JP2019174130A - Radar system and radar system target detection method - Google Patents

Radar system and radar system target detection method Download PDF

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勇人 藤島
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一 並木
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Abstract

To respond to persistent interference wave.SOLUTION: The radar system includes a transmission means for transmitting a transmission signal via a transmission antenna, a reception means for receiving a reflected wave reflected by a target via a reception antenna, an orthogonal demodulation means for generating an in-phase component and an orthogonal component of the transmission signal by orthogonally demodulating a received reception signal based on the frequency of the transmission signal, a spectrum generating means for generating a first spectrum having at least one of a first distance function and a first angle function having a maximum intensity according to the position of the target and a second spectrum having at least one of a second distance function and a second angle function orthogonal to the first distance function and the first angle function as well as having a minimum intensity according to the position of the target, and an estimation means for estimating the position of the target based on the first spectrum and the second spectrum generated by the spectrum generating means.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、レーダ装置およびレーダ装置の物標検出方法に関するものである。   The present invention relates to a radar apparatus and a target detection method for the radar apparatus.

レーダ装置は、送信信号を送信し、物標からの反射波を受信し、受信信号を信号処理することで物標の距離や方位角の推定を行うが、同時に複数の物標からの反射波を受信した場合、複数の反射波が互いに干渉し、誤った位置を推定しまうことがある。特に、レーダ装置からみた複数の物標の距離差が近い場合や、方位角の差が小さい場合に干渉が生じやすい。   The radar device transmits a transmission signal, receives a reflected wave from the target, and performs signal processing on the received signal to estimate the distance and azimuth of the target, but simultaneously reflects the reflected wave from a plurality of targets. When a plurality of reflected waves are received, a plurality of reflected waves interfere with each other, and an incorrect position may be estimated. In particular, interference is likely to occur when the distance difference between a plurality of targets viewed from the radar apparatus is close or when the difference in azimuth is small.

このような干渉の問題への対策として、例えば、特許文献1に開示された技術がある。特許文献1に開示された技術では、複数の受信アンテナの受信信号の振幅の不均一さからマルチパスによる干渉波の存在を検知し、方位角の誤推定結果を破棄することを特徴とする。   As a countermeasure against such an interference problem, for example, there is a technique disclosed in Patent Document 1. The technique disclosed in Patent Document 1 is characterized in that the presence of multipath interference waves is detected from the non-uniformity of the amplitudes of received signals from a plurality of receiving antennas, and the azimuth misestimation result is discarded.

また、特許文献2には、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダ装置が、他のパルスレーダ装置の送信信号を受信してしまう場合に複数のスイープデータから中心値を算出して採用することにより、瞬間的に生じるパルスレーダからの干渉波の影響を除去する方法が記載されている。   Further, in Patent Document 2, when a FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar apparatus receives a transmission signal of another pulse radar apparatus, a center value is calculated from a plurality of sweep data and used. A method for removing the influence of an interference wave from a pulse radar that occurs instantaneously is described.

さらに、特許文献3には、実像とミラーゴーストを分離することができずに、誤った方位に物標を推定してしまうことを防止するために、受信強度がピークの周波数の受信波の振幅と位相をアンテナ毎に求め、複数のアンテナがそれぞれ受信した受信波の位相に基づいて物標の方位を検出し、検出した方位に物標が存在する場合に、アンテナが受信すると推定される受信波の振幅と位相をアンテナ毎に出力し、求めた位相および振幅をアンテナ毎に比較する技術が開示されている。   Further, in Patent Document 3, in order to prevent a real image and a mirror ghost from being separated and to estimate a target in a wrong direction, the amplitude of a received wave having a peak reception intensity is used. For each antenna, detects the azimuth of the target based on the phase of the received wave received by each of the multiple antennas, and if the target exists in the detected azimuth, it is estimated that the antenna will receive A technique for outputting the amplitude and phase of a wave for each antenna and comparing the obtained phase and amplitude for each antenna is disclosed.

特開平9−211114号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-211114 特開2010−25901号公報JP 2010-25901 A 国際公開WO2013/175558号International Publication WO2013 / 175558

しかしながら、特許文献1および特許文献2に開示された技術による干渉波対策では、瞬間的に生じて短時間で終息する干渉波には対応可能であるが、持続的な干渉波には対応することが出来ないという問題点がある。また、特許文献3に開示された技術では、誤った推定結果を破棄することは可能であるが、その間はレーダ機能が失われてしまうという問題点がある。   However, the interference wave countermeasures by the techniques disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 can deal with an interference wave that occurs instantaneously and ends in a short time, but it can deal with a persistent interference wave. There is a problem that cannot be done. Further, the technique disclosed in Patent Document 3 can discard an erroneous estimation result, but has a problem that the radar function is lost during that time.

本発明は、レーダ機能を停止することなく持続的な干渉波に対応可能なレーダ装置およびレーダ装置の物標検出方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a radar apparatus and a target detection method for a radar apparatus that can deal with a continuous interference wave without stopping the radar function.

上記課題を解決するために、本発明は、物標を検出するレーダ装置において、送信アンテナを介して送信信号を送信する送信手段と、前記送信手段によって送信され、前記物標によって反射された反射波を、受信アンテナを介して受信する受信手段と、前記受信手段によって受信された受信信号を、前記送信信号の周波数によって直交復調することで前記送信信号との同相成分と直交成分とを生成する直交復調手段と、前記同相成分および前記直交成分により、前記物標の位置に応じて強度が極大をとる第1距離関数および第1角度関数の少なくとも一方を有する第1スペクトラムと、前記物標の位置に応じて強度が極小をとるとともに前記第1距離関数および前記第1角度関数に対して直交する第2距離関数および第2角度関数の少なくとも一方を有する第2スペクトラムとを生成するスペクトラム生成手段と、前記スペクトラム生成手段によって生成される前記第1スペクトラムと前記第2スペクトラムに基づいて前記物標の位置を推定する推定手段と、を有することを特徴とする。
このような構成によれば、レーダ機能を停止することなく持続的な干渉波に対応可能となる。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a radar device that detects a target, a transmission unit that transmits a transmission signal via a transmission antenna, and a reflection that is transmitted by the transmission unit and reflected by the target. Receiving means for receiving a wave via a receiving antenna; and generating a in-phase component and a quadrature component of the transmission signal by performing quadrature demodulation on the reception signal received by the reception means according to the frequency of the transmission signal A quadrature demodulating means; a first spectrum having at least one of a first distance function and a first angle function having a maximum intensity according to the position of the target by the in-phase component and the quadrature component; and At least a second distance function and a second angle function that have a minimum intensity according to the position and are orthogonal to the first distance function and the first angle function. Spectrum generating means for generating a second spectrum having one; and estimation means for estimating the position of the target based on the first spectrum and the second spectrum generated by the spectrum generating means. It is characterized by.
According to such a configuration, it is possible to cope with a continuous interference wave without stopping the radar function.

また、本発明は、前記スペクトラム生成手段は、単一の前記物標が存在する場合に、前記物標の位置において強度が極大となる第1距離関数および第1角度関数の少なくとも一方を有する第1スペクトラムと、前記物標の位置において強度が極小となる第2距離関数および第2角度関数の少なくとも一方を有する第2スペクトラムとを生成する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、物標の位置を正確に検出することができる。
In the invention, it is preferable that the spectrum generating unit has at least one of a first distance function and a first angle function that has a maximum intensity at the position of the target when the single target is present. One spectrum and a second spectrum having at least one of a second distance function and a second angle function having a minimum intensity at the position of the target are generated.
According to such a configuration, the position of the target can be accurately detected.

また、本発明は、前記送信手段は、前記送信信号を複数回送信し、前記スペクトラム生成手段は、複数回送信された前記送信信号に対する複数の前記第2スペクトラムを生成し、前記推定手段は、複数の前記第2スペクトラムを比較し、強度変化が極小となる位置を前記物標の位置と推定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、物標の位置を正確に検出することができる。
Further, in the present invention, the transmission unit transmits the transmission signal a plurality of times, the spectrum generation unit generates a plurality of the second spectrums for the transmission signal transmitted a plurality of times, and the estimation unit includes: A plurality of the second spectra are compared, and a position where the intensity change is minimal is estimated as the position of the target.
According to such a configuration, the position of the target can be accurately detected.

また、本発明は、前記送信手段は、前記送信信号を複数回送信し、前記スペクトラム生成手段は、複数回送信された前記送信信号に対する複数の前記第2スペクトラムを生成し、前記推定手段は、複数の前記第2スペクトラムの各位置における最大値が極小となる位置を前記物標の位置と推定する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、物標の位置を正確に検出することができる。
Further, in the present invention, the transmission unit transmits the transmission signal a plurality of times, the spectrum generation unit generates a plurality of the second spectrums for the transmission signal transmitted a plurality of times, and the estimation unit includes: A position where the maximum value at each position of the plurality of second spectra is minimized is estimated as the position of the target.
According to such a configuration, the position of the target can be accurately detected.

また、本発明は、前記送信手段は、所定の周波数を有する局発信号をパルス状のベースバンド信号によって変調することで前記送信信号を生成し、前記直交復調手段は、前記受信信号を前記局発信号によって直交復調することで前記同相成分であるI成分と前記直交成分であるQ成分とを生成し、前記スペクトラム生成手段は、jを虚数単位とし、前記第1距離関数として(I+jQ)に比例する値を有するとともに時間軸を距離軸に変換した関数を使用し、第1距離スペクトラムとして前記第1距離関数の強度を示す関数を使用し、前記第2距離関数として、(I+jQ)をヒルベルト変換して得られる値を(I’+jQ’)とする場合に(I’+jQ’)に比例する値を有するとともに時間軸を距離軸に変換した関数を使用し、第2距離スペクトラムとして前記第2距離関数の強度を示す関数を使用する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、パルス方式のレーダ装置において、レーダ機能を停止することなく持続的な干渉波に対応可能となる。
Further, in the present invention, the transmission unit generates the transmission signal by modulating a local oscillation signal having a predetermined frequency with a pulsed baseband signal, and the orthogonal demodulation unit converts the reception signal into the station. The I-component which is the in-phase component and the Q-component which is the quadrature component are generated by performing quadrature demodulation by the emitted signal, and the spectrum generating means sets j as an imaginary number unit and sets (I + jQ) as the first distance function. A function having a proportional value and a time axis converted to a distance axis is used, a function indicating the intensity of the first distance function is used as the first distance spectrum, and (I + jQ) is Hilbert as the second distance function. When the value obtained by the conversion is (I ′ + jQ ′), a function having a value proportional to (I ′ + jQ ′) and converting the time axis to the distance axis is used. A function indicating the intensity of the second distance function is used as a tram.
According to such a configuration, the pulse-type radar apparatus can cope with a continuous interference wave without stopping the radar function.

また、本発明は、前記送信手段は、周波数が連続的に変化するFM変調信号を前記送信信号として生成し、前記直交復調手段は、前記受信信号と前記送信信号の周波数差を有するビート信号を生成し、前記ビート信号をフーリエ変換により周波数領域に変換することで、前記同相成分であるI成分と前記直交成分であるQ成分とを生成し、前記スペクトラム生成手段は、jを虚数単位とし、前記第1距離関数として(I+jQ)に比例する値を有するとともに周波数軸を距離軸に変換した関数を使用し、第1距離スペクトラムとして前記第1距離関数の強度を示す関数を使用し、前記第2距離関数として、(I+jQ)をヒルベルト変換して得られる値を(I’+jQ’)とする場合に(I’+jQ’)に比例する値を有するとともに周波数軸を距離軸に変換した関数を使用し、第2距離スペクトラムとして前記第2距離関数の強度を示す関数を使用する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、FM変調方式のレーダ装置において、レーダ機能を停止することなく持続的な干渉波に対応可能となる。
Further, in the present invention, the transmission unit generates an FM modulated signal whose frequency continuously changes as the transmission signal, and the orthogonal demodulation unit generates a beat signal having a frequency difference between the reception signal and the transmission signal. And generating the I component that is the in-phase component and the Q component that is the quadrature component by transforming the beat signal into a frequency domain by Fourier transform, and the spectrum generating means uses j as an imaginary unit, A function having a value proportional to (I + jQ) as the first distance function and a function in which a frequency axis is converted into a distance axis is used, and a function indicating the intensity of the first distance function is used as a first distance spectrum; As a 2-distance function, when the value obtained by Hilbert transform of (I + jQ) is (I ′ + jQ ′), it has a value proportional to (I ′ + jQ ′) and the frequency axis is A function converted to an off-axis is used, and a function indicating the intensity of the second distance function is used as the second distance spectrum.
According to such a configuration, an FM modulation type radar apparatus can cope with a continuous interference wave without stopping the radar function.

また、本発明は、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの少なくとも一方を複数有し、前記スペクトラム生成手段は、jを虚数単位とし、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの組み合わせによる(I+jQ)を配列とし、フーリエ変換を行うことで、角度軸における前記第1角度関数を生成し、前記第1角度関数の実部および虚部をRe_AおよびIm_Aとする場合に、Re_AおよびIm_Aをヒルベルト変換した結果をRe_BおよびIm_Bとしたとき、前記第2角度関数は、(Re_B+jIm_B)に比例する角度軸の関数であり、第2角度スペクトラムは、前記第2角度関数の強度を反映した角度軸信号である、ことを特徴とする。
このような構成によれば、物標の方位角を正確に検出することができる。
Also, the present invention has a plurality of at least one of the transmission antenna and the reception antenna, the spectrum generation means, j is an imaginary unit, (I + jQ) by the combination of the transmission antenna and the reception antenna is an array, By performing the Fourier transform, the first angle function in the angle axis is generated, and when the real part and the imaginary part of the first angle function are Re_A and Im_A, the result of Hilbert transform of Re_A and Im_A is represented by Re_B and When Im_B, the second angle function is a function of an angle axis proportional to (Re_B + jIm_B), and the second angle spectrum is an angle axis signal reflecting the intensity of the second angle function. And
According to such a configuration, the azimuth angle of the target can be accurately detected.

また、本発明は、(I+jQ)の配列から前記第2角度関数を算出する際に、奇関数の窓関数を用いることを特徴とする。
このような構成によれば、簡易な計算で第2角度関数を求めることができる。
Further, the present invention is characterized in that an odd function window function is used when calculating the second angle function from an array of (I + jQ).
According to such a configuration, the second angle function can be obtained by simple calculation.

