JP2015052527A - 探知測距装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】異なる変調方式が用いられた複数の探知測距装置が存在する環境で、他の探知測距装置からの干渉信号を検出し、干渉信号を受信信号から除去する探知測距装置を提供する。【解決手段】探知測距装置は、第1の変調方式に従いプローブ信号を生成するプローブ信号生成部、生成されたプローブ信号を送信する送信部、送信部により送信されたプローブ信号が目標物により反射された反射信号と第2の変調方式に従った干渉信号との少なくとも一つを含む信号を受信する受信部、受信部により受信された受信信号を第1および第2の変調方式の少なくとも一方の変調方式に対応する方式で復調する復調部、復調部により復調された信号から干渉信号を検出する干渉信号検出部、復調部により復調された信号から干渉信号の諸元および遅延量を特定する干渉信号特定部、干渉信号特定部により特定された干渉信号の諸元と遅延量とを用いて干渉信号を除去する干渉信号除去部を含む。【選択図】図2

Description

本発明は、探知測距装置に関する。
探知測距装置は、プローブ信号を送信し、探知対象である目標物によって該プローブ信号が反射されて生成されたエコー信号を受信することによって、目標物を探知し、目標物までの視線方向相対距離(以下、単に「距離」と呼ぶ)や目標物の視線方向相対速度(以下、単に「速度」と呼ぶ)を測定する。探知測距装置の一例としては、プローブ信号として電波を送信するレーダ装置が挙げられ、こうしたレーダ装置は、自動車等に搭載され得る。例えば、探知測距装置が識別する目標物を番号k(k=1以上の整数)によって区別し、k番目の目標物が探知測距装置から距離dの位置を速度vで移動すると仮定する。このとき、キャリア角周波数(以下、誤解を招く恐れがない限り単に周波数と記す)ωおよび光速度cに対して、探知測距装置から各目標物までの伝搬遅延τおよび探知測距装置に対するドップラ周波数ω は、以下の式(1)および式(2)によりそれぞれ表される。
上述したような探知測距装置が複数存在する環境下では、探知測距装置は、目標物からのエコー信号の他に、他の装置から送信された信号を干渉信号として受信し得る。そこで、上述したような探知および測定が正確に行われるためには、探知測距装置は、他の装置から送信された信号(干渉信号)を受信信号の中から検出し、検出された干渉信号を抑圧し、好ましくは、除去する必要がある。図1は、探知測距装置間で干渉が発生する状況を表す例図である。
図1に示したレーダ1およびレーダ2は、探知測距装置の一例である。レーダ1およびレーダ2は、例えば、周波数変調連続波(Frequency Modulated Continuous Wave、FMCW)方式で変調されたプローブ信号、または直接スペクトラム拡散信号(Direct Spectrum Spreading Signal、DSSS)方式で変調されたプローブ信号を用いるレーダである。レーダ1は、送信アンテナAT1を用いてプローブ信号を送信し、目標物Tからのエコー信号を受信アンテナAR1を用いて受信する。また、レーダ2は、送信アンテナAT2を用いてプローブ信号を送信し、目標物Tからのエコー信号を受信アンテナAR2を用いて受信する。
このように、レーダ1は、送信アンテナAT1を介して送信されたプローブ信号が目標物Tで反射され、生成されたエコー信号(所望信号)vRX (t)を受信アンテナAR1を介して受信する。そして、レーダ1は、受信された所望信号vRX (t)に基づいて、目標物Tを探知し、且つ目標物Tまでの距離や目標物Tの速度といった目標物Tの特徴量を測定する。しかしながら、図1に示す一例のように、レーダ1は、レーダ2の送信アンテナAT2を介して送信されたプローブ信号が非目標物Tで反射されて生成された信号(干渉信号)vRX (t)を所望信号vRX (t)と共に受信アンテナAR1を介して受信し得る。なお、上付き添え字“D”は、所望(Desired)を表し、上付き添え字“U”は、不要(Undesired)を表す。加法性白色ガウス雑音をn(t)とすると、受信アンテナAR1により受信された信号をv(t)は、以下の式(3)により表される。
レーダ1が目標物Tの特徴量を正確に測定するためには、不要信号vRX (t)が式(3)中の受信信号v(t)から除去されることが望まれる。
なお、出力信号の設定チャネルを一定のタイミングでランダムに変更し、変更された異なるチャンネルでの複数回の測定結果に基づいて、干渉の影響による異常を検知するレーダ装置の干渉検出装置が知られている。
また、ビート信号をサンプリングしたサンプリングデータの変化量の絶対値が、設定された閾値よりも大きい場合には、電圧制御発振器の中心周波数を変更して、干渉波とは異なる周波数を用いてレーダ波を送信するFMCWレーダが知られている。
特開平11−166968号公報 特開2006−300550号公報
発明が解決しようとする課題は、互いに異なる変調方式が用いられた複数の探知測距装置が存在する環境において、探知測距装置が、他の探知測距装置から送信された干渉信号を検出し、検出された干渉信号を抑圧、または受信信号から除去できるようにすることである。
実施形態の一側面に従えば、探知測距装置は、プローブ信号生成部、送信部、受信部、復調部、干渉信号検出部、干渉信号特定部、および干渉信号除去部を含む。プローブ信号生成部は、第1の変調方式に従いプローブ信号を生成する。送信部は、プローブ信号生成部により生成されたプローブ信号を送信する。受信部は、送信部により送信されたプローブ信号が目標物により反射され、生成されたエコー信号と第2の変調方式に従った干渉信号との少なくとも一つを含む信号を受信する。復調部は、受信部により受信された受信信号を第1の変調方式および第2の変調方式の少なくとも一方の変調方式に対応する方式に従い復調する。干渉信号検出部は、復調部により復調された信号から干渉信号を検出する。干渉信号特定部は、復調部により復調された信号から干渉信号の諸元および遅延量を特定する。干渉信号除去部は、干渉信号特定部により特定された干渉信号の諸元および遅延量を用いて、受信信号中の干渉信号を除去する。
実施形態の一側面に従えば、それぞれ互いに異なる変調方式が用いられた複数の探知測距装置が存在する環境において、探知測距装置は、他の探知測距装置から送信された干渉信号を検出し、検出された干渉信号を抑圧、または受信信号から除去することができる。
探知測距装置間で干渉が発生する状況を表す例図である。 実施形態に従った探知測距装置の例示的機能構成図である。 実施形態に従った干渉成分除去方法の例示的フロー図である。 実施例1の探知測距装置の概略的なハードウェア構成図である。 ベースバンド発振器からの出力信号の例図である。 無線周波数発振器からの出力信号位相の例図である。 相補符号の対の例図である。 相補符号の対の例図である。 変調用コードのタイミングチャートの例図である。 実施例1の探知測距装置によりFM復調された干渉信号の例図である。 実施例1の探知測距装置によりFM復調された所望信号および不要信号のFFT処理出力結果の例図である。 実施例1の変復調器による相関演算結果の例図である。 実施例1の変復調器による相関演算結果の例図である。 図11Aの相関演算結果の相関和を示す例図である。 図11Bの相関演算結果の相関和を示す例図である。 実施例2の探知測距装置の概略的なハードウェア構成図である。 一次変復調器のハードウェア構成例を含む実施例2の探知測距装置から干渉検出回避機構を除外した部分の概略図である。 実施例2の探知測距装置により相補符号復調された干渉信号の実部の例図である。 実施例2の探知測距装置により相補符号復調された所望信号および不要信号の例図である。 実施例2の連結器からの出力信号の実部を示す例図である。 実施例2の連結器からの出力信号の実部を示す例図である。 図17Aの信号が干渉信号の諸元でFM復調された後のFFT出力の例図である。 図17Bの信号が干渉信号の諸元でFM復調された後のFFT出力の例図である。
以下、図面を参照しながら発明を実施するための形態を詳細に説明する。
前述したように、レーダ等の自律性を有する探知測距離装置は、当該探知測距装置が発信したプローブ信号の反射信号のみに従って、目標物の探知とその目標物の特徴量を測定する。従って、観測空間内に他の探知測距装置が存在し、他の探知測距装置が送信したプローブ信号による干渉成分が観測域内に混入する状況下では、探知測距装置は、干渉成分の影響によって目標物を正確に識別できなくなり得る。
具体的には、所望の反射信号の電力は、目標物までの距離の4乗に比例して減衰するのに対して、不要な干渉信号の電力は、干渉源からの距離の2乗に比例して減衰するため、「不要な干渉信号のパワーレベル≫所望の反射信号のパワーレベル」といった関係が成り立ち得る。この結果、干渉信号を受信信号から除去するための何らかの対策が施さなければ、反射信号および干渉信号を含む受信信号において、所望の反射信号と不要な干渉信号との区別が付かないか、所望の反射信号が不要な干渉信号にマスクされる可能性がある。そこで、観測域内に混入した干渉成分を十分に抑圧し、好ましくは、受信信号から除去する必要がある(説明を明確にするために、以下、「除去」という文言を以て、「抑圧」も含意するものとする)。
また、近年、探知測距装置の一例である車載レーダでは、FMCW方式が変調方式として用いられている。しかしながら、高度道路交通システム(Intelligent Transport System、ITS)の進展に伴い、交差点や踏み切り等のインフラに設置され、歩行者等を検知するレーダの利用も実験的に検討されており、こうしたレーダには分解能が高いDSSS方式が変調方式として採用され得る。そこで、FMCW方式およびDSSS方式といった互いに異なる変調方式が用いられたレーダが混在する環境において、他のレーダからの干渉信号を検出し、検出された干渉信号を受信信号から除去する方法の確立が要望され得る。
干渉信号を除去する方法としては、例えば、探知測距装置が他の探知測距装置のプローブ信号に関する情報を何らかの方法により取得し、取得された情報に基づいて受信信号の中から干渉成分を除去する方法が考えられる。しかしながら、互いに異なる変調方式が用いられた複数の探知測距装置が観測空間内に混在する状況下において、異なる変調方式が用いられた他の探知測距装置のプローブ信号に関する情報を個別に正しく取得するためには、車々間/路車間等を結ぶ通信装置等の追加装置が必須となる。この結果、システム構成全体が複雑になり、信号処理や装置間の調停処理コストが大きくなる。また、他の探知測距装置のプローブ信号に関する情報取得に時間のかかる上記の様な方法は、高速応答が要求される得る高度道路交通システム用のレーダ等には利用しにくい(特に、過疎地等においては、インフラを含めてこの様なシステムを構築することは、更に非現実的である)。
また、互いに異なる変調方式が用いられたレーダ間の干渉に関する数理モデルを構築することは、難しく、実験によって何らかの干渉が発生するといったデータの蓄積が欧州を中心とした国際プロジェクトにおいて開始されたばかりである。それ故、そうした干渉信号を理論的根拠に基づき検出および除去する方法も確立されていない。
