JP2019174206A - Signal processing device, signal processing method and signal processing program - Google Patents
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Description
本開示は、信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムに関する。 The present disclosure relates to a signal processing device, a signal processing method, and a signal processing program.
目標物の位置を検出する装置の一例として、レーダセンサが知られている。レーダセンサは、電波を目標物に向けて送信する送信部と、目標物から反射された反射波を受信する受信部と、受信信号を処理して目標物の位置を算出する処理部とを含む。レーダセンサによれば、電波を用いているので天候に左右されずに目標物の位置を検出できるというメリットがある。加えて、目標物が人である場合、レーダセンサによれば、人のプライバシーを保護しつつ、人の位置を検出できるというメリットがある。 A radar sensor is known as an example of an apparatus that detects the position of a target. The radar sensor includes a transmission unit that transmits radio waves toward a target, a reception unit that receives a reflected wave reflected from the target, and a processing unit that processes the received signal to calculate the position of the target. . According to the radar sensor, since the radio wave is used, there is an advantage that the position of the target can be detected without being influenced by the weather. In addition, when the target is a person, the radar sensor has an advantage that the position of the person can be detected while protecting the privacy of the person.
一方、レーダセンサは、画像センサ等の他のセンサに対して、精度(空間分解能及び距離分解能)が劣ることがあった。そのため、レーダセンサの精度を高めるための種々の試みがなされている。例えば、特許文献1,2及び非特許文献1は、Khatri-Rao積を用いた拡張アレー処理を行うことで、仮想的にアンテナの素子数を拡張して、レーダセンサの空間分解能を高めることを開示している。
On the other hand, the radar sensor may be inferior in accuracy (spatial resolution and distance resolution) to other sensors such as an image sensor. Therefore, various attempts have been made to increase the accuracy of the radar sensor. For example,
近年、IoT技術、自動運転技術などの先端技術の開発が盛んに行われており、レーダセンサのさらなる高精度化が期待されている。しかしながら、距離分解能を高めるための実効的な技術は、まだ提案されていない。 In recent years, advanced technologies such as IoT technology and automatic driving technology have been actively developed, and higher accuracy of the radar sensor is expected. However, an effective technique for increasing the distance resolution has not been proposed yet.
そこで、本開示は、距離分解能を高めることが可能な信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムを説明する。 Thus, the present disclosure describes a signal processing device, a signal processing method, and a signal processing program that can increase the distance resolution.
本開示の一つの観点に係る信号処理装置は、周波数が離散的に変更された探知波が物体で反射された反射波を受信するように構成された受信部と、反射波を位相検波するように構成された位相検波部と、位相検波部からの出力から得られる位相ベクトルの相関行列を、Khatri-Rao積を用いてベクトル化して、拡張位相ベクトルを生成するように構成された拡張処理部と、拡張位相ベクトルを逆離散フーリエ変換して得られる距離スペクトルのピークに基づいて、物体までの距離を算出するように構成された距離算出部とを備える。 A signal processing device according to an aspect of the present disclosure includes a receiving unit configured to receive a reflected wave in which a detection wave whose frequency is discretely changed is reflected by an object, and a phase detection of the reflected wave The phase detection unit configured in the above and the extended processing unit configured to vectorize the correlation matrix of the phase vector obtained from the output from the phase detection unit using the Khatri-Rao product to generate the extended phase vector And a distance calculation unit configured to calculate a distance to the object based on a peak of a distance spectrum obtained by performing inverse discrete Fourier transform on the extended phase vector.
本開示の他の観点に係る信号処理方法は、周波数が離散的に変更された探知波が物体で反射された反射波を位相検波することと、反射波を位相検波した出力から得られる位相ベクトルの相関行列を、Khatri-Rao積を用いてベクトル化して、拡張位相ベクトルを生成することと、拡張位相ベクトルを逆離散フーリエ変換して得られる距離スペクトルのピークに基づいて、物体までの距離を算出することとを含む。 A signal processing method according to another aspect of the present disclosure includes a phase vector obtained from a phase detection of a reflected wave reflected by an object and a detection signal whose frequency is discretely changed, and an output obtained by phase detection of the reflected wave The correlation matrix is vectorized using the Khatri-Rao product to generate an extended phase vector, and the distance to the object is calculated based on the peak of the distance spectrum obtained by inverse discrete Fourier transform of the extended phase vector. Calculating.
本開示の他の観点に係る信号処理プログラムは、上記の方法をコンピュータに実行させる。 A signal processing program according to another aspect of the present disclosure causes a computer to execute the above method.
本開示に係る信号処理装置、信号処理方法及び信号処理プログラムによれば、距離分解能を高めることが可能となる。 According to the signal processing device, the signal processing method, and the signal processing program according to the present disclosure, it is possible to increase the distance resolution.
以下に、本開示に係る実施形態の一例について、図面を参照しつつより詳細に説明する。以下の説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。 Hereinafter, an example of an embodiment according to the present disclosure will be described in more detail with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are used for the same elements or elements having the same function, and redundant description is omitted.
