JP2019158797A - Radar device, and radar device control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーダ装置およびレーダ装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a radar apparatus and a radar apparatus control method.
従来、物標を検出するレーダ装置として、周波数が連続的に変化する送信波を出力して物標との距離、相対速度および角度を検出するFCM(Fast Chirp Modulation)方式のレーダ装置が提案されている。 Conventionally, as a radar device that detects a target, an FCM (Fast Chirp Modulation) type radar device that outputs a transmission wave whose frequency changes continuously and detects a distance, a relative speed, and an angle with the target has been proposed. ing.
具体的には、レーダ装置は、送信波の物標による反射波を複数の受信アンテナにより受信して得られたビート信号それぞれに対して2次元高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform)処理を行うことで、上記した距離、相対速度および角度を検出する(例えば、特許文献1参照)。 Specifically, the radar apparatus performs a two-dimensional fast Fourier transform process on each beat signal obtained by receiving reflected waves of a transmission wave target with a plurality of receiving antennas. The above-described distance, relative speed, and angle are detected (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来の技術では、例えば、受信アンテナが複数であった場合、受信アンテナ毎に2次元FFT処理を行うため、処理量が嵩んでしまうおそれがあった。 However, in the conventional technique, for example, when there are a plurality of receiving antennas, the processing amount may increase because the two-dimensional FFT processing is performed for each receiving antenna.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、処理量が嵩むことを防止できるレーダ装置およびレーダ装置の制御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 apparatus and a radar apparatus control method capable of preventing an increase in processing amount.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーダ装置は、受信部と、FFT処理部と、ピーク抽出部とを備える。前記受信部は、周波数が連続的に変化する送信波が物標によって反射された反射波を複数の受信アンテナで受信する。前記FFT処理部は、前記複数の受信アンテナのうち、任意の受信アンテナで受信した前記反射波に基づくビート信号に対して2次元FFT処理を行う場合に、2次元目のFFT処理を第1の範囲で行う。前記ピーク抽出部は、前記FFT処理部による処理結果である周波数スペクトルから前記物標に対応するピークを抽出する。また、前記FFT処理部は、前記任意の受信アンテナ以外の他の前記受信アンテナについて前記2次元FFT処理を行う場合、前記ピーク抽出部によって抽出された前記ピークの位置に基づき前記第1の範囲を限定した第2の範囲で前記2次元目のFFT処理を行う。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a radar apparatus according to the present invention includes a reception unit, an FFT processing unit, and a peak extraction unit. The receiving unit receives a reflected wave obtained by reflecting a transmission wave having a continuously changing frequency by a target with a plurality of receiving antennas. The FFT processing unit performs the second-dimensional FFT processing when the two-dimensional FFT processing is performed on the beat signal based on the reflected wave received by an arbitrary receiving antenna among the plurality of receiving antennas. Do in range. The peak extraction unit extracts a peak corresponding to the target from a frequency spectrum that is a processing result of the FFT processing unit. In addition, when performing the two-dimensional FFT processing on the reception antenna other than the arbitrary reception antenna, the FFT processing unit calculates the first range based on the position of the peak extracted by the peak extraction unit. The second-dimensional FFT processing is performed within the limited second range.
本発明によれば、処理量が嵩むことを防止することができる。 According to the present invention, it is possible to prevent the processing amount from increasing.
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レーダ装置の制御方法の実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a radar apparatus and a radar apparatus control 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 this embodiment.
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の制御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、実施形態に係るレーダ装置の制御方法の概要を示す図である。 First, an outline of a control method of a 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 control method of the radar apparatus according to the embodiment.
図1Aに示すように、実施形態に係るレーダ装置1は、車両MCの前端部に設けられるとともに、4つの受信アンテナ21a〜21d(以下、受信アンテナ21と記載する場合がある)を備えていることとする。なお、受信アンテナ21a〜21dの数は、複数であれば、3つ以下でも、5つ以上でもよい。また、レーダ装置1の搭載位置は、車両MCの前端部に限定されるものではなく、車両MCの側面や、後端部であってもよい。
As shown in FIG. 1A, the radar apparatus 1 according to the embodiment is provided at a front end portion of a vehicle MC and includes four
図1Aに示すレーダ装置1は、例えば、FCM(Fast Chirp Modulation)方式のレーダ装置である。FCM方式とは、周波数が連続的に変化する複数のチャープ波が繰り返される送信波を出力して検出範囲内に存在する各物標Pとの距離および相対速度を検出する方式である。 A radar apparatus 1 shown in FIG. 1A is, for example, an FCM (Fast Chirp Modulation) type radar apparatus. The FCM method is a method of detecting a distance and relative velocity with respect to each target P existing in a detection range by outputting a transmission wave in which a plurality of chirp waves whose frequencies change continuously are repeated.
