の構成要素を中心に説明する。
図17は、本発明の実施の形態10のレーダ装置における送受信パルスの時間チャートを示した説明図である。同一周波数送信型符号変調型多周波送信機15から図17の時間チャートに従って、パルスヒット方向FFT点数分だけパルスの送受信を行った後、周波数をステップさせる処理が行われ送信周波数がf1からfNのパルスが順次生成される。
Next, the operation of the radar apparatus according to the tenth embodiment shown in FIG. 16 will be described focusing on the components unique to the tenth embodiment.
FIG. 17 is an explanatory diagram showing a time chart of transmission / reception pulses in the radar apparatus according to the tenth embodiment of the present invention. In accordance with the time chart of FIG. 17 from the same frequency transmission type code modulation
このパルスには符号変調が施されている。以降は、先の実施の形態8と同様に動作し、A/D変換器出力信号s1、np、nr、・・・、sN、np、nrがパルス圧縮手段80−#nに入力される。以降は、先の実施の形態3と同様に動作し、パルスヒット方向FFT20からドップラー信号p1、nd、nr、・・・、pN、nd、nrが出力される。以降は、先の実施の形態8と同様に動作し、測距値
以上のように、実施の形態10によれば、符号変調の施されたパルスを送信し、受信後にパルス圧縮処理する構成(先の実施の形態3と同様の構成)、およびパルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数にて送信し、測距を行う構成(先の実施の形態8と同様の構成)を備えている。これにより、先の実施の形態3および8の効果を得ることができる。 As described above, according to the tenth embodiment, a configuration in which a pulse subjected to code modulation is transmitted and pulse compression processing is performed after reception (same configuration as in the third embodiment), and the number of FFT hit direction FFT points It has a configuration (same configuration as in the previous embodiment 8) for transmitting at the same frequency and measuring the distance. Thereby, the effects of the previous third and eighth embodiments can be obtained.
実施の形態11.
図18は、本発明の実施の形態11におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態10におけるレーダ装置は、同一周波数送信型符号変調型多周波送信機15、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、粗精度ドップラー推定値考慮型同一周波数送信型目標検出手段35、同一周波数送信型ドップラー補正手段41、超分解能測距手段50、パルス圧縮手段80で構成され、目標4の測距を行う。
Embodiment 11 FIG.
FIG. 18 is a configuration diagram of the radar apparatus according to Embodiment 11 of the present invention. The radar apparatus according to the tenth embodiment includes the same frequency transmission type code modulation
先の実施の形態10のレーダ装置における図16の構成と比較すると、本実施の形態11における図18の構成は、同一周波数送信型目標検出手段34の代わりに、粗精度ドップラー推定値考慮型同一周波数送信型目標検出手段35を備え備えている点が異なっている。 Compared with the configuration of FIG. 16 in the radar apparatus of the tenth embodiment, the configuration of FIG. 18 in the eleventh embodiment is the same in terms of the coarse-precision Doppler estimated value consideration type instead of the same frequency transmission type target detection means 34. The difference is that a frequency transmission type target detection means 35 is provided.
この異なる構成要素は、以下の機能を有する。粗精度ドップラー推定値考慮型同一周波数送信型目標検出手段35は、パルス圧縮手段80のパルス圧縮処理の過程で推定される粗精度ドップラー推定値より、速度アンビギュイティ探索範囲を設定する。 This different component has the following functions. The coarse accuracy Doppler estimation value consideration type same frequency transmission type target detection means 35 sets the speed ambiguity search range based on the coarse precision Doppler estimation value estimated in the course of the pulse compression processing of the pulse compression means 80.
次に、図18に示した本実施の形態11におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態11に特有の構成要素を中心に説明する。
同一周波数送信型符号変調型多周波送信機15、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、先の実施の形態3と同様に動作し、粗精度ドップラー推定値考慮型同一周波数送信型目標検出手段35にドップラー信号p1、nd、nr、・・・、pN、nd、nrが伝達される。
Next, the operation of the radar apparatus according to the eleventh embodiment shown in FIG. 18 will be described focusing on components unique to the eleventh embodiment.
