JP2019027979A - Radar device and target detection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーダ装置および物標検出方法に関する。 The present invention relates to a radar apparatus and a target detection method.
近年、物標を検出するレーダ装置として、周波数が連続的に増加または減少するチャープ波を送信して物標との距離および相対速度を検出するFCM(Fast Chirp Modulation)方式のレーダ装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Recently, as a radar device for detecting a target, an FCM (Fast Chirp Modulation) type radar device that transmits a chirp wave whose frequency continuously increases or decreases to detect a distance and a relative speed from the target has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1).
FCM方式は、チャープ波を生成する送信信号と物標によるチャープ波の反射波を受信して得られる受信信号とにより生成されたビート信号の周波数および位相変化から物標との距離および相対速度を検出する方式である。 In the FCM method, the distance and relative velocity between the target and the target are determined from the frequency and phase change of the beat signal generated by the transmission signal that generates the chirp wave and the reception signal that is obtained by receiving the reflected wave of the chirp wave from the target. This is a detection method.
かかるレーダ装置では、例えば、強反射物のピークが存在する場合に、かかるピークと同一距離において位相雑音等に基づくノイズピークの信号強度が上昇し、かかるノイズピークを誤抽出するおそれがあった。 In such a radar apparatus, for example, when a peak of a strong reflector is present, the signal intensity of a noise peak based on phase noise or the like increases at the same distance as the peak, and the noise peak may be erroneously extracted.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位相雑音に基づくノイズピークの誤抽出を抑制することができるレーダ装置および物標検出方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a radar device and a target detection method that can suppress erroneous extraction of noise peaks based on phase noise.
実施形態に係るレーダ装置は、送信部と、受信部と、変換部と、設定部と、ピーク抽出部とを備える。送信部は、周波数が連続的に増加または減少する送信信号によってチャープ波を送信する。受信部は、物標による前記チャープ波の反射波を複数の受信アンテナで受信した受信信号と前記送信信号とから前記受信アンテナ毎にビート信号を生成する。変換部は、前記受信部によって生成された前記ビート信号を物標との距離および相対速度に対する信号強度の分布を示す周波数スペクトルへ変換する。設定部は、前記変換部によって変換された前記周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値に基づいて相対速度に対するピーク抽出の第1閾値を当該距離毎に設定する。ピーク抽出部は、前記設定部によって設定された前記第1閾値を超えるピークを物標のピークとして前記周波数スペクトルから抽出する。 The radar apparatus according to the embodiment includes a transmission unit, a reception unit, a conversion unit, a setting unit, and a peak extraction unit. The transmission unit transmits a chirp wave by a transmission signal whose frequency continuously increases or decreases. The receiving unit generates a beat signal for each of the reception antennas from a reception signal obtained by receiving a reflected wave of the chirp wave by a target with a plurality of reception antennas and the transmission signal. The converting unit converts the beat signal generated by the receiving unit into a frequency spectrum indicating a signal intensity distribution with respect to a distance from the target and a relative speed. The setting unit sets, for each distance, a first threshold value for peak extraction with respect to a relative speed based on an average value of signal strength for each distance in the frequency spectrum converted by the conversion unit. The peak extraction unit extracts a peak exceeding the first threshold set by the setting unit from the frequency spectrum as a target peak.
実施形態の一態様に係るレーダ装置および物標検出方法によれば、位相雑音に基づくノイズピークの誤抽出を抑制することができる。 According to the radar apparatus and the target detection method according to an aspect of the embodiment, it is possible to suppress erroneous extraction of noise peaks based on phase noise.
以下、添付図面を参照して、本願の開示するレーダ装置および物標検出方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により、この発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a radar apparatus and a target detection method disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by embodiment shown below.
まず、図1Aおよび図1Bを用いて実施形態に係るレーダ装置による物標検出方法の概要について説明する。図1Aは、車両に搭載されたレーダ装置と物標との位置関係の一例を示す図である。図1Bは、物標検出方法の概要を示す図である。 First, the outline of the target detection method by the radar apparatus according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1A and 1B. FIG. 1A is a diagram illustrating an example of a positional relationship between a radar device mounted on a vehicle and a target. FIG. 1B is a diagram illustrating an outline of a target detection method.
図1Aに示すように、実施形態に係るレーダ装置1は、自動車などの自車両MCに搭載されており、前方の物標(例えば、他車両、歩行者、ガードレールなどの静止物など)を検出する。
As shown in FIG. 1A, the
レーダ装置1は、周波数が連続的に増加または減少するチャープ波を送信して検出範囲L内に存在する各物標との距離および相対速度を検出するFCM(Fast Chirp Modulation)方式のレーダ装置である。
The
レーダ装置1は、チャープ波を生成する送信信号と物標によるチャープ波の反射波を受信して得られる受信信号とから生成されたチャープ波毎のビート信号に対して2次元高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)処理(以下、2次元FFT処理と記載する)を行って物標との距離および相対速度を導出する。
The
具体的には、2次元FFT処理において、1回目の高速フーリエ変換(以下、FFT処理と記載する)によって物標との距離を導出し、2回目のFFT処理によって物標との相対速度を導出する。 Specifically, in the two-dimensional FFT processing, the distance from the target is derived by the first fast Fourier transform (hereinafter referred to as FFT processing), and the relative velocity with the target is derived by the second FFT processing. To do.
ここで、2回目のFFT処理では、ビート信号毎の位相差に基づいて物標との相対速度を導出する。このため、例えば、チャープ波の送信時において位相雑音(デバイスの持つ固有のランダムな雑音。例えば、熱雑音やチャープ波の送信タイミングのズレ等)が発生した場合、相対速度に関するビート信号には物標との相対速度に基づく位相差に加え、位相雑音に基づく位相差が現れる。 Here, in the second FFT processing, the relative speed with respect to the target is derived based on the phase difference for each beat signal. For this reason, for example, when phase noise (random noise inherent in the device; for example, thermal noise or deviation in the transmission timing of the chirp wave) occurs during the transmission of the chirp wave, A phase difference based on phase noise appears in addition to a phase difference based on the relative velocity with respect to the target.
