JP2014081259A - レーダ信号処理装置、レーダ信号処理方法、およびレーダ信号処理プログラム - Google Patents

レーダ信号処理装置、レーダ信号処理方法、およびレーダ信号処理プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】ターゲットの移動に伴って反射箇所の変化は発生しても、精度良くターゲットの移動速度を検出できるレーダ信号処理装置を提供する。
【解決手段】時系列位相データ生成部３は、ターゲットからの反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、注目レンジビンにおける時系列位相データを生成する。位相回転量時系列データ生成部４は、時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を計量して位相回転量時系列データを生成する。パターンマッチング部６は、生成された位相回転量時系列データと、距離および移動速度別に規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行う。速度検出部７は、パターンマッチングの結果に基づいて、ターゲットの移動速度を検出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、移動するターゲットに電波を照射し、反射した電波を検出することで、ターゲットの移動速度を検出するレーダ信号処理装置、レーダ信号処理方法、およびレーダ信号処理プログラムに関するものである。
従来、レーダを用いてターゲットの移動速度を検出する方法としては、ドップラー効果を利用するものがある。この方法は、移動中のターゲットへ送信（照射）した電波の周波数と、そのターゲットから反射して戻ってきた電波（以下、「反射波」という）の周波数との差（以下、「ドップラー周波数変化」という）に基づいて、ターゲットの移動速度を検出する方法である。
しかし、ドップラー効果を利用する方法は、ターゲットの移動方向に対して直交する方向（以下、「直交方向」という）から電波を照射すると、ドップラー周波数変化が発生しないため、ターゲットの移動速度を検出できない。
一方、直行方向から電波を照射してターゲットの移動速度を検出する方法としては、例えば特許文献１に開示されている技術（以下、「従来技術」という）がある。
図１は、従来技術の概要を説明する図である。図１Ａおよび図１Ｂに示すように、従来技術は、ターゲット２３の移動方向に対して平行に設置されたアレイアンテナを有するレーダを使用する。ターゲット２３は、図中の左から右へ等速で移動している。アレイアンテナを構成する各アンテナ素子（Ａｋｌ、Ａｋｍ、・・・）は、ターゲット２３の側面に対し、直行方向から電波を照射するとともに、その反射波を検出する。
図１Ａにおいて、点線２４は、時刻ｔ＝ｔ１のときの、ターゲット２３からの反射波の到来方向を示す。ｄｌｍは、アンテナ素子間の距離（間隔）を示す。時刻ｔ＝ｔ１において、距離Ｒ、角度θ１に存在するターゲット２３からの反射波は、各アンテナ素子で受信される。このとき、任意の二つのアンテナ素子、例えばＡｋｌとＡｋｍの間では、ｄｌｍｓｉｎθ１の電波の経路差が発生する。このため、二つのアンテナ素子間では、この経路差に応じた位相差を持った反射波が検出される。
同様に、図１Ｂにおいて、時刻ｔ＝ｔ２（ｔ２＞ｔ１）のとき、角度がθ２とすれば、ＡｋｌとＡｋｍの間には、ｄｌｍｓｉｎθ２の経路差に応じた位相差を持った反射波が検出される。
そして、従来技術は、二つのアンテナ素子間で検出される位相差の時間微分を計算することで、ターゲット２３の移動速度を求めることができる。
ターゲット２３の移動速度を求めるにあたり、従来技術は、時刻ｔ１とｔ２において、レーダから送信された電波がターゲット２３にて反射する箇所（以下、「反射箇所」という）が同じであることを前提としている。換言すれば、従来技術は、移動するターゲットにおいて、電波が常に同じ箇所で反射することを前提としている。
特許第２６１６３１８号公報
しかしながら、従来技術は、ターゲットの側方に対して電波を照射してその反射波を検出するため、ターゲットの移動に伴い、反射箇所が異なること（以下、「反射箇所の変化」という）が発生する。特に、レーダをターゲットの近くに配置する場合、反射箇所の変化は容易に発生する。このように、ターゲットの移動に伴って反射箇所の変化が発生した場合、従来技術は、精度良くターゲットの移動速度を検出することができない、という課題がある。
本発明の目的は、ターゲットの移動に伴って反射箇所の変化が発生しても、精度良くターゲットの移動速度を検出できるレーダ信号処理装置、レーダ信号処理方法、およびレーダ信号処理プログラムを提供する。
本発明の一態様に係るレーダ信号処理装置によれば、所定の軌道を移動するターゲットに対して送信された電波の反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビンにおける前記反射波の位相を時系列で示す時系列位相データを生成する時系列位相データ生成部と、前記時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を算出し、当該位相の回転量を示す位相回転量時系列データを生成する位相回転量時系列データ生成部と、前記位相回転量時系列データと、レーダから前記軌道までの距離および前記ターゲットの移動速度によって規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行うパターンマッチング部と、前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ターゲットの移動速度を検出する速度検出部と、を有する構成を採る。
本発明の一態様に係るレーダ信号処理方法によれば、所定の軌道を移動するターゲットに対して送信された電波の反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビンにおける前記反射波の位相を時系列で示す時系列位相データを生成するステップと、前記時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を算出し、当該位相の回転量を示す位相回転量時系列データを生成するステップと、前記位相回転量時系列データと、レーダから前記軌道までの距離および前記ターゲットの移動速度によって規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行うステップと、前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ターゲットの移動速度を検出するステップと、を有するようにした。
本発明の一態様に係るレーダ信号処理プログラムによれば、所定の軌道を移動するターゲットに対して送信された電波の反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビンにおける前記反射波の位相を時系列で示す時系列位相データを生成する処理と、前記時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を算出し、当該位相の回転量を示す位相回転量時系列データを生成する処理と、前記位相回転量時系列データと、レーダから前記軌道までの距離および前記ターゲットの移動速度によって規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行う処理と、前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ターゲットの移動速度を検出する処理と、をコンピュータに実行させるようにした。
本発明によれば、ターゲットの移動に伴って反射箇所の変化は発生しても、精度良くターゲットの移動速度を検出できる。
従来の移動速度検出方式の概要を説明する図 ターゲットからの反射波の位相の変化の様子を説明する図 レーダのアンテナを設置した様子を示す上面図と側面図 車両走行時の時系列位相データをプロットした図 反射点の変化が発生しなかった場合と、反射点の変化が発生した場合の時系列位相データを重ねて表示したグラフ 位相回転量時系列データを示す図 反射点の変化が発生している状況における時系列位相データ 本発明の実施の形態１におけるレーダ信号処理装置、およびその周辺の構成を示すブロック図 実施の形態１におけるレーダ信号処理装置の動作を示すフローチャート パターンマッチング処理の動作の詳細を示すフローチャート ターゲットの通過する距離に相当するレンジビンの位相回転量時系列データと、仮定速度別の位相回転量時系列データのテンプレートを示す図 本発明の実施の形態２におけるレーダ信号処理装置、およびその周辺の構成を示すブロック図 実施の形態２におけるレーダ信号処理装置の動作を示すフローチャート