[レーダセンサ]
まず、図1を参照して、レーダセンサ1(信号処理装置)の構成について説明する。レーダセンサ1は、例えば、広帯域の無線電波を発信するように構成されている。レーダセンサ1が発信する無線電波の周波数帯域幅は、例えば、100MHz以上であってもよいし、300MHz以上であってもよいし、500MHz以上であってもよいし、1GHz以上であってもよい。特に、レーダセンサ1は、周波数帯域幅が500MHz以上の超広帯域(UWB:Ultra Wide Band)無線センサであってもよい。
[Radar sensor]
First, the configuration of the radar sensor 1 (signal processing device) will be described with reference to FIG. The
レーダセンサ1は、図1に示されるように、コヒーレント発振器10と、局部発振器12と、ステップ信号生成器14と、混合器16と、パルス変調器18と、送信アンテナ20と、受信アンテナ22(受信部)と、混合器24と、位相検波器26(位相検波部)と、フーリエ変換器28(位相検波部)と、拡張処理部30と、逆離散フーリエ変換器32(距離算出部)とを含む。
As shown in FIG. 1, the
レーダセンサ1においては、コヒーレント発振器10、局部発振器12、ステップ信号生成器14、混合器16、パルス変調器18及び送信アンテナ20が、電波の送信機34として機能する。レーダセンサ1においては、コヒーレント発振器10、局部発振器12、ステップ信号生成器14、受信アンテナ22、混合器24、位相検波器26、フーリエ変換器28、拡張処理部30及び逆離散フーリエ変換器32が、電波の受信機36(信号処理装置)として機能する。
In the
コヒーレント発振器10は、中間周波数fCOHOの連続波信号であるIF信号s1(t)を混合器16及び位相検波器26に出力するように構成されている。IF信号s1(t)は、時間tの関数として、式1にて表される。
局部発振器12は、局部発信周波数fSTALOの連続波信号であるRF信号s2(t)を混合器16,24に出力するように構成されている。RF信号s2(t)は、時間tの関数として、式2にて表される。
ステップ信号生成器14は、局部発振器12の局部発信周波数fSTALOを制御するための周波数制御電圧VTを、所定の出力パターンαに基づいて局部発振器12に出力するように構成されている。具体的には、レーダセンサ1の周波数帯域を一定の周波数間隔ΔfでN個に等分することで離散化されたN個の周波数のいずれかの値が、出力パターンαに基づいて、局部発信周波数fSTALOに割り当てられる(ただし、Nは自然数である。)。
The
すなわち、レーダセンサ1の周波数帯域の最小値をfmin=f1とすると、当該周波数帯域の最大値fmax=fNはfmin+(N−1)Δfとなり、局部発信周波数fSTALOはf1=fmin、f2=fmin+Δf、f3=fmin+2Δf、・・・、fN=fmin+(N−1)Δfのいずれかの値をとる。従って、出力パターンαkに対応する周波数をfαkとすると、局部発信周波数fSTALOは式3にて表される(ただし、kは1〜Nの自然数である。)。
fSTALO=fαk ・・・(3)
That is, assuming that the minimum value of the frequency band of the
f STALO = f αk (3)
例えば、出力パターンαが(α1,α2,α3,α4,α5,α6)=(1,2,3,4,5,6)の場合、局部発信周波数fSTALOの出力順序は(f1,f2,f3,f4,f5,f6)=(fmin,fmin+Δf,fmin+2Δf,fmin+3Δf,fmin+4Δf,fmin+5Δf)となる。この場合、局部発信周波数fSTALOは、図2(a)に示されるように、Δfずつ増分してステップ状に変化する。すなわち、このときの局部発信周波数fSTALOは、床関数(実数xに対してx以下の最大の整数を返す関数であり、floor(x)と表記する。)を用いて、式4にて表すことができる。
一方、例えば、出力パターンαが(α1,α2,α3,α4)=(3,2,4,1)の場合、局部発信周波数fSTALOの出力順序は(f3,f2,f4,f1)=(fmin+2Δf,fmin+Δf,fmin+3Δf,fmin)となる。この場合、局部発信周波数fSTALOは、図2(b)に示されるように、Δfの間隔でステップ状に且つ順不同に変化する。 On the other hand, for example, when the output pattern α is (α 1 , α 2 , α 3 , α 4 ) = ( 3 , 2 , 4 , 1 ), the output order of the local transmission frequency f STALO is (f 3 , f 2 , f 4 , f 1 ) = (f min + 2Δf, f min + Δf, f min + 3Δf, f min ). In this case, as shown in FIG. 2B , the local oscillation frequency f STALO changes stepwise and in random order at intervals of Δf.
混合器16は、コヒーレント発振器10から出力されたIF信号s1(t)と、局部発振器12から出力されたRF信号s2(t)とを混合し、連続探知波s3(t)をパルス変調器18に出力するように構成されている。連続探知波s3(t)は、時間tの関数として、式5にて表される。
ここで、図3(a)に、一例として、連続探知波s3(t)の波形を示す。図3(a)に示されるように、連続探知波s3(t)は、局部発信周波数fSTALOの周波数変化(fα1,fα2,fα3,・・・,fαn)に伴って、一定のパルス周期τPRFでステップ状に周波数が変化する。 Here, FIG. 3A shows a waveform of the continuous detection wave s 3 (t) as an example. As shown in FIG. 3 (a), the continuous detection wave s 3 (t), the frequency change of the local oscillation frequency f STALO (f α1, f α2 , f α3, ···, f αn) with the, The frequency changes stepwise with a constant pulse period τ PRF .
パルス変調器18は、連続探知波s3(t)をパルス変調したパルス探知波s4(t)を送信アンテナ20に出力する。パルス探知波s4(t)は、時間tの関数として、式6にて表される。式6において、τPはパルス幅であり、τP<τPRFの関係が成り立つ。式6において、rect(x)は、式7にて表される矩形関数(rectangular function)である。
ここで、図3(b)に、一例として、図3(a)の連続探知波s3(t)がパルス変調されたパルス探知波s4(t)の波形を示す。図3(b)に示されるように、パルス探知波s4(t)は、連続探知波s3(t)の周波数が変化する各時刻を起点として、一定のパルス幅τPだけ周波数fSTALO+fCOHOのコサイン波となり、それ以外の期間は0となるように変化する。 Here, FIG. 3B shows, as an example, the waveform of a pulse detection wave s 4 (t) obtained by pulse-modulating the continuous detection wave s 3 (t) of FIG. As shown in FIG. 3B, the pulse detection wave s 4 (t) has a frequency f STALO by a constant pulse width τ P starting from each time when the frequency of the continuous detection wave s 3 (t) changes. It becomes a cosine wave of + f COHO , and changes so as to be 0 in other periods.
送信アンテナ20は、パルス変調器18から出力されたパルス探知波s4(t)を探知空間に向けて送信するように構成されている。図1に示されるように、探知空間に目標物TRが存在する場合、パルス探知波s4(t)は目標物TRによって反射される。
The
受信アンテナ22は、目標物TRからの反射波s5(t)、他の機器から送信された電波などを受信するように構成されている。パルス探知波s4(t)が送信アンテナ20から送信されてから受信アンテナ22が反射波s5(t)を受信されるまでの時間をtrとすると、反射波s5(t)のパルスはパルス探知波s4(t)のパルスよりも時間trだけ遅延する。そのため、反射波s5(t)には、パルス探知波s4(t)に対して、時間trに対応する位相遅延が生ずる。加えて、目標物TRがレーダセンサ1に対して相対的に相対速度vrで移動している場合、反射波s5(t)には、パルス探知波s4(t)に対して、ドップラー効果による周波数シフトfdが生ずる。よって、反射波s5(t)は、時間tの関数として、式8にて表される。
ここで、時間tr及び周波数シフトfdは、光速cと、レーダセンサ1から目標物TRまでの直線距離dと、基本周波数fc(=fmin+fCOHO)とを用いて、それぞれ式9,10にて表される。