実施形態では、被干渉レーダが干渉信号を検出し、検出された干渉信号を除去し得る根拠として、互いに異なる変調方式が用いられたレーダ間の干渉に関する数理モデルが導出される。そして、導出された数理モデルに基づいた探知測距装置および干渉信号除去方法が提案される。
図2は、実施形態に従った探知測距装置の例示的機能構成図である。図2に示すように、実施形態に従った探知測距装置10は、制御部110、プローブ信号生成部120、送信部130、受信部140、復調部150、干渉信号検出部160、干渉信号特定部170、干渉信号除去部180、および信号処理部190を含む。
制御部110は、探知測距装置10全体の動作を制御する。プローブ信号生成部120は、制御部110からの指示に従って所定の変調方式で変調されたプローブ信号を生成する。探知測距装置10がプローブ信号を生成するために用いる所定の変調方式を以下では便宜的に第1の変調方式と呼ぶ。第1の変調方式の一例としては、FMCW方式およびDSSS方式が挙げられる。プローブ信号生成部120は、生成されたプローブ信号を送信部130へ送信する。送信部130は、プローブ信号生成部120からプローブ信号を受信し、受信されたプローブ信号を探知測距装置10の外へ向けて送信する。また、プローブ信号生成部120は、生成されたプローブ信号を復調部150へ送信する。或は、プローブ信号生成部120は、プローブ信号の生成に用いられた符号を復調部150へ送信する。プローブ信号生成部120から復調部150へ送信されるプローブ信号または符号を以下では便宜的に復調用信号と呼ぶ。
受信部140は、送信部130から送信されたプローブ信号が目標物で反射されて生成されたエコー信号(以下、所望信号、或いは反射信号と記す事がある)を受信する。また、受信部140は、他の探知測距装置から送信されたプローブ信号が非目標物等で反射され(反射される事は必須ではないが、便宜上、この様に扱っておく)、生成された信号(以下、不要信号、或いは干渉信号と記す事がある)をも受信し得る。他の探知測距装置から送信されたプローブ信号は、探知測距装置10から送信されたプローブ信号とは異なり、第2の変調方式で変調されたプローブ信号である。例えば、第1の変調方式がFMCW方式であるケースでは、第2の変調方式は、DSSS方式といった別の変調方式であり、第1の変調方式がDSSS方式であるケースでは、第2の変調方式は、FMCW方式といった別の変調方式である。受信部140は、反射信号の他に干渉信号を含み得る受信信号を復調部150へ送信する。
復調部150は、プローブ信号生成部120から受信した復調用信号を用いて、受信部140から受信した受信信号を第1の変調方式に対応した方式(復調方式)で復調する。復調部150は、復調信号を干渉信号検出部160へ送信する。
干渉信号検出部160は、復調部150から受信した復調信号の中から干渉信号を検出する。干渉信号検出部160により干渉信号が検出された場合、制御部110は、プローブ信号の送信停止(或いは、送信電力レベルの変更)を送信部130に指示する。なお、「送信停止」には、送信電力レベルの下降制御、すなわち「送信電力レベルの変更」によって、送信電力レベルを零にすることが含まれ得る。そこで、説明を明確にするために、以下では、「送信停止」には送信電力レベルを零にすることのみならず、広く「送信電力レベルの変更」が含まれるものとして、「送信停止」について説明する。
送信部130は、制御部110からの指示に従いプローブ信号の送信を停止する。受信部140は、送信部130からのプローブ信号の送信が停止された状態で信号を受信する。復調部150は、受信部140により受信された信号を第2の変調方式に対応した方式で復調し、復調信号を干渉信号特定部170へ送信する。
干渉信号特定部170は、復調部150から受信した信号、すなわち第2の変調方式に対応した方式(復調方式)で復調された受信信号を用いて、干渉信号の諸元を特定する。特定される干渉信号の諸元は、他の探知測距装置が第2の変調方式により生成したプローブ信号の諸元と言える。干渉信号の諸元が干渉信号特定部170により特定されると、制御部110は、プローブ信号の送信再開(或いは、送信電力レベルの変更)を送信部130に指示する。なお、「送信再開」には、送信電力レベルの上昇制御、すなわち「送信電力レベルの変更」によって、送信停止前の電力レベルに戻すことが含まれ得る。そこで、説明を明確にするために、以下では、「送信再開」には送信停止前の電力レベルに戻すことのみならず、広く「送信電力レベルの変更」が含まれるものとして、「送信停止」について説明する。
送信部130は、制御部110からの指示に従いプローブ信号の送信を再開する。復調部150は、プローブ信号の送信再開後に受信部140により受信された信号を第1および第2の変調方式に対応する方式で復調する。干渉信号特定部170は、復調部150から受信した信号、すなわち第1および第2の変調方式に対応する方式で復調された信号に基づいて、干渉信号の遅延量を特定する。
干渉信号除去部180は、干渉信号特定部170により特定された干渉信号の諸元および遅延量に従って、干渉信号のコピーを生成する。そして、復調部150が第1の変調方式に対応した方式で受信信号を復調する前に、干渉信号除去部180は、プローブ信号の送信再開後に受信部140により受信された受信信号から、生成された干渉信号のコピーを差し引くことによって、受信信号から干渉信号(干渉成分)を除去する。復調部150は、干渉信号除去部180により干渉信号が除去された受信信号を第1の変調方式に対応した方式で復調する。
信号処理部190は、復調部150から受信した復調信号に基づいて目標物を検出し、目標物の特徴量を測定する。測定される特徴量の一例としては、探知測距装置10から目標物までの距離や、目標物の速度が挙げられる。例えば、信号処理部190は、干渉信号検出部160により干渉信号が検出されない場合および干渉信号除去部180により干渉信号が除去された場合に、復調部150から復調信号を受信し得る。
探知測距装置10により実行される実施形態に従った干渉成分除去方法の一例を説明する。図3は、実施形態に従った干渉成分除去方法の例示的フロー図である。
探知測距装置10による探知測距処理が開始されると(ステップS101)、プローブ信号生成部120は、制御部110の指示に従ってプローブ信号を生成する。送信部130は、プローブ信号生成部120により生成されたプローブ信号を探知測距装置10の外へ向かって送信する(ステップS102)。
送信部130により送信されたプローブ信号は、目標物で反射される。受信部140は、プローブ信号が目標物で反射されて生成されたエコー信号を含む信号を受信する(ステップS103)。復調部150は、受信信号を第1の変調方式に対応した方式で復調する。
干渉信号検出部160は、復調部150から復調信号を受信する。干渉信号検出部160が復調信号の中から干渉信号(干渉成分)を検出しなかった場合(ステップS104で“NO”)、一連の干渉信号除去処理は、終了される(ステップS110)。
一方、干渉信号検出部160が復調信号の中から干渉信号を検出した場合(ステップS104で“YES”)、送信部130は、制御部110からの指示に従ってプローブ信号の送信を停止する(ステップS105)。
受信部140は、プローブ信号の送信停止中に干渉信号を含む信号を受信する。復調部150は、受信信号を第2の変調方式に対応した方式で復調する。干渉信号特定部170は、復調部150により復調された受信信号を用いて干渉信号の諸元を特定する(ステップS106)。送信部130は、制御部110からの指示に従ってプローブ信号の送信を再開する(ステップS107)。
受信部140は、プローブ信号の送信再開後に干渉信号を含む信号を受信する。復調部150は、第1および第2の変調方式に対応する方式に従って受信信号を復調する。干渉信号特定部170は、復調部150により復調された受信信号を用いて干渉信号の遅延量を特定する(ステップS108)。
干渉信号除去部180は、干渉信号特定部170により特定された干渉信号の諸元および遅延量に従って、干渉信号のコピーを生成する。干渉信号除去部180は、送信部130によるプローブ信号の送信再開後に受信部140により受信された信号から、生成された干渉信号のコピーを除去する(ステップS109)。そして、一連の干渉信号除去処理は終了される(ステップS109)。なお、信号処理部190は、一連の干渉信号除去処理を経た受信信号を用いて、目標物の検出および目標物の特徴量の測定を実行し得る。
このように実施形態に従った干渉信号除去方法によれば、それぞれ互いに異なる変調方式が用いられた複数の探知測距装置が存在する環境において、他の探知測距装置が送信した信号が受信信号中の干渉信号成分として検出され、検出された干渉信号(干渉信号のコピー)が受信信号から除去され得る。
なお、図2を参照しながら前述した実施形態の探知測距装置および図3を参照しながら前述した実施形態の干渉信号除去方法は、例示であり、様々な変更および改良がそれらに加えられ得ることは当然である。
例えば、干渉信号検出部160は、干渉信号の検出と共に干渉信号の諸元の少なくとも一部を特定し得るように構成され得る。復調部150は、干渉信号検出部160により特定された干渉信号の諸元に基づいて干渉信号を回避、或いは干渉信号のスペクトルを拡散して、受信部140が受信した受信信号の中から反射信号のみを第1の変調方式に対応した方式で復調するように構成され得る。こうした構成においては、探知測距装置10は、干渉信号特定部170および干渉信号除去部180を備えなくても、干渉信号を検出し且つ干渉信号を除去し得る。
以下では、実施形態に従った探知測距装置および干渉信号除去方法の具体例として実施例1および2を説明する。
<実施例1>
実施例1では、第1の変調方式はFMCW方式であり、第2の変調方式はDSSS方式である。すなわち、実施例1の探知測距装置は、FMCW方式のレーダであり、実施例1の探知測距装置に干渉信号を与える他の探知測距装置は、DSSS方式のレーダである。また、図1に示される一例では、実施例1の探知測距装置は、レーダ1に相当し、実施例1の探知測距装置に干渉信号を与える他の探知測距装置は、レーダ2に相当する。なお、図1には、レーダ1の1つの目標物Tと、干渉信号を生じさせる1つのレーダ2とが例示的に示されている。しかしながら、実施例1の探知測距装置は、複数の目標物Tを検知し、検知された複数の目標物Tの特徴量を測定し得る。また、実施例1の探知測距装置は、複数の干渉信号を検出して、検出された複数の干渉信号を受信信号の中から除去し得る。
図4は、実施例1の探知測距装置の概略的なハードウェア構成図である。図4に示すように、実施例1の探知測距装置20は、Central Processing Unit(CPU)201、ベースバンド発振器(Baseband Oscillator、BB−OSC)202、無線周波数発振器(Radio Frequency Oscillator、RF−OSC)203、第1の分配器204、高出力増幅器(High Power Amplifier、HPA)205、および送信アンテナ206を含む。探知測距装置20は、受信アンテナ207、低雑音増幅器(Low Noise Amplifier、LNA)208、減算器209、第2の分配器210、混合器211、可変ローパスフィルタ(Low Pass Filter、LPF)212、高速フーリエ変換器(Fast Fourier Transform、FFT)213、第3の分配器214、および信号処理回路215を含む。探知測距装置20は、検出器216、符号生成器217、および変復調器218を含む。なお、以下で説明される干渉信号除去方法によっては、探知測距装置20は、可変ローパスフィルタ212を含まなくてよい。また、送信アンテナ206および受信アンテナ207は、送受信アンテナとして一体的に構成され得る。