そして、ある距離BINの相対速度に関するビート信号で信号強度が所定値以上となる比較的強い信号強度のピーク(反射波のパワーが大きい大型車両(例えば、トラックやバス等)に関するピーク)が検出されている場合、この相対速度に関するビート信号の信号強度(パワー)が相対的に上昇する。このため、従来技術では、相対速度に関するビート信号において位相雑音に基づくノイズピークの信号強度も上昇し、当該ノイズピークを物標のピークとして誤抽出するおそれがあった。 Then, a relatively strong signal strength peak (a peak related to a large vehicle (for example, a truck or a bus) having a large reflected wave power) in which the signal strength is equal to or higher than a predetermined value in a beat signal related to a relative speed at a certain distance BIN is detected. If this is the case, the signal strength (power) of the beat signal with respect to this relative speed is relatively increased. For this reason, in the prior art, the signal intensity of the noise peak based on the phase noise in the beat signal related to the relative speed also increases, and there is a possibility that the noise peak is erroneously extracted as the peak of the target.
そこで、実施形態に係る物標検出方法では、位相雑音の影響により所定の距離周波数ごと(距離BINごと)に導出される相対速度に関するビート信号にノイズピークが発生する点に着目し、所定の距離周波数毎に相対速度に関するビート信号におけるピーク抽出の第1閾値Th1を設定することとした。 Therefore, in the target detection method according to the embodiment, paying attention to the point that a noise peak occurs in the beat signal related to the relative speed derived for each predetermined distance frequency (for each distance BIN) due to the influence of phase noise, the predetermined distance The first threshold Th1 for peak extraction in the beat signal related to the relative speed is set for each frequency.
以下、図1Bを用いて実施形態に係る物標検出方法の概要について説明する。なお、図1Bは、2次元FFT処理の結果である周波数スペクトルを示し、物標が存在する特定の距離におけるスペクトルを断面的に示す。 Hereinafter, the outline of the target detection method according to the embodiment will be described with reference to FIG. 1B. FIG. 1B shows a frequency spectrum as a result of the two-dimensional FFT process, and shows a spectrum at a specific distance where the target exists in a cross-section.
また、図1Bでは、かかる周波数スペクトルにおいて強反射物のピークP1が存在する場合を実線で示し、比較のためにピークP1が存在しない場合の周波数スペクトルを破線で示す。 Moreover, in FIG. 1B, the case where the peak P1 of a strong reflector exists in this frequency spectrum is shown by a solid line, and the frequency spectrum when the peak P1 does not exist is shown by a broken line for comparison.
図1Bに示すように、強反射物に基づくピークP1が存在する場合、ピークP1が存在しない場合に比べて相対的に周波数スペクトルのパワーが上昇する。 As shown in FIG. 1B, when the peak P1 based on the strong reflector is present, the power of the frequency spectrum is relatively increased as compared with the case where the peak P1 is not present.
すなわち、ピークP1が存在する場合、位相雑音の影響によりピークP1の近傍距離における周波数スペクトルのパワーが相対的に上昇する。このため、かかる近傍距離における距離BINのパワーの平均値が高くなる。なお、1BINは、468Hzである。 That is, when the peak P1 exists, the power of the frequency spectrum at a distance near the peak P1 relatively increases due to the influence of the phase noise. For this reason, the average value of the power of the distance BIN in the vicinity distance becomes high. Note that 1BIN is 468 Hz.
一方、ピークP1が存在する場合とは対照的に、近傍距離にピークP1のような強反射物が存在しない場合では、破線で示すように位相雑音の影響を受けたノイズピークのパワーが上昇しない。このため、かかるノイズピークは、パワーが小さく、物標のピークとして抽出されにくい。 On the other hand, in contrast to the case where the peak P1 exists, when there is no strong reflector such as the peak P1 in the vicinity distance, the power of the noise peak affected by the phase noise does not increase as shown by the broken line. . For this reason, such noise peaks have low power and are difficult to be extracted as target peaks.
そこで、物体検出方法では、距離毎のパワーの平均値に基づいて第1閾値Th1を距離毎に設定する。これにより、ピークP1が存在し、ピークP1の近傍周波数(例えば、±5BINの周波数範囲)のパワーが上昇する場合であっても、位相雑音に基づくノイズピークを排除しつつ、ピークP1のみを抽出する第1閾値Th1aを設定することが可能となる。 Therefore, in the object detection method, the first threshold Th1 is set for each distance based on the average value of the power for each distance. As a result, even if the peak P1 exists and the power in the vicinity of the peak P1 (for example, a frequency range of ± 5 BIN) increases, only the peak P1 is extracted while eliminating the noise peak based on the phase noise. It is possible to set the first threshold Th1a.
このように、実施形態に係る物標検出方法では、距離BIN毎に相対速度(速度BIN)に対するピーク抽出の第1閾値Th1を設定することで、位相雑音に基づくノイズピークの誤抽出を抑制することが可能となる。 Thus, in the target detection method according to the embodiment, by setting the first threshold value Th1 for peak extraction with respect to the relative speed (speed BIN) for each distance BIN, erroneous extraction of noise peaks based on phase noise is suppressed. It becomes possible.
