JP2019174206A - Signal processing device, signal processing method and signal processing program - Google Patents

Signal processing device, signal processing method and signal processing program Download PDF

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勲 松波
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圭司 自見
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Abstract

To provide a signal processing device, a signal processing method, and a signal processing program, which can enhance a distance resolution.SOLUTION: A signal processing device includes: a reception section configured to receive a reflection wave obtained by reflecting a detection wave of which frequency is discretely changed by an object; a phase detection section configured to detect a phase of the reflection wave; an extension processing section configured to vectorize a correlation matrix of a phase vector obtained by output from the phase detection section by using the Khatri-Rao product and generate an extended phase vector; and a distance calculation section configured to calculate a distance to the object on the basis of a peak of a distance spectrum obtained by performing an inverse discrete Fourier transformation of the extended phase vector.SELECTED DRAWING: Figure 1

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, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 indicate that by performing an extended array process using the Khatri-Rao product, the number of antenna elements can be virtually expanded to increase the spatial resolution of the radar sensor. Disclosure.

特開2017−090229号公報JP 2017-090229 A 特開2017−227487号公報JP 2017-227487 A

W.K. Ma, T.H. Hsieh and C.Y. Chi, “DOA estimation ofquasi-stationary signals with less sensors than sources and unknown spatialnoise covariance: A Khatri-Rao subspace approach,” IEEE Trans. Signal Process,vol.58, no.4, pp.2168-2180, April 2010WK Ma, TH Hsieh and CY Chi, “DOA estimation ofquasi-stationary signals with less sensors than sources and unknown spatialnoise covariance: A Khatri-Rao subspace approach,” IEEE Trans. Signal Process, vol.58, no.4, pp. 2168-2180, April 2010

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.

図1は、レーダセンサの一例を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a radar sensor. 図2は、局部発信周波数の出力の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the output of the local transmission frequency. 図3(a)は連続探知波の一例を示し、図3(b)はパルス探知波の一例を示し、図3(c)は反射波の一例を示す。3A shows an example of a continuous detection wave, FIG. 3B shows an example of a pulse detection wave, and FIG. 3C shows an example of a reflected wave. 図4は、レーダセンサから目標物までの距離を推定する処理手順を説明するためのフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart for explaining a processing procedure for estimating the distance from the radar sensor to the target. 図5(a)は、パルス探知波における周波数ごとの電力スペクトル密度を示し、図5(b)は、拡張処理前の位相検波出力における、ステップ数に対する位相の振幅を示し、図5(c)は、拡張位相ベクトルにおける、ステップ数に対する位相の振幅を示し、図5(d)は、図5(c)の拡張位相ベクトルにおける、周波数ごとの電力スペクトル密度を示す。FIG. 5A shows the power spectrum density for each frequency in the pulse detection wave, FIG. 5B shows the phase amplitude with respect to the number of steps in the phase detection output before the expansion processing, and FIG. Indicates the amplitude of the phase with respect to the number of steps in the extended phase vector, and FIG. 5D shows the power spectral density for each frequency in the extended phase vector of FIG. 図6は、距離スペクトルを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a distance spectrum. 図7は、2つの目標物のうち一方の二乗平均平方根誤差を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the root mean square error of one of the two targets. 図8(a)は第1サイドローブにおけるSHRに対するピーク対レンジサイドローブ比を示すグラフであり、図8(b)は平均サイドローブにおけるSHRに対するピーク対レンジサイドローブ比を示すグラフである。FIG. 8A is a graph showing the peak-to-range side lobe ratio with respect to SHR in the first side lobe, and FIG. 8B is a graph showing the peak-to-range side lobe ratio with respect to SHR in the average side lobe. 図9(a)は第1サイドローブにおけるSHRに対する標準偏差を示すグラフであり、図9(b)は平均サイドローブにおけるSHRに対する標準偏差を示すグラフである。FIG. 9A is a graph showing the standard deviation with respect to SHR in the first side lobe, and FIG. 9B is a graph showing the standard deviation with respect to SHR in the average side lobe.