具体的には、FCM方式は、送信波が物標Pによって反射された反射波を複数の受信アンテナ21a〜21dによって受信し、受信した反射波と送信波とから生成される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処理と記載する場合がある)を行って物標Pとの距離および相対速度を検出する。
Specifically, in the FCM method, a reflected wave in which a transmission wave is reflected by a target P is received by a plurality of
なお、2次元FFT処理は、物標Pとの距離に対応する距離方向への距離FFT処理および物標Pの速度に対応する速度方向への速度FFT処理の2回のFFT処理を行うことである。 The two-dimensional FFT process is performed by performing two FFT processes, a distance FFT process in the distance direction corresponding to the distance to the target P and a speed FFT process in the speed direction corresponding to the speed of the target P. is there.
ここで、従来のレーダ装置は、予め定められた範囲内すべてにおいて距離FFT処理および速度FFT処理を行うため、物標情報(距離や相対速度)の算出に多くの計算が必要とする。また、複数の受信アンテナ毎に2次元FFT処理を行うとなると、その計算量はさらに膨大になるため、処理量が嵩むこととなる。このため、例えば、2次元FFT処理の処理時間が長くなると、物標情報の更新周期の短くするという要求を満たせなくなるおそれもある。 Here, since the conventional radar apparatus performs the distance FFT process and the speed FFT process in the entire predetermined range, many calculations are required for calculating the target information (distance and relative speed). In addition, when the two-dimensional FFT processing is performed for each of the plurality of receiving antennas, the amount of calculation further increases, and the amount of processing increases. For this reason, for example, if the processing time of the two-dimensional FFT process becomes long, there is a possibility that the request for shortening the update cycle of the target information cannot be satisfied.
そこで、実施形態に係るレーダ装置1の制御方法では、複数の受信アンテナ21a〜21dのうち、まず、任意の受信アンテナ21について2次元FFT処理を行い、その処理結果により他の受信アンテナ21における2次元FFT処理の範囲を限定する。
Therefore, in the control method of the radar apparatus 1 according to the embodiment, first, among the plurality of
図1Bでは、2次元に配置された複数のマスを示しており、かかるマス毎に2次元FFT処理が行われる。具体的には、かかるマスは、送信波におけるチャープ波(あるいはビート信号)の数分だけ横方向に並べられ、物標Pとの距離に対応する距離ビン(周波数)の数分だけ縦方向に並べられている。 FIG. 1B shows a plurality of squares arranged two-dimensionally, and a two-dimensional FFT process is performed for each square. Specifically, such squares are arranged in the horizontal direction by the number of chirp waves (or beat signals) in the transmission wave and in the vertical direction by the number of distance bins (frequency) corresponding to the distance from the target P. Are lined up.
実施形態に係るレーダ装置1は、まず、受信アンテナ21aについて、チャープ波毎に生成されるビート信号B1〜Bnに対して通常通りの2次元FFT処理を行う。図1Bに示す例では、まず、レーダ装置1は、1次元目として、ビート信号B1〜Bn毎に距離FFT処理(図1Bに示す縦方向)を行う。具体的には、レーダ装置1は、すべてのビート信号B1〜Bnに対して距離FFT処理を行う。図1Bの中段図(左図)では、距離FFT処理の結果、各ビート信号B1〜Bnにおいて、距離ビンfr10にパワー値が所定値以上のピークが出現していることとする。
The radar apparatus 1 according to the embodiment first performs a normal two-dimensional FFT process on the beat signals B1 to Bn generated for each chirp wave with respect to the
つづいて、実施形態に係るレーダ装置1は、2次元目のFFT処理として、距離ビンfr毎に速度FFT処理を行う。具体的には、レーダ装置1は、すべての距離ビンfrに対して速度FFT処理(図1Bに示す横方向)を行う。つまり、2次元目のFFT処理における範囲(第1の範囲)は、距離ビンfr1から距離ビンfrmとなる。なお、第1の範囲は、すべての距離ビンfr1〜frmに限定されるものはなく、例えば、距離ビンfr1〜frmのうち、前回の時間における物標Pのピーク位置の距離ビンfrのみを第1の範囲としてもよい。図1Bの下段図(左図)では、速度FFT処理の結果、速度ビンfv5にピークが出現していることとする。 Subsequently, the radar apparatus 1 according to the embodiment performs speed FFT processing for each distance bin fr as second-dimensional FFT processing. Specifically, the radar apparatus 1 performs speed FFT processing (lateral direction shown in FIG. 1B) on all distance bins fr. That is, the range (first range) in the second-dimensional FFT processing is the distance bin fr1 to the distance bin frm. The first range is not limited to all the distance bins fr1 to frm. For example, among the distance bins fr1 to frm, only the distance bin fr at the peak position of the target P at the previous time is the first range. It is good also as 1 range. In the lower diagram (left diagram) of FIG. 1B, it is assumed that a peak appears in the velocity bin fv5 as a result of the velocity FFT process.