次に、図2を用いて実施形態に係るレーダ装置1の構成について説明する。図2は、レーダ装置1のブロック図である。なお、図2には、レーダ装置1に加え、車両制御装置2を併せて示す。
Next, the configuration of the
車両制御装置2は、レーダ装置1による物標の検出結果に基づいてPCS(Pre-crash Safety System)やAEB(Advanced Emergency Braking System)などの車両制御を行う。なお、レーダ装置1は、車載レーダ装置以外の各種用途(例えば、飛行機や船舶の監視等)に用いられてもよい。
The vehicle control device 2 performs vehicle control such as PCS (Pre-crash Safety System) and AEB (Advanced Emergency Braking System) based on the detection result of the target by the
レーダ装置1は、送信部10と、受信部20と、処理部30とを備える。送信部10は、信号生成部11と、発振器12と、送信アンテナ13とを備える。信号生成部11はノコギリ波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発振器12へ供給する。発振器12は、信号生成部11で生成された変調信号に基づいてチャープ信号である送信信号STを生成して、送信アンテナ13へ出力する。
The
送信アンテナ13は、発振器12から入力される送信信号STを送信波SWへ変換し、かかる送信波SWを自車両MCの外部へ出力する。送信アンテナ13が出力する送信波SWは、いわゆるチャープ波である。送信アンテナ13から自車両MCの前方に送信された送信波SWは、他車両などの物標で反射されて反射波となる。
The
受信部20は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ21a〜21d、ミキサ22a〜22dおよびA/D変換器23a〜23dを備える。各受信アンテナ21は物標からの反射波を受信波RWとして受信し、かかる受信波RWを受信信号SRへ変換して受信アンテナ21毎に設けられたミキサ22へそれぞれ出力する。なお、図2に示す受信アンテナ21の数は、4つであるが3つ以下または5つ以上であってもよい。
The receiving
各受信アンテナ21から出力された受信信号SRは、不図示の増幅器(例えば、ローノイズアンプ)で増幅された後にミキサ22へ入力される。ミキサ22は、送信信号STと受信信号SRとの一部をミキシングし不要な信号成分を除去してビート信号SBを生成し、A/D変換器23へ出力する。 The reception signal SR output from each reception antenna 21 is amplified by an amplifier (not shown) (for example, a low noise amplifier) and then input to the mixer 22. The mixer 22 mixes a part of the transmission signal ST and the reception signal SR, removes unnecessary signal components, generates a beat signal SB, and outputs the beat signal SB to the A / D converter 23.
これにより、送信信号STの周波数fST(以下、送信周波数fSTと記載する)と受信信号SRの周波数fSR(以下、受信周波数fSRと記載する)との差となるビート周波数fSB(=fST−fSR)を有するビート信号SBが生成される。ミキサ22で生成されたビート信号SBは、A/D変換器23でデジタルの信号へ変換された後に処理部30に出力される。
Thereby, the beat frequency f SB (which is the difference between the frequency f ST of the transmission signal ST (hereinafter referred to as the transmission frequency f ST ) and the frequency f SR of the reception signal SR (hereinafter referred to as the reception frequency f SR ). = F ST −f SR ) is generated. The beat signal SB generated by the mixer 22 is converted to a digital signal by the A / D converter 23 and then output to the
図3は、送信周波数fSTと、受信周波数fSRと、ビート周波数fSBとの関係の一例を示す図である。図3に示すように、ビート信号SBは、チャープ波毎に生成される。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the relationship among the transmission frequency fST , the reception frequency fSR, and the beat frequency fSB . As shown in FIG. 3, the beat signal SB is generated for each chirp wave.
また、図3に示す例では、送信周波数fSTは、チャープ波毎に、基準周波数f0から時間に伴って傾きθ(=(f1−f0)/Tm)で増加し、最大周波数f1に達すると基準周波数f0に短時間で戻るノコギリ波状である。なお、送信周波数fSTは、チャープ波毎に基準周波数f0から最大周波数f1へ短時間で到達し、かかる最大周波数f1から時間に伴って傾きθ(=(f0−f1)/Tm)で減少するノコギリ波状であってもよい。 Further, in the example shown in FIG. 3, the transmission frequency f ST, for each chirp wave, along with the reference frequency f0 time increases at a gradient θ (= (f1-f0) / Tm), reaching the maximum frequency f1 A sawtooth waveform that returns to the reference frequency f0 in a short time. The transmission frequency f ST is reached in a short time from the reference frequency f0 to the maximum frequency f1 for each chirp wave, decreases with a slope with the take up frequency f1 in the time θ (= (f0-f1) / Tm) Sawtooth wave shape may be sufficient.
図2の説明に戻り、処理部30について説明する。処理部30は、送信制御部31および信号処理部32を備える。信号処理部32は、変換部33、算出部35、ピーク抽出部36、距離・相対速度演算部37および方位演算部38を備える。
Returning to the description of FIG. 2, the
かかる処理部30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポート等を含むマイクロコンピュータであり、レーダ装置1全体を制御する。
The
かかるマイクロコンピュータのCPUがROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、送信制御部31および信号処理部32として機能する。なお、送信制御部31および信号処理部32のうち少なくとも一部または全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで構成することもできる。
The CPU of the microcomputer functions as the
送信制御部31は、送信部10の信号生成部11を制御し、信号生成部11からノコギリ状に電圧が変化する変調信号を発振器12へ出力させる。これにより、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号STが発振器12から送信アンテナ13へ出力される。
The
変換部33は、各A/D変換器23から出力されるビート信号SBに対してそれぞれ2次元高速フーリエ変換処理を行う。すなわち、変換部33は、受信部20によって生成されたビート信号を物標との距離および相対速度に対する信号強度(パワー)の分布を示す周波数スペクトルへ変換する。
The
また、変換部33は、受信アンテナ21毎に得られる周波数スペクトルの信号強度を平均化し、平均化した周波数スペクトルを設定部34へ出力する。また、変換部33は、平均化する前の受信アンテナ21毎のそれぞれの周波数スペクトルを算出部35へ出力する処理を行う。
Further, the
ここで、FCM方式のレーダ装置における物標との距離および相対速度の検出原理について説明する。上述したように、送信信号STに基づく送信波SWは、送信アンテナ13から送信され、かかる送信波SWが物標で反射して反射波となり、かかる反射波が受信波RWとして受信アンテナ21で受信されて受信信号SRとして出力される。
Here, the detection principle of the distance to the target and the relative speed in the FCM radar device will be described. As described above, the transmission wave SW based on the transmission signal ST is transmitted from the
ビート信号SBの周波数は、物標とレーダ装置1との間の距離に比例して増減し、物標とレーダ装置1との間の距離(以下、物標との距離と記載する)に比例する。
The frequency of the beat signal SB increases or decreases in proportion to the distance between the target and the
このため、ビート信号SBに対してFFT処理を行うことで物標との距離に対応する周波数BIN(以下、距離BINと記載する場合がある)にピークが出現する。かかるピークが存在する距離BINを特定することで、物標との距離を検出することができる。 For this reason, by performing FFT processing on the beat signal SB, a peak appears at a frequency BIN corresponding to the distance from the target (hereinafter sometimes referred to as distance BIN). By specifying the distance BIN where such a peak exists, the distance to the target can be detected.