混合器24は、局部発振器12から出力されたRF信号s2(t)と、受信アンテナ22が受信した反射波s5(t)とを混合する処理と、混合波の上側波帯成分をローパスフィルタにより除去する処理と、フィルタ処理後の混合波の下側波帯成分をダウンコンバート信号s6(t)として位相検波器26に出力する処理とを実行するように構成されている。ダウンコンバート信号s6(t)は、時間tの関数として、式11にて表される。
位相検波器26は、コヒーレント発振器10から出力されたIF信号s1(t)の同相成分s1I(t)とダウンコンバート信号s6(t)とを混合すると共に、コヒーレント発振器10から出力されたIF信号s1(t)の直交成分s1Q(t)とダウンコンバート信号s6(t)とを混合して、生成された2つのI/Q信号s7I(t),s7Q(t)をフーリエ変換器28に出力するように構成されている。I/Q信号s7I(t),s7Q(t)は、時間tの関数として、それぞれ式12,13にて表される。なお、式12,13において、Cは定数である。
フーリエ変換器28は、位相検波器26から出力されたI/Q信号s7I(t),s7Q(t)をA/D変換し、それぞれのステップごと(パルスごと)に、s7I(t)−js7Q(t)の高速フーリエ変換を行い、離散スペクトルs7(f)を生成するように構成されている。離散スペクトルS7(f)は、デルタ関数δ(x)を用いて、式14にて表される。なお、式14において、Aは定数である。
式14より、第n番目の受信パルス(中心周波数fn)の位相検波出力Rnは、位相φnを用いて、式15にて表される。
fd<<fc+(n−1)Δfが成り立つとすると、中心周波数fn=fc+(n−1)Δfであるから、fn×2d/cをθnとおくと、位相φnは式16にて表される。
ここで、n番目の受信パルス到来波数がL個である場合、位相検波出力r(n)は、第lの到来波の振幅sl及び第lの到来波の位相θl(n)を用いて式15のA及びφnをそれぞれ置き換えることにより、式17で表される(ただし、Lは自然数であり、lは0〜Lの整数である。)。フーリエ変換器28は、位相検波出力r(n)を拡張処理部30に出力するように構成されている。
拡張処理部30は、フーリエ変換器28から出力された位相検波出力r(n)を用いて、位相ベクトルを生成するように構成されている。N個の位相検波出力の位相成分を表すステアリングベクトル{a}を式18で定義したとき、式17の各ステップでの位相検波出力をまとめたN個の要素からなる位相ベクトル{r}は式19で表すことができる。ただし、式18では、機器内の熱による白色ガウス雑音v(n)も考慮している。なお、本明細書の本文中では、記号「{」及び「}」で囲まれた値がベクトル量であることを意味する。
ただし、式19において、{s}は、L個の要素からなる到来波ごとの振幅ベクトルである。式19において、{v}は、N個の要素からなる雑音ベクトルである。式19において、[A]はN×Lの行列であり式20で表される。なお、本明細書の本文中では、記号「[」及び「]」で囲まれた値が行列であることを意味する。
However, in Equation 19, {s} is an amplitude vector for each incoming wave composed of L elements. In Equation 19, {v} is a noise vector composed of N elements. In Equation 19, [A] is an N × L matrix and is represented by
拡張処理部30は、位相ベクトル{r}の相関行列[Rrr]を生成するように構成されている。相関行列[Rrr]は、N×Nの行列であり、式21にて表される。
式21において、Hは複素共役転置を表しており、[IN]はN×Nの単位行列である。ただし、振幅と雑音とはそれぞれ無相関であり、
としている。
The
In Equation 21, H represents a complex conjugate transpose, and [I N ] is an N × N unit matrix. However, amplitude and noise are uncorrelated with each other,
It is said.
複数目標からの到来波が互いに無相関の場合、対角行列diag[・]を用いて、[D]を式22で表すことができる。
ここで、pl=|sl|2である。式21及び式22より、相関行列[Rrr]は式23に変形できる。
Here, p l = | s l | 2 . From Equation 21 and
拡張処理部30は、Khatri-Rao積を用いて相関行列[Rrr]をベクトル化することにより拡張位相ベクトル{y}を生成し、拡張位相ベクトル{y}を逆離散フーリエ変換器32に出力するように構成されている。拡張位相ベクトル{y}は、式24にて表される。
式19と式24とを対比すると、式24の行列
(以下、「KR行列」と称する。)は式19の行列[A]と対応しており、式24の{p}は式19の振幅ベクトル{sl}と対応しており、式24の
は式19の雑音ベクトル{v}と対応している。KR行列はN×Nの行列であり、その要素数が拡張位相ベクトル{y}の要素数となる。従って、拡張処理部30の拡張処理を経ることで、ステップ周波数の自由度がNからN2に仮想的に拡張される。
Comparing Equation 19 and
(Hereinafter referred to as “KR matrix”) corresponds to the matrix [A] in Equation 19, {p} in
Corresponds to the noise vector {v} of Equation 19. The KR matrix is an N × N matrix, and the number of elements is the number of elements of the extended phase vector {y}. Therefore, the degree of freedom of the step frequency is virtually expanded from N to N 2 through the expansion process of the
拡張位相ベクトル{y}におけるKR行列の要素は、式25で表すことができる。
列をnA、行をnBとすると、式25の行列のnA列nB行目は式26のように表すことができる(ただし、nA,nBはそれぞれ1〜Nの自然数である。)。
式26は、nA,nBの組み合わせ次第で、同じ値を有する複数の要素がKR行列に存在しうることを示している。周波数間隔Δfが各ステップで等しい場合には、KR行列は2N−1個の異なる要素を持つ。
Assuming that the column is n A and the row is n B , the n A column n B row of the matrix of
このとき、nA−nB=mとおくと、拡張位相ベクトル{y}の一つの要素y(m)は、式24及び式26を用いて、式27にて表すことができる。なお、nA,nBはそれぞれ1〜Nの自然数であるので、mは−N+1,・・・,0,・・・,N−1の整数である。
逆離散フーリエ変換器32は、拡張処理部30から出力された拡張位相ベクトル{y}に対して逆離散フーリエ変換を適用し、距離スペクトルRKR(φ)を生成するように構成されている。具体的には、距離スペクトルRKR(φ)は、要素y(m)に対して逆離散フーリエ変換を適用することで、式28にて表される。
式28より、φ=(2N−1)Δf×2d/cのときに、距離スペクトルRKR(φ)が鋭いピークを示す。従って、逆離散フーリエ変換器32は、距離スペクトルRKR(φ)がピークを示す位相φpeakを用いて、目標物TRまでの直線距離dを式29により算出する。
レーダセンサ1の上記各要素の機能は、レーダセンサ1が備える一つ又は複数のコントローラ(制御部)が動作することによって実現されていてもよい。あるいは、当該各機能は、コンピュータに記録されているプログラム(信号処理プログラム)の実行により実現されてもよいし、専用の電気回路(例えば論理回路)又はこれを集積した集積回路(ASIC:Application Specific Integrated Circuit)により実現されるものであってもよい。
The function of each element of the
[距離推定方法]
続いて、図4を参照して、レーダセンサ1により自身から目標物TRまでの距離を推定する方法について説明する。
[Distance estimation method]
Next, a method for estimating the distance from itself to the target TR by the
まず、コヒーレント発振器10がIF信号s1(t)を混合器16に出力すると共に、局部発振器12がRF信号s2(t)を混合器16に出力する(図4のステップS1参照)。なお、局部発振器12の局部発信周波数fSTALOは、レーダセンサ1の周波数帯域がステップ信号生成器14によって周波数間隔ΔfでN個に離散化されたいずれかの値をとる。
First, the
次に、混合器16は、IF信号s1(t)及びRF信号s2(t)を混合して、連続探知波s3(t)を生成する(図4のステップS2参照)。混合器16は、生成した連続探知波s3(t)をパルス変調器18に出力する。
Next, the
次に、パルス変調器18は、連続探知波s3(t)をパルス変調して、パルス探知波s4(t)を生成する(図4のステップS3参照)。パルス変調器18は、生成したパルス探知波s4(t)を送信アンテナ20に出力する。
Next, the
次に、送信アンテナ20は、パルス探知波s4(t)を探知空間に向けて送信する(図4のステップS4参照)。探知空間に送信されたパルス探知波s4(t)は、探知空間に存在する目標物TRで反射される。受信アンテナ22は、目標物TRからの反射波s5(t)を受信する(図4のステップS5参照)。
Next, the