そして、実施形態に係るレーダ装置1は、受信アンテナ21a以外の他の受信アンテナ21b〜21dについて2次元FFT処理を行う場合、上記した第1の範囲を限定した第2の範囲で、2次元目のFFT処理を行う。具体的には、図1Bの中段図(右図)に示すように、レーダ装置1は、まず、ビート信号B1〜Bnまでのすべての範囲(横方向)で、1次元目のFFT処理を行う。つまり、1次元目のFFT処理の範囲は、上記した受信アンテナ21aと同様の範囲とする。
When the two-dimensional FFT processing is performed on the receiving
そして、実施形態に係るレーダ装置1は、2次元目のFFT処理を行う際、受信アンテナ21aの2次元FFT処理の結果で抽出されたピークの位置に基づき範囲を限定する。
The radar apparatus 1 according to the embodiment limits the range based on the peak position extracted as a result of the two-dimensional FFT process of the receiving
例えば、図1Bの下段図(右図)に示すように、実施形態に係るレーダ装置1は、距離ビンfr1から距離ビンfrmの範囲のうち、ピークの位置に対応する距離ビンfr10のみを第2の範囲として2次元目のFFT処理を行う。つまり、他の受信アンテナ21b〜21dでは、第1の範囲よりも狭い第2の範囲で2次元目のFFT処理を行う。
For example, as illustrated in the lower diagram (right diagram) of FIG. 1B, the radar apparatus 1 according to the embodiment performs only the second distance bin fr10 corresponding to the peak position in the range from the distance bin fr1 to the distance bin frm. As a range, the second-dimensional FFT processing is performed. That is, the other receiving
なお、図1Bに示す例では、2次元目のFFT処理における第2の範囲を、ピークの位置である距離ビンfr10のみに限定して行う場合を示したが、例えば、距離ビンfr10を含む距離ビンfr9から距離ビンfr11までの範囲を第2の範囲としてもよい。つまり、距離ビンfr10を含んだ範囲で、かつ、距離ビンfr1から距離ビンfrmまでの第1の範囲を限定した範囲であればよい。 In the example shown in FIG. 1B, the second range in the second-dimensional FFT processing is limited to the distance bin fr10 that is the peak position. However, for example, the distance including the distance bin fr10 A range from the bin fr9 to the distance bin fr11 may be set as the second range. In other words, the range includes the distance bin fr10 and may be a range in which the first range from the distance bin fr1 to the distance bin frm is limited.
このように、受信アンテナ21aの2次元FFTの処理結果を用いて、他の受信アンテナ21b〜21dについては、2次元目のFFT処理の範囲を限定することで、不要なFFT処理の計算を省くことができる。従って、実施形態に係るレーダ装置1によれば、2次元FFT処理における計算量を減らすことができるため、処理量が嵩むことを防止できる。なお、2次元FFT処理の計算低減量については、図6で詳細に後述する。
As described above, by using the processing result of the two-dimensional FFT of the receiving
また、図1Bに示す例では、2次元FFT処理について、距離FFT処理を行った後、速度FFT処理を行ったが、処理順を入れ替えてもよい。つまり、速度FFT処理を行った後、距離FFT処理を行ってもよいが、かかる点については、図8および図9で後述する。 In the example shown in FIG. 1B, the speed FFT processing is performed after the distance FFT processing is performed for the two-dimensional FFT processing, but the processing order may be changed. That is, the distance FFT process may be performed after the speed FFT process, which will be described later with reference to FIGS.
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。図2に示すように、レーダ装置1は、車両制御装置2に接続される。
Next, the configuration of the radar apparatus 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a block diagram of the radar apparatus 1. As shown in FIG. 2, the radar device 1 is connected to a
車両制御装置2は、レーダ装置1による物標P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
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STを生成して、送信アンテナ13へ出力する。
The radar apparatus 1 includes a
送信アンテナ13は、発振器12から入力されるチャープ信号STを送信波SWへ変換し、かかる送信波SWを車両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、複数のチャープ波が繰り返される波形である。送信アンテナ13から車両MCの前方に送信された送信波SWは、物標P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P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、チャープ信号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 chirp 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、チャープ信号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。
As a result, the beat frequency f SB (which is the difference between the frequency f ST of the chirp 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。なお、ここでは、1回目のチャープ波によって得られるビート信号SBを「B1」とし、2回目のチャープ波によって得られるビート信号SBを「B2」とし、n回目のチャープ波によって得られるビート信号SBを「Bn」としている。 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. Here, the beat signal SB obtained by the first chirp wave is “B1”, the beat signal SB obtained by the second chirp wave is “B2”, and the beat signal SB obtained by the nth chirp wave is “B2”. Is “Bn”.
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(いわゆるアップチャープ)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(いわゆるダウンチャープ)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 saw-tooth wave shape (so-called up-chirp) 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 (so-called down chirp) may be used.