図4は、一つのビート信号SBに対してFFT処理を行った結果を示す図であり、横軸を周波数として、縦軸をパワーの大きさとしている。図4に示す例では、距離BINfr10にピークが出現しており、距離BINfr10に対応する距離に物標が存在することを示す。 FIG. 4 is a diagram showing the result of performing FFT processing on one beat signal SB, with the horizontal axis representing frequency and the vertical axis representing power magnitude. In the example shown in FIG. 4, a peak appears at the distance BINfr10, indicating that a target exists at a distance corresponding to the distance BINfr10.
ところで、物標とレーダ装置1との間の相対速度がゼロである場合、受信信号SRにドップラ成分は生じず、各チャープ波に対応する受信信号SR間で位相は同じであるため、各ビート信号SBの位相も同じである。
By the way, when the relative velocity between the target and the
一方、物標とレーダ装置1との間の相対速度がゼロでない場合、受信信号SRにドップラ成分が生じ、各チャープ波に対応する受信信号SR間で位相が異なるため、時間的に連続するビート信号SB間にドップラ周波数に応じた位相の変化が現われる。
On the other hand, when the relative velocity between the target and the
このように、物標とレーダ装置1との間の相対速度がゼロでない場合、ビート信号SB間において同一物標のピークにドップラ周波数に応じた位相の変化が現われる。そこで、各ビート信号SBをFFT処理して得られる周波数スペクトルを時系列に並べて2回目のFFT処理を行うことで、ドップラ周波数に対する周波数BINにピークが出現する周波数スペクトルを得ることができる。かかるピークが出現した周波数BIN(以下、速度BINと記載する場合がある)を検出することで、物標との相対速度を検出することができる。
Thus, when the relative velocity between the target and the
図5は、時間的に連続するビート信号SBのFFT処理結果とビート信号SB間のピークの位相変化の一例を示す図である。図5に示す例では、距離BINfr10にピークがあり、かかるピークの位相が変化していることを示している。 FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the phase change of the peak between the beat processing result of the beat signal SB that is temporally continuous and the beat signal SB. In the example shown in FIG. 5, there is a peak at the distance BINfr10, and the phase of the peak is changed.
このように、ビート信号SBに対して2回のFFT処理を行い、ピークが存在する距離BINおよび速度BINを検出することで、物標との距離および相対速度を検出することができる。 Thus, the distance and relative speed from the target can be detected by performing FFT processing twice on the beat signal SB and detecting the distance BIN and the speed BIN where the peak exists.
図2の説明に戻り、設定部34について説明する。設定部34は、変換部33によって変換された周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値に基づいて相対速度に対するピーク抽出の第1閾値Th1を設定する。
また、設定部34は、第1閾値Th1よりも低い第2閾値Th2を距離毎に設定する。設定部34は、設定した第1閾値Th1および第2閾値Th2に関する情報を算出部35へ出力する。
Returning to the description of FIG. 2, the setting
The setting
ここで、図6を用いて設定部34による処理の具体例について説明する。図6は、特定の距離における周波数スペクトルを示す図である。
Here, a specific example of processing by the setting
図6に示すように、まず、設定部34は、各速度BINのパワーの平均値Avを算出する。例えば、設定部34は、各速度BINにおけるパワーの総和を算出し、かかる総和を速度BIN数で除算することで距離BIN毎の平均値Avを算出する。なお、平均値Avは、1回目のFFT処理で得られるスペクトルの距離BIN毎のパワーを速度BINの数でそれぞれ除算した値であってもよい。
As shown in FIG. 6, first, the setting
続いて、設定部34は、平均値Avに所定の値α1を加算して第1閾値Th1を設定する。ここで、所定の値α1とは、フロアノイズのバラつきに基づいて設定される値である。フロアノイズは、例えばレーダ装置1において、信号が入力されていない場合でも発生するノイズである。そのため、このようなノイズの値を実験的に算出し、その値を所定の値α1として平均値Avに加算する。
Subsequently, the setting
仮に、所定の値α1を加算せず、平均値Avをそのまま第1閾値Th1に設定した場合を想定する。この場合、フロアノイズが大きいときには、フロアノイズによりノイズピークのパワーが第1閾値Th1よりも上昇する場合があり、かかるノイズピークを物標のピークとして誤抽出するおそれがある。 Assume that the predetermined value α1 is not added and the average value Av is set as it is to the first threshold value Th1. In this case, when the floor noise is large, the power of the noise peak may rise above the first threshold Th1 due to the floor noise, and this noise peak may be erroneously extracted as the target peak.
つまり、設定部34は、平均値Avに所定の値α1を加算した値を第1閾値Th1として設定することで、フロアノイズによってノイズピークのパワーが上昇した場合であっても、このようなノイズピークの誤抽出を抑制することが可能となる。
That is, the setting
ところで、強反射物の近傍の距離BINに例えば、強反射物と相対速度が異なる歩行者などの低反射物が存在する場合、かかる歩行者に対応するピークのパワーが第1閾値Th1よりも小さくなる場合がある。言い換えれば、近傍の距離BINに強反射物と相対速度が異なる低反射物が存在する場合、低反射物のピークが物標のピークとして抽出されないおそれがある。 By the way, when there is a low reflection object such as a pedestrian having a relative speed different from that of the strong reflection object at a distance BIN in the vicinity of the strong reflection object, the peak power corresponding to the pedestrian is smaller than the first threshold Th1. There is a case. In other words, when there is a low reflection object having a relative speed different from that of the strong reflection object at a nearby distance BIN, the peak of the low reflection object may not be extracted as the peak of the target.