次に、局部発振器12がRF信号s2(t)を混合器24に出力すると共に、送信アンテナ20が反射波s5(t)を混合器24に出力する(図4のステップS6参照)。混合器24は、IF信号s1(t)及び反射波s5(t)を混合して、フィルタ処理することにより、ダウンコンバート信号s6(t)を生成する(図4のステップS7参照)。
Next, the
次に、コヒーレント発振器10がIF信号s1(t)を位相検波器26に出力すると共に、混合器24がダウンコンバート信号s6(t)を位相検波器26に出力する(図4のステップS8参照)。位相検波器26は、IF信号s1(t)の同相成分s1I(t)とダウンコンバート信号s6(t)とを混合すると共に、IF信号s1(t)の直交成分s1Q(t)とダウンコンバート信号s6(t)とを混合して、2つのI/Q信号s7I(t),s7Q(t)を生成する(図4のステップS9参照)。位相検波器26は、生成した2つのI/Q信号s7I(t),s7Q(t)をフーリエ変換器28に出力する。
Next, the
次に、フーリエ変換器28は、I/Q信号s7I(t),s7Q(t)に基づいて高速フーリエ変換を行い、位相検波出力r(n)を生成する(図4のステップS10参照)。フーリエ変換器28は、生成した位相検波出力r(n)を拡張処理部30に出力する。
Next, the
次に、拡張処理部30は、位相検波出力r(n)を用いて位相ベクトルを生成すると共に、位相ベクトルの相関行列を、Khatri-Rao積を用いてベクトル化して、拡張位相ベクトル{y}を生成する(図4のステップS11参照)。拡張処理部30は、生成した拡張位相ベクトル{y}を逆離散フーリエ変換器32に出力する。
Next, the
次に、逆離散フーリエ変換器32は、拡張位相ベクトル{y}に対して逆離散フーリエ変換を適用し、距離スペクトルRKR(φ)を生成する(図4のステップS12参照)。逆離散フーリエ変換器32は、得られた距離スペクトルRKR(φ)が鋭いピークを示す位相φpeakを用いて、目標物TRまでの直線距離dを算出する(図4のステップS13参照)。こうして、レーダセンサ1から目標物TRまでの直線距離dが推定される。すなわち、直線距離dの推定方法は、受信した反射波s5(t)を処理する信号処理方法でもある。
Next, the inverse
[作用]
以上の実施形態では、受信アンテナ22が受信する反射波s5(t)の周波数も、パルス探知波s4(t)と同様に離散化されている。そのため、反射波s5(t)が位相検波器26及びフーリエ変換器28で位相検波されると、離散化された位相差を含む位相検波出力r(n)がフーリエ変換器28から出力される。このような位相検波出力r(n)から得られる位相ベクトル{r}の相関行列[Rrr]に基づいて、拡張処理部30がKhatri-Rao積を用いて拡張位相ベクトル{y}を生成すると、当該拡張位相ベクトル{y}の要素数は、位相ベクトル{r}の要素数に対して仮想的に拡張される。換言すれば、周波数帯域幅が仮想的に拡張する。距離分解能は周波数帯域幅に反比例するので、周波数帯域幅の仮想的な拡張により、距離分解能を高めることが可能となる。
[Action]
In the above embodiment, the frequency of the reflected wave s 5 (t) received by the receiving
以上の実施形態では、パルス探知波s4(t)は、所定の周波数帯域が最小値と最大値との間で一定の周波数間隔Δfで等分された各周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスがステップ状に変化したパルス信号である。そのため、位相ベクトル{r}の要素数をNとすると、拡張位相ベクトル{y}の有効要素数は2N−1となる。従って、Khatri-Rao積を利用した拡張処理をしない場合と比較して、距離分解能を2N−1倍に高めることが可能となる。 In the above embodiment, the pulse detection wave s 4 (t) has a plurality of frequencies each having a predetermined frequency band equally divided at a constant frequency interval Δf between a minimum value and a maximum value as a center frequency. This is a pulse signal in which the pulse is changed stepwise. Therefore, when the number of elements of the phase vector {r} is N, the number of effective elements of the extended phase vector {y} is 2N−1. Therefore, the distance resolution can be increased 2N-1 times compared to the case where the expansion process using the Khatri-Rao product is not performed.
ここで、位相検波出力Rnを、拡張処理部30で拡張処理することなく、直接、逆離散フーリエ変換した場合を考える。位相検波出力Rnに逆離散フーリエ変換を適用すると、式30に示される距離スペクトルR(φ)が生成される。
式30より、φ=NΔf×2d/cのときに、距離スペクトルR(φ)が鋭いピークを示す。従って、距離スペクトルR(φ)がピークを示す位相φpeakを用いると、目標物TRまでの直線距離dは式31により算出される。
式29と式31とを対比すると、拡張処理部30による拡張処理を経た後の式29のほうが、距離分解能が2N−1倍高まっていることが確認された。
From
Comparing Expression 29 and Expression 31, it was confirmed that the distance resolution was increased by 2N-1 times in Expression 29 after the expansion processing by the
以上の実施形態では、パルス探知波s4(t)は、所定の周波数帯域が最小値と最大値との間で一定の周波数間隔Δfで等分された各周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスが、任意の順で並びつつステップ状に変化したパルス信号であってもよい。この場合、パルス探知波s4(t)を構成する複数のパルスは、中心周波数が昇順、降順等の一定の規則に沿うように順に並ぶのではなく、中心周波数がランダムに変化するように並ぶ。そのため、パルス探知波s4(t)と干渉波とが相互に干渉する確率が小さくなる。従って、他の機器から送信された電波が存在していても、物体を精度よく検出することが可能となる。 In the above embodiment, the pulse detection wave s 4 (t) has a plurality of frequencies each having a predetermined frequency band equally divided at a constant frequency interval Δf between a minimum value and a maximum value as a center frequency. The pulse signal may be a pulse signal that changes stepwise while being arranged in an arbitrary order. In this case, the plurality of pulses constituting the pulse detection wave s 4 (t) are arranged in such a way that the center frequency changes at random instead of being arranged in order so that the center frequency follows a certain rule such as ascending order or descending order. . Therefore, the probability that the pulse detection wave s 4 (t) and the interference wave interfere with each other is reduced. Therefore, even if there is a radio wave transmitted from another device, the object can be detected with high accuracy.
[変形例]
以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、特許請求の範囲及びその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。
[Modification]
As mentioned above, although embodiment concerning this indication was described in detail, you may add various deformation | transformation to said embodiment in the range which does not deviate from a claim and the summary.