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、第1処理部33、第2処理部34、ピーク抽出部35、演算部36および出力部37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 transmission control unit 31 and 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チャープ信号STが発振器12から送信アンテナ13へ出力される。
The transmission control unit 31 controls the signal generation unit 11 of the
信号処理部32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FFT処理(距離FFT処理および速度FFT処理)を行い、かかる2次元FFT処理の結果に基づいて物標Pの距離、相対速度(縦方向への相対速度および横方向への相対速度)および方位を演算する。以下、信号処理部32の各部の処理について説明する。
The
信号処理部32の第1処理部33(FFT処理部の一例)は、各A/D変換器23から出力されるビート信号SBそれぞれに対して距離FFT処理を行うことで受信アンテナ21毎に周波数スペクトルを生成する。具体的には、第1処理部33は、ビート信号SB毎に各距離ビンfr(fr1〜frm)について距離FFT処理を行う。ここで、図4を用いて、距離FFT処理の結果について具体的に説明する。
The first processing unit 33 (an example of the FFT processing unit) of the
図4は、ビート信号SBに対して距離FFT処理を行った結果を示す図である。図4では、ビート信号B5に対する距離FFT処理の結果である周波数スペクトルを示す。図4に示す周波数スペクトルでは、横軸を周波数(すなわち、距離ビン)とし、縦軸をパワーの大きさ(ピークの大きさ)としている。図4に示す例では、距離ビンfr10のみにピークが出現していることとする。 FIG. 4 is a diagram illustrating a result of performing the distance FFT process on the beat signal SB. FIG. 4 shows a frequency spectrum that is a result of the distance FFT process for the beat signal B5. In the frequency spectrum shown in FIG. 4, the horizontal axis represents frequency (that is, distance bin), and the vertical axis represents power magnitude (peak magnitude). In the example shown in FIG. 4, it is assumed that a peak appears only in the distance bin fr10.
ここで、ビート信号SBの周波数は、物標Pとレーダ装置1との間の距離に比例して増減する。このため、第1処理部33は、ビート信号SBに対して距離FFT処理を行うことで、物標Pとの距離に対応する距離ビンfrに出現するピーク(パワーが所定値以上)を距離FFT処理の結果として取得する。
Here, the frequency of the beat signal SB increases or decreases in proportion to the distance between the target P and the radar apparatus 1. For this reason, the
つまり、図4に示す例では、第1処理部33は、一つのビート信号B5において、距離ビンfr10にピークが出現していることを示す情報を距離FFT処理の結果として取得する。
That is, in the example illustrated in FIG. 4, the
なお、第1処理部33は、4つの受信アンテナ21a〜21dからビート信号SBを受け取った場合、4つの受信アンテナ21a〜21dのビート信号SBに対して距離FFT処理を行ってもよく、あるいは、受信アンテナ21aのビート信号SBに対してのみ距離FFT処理を行ってもよい。受信アンテナ21aのビート信号SBに対してのみ距離FFT処理を行う場合、他の3つの受信アンテナ21b〜21dについては、後述のピーク抽出部35の抽出結果を受けてから距離FFT処理を行う。
The
第1処理部33は、距離FFT処理の結果である周波数スペクトルを第2処理部34へ出力する。
The
第2処理部34は、第1処理部33における距離FFT処理の結果に対して速度FFT処理を行う。速度FFT処理とは、距離FFT処理の結果である周波数スペクトルの距離ビンfr毎に各速度ビンfvについて2回目のFFT処理を行うことである。これにより、速度FFT処理の結果として、物標Pの相対速度に対応する速度ビンfvにピークが出現することとなる。
The
具体的には、第2処理部34は、物標Pの相対速度がゼロでない場合に生じる受信信号SRのドップラ成分を利用する。より具体的には、第2処理部34は、ビート信号SBの周波数スペクトルにおけるピークの位相の変化を検出する。ここで、図5を用いて、第2処理部34の処理内容について具体的に説明する。
Specifically, the
図5は、第2処理部34の処理内容を示す図である。図5では、複数の受信アンテナ21のうち、任意の1つの受信アンテナ21の周波数スペクトルを時系列に並べて示している。また、図5では、時間的に連続するビート信号B1〜B8の距離FFT処理の結果とビート信号B1〜B8間のピークの位相変化の一例を示す。図5に示す例では、各ビート信号B1〜B8の距離ビンfr10にピークがあり、かかるピークの位相が変化している。
FIG. 5 is a diagram illustrating processing contents of the
ここで、物標P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B1〜B8間において同一物標Pに相当する距離ビンfr10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。 Here, when the relative speed between the target P and the radar apparatus 1 is not zero, a phase change corresponding to the Doppler frequency is present at the peak of the distance bin fr10 corresponding to the same target P between the beat signals B1 to B8. Appear.