そこで、設定部34は、平均値Avに所定の値α1よりも小さい値である値α2を平均値Avに加算した第2閾値Th2を設定する。第1閾値Th1を超えるピークは、物標のピークである可能性が高く、第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満となるピークは、ノイズピークもしくは低反射物のピークのいずれかの可能性がある。
Therefore, the setting
このため、レーダ装置1は、第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満のピークについて低反射物のピークかノイズピークかを個別に判別することにしている。かかる点の詳細については、図7を用いて後述する。
For this reason, the
このように、レーダ装置1では、距離BIN毎の速度BINにおける位相雑音を考慮した閾値(第1閾値Th1および第2閾値Th2)を設定する。つまり、位相雑音の影響が大きい速度BINについては閾値を高く設定し、位相雑音の影響が小さい速度BINについては閾値を低く設定する。これにより、ノイズピークを排除しつつ、物標のピークを抽出することが可能となる。
As described above, the
なお、上述した例では、1つの速度BINに対して1つの第1閾値Th1および第2閾値Th2がそれぞれ設定される場合について説明したが、隣接する複数の距離BINのそれぞれの速度BINに対して1つの第1閾値Th1および第2閾値Th2をそれぞれ設定することにしてもよい。 In the above example, the case where one first threshold Th1 and second threshold Th2 are set for one speed BIN has been described. However, for each speed BIN of a plurality of adjacent distances BIN. One first threshold Th1 and second threshold Th2 may be set respectively.
図2の説明に戻り、算出部35について説明する。算出部35は、変換部33によって平均化された周波数スペクトルにおいてパワーが第1閾値Th1よりも小さく、第2閾値Th2よりも大きいピークについて受信アンテナ21a〜21d毎の周波数スペクトルにおける信号強度の偏差を算出する。
Returning to the description of FIG. 2, the
すなわち、算出部35は、第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満のピークについて受信アンテナ21a〜21d毎のそれぞれの周波数スペクトルにおける同一距離BINかつ同一速度BINのパワーの偏差を算出する。
That is, the calculating
図7は、算出部35による処理の具体例を示す図である。なお、以下では、受信アンテナ21aの受信信号に基づき、導出される周波数スペクトルのピークについてチャンネルch1のピークと記載し、受信アンテナ21b〜21dの受信信号に基づきの周波数スペクトルのピークについてチャンネルch2〜ch4のピークとそれぞれ記載する。
FIG. 7 is a diagram illustrating a specific example of processing by the
図7に示すように、算出部35は、変換部33によって平均化された周波数スペクトルにおいて、第2閾値Th2以上第1閾値Th1以下となるピークについてチャンネルch1〜ch4のピークのパワーの偏差を算出する。図7に示す例では、速度BINがx[BIN]およびy[BIN]のピークが該当する。
As shown in FIG. 7, the
ここで、平均化された周波数スペクトルとは、各チャンネルchの周波数スペクトルの同一距離BINかつ同一速度BINのパワーを平均化したものである。 Here, the averaged frequency spectrum is obtained by averaging the power of the same distance BIN and the same speed BIN of the frequency spectrum of each channel ch.
また、偏差とは、平均化された周波数スペクトルのピークを構成する各チャンネルch(ch1〜ch4)のピークのパワーのバラつきを示す。位相雑音に基づくノイズピークであれば偏差が大きくなり、かかるバラつきが大きくなることを示す。 Further, the deviation indicates a variation in peak power of each channel ch (ch1 to ch4) that constitutes the peak of the averaged frequency spectrum. If the noise peak is based on phase noise, the deviation is large, indicating that the variation is large.
すなわち、物標のピークであれば、受信アンテナで受信する反射波のパワーはそれぞれのアンテナで略同じになることから偏差が小さくなり、ノイズピークであればそれぞれの受信アンテナにおける相対速度のビート信号に影響を及ぼす信号強度はランダムであることから偏差が大きくなる。このため、レーダ装置1は、かかる偏差に基づいて物標のピークかノイズピークかを判別することができる。
In other words, if the peak of the target, the power of the reflected wave received by the receiving antenna will be substantially the same for each antenna, the deviation will be small, and if it is a noise peak, the beat signal of the relative speed at each receiving antenna Since the signal intensity affecting the signal is random, the deviation becomes large. Therefore, the
例えば、算出部35は、各チャンネルchのピークのパワーの差分の総和を偏差として算出する。つまり、チャンネルch1とチャンネルch2〜ch4のピークのパワーのそれぞれの差分、チャンネルch2とチャンネルch3、ch4のピークのパワーのそれぞれの差分、チャンネルch3とチャンネルch4のピークのパワーの差分の総和が偏差となる。
For example, the
図2の説明に戻り、ピーク抽出部36について説明する。ピーク抽出部36は、設定部34によって設定された第1閾値Th1を超えるピークを平均化された周波数スペクトルから抽出する。かかるピークは、物標のピークとして処理されることとなる。
Returning to the description of FIG. 2, the
また、ピーク抽出部36は、平均化された周波数スペクトルにおいて第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満のピークについて算出部35によって算出された偏差に基づき、物標のピークかノイズピークかの判別を個別に行う。