また、上述した構成要素の内、CPU201、検出器216、符号生成器217、変復調器218、および第2の分配器210は、干渉信号検出識別装置20Aに含まれる。符号生成器217および変復調器218は、干渉信号識別器20Bに含まれる。ベースバンド発振器202および無線周波数発振器203は、プローブ信号生成器20Cに含まれる。
CPU201は、制御部110に対応し得る。ベースバンド発振器202および無線周波数発振器203は、プローブ信号生成部120に対応し得る。高出力増幅器205および送信アンテナ206は、送信部130に対応し得る。受信アンテナ207および低雑音増幅器208は、受信部140に対応し得る。混合器211および可変ローパスフィルタ212は、復調部150に対応し得る。検出器216は、干渉信号検出部160に対応し得る。CPU201、検出器216、符号生成部217、および変復調器218は、干渉信号特定部170に対応し得る。符号生成部217、変復調器218、減算器209、および可変ローパスフィルタ212は、干渉信号除去部180に対応し得る。高速フーリエ変換器213および信号処理回路215は、信号処理部190に対応し得る。
前述したように、探知測距装置20は、FMCW方式のレーダである。まず、干渉信号を受信していない状態における探知測距装置20の動作を説明する。
探知測距装置20では、CPU201からの指示に従って、ベースバンド発振器202から出力された出力信号(変調信号)は、無線周波数発振器203に入力され、その発振周波数を変化させる。そして、無線周波数発振器203は、発振周波数が変化する無線周波数信号をプローブ信号vTX (t)として出力する。図5は、ベースバンド発振器からの出力信号の例図である。図6は、無線周波数発振器からの出力信号位相の例図である。説明を明確にするために、ベースバンド発振器202からの出力信号の周波数偏移f(t)を以下の式(4)のように定める。
図5に示すように、式(4)に示されるT は、ベースバンド発振器202から出力される変調信号の基本周期であり、Δωは、その2倍が変調周波数帯域幅に相当する片側最大周波数偏移である。
ベースバンド発振器202からの出力信号の周波数偏移f(t)が式(4)のように定められた場合、無線周波数発振器203からの出力信号の位相変移h(t)は、以下の式(5)のように表される。また、プローブ信号v TX(t)は、以下の式(6)のように表される(説明を明確にするために、以下では、信号振幅は規格化済みであるものとする)。
式(6)中のω は、無線周波数発振器203の中心周波数を指し、キャリア周波数に対応する。
無線周波数発振器203から出力されたプローブ信号は、第1の分配器204に入力され、第1の分配器204は、入力されたプローブ信号を混合器211および高出力増幅器205に分配する。混合器211に分配されたプローブ信号は、前述した復調用信号に対応する。高出力増幅器205は、入力されたプローブ信号を増幅し、送信アンテナ206は、増幅されたプローブ信号を探知測距装置20の外へ送信する。
受信アンテナ207は、送信アンテナ206から送信されたプローブ信号が目標物Tで反射された反射信号を受信する。受信アンテナ207により受信された反射信号は、低雑音増幅器208で増幅され、減算器209および第2の分配器210を経て混合器211に入力される。なお、実施形態に従った干渉信号除去処理が行われないケースでは、減算器209による減算処理は行われず、減算器209は、入力された信号をそのまま出力するスルーラインとして機能する。
混合器211は、第1の分配器204により分配されたプローブ信号と第2の分配器210により分配された反射信号とを混合して、ビート信号を生成する。混合器211により生成されたビート信号は、可変ローパスフィルタ212によりフィルタリングされ得る。高速フーリエ変換器213は、ビート信号の周波数スペクトラムを算出する。信号処理回路215は、高速フーリエ変潤器213により算出されたビート信号の周波数スペクトラムを用いて、目標物Tまでの距離や目標物Tの速度といった目標物Tの特徴量を算出する。
説明を明確にするために、探知される目標物Tの特徴量を距離と速度と仮定する。そして、探知測距装置20から見て、目標物Tが視線距離(以降、単に距離と記す)dの位置を視線速度(以降、単に速度と記す)vで移動していると仮定する。探知測距装置20と目標物Tとの間の遅延時間をτとし、速度vに基づくドップラ周波数シフトをω とすると、振幅が規格化された復調信号(ベースバンド信号)vは、以下の式(7)で表される。なお、説明を明確にするために、加法性白色雑音n(t)を無視する。また、説明を明確にするために、目標物Tの数は1とする。すなわち、式(1)および(2)で示されるkを1とする(k=1)。
式(7)中のvRX D,*は、受信アンテナ207により受信された信号vRX 、すなわち所望信号である反射信号の複素共役を表す。このように、目標物Tで反射された反射信号のみを受信アンテナ207が受信するケースでは、探知測距装置20は、式(7)で示される復調信号に基づいて、目標物Tを検出し、目標物Tの特徴量を取得する。
探知測距装置20が上述したようなFMCWレーダとしての動作を実行しているときに、他の探知測距装置からの干渉信号を受信アンテナ207が受信すると、探知測距装置20は、以下で説明する干渉信号除去処理を行うことにより、受信信号の中から干渉成分を除去する。
前述したように、実施例1では、干渉信号を生じさせる他の探知測距装置は、DSSS方式のレーダである。変調に用いられる符号系列に従って様々な種類のDSSS方式のレーダが存在し得るが、変調に用いる符号系列等を変更しても基本原理は同じなので、実施例1において前提とされるDSSS方式のレーダは、以下で説明するプローブ信号を送信するレーダであると仮定する。
実施例1で前提とされるDSSS方式のレーダは、相補符号(Complimentary Code、C2)の対を変調用コードとして用いる。図7Aおよび図7Bは、相補符号の対の例図である。図7A中の符号Aおよび図7B中の符号Bは、相補符号である。図7Aおよび図7Bに示した一例では、符号AおよびBの符号長Nは、それぞれ16である(N=16)。符号Aと符号Bとの間の遅延時間または遅延インデックスをkとし、符号Aの自己相関関数をR(k)とし、符号Bの自己相関関数R(k)とすると、相補符号の対AおよびBは、以下の式(8)で示される性質を有する。
そこで、受信信号の各相補符号に対応する成分と各符号との自己相関をそれぞれ計算し、計算されたそれらの自己相関を加算すると、合成された自己相関のサイドローブは、理論上0になる。
DSSS方式のレーダは、上述したような性質を有する相補符号の対を、所定のタイミングでフレーム長T毎に切り替えて変調に用いることによって変調信号を生成する。図8は、変調用コードのタイミングチャートの例図である。図8の符号Aおよび符号Bは、相補符号対であり、符号Aおよび符号Bのそれぞれは、図8に示すように符号系列を構成する。Tは、符号が畳重される矩形パルスのデュレーションである。Tは、フレーム長であり、各符号が占有するタイムスロットの時間幅を表す。説明を明確にするためにキャリア成分を省略すると、DSSS方式のレーダから送信されるプローブ信号VTXは、以下の式(9)で表される。
式(9)において、p(t)は、デュレーションTの矩形パルスであり、u(t)は、デュレーションTの矩形パルスである。aおよびbは、相補符号AおよびBを構成するそれぞれの符号である。mは、スロット番号である。相補符号AおよびBの符号長をNとし、Nより大きい自然数をL(以下では、説明に特に混乱が生じない場合、Lもフレーム長と称する)とすると、T=LTと定められ、無信号時間(L−N)Tには、図8の一例に示されるように0がパディングされる。なお、以下の説明では、上述したような相補符号対を変復調用コードとして用いたDSSS方式を単に相補符号変調(または復調)と呼ぶ場合がある。
干渉信号を生じさせる他の探知測距装置は、式(9)に示されるようなプローブ信号を送信するものと仮定する。ただし、以下の説明において、他の探知測距装置が変調に用いる相補符号の対を便宜的にCおよびDで表し、干渉信号の相補符号の対CおよびDをそれぞれ構成する符号をcおよびdで表す。したがって、干渉信号を発生させる他の探知測距装置は、式(9)中のaおよびbがcおよびdにそれぞれ置き換えられたプローブ信号を送信するものと仮定する。
他の探知測距装置から送信されたプローブ信号が例えば図1のように探知測距装置20の非目標物Tで反射されて探知測距装置20に受信されたと仮定する。このケースにおいて、受信された不要信号である干渉信号に対する数理モデルは、以下のように導出される。
まず、式(9)で示されるチップ関数p(t)の中にタイムスロットの効果を纏めると、受信アンテナ207により受信された信号中の干渉成分、すなわち不要信号である干渉信号vRX (t)は、以下の式(10)で表される。
式(10)中のcおよびdは、干渉信号の相補符号の対CおよびDをそれぞれ構成する符号である。τは、他の探知測距装置から送信されたプローブ信号が非目標物Tで反射されて探知測距装置20に受信されるまでの遅延時間である(以下では、説明を明確にするために、Tは探知装置20と他の探知測距装置とを結ぶ直線上の中点にあるものとする)。τは、相補符号の遅延インデックスuを用いて、τ=uTと表せる。
FMCW方式のレーダである探知測距装置20による復調において、相補符号変調信号(C2信号)のタイムスロット番号mは意味を有しない。そこで、任意のmにおける探知測距装置20による復調出力を求める。例えば、2mT≦t<3mTで表される区間おいて、復調出力v(t;m)は、以下の式(11)のように表される。
式(11)において、vTX D,FM,*は、探知測距装置20内の分配器204から混合器211に送信された信号vTX D,FM(リファレンス信号)の複素共役であり、vRX U,C2,evenは、探知測距装置20により受信された干渉信号であって、偶数番目のタイムスロットの干渉信号である。
FMCW方式のレーダである探知測距装置20による復調において、リファレンス信号が相補符号変調信号によりクリップされる(零にならない)のは、p()≠0である区間、すなわち、0≦t−(n+u+2mL)T<Tで表される区間である。そこで、式(11)は、以下の式(12)のようにさらに表される。
式(12)において、図5に示されるようなアップチャープ区間およびダウンチャープ区間でそれぞれクリップされた周波数変調(Frequency Modulation、FM)由来の項は、各区間に於けるf(x)に具体的な式を代入して積分を実行すれば、以下の式(13)のように求められる。