また、本発明は、前記受信アンテナを複数有するとともに第1方向に並べて配置され、前記送信アンテナは、複数の前記受信アンテナの配列の中心からずれた位置に配置されている、ことを特徴とする。
このような構成によれば、方位角が0度の方向に不要な直接波が検出されることを防止できる。
Further, the present invention has a plurality of the reception antennas and is arranged side by side in the first direction, and the transmission antenna is arranged at a position shifted from the center of the arrangement of the plurality of reception antennas. .
According to such a configuration, it is possible to prevent unnecessary direct waves from being detected in a direction with an azimuth angle of 0 degrees.

また、本発明は、物標を検出するレーダ装置の物標検出方法において、送信アンテナを介して送信信号を送信する送信ステップと、前記送信ステップによって送信され、前記物標によって反射された反射波を、受信アンテナを介して受信する受信ステップと、前記受信ステップによって受信された受信信号を、前記送信信号の周波数によって直交復調することで前記送信信号との同相成分と直交成分とを生成する直交復調ステップと、前記同相成分および前記直交成分により、前記物標の位置に応じて強度が極大をとる第1距離関数および第1角度関数の少なくとも一方を有する第1スペクトラムと、前記物標の位置に応じて強度が極小をとるとともに前記第1距離関数および前記第1角度関数に対して直交する第2距離関数および第2角度関数の少なくとも一方を有する第2スペクトラムとを生成するスペクトラム生成ステップと、前記スペクトラム生成ステップによって生成される前記第1スペクトラムと前記第2スペクトラムに基づいて前記物標の位置を推定する推定ステップと、を有することを特徴とする。
このような方法によれば、レーダ機能を停止することなく持続的な干渉波に対応可能となる。
Further, the present invention provides a target detection method for a radar apparatus that detects a target, a transmission step of transmitting a transmission signal via a transmission antenna, and a reflected wave transmitted by the transmission step and reflected by the target A reception step of receiving the received signal via a receiving antenna, and a quadrature for generating an in-phase component and a quadrature component of the transmission signal by orthogonally demodulating the reception signal received by the reception step according to the frequency of the transmission signal A demodulating step, a first spectrum having at least one of a first distance function and a first angle function having a maximum intensity according to the position of the target by the in-phase component and the quadrature component; and the position of the target And the second distance function and the second angle that are minimal in intensity and orthogonal to the first distance function and the first angle function. A spectrum generation step for generating a second spectrum having at least one of the numbers; an estimation step for estimating a position of the target based on the first spectrum and the second spectrum generated by the spectrum generation step; It is characterized by having.
According to such a method, it is possible to cope with a continuous interference wave without stopping the radar function.

本発明によれば、レーダ機能を停止することなく持続的な干渉波に対応可能なレーダ装置およびレーダ装置の物標検出方法を提供することが可能となる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to provide the radar apparatus and the target detection method of a radar apparatus which can respond to a continuous interference wave, without stopping a radar function.

本発明の第1実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the radar apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 図1に示す距離推定部の詳細な構成例を示す図である。It is a figure which shows the detailed structural example of the distance estimation part shown in FIG. 図2に示す第1距離関数演算部および第1距離スペクトラム演算部の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the 1st distance function calculating part and the 1st distance spectrum calculating part which are shown in FIG. 図2に示す第2距離関数演算部および第2距離スペクトラム演算部の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the 2nd distance function calculating part and 2nd distance spectrum calculating part which are shown in FIG. 第1物標〜第3物標とレーダ装置の位置関係が波長と同程度の範囲内で変化した場合における第1距離関数演算部および第1距離スペクトラム演算部の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement of a 1st distance function calculating part and a 1st distance spectrum calculating part when the positional relationship of a 1st target-a 3rd target, and a radar apparatus changes within the range comparable as a wavelength. is there. 第1物標〜第3物標とレーダ装置の位置関係が波長と同程度の範囲内で変化した場合における第2距離関数演算部および第2距離スペクトラム演算部の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the 2nd distance function calculating part and the 2nd distance spectrum calculating part when the positional relationship of a 1st target-a 3rd target, and a radar apparatus changes within the range comparable as a wavelength. is there. 図2に示す第2距離スペクトラム演算部よりも後段の出力を示す図である。It is a figure which shows the output of a back | latter stage rather than the 2nd distance spectrum calculating part shown in FIG. 本発明の第2実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the radar apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 図8に示す第2実施形態の送信アンテナおよび受信アンテナの配置例を示す図である。It is a figure which shows the example of arrangement | positioning of the transmission antenna of 2nd Embodiment shown in FIG. 8, and a receiving antenna. 図8に示す方位角推定部の詳細な構成例を示す図である。It is a figure which shows the detailed structural example of the azimuth angle estimation part shown in FIG. 方位角0度に物標が存在する場合の第1角度スペクトラムおよび第2角度スペクトラムを示す図である。It is a figure which shows the 1st angle spectrum and 2nd angle spectrum in case a target exists in azimuth | direction angle 0 degree. 単一方向から反射波を受信した場合の角度スペクトラムを示す図である。It is a figure which shows the angle spectrum at the time of receiving a reflected wave from a single direction. 複数の方向から反射波を受信した場合の角度スペクトラムを示す図である。It is a figure which shows the angle spectrum at the time of receiving a reflected wave from a some direction. 物標が方位角+30度と−30度に存在する場合の角度スペクトラムを示している。An angle spectrum is shown when the target is present at azimuth angles of +30 degrees and −30 degrees. 複数ショットのデータを用いた干渉波が存在する環境下における、方位角推定の具体例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the specific example of an azimuth angle estimation in the environment where the interference wave using the data of several shots exists. 位相角が0度と−20度の位置に物標が存在する場合の動作を示す図である。It is a figure which shows operation | movement when a target exists in the position of a phase angle of 0 degree | times and -20 degree | times. G(θ)およびH(θ)を示す図である。It is a figure which shows G ((theta)) and H ((theta)). 位相角が0度と−20度の位置に物標が存在する場合の検出結果を示す図である。It is a figure which shows a detection result in case a target exists in the position where a phase angle is 0 degree | times and -20 degree | times. 直接波を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a direct wave. C(θ)、D(θ)、E(θ)、および、F(θ)を示す図である。It is a figure which shows C ((theta)), D ((theta)), E ((theta)), and F ((theta)). G(θ)およびH(θ)を示す図である。It is a figure which shows G ((theta)) and H ((theta)). 位相角−20度の位置に物標が存在する場合の検出結果を示す図である。It is a figure which shows the detection result in case a target exists in the position of phase angle -20 degrees. C(θ)、D(θ)、E(θ)、および、F(θ)を示す図である。It is a figure which shows C ((theta)), D ((theta)), E ((theta)), and F ((theta)). G(θ)およびH(θ)を示す図である。It is a figure which shows G ((theta)) and H ((theta)). C(θ)、D(θ)、E(θ)、および、F(θ)を示す図である。It is a figure which shows C ((theta)), D ((theta)), E ((theta)), and F ((theta)). G(θ)およびH(θ)を示す図である。It is a figure which shows G ((theta)) and H ((theta)). 位相角が20度と−45度の位置に物標が存在する場合の検出結果を示す図である。It is a figure which shows a detection result in case a target exists in the position of a phase angle of 20 degree | times and -45 degree | times. 本発明の第3実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the radar apparatus which concerns on 3rd Embodiment of this invention. 図28に示す第3実施形態の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of 3rd Embodiment shown in FIG. 図28に示す第3実施形態の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of 3rd Embodiment shown in FIG. 本発明の第3実施形態の送信アンテナのオフセットの効果を説明するための比較となるレーダ装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the radar apparatus used as the comparison for demonstrating the effect of the offset of the transmission antenna of 3rd Embodiment of this invention. 図31に示す従来のレーダ装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the conventional radar apparatus shown in FIG. 図31に示す従来のレーダ装置の動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement of the conventional radar apparatus shown in FIG.

次に、本発明の実施形態について説明する。   Next, an embodiment of the present invention will be described.

(A)本発明の第1実施形態の構成の説明
図1は、本発明の第1実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。本発明の第1実施形態に係るレーダ装置10は、例えば、自動車等の車両に搭載され、車両の周囲に存在する他の車両、歩行者、障害物等の物標を検出する。
(A) Description of Configuration of First Embodiment of the Present Invention FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a radar apparatus according to the first embodiment of the present invention. The radar apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention is mounted on a vehicle such as an automobile, for example, and detects targets such as other vehicles, pedestrians, and obstacles existing around the vehicle.

ここで、レーダ装置10は、制御部11、変調信号生成部12、VCO(Voltage Controlled Oscillator)13、変調部14、遅延部15、増幅部16、送信アンテナ17、受信アンテナ18、増幅部19、ミキサ20,21、LPF(Low Pass Filter)22,23、ADC(Analog to Digital Converter)24,25、および、受信信号処理部26を有している。   Here, the radar apparatus 10 includes a control unit 11, a modulation signal generation unit 12, a VCO (Voltage Controlled Oscillator) 13, a modulation unit 14, a delay unit 15, an amplification unit 16, a transmission antenna 17, a reception antenna 18, an amplification unit 19, Mixers 20 and 21, LPFs (Low Pass Filters) 22 and 23, ADCs (Analog to Digital Converters) 24 and 25, and a received signal processing unit 26 are included.

ここで、制御部11は、変調信号生成部12、VCO13、および、受信信号処理部26等を制御する。なお、図1において、破線は制御信号を伝送するための信号線を示している。   Here, the control unit 11 controls the modulation signal generation unit 12, the VCO 13, the reception signal processing unit 26, and the like. In FIG. 1, a broken line indicates a signal line for transmitting a control signal.

変調信号生成部12は、例えば、パルス信号等の変調信号を生成して変調部14に供給する。VCO13は、制御部11の制御に応じて所定の周波数の局発信号を生成して変調部14、遅延部15、および、ミキサ20に供給する。   For example, the modulation signal generation unit 12 generates a modulation signal such as a pulse signal and supplies the modulation signal to the modulation unit 14. The VCO 13 generates a local oscillation signal having a predetermined frequency under the control of the control unit 11 and supplies the local oscillation signal to the modulation unit 14, the delay unit 15, and the mixer 20.

変調部14は、VCO13から供給される局発信号を、変調信号生成部12から供給される変調信号によって変調し、RF(Radio Frequency)信号として出力する。   The modulation unit 14 modulates the local oscillation signal supplied from the VCO 13 with the modulation signal supplied from the modulation signal generation unit 12 and outputs the modulated signal as an RF (Radio Frequency) signal.

遅延部15は、VCO13から供給される局発信号をπ/2遅延して、ミキサ21に供給する。   The delay unit 15 delays the local oscillation signal supplied from the VCO 13 by π / 2 and supplies the delayed signal to the mixer 21.

増幅部16は、変調部14から供給されるRF信号を増幅し、送信信号として送信アンテナ17に供給する。   The amplification unit 16 amplifies the RF signal supplied from the modulation unit 14 and supplies the amplified RF signal to the transmission antenna 17 as a transmission signal.

送信アンテナ17は、増幅部16から供給される送信信号を電磁波として、物標に向けて送信する。   The transmission antenna 17 transmits the transmission signal supplied from the amplification unit 16 toward the target as an electromagnetic wave.

受信アンテナ18は、送信アンテナ17から送信され、物標によって反射された反射波を受信し、受信信号として増幅部19に供給する。   The receiving antenna 18 receives the reflected wave transmitted from the transmitting antenna 17 and reflected by the target, and supplies it to the amplifier 19 as a received signal.

増幅部19は、受信アンテナ18から供給される受信信号を所定のゲインで増幅して、RF信号として出力する。   The amplifying unit 19 amplifies the received signal supplied from the receiving antenna 18 with a predetermined gain and outputs the amplified signal as an RF signal.

ミキサ20は、増幅部19から供給されるRF信号を、VCO13から供給される局発信号によってダウンコンバートしてIF(Intermediate Frequency)信号として出力する。ミキサ21は、増幅部19から出力されるRF信号を遅延部15から出力される局発信号によってダウンコンバートしてIF信号として出力する。   The mixer 20 down-converts the RF signal supplied from the amplifying unit 19 with the local signal supplied from the VCO 13 and outputs it as an IF (Intermediate Frequency) signal. The mixer 21 down-converts the RF signal output from the amplifying unit 19 with the local signal output from the delay unit 15 and outputs the result as an IF signal.

LPF22は、ミキサ20から出力されるIF信号から高調波成分を減衰して出力する。LPF23は、ミキサ21から出力されるIF信号から高調波成分を減衰して出力する。   The LPF 22 attenuates the harmonic component from the IF signal output from the mixer 20 and outputs the attenuated component. The LPF 23 attenuates the harmonic component from the IF signal output from the mixer 21 and outputs it.

ADC24は、LPF22から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して受信信号処理部26に供給する。ADC25は、LPF23から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換して受信信号処理部26に供給する。   The ADC 24 converts the analog signal output from the LPF 22 into a digital signal and supplies the digital signal to the reception signal processing unit 26. The ADC 25 converts the analog signal output from the LPF 23 into a digital signal and supplies the digital signal to the reception signal processing unit 26.

受信信号処理部26は、ADC24,25から供給されるデジタル化されたIF信号を入力し、物標の距離推定処理、速度推定処理、方位角推定処理、クラスタリング処理、および、トラッキング処理等を実行することで物標を検出し、検出した結果を図示しない上位のECU(Electric Control Unit)等に供給する。なお、図1では、前述した複数の処理を実行する処理部のうち、物標の距離を推定する距離推定部27(図2を参照して後述する)を例示している。   The received signal processing unit 26 receives the digitized IF signals supplied from the ADCs 24 and 25 and executes target distance estimation processing, velocity estimation processing, azimuth angle estimation processing, clustering processing, tracking processing, and the like. Thus, the target is detected, and the detected result is supplied to an upper ECU (Electric Control Unit) not shown. 1 illustrates a distance estimation unit 27 (described later with reference to FIG. 2) that estimates the distance of the target among the processing units that perform the plurality of processes described above.

図2は、図1に示す距離推定部27の構成例を示す図である。図2に示すように、距離推定部27は、第1距離関数演算部271、第1距離スペクトラム演算部272、最大値抽出部273、ヒルベルトフィルタ274、第2距離関数演算部275、第2距離スペクトラム演算部276、最大値、最小値抽出部277、最大値−最小値算出部278、および、推定処理部279を有している。   FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of the distance estimation unit 27 illustrated in FIG. As shown in FIG. 2, the distance estimation unit 27 includes a first distance function calculation unit 271, a first distance spectrum calculation unit 272, a maximum value extraction unit 273, a Hilbert filter 274, a second distance function calculation unit 275, and a second distance. A spectrum calculation unit 276, a maximum value / minimum value extraction unit 277, a maximum value-minimum value calculation unit 278, and an estimation processing unit 279 are included.