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（原理）
まず、本発明の原理を説明する上で必要となる、レーダに関する基本的な内容について述べた上で、本発明が拠り所とする原理について説明する。
レーダは、一般的に、電波をターゲットに照射し、そのターゲットからの反射波を受信するまでの遅延時間を計測することで、ターゲットまでの距離を測定する装置である。Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換器を用いてデジタル処理をするレーダの場合、この遅延時間の計測の分解能は、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング速度に依存した離散値となる。そのため、距離の分解能も、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング速度に依存した離散値となる。この距離の分解能の単位は、一般的にレンジビンと呼ばれる。通常、レーダを用いて距離を計測する場合は、このレンジビン単位の距離計測となる。
一方で、前述した原理とは異なる原理を用いる方法によって、ターゲットまでの距離の変化を求めることができる。この方法では、レーダにより観測される反射波が受けているドップラー周波数変化、または、ドップラー周波数変化に起因する反射波の位相の変化を観測する。以下にその方法の原理を説明する。
今、レーダのアンテナに対するターゲットの相対速度をＶ、レーダの用いる電波の波長をλ、とすれば、観測されるドップラー周波数ｆｄは、一般的に以下の式（１）で与えられる。
Figure 2014081259
ここで、ドップラー周波数変化と位相の変化の関係を考える。ターゲットからの反射波の位相をφとして、ドップラー周波数に相当する角速度をωｄとすれば、式（１）より、以下の関係が得られる。なお、Δｔは測定の時間間隔、ΔφはΔｔ間に発生する位相の変化量である。
Figure 2014081259
式（２）の両辺にΔｔをかけると、以下の式（３）が得られる。ここで、ΔＸは、Δｔ間に発生する、ターゲットまでの距離の変化である。
Figure 2014081259
式（３）は、ターゲットまでの距離がλ／２変化すると、位相が１回転（２π変化）するということを示している。例えば、６０ＧＨｚを周波数として用いるレーダを用いた場合は、ターゲットまでの距離が２．５（ｍｍ)変化するたびに、反射波の位相が１回転する。ここで、６０ＧＨｚの１波長は５（ｍｍ）に近似している。本発明では、このターゲットまでの距離の変化と位相回転の関係を用いて、ターゲットの移動速度を求める。
以降、図２〜図８を用いて本発明の原理について説明する。
図２は、本発明において、直交方向からターゲットへ電波を照射してその反射波を受信することでターゲットの移動速度を検出する際の、ターゲットからの反射波の位相の変化の様子を説明する図である。
図２Ａに示すように、レーダのアンテナ３１からの距離がｄ(Ｏ−Ｏ’)である直線状の軌道３２上を、ターゲット３３が移動する場合について説明する。なお、ターゲット３３は、大きさを持たない点である例とする。図２Ａにおいて、３４は、アンテナ３１から軌道３２に下ろした垂線である。距離ｄは、この垂線３４の長さである。
短期間においては、ターゲット３３は軌道３２上を等速直線運動していると考えることができる。このときのターゲット３３の移動速度をＶとして、時間間隔Δｔでターゲット３３からの反射波の位相を観測する場合、ターゲット３３が観測される位置は、軌道３２上のＶΔｔ間隔の点の集合と考えることができる。ここで、時刻Ｔ＝Ｔｋにおけるターゲット３３の位置をＬｋとして、アンテナ３１からターゲット３３までの距離をＸｋ（ＯＬｋ）とすれば、三平方の定理により、Ｘｋを移動速度Ｖとｄの関数として一意に求めることができる。例として、図２Ｂは、ｄ＝２２（ｍ)、Ｖ＝７０（Ｋｍ／ｈ）とした場合の、距離Ｘの変化の様子を示す。図２Ｂにおいて、横軸はＸｋの添え字であるkに相当する。そして、図２Ｂに示すｋ＝１５００のときのターゲット３３の位置は、図２Ａ中のＯ’の位置である。
一方、式（３）より、ターゲット３３からの反射波の位相は、以下で与えられる。
Figure 2014081259
なお、式（４）において、φ０は初期位相であり、定数である。例として、レーダが使用する周波数が６０ＧＨｚ（λ≒５（ｍｍ））である場合、図２Ｂに示す距離Ｘの変化に応じたターゲット３３からの反射波の位相の変化は、図２Ｃに示すようになる。ただし、簡単のため、図２Ｃでは、φ０＝０としている。また、各位相は−３．１４（−π）から３．１４（π）の間の値で表記されている。以下、このような測定の時間間隔Δｔで観測した反射波の位相データ列を、「時系列位相データ」という。なお、−πやπ付近でターゲット３３からの反射波の位相の値が急激に変化しているように見えるが、これは、位相を−πからπの間で表記していることに起因するものであり、実際には位相が急激に変化しているわけではない。
図２Ｄは、ターゲット３３が図２Ｃと同じ区間を速度Ｖ＝８０（Ｋｍ／ｈ）で移動する場合に観測される時系列位相データを示す図である。図２Ｄにおいては、ターゲット３３が高速に移動しているため、図２Ｃの場合と比較して、単位時間当たりに発生する位相回転の変化が大きくなっている。このように時系列位相データは、ターゲット３３までの距離ｄとターゲット３３の移動速度Ｖの関数であり、ｄとＶに対して一意に定まる。一方、距離ｄは、例えば、各レンジビンに対して一意に定まる。従って、距離ｄに対して複数の移動速度Ｖを仮定して時系列位相データのテンプレートとして複数準備しておく。そして、実際に観測された時系列位相データと各テンプレートとの類似度（相関性）を算出し、最も類似度が高いテンプレートの生成に用いた移動速度Ｖを、ターゲットの移動速度の検出結果とすることができる。以上が、テンプレートとのパターンマッチングにより、ターゲットの側方からの反射波を基にターゲットの移動速度を検出する方法の基本原理である。
上記説明では、ターゲット３３を点として説明したが、実際の多くの場面においては、ターゲットは点ではなく大きさを持っていると考える必要がある。図３に示す例を用いて詳しく説明する。図３の例では、移動するターゲットの一例を、車両とする。図３Ａは、走行する車両４１の側面に対して電波を照射してその反射波を受信するように、レーダのアンテナ３１を設置した様子を示す上面図である。図３Ｂは、そのときの車両４１の側面を示す図である。なお、図３において、アンテナ３１から車両４１までの距離は数メートルであるとする。
ここで、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、レーダからの電波の照射範囲４２よりも車両４１が大きい場合を考える。一般的に、車両４１の表面には、ドアノブなどの突起物またはボディーの継ぎ目など、局所的に電波の反射が強くなる場所が複数ある。ここで、ある時刻において最も電波を強く反射する箇所（以下、反射点」という）が、図３Ａ中の反射点４３であったとする。その後、車両４１が前方（図中の左から右）に移動すると、車両４１における電波の照射範囲４２の位置が変化し、反射点が反射点４３から反射点４４に移動する事象が、容易に発生する。
図４は、実際に、図３に示すレーダの設置条件にて取得した、車両走行時の時系列位相データをプロットした図である。また、図４Ｂは、図４Ａの一部を拡大表示したものである。
図４Ｂにおいて、ターゲットからの反射波の位相は、基本的に単調増加している。しかしながら、楕円５１で囲った箇所のように、ターゲットからの反射波の位相が一旦減少したのち、再度増加するように変化している箇所がある。これは、前述したように車両の移動に伴って、レーダのアンテナから反射点までの距離が変化したことにより生じる現象の例を示しており、現実に反射点の変化が発生することを示している。