(1)例えば、上記の実施形態では、パルス探知波s4(t)は、所定の周波数帯域が最小値と最大値との間で一定の周波数間隔Δfで等分された各周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスがステップ状に変化したパルス信号であればよい。すなわち、これらの複数のパルスは、中心周波数が昇順、降順等の一定の規則に沿って順に並んでいてもよい。 (1) For example, in the above embodiment, the pulse detection wave s 4 (t) is centered on each frequency in which a predetermined frequency band is equally divided between the minimum value and the maximum value at a constant frequency interval Δf. Any pulse signal may be used as long as a plurality of pulses having a frequency change stepwise. That is, the plurality of pulses may be arranged in order according to a certain rule such as the ascending order or descending order of the center frequency.
(2)ステップ信号生成器14において、レーダセンサ1の周波数帯域を最小値と最大値との間で一定の周波数間隔ΔfでN個に等分することで離散化されたN個の周波数から少なくとも一つの不使用周波数が除かれた残余の使用周波数のいずれかの値が、出力パターンαに基づいて、局部発信周波数fSTALOに割り当ててもよい。換言すれば、パルス探知波s4(t)は、上記の複数の使用周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスがステップ状に変化したパルス信号であってもよい。
(2) In the
この場合、干渉波によって影響を受けうる周波数を不使用周波数として探知波から除かれる。すなわち、パルス探知波s4(t)にスペクトルホールが設定される。図5(a)に、スペクトルホールが設定されたパルス探知波s4(t)における、周波数ごとの電力スペクトル密度の例を示す。そのため、受信アンテナ22は、干渉波による干渉を受けていない反射波s5(t)を受信することができる。従って、他の機器から送信された電波が存在していても、目標物TRを精度よく検出することが可能となる。このとき、反射波s5(t)に基づいて生成される位相検波出力の各要素は、図5(b)に例示されるように、ステップ番号で図5(a)の周波数と対応している。スペクトルホールに対応するステップ数において、振幅は略0を示している。
In this case, a frequency that can be influenced by the interference wave is excluded from the detection wave as an unused frequency. That is, a spectrum hole is set in the pulse detection wave s 4 (t). FIG. 5A shows an example of the power spectral density for each frequency in the pulse detection wave s 4 (t) in which the spectrum hole is set. Therefore, the receiving
その後、Khatri-Rao積を利用した拡張処理を経ることで、不使用周波数に対応する位相差が補間された拡張位相ベクトル{y}が得られる。図5(c)に、得られた拡張位相ベクトル{y}における、ステップ数に対する位相の振幅の例を示す。図5(c)に示されるように、拡張処理を経ることにより、ステップ数が仮想的に拡張されるのみならず、スペクトルホールに対応するステップ数での振幅が補完される。そのため、スペクトルホールが設定されたパルス探知波s4(t)を用いた場合でも、距離分解能を高めることが可能となる。なお、図5(d)に、図5(c)の拡張位相ベクトル{y}のステップ番号に対応する周波数ごとの電力スペクトル密度の例を示す。図5(d)は、実在する信号ではなく、拡張位相ベクトル{y}に対応する仮想的な信号である。 Thereafter, an extended phase vector {y} in which a phase difference corresponding to an unused frequency is interpolated is obtained by performing an extension process using a Khatri-Rao product. FIG. 5C shows an example of the phase amplitude with respect to the number of steps in the obtained extended phase vector {y}. As shown in FIG. 5C, through the expansion process, not only the number of steps is virtually expanded, but also the amplitude at the number of steps corresponding to the spectrum hole is complemented. Therefore, even when the pulse detection wave s 4 (t) in which the spectrum hole is set is used, the distance resolution can be increased. FIG. 5D shows an example of the power spectral density for each frequency corresponding to the step number of the extended phase vector {y} in FIG. FIG. 5D is not a real signal but a virtual signal corresponding to the extended phase vector {y}.
なお、パルス探知波s4(t)にスペクトルホールが設定する際には、受信アンテナ22により事前に周囲の電波を測定しておき、パルス探知波s4(t)と干渉する周波数を検知して、その周波数を不使用周波数として設定するようにしてもよい。あるいは、送信アンテナ20からパルス探知波s4(t)を送信した際に干渉が検知された場合には、次に送信するパルス探知波s4(t)からその周波数を不使用周波数として設定するようにしてもよい。
When a spectrum hole is set in the pulse detection wave s 4 (t), surrounding radio waves are measured in advance by the receiving
(3)上記のようにパルス探知波s4(t)にスペクトルホールを設定せず、外部の電波と干渉が生じている反射波s5(t)に対してそのまま拡張処理が行われてもよい。この場合、干渉が生じている周波数が、拡張処理を通じて、あたかも干渉が生じていないか干渉が低減されたものとして、拡張位相ベクトル{y}が生成される。そのため、スペクトルホールが設定されていなくても、干渉による影響を大きく低減することが可能となる。 (3) As described above, even if the spectrum detection hole is not set in the pulse detection wave s 4 (t) and the reflected wave s 5 (t) causing interference with the external radio wave is expanded as it is. Good. In this case, the extended phase vector {y} is generated assuming that the frequency at which interference occurs is as if there is no interference or the interference is reduced through the extension process. Therefore, even if a spectrum hole is not set, the influence due to interference can be greatly reduced.
(4)レーダセンサ1がマルチパス環境下において用いられてもよい。例えば、相関のある目標が2つ存在する場合には、式21の相関行列[Rrr]を式32で表すことができる。
式32のうち、θ1(nA)−θ1(nB)及びθ2(nA)−θ2(nB)は、各目標が無相関である場合に、目標信号となる。一方、θ1(nA)−θ2(nB)及びθ2(nA)−θ1(nB)は、各目標から得られる信号の相関が大きい場合に得られる余剰成分である。当該余剰成分は拡張処理において拡張位相ベクトル{y}に歪みを発生させる原因となる。
In
ところで、余剰成分θ1(nA)−θ2(nB)は式33で表すことができる。
式33に含まれるnAd1−nBd2より、余剰成分θ1(nA)−θ2(nB)はステップごとに変化していることが分かる。式21の相関行列[Rrr]は、無相関時に、対角成分が全て同じ値となるテプリッツ行列となることから、式32の相関行列[Rrr]もテプリッツ行列となるよう式32の相関行列[Rrr]の対角方向に平均を取ることで、余剰成分を限りなく0に近づけることができる。これにより、相関信号による歪みを軽減することが可能となる。
By the way, the surplus component θ 1 (n A ) −θ 2 (n B ) can be expressed by Expression 33.
