JP2013068433A - 探知測距装置および探知測距方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】探知測距装置は、互いに異なるキャリア周波数を有するM個のプローブ信号を生成する信号生成回路と、M個のプローブ信号を送信するM個の送信素子と、ターゲットからのエコー信号を受信するN個の受信素子と、N個の受信素子のそれぞれに対して設けられ、M個のプローブ信号の中の少なくとも1つを用いて、各々の受信素子で受信されたエコー信号を復調することによって復調エコー信号を生成し、復調エコー信号を周波数領域でフィルタリングしてM個のプローブ信号に対応するM組のデータ信号を生成するN個の復調回路と、N個の復調回路によって生成されるM×N組のデータ信号に基づいてターゲットを探知する信号処理部と、を有する。
【選択図】図1
Description
図1は、第1の実施形態に係る探知測距装置(探知測距装置1と呼ぶ)の構成を示す。探知測距装置1は信号生成回路10、送信アンテナ:AT1〜AT2(即ち、M=2)、受信アンテナ:AR1〜ARN、復調回路20−1〜20−N、信号処理部30、及びCPU41を有する。以降、装置の動作を簡潔に説明する為、CPU41は探知測距装置1の動作の制御を、信号処理部30は探知測距処理をそれぞれ分担するものとし、CPU41の動作については説明を省略する。
この場合、例えば、ドップラー周波数を考慮したキャリア間周波数差に対して、LPFのカットオフ周波数を適切に決定すれば、(11)式の右辺の第2項は十分に小さくなる。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る探知測距装置(探知測距装置2と呼ぶ)の構成図である。探知測距装置2は、信号生成回路10、送信アンテナ:AT1、AT2、受信アンテナ:AR1〜ARN、復調回路50−1〜50−N、信号処理部30、CPU41を有する。ここで、信号生成回路10、AT1、AT2、AR1〜ARN、信号処理部30、及びCPU41は、実質的に第1の実施形態と同じである。ただし、復調回路50−1〜50−Nの構成および動作は、第1の実施形態に於ける復調回路20−1〜20−Nとは異なっている。
図7は、第3の実施形態に係る探知測距装置の構成である(探知測距装置3と呼ぶ)。第3の実施形態の探知測距装置3は信号生成回路60、送信アンテナ:AT1、AT2、受信アンテナ:AR1〜ARN、復調回路20−1〜20−N、信号処理部30、およびCPU41を有する。図7に於いて、アンテナ:AT1〜AT2、AR1〜ARN、信号処理部30、CPU41は、実質的に第1の実施形態と同じである。但し、信号生成回路60の構成および動作が、第1の実施形態の信号生成回路10と異なっている。即ち、信号生成回路60はBB−OSC62−1、62−2、及び遅延素子63−1、63−2を有し、遅延素子63−1、63−2の出力が、RF−VCO13−1、13−2に入力される。
第1〜第3の実施形態においては、探知測距装置は2つの送信アンテナを有している。しかし、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、探知測距装置は、3以上の送信アンテナを有するようにしてもよい。
第5の実施形態においては、各プローブ信号のキャリア周波数(或いは、中心周波数)は、時間に対して常に一定でなく、それぞれ割り当てられたあるタイムスロット(幅は、スロット毎に任意で良い)毎に変化する。ここで、各プローブ信号のキャリア周波数は、例えば、図1の構成においては、RF−VCO13−1、13−2に印加される基準電圧:Vref1、Vref2に応じて制御される。即ち、Vref1、Vref2を先述のタイムスロットに沿って変化させれば、キャリア周波数が時間変化するプローブ信号:P1、P2が生成される。この場合、信号生成回路10は、例えば、不図示の基準電圧制御回路を有するようにしてもよい。或いは、CPU41からの指示に応じて各基準電圧を生成してもよい。
探知測距装置は、探知範囲内に存在する複数のターゲットのそれぞれについて、探知測距装置からターゲットまでの距離、ターゲットの相対速度、ターゲットが存在する方向を推定する。ここで、探知するターゲットの個数が増えると、特に、信号処理部30による方向推定(すなわち、角度情報の推定)のための演算量が多くなる。このため、例えば、信号処理部30の能力が高くないときには、すべてのターゲットについてリアルタイムで角度情報の推定を行うことが困難な場合がある。
ターゲットの存在方向は、(14)式で定義される角度行列(または、アジマス行列)によって記述される。ところが、この角度行列を構成する要素φは(4)式に示されるが如く、プローブ信号のキャリア周波数((4)式では、波長で表記されている)に依存している。換言すれば、プローブ信号間でキャリア周波数の差が大きい場合、プローブ信号ごとに異なる角度行列が生成される。
Dk=|θk1-θk2|2
距離Dは、その値が小さいほどP1、P2による推定の整合性が高い事を意味するので、信号処理部30では、例えば、各ターゲットについて得られたDkの平均または最小値を求め、この値をもって被推定角度の信頼性を評価することができる。