次に、反射点の変化が移動速度の検出に与える影響について説明する。図５Ａは、反射点の変化が発生しなかった場合の時系列位相データと、横軸２０００サンプル付近で反射点の変化が発生した場合の時系列位相データとを重ねて表示したグラフである。図５Ａに示す各時系列位相データは、例えば、図２Ａにおいて、距離ｄ＝２（ｍ）のときに、ターゲット３３が軌道３２上を、図中の左から右へ移動する際に観測されたデータである。なお、この場合のターゲット３３の移動範囲は、垂線３４（距離ｄで示す破線）と、アンテナ３１とターゲット３３とを結ぶ線（距離Ｘｋで示す破線）とで作る角度が、０度から１５度の範囲である。
図５Ａから分るように、反射点の変化が発生しなかった場合の時系列位相データと、反射点の変化が発生した場合の時系列位相データは、反射点の変化を境に重ならなくなっている。言い換えると、反射点の変化を境に、二つの時系列位相データの波形の類似度が損なわれてしまっているといえる。
この結果、反射点の変化が発生した場合の時系列位相データは、ターゲットの真の移動速度のテンプレートとの類似度が損なわれてしまい、精度よく移動速度を検出することができなくなる。そこで、本発明の発明者らは、反射点の変化が発生しても、波形の類似性が損なわれにくい特性を持つデータ列が必要であると考え、位相回転量時系列データを生成することを考案した。以下、位相回転量時系列データの生成方法を述べる。
位相回転量時系列データとは、時系列位相データを所定の時間長ごとに区切り、区切った各時間長内で発生する位相の回転量を計量したデータである。時系列位相データは、一定の時間間隔でサンプリングされている。よって、位相回転量時系列データは、換言すれば、時系列位相データを所定のサンプリング数（所定の時間長に相当。「区間」という）ごとに分割し、分割した各区間内で発生する位相回転量を計量したデータである。
具体的に例を示して説明する。時系列位相データTime_series_φが、以下の式（５）であったとする。
Figure 2014081259
ここで、仮に、所定の時間長に相当するサンプリング数を３とすれば、位相回転量時系列データTime_series_Δφは、以下の式（６）のように生成される。
Figure 2014081259
ここで、例として、時系列位相データから位相回転量時系列データの生成例について、図６を用いて説明する。図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、それぞれ、左側に、元となる時系列位相データを示し、右側に、生成された位相回転量時系列データを示している。図６に示す各時系列位相データは、図２Ａにおいて、距離ｄ＝２（ｍ）のときに、ターゲット３３が軌道３２上を、図中の左から右へ移動する際に観測されるデータである。なお、ターゲット３３の移動範囲は、上述した通り、垂線３４（距離ｄで示す破線）と、アンテナ３１とターゲット３３とを結ぶ線（距離Ｘｋで示す破線）とで作る角度が、０度から１５度の範囲である。また、図６に示す各位相回転量時系列データは、図６に示す各時系列位相データを５０サンプルずつ（レーダの位相取得のサンプリング周期は２５ｕｓであるので、１２５０ｕｓ）の区間に分けた上で、それぞれの区間内で発生した位相回転量を計量して生成したデータである。
図６Ａ〜Ｃは、ターゲットの移動速度のみが異なり、図６Ａは１０（Ｋｍ／ｈ）、図６Ｂは１５（Ｋｍ／ｈ）、図６Ｃは２０（Ｋｍ／ｈ）である。このようにターゲットの移動速度が異なることで、位相回転量時系列データの波形（主に傾き）が異なっていることが分かる。また、位相回転量時系列データも時系列位相データと同様に、ターゲットまでの距離とターゲットの移動速度により一意に定まる波形である。なお、上記では、時系列位相データを所定の区間（時間長）ごとに区切る際に、区間同士が時間的に重複しないように区切る例を示したが、一部重複するように区間を区切ってもよい。
図５Ｂは、図５Ａに示す各時系列位相データからそれぞれ生成した、位相回転量時系列データのグラフを重ねて表示したものである。すなわち、図５Ｂは、反射点の変化が発生しなかった場合の時系列位相データを基に生成した位相回転量時系列データと、反射箇所の変化が発生した場合の時系列位相データを基に生成した位相回転量時系列データとを重ねて表示している。図５Ｂにおいて、２つの位相回転量時系列データは、楕円７１で囲んだ一点（反射点の変化が発生したタイミングを含む区間）以外については、反射点の変化の有無に関わらず、グラフがぴったりと重なっている。つまり、位相回転量時系列データは、時系列位相データに比べ、反射点の変化が発生しても、波形の類似度が損なわれにくいという特性があることが分かる。
本発明では、後述するパターンマッチング処理において、時系列位相データではなく、位相回転量時系列データを用いることを特徴とする。上述した通り、位相回転量時系列データは、反射点の変化が発生した場合でも、波形の類似性が損なわれにくい特性を持つ。その結果、反射点の変化に対し、ロバストにターゲットの移動速度を検出できる。
次に、位相回転量時系列データの生成時において、時系列位相データを所定の時間長（区間）ごとに分割する際の、所定の時間長の決定方法に関する指針について説明する。
図４Ｂの楕円５１で囲った箇所において、反射点の変化は、連続する二つのサンプル間で完了するのではなく、複数のサンプルを経て変化している。反射点の変化に要する時間長は、ターゲットの形状や移動速度などに依存する。
そこで、時系列位相データにおいて、いくつかのサンプリングを経て反射点の変化が発生している状況を、模式化した時系列位相データを用いて考える。図７の上段は、時系列位相データを表している。図７の下段は、上段の時系列位相データを、所定の時間長、つまり所定のサンプリング数（区間）ごとに分割した際に、各区間内に反射点の変化が含まれているか否かを示したものである。図７の下段では、分割した区間を「サンプル区間」と表記している。図７において、「○」印は、そのサンプリングにおいて反射点の変化が発生してないことを表し、「×」印は、そのサンプリングにおいて反射点の変化が発生していることを表す。
図５の例で示したように、反射点の変化が発生した場合、そのタイミングの区間の位相回転量は、反射点の変化が発生しなかった場合と異なる値となるが、その他の区間の位相回転量は反射点の変化が発生しなかった場合と同じ値になる。つまり、反射点の変化が単一の区間のみに含まれていれば、他の区間への影響は発生しない。従って、反射点の変化の影響を単一の区間内に留めておくためには、反射点の変化の継続時間よりも時間長を長く取る必要がある。
しかし一方で、所定の時間長を過度に長くすると、弊害が発生する。図７の下段は、上述した通り、時系列位相データを分割する際の時間長、すなわちサンプリング数（サンプル区間）を２，３，４，５，１０と変化させた際に、各サンプル区間内に反射点の変化が含まれているか否かを、「○」印と「×」印によって表した例を示している。図７の下段に示すように、サンプル区間数を増やすほど、位相回転量時系列データの全体に対する位相変化の不連続の発生箇所を含む区間（「×」印の区間）の割合が多くなることが分かる。これは、時間長を長くしていくにつれて、位相回転量時系列データの特性（反射点の変化の発生に対して波形の類似性が損なわれにくいという特性）が得にくくなる、ということを示している。
以上より、「反射点の変化に対してロバストなターゲットの移動速度が検出できる」という本発明の効果を得るために最適な時間長は、反射点の変化の継続時間長を上限値とすることが望ましい。なお、反射点の変化の継続時間長は、ターゲットの形状や移動速度などによって定まる。そのため、本発明を実施する際には、事前にターゲットに対する実験を実施の上、統計的に反射点の変化の継続時間長を求め、その時間長に応じて位相回転量時系列データを生成するための時間長を設定することが考えられる。
以上のようにして、本発明は、ターゲットの形状や、検出するターゲットの移動速度の範囲に対して、時間長を最適化する。これによって、本発明は、ターゲットからの反射点の変化に対してロバストにターゲットの移動速度の検出が可能になるという効果を、最大限に引き出すことができる。なお、上述した決定方法による時間長は、上述した効果を最も得やすい時間長であるが、本発明は、その時間長に限定されるものではない。
以上が、本発明が拠り所とする原理に関する説明である。本発明の発明者らは、考察の結果、上述の原理を見出した。そして、本発明の発明者らは、この原理を活用することで、ターゲットの移動に伴い、ターゲットにおいて反射点の変化が発生した場合においても、精度よくターゲットの移動速度を検出することができる装置および方法を実現するに至った。その装置および方法の例について、以下に説明する。
