JP2011257158A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる位置で反射されたレーダ波の合成波を受信した場合に、その合成波を各反射点を認識できる程度に分離し、各反射点までの距離を算出することができるレーダ装置の提供。
【解決手段】物標との距離を検出するレーダ装置であって、レーダ波を送信する送信手段と、上記レーダ波が物標で反射されたときの反射波を受信する受信手段と、上記受信手段で受信された反射波をウェーブレット解析することにより、反射波受信時刻と受信した反射波のエネルギーとの関係を表す波形を求める解析手段と、上記解析手段で求めた波形のエネルギーピーク部に対応する反射波受信時刻に基づいて物標との距離を求める距離算出手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はレーダ装置に関し、より詳しくは、異なる位置で反射されたレーダ波の合成波を受信した場合に、その合成波を各反射点を認識できる程度に分離し、各反射点までの距離を算出することができるレーダ装置に関する。

従来、レーダ信号処理装置において、受信信号の処理を行うウェーブレット変換器を備えたものが提案されている（特許文献１参照）。特許文献１に記載のレーダ信号処理装置は、ビート信号をウェーブレット変換して周波数スペクトルを得るウェーブレット変換器と、ウェーブレット変換器により得られた周波数スペクトルのピーク周波数から距離および速度を演算する演算手段とを備えている。このレーダ信号処理装置は、ウェーブレット変換器により周波数スペクトルを得ているため、低周波数域になる程、周波数分解能が高くなる。よって、検知対象物体が近距離に存在する場合、高速フーリエ変換器（ＦＦＴ）で信号処理する場合に比べて、高精度で検知対象物体までの距離を検知することができる。

しかしながら、特許文献１に記載のレーダ信号処理装置には、以下の課題が存在した。
すなわち、このレーダ信号処理装置は、近距離に存在する検知対象物体を精度良く検出するための装置であり、異なる位置で反射された反射波の合成波を受信した場合に、その合成波を各反射点（各反射位置）を認識できる程度に分離するための装置ではない。このため、異なる位置でレーダ波が反射され、各反射波の合成波を受信した場合、このレーダ信号処理装置は、合成波を各反射点を認識できる程度に分離することができず、各反射点（各反射位置）までの距離を算出することができない。なお、このレーダ信号処理装置では、ウェーブレット変換の結果として、横軸が周波数、縦軸が振幅を表す周波数スペクトル特性を得ている（特許文献１の図２参照）。

特開２００２−９８７５２号公報

本発明は、このような実情に鑑みてなされたもので、複数の位置で反射されたレーダ波の合成波を受信した場合に、その合成波を各反射点を認識できる程度に分離し、各反射位置（各反射点）までの距離を算出することができるレーダ装置に関する。

第１の発明は、
物標との距離を検出するレーダ装置であって、
レーダ波を送信する送信手段と、
上記レーダ波が物標で反射されたときの反射波を受信する受信手段と、
上記受信手段で受信された反射波をウェーブレット解析することにより、反射波受信時刻と受信した反射波のエネルギーとの関係を表す波形を求める解析手段と、
上記解析手段で求めた波形のエネルギーピーク部に対応する反射波受信時刻に基づいて物標との距離を求める距離算出手段と、を備えたレーダ装置である。

第１の発明によれば、解析手段は、受信手段で受信された反射波をウェーブレット解析することにより、反射波受信時刻と受信した反射波のエネルギーとの関係を表す波形を求める。距離算出手段は、解析手段で求められた波形のエネルギーピーク部に対応する反射波受信時刻に基づいて物標との距離を求める。よって、第１の発明によれば、ウェーブレット解析により複数のエネルギーピーク部が得られた場合は、各エネルギーピーク部に対応する反射波受信時刻に基づいて各反射点までの距離を個々に算出することができる。従って、第１の発明によれば、異なる位置で反射されたレーダ波（反射波）の合成波を受信した場合に、その合成波を各反射点（各反射位置）を認識できる程度に分離し、各反射点までの距離を算出することができる。

第２の発明は、第１の発明において、
上記前記解析手段は、前記ウェーブレット解析に用いられる基底関数の種類および当該基底関数における次数のうち少なくともいずれか一方を変化させることにより、距離分解能を制御可能に構成されていることを特徴とする。