(付記1)
互いに異なるキャリア周波数を有するM個のプローブ信号を生成する信号生成回路と、
前記M個のプローブ信号を送信するM個の送信素子と、
ターゲットからのエコー信号を受信するN個の受信素子と、
前記N個の受信素子のそれぞれに対して設けられ、前記M個のプローブ信号の中の少なくとも1つを用いて、各々の受信素子で受信されたエコー信号を復調することによって復調エコー信号を生成し、前記復調エコー信号を周波数領域でフィルタリングして前記M個のプローブ信号に対応するM組のデータ信号を生成するN個の復調回路と、
前記N個の復調回路によって生成されるM×N組のデータ信号に基づいてターゲットを探知する信号処理部と、
を有する探知測距装置。
(付記2)
各復調回路は、
前記各復調回路に対応する受信素子で受信されたエコー信号を分岐してM組のエコー信号を生成する分岐器と、
前記分岐器からの出力である前記M組のエコー信号と、互いに異なるキャリア周波数を持つ前記プローブ信号とを掛け合わせてM組の復調エコー信号を生成するM個のミキサと、
前記M個のミキサの出力であるM組の復調エコー信号からそれぞれ対応する周波数成分を抽出することで、前記M組のデータ信号を生成するフィルタ回路と、を有する
ことを特徴とする付記1に記載の探知測距装置。
(付記3)
前記フィルタ回路は前記M個の復調エコー信号から、それぞれの対応する周波数成分を抽出するM個のローパスフィルタを有する
ことを特徴とする付記2に記載の探知測距装置。
(付記4)
各復調回路は、
前記各復調回路に対応する受信素子で受信されたエコー信号と、前記M個のプローブ信号の中の第1のプローブ信号とを掛け合わせることで復調エコー信号を生成する第1のミキサと、
前記第1のミキサの出力である復調エコー信号を分岐してM組の復調エコー信号を生成する分岐器と、
前記M組の復調エコー信号の中の1つから対応する周波数成分を抽出することにより前記第1のプローブ信号に対応するデータ信号を生成するローパスフィルタと、
前記M個の復調エコー信号の中の他の復調エコー信号から、それぞれ対応する周波数成分を抽出する1または複数のバンドパスフィルタと、
前記1または複数のバンドパスフィルタにより抽出される各周波数成分に、前記第1のプローブ信号と他の対応するプローブ信号との差分周波数を持つサブキャリア信号とをそれぞれ掛け合わせることで、前記第1のプローブ信号以外の1または複数のプローブ信号に対応する1または複数のデータ信号を生成する第2のミキサと、を有する
ことを特徴とする付記1に記載の探知測距装置。
(付記5)
前記信号生成回路は、
変調入力信号を生成する変調入力信号生成器と、
互いに異なる周波数で発振するM個の発振器と、を有し、
前記変調入力信号を前記M個の発振器に与えることにより、前記M個のプローブ信号を生成する
ことを特徴とする付記1に記載の探知測距装置。
(付記6)
前記変調入力信号生成器は、互いに位相、振幅、周期の少なくとも1つが異なるM個の変調入力信号を生成し、
前記M個の変調入力信号は、それぞれ対応する発振器に与えられる
ことを特徴とする付記5に記載の探知測距装置。
(付記7)
前記変調入力信号生成器は、互いに振幅、或いは周期の異なるM個の変調入力信号を生成し、
前記M個の変調入力信号は、それぞれ対応する発振器に与えられる
ことを特徴とする付記5に記載の探知測距装置。
(付記8)
前記M個の発振器により生成されるM個のプローブ信号のキャリア周波数は、それぞれ時間に対して、或いは所定のタイムスロットを単位として変化する
ことを特徴とする付記5に記載の探知測距装置。
(付記9)
前記復調回路は、各ミキサにより生成される各復調エコー信号からそれぞれ第1の周波数成分〜第Mの周波数成分を抽出することで第1のデータ信号〜第Mのデータ信号を生成し、
前記信号処理部は、前記復調回路により生成されるM×N組の第1のデータ信号に基づいて各ターゲットが存在する第1の角度を推定し、前記復調回路により生成されるM×N組の第m(m=2〜M)のデータ信号に基づいて、各ターゲットが存在する第mの角度を推定する
ことを特徴とする付記2に記載の探知測距装置。
(付記10)
互いに異なるキャリア周波数を有する第1〜第Mのプローブ信号を生成する信号生成回路と、
前記第1〜第Mのプローブ信号をそれぞれ送信する第1〜第Mの送信素子と、
ターゲットからのエコー信号を受信する複数の受信素子と、
前記複数の受信素子のそれぞれに対して設けられ、前記第1〜第Mのプローブ信号のうちの少なくとも1つを用いて、各々の受信素子で受信されたエコー信号を復調することによって復調エコー信号を生成し、更に前記復調エコー信号を周波数領域でフィルタリングして前記第1〜第Mのプローブ信号に対応する第1〜第Mのデータ信号を生成する複数の復調回路と、
前記複数の復調回路によって生成される複数の第1のデータ信号に基づいて前記各ターゲットについて第1の角度推定を行うと共に、前記複数の復調回路により生成される複数の第m(m=2〜M)のデータ信号に基づいて前記各ターゲットについて第2の角度推定を行い、前記第1の角度推定の結果および前記第mの角度推定の結果を利用して、各ターゲットについて推定された角度の信頼性を算出する信号処理部と、