In addition, the
具体的には、ピーク抽出部36は、第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満のピークの偏差が偏差閾値Thd未満であれば、物標のピークとして判別し、偏差が偏差閾値Thd以上であれば、ノイズピークとして判別する。偏差閾値Thdとは、後述の方位演算部38の演算結果に基づき設定される値である。このため、ピーク抽出部36は、第2閾値Th2を超えるピークを一旦全て抽出し、距離・相対速度演算部37へ出力する。
Specifically, the
その後、ピーク抽出部36は、方位演算部38の演算結果に基づいて偏差閾値Thdを設定し、第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満のピークについて物標のピークかノイズピークかを判別する。なお、かかる点の詳細については、図8Aおよび図8Bを用いて後述する。
Thereafter, the
距離・相対速度演算部37は、ピーク抽出部36によってピークが存在するとして特定された距離BINおよび速度BINの組み合わせに基づいて物標との距離および相対速度を導出する。また、距離・相対速度演算部37は、導出した物標との距離および相対速度に関する情報およびピーク抽出部36から入力されるピークに関する情報を方位演算部38へ出力する。
The distance / relative
方位演算部38は、所定の角度演算処理により、ピーク抽出部36において特定されたピークが存在する各距離BINの信号から、同一の距離BINに存在する複数の物標についての情報を分離し、それら複数の物標それぞれの角度を推定する。
The
方位演算部38は、4つの受信アンテナ21a〜21dの受信信号SRに基づく4つのビート信号SBの全ての周波数スペクトルにおいて同一周波数BINの信号(以下、ピーク信号という)に注目し、それらピーク信号の位相情報に基づいて物標の角度を推定する。方位演算部38における方位の推定は、例えば、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)、DBF(Digital Beam Forming)、または、MUSIC(Multiple Signal Classification)などの所定の方位推定方式を用いて行われる。
The
方位演算部38は、第1閾値Th1を超えるピークに関する情報(距離・相対速度、角度等)を車両制御装置2へ出力する。また、方位演算部38は、第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満のピークに対する演算結果をピーク抽出部36へ出力する。
The
これにより、ピーク抽出部36は、上記の偏差閾値Thdを設定し、第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満のピークについて物標のピークかノイズピークかを判別することになる。
As a result, the
ここで、図8Aおよび図8Bを用いて偏差閾値Thdの具体例について説明する。図8Aおよび図8Bは、偏差閾値Thdの設定処理の具体例を示す図である。 Here, a specific example of the deviation threshold Thd will be described with reference to FIGS. 8A and 8B. 8A and 8B are diagrams illustrating a specific example of the setting process of the deviation threshold Thd.
図8Aおよび図8Bに示す扇の中央が自車両MC(レーダ装置1)の正面であることを示す。例えば、ピーク抽出部36は、図8Aに示すように、自車両MCの正面であるほど偏差閾値Thdを小さい値に設定し、自車両MCの正面から広角であるほど偏差閾値Thdを大きい値に設定する。
8A and 8B indicate that the center of the fan is the front of the host vehicle MC (radar apparatus 1). For example, as shown in FIG. 8A, the
これは、物標のピークである場合、自車両MCの正面に近いほど、各チャンネルchのピークのパワーにバラつきが生じにくく、広角側に行くにしたがって、各チャンネルchのパワーにバラつきが生じやすいためである。言い換えれば、物標のピークであっても、自車両MCの正面であるほど、偏差が低くなり、広角側に行くにしたがって偏差が大きくなりやすいためである。 In the case of a peak of a target, the closer to the front of the host vehicle MC, the less likely the peak power of each channel ch varies, and the more likely the power of each channel ch varies as it goes to the wide angle side. Because. In other words, even if it is the peak of the target, the deviation is lower as it is in front of the host vehicle MC, and the deviation is likely to be larger toward the wide angle side.
このように、ピーク抽出部36は、ピークの存在する角度に基づいて偏差閾値Thdを設定することで、偏差に含まれる角度に基づくバラつき分を相殺することができる。そして、ピーク抽出部36は、上記した偏差が偏差閾値Thd未満となるピークを物標のピークとし、偏差閾値Thd以上となるピークをノイズピークとして判別する。
As described above, the
つまり、ピーク抽出部36は、ピークが存在する角度に基づいて偏差閾値Thdを設定することで、物標のピークかノイズピークかを精度よく判別することが可能となる。
That is, the
ところで、ピーク抽出部36は、図8Bに示すように、物標の数に応じて偏差閾値Thdを設定することもできる。具体的には、ピーク抽出部36は、方位演算部38によって同一の距離・相対速度を有するピークが複数のピークに分離された場合、かかるピークの偏差閾値Thdを大きい値に設定する。
Incidentally, as shown in FIG. 8B, the
これは、同一の距離・相対速度を有する複数の物標が有った場合、すなわち、同一距離BINおよび同一速度BINに複数のピークが重なっていた場合、各チャンネルchのピークのパワーにバラつきが生じやすいためである。 This is because when there are a plurality of targets having the same distance and relative speed, that is, when a plurality of peaks overlap the same distance BIN and the same speed BIN, the peak power of each channel ch varies. This is because it is likely to occur.