ここで、第1距離関数演算部271は、ADC24,25から供給されるI,Q成分から、距離に対する(I+jQ)の値を持つ第1距離関数を生成して出力する。   Here, the first distance function calculator 271 generates and outputs a first distance function having a value of (I + jQ) with respect to the distance from the I and Q components supplied from the ADCs 24 and 25.

第1距離スペクトラム演算部272は、第1距離関数演算部271から供給される第1距離関数から、|I+jQ|の値を持つ、第1の距離スペクトラムを生成して出力する。なお、||は、括弧内の絶対値を示す。   The first distance spectrum calculation unit 272 generates and outputs a first distance spectrum having a value of | I + jQ | from the first distance function supplied from the first distance function calculation unit 271. || indicates an absolute value in parentheses.

最大値抽出部273は、第1距離スペクトラム演算部272から供給される第1距離スペクトラムから最大値を抽出し、推定処理部279に供給する。   The maximum value extraction unit 273 extracts the maximum value from the first distance spectrum supplied from the first distance spectrum calculation unit 272 and supplies the maximum value to the estimation processing unit 279.

ヒルベルトフィルタ274は、第1距離関数演算部271から供給される第1距離関数に対して、ヒルベルト変換を施して出力する。なお、ヒルベルトフィルタ274は、信号の位相成分を90度シフトさせる働きをするフィルタであり、例えば、cosθはsinθに、sinθは−cosθに変換される。このようなフィルタは、FIR(Finite Impulse Response)フィルタ等のデジタル信号処理によって実現することができる。   The Hilbert filter 274 performs a Hilbert transform on the first distance function supplied from the first distance function calculation unit 271 and outputs the result. The Hilbert filter 274 is a filter that functions to shift the phase component of the signal by 90 degrees. For example, cos θ is converted into sin θ, and sin θ is converted into −cos θ. Such a filter can be realized by digital signal processing such as an FIR (Finite Impulse Response) filter.

第2距離関数演算部275は、ヒルベルトフィルタ274から供給されるヒルベルト変換された第1距離関数から、距離に対する、第2距離関数(I’+jQ’)を生成して出力する。   The second distance function calculation unit 275 generates and outputs a second distance function (I ′ + jQ ′) for the distance from the first distance function subjected to the Hilbert transform supplied from the Hilbert filter 274.

第2距離スペクトラム演算部276は、第2距離関数演算部275から供給される第2距離関数から、|I’+jQ’|の値を持つ、第2距離スペクトラムを生成して出力する。   The second distance spectrum calculation unit 276 generates and outputs a second distance spectrum having a value of | I ′ + jQ ′ | from the second distance function supplied from the second distance function calculation unit 275.

最大値、最小値抽出部277は、第2距離スペクトラム演算部276から供給される第2距離スペクトラムから最大値および最小値を抽出し、最大値−最小値算出部278に供給する。   The maximum value / minimum value extraction unit 277 extracts the maximum value and the minimum value from the second distance spectrum supplied from the second distance spectrum calculation unit 276 and supplies the maximum value and the minimum value calculation unit 278.

最大値−最小値算出部278は、最大値から最小値を減算して得た値を、推定処理部279に供給する。   The maximum value-minimum value calculation unit 278 supplies a value obtained by subtracting the minimum value from the maximum value to the estimation processing unit 279.

推定処理部279は、最大値抽出部273および最大値−最小値算出部278から供給される情報に基づいて、物標の距離を推定する処理を実行する。   The estimation processing unit 279 performs processing for estimating the distance of the target based on information supplied from the maximum value extraction unit 273 and the maximum value-minimum value calculation unit 278.

(B)本発明の第1実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第1実施形態の動作を説明する。図3は、第1物標がレーダ装置10から0mの距離に存在し、第2物標がレーダ装置10から4mの距離に存在する場合の動作を示す図である。なお、0mに存在する第1物標は、実際には、レーダ装置10の送信アンテナ17から受信アンテナ18に直接回り込む電磁波によって生じるものであり、実在する物標からの反射波によるものではない。しかしながら、従来技術における問題点である持続的な干渉波の好適な例であるので、ここでは回り込み信号も物標として扱う。
(B) Description of Operation of First Embodiment of the Invention Next, operation of the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a diagram illustrating an operation when the first target is present at a distance of 0 m from the radar apparatus 10 and the second target is present at a distance of 4 m from the radar apparatus 10. Note that the first target existing at 0 m is actually generated by electromagnetic waves that directly circulate from the transmitting antenna 17 to the receiving antenna 18 of the radar apparatus 10, and is not due to a reflected wave from an actual target. However, since this is a suitable example of a continuous interference wave, which is a problem in the prior art, a sneak signal is also treated as a target here.

図3(A)および図3(B)は、図2に示す第1距離関数演算部271から出力されるI,Q成分をそれぞれ示す図である。また、図3(C)は、図2に示す第1距離スペクトラム演算部272から出力される第1距離スペクトラムを示す図である。なお、図3において横軸は距離[m]を示し、縦軸は出力値を示している。   FIGS. 3A and 3B are diagrams illustrating the I and Q components output from the first distance function calculation unit 271 illustrated in FIG. 2. FIG. 3C is a diagram showing a first distance spectrum output from the first distance spectrum calculation unit 272 shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the distance [m], and the vertical axis indicates the output value.

図3の例は、準ミリ波である24GHz帯のレーダ装置を想定しており、第1距離スペクトラム演算部272から出力される第1距離スペクトラムにおけるピーク形状の幅が約2mであるのは、電波法で定められている使用可能な周波数帯域幅の制限によるものである。   The example in FIG. 3 assumes a 24 GHz band radar device that is a quasi-millimeter wave, and the width of the peak shape in the first distance spectrum output from the first distance spectrum calculation unit 272 is about 2 m. This is due to the limitation of the usable frequency bandwidth defined by the Radio Law.

送信アンテナ18は、受信アンテナ18と同一の筐体内に配置されているためにアンテナ間の距離が短く、回り込み信号が大きくなりやすいため、第1距離スペクトラムにおける第1物標のピークは第2物標に比べ大きくなっている。図3の例では、第1物標と第2物標が4m離れており、互いの反射波の干渉が小さいことから、従来のレーダ装置の距離推定法である第1距離スペクトラムのピークサーチにより、これら2つの物標の位置を正しく推定することが可能となる。   Since the transmitting antenna 18 is arranged in the same housing as the receiving antenna 18, the distance between the antennas is short, and the sneak signal tends to be large. Therefore, the peak of the first target in the first distance spectrum is the second object. It is larger than the mark. In the example of FIG. 3, the first target and the second target are separated by 4 m, and the interference between the reflected waves is small. Therefore, the peak search of the first distance spectrum, which is the distance estimation method of the conventional radar apparatus, is used. It becomes possible to correctly estimate the positions of these two targets.

図4(A)および図4(B)は、図2に示す第2距離関数演算部275から出力される第2距離成分I’+jQ’をそれぞれ示す図である。また、図4(C)は、図2に示す第2距離スペクトラム演算部276から出力される第2距離スペクトラム|I’+jQ’|を示す図である。図4(C)に示すように、第1距離スペクトラムが極大となる距離(0mおよび4m)において、第2距離スペクトラムは極小となる。   FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating the second distance component I ′ + jQ ′ output from the second distance function calculation unit 275 illustrated in FIG. 2. FIG. 4C is a diagram illustrating a second distance spectrum | I ′ + jQ ′ | output from the second distance spectrum calculation unit 276 illustrated in FIG. 2. As shown in FIG. 4C, at the distance (0 m and 4 m) at which the first distance spectrum is maximum, the second distance spectrum is minimum.

以上は、2つの第1物標および第2物標が距離4mを隔てて配置されている場合についての説明である。つぎに、レーダ装置10から0mおよび4mの位置に存在する第1物標および第2物標に加えて、1mの位置に第3物標が存在する場合について説明する。   The above is an explanation of a case where two first targets and second targets are arranged at a distance of 4 m. Next, a case where a third target exists at a position 1 m in addition to the first target and the second target present at positions 0 m and 4 m from the radar apparatus 10 will be described.

第3物標がレーダ装置10から1mの距離に存在する場合、当該位置は第1物標によるピークの裾野内であることから、第1物標と第3物標からの反射波は強く干渉しあう。また、波の干渉であるため、反射波の位相により干渉結果は様々な状態を示す。図5は、第1物標〜第3物標とレーダ装置10の位置関係が波長と同程度(例えば、24GHzの場合は約1.2cm)の範囲内で変化した場合における、第1距離関数演算部271および第1距離スペクトラム演算部272からの出力を示す図である。また、図6は、第1物標〜第3物標とレーダ装置10の位置関係が波長と同程度の範囲内で変化した場合における、第2距離関数演算部275および第2距離スペクトラム演算部276からの出力を示す図である。   When the third target is present at a distance of 1 m from the radar apparatus 10, the position is within the peak of the first target, and the reflected waves from the first target and the third target strongly interfere with each other. Each other. Further, because of wave interference, the interference result shows various states depending on the phase of the reflected wave. FIG. 5 shows the first distance function when the positional relationship between the first to third targets and the radar apparatus 10 changes within the range of the same degree as the wavelength (for example, about 1.2 cm in the case of 24 GHz). It is a figure which shows the output from the calculating part 271 and the 1st distance spectrum calculating part 272. FIG. 6 shows the second distance function calculation unit 275 and the second distance spectrum calculation unit when the positional relationship between the first to third targets and the radar apparatus 10 changes within the same range as the wavelength. 276 is a diagram showing an output from 276. FIG.

図5(C)に示す、第1距離スペクトラムでは、第1物標による大きなピークに埋れてしまうため第3物標のピークは認識できない。また、第1物標についても第3物標との干渉のため、正しい位置にピークが生じていない。この結果、従来の距離推定法では第1物標および第物標のどちらも正しい距離を推定することは困難である。   In the first distance spectrum shown in FIG. 5C, the peak of the third target cannot be recognized because it is buried in the large peak of the first target. In addition, the first target has no peak at the correct position due to interference with the third target. As a result, it is difficult for the conventional distance estimation method to estimate the correct distance for both the first target and the second target.

なお、図5(C)において、第1物標に関する波形は、送信アンテナ17から受信アンテナ18への回り込みであるため持続的に生じる干渉波である。   In FIG. 5C, the waveform related to the first target is an interference wave that is continuously generated because it wraps around from the transmitting antenna 17 to the receiving antenna 18.

一方、図6(C)に示す、第2距離スペクトラムでは、物標が存在する距離位置に注目すると、0m、1m、および、4m地点において値のばらつきが小さくなっている。これは、ヒルベルトフィルタ274の効果により第2距離関数の振幅が、物標の位置で0となるため、第2距離スペクトラムにおいて、その物標距離からの反射波の影響を低減している(つまり物標距離においてのみ干渉が生じない状態としている)ことによる。   On the other hand, in the second distance spectrum shown in FIG. 6C, when attention is paid to the distance position where the target is present, the variation in values is small at the points 0 m, 1 m, and 4 m. This is because the effect of the Hilbert filter 274 reduces the influence of the reflected wave from the target distance in the second distance spectrum because the amplitude of the second distance function becomes zero at the position of the target (that is, This is because no interference occurs only at the target distance).

図7は、第2距離スペクトラム演算部276よりも後段の出力を示す図である。図7(A)に示す、曲線C1は、図2に示す最大値、最小値抽出部277によって抽出される、第2距離スペクトラムにおける各距離での最大値を示し、曲線C2は第2距離スペクトラムにおける各距離での最小値を示している。   FIG. 7 is a diagram showing an output subsequent to the second distance spectrum calculation unit 276. A curve C1 shown in FIG. 7A indicates the maximum value at each distance in the second distance spectrum extracted by the maximum value and minimum value extraction unit 277 shown in FIG. 2, and a curve C2 indicates the second distance spectrum. The minimum value at each distance is shown.

図7(B)に示す曲線C3は、最大値−最小値算出部278によって算出される、最大値である曲線C1と、最小値である曲線C2の差分値を示す曲線である。この曲線C3では、各物標の位置で下に凸の屈曲が生じている。   A curve C3 illustrated in FIG. 7B is a curve indicating a difference value between the curve C1 that is the maximum value and the curve C2 that is the minimum value, which is calculated by the maximum value-minimum value calculation unit 278. In the curve C3, a downward convex bend occurs at the position of each target.

推定処理部279では、最大値抽出部273から供給される第1距離スペクトラムにおける最大値付近で、最大値−最小値算出部278から供給される最大値と最小値の差分値である曲線C3において下に凸の屈曲点となる距離物標の推定距離とする。これにより、図7(C)に示す曲線C4のように、第1物標、第2物標、および、第3物標の距離を正しく推定することができる。   In the estimation processing unit 279, in the vicinity of the maximum value in the first distance spectrum supplied from the maximum value extraction unit 273, a curve C3 that is a difference value between the maximum value and the minimum value supplied from the maximum value-minimum value calculation unit 278 is used. This is the estimated distance of the distance target that will be a downwardly convex bending point. Thereby, as the curve C4 shown in FIG.7 (C), the distance of a 1st target, a 2nd target, and a 3rd target can be estimated correctly.

第2物標においては、他の物標より3m以上離れているため、他の物標からの反射波との干渉が小さい。そのため、第2物標の距離以外でも第2距離スペクトラムのばらつきが小さくなり、最大値と最小値の差分値である曲線C3で屈曲が明瞭には生じていない。このような場合は、第2距離スペクトラムの最大値を用いた曲線C1における屈曲を用いてもよい。より具体的な手順としては、曲線C1と曲線C3の下に凸な屈曲を比較してより明確な方を採用する。下に凸な屈曲の定量的な比較方法として、曲線C1および曲線C3を距離について2階微分を行ったときに、正の値でより大きな値となった方を明瞭な屈曲として採用してもよい。   Since the second target is 3 m or more away from the other target, the interference with the reflected wave from the other target is small. For this reason, the variation in the second distance spectrum is small other than the distance of the second target, and the curve C3 that is the difference value between the maximum value and the minimum value does not clearly cause bending. In such a case, the bend in the curve C1 using the maximum value of the second distance spectrum may be used. As a more specific procedure, a clearer one is adopted by comparing the curved bends below the curves C1 and C3. As a quantitative comparison method of the downwardly convex bend, even if the curve C1 and the curve C3 are subjected to second-order differentiation with respect to the distance, a positive value that is a larger value may be adopted as a clear bend. Good.