Radio waves are transmitted from the same frequency transmission type code modulation
また、パルス圧縮手段80にて、パルス圧縮処理の過程で算出される粗精度ドップラービン番号nd0も伝達される。粗精度ドップラー推定値考慮型同一周波数送信型目標検出手段35は、下式(20)により、速度アンビギュイティを考慮した目標速度推定値を求める。ここで、下式(20)における記号[[ ]]は、四捨五入した整数値を出力する関数を表している。 The pulse compression means 80 also transmits the coarse precision Doppler bin number n d0 calculated in the course of the pulse compression process. The coarse precision Doppler estimated value consideration type same frequency transmission type target detection means 35 obtains a target speed estimated value considering the speed ambiguity by the following equation (20). Here, the symbol [[]] in the following equation (20) represents a function that outputs a rounded integer value.
速度推定値
以上のように、実施の形態11によれば、先の実施の形態10の構成に加え、目標検出手段として、粗精度ドップラー推定値考慮型同一周波数送信型目標検出手段を備えている。これにより、先の実施の形態10の効果に加え、粗精度推定されたドップラー推定値を用いることで、速度アンビギュイティの探索範囲を制限でき、アンビギュイティ探索に要する処理負荷を低減できる。
As described above, according to the eleventh embodiment, in addition to the configuration of the previous tenth embodiment, the target detection means includes the coarse accuracy Doppler estimated value consideration type same frequency transmission type target detection means. Thereby, in addition to the effect of
実施の形態12.
図19は、本発明の実施の形態12におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態12におけるレーダ装置は、同一周波数送信型多周波送信機13、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、同一周波数送信型目標検出手段34、同一周波数送信型ドップラー補正手段41、高速型超分解能測距手段51で構成され、目標4の測距を行う。
FIG. 19 is a configuration diagram of a radar apparatus according to
先の実施の形態8のレーダ装置における図12の構成と比較すると、本実施の形態12における図19の構成は、超分解能測距手段50の代わりに、高速型超分解能測距手段51を備えている点が異なっている。
Compared with the configuration of FIG. 12 in the radar apparatus of the eighth embodiment, the configuration of FIG. 19 in the twelfth embodiment includes a high-speed super-resolution ranging means 51 instead of the
この異なる構成要素は、以下の機能を有する。高速型超分解能測距手段51は、先の実施の形態5と同じである。 This different component has the following functions. The high-speed super-resolution ranging means 51 is the same as that in the fifth embodiment.
次に、図19に示した本実施の形態12におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態12に特有の構成要素を中心に説明する。
同一周波数送信型多周波送信機13、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、先の実施の形態8と同様に動作し、高速型超分解能測距手段51にドップラー補正信号
Radio waves are transmitted from the same frequency transmission
以上のように、実施の形態12によれば、先の実施の形態8の構成に加え、ESPRIT法を用いて超分解能測距処理を行う構成を備えている。これにより、先の実施の形態8の効果に加え、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。 As described above, according to the twelfth embodiment, in addition to the configuration of the previous eighth embodiment, a configuration for performing super-resolution ranging processing using the ESPRIT method is provided. Thereby, in addition to the effect of the eighth embodiment, the distance measurement value can be calculated at high speed by the effect of using ESPRIT for the super-resolution processing.
実施の形態13.
図20は、本発明の実施の形態13におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態13におけるレーダ装置は、同一周波数送信型多周波送信機13、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、パルスヒット方向FFT20、速度平均値出力型同一周波数送信型目標検出手段36、同一周波数送信型ドップラー補正手段41、超分解能測距手段50で構成され、目標4の測距を行う。
FIG. 20 is a configuration diagram of the radar apparatus according to
先の実施の形態8のレーダ装置における図12の構成と比較すると、本実施の形態13における図20の構成は、同一周波数送信型目標検出手段34の代わりに、速度平均値出力型同一周波数送信型目標検出手段36を備えている点が異なっている。
Compared to the configuration of FIG. 12 in the radar apparatus of the eighth embodiment, the configuration of FIG. 20 in the thirteenth embodiment is a speed average value output type same frequency transmission instead of the same frequency transmission type target detection means 34. The difference is that a mold
この異なる構成要素は、以下の機能を有する。速度平均値出力型同一周波数送信型目標検出手段36は、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。 This different component has the following functions. The speed average value output type identical frequency transmission type target detection means 36 outputs the average value of the speed estimated values calculated at the respective transmission frequencies.