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 radar sensor 1 is configured to transmit, for example, a broadband radio wave. The frequency bandwidth of the radio wave transmitted by the radar sensor 1 may be, for example, 100 MHz or more, 300 MHz or more, 500 MHz or more, or 1 GHz or more. . In particular, the radar sensor 1 may be an ultra wide band (UWB) wireless sensor having a frequency bandwidth of 500 MHz or more.

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 radar sensor 1 includes a coherent oscillator 10, a local oscillator 12, a step signal generator 14, a mixer 16, a pulse modulator 18, a transmission antenna 20, and a reception antenna 22 ( Receiver), mixer 24, phase detector 26 (phase detector), Fourier transformer 28 (phase detector), expansion processor 30, and inverse discrete Fourier transformer 32 (distance calculator) including.

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 radar sensor 1, the coherent oscillator 10, the local oscillator 12, the step signal generator 14, the mixer 16, the pulse modulator 18, and the transmission antenna 20 function as a radio wave transmitter 34. In the radar sensor 1, a coherent oscillator 10, a local oscillator 12, a step signal generator 14, a receiving antenna 22, a mixer 24, a phase detector 26, a Fourier transformer 28, an extension processing unit 30, and an inverse discrete Fourier transformer 32 are included. It functions as a radio wave receiver 36 (signal processing device).

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s(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s(t)は、時間tの関数として、式1にて表される。

Figure 2019174206
The coherent oscillator 10 is configured to output an IF signal s 1 (t), which is a continuous wave signal having an intermediate frequency f COHO , to the mixer 16 and the phase detector 26. The IF signal s 1 (t) is expressed by Equation 1 as a function of time t.
Figure 2019174206

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s(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s(t)は、時間tの関数として、式2にて表される。

Figure 2019174206
The local oscillator 12 is configured to output an RF signal s 2 (t), which is a continuous wave signal having a local oscillation frequency f STALO , to the mixers 16 and 24. The RF signal s 2 (t) is expressed by Equation 2 as a function of time t.
Figure 2019174206

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V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 step signal generator 14 is configured to output a frequency control voltage V T for controlling the local oscillation frequency f STALO of the local oscillator 12 to the local oscillator 12 based on a predetermined output pattern α. Specifically, any one of the N frequencies discretized by equally dividing the frequency band of the radar sensor 1 into N at a constant frequency interval Δf is transmitted locally based on the output pattern α. Assigned to the frequency f STALO (where N is a natural number).

すなわち、レーダセンサ1の周波数帯域の最小値をfmin=fとすると、当該周波数帯域の最大値fmax=fはfmin+(N−1)Δfとなり、局部発信周波数fSTALOはf=fmin、f=fmin+Δf、f=fmin+2Δf、・・・、f=fmin+(N−1)Δfのいずれかの値をとる。従って、出力パターンα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。)。
STALO=fαk ・・・(3)
That is, assuming that the minimum value of the frequency band of the radar sensor 1 is f min = f 1 , the maximum value f max = f N of the frequency band is f min + (N−1) Δf, and the local transmission frequency f STALO is f 1 = f min , f 2 = f min + Δf, f 3 = f min + 2Δf,..., F N = f min + (N−1) Δf. Therefore, if the frequency corresponding to the output pattern α k is f αk , the local transmission frequency f STALO is expressed by Equation 3 (where k is a natural number from 1 to N).
f STALO = f αk (3)

例えば、出力パターンαが(α,α,α,α,α,α)=(1,2,3,4,5,6)の場合、局部発信周波数fSTALOの出力順序は(f,f,f,f,f,f)=(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。

Figure 2019174206
For example, when the output pattern α is (α 1 , α 2 , α 3 , α 4 , α 5 , α 6 ) = ( 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ), the output order of the local transmission frequency f STALO becomes (f 1, f 2, f 3, f 4, f 5, f 6) = (f min, f min + Δf, f min + 2Δf, f min + 3Δf, f min + 4Δf, f min + 5Δf). In this case, as shown in FIG. 2A , the local oscillation frequency f STALO is incremented by Δf and changes stepwise. In other words, the local transmission frequency f STALO at this time is expressed by Expression 4 using a floor function (a function that returns a maximum integer equal to or less than x with respect to a real number x and expressed as floor (x)). be able to.
Figure 2019174206