このように、本発明の第1実施形態では、以上の特徴を用いて、第1距離スペクトラムにおける値が大きく、かつ、第2距離スペクトラムから得られる図7(B)において谷となる距離を推定距離とすることで、図7(C)の曲線C4に示すように第1物標、第2物標、および、第3物標の距離を正しく推定することが可能となる。   As described above, in the first embodiment of the present invention, the above feature is used to estimate the distance that is large in the first distance spectrum and becomes a valley in FIG. 7B obtained from the second distance spectrum. By setting the distance, it is possible to correctly estimate the distances of the first target, the second target, and the third target as shown by a curve C4 in FIG.

このように、干渉波の位相が異なる複数の条件下において測定された第1距離スペクトラムおよび第2距離スペクトラムを利用することによって、持続的な干渉波が存在する環境下においても、物標の距離を正しく推定することが可能となる。   In this way, by using the first distance spectrum and the second distance spectrum measured under a plurality of conditions where the phases of the interference waves are different, the distance of the target can be obtained even in an environment where there is a continuous interference wave. Can be estimated correctly.

なお、干渉波の位相が異なる複数の条件を作り出すには、物標間の相対距離を僅かに変化させるだけでよい。例えば、レーダ装置10が24GHz帯の電磁波(レーダ波)を使用する場合、レーダ波の波長が約12mmであるので、物標が12mm動く範囲内で全ての位相条件を作り出すことが出来る。これは、24GHz帯レーダの距離スペクトラムにおけるピーク幅(約2m)に対して極僅かな位置変位である。また、必要な変化は、レーダ装置10と物標の相対位置の変化であるので、物標ではなくレーダ装置10が移動しても良い。また、位相の変化はレーダ波の波長変化によっても生じるので、レーダ波の中心周波数を変化させた複数ショットを用いることで、前述した複数の位相組合せ条件を作り出してもよい。   In order to create a plurality of conditions with different phases of interference waves, it is only necessary to slightly change the relative distance between targets. For example, when the radar apparatus 10 uses a 24 GHz band electromagnetic wave (radar wave), since the wavelength of the radar wave is about 12 mm, all phase conditions can be created within a range in which the target moves 12 mm. This is a slight positional displacement with respect to the peak width (about 2 m) in the distance spectrum of the 24 GHz band radar. Further, since the necessary change is a change in the relative position between the radar apparatus 10 and the target, the radar apparatus 10 may move instead of the target. Further, since the phase change is also caused by the wavelength change of the radar wave, the above-described plurality of phase combination conditions may be created by using a plurality of shots in which the center frequency of the radar wave is changed.

また図2の例では、第2距離関数を生成するために、ヒルベルトフィルタ274を用いたが、FM変調を用いるレーダ装置である場合には、ビート信号をフーリエ変換して距離関数を生成する際の窓関数を奇関数にする方法で生成してもよい。窓関数の具体的な使用方法は、後述する第2実施形態における方位角度の推定方法と同じである。   In the example of FIG. 2, the Hilbert filter 274 is used to generate the second distance function. However, when the radar apparatus uses FM modulation, the beat signal is Fourier-transformed to generate the distance function. The window function may be generated by making the window function an odd function. The specific method of using the window function is the same as the azimuth angle estimation method in the second embodiment to be described later.

(C)本発明の第2実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第2実施形態について説明する。図8は、本発明の第2実施形態の構成例を示す図である。なお、図8において、図1と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図8では、図1と比較すると、受信アンテナ18が受信アンテナ18−1〜18−n(n>1)に置換されている。また、増幅部19、ミキサ20,21、LPF22,23、ADC24,25が増幅部19−1〜19−n、ミキサ20−1〜20−n,21−1〜21−n、LPF22−1〜22−n,23−1〜23−n23、ADC24−1〜24−n,25−1〜25−nに置換されている。なお、これらの機能および動作は、図1に示す場合と同様であるのでその説明を省略する。
(C) Description of Configuration of Second Embodiment of Present Invention Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of the second embodiment of the present invention. In FIG. 8, portions corresponding to those in FIG. In FIG. 8, compared with FIG. 1, the receiving antenna 18 is replaced with receiving antennas 18-1 to 18-n (n> 1). Further, the amplifying unit 19, the mixers 20 and 21, the LPFs 22 and 23, and the ADCs 24 and 25 are the amplifying units 19-1 to 19-n, the mixers 20-1 to 20-n, 21-1 to 21-n, and the LPFs 22-1 to 21- 22-n, 23-1 to 23-n23, ADC 24-1 to 24-n, 25-1 to 25-n. Since these functions and operations are the same as in the case shown in FIG.

また、図8の例では、受信信号処理部26を構成する処理部として、距離推定部27、速度推定部28、方位角推定部29、および、クラスタリング処理部30が例示されている。ここで、距離推定部27は、物標の距離を推定する処理を実行する機能ブロックである。速度推定部28は、物標の速度を推定する処理を実行する機能ブロックである。方位角推定部29は、物標の方位角を推定する処理を実行する機能ブロックである。クラスタリング処理部30は、複数の検出結果をクラスタリングすることで、物標を特定する処理を実行する機能ブロックである。なお、図8で示される機能ブロックは一例であって、これ以外の処理部(例えば、物標の時間的な変化を検出するトラッキング処理部等)を有するようにしてもよい。   In the example of FIG. 8, a distance estimation unit 27, a speed estimation unit 28, an azimuth angle estimation unit 29, and a clustering processing unit 30 are illustrated as processing units that constitute the reception signal processing unit 26. Here, the distance estimation unit 27 is a functional block that executes processing for estimating the distance of the target. The speed estimation unit 28 is a functional block that executes a process for estimating the speed of the target. The azimuth angle estimation unit 29 is a functional block that executes processing for estimating the azimuth angle of a target. The clustering processing unit 30 is a functional block that executes processing for specifying a target by clustering a plurality of detection results. Note that the functional blocks shown in FIG. 8 are merely examples, and other processing units (for example, a tracking processing unit that detects a temporal change in the target) may be included.

図9は、図8において、n=4の場合における、送信アンテナ17および受信アンテナ18−1〜18−4の詳細な構成例を示す図である。図9に示すように、受信アンテナ18−1〜18−4は、y軸方向(例えば、垂直方向)に複数のパッチアンテナ素子が並べて配置され、これら複数のパッチアンテナ素子が給電線によって接続されて構成されている。また、受信アンテナ18−1〜18−4は、x軸方向に所定の距離d(d≦λ/2)(λは送信アンテナ17から送信される電磁波の波長)を隔てて配置されている。また、送信アンテナ17は、受信アンテナ18−4からx軸方向に所定の距離を隔てて配置されている。なお、図9に示す構成は、一例であって、本発明が図9に示す場合に限定されるものではない。   FIG. 9 is a diagram illustrating a detailed configuration example of the transmission antenna 17 and the reception antennas 18-1 to 18-4 in the case of n = 4 in FIG. As shown in FIG. 9, the receiving antennas 18-1 to 18-4 are arranged with a plurality of patch antenna elements arranged in the y-axis direction (for example, the vertical direction), and the plurality of patch antenna elements are connected by a feeder line. Configured. The receiving antennas 18-1 to 18-4 are arranged with a predetermined distance d (d ≦ λ / 2) (λ is the wavelength of the electromagnetic wave transmitted from the transmitting antenna 17) in the x-axis direction. Further, the transmission antenna 17 is arranged at a predetermined distance from the reception antenna 18-4 in the x-axis direction. The configuration shown in FIG. 9 is an example, and the present invention is not limited to the case shown in FIG.

図10は、図8に示す方位角推定部29の詳細な構成例を示す図である。図10に示す例では、同距離ゲートのI,Q受信データについて、W(A)およびW(B)の2種類の窓関数を乗算することで、第1角度スペクトラムおよび第2角度スペクトラムを算出し、これらの第1角度スペクトラムおよび第2角度スペクトラムに基づいて物標の方位角を推定する。   FIG. 10 is a diagram showing a detailed configuration example of the azimuth angle estimation unit 29 shown in FIG. In the example shown in FIG. 10, the first angle spectrum and the second angle spectrum are calculated by multiplying the I and Q reception data of the same distance gate by two types of window functions of W (A) and W (B). Then, the azimuth angle of the target is estimated based on the first angle spectrum and the second angle spectrum.

より詳細には、図10の例では、窓関数乗算部281〜284、角度推定処理部285、窓関数乗算部291〜294、および、角度推定処理部295を有している。   More specifically, the example of FIG. 10 includes window function multiplication units 281 to 284, an angle estimation processing unit 285, window function multiplication units 291 to 294, and an angle estimation processing unit 295.

ここで、窓関数乗算部281〜284は、入力される同距離ゲートのI,Q受信データに対して、第1窓関数であるWA=(WA1,WA2,WA3,WA4)=(0.5,1,1,0.5)を乗算し、第1角度スペクトラムA(θ,n)として出力する。また、窓関数乗算部291〜294は、入力される同距離ゲートのI,Q受信データに対して、第2窓関数であるWB=(WB1,WB2,WB3,WB4)=(0.5,1,−1,−0.5)を乗算し、第2角度スペクトラムB(θ,n)として出力する。なお、第1窓関数および第2窓関数は一例であって、前述した窓関数に限定されるものではない。   Here, the window function multipliers 281 to 284 apply WA = (WA 1, WA 2, WA 3, WA 4) = (0.5), which is the first window function, to the input I and Q reception data of the same distance gate. , 1, 1, 0.5) and outputs as the first angular spectrum A (θ, n). The window function multipliers 291 to 294 also receive the second window function WB = (WB1, WB2, WB3, WB4) = (0.5, 1, −1, −0.5) and outputs as the second angular spectrum B (θ, n). The first window function and the second window function are examples, and are not limited to the window functions described above.

ここで、第1角度スペクトラムA(θ,n)および第2角度スペクトラムB(θ,n)において、θは角度インデックスを示し、nは過去における同距離および同角度の推定結果に付与された番号を示す。例えば、一定時間毎に取得したデータを10個保存する場合には、n=0〜9となる。なお、時間に対して降順となるか昇順となるかは任意である。また、第1角度スペクトラムA(θ,n)および第2角度スペクトラムB(θ,n)の値としては、(実部+虚部0.5が格納される。 Here, in the first angle spectrum A (θ, n) and the second angle spectrum B (θ, n), θ indicates an angle index, and n is a number given to the estimation result of the same distance and the same angle in the past. Indicates. For example, when 10 pieces of data acquired at regular intervals are stored, n = 0 to 9. In addition, it is arbitrary whether it becomes descending order with respect to time. Further, (real part 2 + imaginary part 2 ) 0.5 is stored as values of the first angular spectrum A (θ, n) and the second angular spectrum B (θ, n).

なお、第1角度スペクトラムおよび第2角度スペクトラムを求める方法としては、例えば、送信アンテナ17と受信アンテナ18−1〜18−4の組み合わせ毎に、(I+jQ)を求めてフーリエ変換を施すことにより実部がRe_Aであり虚部がIm_Aである第1角度関数(Re_A+jIm_A)を求める。そして、Re_AおよびIm_Aをヒルベルト変換したものをRe_BおよびIm_Bとするとき、(Re_B+jIm_B)を第2角度関数とする。そして、得られた第1角度関数(Re_A+jIm_A)と第2角度関数(Re_B+jIm_B)のそれぞれの強度を計算し、これらを第1角度スペクトラム|Re_A+jIm_A|および第2角度スペクトラム|Re_B+jIm_B|とすることができる。もちろん、これ以外の方法で求めてもよい。   As a method for obtaining the first angle spectrum and the second angle spectrum, for example, (I + jQ) is obtained for each combination of the transmission antenna 17 and the reception antennas 18-1 to 18-4, and Fourier transform is performed. A first angle function (Re_A + jIm_A) in which the part is Re_A and the imaginary part is Im_A is obtained. Then, when Re_B and Im_B are obtained by converting Hilbert transform of Re_A and Im_A, (Re_B + jIm_B) is the second angle function. Then, the intensities of the obtained first angle function (Re_A + jIm_A) and second angle function (Re_B + jIm_B) are calculated, and these can be used as the first angle spectrum | Re_A + jIm_A | and the second angle spectrum | Re_B + jIm_B |. . Of course, other methods may be used.

(D)本発明の第2実施形態の動作の説明
つぎに、本発明の第2実施形態の動作について説明する。図11は、方位角0度に物標が存在する場合の第1角度スペクトラムおよび第2角度スペクトラムを示す図である。図11に示すように、単一方向からの到来波が存在する場合、第1角度スペクトラムは実線で示すように到来角である0度で最大となり、第2角度スペクトラムは破線線で示すように到来角である0度で0となる。
(D) Description of Operation of Second Embodiment of Present Invention Next, the operation of the second embodiment of the present invention will be described. FIG. 11 is a diagram showing a first angle spectrum and a second angle spectrum when a target is present at an azimuth angle of 0 degrees. As shown in FIG. 11, when there is an incoming wave from a single direction, the first angle spectrum is maximum at the arrival angle of 0 degrees as shown by the solid line, and the second angle spectrum is shown by the broken line. It becomes 0 at the arrival angle of 0 degrees.

第1角度度スペクトラムによる角度推定は、メインローブで角度推定を行う従来のBeamformer法と同じである。しかしながら、第2実施形態では、窓関数WAによってサイドローブを抑制することで、サイドローブによって干渉波を受信してしまう、従来の方法の問題点を解消することができる。また、第2角度スペクトラムによる角度推定では、窓関数WBによって、到来波の方位角において鋭いヌル(NULL)を形成することができる。このような鋭いヌルを用いることで高い角度分解能を得ることができる(詳細は後述する)。   The angle estimation based on the first angle degree spectrum is the same as the conventional Beamformer method in which the angle is estimated with the main lobe. However, in the second embodiment, by suppressing the side lobe by the window function WA, it is possible to solve the problem of the conventional method in which the interference wave is received by the side lobe. In angle estimation using the second angle spectrum, a sharp null (NULL) can be formed in the azimuth angle of the incoming wave by the window function WB. By using such a sharp null, a high angular resolution can be obtained (details will be described later).