第2処理部34は、距離FFT処理を行って得られる周波数スペクトルを時系列に並べて速度FFT処理を行うことで、ドップラ周波数に対する周波数ビン(速度ビン)にピークが出現する周波数スペクトルを得る。
The
また、図5に示すように、第2処理部34は、受信アンテナ21aについては、距離ビンfr1から距離ビンfrmまでの全範囲において、距離ビンfr毎に速度FFT処理を行う。そして、第2処理部34は、他の3つの受信アンテナ21b〜21dについては、後述のピーク抽出部35によって抽出されたピークの位置に基づいて速度FFT処理を行う範囲を限定する。
As shown in FIG. 5, the
例えば、図5に示すように、第2処理部34は、ピーク抽出部35によって距離ビンfr10にピークが抽出された場合、距離ビンfr10に限定して速度FFT処理を行う。つまり、第2処理部34は、ピーク抽出部35によって抽出されたピークの距離ビンfr10以外の距離ビンfrについては速度FFT処理を行わない。これにより、2次元FFT処理における処理量を最小限にすることができる。
For example, as illustrated in FIG. 5, when a peak is extracted in the distance bin fr10 by the
図2に戻ってピーク抽出部35について説明する。ピーク抽出部35は、第2処理部34における速度FFT処理の結果である周波数スペクトルからパワーが所定の閾値以上のピークを抽出する。かかる閾値は、予め定められた固定値であってもよく、動的に変化させてもよい。
Returning to FIG. 2, the
ピーク抽出部35は、抽出したピークが受信アンテナ21aに対応する周波数スペクトルのピークであった場合、かかるピークに関する情報を第2処理部34へ出力する。また、ピーク抽出部35は、複数の受信アンテナ21a〜21dすべてのピーク抽出結果において、同じ位置にピークが出現していることが確認できた場合に、かかるピークに関する情報を演算部36へ出力する。
When the extracted peak is the peak of the frequency spectrum corresponding to the
なお、ピーク抽出部35は、例えば、すべてのピーク抽出結果のうち少なくとも1つにおいて、同じ位置にピークが出現していない場合、演算部36への出力を禁止してもよい。これにより、信頼性の低いピークを除くことができるため、物標Pの誤検出を防止することができる。
Note that the
演算部36は、ピーク抽出部35によって抽出されたピークに基づいて物標Pとの距離、相対速度および角度(方位)を演算する。
The
具体的には、演算部36は、ピーク抽出部35によって抽出されたピークの距離ビンfrおよび速度ビンfvの組み合わせに基づいて物標Pとの距離および相対速度を導出する。
Specifically, the
また、演算部36は、所定の角度演算処理により物標Pが存在する角度を推定する。具体的には、演算部36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の周波数スペクトルそれぞれの同一距離ビンfrのピークの位相の違いにより物標Pの角度を推定する。なお、同一距離ビンfrのピークの位相の違いにより、同一距離ビンに複数の物標Pが存在することが検出された場合、それら複数の物標Pそれぞれについて角度推定を行う。
In addition, the
なお、演算部36における角度の推定は、例えば、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)、DBF(Digital Beam Forming)、または、MUSIC(Multiple Signal Classification)などの所定の推定方式を用いて行われる。
The angle estimation in the
出力部37は、車両制御装置2に対して各種情報を出力する。例えば、出力部37は、検出した物標Pに関する物標情報を車両制御装置2へ出力する。物標情報には、物標Pの距離、相対速度および角度が含まれる。
The output unit 37 outputs various information to the
ここで、図6を用いて、2次元FFT処理における処理量について説明する。図6は、2次元FFT処理における処理量を示す図である。図6に示す「1通常FCM」とは、距離FFT処理および速度FFT処理をすべての範囲で行った場合の処理量を示し、「2改良FCM」は、2次元目である速度FFT処理について、限定した範囲(第2の範囲)で行った場合の処理量を示す。 Here, the processing amount in the two-dimensional FFT processing will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a diagram illustrating a processing amount in the two-dimensional FFT processing. “1 normal FCM” shown in FIG. 6 indicates a processing amount when the distance FFT processing and the speed FFT processing are performed in all ranges, and “2 improved FCM” indicates the speed FFT processing that is the second dimension. The processing amount when performed in a limited range (second range) is shown.
図6では、距離FFTビン数(距離ビンfr1〜frm)は、1024個、チャープ数(ビート信号SBの数)は、64個であり、ピーク抽出部35によって抽出されたピークの数は、10個であり、受信アンテナ21の数は、4つであるとする。また、図6に示す「複素数乗算回数」および「複素数加減算回数」は、各FFT処理におけるバタフライ演算の際の複素数の乗算回数および加減算回数を示す。具体的には、距離FFTについては、複素数乗算回数をα、距離FFTビン数をP、チャープ数をNとした場合、α=P/2×LOG(P,2)×Nで表され、複素数加減算回数をβとした場合、β=P×LOG(P,2)×Nで表される。また、速度FFT処理については、複素数乗算回数をα、チャープ数をP、距離FFTビン数をNとした場合、α=P/2×LOG(P,2)×Nで表され、複素数加減算回数をβとした場合、β=P×LOG(P,2)×Nで表される。
In FIG. 6, the number of distance FFT bins (distance bins fr1 to frm) is 1024, the number of chirps (number of beat signals SB) is 64, and the number of peaks extracted by the
図6に示すように、「1通常FCM」および「2改良FCM」を比べると、第1処理部33で行われる距離FFT処理の処理量(図中のC、D)は、同じである。また、第2処理部34で行われる速度FFT処理における受信アンテナ21の1ch分の処理量(図中のE、F)も同じである。
As shown in FIG. 6, when “1 normal FCM” and “2 improved FCM” are compared, the processing amounts (C and D in the figure) of the distance FFT processing performed by the
一方で、第2処理部34で行われる速度FFT処理における他の受信アンテナ21の3ch分については、「2改良FCM」(G/100×3ch)が「1通常FCM」(G×3ch)よりも処理量が少ない。これは、3chの受信アンテナ21については、ピークに対応する距離ビンfrのみ速度FFT処理を行うためである。
On the other hand, for the 3ch of the other receiving antenna 21 in the speed FFT process performed by the
これにより、図6に示すように、「2改良FCM」は、「1通常FCM」の処理量の略7割(72%)程度に抑えることができる。なお、図6に示す、「距離FFTビン数」、「チャープ数」、「ピーク数」および「受信アンテナ数」は、一例であって、任意の値が設定されてよい。 Thereby, as shown in FIG. 6, “2 improved FCM” can be suppressed to about 70% (72%) of the processing amount of “1 normal FCM”. Note that the “distance FFT bin number”, “chirp number”, “peak number”, and “reception antenna number” shown in FIG. 6 are examples, and arbitrary values may be set.