From n A d 1 −n B d 2 included in Expression 33, it is understood that the surplus component θ 1 (n A ) −θ 2 (n B ) changes for each step. Since the correlation matrix [R rr ] in Expression 21 is a Toeplitz matrix in which all diagonal components have the same value when there is no correlation, the correlation in
(5)レーダセンサ1は、送信アンテナ20及び受信アンテナ22を複数ずつ備えていてもよい。すなわち、アレイアンテナ型のレーダセンサ1であってもよい。この場合、各送信アンテナから送信された探知波の反射波を、対応する受信アンテナ22において受信することと、受信アンテナ22ごとの信号に基づく相関行列を生成することと、当該相関行列を、Khatri-Rao積を用いてベクトル化して、拡張空間ベクトルを生成することと、拡張空間ベクトルに基づき、MUSIC法などを用いて物体からの反射波の到来方向を算出することとが実行されてもよい。この場合、拡張処理により仮想的にアレー素子数が増えるので、空間分解能を高めることが可能となる。
(5) The
(6)上記の実施形態では、電波を送信する送信アンテナ20と電波を受信する受信アンテナ22とが異なる要素であったが、同じ一つのアンテナにて電波を送受信してもよい。この場合、送信する電波と受信する電波とは、例えばサーキュレータで分離されてもよい。
(6) In the above embodiment, the transmitting
(7)上記の実施形態ではレーダセンサ1について説明したが、特許請求の範囲及びその要旨をレーダセンサ1以外の他のセンサに適用してもよい。すなわち、発信された波の反射波を受信可能に構成された種々のセンサ(例えば、超音波センサ)も、特許請求の範囲及びその要旨に含まれる。
(7) Although the
[実施例1]
ここで、シミュレーションにより、拡張処理を通じて距離分解能が高められることを確認した。レーダセンサ1の仕様を、次のように設定した。
fmin=76.68GHz
Δf=10MHz
N=64
探知空間に2つの目標物TRA,TRBを配置した。目標物TRAは、レーダセンサ1から距離が7mとなる位置に固定した。目標物TRBは、レーダセンサ1からの距離が7m〜7.5mの範囲内で且つ目標物TRAとの距離が変化可能となるように配置した。距離分解能のみを検証するため、目標物TRA,TRBからの反射強度を一定とした。狭帯域パルスの振幅に対する信号対雑音比は5dBであり、雑音は信号と相関を持たないものとした。
[Example 1]
Here, it was confirmed by simulation that the distance resolution can be enhanced through the expansion process. The specifications of the
f min = 76.68 GHz
Δf = 10 MHz
N = 64
Two targets TR A and TR B are arranged in the detection space. Target TR A is the distance from the
まず、目標物TRBを7.31mに配置した。このときの2つの目標物TRA,TRBをレーダセンサ1により検知し、拡張処理なしの場合と、拡張処理ありの場合とで、距離スペクトルをそれぞれ算出した。このときの距離スペクトルを、図6(a)に示す。
First, the target TR B was placed at 7.31 m. The two targets TR A and TR B at this time are detected by the
次に、目標物TRBを7.285mに配置し、同様に、拡張処理の有無に応じて距離スペクトルをそれぞれ算出した。このときの距離スペクトルを、図6(b)に示す。 Next, the target object TR B was placed at 7.285 m, and similarly, the distance spectrum was calculated according to the presence or absence of the expansion process. The distance spectrum at this time is shown in FIG.
次に、目標物TRBを7.18mに配置し、同様に、拡張処理の有無に応じて距離スペクトルをそれぞれ算出した。このときの距離スペクトルを、図6(c)に示す。 Next, the target TR B was placed at 7.18 m, and similarly, the distance spectrum was calculated according to the presence or absence of the expansion process. The distance spectrum at this time is shown in FIG.
図6より、拡張処理がない場合には、2つの目標物TRA,TRBの距離が0.285m以下であると、レーダセンサ1が2つの目標物TRA,TRBを分離して認識できないことが確認された。一方、拡張処理がある場合には、2つの目標物TRA,TRBの距離が0.31m、0.285m、0.18mのいずれであっても、レーダセンサ1が2つの目標物TRA,TRBを分離して認識できることが確認された。また、拡張処理がない場合と比較して、拡張処理がある場合には、メインローブの幅が改善され且つレンジサイドローブが改善されたことが確認された。
From FIG. 6, when there is no expansion processing, the
次に、2つの目標物TRA,TRBの間隔dABを種々変更し、拡張処理なしの場合と、拡張処理ありの場合とで、目標物TRAの二乗平均平方根誤差(RMSE)を式34よりそれぞれ算出した。
式34において、Kはモンテカルロシミュレーションの試行回数を示す。ここでは、K=200に設定した。また、xl(k)は目標物TRAまでの距離の真値を示し、
は目標物TRAに最も近い信号の推定点までの距離を示す。推定点は、−3dB以上の極大値と定義した。
Next, the interval d AB between the two targets TR A and TR B is variously changed, and the root mean square error (RMSE) of the target TR A is expressed by the equation with and without the extension process. 34, respectively.
In
Denotes the distance to the estimated point of the closest signal to the target TR A. The estimation point was defined as a maximum value of −3 dB or more.
RMSEの計算結果を図7に示す。図7に示されるように、拡張処理なしの場合には、間隔dABが0.31m未満においてRMSEが増加した。そのため、2つの目標物TRA,TRBの距離が0.31m未満の場合には、レーダセンサ1が2つの目標物TRA,TRBを分離して認識できないことが確認された。一方、拡張処理ありの場合には、間隔dABが0.18m未満においてRMSEが増加した。そのため、2つの目標物TRA,TRBの距離が0.18m未満の場合には、レーダセンサ1が2つの目標物TRA,TRBを分離して認識できないことが確認された。従って、拡張処理がない場合と比較して、拡張処理がある場合には、距離分解能が約2倍に高まっていることが確認された。
The calculation result of RMSE is shown in FIG. As shown in FIG. 7, the RMSE increased when the distance d AB was less than 0.31 m without the extension process. Therefore, it was confirmed that when the distance between the two targets TR A and TR B is less than 0.31 m, the
[実施例2]
実施例2は、目標物TRBを用いず目標物TRAのみを用いた点と、パルス探知波s4(t)にスペクトルホールを無作為に設定した点とで、実施例1と異なる。具体的には、実施例2では、狭帯域パルス列の総数Nに対するスペクトルホールNSHの割合SHR(Spectrum hole rate)を変化させながら、第1サイドローブ及び平均サイドローブのそれぞれにおけるピーク対レンジサイドローブ比を、拡張処理なしの場合と、拡張処理ありの場合とでそれぞれ算出した。また、SHRを変化させながら、第1サイドローブ及び平均サイドローブのそれぞれにおける標準偏差を、拡張処理なしの場合と、拡張処理ありの場合とでそれぞれ算出した。これらの算出にあたって、試行回数を1000回としたモンテカルロシミュレーションを行った。なお、SHRは、式35で定義される。
SHR=NSH/N×100 ・・・(35)
[Example 2]
The second embodiment is different from the first embodiment in that only the target TR A is used without using the target TR B and in that a spectrum hole is randomly set in the pulse detection wave s 4 (t). Specifically, in the second embodiment, while changing the ratio SHR (Spectrum hole rate) of the spectrum hole N SH with respect to the total number N of narrow-band pulse trains, the peak-to-range side lobe in each of the first side lobe and the average side lobe is changed. The ratio was calculated for each case without the extension process and with the extension process. Further, the standard deviation in each of the first side lobe and the average side lobe was calculated while changing the SHR, when there was no extension process and when there was an extension process. In these calculations, a Monte Carlo simulation was performed with 1000 trials. SHR is defined by
SHR = N SH / N × 100 (35)
図8に、SHRに対するピーク対レンジサイドローブ比の結果を示す。図8に示されるように、拡張処理なしの場合には、SHRが増加するにつれてレンジサイドローブが劣化した。一方、拡張処理ありの場合には、SHRが増加してもレンジサイドローブの劣化が極めて少なく、ピーク対レンジサイドローブ比はスペクトルホールが設定されていない場合と同等であった。また、拡張処理ありの場合には、平均レンジサイドローブは、スペクトルホールが設定されていない場合と比較して約5dB改善された。これは、拡張処理による位相拡張に起因する。 FIG. 8 shows the peak-to-range sidelobe ratio results for SHR. As shown in FIG. 8, in the case of no extension processing, the range side lobe deteriorated as SHR increased. On the other hand, in the case of the extended processing, even when SHR increases, the degradation of the range side lobe is extremely small, and the peak-to-range side lobe ratio is the same as that in the case where no spectrum hole is set. In addition, in the case of the extension process, the average range side lobe was improved by about 5 dB compared to the case where the spectrum hole was not set. This is due to the phase expansion by the expansion process.