図12は、単一方向から反射波を受信した場合の角度スペクトラムを示す図である。より詳細には、図12(A)は、方位角0度の方向に単一の物標が存在する場合を示している。図12(A)において、実線は第1角度スペクトラムを示し、破線は第2角度スペクトラムを示している。図12(A)では、実線で示す第1角度スペクトラムは物標が存在する方位角0度の方向で極大となり、破線で示す第2角度スペクトラムは物標が存在する方位角0度の方向で極小となる。また、図12(B)は、方位角が−20度の方向に単一の物標が存在する場合を示している。図12(B)において、実線は第1角度スペクトラムを示し、破線は第2角度スペクトラムを示している。図12(B)では、実線で示す第1角度スペクトラムは物標が存在する方位角−20度の方向で極大となり、破線で示す第2角度スペクトラムは物標が存在する方位角−20度の方向で極小となる。   FIG. 12 is a diagram illustrating an angle spectrum when a reflected wave is received from a single direction. More specifically, FIG. 12A shows a case where a single target exists in the direction with an azimuth angle of 0 degrees. In FIG. 12A, the solid line indicates the first angle spectrum, and the broken line indicates the second angle spectrum. In FIG. 12A, the first angle spectrum indicated by the solid line is maximal in the direction of the azimuth angle of 0 degrees where the target exists, and the second angle spectrum indicated by the broken line is the direction of the azimuth angle of 0 degrees where the target exists. Minimal. FIG. 12B shows a case where a single target exists in a direction with an azimuth angle of −20 degrees. In FIG. 12B, the solid line indicates the first angle spectrum, and the broken line indicates the second angle spectrum. In FIG. 12B, the first angle spectrum indicated by the solid line is maximal in the direction of the azimuth angle of −20 degrees where the target exists, and the second angle spectrum indicated by the broken line is that of the azimuth angle −20 degrees where the target exists. Minimal in direction.

図13は、複数の方向から反射波を受信した場合の角度スペクトラムを示す図である。より詳細には、図13(A)は、方位角0度と−20度の方向に2つの物標が存在する場合を示し、実線が第1角度スペクトラムを示し、破線が第2角度スペクトラムを示している。図13(A)では、2つの物標が存在するにも拘わらず、第1角度スペクトラムの分解能の低さに起因して、1つに見える状態を示す。このとき、第1角度スペクトラムよって推定された角度(この例では−10度)において、第2角度スペクトラムは0にはなっておらず、谷の部分が横軸から浮いている。このような浮きは、物標が1つでない場合に生じることから、このような浮きを検出することで、誤推定の発生を容易に検出することが可能となる。このような検出は、窓関数WBにより実現できることから、特許文献3の技術に比較して、検出を容易に行うことができる。   FIG. 13 is a diagram showing an angle spectrum when reflected waves are received from a plurality of directions. More specifically, FIG. 13 (A) shows a case where two targets exist in directions of azimuth angles of 0 degrees and −20 degrees, the solid line shows the first angle spectrum, and the broken line shows the second angle spectrum. Show. FIG. 13A shows a state in which one target is seen due to the low resolution of the first angular spectrum even though there are two targets. At this time, at the angle estimated by the first angle spectrum (−10 degrees in this example), the second angle spectrum is not 0, and the valley portion is floating from the horizontal axis. Since such a float occurs when the number of targets is not one, it is possible to easily detect the occurrence of erroneous estimation by detecting such a float. Since such detection can be realized by the window function WB, the detection can be easily performed as compared with the technique of Patent Document 3.

また、図13(B)は、方位角0度と−20度の方向に2つの物標が存在する場合であって、図13(A)とは位相の組み合わせが異なるときを示している。図13(B)の例では、図13(A)に比較すると、2つの物標を分離して検出できているように見えるが、実線で示す第1角度スペクトラムのピークから推定される方位角は明らかに間違っている。この場合においても、破線で示す第2角度スペクトラムの谷が浮いていることから干渉波による誤推定を検出することができる。また、第1角度スペクトラムのピーク角度と、第2角度スペクトラムの谷となる角度がずれを有することも本発明の第2実施形態の特徴である。すなわち、このような角度ずれを検出することで、誤推定の発生を検出することができる。   FIG. 13B shows a case where two targets are present in directions with azimuth angles of 0 degrees and −20 degrees, and the phase combination is different from that in FIG. In the example of FIG. 13B, compared to FIG. 13A, it seems that two targets can be detected separately, but the azimuth angle estimated from the peak of the first angle spectrum indicated by the solid line Is clearly wrong. Also in this case, since the valley of the second angle spectrum indicated by the broken line is floating, it is possible to detect erroneous estimation due to the interference wave. It is also a feature of the second embodiment of the present invention that the peak angle of the first angle spectrum and the angle that becomes the valley of the second angle spectrum have a deviation. That is, the occurrence of erroneous estimation can be detected by detecting such an angular deviation.

図14は、物標が方位角+30度と−30度に存在する場合の角度スペクトラムを示している。より詳細には、図14(A)は、物標が方位角+30度に存在する場合を示し、この例では、実線で示す第1角度スペクトラムのピークと、破線で示す第2角度スペクトラムの谷とが一致している。図14(B)は、物標が方位角−30度に存在する場合を示し、この例でも、実線で示す第1角度スペクトラムのピークと、破線で示す第2角度スペクトラムの谷とが一致している。図14(C)は、2つの物標が方位角+30度と−30度にそれぞれ存在する場合を示している。この例では、破線で示す第2角度スペクトラムの谷は浮いている(谷の値は0ではない)が、実線で示す第1角度スペクトラムのピークの位置と、破線で示す第2角度スペクトラムの谷の位置は一致している。このため、第2角度スペクトラムの谷が浮いている場合であっても、第1角度スペクトラムのピークの位置と、第2角度スペクトラムの谷の位置が一致する場合には、これらの位置に物標が存在すると判定することができる。   FIG. 14 shows an angle spectrum when the target exists at azimuth angles of +30 degrees and −30 degrees. More specifically, FIG. 14A shows a case where the target exists at an azimuth angle of +30 degrees. In this example, the peak of the first angle spectrum indicated by the solid line and the valley of the second angle spectrum indicated by the broken line are shown. And are consistent. FIG. 14B shows a case where the target is present at an azimuth angle of −30 degrees. In this example, the peak of the first angle spectrum indicated by the solid line coincides with the valley of the second angle spectrum indicated by the broken line. ing. FIG. 14C shows a case where two targets exist at azimuth angles of +30 degrees and −30 degrees, respectively. In this example, the valley of the second angle spectrum indicated by the broken line is floating (the value of the valley is not 0), but the peak position of the first angle spectrum indicated by the solid line and the valley of the second angle spectrum indicated by the broken line are shown. The positions of match. For this reason, even if the valley of the second angle spectrum is floating, if the position of the peak of the first angle spectrum matches the position of the valley of the second angle spectrum, the target is located at these positions. Can be determined to exist.

このような特徴により、本発明の第2実施形態では、干渉波が存在する場合でも推定角を破棄せずに採用できる機会が増える。これは、特許文献1に開示された従来技術では実現不能であり、また、特許文献3に開示された従来技術に示す方法のように、到来波の波数を検出する必要もないことから、容易に実施することができる。   With such a feature, in the second embodiment of the present invention, there are more opportunities to adopt the estimated angle without discarding it even when an interference wave exists. This is not possible with the prior art disclosed in Patent Document 1, and it is not necessary to detect the wave number of the incoming wave unlike the method shown in the prior art disclosed in Patent Document 3. Can be implemented.

つぎに、第2実施形態の詳細な動作について、具体例を挙げて説明する。図15は、複数ショットのデータを用いた干渉波が存在する環境下における、方位角推定の具体例を説明するための図である。図15では、レーダ装置10から距離5m離れた位置の方位角0度と−20度の方向に物標が存在し、1ショット毎に測定条件を僅かに変えるために、レーダ装置10を0度の方向に2mm間隔で移動させた場合における10ショット分のシミュレーション結果を示している。複数ショットのデータ(n=0〜9)のうち、第1角度スペクトラムA(θ,n)における各θでの最大値(図15(A)の実線の太線)を以下の式(1)で表す。なお、MAX[]は、括弧内の最大値を求める関数である。   Next, the detailed operation of the second embodiment will be described with a specific example. FIG. 15 is a diagram for describing a specific example of azimuth angle estimation in an environment where interference waves using a plurality of shot data exist. In FIG. 15, the target exists in the direction of azimuth 0 degrees and −20 degrees at a position 5 m away from the radar apparatus 10, and the radar apparatus 10 is set to 0 degrees in order to slightly change the measurement conditions for each shot. 10 shows a simulation result for 10 shots when moved in the direction of 2 mm at intervals of 2 mm. Of a plurality of shot data (n = 0 to 9), the maximum value at each θ in the first angle spectrum A (θ, n) (solid thick line in FIG. 15A) is expressed by the following equation (1). To express. MAX [] is a function for obtaining the maximum value in parentheses.

C(θ)=MAX[A(θ,n)] ・・・(1) C (θ) = MAX [A (θ, n)] (1)

なお、図15(A)は、2方向からの反射信号の重ね合わせであるが、重ね合わせの位相の組み合わせによって、反射波が強め合ったり弱め合ったりするので、様々な値を取る。打ち消しあう条件の場合、実際とは異なる方位角にピークを持つ場合があるので、ここでは最大値MAX[]を用いる。   FIG. 15A shows the superposition of the reflected signals from two directions, but takes various values because the reflected waves are strengthened or weakened depending on the combination of the phases of the superposition. In the case of canceling conditions, there may be a peak at an azimuth angle different from the actual one, so the maximum value MAX [] is used here.

図15(B)は、第2角度スペクトラムについて、複数時間のデータ(n=0〜9)のうち、各θでの最大値を実線の太線で示し、最小値を破線の太線で示す。なお、最大値は以下の式(2)で示し、最小値は以下の式(3)で示すことができる。ここで、MIN[]は、括弧内の最小値を求める関数である。   FIG. 15B shows, for the second angle spectrum, among the data for a plurality of hours (n = 0 to 9), the maximum value at each θ is indicated by a solid line, and the minimum value is indicated by a broken line. The maximum value can be expressed by the following formula (2), and the minimum value can be expressed by the following formula (3). Here, MIN [] is a function for obtaining the minimum value in parentheses.

D(θ)=MAX[B(θ,n)] ・・・(2) D (θ) = MAX [B (θ, n)] (2)

E(θ)=MIN[B(θ,n)] ・・・(3) E (θ) = MIN [B (θ, n)] (3)

なお、第2角度スペクトラムでは、重ね合わせられる受信波の位相によって様々な値を取るが、物標の方位角においては、NULL方位であることから、片方の値が必ず0になるため、値がばらつかない。図16(A)は、位相角が0度の位置に単一の物標が存在する場合を示し、図16(B)は、位相角が−20度の位置に単一の物標が存在する場合を示している。これらの図に示すように、物標の位相角においては、NULL方位であることから、片方の値が必ず0になる。このため、物標の方位角では後述する式(4)のF(θ)が谷となる。   In the second angle spectrum, various values are taken depending on the phase of the received wave to be superimposed. However, since the azimuth angle of the target is a NULL azimuth, one value is always 0, so the value is Does not vary. FIG. 16A shows a case where a single target exists at a position where the phase angle is 0 degrees, and FIG. 16B shows a single target where the phase angle is −20 degrees. Shows when to do. As shown in these figures, in the phase angle of the target, since one is a NULL azimuth, one value is always 0. For this reason, in the azimuth angle of the target, F (θ) in Expression (4) described later becomes a valley.

図15(C)は、最大値D(θ)と、最小値E(θ)との差分値を示す図である。なお、差分値は以下の式(4)で表すことができる。   FIG. 15C is a diagram illustrating a difference value between the maximum value D (θ) and the minimum value E (θ). The difference value can be expressed by the following formula (4).

F(θ)=D(θ)−E(θ) ・・・(4) F (θ) = D (θ) −E (θ) (4)

式(4)は、複数の物標が存在する場合に、物標の方位角において極小となる。その極小を検出する方法のひとつとして、式(4)をθで2階微分して得た式(5)を用いる方法がある。但し、式(5)では、受信強度の大小による影響を低減するために、C(θ)によって規格化している。   Equation (4) is minimal in the azimuth angle of the target when there are a plurality of targets. One method for detecting the minimum is to use equation (5) obtained by second-order differentiation of equation (4) with θ. However, in equation (5), in order to reduce the influence of the magnitude of the reception intensity, it is normalized by C (θ).

G(θ)={dF(θ)/dθ}/C(θ) ・・・(5) G (θ) = {d 2 F (θ) / dθ 2 } / C (θ) (5)

図17(A)は、式(5)を示す図である。そして、G(θ)が閾値Thを超えた方位角に物標が存在する可能性が高いとして、以下の式(6)によって、H(θ)を求める。ここで、u[]は、ステップ関数で、括弧内の値≧0である場合には1となり、括弧内の値<0である場合には0となる関数である。   FIG. 17A shows the formula (5). Then, assuming that there is a high possibility that the target exists at an azimuth angle where G (θ) exceeds the threshold Th, H (θ) is obtained by the following equation (6). Here, u [] is a step function, which is 1 when the value in parentheses ≧ 0, and is 0 when the value in parentheses <0.

H(θ)=C(θ)・u[G(θ)−Th] ・・・(6) H (θ) = C (θ) · u [G (θ) −Th] (6)

図17(B)は、式(6)に示すH(θ)の図である。なお、式(6)の右辺のTh=0.02としている。この図に示すように、式(5)のG(θ)における位相角+40度のピークに関しては、C(θ)の値が小さいことから目立たなくなり、物標の方位角である位相角0度と−20度のピークのみが残っている。   FIG. 17B is a diagram of H (θ) shown in Equation (6). It is assumed that Th on the right side of Equation (6) is 0.02. As shown in this figure, the peak of the phase angle +40 degrees in G (θ) of Equation (5) becomes inconspicuous because the value of C (θ) is small, and the phase angle is 0 degrees, which is the azimuth angle of the target. Only the -20 degree peak remains.