第２の発明によれば、ウェーブレット解析に用いられる基底関数の種類および当該基底関数における次数のうち少なくともいずれか一方を変化させることにより、レーダ装置の距離分解能を制御することができる。つまり、基底関数および当該基底関数における次数のうち少なくともいずれか一方を変化させることにより、検知される反射点の数を制御することができる。よって、第２の発明によれば、必要とされる距離分解能に応じて基底関数の種類や次数を設定することにより、距離分解能を調節することができる。

本発明によれば、複数の位置で反射されたレーダ波の合成波を受信した場合に、その合成波を各反射点を認識できる程度に分離し、各反射点までの距離を算出することができる。

本発明に係るレーダ装置の機能的構成を示すブロック図 本発明に係るレーダ装置から送信されるレーダ波の一例を示す図 図１に示されるレーダ波が異なる位置で反射され、各反射波の合成波を本発明に係るレーダ装置が受信する場合のその合成波を示す図 本発明に係るレーダ装置が合成波を受信し、その合成波をウェーブレット解析したときの解析結果を示す図（Ｐａｕｌ基底関数、次数：６） 本発明に係るレーダ装置が合成波を受信し、その合成波をウェーブレット解析したときの解析結果を示す図（Ｐａｕｌ基底関数、次数：１０） 本発明に係るレーダ装置が合成波を受信し、その合成波をウェーブレット解析したときの解析結果を示す図（Ｍｏｒｌｅｔ基底関数、次数：６）

（実施形態）
以下、本発明に係るレーダ装置について、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に係るレーダ装置の機能的構成を示すブロック図である。

本発明に係るレーダ装置１は、物標との距離等を検出するレーダ装置である。
レーダ装置１は、送信信号生成部２と、送信部３と、受信部４と、受信信号処理部５とを備えている。レーダ装置１は、例えば、パルスレーダ装置である。

送信信号生成部２は、物標（ターゲット）に向けて送信されるレーダ波１１を生成する。送信されるレーダ波１１は、例えば、図２に例示されるようなアナログのパルス波である。

送信部３は、送信信号生成部２で生成されたレーダ波１１を所定の周波数に変調して送信する。送信部３は、特許請求の範囲における送信手段に相当する。

受信部４は、送信部３から送信されたレーダ波（送信波）１１が物標で反射されたときの反射波１２を受信し、復調する。受信部４は、特許請求の範囲における受信手段に相当する。

受信信号処理部５は、受信部４で受信された反射波１２を信号処理する。受信信号処理部５は、図１に示されるように、信号増幅部６と、ウェーブレット解析部７と、ウェーブレット制御部８と、距離算出部９とを含む。

信号増幅部６は、受信部４で受信された反射波１２を増幅する。なお、レーダ装置１の検知領域内に、複数個の物標１０が存在する場合、および、物標１０が大きいために１個の物標１０の表面に複数個の反射点が生じる場合には、異なる反射点で反射されたレーダ波（反射波）が合成された状態で受信部４により受信される。図３は、その合成された反射波１２を示す図である。図３において、横軸は反射波受信時刻を示し、縦軸は受信した反射波の電圧を示している。

図１に戻って、ウェーブレット解析部７は、信号増幅部６で増幅された反射波１２をウェーブレット解析（ウェーブレット変換）する。ウェーブレット解析部７は、反射波１２をウェーブレット解析することにより、反射波受信時刻と受信した反射波１２のエネルギーとの関係を表す波形を求める（図４〜６参照）。

ウェーブレット解析の定義は、以下の式で表すことができる。

ウェーブレット解析部７で用いられる基底関数の種類および当該基底関数における次数は、特に限定されるものではないが、基底関数としては、例えば、Ｐａｕｌ基底関数、Ｍｏｒｌｅｔ基底関数、Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｏｆ Ｇａｕｓｓｉａｎ基底関数が用いられる。また、基底関数における次数としては、様々な値をとることができる。Ｐａｕｌ基底関数では、次数として、例えば４〜４０の値をとることができる。Ｍｏｒｌｅｔ基底関数では、次数として、例えば６〜１００の値をとることができる。また、Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｏｆ Ｇａｕｓｓｉａｎ基底関数では、次数として、例えば２〜８０の値をとることができる。

Ｐａｕｌ基底関数の定義は、以下の式で表すことができる。ｍは次数である。

Ｍｏｒｌｅｔ基底関数の定義は、以下の式で表すことができる。ｍは次数である。

Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ ｏｆ Ｇａｕｓｓｉａｎ基底関数の定義は、以下の式で表すことができる。ｍは次数である。