また、周波数変調チャープの区間に関わらず符号対C、Dの最少一区間を含むものとして干渉信号を扱う方が、符号の性質を反映した干渉信号の数理モデルを得られるので、符号Dに対応する式(11)〜(13)を求める。そして、各符号について得られた式(12)の中でnに依存しない項を符号C、Dの占有タイムスロット毎に纏めたものを、式(14):αup(u;m)、式(15):βup(u;m)のように定義する。そして、式(14)および式(15)と先に導いた符号C、Dに対応する式(13)とを組み合わせる事で、例えば周波数変調のアップチャープ区間に於ける干渉信号の数理モデルは、式(16)のようにして求められる。
勿論、周波数変調のダウンチャープ区間における干渉信号の数理モデルは、周波数変調のアップチャープ区間における干渉信号の数理モデルと同様の方法で導出できる。
なお、式(14)および式(15)中の関数f(x)の積分範囲の下限は、実際の信号に応じて適宜設定し得るので、記述を明確にするために便宜上、−∞と表記した。また、式(16)のデルタ(δ)関数は、信号の時間軸上の位置を明示するために導入したものである。
式(16)に示されるように、FMCWレーダである探知測距装置20による干渉信号の復調出力は、パルスでクリップされた正弦波の形状を有することが理解できる。
図9は、実施例1の探知測距装置によりFM復調された干渉信号の例図である。図10は、実施例1の探知測距装置によりFM復調された所望信号および不要信号のFFT処理出力結果の例図である。図9および図10に示した一例では、FMCW方式のレーダである探知測距装置20のパラメータは、次のように設定されている。すなわち、片側最大周波数偏移Δω=250MHz、基本周期T =1msec、キャリア周波数偏移Δω=0MHz、ベースバンド発振器の変調信号と干渉源の変調信号との初期時刻の差ΔT=0である。DSSS方式のレーダである他の探知測距装置のパラメータは、次のように設定されている。すなわち、符号長Nが16(N=16)の相補符号の対CおよびD、符号が畳重される矩形パルスのデュレーションT =2nsec、フレーム長(符号長Nより大きい自然数)L=1024、送信フレーム数M=1024である。また、目標物Tおよび非目標物Tの諸元は、次のように設定されている。すなわち、目標物Tまでの距離d=10m、非目標物Tまでの距離d=20m、目標物Tの速度v=非目標物Tの速度v=0km/hである。
図9には、受信アンテナ207、低雑音増幅器208、および第2の分配器210を経て混合器211から出力された干渉信号がタイムドメインで表示されている。実施例1では、混合器211から出力される干渉信号は、DSSS方式の他の探知測距装置から送信された相補符号変調信号(相補符号で変調された信号、C2信号)にFM復調が施された信号である。縦軸は、振幅であり、横軸は、セミログ表示された時間(sec)である。図9中の線(c)は、相補符号Cに対応し、線(d)は、相補符号Dに対応する。図9に示すように、線(c)および(d)の振幅は、数理モデル:式(16)により示唆されるように、探知測距装置20のリファレンス信号が符号C、Dでクリップされた箇所で交互に大きくなっている。
図10には、所望信号であるFM信号および不要信号である相補符号変調信号がFM復調された後、それぞれ単体で高速フーリエ変換器213によりFFT処理された結果が示されている。所望信号は、FMCW方式の探知測距装置20から送信されたプローブ信号が目標物Tで反射された反射信号である。不要信号は、DSSS方式の他の探知測距装置から送信されたプローブ信号が非目標物Tで反射されて、探知測距装置20により受信された干渉信号である。図10の縦軸は、電力(dB)であり、横軸は、セミログ表示された周波数(GHz)である。
干渉信号である相補符号変調信号を検出および除去する方法としては、プローブ信号を用いて再生された被干渉信号成分(所望信号成分)をFM復調された受信信号の中から差し引き、差し引かれた受信信号を相補符号復調することによって、干渉信号の諸元を特定する方法があり得る。しかしながら、式(16)に示されるように、FM復調された干渉信号には、位相情報を含む特定困難な係数αup(u;m)およびβup(u;m)が含まれる。このため、FM復調された干渉信号に対する相補符号復調の積分処理において、干渉信号を特徴付ける相関ピークが消滅する可能性がある。したがって、プローブ信号を用いて再生された被干渉信号成分をFM復調された受信信号の中から差し引き、差し引かれた受信信号を相補符号復調するといった方法では、干渉信号の諸元を特定することは難くなり得る。
そこで、以下で説明するように、探知測距装置20は、式(16)、ならびに図9および図10に示されるようなFM復調された相補符号変調信号の特徴を利用して、干渉信号である相補符号変調信号を検出および除去する。
受信アンテナ207は、所望の反射信号の他に不要な干渉信号を含み得る信号を受信する(図3のステップS103に対応)。受信アンテナ207により受信された信号は、低雑音増幅器208、減算器209、および第2の分配器210を経て、第1の分配器204を経て入力されたプローブ信号と混合器211により混合される。そして、混合器211により混合された信号(ビート信号)は、可変ローパスフィルタ212、高速フーリエ変換器213、および第3の分配器214を経て検出器216に入力される。検出器216に入力された受信信号の一例は、図10に示されるような所望信号および不要信号である。なお、前述したように、図10には、所望の反射信号および不要な干渉信号がそれぞれ単体で高速フーリエ変換器213によりFFT処理された結果が示されている。しかしながら、探知測距装置20の実際の構成では、不要な干渉信号が所望の反射信号に畳重された受信信号が高速フーリエ変換器213によりFFT処理され、FFT処理された信号が検出器216に入力され得る。
検出器216は、入力された受信信号に従って干渉信号を検出する(ステップS104に対応)。具体的には、検出器216は、設定された閾値とノイズフロアのレベルとを比較し、ノイズフロアのレベルが閾値を越えた場合に干渉信号の存在を検出した、ものと判定する。閾値は、所望信号の諸元、すなわち、干渉信号が存在しない状態で受信される受信信号のレベル、或いは、受信信号有りの時または受信信号無しの時のノイズフロアレベル等を基に設定され得る。例えば、図10に示される干渉信号のスペクトラムは、干渉信号が存在しない状態におけるノイズフロアに比べ、20dBも大きな周期的なスパイクノイズとなっている。そこで、検出器216は、干渉信号が存在しない状態におけるノイズフロアのレベルを閾値として設定する事により、この値を周期的に超える干渉信号の存在を検出し得る。また、スパイクノイズの検出によって、検出器216は、干渉信号がパルス状の信号であることを検出し得る。
検出器216により干渉信号が検出された場合(ステップS104の“YES”に対応)、探知測距装置20は、プローブ信号の送信停止中に受信した信号を用いて干渉信号の諸元を特定する(ステップS106に対応)。実施例1での干渉信号の諸元には、干渉信号のキャリア周波数ω 、ならびに干渉信号を構成する相補符号対CおよびDが含まれる。具体的には、まず、CPU201は、無線周波数発振器203の出力を多値周波数偏移変調(Frequency Shift Keying、FSK)モードで駆動した上で高出力増幅器205の出力をオフにし、送信アンテナ206からのプローブ信号の送信を停止させる(ステップS105に対応)。無線周波数発振器203からの出力は、第1の分配器204を経て混合器211に入力され、干渉信号の復調用に用いられる。
受信アンテナ207は、プローブ信号の送信停止中に、干渉信号を含み得る信号を受信する。受信アンテナ207により受信された信号は、低雑音増幅器208、減算器209、および第2の分配器210を経て、干渉信号の復調用信号と混合器211により混合される。なお、このとき、減算器209は、入力された信号をそのまま出力するスルーラインとして機能する。混合器211により混合された信号は、可変ローパスフィルタ212、高速フーリエ変換器213、および第3の分配器214、および検出器216を経てCPU201に入力される。
図10に示されるような干渉信号を表すパルスノイズの周波数軸上の位置は、無線周波数発振器203からの出力周波数と干渉信号のキャリア周波数との差分によって定まる。例えば、両周波数が一致したときには、高速フーリエ変換器213から出力された信号の直流成分近傍にパルスノイズが立つ。そこで、CPU201は、混合器211および高速フーリエ変換器213を経て検出器216に入力された受信信号のパルスノイズの周波数軸上の位置と、その受信信号が入力された際の無線周波数発振器203からの出力信号の周波数との対応を指標として、干渉信号のキャリア周波数ω を特定する。
次に、CPU201は、干渉信号を構成する相補符号を特定するために、相補符号が占有するタイムスロット幅、すなわちパルス繰り返し周期(Pulse repetition Interval、PRI)を特定する。式(16)から明らかな様に、干渉信号の有符号区間は、LT毎に表れると言える。したがって、混合器211および高速フーリエ変換器213を介してFM復調されたパルスノイズスペクトラムのピーク間隔の逆数は、相補符号のPRIに比例すると言える。そこで、CPU201は、図10に示されるような干渉信号のパルスノイズスペクトラムのピーク間隔の逆数を算出して、干渉信号を構成する相補符号のPRIを特定する。
また、図10に示されるような干渉信号中の1つのノイズピークの占有周波数帯域の1/(2T)は、相補符号の符号長に相当する。そこで、CPU201は、あるTを仮定して1/(2T)の値を計算し、干渉信号に用いられている相補符号の符号長を推定し、該当する符号長を持つ相補符号の対CおよびDを符号生成器217に発生させる。そして、CPU201は、符号生成器217により発生された相補符号の対CおよびDと設定されたTとを用いて変復調器218内で復調用信号を生成させ、受信アンテナ207、低雑音増幅器208、および第2の分配器210を経て入力された受信信号を変復調器218に相補符号復調させる。
すなわち、変復調器218は、受信アンテナ207、低雑音増幅器208、および第2の分配器210を経て入力された受信信号をCPU201により特定された干渉信号のキャリア周波数によってダウンコンバートする。また、変復調器218は、ダウンコンバートされた受信信号をCPU201により特定されたPRI毎に切り出す。そして、変復調器218は、変復調器218に発生された一方の相補符号Cに対応する復調用信号とPRI毎に切り出された偶数番目の受信信号との自己相関を算出し、変復調器218に発生された他方の相補符号Dに対応する復調用信号とPRI毎に切り出された奇数番目の受信信号との相関値を算出し、各算出結果を加算する(実際は、加算結果を更にコヒーレント積分する)。変復調器218は、加算された算出結果を相補符号復調結果としてCPU201へ出力する。
CPU201は、変復調器218による相補符号復調結果から相関ピークが検出されるか否かを判定する。変復調器218による相補符号復調結果から相関ピークが検出されるという状態は、プローブ信号の送信停止中の受信信号に含まれる相補符号対と符号生成器217により発生された相補符号の対CおよびDとの間に、式(8)で示される関係が成り立つ(即ち、干渉信号の符号対の推定に成功した)ことを意味する。符号長はTに対応して一意に定まるので、対応する符号長を持つ符号対を随時変更しながら、相関ピークが検出されるまで上記処理が行われる。