次に、図20に示した本実施の形態13におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態13に特有の構成要素を中心に説明する。
同一周波数送信型多周波送信機13、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、先の実施の形態8と同様に動作し、速度平均値出力型同一周波数送信型目標検出手段36にパルスヒット方向FFT出力信号p1、nd、nr、・・・、pN、nd、nrが伝達される。
Next, the operation of the radar apparatus according to the thirteenth embodiment shown in FIG. 20 will be described focusing on the components unique to the thirteenth embodiment.
Radio waves are transmitted from the same frequency transmission
速度平均値出力型同一周波数送信型目標検出手段36は、各送信周波数にて推定されたドップラービンより求まる目標速度平均値
目標速度平均値
以上のように、実施の形態13によれば、先の実施の形態8の構成に加え、速度平均値を出力する目標検出手段を備えている。これにより、先の実施の形態8の効果に加え、各送信周波数にて推定した目標速度を平均する効果で、送信周波数ごとに速度推定値が異なる場合でも、速度推定値の推定誤差を小さくして、速度推定値を求めることができる。 As described above, according to the thirteenth embodiment, in addition to the configuration of the previous eighth embodiment, the target detection means for outputting the speed average value is provided. As a result, in addition to the effect of the previous embodiment 8, the effect of averaging the target speed estimated at each transmission frequency can reduce the estimation error of the speed estimation value even when the speed estimation value differs for each transmission frequency. Thus, the speed estimated value can be obtained.
実施の形態14.
図21は、本発明の実施の形態14におけるレーダ装置の構成図である。本実施の形態14におけるレーダ装置は、同一周波数送信型多周波送信機13、サーキュレータ2、送受信アンテナ3、ミキサー5、受信機6、A/D変換器7、高精度パルスヒット方向FFT21、同一周波数送信型高精度目標検出手段37、同一周波数送信型ドップラー補正手段41、超分解能測距手段50で構成され、目標4の測距を行う。
Embodiment 14 FIG.
FIG. 21 is a configuration diagram of the radar apparatus according to Embodiment 14 of the present invention. The radar apparatus according to the fourteenth embodiment includes the same frequency transmission
先の実施の形態8のレーダ装置における図12の構成と比較すると、本実施の形態14における図21の構成は、パルスヒット方向FFT20、同一周波数送信型目標検出手段34の代わりに、高精度パルスヒット方向FFT21、同一周波数送信型高精度目標検出手段37を備えている点が異なっている。
Compared with the configuration of FIG. 12 in the radar apparatus of the eighth embodiment, the configuration of FIG. 21 in the fourteenth embodiment is a high-precision pulse instead of the pulse hit
これらの異なる構成要素は、以下の機能を有する。高精度パルスヒット方向FFT21は、先の実施の形態7と同じである。また、同一周波数送信型高精度目標検出手段37は、高精度パルスヒット方向FFT出力信号に関して速度アンビギュイティを考慮した検出目標の速度と距離を出力する。 These different components have the following functions: The high-precision pulse hit direction FFT21 is the same as that in the seventh embodiment. The same frequency transmission type high precision target detection means 37 outputs the speed and distance of the detection target considering the speed ambiguity for the high precision pulse hit direction FFT output signal.
次に、図21に示した本実施の形態14におけるレーダ装置の動作について、本実施の形態14に特有の構成要素を中心に説明する。
同一周波数送信型多周波送信機13、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、先の実施の形態7と同様に動作し、ドップラー信号p1、nd、nr、・・・、pN、nd、nrが、同一周波数送信型高精度目標検出手段37と同一周波数送信型ドップラー補正手段41−#nに伝達される。
Next, the operation of the radar apparatus according to the fourteenth embodiment shown in FIG. 21 will be described focusing on the components unique to the fourteenth embodiment.
Radio waves are transmitted from the same frequency transmission
同一周波数送信型高精度目標検出手段37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)を基準に定められたスレッショルドとを比較し、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
そして、下式(22)により、速度アンビギュイティを考慮した目標速度推定値を求める。ここで、下式(22)における速度アンビギュイティの範囲を定めるLは、あらかじめ設定されているものとする。 And the target speed estimated value which considered speed ambiguity is calculated | required by the following Formula (22). Here, L which defines the range of the speed ambiguity in the following formula (22) is assumed to be set in advance.