ウェーブレット制御部８は、ウェーブレット解析に用いられる基底関数の種類および当該基底関数における次数のうち少なくともいずれか一方を必要に応じて変化させる。この変化により、後述のようにレーダ装置１の距離分解能の制御が可能となる。ウェーブレット解析部７とウェーブレット制御部８は、特許請求の範囲における解析手段に相当する。

距離算出部９は、ウェーブレット解析部７で求められた波形のエネルギーピーク部（図４〜６における符号１３〜１５参照）に対応する反射波受信時刻に基づいて、物標１０との距離を算出する。具体的には、レーダ波送信時刻からエネルギーピーク部１３，１４，１５に対応する反射波受信時刻までの経過時間をＴとし、レーダ波伝播速度をＣとし、物標との距離をＳとした場合、Ｓ＝Ｃ・Ｔ／２として距離Ｓを算出することができる。

次に、基底関数と次数を変化させることにより距離分解能の制御が可能となることを示す。

まず、基底関数としてＰａｕｌ基底関数を用い、次数を６に設定してウェーブレット解析する場合を想定する。
レーダ装置１が図３に示される合成波を受信し、この合成波をウェーブレット解析した場合、図４に示される解析結果が得られる。図４は、レーダ装置１が合成波を受信し、その合成波をウェーブレット解析したときの解析結果を示す図（Ｐａｕｌ基底関数、次数：６）である。なお、図３において、横軸は反射波受信時刻（ナノ秒）、縦軸は反射波の受信電圧（ボルト）を示している。また、図４において、横軸は反射波受信時刻（ナノ秒）、縦軸は受信した反射波のエネルギーを示している。

ウェーブレット解析前の合成波は、図３に示されるように、非常に複雑な波形となっており、この波からは反射点の位置を特定することができない。
一方、図３に示される波形をウェーブレット解析すると、図４に示されるような、きれいな波形が現れる。この波形は、複数のエネルギーピーク部１３を有している。エネルギーピーク部１３に対応する反射波受信時刻は、レーダ装置１からレーダ波１１が送信された時刻から、レーダ波１１が物標１０の反射点で反射されレーダ装置１まで戻ってくるまでの時間を表している。図４に示される例では、６つのエネルギーピーク部１３が現れており、これら６つのエネルギーピーク部１３に対応する反射波受信時刻から６つの反射点を特定し、各反射点までの距離を求めることができる。図４に示される例では、比較的多くの反射点が現れていることから、高い距離分解能を得ることができる。高い距離分解能は、例えば、レーダ装置１を搭載した車両が交差点付近を走行しているときに、先行車両と歩行者を含む多数の物標１０を認識する場合に有効である。

次に、基底関数としてＰａｕｌ基底関数を用い、次数を１０に設定してウェーブレット解析する場合を想定する。
レーダ装置１が図３に示される合成波を受信し、この合成波をウェーブレット解析した場合、図５に示される解析結果が得られる。図５は、レーダ装置１が合成波を受信し、その合成波をウェーブレット解析したときの解析結果を示す図（Ｐａｕｌ基底関数、次数：１０）である。なお、図５において、横軸は反射波受信時刻（ナノ秒）、縦軸は受信した反射波のエネルギーを示している。

図３に示される波形をウェーブレット解析すると、図５に示されるような、きれいな波形が現れる。この波形は、複数のエネルギーピーク部１４を有している。エネルギーピーク部１４に対応する反射波受信時刻は、レーダ装置１からレーダ波１１が送信された時刻から、レーダ波１１が物標１０の反射点で反射されレーダ装置１まで戻ってくるまでの時間を表している。図５に示される例では、５つのエネルギーピーク部１４が現れており、これら５つのエネルギーピーク部１４に対応する反射波受信時刻から５つの反射点を特定し、各反射点までの距離を求めることができる。図５に示される例では、比較的多くの反射点が現れていることから、高い距離分解能を得ることができる。

次に、基底関数としてＭｏｒｌｅｔ基底関数を用い、次数を６に設定してウェーブレット解析する場合を想定する。
レーダ装置１が図３に示される合成波を受信し、この合成波をウェーブレット解析した場合、図６に示される解析結果が得られる。図６は、レーダ装置１が合成波を受信し、その合成波をウェーブレット解析したときの解析結果を示す図（Ｍｏｒｌｅｔ基底関数、次数：６）である。なお、図６において、横軸は反射波受信時刻（ナノ秒）、縦軸は受信した反射波のエネルギーを示している。