1つのTに対応する符号対を用いて生成した復調用信号の全てについて相関ピークが検出されない場合には、CPU201は、Tを変更し、対応する相補符号の対CおよびDを符号生成器217により発生させ、上記同様の手順で、PRI毎に切り出された受信信号を変復調器218に再度相補符号復調させる。そして、変復調器218による復調結果から相関ピークが検出されるまで、CPU201は、上述の処理を繰り返す。一方、変復調器218による復調結果から相関ピークが検出された場合、CPU201は、相関ピークが検出された相補符号の対を特定することによって、干渉信号を構成する相補符号の対CおよびDを特定する。
なお、相補符号の対CおよびDを特定できたという事はTも正しく特定出来ている事を意味するので、以下の説明において特に必要の無い場合、Tに関する記述は省略する。
このように、干渉信号の諸元が特定されると、CPU201は、無線周波数発振器203の出力を元のFMCWモードで駆動した上で、高出力増幅器205の出力をオンにし、送信アンテナ206からのプローブ信号の送信を再開させる(ステップS107に対応)。プローブ信号の送信再開後、受信アンテナ207は、所望信号である反射信号と共に干渉信号を含む信号を受信する。受信アンテナ207により受信された信号は、低雑音増幅器208、減算器209、および第2の分配器210を経て混合器211に入力される。このとき、減算器209は、入力された信号をそのまま出力するスルーラインとして機能する。
混合器211は、第2の分配器210を経て入力された受信信号と第1の分配器204を経て入力されたプローブ信号と混合する。混合器211により混合された受信信号は、可変ローパスフィルタ212、高速フーリエ変換器213、第3の分配器214、検出器216、およびCPU201を経て、変復調器218に入力される。
変復調器218は、入力された受信信号を特定された干渉信号のキャリア周波数でダウンコンバートし、ダウンコンバートされた受信信号を特定されたPRI毎に切り出し、PRI毎に切り出された受信信号と特定された相補符号の対CおよびDを用いて生成された復調用信号との相関を計算する。この結果、変復調器218による復調結果は、式(10)で表される干渉信号の相補符号復調結果に、干渉信号と同じ相補符号対CおよびDで所望のFM信号を相補符号復調した結果が畳重された信号になる。すなわち、変復調器218から得られる相関演算和のコヒーレント積分結果には、干渉信号の特徴量である遅延量τが含まれる。よって、CPU201は、この相関演算結果のピーク位置から干渉信号の遅延量τを特定する(ステップS108に対応)。
図11Aおよび図11Bは、実施例1の変復調器による相関演算結果の例図である。図11Aおよび図11Bには、特定されたPRI毎に切り出された受信信号と、特定された相補符号を用いて生成された復調用信号との相関演算結果の実部が、復調開始時刻からの経過時間に沿って示されている。また、図12Aは、図11Aの各符号に対する相関値の和をコヒーレント積分した結果の例図であり、図12Bは、図11Bの各符号に対する相関値の和をコヒーレント積分した結果の例図である。
図11Aおよび図12Aでは、探知測距装置20の諸元は、次のとおりである。すなわち、片側最大周波数偏移Δω=250MHz、基本周期T =1msec、キャリア周波数偏移Δω=0MHz、ベースバンド発振器の変調信号と干渉源の変調信号との初期時刻の差ΔT=0である。また、干渉信号を発生させる他の探知測距装置の諸元は、次のとおりである。すなわち、符号長Nが16(N=16)の相補符号の対CおよびD、符号が畳重される矩形パルスのデュレーションT =2nsec、フレーム長L=1024、送信フレーム数M=1024である。図11Bおよび図12Bでは、探知測距装置20の諸元は、次のとおりである。すなわち、片側最大周波数偏移Δω=250MHz、基本周期T =0.125msec、キャリア周波数偏移Δω=0MHz、ベースバンド発振器の変調信号と干渉源の変調信号との初期時刻の差ΔT=0である。また、干渉信号を発生させる他の探知測距装置の諸元は、次のとおりである。すなわち、符号長Nが256(N=256)の相補符号の対CおよびD、符号が畳重される矩形パルスのデュレーションT =2nsec、フレーム長L=1024、送信フレーム数M=1024である。目標物Tおよび非目標物Tの諸元は、図9および図10と同様に、次のように設定されている。すなわち、目標物Tまでの距離d=10m、非目標物Tまでの距離d=20m、目標物Tの速度v=非目標物Tの速度v=0km/hである。
受信信号は、探知測距装置20の所望信号であるプローブ信号の反射信号(FM信号)と、他の探知測距装置により発生された不要信号である干渉信号(相補符号変調信号、C2信号)との和から構成される。変復調器218は、こうした構成を有する受信信号を特定された干渉信号のキャリア周波数でダウンコンバートし、ダウンコンバートされた受信信号を特定されたPRI毎に切り出し、特定された相補符号の対CおよびDを用いて復調用信号を生成し、これらの信号との相関演算を行う。この場合、相関演算結果は、図11Aおよび図11Bに示されるように、式(10)で表される相補符号変調信号の復調結果に、所望のFM信号と相補符号対との相関演算結果が畳重された信号になる。
そして、干渉信号の電力レベルが高く、且つ上述の相補符号対による復調過程での積分処理中にコヒーレンス性が崩れなければ、図12Aおよび図12Bの記号(D)に示されるように、CPU201は、干渉信号の諸元のみならず、各符号に対する相関値の和をコヒーレント積分した結果に現れたピーク位置に対応する相関遅延インデックスの値から、干渉信号の発信源の位置に対応する遅延量(遅延インデックス)を算出できる。
このように、干渉信号の諸元と干渉信号の遅延量τとが特定されると、CPU201は、特定された干渉信号の諸元および干渉信号の遅延量τとを用いて、DSSS方式で変調された干渉信号のコピーを生成する。すなわち、符号生成器217は、特定された相補符号の対CおよびDをCPU201の指示に従い生成する。変復調器218は、符号生成器217が発生させた符号を用いて相補符号変調信号を生成し、キャリア周波数ω でアップコンバートすることにより、DSSS方式で変調された信号を生成する。そして、変復調器218は、生成された信号に特定された遅延量τを与えて干渉信号のコピーを生成し、減算器209に入力する。
減算器209には、変復調器218により生成された干渉信号のコピーと、受信アンテナ207により受信された受信信号とが入力される。減算器209は、入力された干渉信号のコピーを入力された受信信号から差し引くことで、受信信号から干渉信号成分を除去する(ステップS109に対応)。
減算器209により干渉信号が除去された受信信号は、第2の分配器210を経て混合器211に入力される。混合器211は、第1の分配器204により分配された復調用のプローブ信号と第2の分配器210により分配された受信信号とを混合して、ビート信号を生成する。高速フーリエ変換器213は、ビート信号の周波数スペクトラムを算出する。信号処理回路215は、高速フーリエ変潤器213により算出されたビート信号の周波数スペクトラムを用いて、目標物Tまでの距離や目標物Tの速度といった目標物Tの特徴量を算出する。
このように、実施例1の探知測距装置20によれば、受信信号の中から干渉信号を検出し、検出された干渉信号を受信信号から除去することができる。
なお、探知測距装置20による上述の干渉信号除去処理は、実施例を説明するための一例であり、様々な変更を加えることが可能である。
例えば、上述の説明では、干渉信号のコピーを受信信号から減算器209が差し引くことで、受信信号から干渉信号成分が除去される。しかしながら、前述したように(図10参照)、検出器216は、パルス状のノイズとして現れる干渉信号をFM復調された受信信号の中から検出し得る。また、前述したように、FM復調されたパルスノイズスペクトラムのピーク間隔の逆数は、相補符号のPRIに比例する。そこで、検出器216により干渉信号が検出された場合に、CPU201は、検出器216で検出された干渉信号に基づいて、干渉信号のPRIを特定するように構成されてもよい。そして、CPU201は、特定されたPRIを基準にして可変ローパスフィルタ212の通過帯域を調整するように構成してもよい。また、特定されたPRI中の無信号区間が長い場合には、CPU201は、混合器211に入力されるサンプリング位相またはサンプリング周期を調整するように構成してもよい。こうした構成によっても、干渉信号は、受信信号から除去され得る。
<実施例2>
実施例2では、第1の変調方式はDSSS方式であり、第2の変調方式はFMCW方式である。すなわち、実施例2の探知測距装置は、DSSS方式のレーダであり、実施例2の探知測距装置に干渉信号を与える他の探知測距装置は、FMCW方式のレーダである。また、図1に示される一例では、実施例2の探知測距装置は、レーダ1に相当し、実施例2の探知測距装置に干渉信号を与える他の探知測距装置は、レーダ2に相当する。なお、図1には、レーダ1の1つの目標物Tと、干渉信号を生じさせる1つのレーダ2とが例示的に示されている。しかしながら、実施例2の探知測距装置は、複数の目標物Tを検知し、検知された複数の目標物Tの特徴量を測定し得る。また、実施例2の探知測距装置は、複数の干渉信号を検出して、検出された複数の干渉信号を受信信号の中から除去し得る。
図13は、実施例2の探知測距装置の概略的なハードウェア構成図である。図14は、一次変復調器のハードウェア構成例を含む実施例2の探知測距装置から干渉検出回避機構を除外した部分の概略図である。
図13に示すように、実施例2の探知測距装置30は、CPU301、符号生成器302、一次変復調器30C、第1の無線周波数発振器(RF−OSC)303、第1の分配器304、第1の混合器305、高出力増幅器(HPA)306、および送信アンテナ307を含む。探知測距装置30は、受信アンテナ308、低雑音増幅器(LNA)309、減算器310、第2の混合器311、第2の分配器312、および信号処理回路313を含む。探知測距装置30は、検出器314、ベースバンド発振器(BB−OSC)315、可変遅延器316、第2の無線周波数発振器317、第3の分配器318、第3の混合器319、第4の混合器320、高速フーリエ変換器(FFT)321、および連結器(concatenator)322を含む。なお、送信アンテナ307および受信アンテナ308は、送受信アンテナとして一体的に構成され得る。
上述した構成要素の内、CPU301、ベースバンド発振器315、可変遅延器316、第2の無線周波数発振器317、第3の分配器318、第3の混合器319、第4の混合器320、高速フーリエ変換器(FFT)321、および連結器322は、干渉信号識別器30Bに含まれる。また、干渉信号識別器30Bおよび検出器314は、干渉信号検出識別装置30Aに含まれる。第1の無線周波数発振器(RF−OSC)303、第1の分配器304、第1の混合器305、および第2の混合器311は、二次変復調器30Dに含まれる。
また、図14に示すように、一次変復調器30Cは、データ生成器401、第1のスイッチ402A、第2のスイッチ402B、第5の混合器403A、および第6の混合器403B、多重器404を含む。一次変復調器30Cは、第4の分配器405、第3のスイッチ406A、第4のスイッチ406B、第1の相関器407A、第2の相関器407B、および加算器408を含む。