一方、ピーク抽出部36は、方位演算部38の演算結果により同一の距離・相対速度を有するピークが単一であったならば、かかるピークの偏差閾値Thdを同一距離BINおよび同一速度BINに複数のピークが重なっていた場合よりも小さい値に設定する。
On the other hand, if there is a single peak having the same distance and relative speed according to the calculation result of the
このように、レーダ装置1では、方位演算部38の演算結果に基づいて偏差閾値Thdを設定する。これにより、偏差に含まれる角度に基づくバラつきや、複数のピークの重なりに基づくバラつきを相殺することができる。
Thus, in the
したがって、ピーク抽出部36による物標のピークか位相雑音に基づくノイズピークかの判別を精度よく行うことが可能となる。なお、偏差閾値Thdは、方位演算部38の演算結果によらず、常に一定の値であってもよい。この場合の偏差閾値Thdは、実験等により導出することができる。かかる場合に、偏差閾値Thdをピーク毎に設定する処理を省略することができるため、レーダ装置1の処理負荷を軽減することが可能となる。
Therefore, the
また、レーダ装置1では、全てのピークに上記の判別処理を行うのではなく、物標のピークかノイズピークかが疑わしいピーク(第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満)のみに対してかかる判別処理を行う。これにより、全てのピークに対して上記の判別処理を行う場合に比べて、処理負荷を軽減することができる。
In addition, the
次に、図9Aおよび図9Bを用いて実施形態に係るレーダ装置1が実行する処理手順について説明する。図9Aおよび図9Bは、レーダ装置1が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、かかる処理手順は、処理部30によって繰り返し実行される。
Next, a processing procedure executed by the
まず、図9Aを用いてレーダ装置1が実行する全体的な処理手順について説明する。図9Aに示すように、まず、変換部33は、ビート信号を周波数スペクトルへ変換する(ステップS101)。
First, an overall processing procedure executed by the
続いて、設定部34は、第1閾値Th1および第2閾値Th2を距離毎に設定する(ステップS102)。次に、ピーク抽出部36は、ピーク抽出処理を行う(ステップS103)。
Subsequently, the setting
続いて、処理部30は、第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満のピークが有るか否かを判定する(ステップS104)。処理部30は、かかる判定において該ピークが有る場合(ステップS104,Yes)、ピーク判別処理を行う(ステップS105)。なお、ステップS105のピーク判別処理の処理手順については、図9Bを用いて後述する。
Subsequently, the
続いて、距離・相対速度演算部37は、距離・相対速度演算を行って(ステップS106)、方位演算部38は、方位演算処理を行い(ステップS107)、処理を終了する。
Subsequently, the distance / relative
また、処理部30は、ステップS104の判定において第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満となるピークがなかった場合(ステップS104,No)、ステップS105の処理を省略し、ステップS106の処理を行う。
Further, when there is no peak that is equal to or greater than the second threshold Th2 and less than the first threshold Th1 in the determination of Step S104 (No in Step S104), the
次に、図9Bを用いてピーク判別処理に関する処理手順について説明する。なお、かかる所定手順は、図9Aに示すステップS106に対応し、第2閾値Th2以上第1閾値Th1未満のピークを対象に行うものとする。 Next, a processing procedure related to peak discrimination processing will be described with reference to FIG. 9B. Note that this predetermined procedure corresponds to step S106 illustrated in FIG. 9A and is performed on a peak that is equal to or greater than the second threshold Th2 and less than the first threshold Th1.
図9Bに示すように、まず、算出部35は、各チャンネルchのピークのパワーの偏差を算出する(ステップS201)。続いて、ピーク抽出部36は、方位演算部38の演算結果に基づいてピーク毎に偏差閾値Thdを設定する(ステップS202)。
As shown in FIG. 9B, first, the
続いて、ピーク抽出部36は、ピーク毎に偏差が偏差閾値Thd未満か否かを判定する(ステップS203)。かかる判定において、ピーク抽出部36は、偏差が偏差閾値Thd未満である場合(ステップS203,Yes)、かかるピークを物標のピークとして判別し(ステップS204)、処理を終了する。
Subsequently, the
一方、ピーク抽出部36は、偏差が偏差閾値Thd以上である場合(ステップS203,No)、かかるピークをノイズピークとして判別し(ステップS205)、処理を終了する。
On the other hand, when the deviation is equal to or greater than the deviation threshold Thd (step S203, No), the
上述したように、実施形態に係るレーダ装置1は、送信部10と、受信部20と、変換部33と、設定部34と、ピーク抽出部36とを備える。送信部10は、周波数が連続的に増加または減少する送信信号によってチャープ波を送信する。受信部20は、物標によるチャープ波の反射波を複数の受信アンテナ21a〜21dで受信した受信信号と送信信号とから受信アンテナ21a〜21d毎にビート信号を生成する。
As described above, the
変換部33は、受信部20によって生成されたビート信号を物標との距離および相対速度に対する信号強度の分布を示す周波数スペクトルへ変換する。設定部34は、変換部33によって変換された周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値Avに基づいて相対速度に対するピーク抽出の第1閾値Th1を距離毎に設定する。ピーク抽出部36は、設定部34によって設定された第1閾値Th1を超えるピークを物標のピークとして周波数スペクトルから抽出する。したがって、実施形態に係るレーダ装置1によれば、位相雑音に基づくピークの誤抽出を抑制することができる。
The
ところで、上述した実施形態では、方位演算部38の演算結果に基づいて偏差閾値Thdを設定する場合について説明したが、これに限定されるものではない。
In the above-described embodiment, the case where the deviation threshold value Thd is set based on the calculation result of the
すなわち、レーダ装置1は、方位演算部38の演算結果に基づいて偏差自体の算出方法を変更することも可能である。ここで、図10を用いてかかる点の詳細について説明する。図10は、変形例に係る偏差の算出処理の具体例を示す図である。
That is, the
なお、ここでは、方位演算部38の演算結果により、図10に示すピークPの位置に物標が検出された場合を示し、ピークPが図10に示す各チャンネルch1〜ch4のピークから構成されるものとする。例えば、算出部35は、方位演算部38の演算結果に基づき、ピークP(物標)から遠いチャンネルchのピークのパワーの値を補正した後に偏差を算出する。
Here, the case where the target is detected at the position of the peak P shown in FIG. 10 based on the calculation result of the
図10に示す例では、ピークPが正面よりも右側に存在し、かかるピークに最も近い受信アンテナ21に対応するチャンネルchがチャンネルch4であり、チャンネルch3〜ch1の順にピークPから遠のく場合について示している。 In the example illustrated in FIG. 10, the peak P is present on the right side of the front, the channel ch corresponding to the reception antenna 21 closest to the peak is the channel ch4, and the channel ch3 to ch1 are in the order of distance from the peak P. ing.
ピークPに最も近いチャンネルch4のパワーは、他のチャンネルchのパワーよりも大きく観測されやすく、ピークPに最も遠いチャンネルch1のパワーが最も弱く観測されやすい。 The power of the channel ch4 closest to the peak P is more easily observed than the power of the other channel ch, and the power of the channel ch1 farthest from the peak P is the weakest and easily observed.