一方、例えば、出力パターンαが(α,α,α,α)=(3,2,4,1)の場合、局部発信周波数fSTALOの出力順序は(f,f,f,f)=(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s(t)と、局部発振器12から出力されたRF信号s(t)とを混合し、連続探知波s(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s(t)は、時間tの関数として、式5にて表される。

Figure 2019174206
The mixer 16 mixes the IF signal s 1 (t) output from the coherent oscillator 10 and the RF signal s 2 (t) output from the local oscillator 12, and pulses the continuous detection wave s 3 (t). It is configured to output to the modulator 18. The continuous detection wave s 3 (t) is expressed by Equation 5 as a function of time t.
Figure 2019174206

ここで、図3(a)に、一例として、連続探知波s(t)の波形を示す。図3(a)に示されるように、連続探知波s(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s(t)をパルス変調したパルス探知波s(t)を送信アンテナ20に出力する。パルス探知波s(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、τはパルス幅であり、τ<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。

Figure 2019174206

Figure 2019174206
The pulse modulator 18 outputs a pulse detection wave s 4 (t) obtained by pulse-modulating the continuous detection wave s 3 (t) to the transmission antenna 20. The pulse detection wave s 4 (t) is expressed by Equation 6 as a function of time t. In Equation 6, τ P is a pulse width, and a relationship of τ PPRF is established. In Expression 6, rect (x) is a rectangular function represented by Expression 7.
Figure 2019174206

Figure 2019174206

ここで、図3(b)に、一例として、図3(a)の連続探知波s(t)がパルス変調されたパルス探知波s(t)の波形を示す。図3(b)に示されるように、パルス探知波s(t)は、連続探知波s(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τ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s(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s(t)は目標物TRによって反射される。 The transmission antenna 20 is configured to transmit the pulse detection wave s 4 (t) output from the pulse modulator 18 toward the detection space. As shown in FIG. 1, when the target TR is present in the detection space, the pulse detection wave s 4 (t) is reflected by the target TR.

受信アンテナ22は、目標物TRからの反射波s(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s(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s(t)を受信されるまでの時間をtとすると、反射波s(t)のパルスはパルス探知波s(t)のパルスよりも時間tだけ遅延する。そのため、反射波s(t)には、パルス探知波s(t)に対して、時間t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vで移動している場合、反射波s(t)には、パルス探知波s(t)に対して、ドップラー効果による周波数シフトfが生ずる。よって、反射波s(t)は、時間tの関数として、式8にて表される。

Figure 2019174206
The receiving antenna 22 is configured to receive a reflected wave s 5 (t) from the target TR, a radio wave transmitted from another device, and the like. When the time from when the pulse detection wave s 4 (t) is transmitted from the transmission antenna 20 until the reception antenna 22 receives the reflected wave s 5 (t) is denoted by tr , the pulse of the reflected wave s 5 (t) It is delayed by more time than pulse t r of the pulse detection wave s 4 (t). Therefore, the reflected wave s 5 (t), the pulse detection wave s 4 (t), phase delay occurs corresponding to the time t r. In addition, when the target TR is moving at a relative speed v r relative to the radar sensor 1, the reflected wave s 5 (t) includes Doppler with respect to the pulse detection wave s 4 (t). frequency shift f d due to the effect occurs. Therefore, the reflected wave s 5 (t) is expressed by Equation 8 as a function of time t.
Figure 2019174206

ここで、時間t及び周波数シフトf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f(=fmin+fCOHO)とを用いて、それぞれ式9,10にて表される。

Figure 2019174206

Figure 2019174206
Here, the time tr and the frequency shift f d are obtained by using the light velocity c, the linear distance d from the radar sensor 1 to the target TR, and the fundamental frequency f c (= f min + f COHO ), respectively, using Equation 9 , 10.
Figure 2019174206

Figure 2019174206

混合器24は、局部発振器12から出力されたRF信号s(t)と、受信アンテナ22が受信した反射波s(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s(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s(t)は、時間tの関数として、式11にて表される。