速度推定値
以上のように、実施の形態14によれば、先の実施の形態8の構成に加え、高精度パルスヒット方向FFT、および高精度目標検出手段を備えている。これにより、先の実施の形態8の効果に加え、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
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、10 多周波送信機、11 送信順序ランダム型多周波送信機、12 符号変調型多周波送信機、13 同一周波数送信型多周波送信機、14 同一周波数送信型送信順序ランダム型多周波送信機、15 同一周波数送信型符号変調型多周波送信機、20 パルスヒット方向FFT、21 高精度パルスヒット方向FFT、30 目標検出手段、31 粗精度ドップラー推定値考慮型目標検出手段、32 速度平均値出力型目標検出手段、33 高精度目標検出手段、34 同一周波数送信型目標検出手段、35 粗精度ドップラー推定値考慮型同一周波数送信型目標検出手段、36 速度平均値出力型同一周波数送信型目標検出手段、37 同一周波数送信型高精度目標検出手段、40 ドップラー補正手段、41 同一周波数送信型ドップラー補正手段、50 超分解能測距手段、51 高速型超分解能測距手段、61 相関行列生成手段、62 MUSIC用固有ベクトル算出手段、62a ESPRIT用固有ベクトル算出手段、63 MUSIC処理手段、63a ESPRIT処理手段、64 アンビギュイティ探索手段、70 ソート手段、80 パルス圧縮手段。 2 circulator, 3 transmitting / receiving antenna, 4 target, 5 mixer, 6 receiver, 7 A / D converter, 10 multi-frequency transmitter, 11 transmission order random multi-frequency transmitter, 12 code modulation multi-frequency transmitter, 13 Same frequency transmission type multi-frequency transmitter, 14 Same frequency transmission type transmission order random type multi-frequency transmitter, 15 Same frequency transmission type code modulation type multi-frequency transmitter, 20 pulse hit direction FFT, 21 high precision pulse hit direction FFT, 30 target detection means, 31 coarse precision Doppler estimated value consideration type target detection means, 32 speed average value output type target detection means, 33 high precision target detection means, 34 same frequency transmission type target detection means, 35 coarse precision Doppler estimation value consideration Type same frequency transmission type target detection means, 36 speed average value output type same frequency transmission type target detection means, 37 same frequency Transmission type high-precision target detection means, 40 Doppler correction means, 41 Same frequency transmission type Doppler correction means, 50 Super-resolution distance measurement means, 51 High-speed type super-resolution distance measurement means, 61 Correlation matrix generation means, 62 MUSIC eigenvector calculation means 62a ESPRIT eigenvector calculation means, 63 MUSIC processing means, 63a ESPRIT processing means, 64 ambiguity search means, 70 sorting means, 80 pulse compression means.
Claims (18)
受信した前記電波に基づいて前記目標を検出する目標検出処理系と、
目標信号のドップラー周波数がドップラー帯域幅の範囲外に存在することに起因して発生する速度アンビギュイティを考慮して、ドップラー効果に起因する目標信号の位相回転を補正し、補正後の目標信号の送信周波数方向に対する位相変化に基づいて速度アンビギュイティを解き、前記目標の超分解能測距を行う超分解能処理系と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 A transmission / reception system that generates radio waves by changing the frequency in steps and receives radio waves reflected by the target,
A target detection processing system for detecting the target based on the received radio wave;
In consideration of the speed ambiguity generated due to the Doppler frequency of the target signal being outside the range of the Doppler bandwidth, the phase rotation of the target signal due to the Doppler effect is corrected, and the corrected target signal A radar apparatus comprising: a super-resolution processing system that solves a speed ambiguity based on a phase change with respect to a transmission frequency direction and performs a target super-resolution ranging.