（実施の形態１）
図８は、本発明の実施の形態１におけるレーダ信号処理装置１、およびその周辺の構成を示すブロック図である。図８において、レーダ信号処理装置１は、時系列位相データ生成部３、位相回転量時系列データ生成部４、テンプレート準備部５、パターンマッチング部６、速度検出部７を有する。
時系列位相データ生成部３は、レンジプロファイル生成部２から出力されるレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビン（以下、「注目レンジビン」という）における時系列位相データを生成する。レンジプロファイル、および時系列位相データの生成方法については、後述する。
位相回転量時系列データ生成部４は、時系列位相データ生成部３が生成した時系列位相データに基づいて、注目レンジビンにおける位相回転量時系列データを生成する。位相回転量時系列データの生成方法については、上述した通りである。
テンプレート準備部５は、距離ｄおよびターゲットの移動速度Ｖ別に規定された、位相回転量時系列データのテンプレートを準備する。
パターンマッチング部６は、位相回転量時系列データ生成部４が生成した位相回転量時系列データと、テンプレート準備部５が準備したテンプレートとしての、複数の位相回転量時系列データとの類似度を評価する。これを、パターンマッチング処理という。そして、パターンマッチング部６は、パターンマッチング処理の結果として、類似度の評価値を出力する。なお、パターンマッチング部６は、注目レンジビン（１つのレンジビン）における位相回転量時系列データに対し、テンプレートとして準備された全ての位相回転量時系列データを比較する処理を、全てのレンジビン分行う。
速度検出部７は、パターンマッチング部６が出力した類似度の評価値に基づいて、最も類似度の高いテンプレートを抽出（特定）する。そして、速度検出部７は、最も類似度の高いテンプレートが示すターゲットの移動速度を、検出結果として出力する。
なお、レンジプロファイル生成部２は、レーダ信号処理装置１の外部の構成要素であるが、レーダ信号処理装置１の動作の理解上重要であるため、ここで説明する。なお、レンジプロファイル生成部２は、例えば、レーダの構成要素である。
レンジプロファイル生成部２は、所定の時間間隔で観測されたレンジプロファイルを、時系列位相データ生成部３へ出力する。ここで、レンジプロファイルとは、レーダにて観測された、レンジビン毎の反射波の振幅および位相を示すデータである。反射波の振幅および位相を表現する手段としては、一般的に、同相信号成分（Ｉ信号）と直交信号成分（Ｑ信号）が用いられる。よって、ここでは、レンジプロファイル生成部２から出力されるレンジプロファイルは、レンジビン毎のＩ信号およびＱ信号であるとして説明を進める。もちろん、レンジプロファイルは、Ｉ信号とＱ信号を用いることに限定されない。例えば、レンジプロファイル生成部２から時系列位相データ生成部３へ、レンジビン毎の位相が角度の値としてそのまま出力されても、なんら問題はない。
レンジプロファイルが観測される時間間隔をΔｔとする場合、このΔｔは、レーダ信号処理装置１が検出できるターゲットの移動速度の上限に応じて、設計値として決定しておく必要がある。具体的には、以下の式（７）を満たすように、Δｔを事前に決定しておく。式（７）は、ターゲットの移動に伴い発生するドップラー周波数ｆｄに対して、ナイキストのサンプリングの定理が成立する条件である、
Figure 2014081259
一方、時刻Ｔ＝Ｔｋのときに観測されたレンジプロファイルにおいて、第ｎ番目のレンジビンのＩ信号とＱ信号をそれぞれ、Ｉ（ｎ，Ｔｋ）、Ｑ（ｎ、Ｔｋ）と表記する。この場合、第ｎ番目のレンジビンに相当する距離に存在するターゲットからの反射波の位相φ（ｎ，Ｔｋ）は、以下の式（８）により定義される。
Figure 2014081259
なお、レンジプロファイル生成部２から時系列位相データ生成部３へ出力されるレンジプロファイルは、レーダにて観測されるリアルタイムのレンジプロファイルであってもよい。または、レンジプロファイルは、レーダにて過去に観測され、電子データとして記録されたレンジプロファイルであってもよい。
図９は、実施の形態１におけるレーダ信号処理装置１の動作を示すフローチャートである。また、図１０は、図９に示すパターンマッチング処理（ステップＳ３）の動作の詳細を示すフローチャートである。以下、図９および図１０のフローチャートに沿って、レーダ信号処理装置１の動作を説明する。
ステップＳ１において、時系列位相データ生成部３は、時系列位相データ生成処理を行う。すなわち、時系列位相データ生成部３は、レンジプロファイル生成部２からの複数のレンジプロファイルに基づいて、注目レンジビンにおける時系列位相データを生成する。ここで、注目レンジビンにおける時系列位相データとは、上記式（８）においてｎを特定の値として得られる時系列位相データである。そして、時系列位相データ生成部３は、注目レンジビンにおける時系列位相データを、位相回転量時系列データ生成部４へ出力する。
ステップＳ２において、位相回転量時系列データ生成部４は、位相回転量時系列データ生成処理を行う。すなわち、位相回転量時系列データ生成部４は、時系列位相データ生成部３からの時系列位相データに基づいて、注目レンジビンにおける位相回転量時系列データを生成する。そして、位相回転量時系列データ生成部４は、注目レンジビンにおける位相回転量時系列データを、パターンマッチング部６へ出力する。
ステップＳ３において、パターンマッチング部６は、パターンマッチング処理を行う。ここで、ステップＳ３のパターンマッチング処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ３１において、テンプレート準備部５は、図９のステップＳ１のときに決定された注目レンジビンに相当する距離ｄと、ターゲットの移動速度Ｖｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とに対応する位相回転量時系列データのテンプレートを準備する。
ステップＳ３１について、もう少し詳しく述べる。上述した通り、ターゲット３３において反射点の変化が発生しない場合に観測される位相回転量時系列データは、アンテナ３１から軌道３２までの距離ｄと、ターゲット３３の移動速度Ｖとによって規定される。距離ｄは、ステップＳ１で決定された注目レンジビンに対応して規定される。例えば、式（８）においてｎ＝１のときは、距離ｄ＝０．３ｍである。
一方、移動速度Ｖについては、例えばレーダ信号処理装置１に対する要求仕様が、
・移動速度範囲：１０〜４０（Ｋｍ／ｈ）
・移動速度分解能：１（Ｋｍ／ｈ）以下
であれば、準備するテンプレートは、同じく移動速度範囲を１０〜４０（Ｋｍ／ｈ）として、移動速度間隔を１（Ｋｍ／ｈ）以下とすればよい。以降、テンプレートを準備するターゲットの移動速度を「仮定速度」という。テンプレート準備部５は、注目レンジビンにおける仮定速度別の位相回転量時系列データのテンプレートを準備する。仮定速度別のテンプレートは、事前に準備されて、メモリに保存される。
なお、テンプレートは、メモリに保存せず、後段のパターンマッチング処理でテンプレートが必要となるタイミングにおいて、都度計算して求めてもよい。また、後述するように、レーダがターゲットを検知できる範囲（以下、「レーダ検知範囲」という）外においては、ターゲットからの反射波でなく、ノイズの位相が観測される。そのため、テンプレートを準備する範囲は、レーダ検知範囲内とする必要がある。
ステップＳ３２において、パターンマッチング部６は、実際の位相回転量時系列データと、仮定速度Ｖｉの位相回転量時系列データとのパターンマッチング処理を行う。実際の位相回転量時系列データとは、位相回転量時系列データ生成部４が実際の観測結果（レンジプロファイル）に基づいて生成したデータである。一方、仮定速度Ｖｉの位相回転量時系列データとは、テンプレート準備部５が仮定速度別に予め準備したテンプレートである。そして、パターンマッチング部６は、パターンマッチング処理の結果として、類似度の評価値を速度検出部７へ出力する。上記類似度の評価値は、例えばＳＡＤ（Sum of Absolute Difference）などが挙げられるが、ＳＡＤに限定されるものではない。
ステップＳ３３において、パターンマッチング部６は、実際の位相回転量時系列データに対し、予め準備された全ての仮定速度の位相回転量時系列データとのパターンマッチング処理が終了したか否かを判定する。