CPU301は、制御部110に対応し得る。符号生成器302、一次変復調器30C、および二次変復調器30Dは、プローブ信号生成部120に対応し得る。高出力増幅器306および送信アンテナ307は、送信部130に対応し得る。受信アンテナ308および低雑音増幅器309は、受信部140に対応し得る。二次変復調器30D、符号生成器302、および一次変復調器30Cは、復調部150に対応し得る。検出器314は、干渉信号検出部160に対応し得る。一次変復調器30C、連結器322、CPU301、ベースバンド発振器315、可変遅延器316、第2の無線周波数発振器317、第1の無線周波数発振器303、第1の分配器304、第3の混合器319、第4の混合器320、高速フーリエ変換器(FFT)321、および連結器322は、干渉信号特定部170に対応し得る。CPU301、ベースバンド発振器315、可変遅延器316、第2の無線周波数発振器317、第3の分配器318、および減算器310は、干渉信号除去部180に対応し得る。信号処理回路313は、信号処理部190に対応し得る。
前述したように、探知測距装置30は、DSSS方式のレーダである。まず、干渉信号を受信していない状態における探知測距装置30の動作を説明する。
探知測距装置30では、CPU301からの指示に従って符号生成器302により生成された相補符号の対を用いて一次変復調器30C内で生成されるデータ信号を変調し、この信号を更に二次変復調器30Dによって変調することによりプローブ信号vTX (t)が生成される。
符号生成器302により生成される相補符号の対は、例えば、図7Aおよび図7Bを参照しながら前述したような符号AおよびBである。相補符号の対AおよびBは、前述したような式(8)で示される性質を有する。図14に示されるように、データ生成器401で生成されたデータ信号は、タイムスロットT毎に排他的に切り替えられるスイッチ402Aおよび402BのON/OFFに応じて混合器403Aまたは403Bに入力される。そして、混合器403Aまたは403Bに入力されたデータ信号は、スイッチ402Aおよび402BのON/OFFに同期して符号生成器302から出力される符号AまたはBと混合される。混合器403Aおよび403Bにより混合された信号は、多重器404により時間多重される。多重器404により時間多重された信号は第1の混合器305に入力され、第1の無線周波数発信器303から出力されたキャリア信号と混合されて、キャリア周波数へアップコンバートされる。この結果、プローブ信号vTX (t)が生成される。生成されたvTX (t)は、式(9)で示されるような信号である。ただし、前述したように、式(9)では、キャリア成分が省略されている。生成されたプローブ信号vTX (t)は、高出力増幅器306により増幅され、送信アンテナ307から探知測距装置30の外へ送信される。
受信アンテナ308は、送信アンテナ307から送信されたプローブ信号が目標物Tで反射された反射信号を受信する。受信アンテナ308により受信された反射信号は、低雑音増幅器309で増幅され、減算器310を経て第2の混合器311に入力される。なお、実施形態に従った干渉信号除去処理が行われないケースでは、減算器310による減算処理は行われない。
第2の混合器311に入力された受信信号は、第1の無線周波数発振器303から出力されたキャリア信号と混合されて、ベースバンドへダウンコンバートされる。ベースバンドの受信信号は、一次変復調器30Cに入力される。
図14に示すように、一次変復調器30Cに入力された受信信号は、第4の分配器405により分配され、分配された受信信号は、タイムスロットT毎に排他的に切り替えられるスイッチ406Aおよび406BのON/OFFに応じて、相関器407Aまたは407Bへ入力される。スイッチ406Aまたは406BがONとなるタイムスロット番号が、偶数(even)であるか奇数(odd)であるかに応じて、以下の式(17)または式(18)で示される信号が相関器407Aまたは407Bに入力される。なお、説明を簡明にするために、切り出されたタイムスロット毎に時間の原点が取り直されるものとする。
第1の相関器407Aは、入力された受信信号、すなわち、偶数番目のタイムスロットの信号と、混合器403Aに入力されたデータ生成器401からのデータ信号と符号生成器302からの符号Aとを混合した信号、との相関を算出する。第2の相関器407Bは、入力された受信信号、すなわち、奇数番目のタイムスロットの信号と、混合器403Bに入力されたデータ生成器401からのデータ信号と符号生成器302からの符号Bとを混合した信号、との相関を算出する。第1の相関器407Aの出力vBB D,evenおよび第2の相関器407Bの出力vBB D,oddは、以下の式(19)および式(20)のようにそれぞれ表される。
目標物Tの識別番号をkとしたとき、γ=τ=kTで示される時間において式(19)および式(20)で示される相関出力がピークとなるためには、[nT,(n+1)T]において被積分関数が恒等的に零であってはならない。すなわち、第1の相関器407Aのピーク出力vBB D,evenおよび第2の相関器407Bのピーク出力vBB D,oddは、以下の式(21)および式(22)のようにそれぞれ表される。
相関器407Aおよび407Bにより算出された相関演算結果は、加算器408により加算され(実際は、加算結果は更にコヒーレント積分されるが、説明を明確にするために、1つのタイムスロットを単位として記述する)、第2の分配器312を介して信号処理回路313へ出力される。すなわち、加算器408からのシステム出力(復調出力)は、以下の式(23)のように表される。
信号処理回路313は、加算器408から出力された信号を用いて目標物Tの特徴量を測定する。例えば、信号処理回路313は、相関ピークの時間軸(相関演算の横軸である遅延インデックス)上の位置に基づいて、目標物Tとの距離を式(1)により算出する。速度については、距離の時間微分を用いて算出する方法が妥当である。
探知測距装置30が上述したようなDSSSレーダとしての動作を実行しているときに、他の探知測距装置からの干渉信号を受信アンテナ308が受信すると、探知測距装置30は、以下で説明する干渉信号除去処理を行うことにより、受信信号の中から干渉成分を除去する。
前述したように、実施例2では、干渉信号を生じさせる他の探知測距装置は、FMCW方式のレーダである。実施例2において前提とされるFMCW方式のレーダは、実施例1の探知測距装置20と同じプローブ信号を送信するレーダであると仮定する。すなわち、他の探知測距装置は、所望(Desired)を表す上付き添え字“D”が不要(Undesired)を表す上付き添え字“U”に変更された式(6)のプローブ信号を送信すると仮定する。
他の探知測距装置から送信された式(6)のプローブ信号が例えば図1のように探知測距装置30の非目標物Tで反射されて探知測距装置30に受信されたと仮定する。このケースにおいて、受信された不要信号である干渉信号に対する数理モデルは、以下のように導出される。
探知測距装置30により用いられる相補符号の対をAおよびBとする。以下では、偶数番目のタイムスロットの受信信号と相補符号Aとの相関を算出することにより得られる干渉成分の数理モデル、すなわち、相補符号Aにより復調される干渉成分の数理モデルを導出する。
図14を参照しながら前述したように、DSSS方式のレーダである探知測距装置30による復調は、相関検波であるから、相補符号Aで復調された干渉成分は、以下の式(24)のように表される。
式(24)において、vTX D,even,*は、探知測距装置30により送信された偶数番目のタイムスロットのプローブ信号vTX D,evenの複素共役であり、vRX U,FMは、探知測距装置30により受信された干渉信号である。また、τは、他の探知測距装置から送信されたプローブ信号が非目標物Tで反射されて探知測距装置30に受信されるまでの遅延時間であり(以降、簡単の為、Tは探知装置30と他の探知測距装置とを結ぶ直線上の中点にあるものとする)、遅延インデックスをuを用いて、τU=uTと表せる。
干渉信号の厳密な数理モデルを求めるために、先ず、式(24)中の周波数変調(FM)用信号f(t)の積分範囲を次の式(25)のように分割する。
すると、式(24)の指数関数部は式(25)を用いる事で次の式(26)のように表せる。
ここで、式(26)の括弧[]内の第3項を周波数変調のアップチャープ区間およびダウンチャープ区間についてそれぞれ計算すると、以下の式(27)のように表される。
よって、積分変数tについて、例えばアップチャープ区間における式(26)の括弧[]内の第3項および第4項を纏めると、以下の式(28)の様になる。
ここで、βおよびχを式(29)によって定義し、式(28)を平方完成させると、式(30)が得られる。
従って、変数変換:s=t−nTを行えば、式(24)のtに関する積分は、次の式(31)のように表すことができる。
モデルを具体化する為に式(24)に対して式(32)で示される変数変換を更に施せば、sは、式(33)中の矢印の左で示される範囲を取る事から、式(33)中の矢印の右で示されるtの範囲が得られる。ここまでをまとめると、アップチャープ区間のFM干渉信号が相補符号復調された結果:vup (γ)は、以下の式(34)のように表される。
また、式(29)に換えて以下の式(35)のようにβおよびχを定義し、アップチャープ区間の場合と同様の手順で計算すると、ダウンチャープ区間のFM干渉信号が相補符号復調された結果:vdown (γ)は、以下の式(36)のように表される。
勿論、奇数番目のタイムスロットの受信信号の中に含まれる干渉成分のモデルは、相補符号Bを用いて上述と同様の計算を実行する事により、同様に導ける。
完全な数理モデルは、偶数番目と奇数番目の各スロットに於いて受信した干渉信号を各スロットに対応する符号で相補符号復調した結果を加算したものである。完全な数理モデルの一例として、ダウンチャープの区間[0,2LT]における干渉信号に対する処理結果を示しておけば、以下の式(37)のようになる。
図15は、実施例2の探知測距装置により相補符号復調された干渉信号の実部の例図である。図16は、実施例2の探知測距装置によりされた相補符号復調された所望信号および不要信号の例図である。図15および図16に示した一例では、DSSS方式のレーダである探知測距装置30のパラメータは、次のように設定されている。すなわち、符号長Nが16(N=16)の相補符号の対AおよびB、符号が畳重される矩形パルスのデュレーションT =2nsec、フレーム長L=1024、送信フレーム数M=1024、キャリア周波数偏移Δω=0MHzである。FMCW方式のレーダである他の探知測距装置のパラメータは、次のように設定されている。すなわち、片側最大周波数偏移Δω=250MHz、基本周期T =1msec、ベースバンド発振器315からの出力信号と干渉源の中でFM信号を生成しているベースバンド発振器の出力信号との初期時刻の差ΔT=0である。また、目標物Tおよび非目標物Tの諸元は、図9および図10と同様に、次のように設定されている。すなわち、目標物Tまでの距離d=10m、非目標物Tまでの距離d=20m、目標物Tの速度v=非目標物Tの速度v=0km/hである。