を有する探知測距装置。
(付記11)
互いに異なるキャリア周波数を有するM個のプローブ信号を生成し、
M個の送信素子を利用して前記M個のプローブ信号を送信し、
N個の受信素子を利用してターゲットからのエコー信号を受信し、
各受信素子で受信される各エコー信号を、前記M個のプローブ信号の中の少なくとも1つを用いて復調することによって復調エコー信号を生成し、前記復調エコー信号を周波数領域でフィルタリングして前記M個のプローブ信号に対応するM組のデータ信号を生成し、
M×N組のデータ信号に基づいてターゲットを探知する、
ことを特徴とする探知測距方法。
10 信号生成回路
11 変調入力信号生成器(回路)
13−1、13−2 電圧制御発振器(RF−VCO)
20−1〜20−N 復調回路
21 分岐器
22−1、22−2 ミキサ
23−1、23−2 ローパスフィルタ(LPF)
30 信号処理部
50−1〜50−N 復調回路
51、54 ミキサ
53−1 ローパスフィルタ(LPF)
53−2 バンドパスフィルタ(BPF)
55 サブキャリア生成器
60 信号生成回路
61 変調入力信号生成回路
62−1、62−2 変調入力信号生成器
63−1 63−2 遅延素子
70 信号生成回路
80−1〜80−N 復調回路
91−1、91−2 ローパスフィルタ(LPF)
92−1、92−2 バンドパスフィルタ(BPF)
Claims (6)
- 互いに異なるキャリア周波数を有するM個のプローブ信号を生成する信号生成回路と、
前記M個のプローブ信号を送信するM個の送信素子と、
ターゲットからのエコー信号を受信するN個の受信素子と、
前記N個の受信素子のそれぞれに対して設けられ、前記M個のプローブ信号の中の少なくとも1つを用いて、各々の受信素子で受信されたエコー信号を復調することによって復調エコー信号を生成し、前記復調エコー信号を周波数領域でフィルタリングして前記M個のプローブ信号に対応するM組のデータ信号を生成するN個の復調回路と、
前記N個の復調回路によって生成されるM×N組のデータ信号に基づいてターゲットを探知する信号処理部と、
を有する探知測距装置。 - 各復調回路は、
前記各復調回路に対応する受信素子で受信されたエコー信号を分岐してM組のエコー信号を生成する分岐器と、
前記分岐器からの出力である前記M組のエコー信号と、互いに異なるキャリア周波数を持つ前記プローブ信号とを掛け合わせてM組の復調エコー信号を生成するM個のミキサと、
前記M個のミキサの出力であるM組の復調エコー信号からそれぞれ対応する周波数成分を抽出することで、前記M組のデータ信号を生成するフィルタ回路と、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の探知測距装置。 - 各復調回路は、
前記各復調回路に対応する受信素子で受信されたエコー信号と、前記M個のプローブ信号の中の第1のプローブ信号とを掛け合わせることで復調エコー信号を生成する第1のミキサと、
前記第1のミキサの出力である復調エコー信号を分岐してM組の復調エコー信号を生成する分岐器と、
前記M組の復調エコー信号の中の1つから対応する周波数成分を抽出することにより前記第1のプローブ信号に対応するデータ信号を生成するローパスフィルタと、
前記M個の復調エコー信号の中の他の復調エコー信号から、それぞれ対応する周波数成分を抽出する1または複数のバンドパスフィルタと、
前記1または複数のバンドパスフィルタにより抽出される各周波数成分に、前記第1のプローブ信号と他の対応するプローブ信号との差分周波数を持つサブキャリア信号とをそれぞれ掛け合わせることで、前記第1のプローブ信号以外の1または複数のプローブ信号に対応する1または複数のデータ信号を生成する第2のミキサと、を有する
ことを特徴とする請求項1に記載の探知測距装置。 - 前記信号生成回路は、
変調入力信号を生成する変調入力信号生成器と、
互いに異なる周波数で発振するM個の発振器と、を有し、
前記変調入力信号を前記M個の発振器に与えることにより、前記M個のプローブ信号を生成する
ことを特徴とする請求項1に記載の探知測距装置。 - 前記変調入力信号生成器は、互いに位相、振幅、周期の少なくとも1つが異なるM個の変調入力信号を生成し、
前記M個の変調入力信号は、それぞれ対応する発振器に与えられる
ことを特徴とする請求項4に記載の探知測距装置。 - 互いに異なるキャリア周波数を有するM個のプローブ信号を生成し、
M個の送信素子を利用して前記M個のプローブ信号を送信し、
N個の受信素子を利用してターゲットからのエコー信号を受信し、
各受信素子で受信される各エコー信号を、前記M個のプローブ信号の中の少なくとも1つを用いて復調することによって復調エコー信号を生成し、前記復調エコー信号を周波数領域でフィルタリングして前記M個のプローブ信号に対応するM組のデータ信号を生成し、
M×N組のデータ信号に基づいてターゲットを探知する、
ことを特徴とする探知測距方法。
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