図18は、前述したような演算を、各距離で実施し、輝度情報に変換して描画した図である。図18(A)は、C(θ)による推定結果を示し、図18(B)は、H(θ)による推定結果を示している。これらの図の比較から、図18(B)では、物標の位相角である0度と−20度に物標が検出されているが、図18(A)では、これらの物標は識別可能には検出されていない。   FIG. 18 is a diagram in which the calculation as described above is performed at each distance, converted into luminance information, and drawn. 18A shows an estimation result by C (θ), and FIG. 18B shows an estimation result by H (θ). From comparison of these figures, in FIG. 18 (B), targets are detected at 0 ° and −20 ° which are the phase angles of the targets, but in FIG. 18 (A), these targets are identified. It has not been detected as possible.

このように、本発明の第2実施形態では、物標の大きさをある程度反映しているが、方位角分解能が低いC(θ)と、物標の方位情報を強く反映したG(θ)と閾値の差分値との積を求めることで、物標のサイズを反映しつつ、高い方位角分解能を得ることができる。   Thus, in the second embodiment of the present invention, the size of the target is reflected to some extent, but C (θ) having a low azimuth resolution and G (θ) that strongly reflects the azimuth information of the target. By calculating the product of the difference between the threshold value and the threshold value, a high azimuth angle resolution can be obtained while reflecting the size of the target.

なお、前述した例では、レーダ装置10の位置の変位は、トータルで18mm(波長換算で約1.5λ)であり、物標までの距離である5mに比較すると、ごく僅かな変位で実現可能である。   In the above-described example, the displacement of the position of the radar device 10 is 18 mm in total (approximately 1.5λ in terms of wavelength), which can be realized with a very small displacement compared to the distance of 5 m to the target. It is.

以上に説明したように、本発明の第2実施形態によれば、干渉波が存在する環境下においても2つの窓関数を組み合わせることで、Beamformer法では方位角の分解能が低いという問題点を解消することができる。また、窓関数によりサイドローブを抑圧することで、メインローブが広くなる。この結果、所望波と干渉波との方位角度差が小さい場合にはメインローブによって所望波と干渉波の両方を受信してしまうという問題点を解消することができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, the problem that the resolution of the azimuth angle is low in the Beamformer method is solved by combining two window functions even in an environment where an interference wave exists. can do. Further, the main lobe is widened by suppressing the side lobe by the window function. As a result, it is possible to solve the problem that both the desired wave and the interference wave are received by the main lobe when the difference in azimuth angle between the desired wave and the interference wave is small.

また、Beamformer法に対して方位角度分解能を向上させた、従来の方位角度推定法である、Capon法、線形予測法、最小ノルム法、MUSIC法は、到来波の数に対応した数のヌルを生成する必要があり、その複雑なヌルを生成するウェイトベクトルを算出するために無相関な多数のショットデータが必要となる。しかしながら、本発明の第2実施形態では、窓関数WBではメインローブの中心に1つのヌルを生成するのみであり、そのような1つのヌルで干渉波が存在する環境下において、角度推定を行うことができる本手法では、従来の推定法に比べて少ないショット数で角度の推定を実現することが可能となる。   The Capon method, linear prediction method, minimum norm method, and MUSIC method, which are conventional azimuth angle estimation methods that improve the azimuth angle resolution with respect to the Beamformer method, have a number of nulls corresponding to the number of incoming waves. It is necessary to generate a large number of uncorrelated shot data in order to calculate a weight vector for generating the complicated null. However, in the second embodiment of the present invention, the window function WB generates only one null at the center of the main lobe, and angle estimation is performed in an environment where an interference wave exists with such one null. In this method, the angle can be estimated with a smaller number of shots than in the conventional estimation method.

また、本発明の第2実施形態では、複雑なヌルを生成しないため、明らかに間違った角度推定を行うことも少ないことから、安定な手法ということができる。   Further, in the second embodiment of the present invention, since a complicated null is not generated, it is possible to say that it is a stable technique because there is little obvious wrong angle estimation.

すなわち、従来の角度推定方法である、Capon法、線形予測法、最小ノルム法、MUSIC法は、無相関な多数のショットデータが必要という問題点があり、また、Capon法、線形予測法、最小ノルム法、MUSIC法は、誤推定が多く生じるという問題点があり、さらに、最小ノルム法、MUSIC法は固有値、固有ベクトルを用いることから、受信アンテナアレイのアンテナ数よりも少ない到来波にしか対応できないという問題点があった。しかしながら、本発明の第2実施形態によれば、これらの問題点を解消することができる。   That is, the conventional angle estimation methods Capon method, linear prediction method, minimum norm method, and MUSIC method have a problem that a large number of uncorrelated shot data are required, and Capon method, linear prediction method, minimum The norm method and the MUSIC method have a problem that many erroneous estimations occur. Further, the minimum norm method and the MUSIC method use eigenvalues and eigenvectors, so that they can deal only with fewer incoming waves than the number of antennas of the receiving antenna array. There was a problem. However, according to the second embodiment of the present invention, these problems can be solved.

以上では、角度差が小さい物標からの反射波が互いに干渉波として働くために分離検出が困難である場合の動作について説明したが、つぎに、強度の強い干渉波に埋れるために検出困難となる場合の解消例について説明する。   In the above, the operation when separation detection is difficult because the reflected waves from the target with a small angle difference work as interference waves is explained. Next, it is difficult to detect because it is buried in strong interference waves. An example of how to solve the problem will be described.

図19に示すように、レーダ装置10の受信アンテナ18−1〜18−4には、物標からの反射波だけでなく、送信アンテナ17からの直接波が入射する。近年では、レーダ装置10の小型化の要求から、送信アンテナ17と受信アンテナ18−1〜18−4の間の距離は短い方が望ましい。しかしながら、これらの距離を短縮するに従って、直接波の振幅が大きくなり、物標からの反射波が、直接波に埋もれてしまい、物標の検出が困難になるという問題点がある。   As shown in FIG. 19, not only the reflected wave from the target but also the direct wave from the transmitting antenna 17 enters the receiving antennas 18-1 to 18-4 of the radar apparatus 10. In recent years, it is desirable that the distance between the transmission antenna 17 and the reception antennas 18-1 to 18-4 be short because of the demand for miniaturization of the radar apparatus 10. However, as these distances are shortened, the amplitude of the direct wave increases, and the reflected wave from the target is buried in the direct wave, which makes it difficult to detect the target.

遠方に存在する物標を検出する場合、FMCW方式のレーダ装置では、ダウンコンバート後の0Hz付近の成分を除去することで対応することができる。また、パルス方式のレーダ装置では、直接波の受信が完了してから反射波を受信することで直接波の影響を低減することができる。   When detecting a target that exists far away, an FMCW radar device can cope with the problem by removing components near 0 Hz after down-conversion. Further, in the pulse type radar apparatus, the influence of the direct wave can be reduced by receiving the reflected wave after the reception of the direct wave is completed.

しかしながら、レーダ装置の近傍に物標が存在する場合には、従来のレーダ装置では、前述した対策を施しても、検出が困難であった。例えば、24GHz帯の準ミリ波レーダ装置では、割り当てられた周波数帯域幅が200MHzであることから、距離に換算して2m程度の範囲内では、このような問題が深刻となる。   However, when a target is present in the vicinity of the radar device, it has been difficult for the conventional radar device to detect even if the above-described measures are taken. For example, in the quasi-millimeter wave radar device in the 24 GHz band, the assigned frequency bandwidth is 200 MHz, and thus such a problem becomes serious within a range of about 2 m in terms of distance.

本発明の第2実施形態では、直接波が存在する場合であっても、レーダ装置10の近傍に存在する物標を検出することができる。これについて、以下に説明する。   In the second embodiment of the present invention, a target existing in the vicinity of the radar apparatus 10 can be detected even when a direct wave exists. This will be described below.

図20は、レーダ装置10からの距離が0.5mで、方位角が−20度の位置に物標が存在する場合において、図19に示すような直接波が存在する環境下で物標を検出する場合を示す図である。なお、受信アンテナ18−1〜18−4の間隔は、約λ/2である。   FIG. 20 shows a case where the target is present in an environment where a direct wave exists as shown in FIG. 19 when the target is present at a position where the distance from the radar apparatus 10 is 0.5 m and the azimuth angle is −20 degrees. It is a figure which shows the case where it detects. The interval between the receiving antennas 18-1 to 18-4 is approximately λ / 2.

図20(A)は、第1角度スペクトラムを示す図である。この図に示すように、受信アンテナ18−1〜18−4の間隔が約λ/2である場合、±90度方向の符号は区別できないことから、A(θ,n)においては、±90度に強いピークを有し、振幅が1/10程度の物標からの反射波はこのピークに埋もれてしまうことから、C(θ)においても−20度方向のピークは確認することができない。   FIG. 20A is a diagram showing the first angular spectrum. As shown in this figure, when the interval between the receiving antennas 18-1 to 18-4 is about λ / 2, the sign in the direction of ± 90 degrees cannot be distinguished. Therefore, in A (θ, n), ± 90 Since a reflected wave from a target having a strong peak and an amplitude of about 1/10 is buried in this peak, a peak in the −20 degree direction cannot be confirmed even in C (θ).

図20(B)は、第2角度スペクトラムを示す図である。この図において、実線の太線で示すD(θ)は、前述した式(2)で示す第2角度スペクトラムの最大値を示し、破線の太線で示すE(θ)は、前述した式(3)で示す第2角度スペクトラムの最小値を示している。   FIG. 20B is a diagram illustrating the second angular spectrum. In this figure, D (θ) indicated by a solid bold line indicates the maximum value of the second angle spectrum indicated by the above-described equation (2), and E (θ) indicated by a bold bold line is the above-described equation (3). The minimum value of the 2nd angle spectrum shown by is shown.

図20(C)は、第2角度スペクトラムの式(4)に係るF(θ)を示す図である。この図では、−20度付近に谷が現れている。図21(A)は、式(5)に係るG(θ)を示す図であり、図21(B)は、式(6)に係るG(θ)を示す図である。図21(B)では、直接波が存在する環境下にも拘わらず、方位角−20度であって、距離0.5mに存在する物標が正確に検出されている。   FIG. 20C is a diagram illustrating F (θ) according to Equation (4) of the second angle spectrum. In this figure, a valley appears around -20 degrees. FIG. 21A is a diagram illustrating G (θ) according to Equation (5), and FIG. 21B is a diagram illustrating G (θ) according to Equation (6). In FIG. 21B, a target having an azimuth angle of -20 degrees and a distance of 0.5 m is accurately detected in spite of an environment where a direct wave exists.

図22(A)は、第1角度スペクトラムに係るC(θ)による推定結果を示す図である。この図の例では、−20度の方位角に存在する物標は、直接波にマスクされるので、弁別することができない。   FIG. 22A is a diagram illustrating an estimation result based on C (θ) related to the first angular spectrum. In the example of this figure, a target existing at an azimuth angle of −20 degrees is masked by a direct wave and cannot be discriminated.

図22(B)は、H(θ)による推定結果を示す図である。この図の例では、−20度の方位角であって、距離0.5mに存在する物標が弁別可能に検出されている。   FIG. 22B is a diagram illustrating an estimation result based on H (θ). In the example of this figure, a target having an azimuth angle of −20 degrees and a distance of 0.5 m is detected in a distinguishable manner.

以上に説明したように、送信アンテナ17から受信アンテナ18−1〜18−4への直接波は、物標からの反射波に比べ振幅が大きいことから、従来の方式では、レーダ装置10の近傍に存在する物標からの反射波は直接波に埋れてしまい検出不能であった。一方、本発明の第2実施形態によれば、窓関数WBによる第2角度スペクトラムの特徴的な振る舞いによって、埋れていた反射波の成分を抽出することが可能となる。   As described above, since the direct wave from the transmitting antenna 17 to the receiving antennas 18-1 to 18-4 has a larger amplitude than the reflected wave from the target, in the conventional method, in the vicinity of the radar device 10 The reflected wave from the target existing in was buried directly in the wave and could not be detected. On the other hand, according to the second embodiment of the present invention, the buried reflected wave component can be extracted by the characteristic behavior of the second angular spectrum by the window function WB.

また、本発明の第2実施形態において、不要波である送信アンテナ17から受信アンテナ18−1〜18−4への直接波が、角度推定結果に現れない理由は、直接波は受信アンテナ18−1〜18−4に対して−90°の方角から入射するのに対し、受信アンテナ18−1〜18−4は±90度方向に角度分解能を有しないため、直接波の成分が角度スペクトラムF(θ)に反映されないためである。   In the second embodiment of the present invention, the direct wave from the transmitting antenna 17 to the receiving antennas 18-1 to 18-4, which is an unnecessary wave, does not appear in the angle estimation result. 1 to 18-4 is incident from the direction of −90 °, whereas the receiving antennas 18-1 to 18-4 do not have an angular resolution in the ± 90 degrees direction. This is because it is not reflected in (θ).

つまり、受信アンテナ18−1〜18−4のアレイ方向の中心軸に対して送信アンテナ17を非対称な位置に配置することで、不要で振幅の大きな直接波をレーダ装置10の近傍の物標の検出の対象から外すことが可能になる。   That is, by arranging the transmitting antenna 17 at an asymmetrical position with respect to the central axis in the array direction of the receiving antennas 18-1 to 18-4, an unnecessary direct wave having a large amplitude can be transmitted to a target near the radar apparatus 10. It becomes possible to remove from the detection target.

以上は、従来のBeamformer法において特に問題となる干渉波の影響下における方位角推定方法であるが、角度スペクトラムF(θ)に角度スペクトラムD(θ)を採用することで、干渉波の有無を考慮せずに方位角を推定することが出来る。これについて、以下に説明する。   The above is the azimuth angle estimation method under the influence of the interference wave, which is a particular problem in the conventional Beamformer method. By adopting the angle spectrum D (θ) as the angle spectrum F (θ), the presence or absence of the interference wave can be determined. The azimuth angle can be estimated without consideration. This will be described below.

図23〜図26は、レーダ装置10から1mと5mの位置に物標を配置した場合の動作を示す図である。より詳細には、図23〜図24は、レーダ装置10から1mの位置であって、方位角が−45度の位置に物標を配置した場合の動作を示している。また、図25〜図26は、レーダ装置10から5mの位置であって、方位角が+20度の位置に物標を配置した場合の動作を示している。   FIG. 23 to FIG. 26 are diagrams illustrating the operation when the target is placed at the positions of 1 m and 5 m from the radar apparatus 10. More specifically, FIGS. 23 to 24 show an operation when a target is placed at a position 1 m from the radar apparatus 10 and an azimuth angle of −45 degrees. FIGS. 25 to 26 show the operation when the target is placed at a position 5 m from the radar apparatus 10 and the azimuth angle is +20 degrees.