図15には、受信アンテナ308、低雑音増幅器309、および第2の混合器311を経て一次変調器30Cから出力される相関出力結果、すなわち、干渉信号と個々の符号AおよびBとの時分割多重相関値を経過時間に沿って継ぎ合わせた結果の実部が表示されている。実施例2では、干渉信号は、FMCW方式の探知測距装置から送信されたFM信号である。縦軸は、正規化された振幅であり、横軸は、セミログ表示された時間(sec)である。図15中の線(a)は、相補符号Aにより復調された干渉信号に対応し、線(c)は、相補符号Bにより復調された干渉信号に対応する。
図16には、所望信号である相補符号変調信号(C2信号)および不要信号であるFM信号のそれぞれを単体で相補符号復調し、各復調結果を各々すべてのタイムスロットに渡ってコヒーレント積分して足し合わせ、平均処理を施して得られる最終出力(以下では、単純に相関和出力と記す事がある)が示されている。所望信号は、DSSS方式の探知測距装置30から送信されたプローブ信号が目標物Tで反射された反射信号である。不要信号は、FMCW方式の探知測距装置から送信されたプローブ信号が非目標物Tで反射されて、探知測距装置30により受信された信号、すなわち干渉信号である。図16の縦軸は、自己相関(dB)であり、横軸は、遅延インデックスである。なお、遅延インデックスにデュレーションTを掛ければ遅延時間になる。
式(37)および図15から理解し得るように、相関演算により検波を行うDSSS方式を用いた探知測距装置30に連続波(Continuous Wave、CW)であるFMCW信号が干渉した場合、干渉成分は、相関遅延インデックスの全区間(言い換えれば測定時間の全範囲)に渡って現れる。また、その包絡線は、相補符号AおよびBによりデジタル変調されたFresnel積分項(すなわちFM)となり、このFresnel積分の積分範囲は、干渉信号のパラメータに依存して変化する。
一方、電力レベルという観点からみた場合、干渉信号であるFM信号の電力レベルは、変調指数によって概ね定まるので、距離減衰等のパラメータの影響を捨象した場合、FMの変調指数が定まれば、干渉信号の電力レベルは、概ね固定値を取る。
そこで、干渉信号であるFM信号を検出および除去する方法としては、所望の相補符号変調信号を復調した際の電力レベルに基づき任意の閾値を設定し、所望の相補符号変調信号に不要なFM信号が畳重された受信信号の電力レベルが、設定された任意の閾値を越えるか否かに従ってFM信号を検出する方法があり得る。しかしながら、相補符号変調方式は、目標物の速度(ドップラ)等のパラメータの変動に脆弱であり、所望信号のピークレベルは、これらのパラメータの影響を受けて様々に変化する。このため、電力レベルという観点からみた場合、所望の相補符号変調信号と不要なFM信号との区別は一般に困難である。したがって、電力レベルの閾値のみを指標として干渉信号の存在判定を行う上述の方法では、干渉信号の検出および除去が困難になり得る。
そこで、以下で説明するように、探知測距装置30は、式(37)、ならびに図15および図16に示されるような相補符号復調されたFM信号の特徴を利用して、干渉信号であるFM信号を検出および除去する。
受信アンテナ308は、所望の反射信号の他に不要な干渉信号を含み得る信号を受信する(図3のステップS103に対応)。受信アンテナ308により受信された信号は、低雑音増幅器309、減算器310、および第2の混合器311を経て、符号生成器302により生成された相補符号の対AおよびBを用いて一次変復調器30Cにより相補符号復調される。そして、一次変復調器30Cにより復調された信号は、第2の分配器312を経て検出器314に入力される。検出器314に入力された受信信号の一例は、図16に示されるような所望信号および不要信号である。なお、前述したように、図16には、所望の反射信号および不要な干渉信号をそれぞれ単体で相補符号復調し、各結果をすべてのタイムスロットに渡ってコヒーレント積分して足し合わせ、平均処理を施して得られた最終出力が示されている。しかしながら、探知測距装置30の実際の構成では、不要な干渉信号が所望の反射信号に畳重された受信信号が検出器314に入力され得る。
検出器314は、入力された受信信号に従って干渉信号を検出する(ステップS104に対応)。具体的には、干渉信号を生成するFMの変調入力信号がリニアに変化する信号であれば、一次変調器30Cからの相関和出力は、遅延インデックスに対してFresnel関数の形をとる。そこで、検出器314は、一次変調器30Cからの相関和出力とFresnel関数とのパターンマッチングを行うことにより干渉信号を検出する。また、干渉信号を生成するFMの変調入力信号が三角波である場合には、アップチャープ部およびダウンチャープ部にそれぞれ対応して複数の相関和が現れることが式(34)および式(36)中の積分項から理解し得る。そこで、検出器314は、Fresnel関数の個数から干渉信号の変調入力信号の種類を特定できる。
検出器314により干渉信号が検出された場合(ステップS104の“YES”に対応)、探知測距装置30は、プローブ信号の送信停止中に受信した信号を用いて、干渉信号の諸元を特定する(ステップS106に対応)。実施例2での干渉信号の諸元には、干渉信号であるFM信号の片側最大周波数偏移Δω、基本周期T 、およびベースバンド発振器315からの出力信号と干渉源である装置内でFM信号を生成しているベースバンド発振器の出力信号との初期時刻の差ΔTが含まれる。
具体的には、まず、CPU301は、符号生成器302の出力をオフにし、送信アンテナ307からのプローブ信号の送信を停止させる(ステップS105に対応)。
受信アンテナ308は、プローブ信号の送信停止中に、干渉信号を含み得る信号を受信する。受信アンテナ308により受信された信号は、低雑音増幅器309、減算器310、第2の混合器311、一次変復調器30C、および連結器322を経て、第4の混合器320に入力される。なお、プローブ信号の送信が停止された状態では、減算器310、第2の混合器311、および連結器322は、入力された信号をそのまま出力するスルーラインとして機能する。また、一次変復調器30Cは、入力された信号を第2の分配器312および連結器322へ出力する分配器として機能する。
一方、CPU301は、ベースバンド発振器315に制御信号を出力する。ベースバンド発振器315は、CPU301から受信した制御信号に従って、検出器314により特定された種類(三角波等)の変調信号を所定の片側最大周波数偏移Δωおよび基本周期T で出力する。ベースバンド発振器315から出力された変調信号は、可変遅延器316を経て第2の無線周波数発振器317に入力される。第2の無線周波数発振器317は、ベースバンド発振器315から出力された変調信号によってFM変調された無線周波数信号を出力する。第2の無線周波数発振器317から出力されたFM信号は、第3の分配器318および第3の混合器319をバイパスして(バイパスのために実際にはスイッチが用いられるが、図13では便宜上矢印で表記してある)第4の混合器320に入力される。
第4の混合器320は、連結器322を経て入力された受信信号と、第2の無線周波数発振器317から出力されたFM信号とを混合し、FMCW方式のレーダにおけるビート信号に相当する信号を生成する。第4の混合器320により混合された受信信号は、高速フーリエ変換器321を経てCPU301に入力される。
CPU301は、入力された受信信号の電力レベルをモニタする。CPU301は、モニタされた受信信号の電力レベルの最大値が所定の閾値を超えるか否かを判定する。モニタされた受信信号の電力レベルの最大値が所定の閾値を超えない場合、CPU301は、ベースバンド発振器315に制御信号を送信し、片側最大周波数偏移Δωおよび基本周期T の値をベースバンド発振器315に変更させる。また、CPU301は、可変遅延器316に制御信号を送信し、ベースバンド発振器315の出力信号と干渉源の中でFM信号を生成しているベースバンド発振器の出力信号とを同期させるため、ベースバンド発振器315の出力信号に与える遅延時間:ΔTの値を可変遅延器316によって変更させる(遅延時間の変更は、ベースバンド発振器315の出力信号の位相を変更することに相当する)。そして、モニタされた受信信号の電力レベルの最大値が所定の閾値を超えるまで、CPU301は、上述の処理を繰り返す。一方、モニタされた受信信号の電力レベルの最大値が所定の閾値を超えた場合、CPU301は、閾値を超えたときに設定されたT 、Δω、およびΔTの値を特定することによって、干渉信号の諸元を特定する(なお、ω Uの特定はΔωの特定と同時に行えば良いので、諸元としては特に言及していない。以下の説明においても同様である)。
このように、干渉信号の諸元が特定されると、CPU301は、符号生成器302の出力をオンにし、送信アンテナ307からのプローブ信号の送信を再開させる(ステップS107に対応)。受信アンテナ308は、プローブ信号の送信再開後に、所望信号である反射信号と共に干渉信号を含む信号を受信する。受信アンテナ308により受信された信号は、低雑音増幅器309、減算器310、および第2の混合器311を経て、一次変復調器30Cに入力される。なお、このとき、減算器310は、入力された信号をそのまま出力するスルーラインとして機能する。
一次変復調器30Cは、入力された受信信号と相補符号の対AおよびBとの符号スロット毎の相関演算結果(相関値)を連結器322へ時分割多重出力する。連結器322は、一次変復調器30Cから出力された相関値をタイムスロットT に同期して連結し、時間波形として成形する(図15参照)。
式(37)から理解できるように、各符AおよびBによる復調出力が連結された上述の時間波形の信号は、各符号AおよびBでデジタル変調されたFMCW信号を区間T でアップサンプリング(切断)した信号である。そこで、特定された干渉信号の諸元を用いてこの信号をFM復調すれば、干渉信号の遅延量τを特定できる。なお、デジタル変調による位相交代が少ないので、符号:A、Bの符号長は短い方が望ましい。
図17Aおよび図17Bは、実施例2の連結器からの出力信号の実部を示す例図である。図18Aは、図17Aの信号が干渉信号の諸元でFM復調された後のFFT出力の例図であり、図18Bは、図17Bの信号が干渉信号の諸元でFM復調された後のFFT出力の例図である。
図17A、17B、図18A、および図18Bでは、探知測距装置30の諸元は、次のとおりである。すなわち、符号長Nが16(N=16)の相補符号の対AおよびB、符号が畳重される矩形パルスのデュレーションT =2nsec、フレーム長L=1024、送信フレーム数M=1024である。ただし、図17Aおよび図18Aでは、探知測距装置30のキャリア周波数偏移Δω=0MHzであり、図17Bおよび図18Bでは、探知測距装置30のキャリア周波数偏移Δω=50MHzである。また、図17A、図17B、図18A、および図18Bでは、干渉信号を発生させる他の探知測距装置の諸元は、次のとおりである。すなわち、片側最大周波数偏移Δω=250MHz、基本周期T =1msec、ベースバンド発振器315からの出力信号と干渉源の中でFM信号を生成しているベースバンド発振器の出力信号との初期時刻の差ΔT=0である(同位相)。目標物Tおよび非目標物Tの諸元は、図15および図16と同様に、次のように設定されている。すなわち、目標物Tまでの距離d=10m、非目標物Tまでの距離d=20m、目標物Tの速度v=非目標物Tの速度v=0km/hである。