ステップＳ３３の判定の結果、パターンマッチング処理が終了していない場合（Ｓ３３／ＮＯ）、フローは、ステップＳ３１に戻る。一方、ステップＳ３３の判定の結果、パターンマッチング処理が終了した場合（Ｓ３３／ＹＥＳ）、フローは、終了する。その後は、図９のフローチャートに戻る。
すなわち、図１０のステップＳ３３のループ処理によって、テンプレート準備部５によって準備される全てのテンプレートを用いたパターンマッチング処理が終了する。
実際のターゲットの距離と異なる距離、すなわちターゲットが存在しない距離に相当するレンジビンにおける位相は、ターゲットからの反射波でなく、ノイズの位相であるためランダムな値となる。よって、位相回転量時系列データについても不規則に上下に振動するような、ランダムな波形となる。そのような位相回転量時系列データと、テンプレートである位相回転量時系列データとの類似度は、高くならない。
一方、ターゲットがレーダ（アンテナ）の検知範囲内を通過する際の距離（図２Aの場合のｄ）に相当するレンジビンにおける位相回転量時系列データを図１１Ａに示す。図１１Ａにおいて、１０１及び１０３は、レーダの検知範囲外にターゲットが存在する時間の位相回転量データであり、ノイズの位相回転量である。これに対し、１０２は、ノイズの位相回転量ではなく、ターゲットからの反射波の位相回転量データである。ターゲットの移動速度を求めるためには、領域１０２と、図１１Ｂに示す仮定速度別の位相回転量時系列データのテンプレートとの類似度を評価する必要がある。このために、パターンマッチング部６では、テンプレートの波形を位相回転量時系列データの横軸方向に走査しながら類似度の評価値の算出を行う。そして、パターンマッチング部６は、走査の結果、最も類似度の大きいかった位置における評価値を、そのテンプレートとの評価値として速度検出部７へ出力する。ターゲットの実際の移動速度とそのテンプレートの示す仮定速度が近いほど、類似度は高くなる。
以上で、ステップＳ３のパターンマッチング処理についての説明を終える。
ステップＳ４において、パターンマッチング部６は、全ての注目レンジビンにおいてパターンマッチング処理を完了したか否かを判定する。
ステップＳ４の判定の結果、パターンマッチング処理が終了していない場合（Ｓ４／ＮＯ）、フローは、ステップＳ１に戻る。一方、ステップＳ４の判定の結果、パターンマッチング処理が終了した場合（Ｓ４／ＹＥＳ）、フローは、ステップＳ５へ進む。
すなわち、ステップＳ４のループ処理によって、図９のステップＳ１〜Ｓ３の処理は、全てのレンジビンにおいて実施される。
ステップＳ５において、速度検出部７は、速度検出処理を行う。すなわち、速度検出部７は、ステップＳ４までの処理で求められた全ての類似度の評価値に基づいて、最も類似度の高いテンプレートを抽出する。ここでいう全ての類似度の評価値は、実際の位相回転量時系列データの、全てのレンジビンおよび全ての仮定速度の位相回転量時系列データに対する類似度の評価値である。
ステップＳ６において、速度検出部７は、検出結果出力処理を行う。すなわち、速度検出部７は、抽出した最も類似度の高いテンプレートが示す仮定速度を、ターゲットの移動速度の検出結果として出力する。
なお、上記説明では、特に類似度の評価値に対する閾値などは設けなかった。そのため、仮にターゲットが検知範囲内を通過していない状態であっても、速度検出部７は、ノイズとの類似度に基づいて検出結果を出力してしまう。そこで、類似度の評価値に閾値を設定した上で、速度検出部７が以下のように動作するように設計してもよい。すなわち、速度検出部７は、最も類似度の高かったテンプレートとの類似度が閾値を上回らなかった場合、無意味な状態（ターゲットが検知範囲内を通過していない状態）として、ターゲットの移動速度を検出しないようにする。
さらに、上述したように、実際のターゲットの距離と異なる距離、すなわちターゲットと関係の無い距離に相当するレンジビンにおける位相は、ターゲットからの反射波でなく、ノイズの位相であり、ランダムな値となる。そのため、位相回転量時系列データについてもランダムな波形となる。そのような位相回転量時系列データと、テンプレートの位相回転量時系列データとの類似度は高くならない。従って、移動速度を求めるために最も類似度の高いテンプレートを抽出する際の付随情報として、当該テンプレートのレンジビンの情報から、レーダからターゲットまでの距離を求めることもできる。
以上のように、本実施の形態のレーダ信号処理装置１は、時系列位相データではなく、位相回転量時系列データを用いて、テンプレートとのパターンマッチング処理を行うことを特徴とする。位相回転量時系列データは、反射点の変化の発生に対して波形の類似性が損なわれにくいという特性を有する。よって、本実施の形態のレーダ信号処理装置１は、ターゲットの移動に伴って反射箇所の変化が発生しても、精度良くターゲットの移動速度を検出できる。
また、上記従来技術は、アレイアンテナを利用するため、アンテナの個数に対応して受信機やＡ／Ｄ変換器などが必要になり、レーダのコストが高くなってしまう、という問題がある。これに対し、本実施の形態では、アレイアンテナを利用する必要がないため、レーダのコストを低減できる。
（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２におけるレーダ信号処理装置１、およびその周辺の構成を示すブロック図である。また、図１３は、実施の形態２におけるレーダ信号処理装置１の動作を示すフローチャートである。図１２および図１３において、図１、図９および図１０と同じ構成要素およびステップについては同じ符号を用い、それらの説明を省略する。
図１２における図８との差分は、以下の３点である。１点目は、物体検出部８を有する点である。２点目は、時系列位相データ生成部３の代わりに時系列位相データ生成部３ｂを有する点である。３点目は、テンプレート準備部５の代わりにテンプレート準備部５ｂを有する点である。
物体検出部８は、レーダの検知範囲内における物体の有無を検出する物体検出処理を行う。ここでいう物体とは、ターゲットである。よって、物体検出部８は、「ターゲット検出部」とも言える。ターゲットの有無を検出するため、物体検出部８は、レンジビンごとに反射波の電力に対し、予め閾値を定めておく。ここで閾値とは、そのレンジビンの距離にターゲットが存在する場合に、レーダによって観測されるはずである最低限のレベルの電力値である。すなわち、反射波の電力がこの閾値を下回る場合は、当該レンジビンが示す距離には物体は存在していない。なお、レンジプロファイルにおける第ｎ番目のレンジビンにおけるＩ信号とＱ信号をそれぞれ、Ｉ（ｎ）、Ｑ（ｎ）と表記すると、第ｎ番目のレンジビンに相当する距離に存在するターゲットからの反射波の電力Power(n)は、以下の式（９）で定義される。
Figure 2014081259
物体検出部８は、レンジプロファイルに基づいて、式（９）を用いて反射波の電力を計算する。そして、物体検出部８は、計算した反射波の電力と、予め定められた閾値との大小を比較する。この比較の結果、反射波の電力が閾値を上回った場合、物体検出部８は、レーダの検知範囲内にターゲットが存在していると判断する。そして、物体検出部８は、ターゲットの存在するレンジビンを特定し、時系列位相データ生成部３ｂとテンプレート準備部５ｂに対し、特定したレンジビンを示すデータを出力する。一方、上記比較の結果、全てのレンジビンにおいて反射波の電力が閾値を上回らなかった場合、物体検出部８は、レーダの検知範囲内にターゲットは存在しなかったと判断する。そして、物体検出部８は、新たに次のレンジプロファイルに対して物体検出処理を実施する。
実施の形態１の時系列位相データ生成部３は、全てのレンジビンにおける時系列位相データを生成した。これに対し、本実施の形態の時系列位相データ生成部３ｂは、物体検出部８によって特定されたレンジビンのみにおける時系列位相データを生成する。
また、実施の形態１のテンプレート準備部５は、全てのレンジビンに相当する距離ｄと、ターゲットの移動速度（仮定速度）Ｖとに対応する位相回転量時系列データのテンプレートを準備している。これに対し、本実施の形態のテンプレート準備部５ｂは、物体検出部８によって特定されたレンジビンに相当する距離ｄと、ターゲットの移動速度（仮定速度）Ｖとに対応する位相回転量時系列データのテンプレートのみを準備する。
次に、レーダ信号処理装置１の動作について、図１３を用いて説明する。