次に、図7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7は、レーダ装置1が実行する物標検出の処理手順を示すフローチャートである。なお、図7に示す処理手順は、レーダ装置1によって繰り返し実行される。 Next, a processing procedure executed by the radar apparatus 1 according to the embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing the target detection processing procedure executed by the radar apparatus 1. 7 is repeatedly executed by the radar apparatus 1.
図7に示すように、まず、送信部10は、n個のチャープ波を含む送信波SWを出力する(ステップS101)。つづいて、受信部20は、物標Pによる送信波SWの反射波に応じた受信信号SRとチャープ信号STとからn個のビート信号SBを生成する(ステップS102)。
As shown in FIG. 7, first, the
つづいて、第1処理部33は、n個の各ビート信号SBに対して距離FFT処理を行う(ステップS103)。つづいて、第2処理部34は、複数の受信アンテナ21のうち、任意の一の受信アンテナ21の距離FFT処理の結果に対して速度FFT処理を行う(ステップS104)。
Subsequently, the
つづいて、ピーク抽出部35は、速度FFT処理の結果である周波数スペクトルからパワーが所定の閾値以上のピークを抽出する(ステップ105)。つづいて、第2処理部34は、他の受信アンテナ21について、ピーク抽出部35で抽出されたピークの位置のみで速度FFT処理を行う(ステップS106)。
Subsequently, the
つづいて、演算部36は、ピーク抽出部35によって抽出されたピークに基づいて物標Pとの距離、相対速度および角度を演算する演算処理を行う(ステップS107)。つづいて、出力部37は、演算部36によって演算された距離、相対速度および角度を含む物標情報を車両制御装置2へ出力し(ステップS108)、処理を終了する。
Subsequently, the
上述してきたように、実施形態に係るレーダ装置1は、受信部20と、FFT処理部(例えば、第1処理部33および第2処理部34)と、ピーク抽出部35とを備える。受信部20は、周波数が連続的に変化する送信波が物標Pによって反射された反射波を複数の受信アンテナ21で受信する。FFT処理部は、複数の受信アンテナ21のうち、任意の受信アンテナ21で受信した反射波に基づくビート信号SBに対して2次元FFT処理を行う場合に、2次元目のFFT処理を第1の範囲で行う。ピーク抽出部35は、FFT処理部による処理結果である周波数スペクトルから物標Pに対応するピークを抽出する。また、FFT処理部は、任意の受信アンテナ21以外の他の受信アンテナ21について2次元FFT処理を行う場合、ピーク抽出部35によって抽出されたピークの位置に基づき第1の範囲を限定した第2の範囲で2次元目のFFT処理を行う。これにより、処理量が嵩むことを防止できる。
As described above, the radar apparatus 1 according to the embodiment includes the receiving
なお、上述した実施形態では、ビート信号SBに対して距離FFT処理を行った後、速度FFT処理を行ったが、2次元FFT処理の処理順が逆であってもよい。つまり、レーダ装置1は、ビート信号SBに対して速度FFT処理を行った後、距離FFT処理を行ってもよい。なお、処理順が入れ替わっても2次元FFT処理後に得られるピークの数や、ピークの位置は変わらない。ここで、図8を用いて、2次元FFT処理の処理順を入れ替えた場合について説明する。 In the above-described embodiment, the speed FFT process is performed after the distance FFT process is performed on the beat signal SB. However, the processing order of the two-dimensional FFT process may be reversed. That is, the radar apparatus 1 may perform the distance FFT process after performing the speed FFT process on the beat signal SB. Even if the processing order is changed, the number of peaks obtained after the two-dimensional FFT processing and the position of the peaks are not changed. Here, a case where the processing order of the two-dimensional FFT processing is changed will be described with reference to FIG.