図23(A)は、レーダ装置10から1mの位置であって、方位角が−45度の位置に物標を配置した場合の第1角度スペクトラムに係るC(θ)を示す図である。また、図23(B)は、同じ場合における、第2角度スペクトラムに係るD(θ)を示す図である。また、図23(C)は、同じ場合における、第2角度スペクトラムに係るF(θ)およびD(θ)を示す図である。また、図24(A)は、同じ場合における、第2角度スペクトラムに係るG(θ)を示す図である。さらに、図24(B)は、同じ場合における、第2角度スペクトラムに係るH(θ)を示す図である。   FIG. 23A is a diagram illustrating C (θ) related to the first angle spectrum when a target is placed at a position 1 m from the radar apparatus 10 and an azimuth angle of −45 degrees. FIG. 23B is a diagram showing D (θ) related to the second angular spectrum in the same case. FIG. 23C is a diagram showing F (θ) and D (θ) related to the second angular spectrum in the same case. FIG. 24A is a diagram showing G (θ) related to the second angular spectrum in the same case. Further, FIG. 24B is a diagram showing H (θ) related to the second angular spectrum in the same case.

図25(A)は、レーダ装置10から5mの位置であって、方位角が+20度の位置に物標を配置した場合の第1角度スペクトラムに係るC(θ)を示す図である。また、図25(B)は、同じ場合における、第2角度スペクトラムに係るD(θ)を示す図である。また、図25(C)は、同じ場合における、第2角度スペクトラムに係るF(θ)およびD(θ)を示す図である。また、図26(A)は、同じ場合における、第2角度スペクトラムに係るG(θ)を示す図である。さらに、図26(B)は、同じ場合における、第2角度スペクトラムに係るH(θ)を示す図である。   FIG. 25A is a diagram illustrating C (θ) related to the first angle spectrum when a target is placed at a position 5 m from the radar apparatus 10 and an azimuth angle of +20 degrees. FIG. 25B is a diagram showing D (θ) related to the second angular spectrum in the same case. FIG. 25C is a diagram showing F (θ) and D (θ) related to the second angular spectrum in the same case. FIG. 26A is a diagram showing G (θ) related to the second angular spectrum in the same case. Further, FIG. 26B is a diagram showing H (θ) related to the second angular spectrum in the same case.

図27は、前述した2つの物標(距離1mで方位角−45度の第1物標と、距離5mで方位角+20度の第2物標)が存在する場合における検出結果を示す図である。図27(A)は、第1角度スペクトラムに係るC(θ)による推定結果を示している。この例では、干渉波に隠れて物標が検出できない状態となっている。一方、図27(B)は、第2角度スペクトラムに係るH(θ)による推定結果を示している。この例では、+20度と−45度に2つの第1物標および第2物標が検出されている。   FIG. 27 is a diagram illustrating a detection result when the above-described two targets exist (a first target with a distance of 1 m and an azimuth angle of −45 degrees and a second target with a distance of 5 m and an azimuth angle of +20 degrees). is there. FIG. 27A shows an estimation result by C (θ) related to the first angle spectrum. In this example, the target cannot be detected behind the interference wave. On the other hand, FIG. 27B shows an estimation result by H (θ) related to the second angle spectrum. In this example, two first targets and second targets are detected at +20 degrees and −45 degrees.

以上に説明したように、本発明の第2実施形態では、2つの第1物標および第2物標は、レーダ装置10からの距離が異なるため、方位角推定部29において処理を行う前に、距離推定部27において分離可能である。このため、第1物標は送信アンテナ17から受信アンテナ18−1〜18−4への直接波である干渉波の影響下にあり、第2物標は干渉波の影響が無い状態での方位角推定である。図27に示すように、2つの窓関数を組み合わせることで、干渉波の有無に関わらず物標からの到来波の方位角を推定することが可能となる。   As described above, in the second embodiment of the present invention, the two first targets and the second target have different distances from the radar apparatus 10, and therefore, before the azimuth estimation unit 29 performs processing. In the distance estimation unit 27, separation is possible. For this reason, the first target is under the influence of an interference wave that is a direct wave from the transmission antenna 17 to the reception antennas 18-1 to 18-4, and the second target is an azimuth in a state without the influence of the interference wave. Angle estimation. As shown in FIG. 27, by combining two window functions, it is possible to estimate the azimuth angle of an incoming wave from a target regardless of the presence or absence of an interference wave.

(E)本発明の第3実施形態の構成の説明
つぎに、本発明の第3実施形態について説明する。本発明の第3実施形態の回路構成は、図8と同様であるが、送信アンテナ17および受信アンテナ18−1〜18−4の配置が図9とは異なっている。図28は、第3実施形態における送信アンテナ17および受信アンテナ18−1〜18−4の配置例を示す図である。図28の例では、受信アンテナ18−1〜18−4は、図9と同様に、x軸方向に所定の間隔d(d≦λ/2)を隔てて配置されている。一方、送信アンテナ17は、受信アンテナ18−1〜18−4よりもy軸方向の下側に配置されるとともに、破線で示す受信アンテナ18−1〜18−4の中心からオフセットして配置されている。
(E) Description of Configuration of Third Embodiment of the Present Invention Next, a third embodiment of the present invention will be described. The circuit configuration of the third embodiment of the present invention is the same as that of FIG. 8, but the arrangement of the transmitting antenna 17 and the receiving antennas 18-1 to 18-4 is different from that of FIG. FIG. 28 is a diagram illustrating an arrangement example of the transmission antenna 17 and the reception antennas 18-1 to 18-4 in the third embodiment. In the example of FIG. 28, the receiving antennas 18-1 to 18-4 are arranged at a predetermined interval d (d ≦ λ / 2) in the x-axis direction, as in FIG. On the other hand, the transmitting antenna 17 is disposed below the receiving antennas 18-1 to 18-4 in the y-axis direction, and is offset from the center of the receiving antennas 18-1 to 18-4 indicated by broken lines. ing.

図9においては、送信アンテナ17と受信アンテナ18−1〜18−4が同一線上に配置されているため、送信アンテナ17からx軸とz軸からなる面上に強く放射される送信信号を同一面上にある受信アンテナ18−1〜18−4が受信しやすいため、送信アンテナから受信アンテナへの回り込み信号の影響が大きかったが、図28の第3実施形態では、送信アンテナ17をy軸方向にオフセットすることで、受信アンテナ18−1〜18−4への回り込みを低減することができる。さらに、送信アンテナ17を受信アンテナ18−1〜18−4の中心からx軸に平行にオフセットして配置することにより、さらに回り込み信号の影響を低減することができる。   In FIG. 9, since the transmission antenna 17 and the reception antennas 18-1 to 18-4 are arranged on the same line, the transmission signals that are strongly radiated from the transmission antenna 17 onto the plane composed of the x axis and the z axis are the same. Since the reception antennas 18-1 to 18-4 on the surface are easy to receive, the influence of the sneak signal from the transmission antenna to the reception antenna was great. However, in the third embodiment of FIG. By offsetting in the direction, wraparound to the receiving antennas 18-1 to 18-4 can be reduced. Furthermore, by arranging the transmission antenna 17 offset from the center of the reception antennas 18-1 to 18-4 in parallel to the x-axis, the influence of the sneak signal can be further reduced.

(F)本発明の第3実施形態の動作の説明
図29〜図30は、送信アンテナ17から受信アンテナ18−1〜18−4への回り込みに対する第3実施形態の動作を説明するための図である。より詳細には、図29(A)は第1角度スペクトラムに係るC(θ)を示し、図29(B)は第2角度スペクトラムに係るD(θ)を示し、図29(C)は第2角度スペクトラムに係るF(θ)を示している。また、図30(A)はG(θ)を示し、図30(B)はTh=0.02である場合のH(θ)を示している。
(F) Description of Operation of Third Embodiment of the Present Invention FIGS. 29 to 30 are diagrams for explaining the operation of the third embodiment with respect to the wraparound from the transmission antenna 17 to the reception antennas 18-1 to 18-4. It is. More specifically, FIG. 29A shows C (θ) related to the first angular spectrum, FIG. 29B shows D (θ) related to the second angular spectrum, and FIG. F (θ) related to the two-angle spectrum is shown. FIG. 30A shows G (θ), and FIG. 30B shows H (θ) when Th = 0.02.

図31は、第3実施例における送信アンテナ17のオフセットの効果を説明する例として、送信アンテナ17および受信アンテナ18−1〜18−4の配置例を示している。図31の例では、図28に比較すると、送信アンテナ17の配置位置が図28とは異なっている。すなわち、図31に示す例では、送信アンテナ17は、図中に破線で示す、受信アンテナ18−1〜18−4の中心軸と同じ位置に配置されている。   FIG. 31 shows an arrangement example of the transmission antenna 17 and the reception antennas 18-1 to 18-4 as an example for explaining the effect of the offset of the transmission antenna 17 in the third embodiment. In the example of FIG. 31, the arrangement position of the transmission antenna 17 is different from that of FIG. That is, in the example shown in FIG. 31, the transmission antenna 17 is arranged at the same position as the central axis of the reception antennas 18-1 to 18-4 indicated by a broken line in the drawing.

図32〜図33は、図31に示すオフセットの無い例の送信アンテナ17から受信アンテナ18−1〜18−4への回り込みに対する動作を説明するための図である。より詳細には、図32(A)は第1角度スペクトラムに係るC(θ)を示し、図32(B)は第2角度スペクトラムに係るD(θ)を示し、図32(C)は第2角度スペクトラムに係るF(θ)を示している。また、図33(A)はG(θ)を示し、図33(B)はTh=0.02である場合のH(θ)を示している。   FIGS. 32 to 33 are diagrams for explaining the operation with respect to the wraparound from the transmitting antenna 17 to the receiving antennas 18-1 to 18-4 in the example having no offset shown in FIG. More specifically, FIG. 32 (A) shows C (θ) related to the first angular spectrum, FIG. 32 (B) shows D (θ) related to the second angular spectrum, and FIG. F (θ) related to the two-angle spectrum is shown. FIG. 33A shows G (θ), and FIG. 33B shows H (θ) when Th = 0.02.

図29〜図30および図32〜図33の比較から、図33に示すオフセットの無い例では、送信アンテナ17から受信アンテナ18−1〜18−4への回り込みによって方位角0度の方向に物標が誤検出されている。一方、図29〜図30では、方位角0度の方向の物標の誤検出はされていない。   29 to FIG. 30 and FIG. 32 to FIG. 33, in the example having no offset shown in FIG. 33, the object is directed in the direction of 0 azimuth by the wraparound from the transmitting antenna 17 to the receiving antennas 18-1 to 18-4. The mark is misdetected. On the other hand, in FIGS. 29 to 30, the target in the direction of the azimuth angle of 0 degrees is not erroneously detected.

以上に説明したように、本発明の第3実施形態では、受信アンテナ18−1〜18−4の中心軸に対して、送信アンテナ18をオフセットさせて非対称な位置に配置するようにしたので、振幅の大きな直接波をレーダ装置10の近傍の物標として検出対象から外すことが可能になる。   As described above, in the third embodiment of the present invention, the transmitting antenna 18 is offset and arranged at an asymmetric position with respect to the central axis of the receiving antennas 18-1 to 18-4. A direct wave having a large amplitude can be removed from the detection target as a target in the vicinity of the radar apparatus 10.

(G)変形実施形態の説明
以上の実施形態は一例であって、本発明が上述したような場合のみに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、以上の各実施形態では、1つの送信アンテナ17と4つの受信アンテナ18−1〜18−4を有するようにしたが、2つ以上の送信アンテナと3つ以下または5つ以上の受信アンテナを有するようにしてもよい。
(G) Description of Modified Embodiment It goes without saying that the above embodiment is merely an example, and the present invention is not limited to the case described above. For example, in each of the above embodiments, one transmission antenna 17 and four reception antennas 18-1 to 18-4 are provided. However, two or more transmission antennas and three or less or five or more reception antennas are used. You may make it have.

また、図8に示す第2実施形態では、受信アンテナ18−1〜18−4のそれぞれに対して増幅部19−1、ミキサ20−1〜20−n,21−1〜21−n、LPF22−1〜22−n,23−1〜23−n、および、ADC24−1〜24−n,25−1〜25−nを有するようにしたが、増幅部19、ミキサ20,21、LPF22,23、および、ADC24,25のみを有するようにするとともに、受信アンテナ18〜1〜18−4の出力のいずれかを選択して増幅部19に供給するようにしてもよい。   Further, in the second embodiment shown in FIG. 8, the amplification unit 19-1, the mixers 20-1 to 20-n, 21-1 to 21-n, and the LPF 22 are respectively provided for the reception antennas 18-1 to 18-4. -1 to 22-n, 23-1 to 23-n, and ADCs 24-1 to 24-n and 25-1 to 25-n, the amplification unit 19, the mixers 20 and 21, the LPF 22, 23 and ADCs 24 and 25, and any one of the outputs of the receiving antennas 18-1 to 18-4 may be selected and supplied to the amplifying unit 19.

また、以上の各実施形態では、パルス信号を送信するパルス変調方式のレーダ装置を例に挙げて説明したが、FM変調方式のレーダ装置に対して本発明を適用することも可能である。パルス方式のレーダ装置の場合、ADC24,25,24−1〜24―n,25−1〜25―nから出力されるI,Q信号は受信信号を局発周波数で直交復調した時系列の信号であり、第1の距離関数は(I+jQ)で、時間軸を距離軸に変換した信号であり、また、第1の距離スペクトラムは、値が|I+jQ|の距離軸信号とする。一方、FM変調方式のレーダ装置の場合、送信信号は周波数を連続的に変調させたFM変調信号であり、ADC24,25,24−1〜24―n,25−1〜25―nから出力されるI,Q信号は、受信信号と周波数変調された送信信号とのビート信号であり、ビート信号をフーリエ変換により周波数領域のデータに変換することで、距離に対応したIおよびQ信号を新たに算出し、さらに、周波数軸を距離軸に変換した(I+jQ)の値を有する関数を、第1の距離関数とし、第1の距離スペクトラムは、値が|I+jQ|の距離軸信号とすることができる。   In each of the above embodiments, the pulse modulation type radar apparatus that transmits a pulse signal has been described as an example. However, the present invention can also be applied to an FM modulation type radar apparatus. In the case of a pulse-type radar device, the I and Q signals output from the ADCs 24, 25, 24-1 to 24-n, 25-1 to 25-n are time-series signals obtained by orthogonal demodulation of the received signal at the local frequency. The first distance function is (I + jQ), which is a signal obtained by converting the time axis into the distance axis, and the first distance spectrum is a distance axis signal having a value of | I + jQ |. On the other hand, in the case of an FM modulation type radar apparatus, the transmission signal is an FM modulation signal whose frequency is continuously modulated, and is output from the ADCs 24, 25, 24-1 to 24-n, 25-1 to 25-n. The I and Q signals are beat signals of the received signal and the frequency-modulated transmission signal, and the beat signal is converted into data in the frequency domain by Fourier transform, so that the I and Q signals corresponding to the distance are newly added. The function having the value of (I + jQ) calculated and further converted from the frequency axis to the distance axis is a first distance function, and the first distance spectrum is a distance axis signal having a value of | I + jQ |. it can.