前記送受信系は、
周波数をステップ状に変えて電波を生成する多周波送信機と、
前記電波の送信と受信を切り換えるサーキュレータと、
前記電波の送信または受信を行う送受信アンテナと、
受信信号と参照信号をミキシングするミキサーと、
前記受信信号の帯域制限と位相検波を行う受信機と
を有することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein
The transmission / reception system is:
A multi-frequency transmitter that generates radio waves by changing the frequency stepwise;
A circulator for switching between transmission and reception of the radio wave;
A transmitting and receiving antenna for transmitting or receiving the radio wave;
A mixer for mixing the received signal and the reference signal;
A radar apparatus comprising: a receiver that performs band limitation and phase detection of the received signal.
前記目標検出処理系は、
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変換器と、
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と、
前記目標の距離と速度を検出する目標検出手段と
を有することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein
The target detection processing system is
An A / D converter that samples an analog signal to generate a digital signal;
A pulse hit direction FFT for obtaining the Doppler frequency of the received signal;
A radar apparatus comprising: target detection means for detecting the distance and speed of the target.
前記超分解能処理系は、
目標信号のドップラー周波数がドップラー帯域幅の範囲外に存在することに起因して発生する速度アンビギュイティを考慮してドップラー効果に起因する目標信号の位相回転を補正するドップラー補正手段と、
補正した目標信号の送信周波数方向に対する位相変化に基づいて速度アンビギュイティを解き、前記目標の超分解能測距を行う超分解能処理手段と
を有することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein
The super-resolution processing system is
Doppler correction means for correcting the phase rotation of the target signal caused by the Doppler effect in consideration of the speed ambiguity generated due to the Doppler frequency of the target signal being outside the range of the Doppler bandwidth;
A radar apparatus comprising: super resolution processing means for solving a speed ambiguity based on a phase change of a corrected target signal in a transmission frequency direction and performing a super resolution ranging of the target.
前記送受信系は、
周波数をステップ状に変えて電波を生成する多周波送信機と、
前記電波の送信と受信を切り換えるサーキュレータと、
前記電波の送信または受信を行う送受信アンテナと、
受信信号と参照信号をミキシングするミキサーと、
前記受信信号の帯域制限と位相検波を行う受信機と
を有し、
前記目標検出処理系は、
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変換器と、
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と、
前記目標の距離と速度を検出する目標検出手段と
を有し、
前記超分解能処理系は、
目標信号のドップラー周波数がドップラー帯域幅の範囲外に存在することに起因して発生する速度アンビギュイティを考慮してドップラー効果に起因する目標信号の位相回転を補正するドップラー補正手段と、
補正した目標信号の送信周波数方向に対する位相変化に基づいて速度アンビギュイティを解き、前記目標の超分解能測距を行う超分解能処理手段と
を有する
ことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 1, wherein
The transmission / reception system is:
A multi-frequency transmitter that generates radio waves by changing the frequency stepwise;
A circulator for switching between transmission and reception of the radio wave;
A transmitting and receiving antenna for transmitting or receiving the radio wave;
A mixer for mixing the received signal and the reference signal;
A receiver for performing band detection and phase detection of the received signal,
The target detection processing system is
An A / D converter that samples an analog signal to generate a digital signal;
A pulse hit direction FFT for obtaining the Doppler frequency of the received signal;
Target detection means for detecting the distance and speed of the target,
The super-resolution processing system is
Doppler correction means for correcting the phase rotation of the target signal caused by the Doppler effect in consideration of the speed ambiguity generated due to the Doppler frequency of the target signal being outside the range of the Doppler bandwidth;
A radar apparatus comprising: super resolution processing means for solving a speed ambiguity based on a phase change of a corrected target signal in a transmission frequency direction and performing a super resolution ranging of the target.
前記超分解能処理手段は、
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、
前記相関行列の固有ベクトルを算出する固有ベクトル算出手段と、
算出された前記固有ベクトルに基づいてMUSIC処理により前記目標の距離を超分解能測距するMUSIC処理手段と、
前記MUSIC処理の過程で算出される雑音成分に対応する固有値の固有ベクトルで生成される雑音空間と、目標信号の送信周波数方向に対する位相変化を表すステアリングベクトルとの直交度を求め、前記直交度の最も大きい目標速度候補による測距候補値を測距値とするアンビギュイティ探索手段と
を有することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 5, wherein
The super-resolution processing means includes
Correlation matrix generating means for generating a correlation matrix representing a correlation between received signals;
Eigenvector calculating means for calculating an eigenvector of the correlation matrix;
MUSIC processing means for super-resolution ranging of the target distance by MUSIC processing based on the calculated eigenvector;
An orthogonality between a noise space generated by an eigenvector of an eigenvalue corresponding to a noise component calculated in the course of the MUSIC process and a steering vector representing a phase change with respect to the transmission frequency direction of the target signal is obtained, and the most orthogonality is obtained. A radar apparatus comprising: an ambiguity search unit that uses a distance measurement candidate value based on a large target speed candidate as a distance measurement value.