ステップＳ７において、物体検出部８は、レンジプロファイル生成部２からのレンジプロファイルに基づいて、物体検出処理を行う。すなわち、物体検出部８は、レンジプロファイルから反射波の電力を計算し、反射波の電力と閾値とを比較する。そして、物体検出部８は、反射波の電力が閾値を上回るか否かを判断する。
ステップＳ８において、物体検出部８は、反射波の電力が閾値を上回るか否かに基づいて、ターゲットが存在するか否かを判断する。
ステップＳ８の判断の結果、反射波の電力が閾値を上回った場合、物体検出部８は、レーダの検知範囲内にターゲットが存在すると判断する（Ｓ８：ＹＥＳ）。そして、物体検出部８は、ターゲットの存在するレンジビンを特定し、そのレンジビンを示すデータを、時系列位相データ生成部３ｂおよびテンプレート準備部５ｂへ出力する。その後、フローは、ステップＳ１ｂへ進む。
一方、ステップＳ８の判断の結果、全てのレンジビンにおいて反射波の電力が閾値を上回らなかった場合、物体検出部８は、レーダの検知範囲内にターゲットが存在しないと判断する（Ｓ８：ＮＯ）。この場合、フローはＳ７へ戻る。そして、物体検出部８は、次のレンジプロファイルに基づいて物体検出処理を行う。
ステップＳ１ｂにおいて、時系列位相データ生成部３ｂは、物体検出部８によって特定されたレンジビンにおける時系列位相データを生成する。
ステップＳ２において、位相回転量時系列データ生成部４は、時系列位相データ生成部３ｂが生成した時系列位相データに基づいて、特定されたレンジビンにおける位相回転量時系列データを生成する。
ステップＳ３において、パターンマッチング部６は、位相回転量時系列データ生成部４が生成した位相回転量時系列データに基づいて、パターンマッチング処理を行う。
ステップＳ３のパターンマッチング処理は、図１０のフローチャートに示す通りである。ただし、ステップＳ３１において、テンプレート準備部５ｂは、物体検出部８で特定されたレンジビンに相当する距離ｄと、ターゲットの移動速度Ｖとに対応する位相回転量時系列データのテンプレートを準備する。なお、テンプレート準備部５ｂは、ターゲットまでの距離ｄとターゲットの移動速度Ｖに応じて計算によりテンプレートを生成してもよいし、予めテンプレートを準備の上、メモリに蓄えておいてもよい。
実施の形態１においては、図９のステップＳ４によるループによって、全てのレンジビンに対しテンプレートとのパターンマッチング処理を行っていた。これに対し、本実施の形態においては、物体検出部８によってターゲットまでのレンジビンが唯一に限定されている。そのため、パターンマッチング部６のパターンマッチング処理は、特定された一のレンジビンに対してのみ行えばよい。従って、本実施の形態では、実施の形態１に比べて大幅に計算量を削減することができる、という効果が得られる。
さらに、実施の形態１のレーダ信号処理装置１は、物体検出部８を備えていないため、いつターゲットがレーダ（アンテナ）の検知範囲内を通過するかを把握できない。従って、実施の形態１のレーダ信号処理装置１は、常にパターンマッチング処理の演算を行っている必要があった。これに対し、本実施の形態のレーダ信号処理装置１は、物体検出部８を備えるので、ターゲットの通過が検出されていないタイミングのときは、余計な演算処理行わなくてもよい。そのため、本実施の形態では、レーダ信号処理装置１の消費電力を削減できる、という効果も得られる。
上記実施の形態１、２では、本発明をハードウェアで構成する場合を例にとって説明したが、本発明はハードウェアとの連係においてソフトウェアでも実現することも可能である。
以上、本開示のレーダ信号処理装置は、所定の軌道を移動するターゲットに対して送信された電波の反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビンにおける前記反射波の位相を時系列で示す時系列位相データを生成する時系列位相データ生成部と、前記時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を算出し、当該位相の回転量を示す位相回転量時系列データを生成する位相回転量時系列データ生成部と、前記位相回転量時系列データと、レーダから前記軌道までの距離および前記ターゲットの移動速度によって規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行うパターンマッチング部と、前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ターゲットの移動速度を検出する速度検出部と、を有する。
また、本開示のレーダ信号処理装置は、前記所定の時間長が、前記ターゲットにおいて前記電波が反射する箇所の変化により発生する位相変化の不連続区間の時間長を上限値とする。
また、本開示のレーダ信号処理装置は、前記パターンマッチング部が、前記位相回転量時系列データ生成部により生成された位相回転量時系列データに対し、前記位相回転量時系列データのテンプレートの全てを用いて、前記パターンマッチングを行う。
また、本開示のレーダ信号処理装置は、前記時系列位相データの生成、前記位相回転量時系列データの生成、前記パターンマッチングが、全てのレンジビンに対して行われる。
また、本開示のレーダ信号処理装置は、前記位相回転量時系列データのテンプレートが、前記レーダの検知範囲に基づいて予め規定される。
また、本開示のレーダ信号処理装置は、前記時系列位相データ生成部が、前記軌道に対して直交する方向から前記電波を送信する前記レーダから、前記レンジプロファイルを受信する。
また、本開示のレーダ信号処理装置は、前記レンジプロファイルに基づいて、前記レーダの検知範囲内における前記ターゲットの存在を検出し、前記ターゲットが存在するレンジビンを特定するターゲット検出部を更に有し、前記時系列位相データ生成部が、前記ターゲット検出部により特定されたレンジビンにおける時系列位相データを生成し、当該時系列位相データを前記位相回転量時系列データ生成部へ出力し、前記パターンマッチング部が、前記位相回転量時系列データ生成部により生成された位相回転量時系列データと、前記ターゲット検出部により特定されたレンジビンに相当する距離と、前記ターゲットの移動速度とによって規定されて予め準備された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行う。
また、本開示のレーダ信号処理方法は、所定の軌道を移動するターゲットに対して送信された電波の反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビンにおける前記反射波の位相を時系列で示す時系列位相データを生成するステップと、前記時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を算出し、当該位相の回転量を示す位相回転量時系列データを生成するステップと、前記位相回転量時系列データと、レーダから前記軌道までの距離および前記ターゲットの移動速度によって規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行うステップと、前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ターゲットの移動速度を検出するステップと、を有する。
また、本開示のレーダ信号処理プログラムは、所定の軌道を移動するターゲットに対して送信された電波の反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビンにおける前記反射波の位相を時系列で示す時系列位相データを生成する処理と、前記時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を算出し、当該位相の回転量を示す位相回転量時系列データを生成する処理と、前記位相回転量時系列データと、レーダから前記軌道までの距離および前記ターゲットの移動速度によって規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行う処理と、前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ターゲットの移動速度を検出する処理と、をコンピュータに実行させる。
本発明にかかるレーダ信号処理装置、レーダ信号処理方法、およびレーダ信号処理プログラムは、移動するターゲットに電波を照射し、反射した電波を検出することで、ターゲットの移動速度を検出する装置、システム、方法、プログラムとして有用である。