Figure 2019174206
The mixer 24 mixes the RF signal s 2 (t) output from the local oscillator 12 with the reflected wave s 5 (t) received by the receiving antenna 22, and low-passes the upper sideband component of the mixed wave. A process of removing by the filter and a process of outputting the lower sideband component of the mixed wave after the filter process to the phase detector 26 as the down-converted signal s 6 (t) are executed. The down-convert signal s 6 (t) is expressed by Equation 11 as a function of time t.
Figure 2019174206

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s(t)の同相成分s1I(t)とダウンコンバート信号s(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s(t)の直交成分s1Q(t)とダウンコンバート信号s(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。

Figure 2019174206

Figure 2019174206
The phase detector 26 mixes the in-phase component s 1I (t) of the IF signal s 1 (t) output from the coherent oscillator 10 and the down-converted signal s 6 (t) and outputs the same from the coherent oscillator 10. Two I / Q signals s 7I (t) and s 7Q (t) generated by mixing the orthogonal component s 1Q (t) of the IF signal s 1 (t) and the down-converted signal s 6 (t) Is output to the Fourier transformer 28. The I / Q signals s 7I (t) and s 7Q (t) are expressed by equations 12 and 13, respectively, as a function of time t. In Expressions 12 and 13, C is a constant.
Figure 2019174206

Figure 2019174206

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s(f)を生成するように構成されている。離散スペクトルS(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。

Figure 2019174206
The Fourier transformer 28 performs A / D conversion on the I / Q signals s 7I (t) and s 7Q (t) output from the phase detector 26, and performs s 7I (t ) -Js 7Q (t) is performed, and a discrete spectrum s 7 (f) is generated. The discrete spectrum S 7 (f) is expressed by Equation 14 using the delta function δ (x). In Expression 14, A is a constant.
Figure 2019174206

式14より、第n番目の受信パルス(中心周波数f)の位相検波出力Rは、位相φを用いて、式15にて表される。

Figure 2019174206
From Equation 14, the phase detection output R n of the nth received pulse (center frequency f n ) is expressed by Equation 15 using the phase φ n .
Figure 2019174206

<<f+(n−1)Δfが成り立つとすると、中心周波数f=f+(n−1)Δfであるから、f×2d/cをθとおくと、位相φは式16にて表される。

Figure 2019174206
Assuming that f d << f c + (n−1) Δf holds, the center frequency f n = f c + (n−1) Δf, so that when f n × 2d / c is θ n , the phase φ n is expressed by Equation 16.
Figure 2019174206

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s及び第lの到来波の位相θ(n)を用いて式15のA及びφ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。

Figure 2019174206
Here, when the number of arrival waves of the nth received pulse is L, the phase detection output r (n) uses the amplitude s l of the l-th arrival wave and the phase θ l (n) of the l- th arrival wave. by replacing the a and phi n of formula 15 respectively Te, formula 17 (where, L is a natural number, l is an integer of 0 to L.). The Fourier transformer 28 is configured to output the phase detection output r (n) to the extension processing unit 30.
Figure 2019174206

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。

Figure 2019174206

Figure 2019174206

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。
Figure 2019174206
The extension processing unit 30 is configured to generate a phase vector using the phase detection output r (n) output from the Fourier transformer 28. When a steering vector {a} representing a phase component of N phase detection outputs is defined by Expression 18, a phase vector {r} composed of N elements obtained by summing up the phase detection outputs at each step of Expression 17 is expressed by Expression 19 can be represented. However, in Expression 18, white Gaussian noise v (n) due to heat in the device is also taken into consideration. In the text of this specification, the value enclosed by the symbols “{” and “}” means a vector quantity.
Figure 2019174206

Figure 2019174206

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 Equation 20. In the text of this specification, the value enclosed by the symbols “[” and “]” means a matrix.
Figure 2019174206

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。

Figure 2019174206

式21において、Hは複素共役転置を表しており、[I]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、
Figure 2019174206

Figure 2019174206

としている。 The extended processing unit 30 is configured to generate a correlation matrix [R rr ] of the phase vector {r}. The correlation matrix [R rr ] is an N × N matrix and is expressed by Equation 21.
Figure 2019174206