図18Aおよび図18Bの線(r)に示されるように、所望の相補符号変調信号および不要なFM信号を含む受信信号を相補符号復調した信号を連結し、干渉信号の諸元でFM復調した後のFFT出力には、PRI毎にピークが表れる。そして、記号(D)に示されるように、周波数の最も低い位置で表れた電力レベルのピークは、干渉信号であるFM信号を干渉源の装置が復調した結果に対応する。したがって、図17Aまたは図17Bに示される信号を、上述の手順で特定した干渉信号の諸元を用いてFM復調すれば、干渉信号の遅延量τが特定できることが理解できる。
このように、干渉信号の諸元と干渉信号の遅延量τとが特定されると、CPU301は、特定された干渉信号の諸元および干渉信号の遅延量τとを用いて、FMCW方式で変調された干渉信号のコピーを生成する。すなわち、ベースバンド発信器315は、CPU301の指示に従って、特定されたT 、Δωに従い変調信号を生成する。また、可変遅延器316は、CPU301の指示に従って、ベースバンド発振器315により生成された変調信号を、特定されたΔTだけ遅延させる。第2の無線周波数発振器317は、ΔTだけ遅延された変調信号によってFM変調された無線周波数信号を出力する。第2の無線周波数発振器317により生成されたFM信号は、図示していない可変遅延器によって、特定された遅延量τが与えられた後、第3の分配器318によって減算器310に入力される。
減算器310には、第3の分配器318を介して入力された干渉信号のコピーと、受信アンテナ308により受信された受信信号とが入力される。減算器310は、入力された干渉信号のコピーを、入力された受信信号から差し引くことで、受信信号から干渉信号成分を除去する(ステップS109に対応)。
減算器310により干渉信号が除去された受信信号は、第2の混合器311に入力される。第2の混合器311に入力された受信信号は、第1の無線周波数発振器303により発生されたキャリア信号と混合されて、ベースバンドへダウンコンバートされる。ベースバンドの受信信号は、一次変復調器30Cに入力される。一次変復調器30Cは、入力された受信信号と相補符号AおよびBとの相関値を計算し両者の和を取った後、その結果をすべてのタイムスロットに渡ってコヒーレント積分して足し合わせ、平均処理を施して得られた最終出力を復調結果として、第2の分配器312を介して信号処理回路313へ出力する。信号処理回路313は、前記の出力を用いて目標物Tの特徴量を計算する。
このように、実施例2の探知測距装置30によれば、受信信号から干渉信号を検出し、検出された干渉信号を受信信号から除去することができる。
なお、探知測距装置30による上述の干渉信号除去処理は、実施例を説明するための一例であり、様々な変更を加えることが可能である。
例えば、上述の説明では、干渉信号を受信信号から減算器310が差し引くことで、受信信号から干渉信号成分が除去される。しかしながら、干渉信号のコピーを生成して受信信号から差し引くのではなく、特定した干渉信号の諸元を元に、受信信号中のFM信号成分が周波数軸上で拡散される様に探知測距装置30内で生成されるFM信号の諸元を設定し(例えば、ΔT=T /2とおく)、干渉信号の電力レベルを下げるように構成してもよい。こうした構成によっても、干渉信号は、受信信号から除去され得る。また、干渉源となる装置の変調周期が短い場合、及び探知測距装置30の符号長が長い場合には、周波数領域の低域側まで電力が拡散する。特に、後者については諸元の特定までは困難である。そこで、こうした場合には、信号処理回路313への出力のノイズフロアによって干渉の有無を判定し、探知測距装置30側で符号長を変更する事で干渉源となる装置を特定するように構成してもよい。
10 探知測距装置
110 制御部
120 プローブ信号生成部
130 送信部
140 受信部
150 復調部
160 干渉信号検出部
170 干渉信号特定部
180 干渉信号除去部
190 信号処理部
20 実施例1の探知測距装置
20A 干渉信号検出識別装置
20B 干渉信号識別器
20C プローブ信号生成器
201 CPU
202 ベースバンド発振器
203 無線周波数発振器
204 第1の分配器
205 高出力増幅器
206 送信アンテナ
207 受信アンテナ
208 低雑音増幅器
209 減算器
210 第2の分配器
211 混合器
212 可変ローパスフィルタ
213 高速フーリエ変換器
214 第3の分配器
215 信号処理回路
216 検出器
217 符号生成器
218 変復調器
30 実施例2の探知測距装置
30A 干渉信号検出識別装置
30B 干渉信号識別器
30C 一次変復調器
30D 二次変復調器
301 CPU
302 符号生成器
303 第1の無線周波数発振器
304 第1の分配器
305 第1の混合器
306 高出力増幅器
307 送信アンテナ
308 受信アンテナ
309 低雑音増幅器
310 減算器
311 第2の混合器
312 第2の分配器
313 信号処理回路
314 検出器
315 ベースバンド発振器
316 可変遅延器
317 第2の無線周波数発振器
318 第3の分配器
319 第3の混合器
320 第4の混合器
321 高速フーリエ変換器
322 連結器
401 データ生成器
402A 第1のスイッチ
402B 第2のスイッチ
403A 第5の混合器
403B 第6の混合器
404 多重器
405 第4の分配器
406A 第3のスイッチ
406B 第4のスイッチ
407A 第1の相関器
407B 第2の相関器
408 加算器

Claims (11)

  1. 第1の変調方式に従いプローブ信号を生成するプローブ信号生成部と、
    前記プローブ信号生成部により生成された前記プローブ信号を送信する送信部と、
    前記送信部により送信された前記プローブ信号が目標物により反射された反射信号と第2の変調方式に従った干渉信号との少なくとも一つを含む信号を受信する受信部と、
    前記受信部により受信された前記受信信号を前記第1の変調方式および前記第2の変調方式の少なくとも一方の変調方式に対応する方式に従い復調する復調部と、
    前記復調部により復調された信号から前記干渉信号を検出する干渉信号検出部と、
    前記復調部により復調された信号から前記干渉信号の諸元および遅延量を特定する干渉信号特定部と、
    前記干渉信号特定部により特定された前記干渉信号の前記諸元および前記遅延量を用いて、前記受信信号中の前記干渉信号を除去する干渉信号除去部と
    を含む探知測距装置。
  2. 前記プローブ信号の送信を停止および再開を前記送信部に指示する制御部をさらに含み、
    前記復調部は、前記制御部の指示に従い前記送信部が前記プローブ信号の送信を停止している間に前記受信部により受信された受信信号を前記第2の変調方式に従い復調し、
    前記干渉信号特定部は、前記復調部により復調された信号から前記干渉信号の諸元を特定する
    請求項1に記載の探知測距装置。
  3. 前記制御部による前記プローブ信号の送信停止および再開は、前記送信部から送信される前記プローブ信号の送信電力レベルの下降および上昇を前記制御部が制御することを含む、請求項2に記載の探知測距装置。
  4. 前記復調部は、前記制御部の指示に従い前記送信部が前記プローブ信号の送信を再開した後に前記受信部により受信された受信信号を前記第1の変調方式および前記第2の変調方式に対応する方式に従い復調し、
    前記干渉信号特定部は、前記復調部により復調された前記信号から前記干渉信号の遅延量を特定する
    請求項1〜3の何れか一項に記載の探知測距装置。
  5. 前記干渉信号除去部は、前記干渉信号特定部により特定された前記諸元および前記遅延量を用いて干渉信号のコピーを生成し、前記プローブ信号の送信再開後に前記受信部により受信された受信信号から、生成された前記干渉信号のコピーを差し引くことにより前記受信信号中の前記干渉信号を除去する
    請求項4に記載の探知測距装置。
  6. 前記第1の変調方式は、周波数変調連続波方式であり、前記第2の変調方式は、相補符号の対が変調用コードとして用いられた直接スペクトラム拡散信号方式であり、
    前記復調部は、前記送信部が前記プローブ信号の送信を停止している間に前記受信部により受信された受信信号を周波数変調により復調し、
    前記干渉信号特定部は、前記復調部による復調信号が高速フーリエ変換された信号から前記干渉信号のキャリア周波数とパルス繰り返し周期とを特定する、
    請求項2に記載の探知測距装置。
  7. 前記復調部は、前記送信部が前記プローブ信号の送信を停止している間に前記受信部により受信された受信信号を、特定された前記キャリア周波数を用いて周波数変調により復調し、周波数変調により復調された前記信号を、特定された前記パルス繰り返し周期毎に切り出して、前記相補符号が重畳されるパルス時間幅、および/または前記相補符号の対を変更しながら相補符号復調し、
    前記干渉信号特定部は、前記復調部により相補符号復調された前記信号から相関ピークが検出されるか否かを判定し、相関ピークが検出された前記信号に対する相補符号復調に用いられたパルス時間幅、および/または相補符号の対を特定する、
    請求項6に記載の探知測距装置。
  8. 前記復調部は、前記干渉信号特定部により特定された前記パルス繰り返し周期に基づいて受信信号の通過帯域幅を調整し、前記受信信号に含まれる前記反射信号のみを復調する
    請求項6に記載の探知測距装置。
  9. 前記第1の変調方式は、相補符号の対が変調用コードとして用いられた直接スペクトラム拡散信号方式であり、前記第2の変調方式は、周波数変調連続波方式であり、
    前記復調部は、前記受信部により受信された受信信号を相補符号復調し、
    前記干渉信号検出部は、前記復調部により相補符号復調された信号の相関出力パターンから、干渉信号が周波数変調信号であることを特定する
    請求項1〜3の何れか一項に記載の探知測距装置。
  10. 前記復調部は、前記送信部が前記プローブ信号の送信を停止している間に前記受信部により受信された受信信号を、片側最大周波数偏移、基本周期、および位相の各値を変更しながら周波数変調により復調し、
    前記干渉信号特定部は、前記復調部により復調された前記信号が所定の閾値を越えるか否かを判定し、前記所定の閾値を越えた前記信号の復調に用いられた前記片側最大周波数偏移、前記基本周期、および前記位相の各値を特定する、
    請求項9に記載の探知測距装置。
  11. 前記復調部は、前記制御部の指示に従い、前記送信部が前記プローブ信号の送信を再開した後に、前記受信部により受信された受信信号と相補符号との相関値を前記相補符号の占有スロット毎に出力し、
    前記干渉特定部は、前記復調部から出力された前記相関値を時間軸に沿って連結し、連結された前記信号を、前記干渉信号特定部により特定された前記片側最大周波数偏移、前記基本周期および前記位相の各値を用いて周波数変調に対応する方式により復調し、周波数変調に対応する方式により復調された前記信号から前記干渉信号の遅延量を特定する
    請求項10に記載の探知測距装置。
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