１ レーダ信号処理装置
２ レンジプロファイル生成部
３ 時系列位相データ生成部
３ｂ 時系列位相データ生成部
４ 位相回転量時系列データ生成部
５ テンプレート準備部
５ｂ テンプレート準備部
６ パターンマッチング部
７ 速度検出部
８ 物体検出部
２３ ターゲット
２４ ターゲットからの反射波の到来方向
３１ レーダのアンテナ
３２ 軌道
３３ ターゲット
３４ アンテナから軌道に下ろした垂線
４１ 車両
４２ レーダからの電波の照射範囲
４３ 反射点
４４ 反射点
５１ ターゲットからの反射波の位相が変化している箇所
７１ 反射点の変化が発生したタイミングを含む区間
１０１ レーダの検知範囲外にターゲットが存在する時間の位相回転量データ
１０２ ターゲットからの反射波の位相回転量
１０３ レーダの検知範囲外にターゲットが存在する時間の位相回転量データ
短期間においては、ターゲット３３は軌道３２上を等速直線運動していると考えることができる。このときのターゲット３３の移動速度をＶとして、時間間隔Δｔでターゲット３３からの反射波の位相を観測する場合、ターゲット３３が観測される位置は、軌道３２上のＶΔｔ間隔の点の集合と考えることができる。ここで、時刻Ｔ＝Ｔｋにおけるターゲット３３の位置をＬｋとして、アンテナ３１からターゲット３３までの距離をＸｋ（ＯＬｋ）とすれば、三平方の定理により、Ｘｋを移動速度Ｖとｄの関数として一意に求めることができる。例として、図２Ｂは、ｄ＝２（ｍ)、Ｖ＝７０（Ｋｍ／ｈ）とした場合の、距離Ｘの変化の様子を示す。図２Ｂにおいて、横軸はＸｋの添え字であるkに相当する。そして、図２Ｂに示すｋ＝１５００のときのターゲット３３の位置は、図２Ａ中のＯ’の位置である。

Claims (9)

  1. 所定の軌道を移動するターゲットに対して送信された電波の反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビンにおける前記反射波の位相を時系列で示す時系列位相データを生成する時系列位相データ生成部と、
    前記時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を算出し、当該位相の回転量を示す位相回転量時系列データを生成する位相回転量時系列データ生成部と、
    前記位相回転量時系列データと、レーダから前記軌道までの距離および前記ターゲットの移動速度によって規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行うパターンマッチング部と、
    前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ターゲットの移動速度を検出する速度検出部と、を有する、
    レーダ信号処理装置。
  2. 前記所定の時間長は、前記ターゲットにおいて前記電波が反射する箇所の変化により発生する位相変化の不連続区間の時間長を上限値とする、
    請求項１記載のレーダ信号処理装置。
  3. 前記パターンマッチング部は、
    前記位相回転量時系列データ生成部により生成された位相回転量時系列データに対し、前記位相回転量時系列データのテンプレートの全てを用いて、前記パターンマッチングを行う、
    請求項１記載のレーダ信号処理装置。
  4. 前記時系列位相データの生成、前記位相回転量時系列データの生成、前記パターンマッチングは、全てのレンジビンに対して行われる、
    請求項１記載のレーダ信号処理装置。
  5. 前記位相回転量時系列データのテンプレートは、前記レーダの検知範囲に基づいて予め規定される、
    請求項１記載のレーダ信号処理装置。
  6. 前記時系列位相データ生成部は、
    前記軌道に対して直交する方向から前記電波を送信する前記レーダから、前記レンジプロファイルを受信する、
    請求項１記載のレーダ信号処理装置。
  7. 前記レンジプロファイルに基づいて、前記レーダの検知範囲内における前記ターゲットの存在を検出し、前記ターゲットが存在するレンジビンを特定するターゲット検出部を更に有し、
    前記時系列位相データ生成部は、
    前記ターゲット検出部により特定されたレンジビンにおける時系列位相データを生成し、当該時系列位相データを前記位相回転量時系列データ生成部へ出力し、
    前記パターンマッチング部は、
    前記位相回転量時系列データ生成部により生成された位相回転量時系列データと、前記ターゲット検出部により特定されたレンジビンに相当する距離と、前記ターゲットの移動速度とによって規定されて予め準備された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行う、
    請求項１記載のレーダ信号処理装置。
  8. 所定の軌道を移動するターゲットに対して送信された電波の反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビンにおける前記反射波の位相を時系列で示す時系列位相データを生成するステップと、
    前記時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を算出し、当該位相の回転量を示す位相回転量時系列データを生成するステップと、
    前記位相回転量時系列データと、レーダから前記軌道までの距離および前記ターゲットの移動速度によって規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行うステップと、
    前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ターゲットの移動速度を検出するステップと、を有する、
    レーダ信号処理方法。
  9. 所定の軌道を移動するターゲットに対して送信された電波の反射波の位相をレンジビン毎に示すレンジプロファイルに基づいて、特定のレンジビンにおける前記反射波の位相を時系列で示す時系列位相データを生成する処理と、
    前記時系列位相データを所定の時間長に区切り、区切った時間長内で発生する位相の回転量を算出し、当該位相の回転量を示す位相回転量時系列データを生成する処理と、
    前記位相回転量時系列データと、レーダから前記軌道までの距離および前記ターゲットの移動速度によって規定された位相回転量時系列データのテンプレートとのパターンマッチングを行う処理と、
    前記パターンマッチングの結果に基づいて、前記ターゲットの移動速度を検出する処理と、をコンピュータに実行させる、
    レーダ信号処理プログラム。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6917735B2 (ja) * 2017-03-07 2021-08-11 パナソニック株式会社 レーダ装置及びレーダ方法
US11483691B2 (en) * 2018-03-13 2022-10-25 Cypress Semiconductor Corporation Time of arrival estimation for Bluetooth systems and devices
CN108563144B (zh) * 2018-03-30 2021-06-29 西安电子科技大学 一种弹载雷达信号处理半实物仿真测试系统
US11143753B2 (en) * 2019-05-09 2021-10-12 GM Global Technology Operations LLC Range extension with segmentation
CN112965060A (zh) * 2021-02-19 2021-06-15 加特兰微电子科技(上海)有限公司 生命特征参数的检测方法、装置和检测体征点的方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2033691A (en) * 1978-10-23 1980-05-21 Australasian Training Aids Pty Improvements in or relating to the detection of a projectile