また、物標の位置において強度が極大となる第1距離関数および第1角度関数の少なくとも一方を有する第1スペクトラムと、物標の位置において強度が極小となるとともに第1距離関数および第1角度関数のそれぞれに対して直交する第2距離関数および第2角度関数の少なくとも一方を有する第2スペクトラムとを生成し、これらの第1スペクトラムおよび第2スペクトラムに基づいて、対象物の位置を推定するようにしてもよい。より詳細には、第2スペクトラムを参照して、干渉波の有無の判定、干渉波による位置推定の誤りの判定、または、干渉波が存在する環境下における位置推定に用いるようにしてもよい。   In addition, the first spectrum having at least one of the first distance function and the first angle function having the maximum intensity at the target position, and the first distance function and the first angle having the minimum intensity at the target position. Generating a second spectrum having at least one of a second distance function and a second angle function orthogonal to each of the functions, and estimating the position of the object based on the first spectrum and the second spectrum You may do it. More specifically, the second spectrum may be referred to determine whether or not there is an interference wave, determine a position estimation error due to the interference wave, or perform position estimation in an environment where the interference wave exists.

10 レーダ装置
11 制御部
12 変調信号生成部
13 受信アンテナ
14 変調部
15 遅延部
16 増幅部
17 送信アンテナ
18,18−1〜18−4 受信アンテナ
19,19−1〜19−n 増幅部
20,21,20−1〜20−n,21−1〜21−n ミキサ
22,23,22−1〜22−n,23−1〜23−n LPF
26 受信信号処理部
27 距離推定部
28 速度推定部
29 方位角推定部
30 クラスタリング処理部
271 第1距離関数演算部
272 第1距離スペクトラム演算部
273 最大値抽出部
274 ヒルベルトフィルタ
275 第2距離関数演算部
276 第2距離スペクトラム演算部
277 最大値、最小値抽出部
278 最大値−最小値算出部
279 推定処理部
281〜284 窓関数乗算部
291〜294 窓関数乗算部
285,295 角度推定処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Radar apparatus 11 Control part 12 Modulation signal production | generation part 13 Reception antenna 14 Modulation part 15 Delay part 16 Amplification part 17 Transmission antenna 18, 18-1 to 18-4 Reception antenna 19, 19-1 to 19-n Amplification part 20, 21, 20-1 to 20-n, 21-1 to 21-n mixer 22, 23, 22-1 to 22-n, 23-1 to 23-n LPF
26 reception signal processing unit 27 distance estimation unit 28 speed estimation unit 29 azimuth angle estimation unit 30 clustering processing unit 271 first distance function calculation unit 272 first distance spectrum calculation unit 273 maximum value extraction unit 274 Hilbert filter 275 second distance function calculation Unit 276 second distance spectrum calculation unit 277 maximum value / minimum value extraction unit 278 maximum value-minimum value calculation unit 279 estimation processing unit 281-284 window function multiplication unit 291-294 window function multiplication unit 285, 295 angle estimation processing unit

Claims (10)

物標を検出するレーダ装置において、
送信アンテナを介して送信信号を送信する送信手段と、
前記送信手段によって送信され、前記物標によって反射された反射波を、受信アンテナを介して受信する受信手段と、
前記受信手段によって受信された受信信号を、前記送信信号の周波数によって直交復調することで前記送信信号との同相成分と直交成分とを生成する直交復調手段と、
前記同相成分および前記直交成分により、前記物標の位置に応じて強度が極大をとる第1距離関数および第1角度関数の少なくとも一方を有する第1スペクトラムと、前記物標の位置に応じて強度が極小をとる第2距離関数および第2角度関数の少なくとも一方を有する第2スペクトラムとを生成するスペクトラム生成手段と、
前記スペクトラム生成手段によって生成される前記第1スペクトラムと前記第2スペクトラムに基づいて前記物標の位置を推定する推定手段と、
を有することを特徴とするレーダ装置。
In a radar device that detects a target,
A transmission means for transmitting a transmission signal via a transmission antenna;
Receiving means for receiving a reflected wave transmitted by the transmitting means and reflected by the target via a receiving antenna;
Quadrature demodulation means for generating an in-phase component and a quadrature component of the transmission signal by quadrature demodulating the reception signal received by the reception means according to the frequency of the transmission signal;
A first spectrum having at least one of a first distance function and a first angle function having a maximum intensity according to the position of the target by the in-phase component and the quadrature component, and an intensity according to the position of the target Spectrum generating means for generating a second spectrum having at least one of a second distance function and a second angle function for which
Estimating means for estimating the position of the target based on the first spectrum and the second spectrum generated by the spectrum generating means;
A radar apparatus comprising:
前記スペクトラム生成手段は、単一の前記物標が存在する場合に、前記物標の位置において強度が極大となる第1距離関数および第1角度関数の少なくとも一方を有する第1スペクトラムと、前記物標の位置において強度が極小となる第2距離関数および第2角度関数の少なくとも一方を有する第2スペクトラムとを生成する、ことを特徴とする請求項1記載のレーダ装置。   The spectrum generating means includes a first spectrum having at least one of a first distance function and a first angle function that has a maximum intensity at the position of the target when a single target is present; The radar apparatus according to claim 1, wherein a second spectrum having at least one of a second distance function and a second angle function having a minimum intensity at the position of the target is generated. 前記送信手段は、前記送信信号を複数回送信し、
前記スペクトラム生成手段は、複数回送信された前記送信信号に対する複数の前記第2スペクトラムを生成し、
前記推定手段は、複数の前記第2スペクトラムを比較し、強度変化が極小となる位置を前記物標の位置と推定する、
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 transmission means transmits the transmission signal a plurality of times,
The spectrum generating means generates a plurality of the second spectra for the transmission signal transmitted a plurality of times,
The estimating means compares a plurality of the second spectra, and estimates a position where an intensity change is a minimum as a position of the target;
The radar apparatus according to claim 1 or 2, wherein
前記送信手段は、前記送信信号を複数回送信し、
前記スペクトラム生成手段は、複数回送信された前記送信信号に対する複数の前記第2スペクトラムを生成し、
前記推定手段は、複数の前記第2スペクトラムの各位置における最大値が極小となる位置を前記物標の位置と推定する、
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 transmission means transmits the transmission signal a plurality of times,
The spectrum generating means generates a plurality of the second spectra for the transmission signal transmitted a plurality of times,
The estimating means estimates a position where a maximum value at each position of the plurality of second spectra is a minimum as the position of the target;
The radar apparatus according to claim 1 or 2, wherein
前記送信手段は、所定の周波数を有する局発信号をパルス状のベースバンド信号によって変調することで前記送信信号を生成し、
前記直交復調手段は、前記受信信号を前記局発信号によって直交復調することで前記同相成分であるI成分と前記直交成分であるQ成分とを生成し、
前記スペクトラム生成手段は、
jを虚数単位とし、前記第1距離関数として(I+jQ)に比例する値を有するとともに時間軸を距離軸に変換した関数を使用し、第1距離スペクトラムとして前記第1距離関数の強度を示す関数を使用し、
前記第2距離関数として、(I+jQ)をヒルベルト変換して得られる値を(I’+jQ’)とする場合に(I’+jQ’)に比例する値を有するとともに時間軸を距離軸に変換した関数を使用し、第2距離スペクトラムとして前記第2距離関数の強度を示す関数を使用する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーダ装置。
The transmission means generates the transmission signal by modulating a local oscillation signal having a predetermined frequency with a pulsed baseband signal,
The quadrature demodulation means generates the I component that is the in-phase component and the Q component that is the quadrature component by performing quadrature demodulation on the received signal with the local oscillation signal,
The spectrum generating means includes
A function that has a value proportional to (I + jQ) as the first distance function and uses a function in which the time axis is converted into the distance axis as the first distance function, and indicates the strength of the first distance function as the first distance spectrum. Use
When the value obtained by Hilbert transform of (I + jQ) is (I ′ + jQ ′) as the second distance function, the value is proportional to (I ′ + jQ ′) and the time axis is converted to the distance axis A function is used, and a function indicating the intensity of the second distance function is used as the second distance spectrum.
The radar apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the radar apparatus is characterized in that:
前記送信手段は、周波数が連続的に変化するFM変調信号を前記送信信号として生成し、
前記直交復調手段は、前記受信信号と前記送信信号の周波数差を有するビート信号を生成し、前記ビート信号をフーリエ変換により周波数領域に変換することで、前記同相成分であるI成分と前記直交成分であるQ成分とを生成し、
前記スペクトラム生成手段は、
jを虚数単位とし、前記第1距離関数として(I+jQ)に比例する値を有するとともに周波数軸を距離軸に変換した関数を使用し、第1距離スペクトラムとして前記第1距離関数の強度を示す関数を使用し、
前記第2距離関数として、(I+jQ)をヒルベルト変換して得られる値を(I’+jQ’)とする場合に(I’+jQ’)に比例する値を有するとともに周波数軸を距離軸に変換した関数を使用し、第2距離スペクトラムとして前記第2距離関数の強度を示す関数を使用する、
ことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のレーダ装置。
The transmission means generates an FM modulation signal whose frequency continuously changes as the transmission signal,
The quadrature demodulation means generates a beat signal having a frequency difference between the reception signal and the transmission signal, and transforms the beat signal into a frequency domain by Fourier transform, whereby the I component that is the in-phase component and the quadrature component And a Q component that is
The spectrum generating means includes
a function that has a value proportional to (I + jQ) as the first distance function and uses a function in which the frequency axis is converted to the distance axis, and indicates the intensity of the first distance function as the first distance spectrum, where j is an imaginary unit Use
As the second distance function, when the value obtained by Hilbert transform of (I + jQ) is (I ′ + jQ ′), the value is proportional to (I ′ + jQ ′) and the frequency axis is converted to the distance axis. A function is used, and a function indicating the intensity of the second distance function is used as the second distance spectrum.
The radar apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the radar apparatus is characterized in that:
前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの少なくとも一方を複数有し、
前記スペクトラム生成手段は、
jを虚数単位とし、前記送信アンテナおよび前記受信アンテナの組み合わせによる(I+jQ)を配列とし、フーリエ変換を行うことで、角度軸における前記第1角度関数を生成し、
前記第1角度関数の実部および虚部をRe_AおよびIm_Aとする場合に、Re_AおよびIm_Aをヒルベルト変換した結果をRe_BおよびIm_Bとしたとき、前記第2角度関数は、(Re_B+jIm_B)に比例する角度軸の関数であり、第2角度スペクトラムは、前記第2角度関数の強度を反映した角度軸信号である、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のレーダ装置。
A plurality of at least one of the transmitting antenna and the receiving antenna;
The spectrum generating means includes
j is an imaginary unit, (I + jQ) based on the combination of the transmission antenna and the reception antenna is an array, and Fourier transform is performed to generate the first angle function on the angle axis,
When the real part and the imaginary part of the first angle function are Re_A and Im_A, and the result of Hilbert transform of Re_A and Im_A is Re_B and Im_B, the second angle function is an angle proportional to (Re_B + jIm_B) The second angle spectrum is an angle axis signal reflecting the intensity of the second angle function.
The radar apparatus according to claim 1, wherein
(I+jQ)の配列から前記第2角度関数を算出する際に、奇関数の窓関数を用いることを特徴とする請求項7に記載のレーダ装置。   The radar apparatus according to claim 7, wherein an odd function window function is used when calculating the second angle function from an array of (I + jQ). 前記受信アンテナを複数有するとともに第1方向に並べて配置され、
前記送信アンテナは、複数の前記受信アンテナの配列の中心からずれた位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のレーダ装置。
A plurality of receiving antennas and arranged side by side in a first direction;
The transmitting antenna is disposed at a position shifted from the center of the array of the plurality of receiving antennas.
The radar apparatus according to claim 1, wherein
物標を検出するレーダ装置の物標検出方法において、
送信アンテナを介して送信信号を送信する送信ステップと、
前記送信ステップによって送信され、前記物標によって反射された反射波を、受信アンテナを介して受信する受信ステップと、
前記受信ステップによって受信された受信信号を、前記送信信号の周波数によって直交復調することで前記送信信号との同相成分と直交成分とを生成する直交復調ステップと、
前記同相成分および前記直交成分により、前記物標の位置に応じて強度が極大をとる第1距離関数および第1角度関数の少なくとも一方を有する第1スペクトラムと、前記物標の位置に応じて強度が極小をとる第2距離関数および第2角度関数の少なくとも一方を有する第2スペクトラムとを生成するスペクトラム生成ステップと、
前記スペクトラム生成ステップによって生成される前記第1スペクトラムと前記第2スペクトラムに基づいて前記物標の位置を推定する推定ステップと、
を有することを特徴とするレーダ装置の物標検出方法。
In a target detection method of a radar device that detects a target,
A transmission step of transmitting a transmission signal via a transmission antenna;
A receiving step of receiving the reflected wave transmitted by the transmitting step and reflected by the target via a receiving antenna;
A quadrature demodulation step for generating an in-phase component and a quadrature component of the transmission signal by performing quadrature demodulation on the reception signal received by the reception step according to the frequency of the transmission signal;
A first spectrum having at least one of a first distance function and a first angle function having a maximum intensity according to the position of the target by the in-phase component and the quadrature component, and an intensity according to the position of the target Generating a spectrum having a second spectrum having at least one of a second distance function and a second angle function having a minimum;
An estimation step for estimating a position of the target based on the first spectrum and the second spectrum generated by the spectrum generation step;
A target detection method for a radar apparatus, comprising:
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