図9に、SHRに対する標準偏差の結果を示す。図9に示されるように、拡張処理なしの場合には、SHRが増加するにつれて標準偏差が増加した。一方、拡張処理ありの場合には、標準偏差は、SHRが増加してもほとんど増加せず、スペクトルホールが設定されていない場合と同等であった。 FIG. 9 shows the result of standard deviation with respect to SHR. As shown in FIG. 9, the standard deviation increased as SHR increased in the case of no expansion processing. On the other hand, in the case of the extension processing, the standard deviation hardly increased even when SHR increased, and was equivalent to the case where no spectrum hole was set.
以上により、拡張処理がない場合と比較して、拡張処理がある場合には、スペクトルホールが補間されることにより、ピーク対レンジサイドローブ比及び標準偏差が共に改善することが確認された。 From the above, it was confirmed that both the peak-to-range sidelobe ratio and the standard deviation are improved by interpolating the spectrum hole when the extended processing is performed compared to the case without the extended processing.
[例示]
例1.本開示の一つの例に係る信号処理装置は、周波数が離散的に変更された探知波が物体で反射された反射波を受信するように構成された受信部と、反射波を位相検波するように構成された位相検波部と、位相検波部からの出力から得られる位相ベクトルの相関行列を、Khatri-Rao積を用いてベクトル化して、拡張位相ベクトルを生成するように構成された拡張処理部と、拡張位相ベクトルを逆離散フーリエ変換して得られる距離スペクトルのピークに基づいて、物体までの距離を算出するように構成された距離算出部とを備える。この場合、受信部が受信する反射波の周波数も、探知波と同様に離散化されている。そのため、反射波が位相検波部で位相検波されると、離散化された位相差を含む位相検波出力が位相検波部から出力される。このような位相検波出力から得られる位相ベクトルの相関行列に基づいて、拡張処理部がKhatri-Rao積を用いて拡張位相ベクトルを生成すると、当該拡張位相ベクトルの要素数は、位相ベクトルの要素数に対して仮想的に拡張される。換言すれば、周波数帯域幅が仮想的に拡張する。距離分解能は周波数帯域幅に反比例するので、周波数帯域幅の仮想的な拡張により、距離分解能を高めることが可能となる。
[Example]
Example 1. A signal processing apparatus according to an example of the present disclosure includes a receiving unit configured to receive a reflected wave in which a detection wave whose frequency is discretely changed is reflected by an object, and phase-detecting the reflected wave The phase detection unit configured in the above and the extended processing unit configured to vectorize the correlation matrix of the phase vector obtained from the output from the phase detection unit using the Khatri-Rao product to generate the extended phase vector And a distance calculation unit configured to calculate a distance to the object based on a peak of a distance spectrum obtained by performing inverse discrete Fourier transform on the extended phase vector. In this case, the frequency of the reflected wave received by the receiving unit is also discretized in the same manner as the detection wave. For this reason, when the reflected wave is phase-detected by the phase detection unit, a phase detection output including a discretized phase difference is output from the phase detection unit. When the extended processing unit generates an extended phase vector using the Khatri-Rao product based on the phase vector correlation matrix obtained from the phase detection output, the number of elements of the extended phase vector is the number of elements of the phase vector. Is virtually expanded. In other words, the frequency bandwidth is virtually expanded. Since the distance resolution is inversely proportional to the frequency bandwidth, the distance resolution can be increased by virtual extension of the frequency bandwidth.
例2.例1の装置において、探知波は、所定の周波数帯域が最小値と最大値との間で一定の周波数間隔で等分された各周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスがステップ状に変化したパルス信号であってもよい。この場合、位相ベクトルの要素数をNとすると、拡張位相ベクトルの有効要素数は2N−1となる。そのため、Khatri-Rao積を利用した拡張処理をしない場合と比較して、距離分解能を2N−1倍に高めることが可能となる。 Example 2. In the apparatus of Example 1, a plurality of pulses each having a center frequency at each frequency obtained by equally dividing a predetermined frequency band between a minimum value and a maximum value at a constant frequency interval in a predetermined frequency band changed in a step shape. It may be a pulse signal. In this case, if the number of elements of the phase vector is N, the number of effective elements of the extended phase vector is 2N-1. Therefore, the distance resolution can be increased 2N-1 times compared to the case where the expansion process using the Khatri-Rao product is not performed.
例3.例1又は例2の装置において、探知波は、所定の周波数帯域が最小値と最大値との間で一定の周波数間隔で等分された各周波数から少なくとも一つの不使用周波数が除かれた残余の複数の使用周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスがステップ状に変化したパルス信号であってもよい。この場合、干渉波によって影響を受けうる周波数を不使用周波数として探知波から除いておくことで、すなわち探知波にスペクトルホールを設定しておくことで、受信部は、干渉波による干渉を受けていない反射波を受信する。そのため、他の機器から送信された電波が存在していても、物体を精度よく検出することが可能となる。加えて、Khatri-Rao積を利用した拡張処理を経ることで、不使用周波数に対応する位相差が補間された拡張位相ベクトルが得られる。そのため、スペクトルホールが設定された探知波を用いた場合でも、距離分解能を高めることが可能となる。 Example 3 In the apparatus of Example 1 or Example 2, the detection wave is a residual obtained by removing at least one unused frequency from each frequency in which a predetermined frequency band is equally divided between the minimum value and the maximum value at a constant frequency interval. The pulse signal may be a pulse signal in which a plurality of pulses each having a plurality of operating frequencies as a center frequency are changed stepwise. In this case, by removing the frequency that can be affected by the interference wave from the detection wave as an unused frequency, that is, by setting a spectrum hole in the detection wave, the receiving unit has received interference due to the interference wave. Receive no reflected waves. Therefore, it is possible to detect an object with high accuracy even when radio waves transmitted from other devices exist. In addition, an extended phase vector in which the phase difference corresponding to the unused frequency is interpolated can be obtained by performing the extended process using the Khatri-Rao product. Therefore, even when a detection wave in which a spectrum hole is set is used, the distance resolution can be increased.