EP0636900A2 (de) * 1993-07-30 1995-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung und Klassifizierung von Fahrzeugen mittels eines Verkehrsradargerätes
JPH11304898A (ja) * 1998-04-21 1999-11-05 Mitsubishi Electric Corp 位置標定方法及びその装置
JP2000056013A (ja) * 1998-08-04 2000-02-25 Meisei Electric Co Ltd 飛翔体計測評価方法
JP2000056014A (ja) * 1998-08-04 2000-02-25 Meisei Electric Co Ltd 飛翔体計測評価装置
JP2003161779A (ja) * 2001-11-26 2003-06-06 Nec Corp 合成開口レーダシステムおよびその高精細画像化処理方法
US20110227782A1 (en) * 2010-03-19 2011-09-22 Ming-Te Tseng Method for detecting a vehicle type, a vehicle speed and width of a detecting area by a vehicle radar sensor
JP2012181109A (ja) * 2011-03-01 2012-09-20 Panasonic Corp レーダ装置
JP2012194153A (ja) * 2011-03-18 2012-10-11 Nec Network & Sensor Systems Ltd 距離算出装置、及び制御方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4106019A (en) * 1972-10-05 1978-08-08 Hughes Aircraft Company Range resolving doppler radar system
US5191347A (en) * 1990-08-30 1993-03-02 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Pulsed Doppler radar system
JP2616318B2 (ja) 1991-11-27 1997-06-04 三菱電機株式会社 レーダ信号処理装置
US6137439A (en) * 1998-09-08 2000-10-24 Lockheed Martin Corporation Continuous wave doppler system with suppression of ground clutter
US6798374B1 (en) * 2002-11-05 2004-09-28 Decatur Electronics Inc. Traffic surveillance radar using ranging for accurate target identification
US20060262007A1 (en) * 2004-01-16 2006-11-23 Clariant Technologies, Corp. Methods and apparatus for automotive radar sensors
EP1718179A2 (en) * 2004-01-16 2006-11-08 GHZ TR Corporation Methods and apparatus for automotive radar sensors
US7679545B2 (en) * 2004-08-05 2010-03-16 Georgia Tech Research Corporation Suppressing motion interference in a radar detection system
US7259714B1 (en) * 2005-05-04 2007-08-21 Cataldo Thomas J Unique space time adaptive system (USS)
JP2009031165A (ja) * 2007-07-27 2009-02-12 Toyota Motor Corp パルスレーダ装置
US7986397B1 (en) * 2008-04-30 2011-07-26 Lockheed Martin Coherent Technologies, Inc. FMCW 3-D LADAR imaging systems and methods with reduced Doppler sensitivity
ES2351868T3 (es) * 2008-05-23 2011-02-11 Thales Nederland B.V. Procedimiento para evaluar la posición y la velocidad de un objetivo con un radar que emite una forma de onda ofdm.
US8169362B2 (en) * 2009-08-03 2012-05-01 Raytheon Company Mobile sense through the wall radar system
WO2012008110A1 (ja) * 2010-07-16 2012-01-19 パナソニック株式会社 レーダ装置
US9322905B2 (en) * 2012-03-19 2016-04-26 Panasonic Corporation Radar device
CN102645649B (zh) 2012-05-14 2013-08-14 重庆大学 基于雷达目标距离像时频特征提取的雷达目标识别方法
US9470777B2 (en) * 2014-09-19 2016-10-18 Delphi Technologies, Inc. Radar system for automated vehicle with phase change based target catagorization

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2033691A (en) * 1978-10-23 1980-05-21 Australasian Training Aids Pty Improvements in or relating to the detection of a projectile
EP0636900A2 (de) * 1993-07-30 1995-02-01 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Geschwindigkeitsmessung und Klassifizierung von Fahrzeugen mittels eines Verkehrsradargerätes
JPH11304898A (ja) * 1998-04-21 1999-11-05 Mitsubishi Electric Corp 位置標定方法及びその装置
JP2000056013A (ja) * 1998-08-04 2000-02-25 Meisei Electric Co Ltd 飛翔体計測評価方法
JP2000056014A (ja) * 1998-08-04 2000-02-25 Meisei Electric Co Ltd 飛翔体計測評価装置
JP2003161779A (ja) * 2001-11-26 2003-06-06 Nec Corp 合成開口レーダシステムおよびその高精細画像化処理方法
US20110227782A1 (en) * 2010-03-19 2011-09-22 Ming-Te Tseng Method for detecting a vehicle type, a vehicle speed and width of a detecting area by a vehicle radar sensor
JP2012181109A (ja) * 2011-03-01 2012-09-20 Panasonic Corp レーダ装置
JP2012194153A (ja) * 2011-03-18 2012-10-11 Nec Network & Sensor Systems Ltd 距離算出装置、及び制御方法

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