前記超分解能処理手段は、前記MUSIC処理手段に代えて、ESPRIT処理により前記目標の距離を高速に超分解能測距するESPRIT処理手段を有することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 6, wherein
The radar apparatus according to claim 1, wherein the super-resolution processing means includes, in place of the MUSIC processing means, ESPRIT processing means that performs super-resolution distance measurement of the target distance by ESPRIT processing.
前記送受信系は、前記多周波送信機に代えて、送信周波数の送信順序をランダムにする送信順序ランダム型多周波送信手段を有し、
前記超分解能処理系は、前記位相回転を補正した後に、送信周波数の小さい方から大きい方に受信信号を並べ替えるソート手段を有する
ことを特徴とするレーダ装置。 The radar device according to any one of claims 5 to 7,
The transmission / reception system, instead of the multi-frequency transmitter, has a transmission order random type multi-frequency transmission means for randomizing the transmission order of transmission frequencies,
The super-resolution processing system includes sorting means for rearranging received signals from a smaller transmission frequency to a larger transmission frequency after correcting the phase rotation.
前記送受信系は、前記多周波送信機に代えて、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送信機を有し、
前記目標検出処理系は、前記A/D変換器により生成された前記ディジタル信号において、符号変調されたパルスを圧縮するパルス圧縮手段を有する
ことを特徴とするレーダ装置。 The radar device according to any one of claims 5 to 7,
The transmission / reception system has a code modulation type multi-frequency transmitter that generates a code-modulated pulse instead of the multi-frequency transmitter,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the target detection processing system includes pulse compression means for compressing a code-modulated pulse in the digital signal generated by the A / D converter.
前記目標検出処理系は、前記目標検出手段に代えて、前記パルス圧縮手段における処理の過程で推定される粗精度ドップラー推定値より、速度アンビギュイティ探索範囲を設定する粗精度ドップラー推定値考慮型目標検出手段を有することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 9, wherein
The target detection processing system is a coarse precision Doppler estimated value considering type that sets a speed ambiguity search range from a rough precision Doppler estimated value estimated in the course of processing in the pulse compression means instead of the target detection means. A radar apparatus comprising target detection means.
前記目標検出処理系は、前記目標検出手段に代えて、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を有することを特徴とするレーダ装置。 The radar device according to any one of claims 5 to 7,
The target detection processing system includes a speed average value output type target detection unit that outputs an average value of speed estimation values calculated at each transmission frequency, instead of the target detection unit.
前記目標検出処理系は、前記パルスヒット方向FFTに代えて、高精度にドップラー周波数を推定する高精度パルスヒット方向FFTを有することを特徴とするレーダ装置。 The radar device according to any one of claims 5 to 7,
The target detection processing system has a high-accuracy pulse hit direction FFT that estimates the Doppler frequency with high accuracy instead of the pulse hit direction FFT.
前記送受信系は、前記多周波送信機に代えて、パルスヒット方向FFTの点数分だけ同一周波数にて送信した後、送信周波数をステップさせる同一周波数送信型多周波送信機を有し、
前記目標検出処理系は、前記目標検出手段に代えて、前記同一周波数送信型多周波送信手段の送信方法を考慮して、目標の距離と速度を検出する同一周波数送信型目標検出手段を有し、
前記超分解能処理系は、前記ドップラー補正手段に代えて、前記同一周波数送信型多周波送信手段の送信方法を考慮してドップラー補正を行う同一周波数送信型ドップラー補正手段を有する
ことを特徴とするレーダ装置。 The radar device according to any one of claims 5 to 7,
The transmission / reception system, instead of the multi-frequency transmitter, has the same frequency transmission type multi-frequency transmitter that transmits the same frequency as the number of points of the pulse hit direction FFT and then steps the transmission frequency,
The target detection processing system has the same frequency transmission type target detection means for detecting the target distance and speed in consideration of the transmission method of the same frequency transmission type multi-frequency transmission means instead of the target detection means. ,
The super-resolution processing system includes a same-frequency transmission type Doppler correction unit that performs Doppler correction in consideration of the transmission method of the same-frequency transmission type multi-frequency transmission unit instead of the Doppler correction unit. apparatus.