すなわち、上記の例では、チャンネルch4と、チャンネルch1との間でパワー差が生じやすい。このため、算出部35は、例えば、ピークPから遠いチャンネルch1およびチャンネルch2のパワーについて補正する。
That is, in the above example, a power difference is likely to occur between the channel ch4 and the channel ch1. For this reason, the
例えば、算出部35は、チャンネルch1のパワーに補正値d1を加算し、チャンネルch2のパワーに補正値d1よりも小さい補正値d2を加算した後に、各チャンネルchのパワーの偏差を算出する。
For example, the
つまり、物標と各受信アンテナ21との距離差に基づく各チャンネルch間に生じるパワーのバラつきを補正する。そして、補正した各チャンネルのパワーに基づいて偏差を算出する。これにより、かかる偏差には、位相雑音に基づくバラつきがより顕著に反映されることとなる。 That is, the power variation generated between the channels ch based on the distance difference between the target and each receiving antenna 21 is corrected. Then, the deviation is calculated based on the corrected power of each channel. Thereby, the deviation based on the phase noise is more remarkably reflected in the deviation.
したがって、レーダ装置1では、かかる偏差に基づいて物標のピークかノイズピークかを判別することで、かかる判別の精度を向上させることが可能となる。
Therefore, the
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な様態は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲および、その均等物によって定義される統括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変化が可能である。 Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Thus, the broader aspects of the present invention are not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents.
1 レーダ装置
10 送信部
20 受信部
21 受信アンテナ
30 処理部
31 送信制御部
33 変換部
34 設定部
35 算出部
36 ピーク抽出部
37 距離・相対速度演算部
38 方位演算部
Th1 第1閾値
Th2 第2閾値
Thd 偏差閾値
DESCRIPTION OF
Claims (4)
物標による前記チャープ波の反射波を複数の受信アンテナで受信した受信信号と前記送信信号とから前記受信アンテナ毎にビート信号を生成する受信部と、
前記受信部によって生成された前記ビート信号を物標との距離および相対速度に対する信号強度の分布を示す周波数スペクトルへ変換する変換部と、
前記変換部によって変換された前記周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値に基づいて相対速度に対するピーク抽出の第1閾値を当該距離毎に設定する設定部と、
前記設定部によって設定された前記第1閾値を超えるピークを物標のピークとして前記周波数スペクトルから抽出するピーク抽出部と
を備えることを特徴とするレーダ装置。 A transmitter that transmits a chirp wave by a transmission signal whose frequency continuously increases or decreases;
A reception unit that generates a beat signal for each of the reception antennas from a reception signal received by a plurality of reception antennas and a reflected signal of the chirp wave by a target; and
A conversion unit that converts the beat signal generated by the reception unit into a frequency spectrum indicating a distribution of signal intensity with respect to a distance and a relative speed with respect to a target;
A setting unit that sets, for each distance, a first threshold value for peak extraction with respect to relative speed based on an average value of signal strength for each distance in the frequency spectrum converted by the conversion unit;
A radar apparatus, comprising: a peak extraction unit that extracts a peak exceeding the first threshold set by the setting unit from the frequency spectrum as a target peak.
前記第1閾値よりも小さい第2閾値を距離毎に設定し、
前記信号強度が前記第2閾値よりも大きく、前記第1閾値よりも小さいピークについて前記受信アンテナ毎の前記周波数スペクトルにおける信号強度の偏差を算出する算出部
をさらに備え、
前記ピーク抽出部は、
前記算出部によって前記偏差が算出されたピークのうち、前記偏差が所定の偏差閾値よりも小さいピークを前記物標のピークとして抽出すること
を特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 The setting unit
A second threshold value smaller than the first threshold value is set for each distance;
A calculation unit that calculates a deviation of the signal strength in the frequency spectrum for each of the receiving antennas for a peak in which the signal strength is larger than the second threshold and smaller than the first threshold;
The peak extraction unit
The radar apparatus according to claim 1, wherein a peak whose deviation is smaller than a predetermined deviation threshold is extracted as a peak of the target among the peaks whose deviation is calculated by the calculation unit.
をさらに備え、
前記ピーク抽出部は、
前記方位演算部による演算結果に基づいて前記偏差閾値を設定すること
を特徴とする請求項2に記載のレーダ装置。 An azimuth calculation unit that estimates an angle at which the target exists based on the peak extracted by the peak extraction unit;
The peak extraction unit
The radar apparatus according to claim 2, wherein the deviation threshold is set based on a calculation result by the azimuth calculation unit.
物標による前記チャープ波の反射波を複数の受信アンテナで受信した受信信号と前記送信信号とから前記受信アンテナ毎にビート信号を生成する受信工程と、
前記受信工程によって生成された前記ビート信号を物標との距離および相対速度に対する信号強度の分布を示す周波数スペクトルへ変換する変換工程と、
前記変換工程によって変換された前記周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値に基づいて相対速度に対するピーク抽出の第1閾値を当該距離毎に設定する設定工程と、
前記設定工程によって設定された前記第1閾値を超えるピークを物標のピークとして前記周波数スペクトルから抽出するピーク抽出工程と
を含むことを特徴とする物標検出方法。 A transmission step of transmitting a chirp wave by a transmission signal whose frequency is continuously increased or decreased;
A reception step of generating a beat signal for each of the reception antennas from the reception signal and the transmission signal received by a plurality of reception antennas of the chirp wave reflected by a target;
A conversion step of converting the beat signal generated by the reception step into a frequency spectrum indicating a distribution of signal intensity with respect to a distance and a relative speed with respect to a target;
A setting step for setting, for each distance, a first threshold value for peak extraction with respect to a relative speed based on an average value of signal strength for each distance in the frequency spectrum converted by the conversion step;
And a peak extraction step of extracting from the frequency spectrum a peak that exceeds the first threshold set in the setting step as a target peak.
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