例4.例1〜例3のいずれかの装置において、探知波は、所定の周波数帯域が最小値と最大値との間で一定の周波数間隔で等分された各周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスが、任意の順で並びつつステップ状に変化したパルス信号であってもよい。この場合、探知波を構成する複数のパルスは、中心周波数が昇順、降順等の一定の規則に沿うように順に並ぶのではなく、中心周波数がランダムに変化するように並ぶ。そのため、探知波と干渉波とが相互に干渉する確率が小さくなる。従って、他の機器から送信された電波が存在していても、物体を精度よく検出することが可能となる。 Example 4 In any of the devices of Examples 1 to 3, the detection wave includes a plurality of pulses each having a predetermined frequency band equally divided at a constant frequency interval between a minimum value and a maximum value as center frequencies. However, it may be a pulse signal that changes stepwise while being arranged in an arbitrary order. In this case, the plurality of pulses constituting the detection wave are not arranged in order so that the center frequency follows a certain rule such as ascending order or descending order, but are arranged so that the center frequency changes randomly. Therefore, the probability that the detection wave and the interference wave interfere with each other is reduced. Therefore, even if there is a radio wave transmitted from another device, the object can be detected with high accuracy.
例5.本開示の他の例に係る信号処理方法は、周波数が離散的に変更された探知波が物体で反射された反射波を位相検波することと、反射波を位相検波した出力から得られる位相ベクトルの相関行列を、Khatri-Rao積を用いてベクトル化して、拡張位相ベクトルを生成することと、拡張位相ベクトルを逆離散フーリエ変換して得られる距離スペクトルのピークに基づいて、物体までの距離を算出することとを含む。この場合、例1の装置と同様の作用効果を奏する。 Example 5. A signal processing method according to another example of the present disclosure includes: a phase vector obtained from a phase detection of a reflected wave of a detection wave whose frequency is discretely changed and reflected from an object; and an output obtained by phase detection of the reflected wave The correlation matrix is vectorized using the Khatri-Rao product to generate an extended phase vector, and the distance to the object is calculated based on the peak of the distance spectrum obtained by inverse discrete Fourier transform of the extended phase vector. Calculating. In this case, the same effects as the apparatus of Example 1 are obtained.
例6.例5の方法において、探知波は、所定の周波数帯域が最小値と最大値との間で一定の周波数間隔で等分された各周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスがステップ状に変化したパルス信号であってもよい。この場合、例2の装置と同様の作用効果を奏する。 Example 6 In the method of Example 5, in the detection wave, a plurality of pulses each having a predetermined frequency band equally divided at a constant frequency interval between a minimum value and a maximum value as center frequencies are changed in a step shape. It may be a pulse signal. In this case, the same effects as the apparatus of Example 2 are obtained.
例7.例5又は例6の方法において、探知波は、所定の周波数帯域を最小値と最大値との間で一定の周波数間隔で等分された各周波数から少なくとも一つの不使用周波数が除かれた残余の複数の使用周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスがステップ状に変化したパルス信号であってもよい。この場合、例3の装置と同様の作用効果を奏する。 Example 7. In the method of Example 5 or Example 6, the detection wave is a residual obtained by removing at least one unused frequency from each frequency obtained by equally dividing a predetermined frequency band at a certain frequency interval between a minimum value and a maximum value. The pulse signal may be a pulse signal in which a plurality of pulses each having a plurality of operating frequencies as a center frequency are changed stepwise. In this case, the same effects as the apparatus of Example 3 are obtained.
例8.例5〜例7のいずれかの方法において、探知波は、所定の周波数帯域が最小値と最大値との間で一定の周波数間隔で等分された各周波数をそれぞれ中心周波数とする複数のパルスが、任意の順で並びつつステップ状に変化したパルス信号であってもよい。この場合、例4の装置と同様の作用効果を奏する。 Example 8 In any of the methods of Example 5 to Example 7, the detection wave is a plurality of pulses each having a predetermined frequency band equally divided at a constant frequency interval between a minimum value and a maximum value as center frequencies. However, it may be a pulse signal that changes stepwise while being arranged in an arbitrary order. In this case, the same function and effect as the apparatus of Example 4 can be obtained.
例9.本開示の他の例に係る信号処理プログラムは、例5〜例8のいずれかの方法をコンピュータに実行させる。この場合、例5〜例8のいずれかの方法と同様の作用効果を奏する。 Example 9 A signal processing program according to another example of the present disclosure causes a computer to execute any of the methods of Example 5 to Example 8. In this case, the same effects as those of any of the methods of Examples 5 to 8 are achieved.
1…レーダセンサ(信号処理装置)、10…コヒーレント発振器、12…局部発振器、14…ステップ信号生成器、16…混合器、18…パルス変調器、20…送信アンテナ、22…受信アンテナ(受信部)、24…混合器、26…位相検波器(位相検波部)、28…フーリエ変換器(位相検波部)、30…拡張処理部、32…逆離散フーリエ変換器(距離算出部)。
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記反射波を位相検波するように構成された位相検波部と、
前記位相検波部からの出力から得られる位相ベクトルの相関行列を、Khatri-Rao積を用いてベクトル化して、拡張位相ベクトルを生成するように構成された拡張処理部と、
前記拡張位相ベクトルを逆離散フーリエ変換して得られる距離スペクトルのピークに基づいて、前記物体までの距離を算出するように構成された距離算出部とを備える、信号処理装置。 A receiving unit configured to receive a reflected wave in which a detection wave whose frequency is discretely changed is reflected by an object;
A phase detector configured to phase detect the reflected wave;
An extended processing unit configured to vectorize a correlation matrix of a phase vector obtained from an output from the phase detection unit using a Khatri-Rao product to generate an extended phase vector;
A signal processing apparatus comprising: a distance calculation unit configured to calculate a distance to the object based on a peak of a distance spectrum obtained by performing inverse discrete Fourier transform on the extended phase vector.
前記反射波を位相検波した出力から得られる位相ベクトルの相関行列を、Khatri-Raoを用いてベクトル化して、拡張位相ベクトルを生成することと、
前記拡張位相ベクトルを逆離散フーリエ変換して得られる距離スペクトルのピークに基づいて、前記物体までの距離を算出することとを含む、信号処理方法。 Phase detection of a reflected wave reflected by an object with a detection wave whose frequency is discretely changed;
Generating an extended phase vector by vectorizing a correlation matrix of a phase vector obtained from an output obtained by phase detection of the reflected wave using Khatri-Rao;
Calculating a distance to the object based on a peak of a distance spectrum obtained by performing inverse discrete Fourier transform on the extended phase vector.
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WO2021124739A1 (en) * | 2019-12-19 | 2021-06-24 | ソニーグループ株式会社 | Signal processing device, signal processing method, and three-dimensional measuring device |
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