前記送受信系は、同一周波数送信型多周波送信機に代えて、パルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数にて送信した後、送信周波数をランダムにステップさせる同一周波数送信型送信順序ランダム型多周波送信機を有し、
前記超分解能処理系は、前記位相回転を補正した後に、送信周波数の小さい方から大きい方に受信信号を並べ替えるソート手段を有する
ことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 13, wherein
Instead of the same frequency transmission type multi-frequency transmitter, the transmission / reception system transmits at the same frequency as the number of FFT hit points in the pulse hit direction, and then the transmission frequency is randomly stepped. Have a machine,
The super-resolution processing system includes sorting means for rearranging received signals from a smaller transmission frequency to a larger transmission frequency after correcting the phase rotation.
前記送受信系は、同一周波数送信型多周波送信機に代えて、パルスヒット方向FFT点数分だけ同一周波数にて符号変調の施されたパルスを送信した後、送信周波数をステップさせる同一周波数送信型符号変調型多周波送信機を有し、
前記目標検出処理系は、前記A/D変換器により生成された前記ディジタル信号において、符号変調されたパルスを圧縮するパルス圧縮手段を有する
ことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 13, wherein
The transmission / reception system, instead of the same frequency transmission type multi-frequency transmitter, transmits a pulse subjected to code modulation at the same frequency for the number of FFT hit points in the pulse hit direction, and then the same frequency transmission type code for stepping the transmission frequency A modulation type multi-frequency transmitter,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the target detection processing system includes pulse compression means for compressing a code-modulated pulse in the digital signal generated by the A / D converter.
前記目標検出処理系は、前記同一周波数送信型目標検出手段の代わりに、同一周波数送信型多周波送信手段の送信方法を考慮して、前記パルス圧縮手段における処理の過程で推定される粗精度ドップラー推定値より速度アンビギュイティ探索範囲を設定する粗精度ドップラー推定値考慮型同一周波数送信型目標検出手段を有することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 15, wherein
The target detection processing system takes coarse transmission Doppler estimated in the process of the pulse compression means in consideration of the transmission method of the same frequency transmission type multi-frequency transmission means instead of the same frequency transmission type target detection means. A radar apparatus comprising: a coarse-precision Doppler estimated value-considered single-frequency transmission type target detection means for setting a velocity ambiguity search range from an estimated value.
前記目標検出処理系は、前記同一周波数送信型目標検出手段に代えて、同一周波数送信型多周波送信手段の送信方法を考慮して、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同一周波数送信型目標検出手段を有することを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 13, wherein
The target detection processing system outputs an average value of speed estimated values calculated at each transmission frequency in consideration of the transmission method of the same frequency transmission type multi-frequency transmission means instead of the same frequency transmission type target detection means. A radar apparatus comprising speed average value output type same frequency transmission type target detection means.
前記目標検出処理系は、
前記パルスヒット方向FFTに代えて、同一周波数送信型多周波送信手段の送信方法を考慮して、高精度にドップラー周波数を推定する高精度パルスヒット方向FFTを有ことを特徴とするレーダ装置。 The radar apparatus according to claim 13, wherein
The target detection processing system is
A radar apparatus having a high-accuracy pulse hit direction FFT that estimates the Doppler frequency with high accuracy in consideration of the transmission method of the same frequency transmission type multi-frequency transmission means instead of the pulse hit direction FFT.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2021170133A1 (en) * | 2020-02-28 | 2021-09-02 | 加特兰微电子科技(上海)有限公司 | Method for improving target detection accuracy, integrated circuit, radio device and electronic device |
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2009
- 2009-06-02 JP JP2009133310A patent/JP2010281605A/en active Pending
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