図３に示される波形をウェーブレット解析すると、図６に示されるような、きれいな波形が現れる。この波形は、複数のエネルギーピーク部１５を有している。エネルギーピーク部１５に対応する反射波受信時刻は、レーダ装置１からレーダ波１１が送信された時刻から、レーダ波１１が物標１０の反射点で反射されレーダ装置１まで戻ってくるまでの時間を表している。図６に示される例では、２つのエネルギーピーク部１５が現れており、これら２つのエネルギーピーク部１５に対応する反射波受信時刻から２つの反射点を特定し、各反射点までの距離を求めることができる。図６に示される例では、比較的少ない反射点が現れていることから、低い距離分解能を得ることができる。低い距離分解能は、例えば、レーダ装置１を搭載した車両が高速道路を走行しているときに、先行車両を含む少ない物標を認識する場合に有効である。少ない物標を認識すれば足りる場合に、高い距離分解能を得る設定にしておくと、例えば、１台の先行車両のバンパー、ホイールハウス、ドアミラー等をそれぞれ反射点として認識してしまい、各反射点に先行車両が存在すると誤認識してしまう可能性がある。

従って、レーダ装置１を車両に搭載する場合には、車両の走行状況に応じてウェーブレット制御部８が基底関数および次数を適切に設定することにより、レーダ装置１は当該車両の周囲に存在する物標（先行車両および歩行者等）の数および位置を正確に認識することができる。

上述のように、本実施形態によれば、ウェーブレット解析部７は、受信部４で受信された反射波１２をウェーブレット解析することにより、反射波受信時刻と受信した反射波のエネルギーとの関係を表す波形を求める。距離算出部９は、ウェーブレット解析部７で求められた波形のエネルギーピーク部１３（１４，１５）に対応する反射波受信時刻に基づいて物標１０との距離を求める。よって、本実施形態によれば、ウェーブレット解析により複数のエネルギーピーク部１３（１４，１５）が得られた場合は、各エネルギーピーク部１３（１４，１５）に対応する反射波受信時刻に基づいて各反射点までの距離を個々に算出することができる。従って、本実施形態によれば、異なる位置で反射されたレーダ波（反射波）１２の合成波を受信した場合に、その合成波を各反射点（各反射位置）を認識できる程度に分離し、各反射点までの距離を算出することができる。

また、本実施形態によれば、ウェーブレット解析に用いられる基底関数の種類および当該基底関数における次数のうち少なくともいずれか一方を変化させることにより、レーダ装置１の距離分解能を制御することができる。つまり、基底関数および当該基底関数における次数のうち少なくともいずれか一方を変化させることにより、検知される反射点の数を制御することができる。よって、本実施形態によれば、必要とされる距離分解能に応じて基底関数の種類や次数を設定することにより、距離分解能を調節することができる。

本発明は、異なる位置で反射されたレーダ波の合成波を受信した場合に、その合成波を各反射点を認識できる程度に分離し、各反射点までの距離を算出することができるレーダ装置等として利用可能であり、例えば車載レーダ装置等として利用することができる。

１ レーダ装置
２ 送信信号生成部
３ 送信部
４ 受信部
５ 受信信号処理部
６ 信号増幅部
７ ウェーブレット解析部
８ ウェーブレット制御部
９ 距離算出部
１０ 物標（ターゲット）
１１ 送信波（レーダ波）
１２ 反射波（レーダ波）
１３，１４，１５ エネルギーピーク部

Claims (2)

1. 物標との距離を検出するレーダ装置であって、
   レーダ波を送信する送信手段と、
   前記レーダ波が物標で反射されたときの反射波を受信する受信手段と、
   前記受信手段で受信された反射波をウェーブレット解析することにより、反射波受信時刻と受信した反射波のエネルギーとの関係を表す波形を求める解析手段と、
   前記解析手段で求めた波形のエネルギーピーク部に対応する反射波受信時刻に基づいて物標との距離を求める距離算出手段と、を備えたレーダ装置。
2. 前記解析手段は、前記ウェーブレット解析に用いられる基底関数の種類および当該基底関数における次数のうち少なくともいずれか一方を変化させることにより、距離分解能を制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。

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