図8は、変形例に係るレーダ装置1の制御方法を示す図である。図8に示すように、レーダ装置1は、すべての受信アンテナ21a〜21dについて2次元FFT処理の処理順を入れ替えてよい。具体的には、まず、第2処理部34は、受信アンテナ21aにおけるビート信号SBに対してすべて距離ビンfr1〜frmの範囲で、距離ビンfr毎に速度FFT処理を行う。この段階では、FFT処理の結果として得られる周波数スペクトルには、速度ビンfvを特定するピークは得られない。
FIG. 8 is a diagram illustrating a control method of the radar apparatus 1 according to the modification. As shown in FIG. 8, the radar apparatus 1 may change the processing order of the two-dimensional FFT processing for all the receiving
つづいて、第1処理部33は、第2処理部34によって生成された周波数スペクトルに対してすべてのビート信号B1〜Bnの範囲で、ビート信号SB毎に距離FFT処理を行う。この結果、特定の距離ビンfr10および速度ビンfv5において、物標Pに対応するピークが得られる。つまり、上記した実施形態では、2次元目のFFT処理が速度FFT処理であったのに対し、変形例では、2次元目のFFT処理が距離FFT処理となる。すなわち、変形例では、距離FFT処理の範囲であるすべてのビート信号B1〜Bnの範囲が第1の範囲となる。
Subsequently, the
つづいて、第2処理部34は、他の受信アンテナ21b〜21dにおけるビート信号SBに対してすべて距離ビンfr1〜frmの範囲で、距離ビンfr毎に速度FFT処理を行う。
Subsequently, the
つづいて、第1処理部33は、第2処理部34によって生成された周波数スペクトルに対して第1の範囲を限定した第2の範囲で距離FFT処理を行う。図8に示す例では、第1処理部33は、抽出されたピークの速度ビンfv5のみを第2の範囲として距離FFT処理を行う。これにより、2次元FFT処理の処理順を入れ替えた場合であっても処理量が嵩むことを防止することができる。
Subsequently, the
なお、他の受信アンテナ21b〜21dにおける2次元FFT処理の処理順ついては、受信アンテナ21aで抽出されたピークの数に基づいていずれの処理順を採用するかを決定してもよい。かかる点について、図9を用いて説明する。
Note that the processing order of the two-dimensional FFT processing in the other receiving
図9は、変形例に係る2次元FFT処理における処理量を示す図である。図9に示す「「1通常FCM」および「2改良FCM」は、距離FFT処理後、速度FFT処理を行う処理順である。「3改良FCM」は、速度FFT処理後、距離FFT処理を行う処理順である。また、図9では、ピーク抽出部35によって抽出されたピークの数が10個の場合と、60個の場合とを示している。
FIG. 9 is a diagram illustrating a processing amount in the two-dimensional FFT processing according to the modification. “1 normal FCM” and “2 improved FCM” illustrated in FIG. 9 are processing orders in which the speed FFT processing is performed after the distance FFT processing. “3 improved FCM” is a processing order in which the distance FFT processing is performed after the speed FFT processing. FIG. 9 shows a case where the number of peaks extracted by the
図9に示すように、ピーク数が10個の場合では、「3改良FCM」が最も処理量が少ない。一方で、ピーク数が60個の場合では、「2改良FCM」が最も処理量が少ない。これは、「2回目FFT処理(他3ch分)」の処理量に起因している。 As shown in FIG. 9, when the number of peaks is 10, “3 improved FCM” has the smallest processing amount. On the other hand, when the number of peaks is 60, “2 improved FCM” has the smallest processing amount. This is due to the processing amount of the “second FFT processing (for other 3 channels)”.
具体的には、ピーク数の増加に対する処理量の増加が「2改良FCM」よりも「3改良FCM」のほうが多いためである。 Specifically, the increase in the processing amount with respect to the increase in the number of peaks is larger in the “3 improved FCM” than in the “2 improved FCM”.
つまり、ピーク数が所定数未満であれば、「3改良FCM」が「2改良FCM」よりも処理量が少ないが、ピーク数がかかる所定数に近づくにつれて「2改良FCM」および「3改良FCM」の処理量の差が小さくなる。 That is, if the number of peaks is less than the predetermined number, the processing amount of “3 improved FCM” is smaller than that of “2 improved FCM”, but “2 improved FCM” and “3 improved FCM” as the number of peaks approaches the predetermined number. ”Is reduced.
そして、ピーク数が所定数以上の場合、「3改良FCM」が「2改良FCM」よりも処理量が多くなる。つまり、処理量が逆転する。 When the number of peaks is equal to or larger than the predetermined number, the processing amount of “3 improved FCM” is larger than that of “2 improved FCM”. That is, the processing amount is reversed.
換言すれば、第1処理部33および第2処理部34は、ピーク抽出部35によって抽出されたピーク数が所定数未満である場合、「3改良FCM」の処理順で2次元FFT処理を行う。
In other words, when the number of peaks extracted by the
一方、第1処理部33および第2処理部34は、ピーク抽出部35によって抽出されたピーク数が所定数以上である場合、「2改良FCM」の処理順で2次元FFT処理を行う。
On the other hand, when the number of peaks extracted by the
このように、第1処理部33および第2処理部34は、ピークの数が所定数以上か否かにより2次元FFT処理の処理順を決定することで、常に最小限の処理量に抑えることができる。
In this manner, the
なお、上記した所定数は、例えば、図9に示す「距離FFTビン数」、「チャープ数」および「受信アンテナ数」に基づいて決定される。 Note that the predetermined number is determined based on, for example, “distance FFT bin number”, “chirp number”, and “receive antenna number” shown in FIG.
また、図9では、「距離FFTビン数」が1024個、「チャープ数」が64個の場合の2次元FFT処理の処理量を示したが、例えば、「距離FFTビン数」が64個、「チャープ数」が1024個の場合、図9に示す処理量が逆となる。 FIG. 9 shows the processing amount of the two-dimensional FFT processing when the “distance FFT bin number” is 1024 and the “chirp number” is 64. For example, the “distance FFT bin number” is 64, When the “number of chirps” is 1024, the processing amount shown in FIG. 9 is reversed.
すなわち、「距離FFTビン数」が64個、「チャープ数」が1024個の場合、ピーク数が10個の場合においては、「2改良FCM」が最も処理量が少なくなり、一方、ピーク数が60個の場合においては、「3改良FCM」が最も処理量が少なくなる。 That is, when the “distance FFT bin number” is 64 and the “chirp number” is 1024, and when the number of peaks is 10, “2 improved FCM” has the smallest processing amount, while the peak number is In the case of 60, “3 improved FCM” has the smallest processing amount.
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態様は、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総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、様々な変更が可能である。 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
2 車両制御装置
10 送信部
11 信号生成部
12 発振器
13 送信アンテナ
20 受信部
21,21a〜21d 受信アンテナ
22,22a〜22d ミキサ
23,23a〜23d A/D変換器
30 処理部
31 送信制御部
32 信号処理部
33 第1処理部
34 第2処理部
35 ピーク抽出部
36 演算部
37 出力部
100 レーダ装置
MC 車両
P 物標
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記複数の受信アンテナのうち、任意の受信アンテナで受信した前記反射波に基づくビート信号に対して2次元FFT処理を行う場合に、2次元目のFFT処理を第1の範囲で行うFFT処理部と、
前記FFT処理部による処理結果である周波数スペクトルから前記物標に対応するピークを抽出するピーク抽出部と、を備え、
前記FFT処理部は、
前記任意の受信アンテナ以外の他の前記受信アンテナについて前記2次元FFT処理を行う場合、前記ピーク抽出部によって抽出された前記ピークの位置に基づき前記第1の範囲を限定した第2の範囲で前記2次元目のFFT処理を行うこと
を特徴とするレーダ装置。 A receiving unit that receives a reflected wave, which is a reflected wave reflected by a target, with a plurality of receiving antennas, and a transmission wave whose frequency continuously changes,
An FFT processing unit that performs a second-dimensional FFT process in a first range when performing a two-dimensional FFT process on a beat signal based on the reflected wave received by an arbitrary receive antenna among the plurality of receive antennas When,
A peak extraction unit that extracts a peak corresponding to the target from a frequency spectrum that is a processing result by the FFT processing unit,
The FFT processing unit
When the two-dimensional FFT processing is performed for the other receiving antennas other than the arbitrary receiving antenna, the second range that limits the first range based on the peak position extracted by the peak extracting unit is used. A radar apparatus characterized by performing a second-dimensional FFT process.
前記ピークの位置のみを前記第2の範囲として前記2次元目のFFT処理を行うこと
を特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 The FFT processing unit
2. The radar apparatus according to claim 1, wherein the second-dimensional FFT processing is performed using only the peak position as the second range.
前記FFT処理部は、
前記他の受信アンテナについて前記2次元FFT処理を行う場合、前記ピーク抽出部によって抽出された前記ピークの数に基づいて前記処理順を決定すること
を特徴とする請求項1または2に記載のレーダ装置。 The two-dimensional FFT process is a process in which the processing order of the first process in the distance direction corresponding to the distance to the target and the second process in the speed direction corresponding to the relative speed of the target can be switched. There,
The FFT processing unit
3. The radar according to claim 1, wherein when the two-dimensional FFT processing is performed on the other receiving antenna, the processing order is determined based on the number of the peaks extracted by the peak extraction unit. apparatus.
前記複数の受信アンテナのうち、任意の受信アンテナで受信した前記反射波に基づくビート信号に対して2次元FFT処理を行う場合に、2次元目のFFT処理を第1の範囲で行うFFT処理工程と、
前記FFT処理工程による処理結果である周波数スペクトルから前記物標に対応するピークを抽出するピーク抽出工程と、を含み、
前記FFT処理工程は、
前記任意の受信アンテナ以外の他の前記受信アンテナについて前記2次元FFT処理を行う場合、前記ピーク抽出工程によって抽出された前記ピークの位置に基づき前記第1の範囲を限定した第2の範囲で前記2次元目のFFT処理を行うこと
を特徴とするレーダ装置の制御方法。 A reception process in which a transmission wave whose frequency is continuously changed is reflected by a plurality of receiving antennas and is reflected by a target;
FFT processing step of performing second-dimensional FFT processing in a first range when performing two-dimensional FFT processing on a beat signal based on the reflected wave received by an arbitrary receiving antenna among the plurality of receiving antennas When,
A peak extraction step of extracting a peak corresponding to the target from a frequency spectrum that is a processing result of the FFT processing step,
The FFT processing step includes
When the two-dimensional FFT processing is performed for the other receiving antennas other than the arbitrary receiving antenna, the second range is defined by limiting the first range based on the peak position extracted by the peak extracting step. A radar apparatus control method, characterized by performing a second-dimensional FFT process.
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