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,
Figure 2019174206

Figure 2019174206

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。

Figure 2019174206

ここで、p=|s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。
Figure 2019174206
When arriving waves from multiple targets are uncorrelated with each other, [D] can be expressed by Equation 22 using a diagonal matrix diag [•].
Figure 2019174206

Here, p l = | s l | 2 . From Equation 21 and Equation 22, the correlation matrix [R rr ] can be transformed into Equation 23.
Figure 2019174206

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。

Figure 2019174206
The extended processing unit 30 generates an extended phase vector {y} by vectorizing the correlation matrix [R rr ] using the Khatri-Rao product, and outputs the extended phase vector {y} to the inverse discrete Fourier transformer 32. Is configured to do. The extended phase vector {y} is expressed by Expression 24.
Figure 2019174206

式19と式24とを対比すると、式24の行列

Figure 2019174206

(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{s}と対応しており、式24の
Figure 2019174206

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Nに仮想的に拡張される。 Comparing Equation 19 and Equation 24, the matrix of Equation 24
Figure 2019174206

(Hereinafter referred to as “KR matrix”) corresponds to the matrix [A] in Equation 19, {p} in Equation 24 corresponds to the amplitude vector {s l } in Equation 19, and
Figure 2019174206

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 expansion processing unit 30.

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。

Figure 2019174206
The elements of the KR matrix in the extended phase vector {y} can be expressed by Equation 25.
Figure 2019174206

列をn、行をnとすると、式25の行列のn列n行目は式26のように表すことができる(ただし、n,nはそれぞれ1〜Nの自然数である。)。

Figure 2019174206

式26は、n,n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 Equation 25 can be expressed as Equation 26 (where n A and n B are natural numbers of 1 to N, respectively). is there.).
Figure 2019174206

Equation 26 shows that a plurality of elements having the same value can exist in the KR matrix depending on the combination of n A and n B. If the frequency interval Δf is equal at each step, the KR matrix has 2N−1 different elements.

このとき、n−n=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、n,n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。

Figure 2019174206
At this time, if n A −n B = m, one element y (m) of the extended phase vector {y} can be expressed by Expression 27 using Expression 24 and Expression 26. Since n A and n B are natural numbers of 1 to N, m is an integer of −N + 1,..., 0,.
Figure 2019174206

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。

Figure 2019174206
The inverse discrete Fourier transformer 32 is configured to apply an inverse discrete Fourier transform to the extended phase vector {y} output from the extension processing unit 30 to generate a distance spectrum R KR (φ). Specifically, the distance spectrum R KR (φ) is expressed by Expression 28 by applying an inverse discrete Fourier transform to the element y (m).
Figure 2019174206

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。

Figure 2019174206
From Equation 28, when φ = (2N−1) Δf × 2d / c, the distance spectrum R KR (φ) shows a sharp peak. Therefore, the inverse discrete Fourier transformer 32 calculates the linear distance d to the target TR using Equation 29 using the phase φ peak where the distance spectrum R KR (φ) has a peak.
Figure 2019174206

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 radar sensor 1 may be realized by operating one or a plurality of controllers (control units) included in the radar sensor 1. Alternatively, each function may be realized by executing a program (signal processing program) recorded in a computer, a dedicated electric circuit (for example, a logic circuit), or an integrated circuit (ASIC: Application Specific) in which the circuit is integrated. Integrated Circuit) may be realized.

[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 radar sensor 1 will be described with reference to FIG.

まず、コヒーレント発振器10がIF信号s(t)を混合器16に出力すると共に、局部発振器12がRF信号s(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 coherent oscillator 10 outputs the IF signal s 1 (t) to the mixer 16, and the local oscillator 12 outputs the RF signal s 2 (t) to the mixer 16 (see step S1 in FIG. 4). The local oscillation frequency f STALO of the local oscillator 12 takes one of the values obtained by discretizing the frequency band of the radar sensor 1 into N by the step signal generator 14 at the frequency interval Δf.

次に、混合器16は、IF信号s(t)及びRF信号s(t)を混合して、連続探知波s(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s(t)をパルス変調器18に出力する。 Next, the mixer 16 mixes the IF signal s 1 (t) and the RF signal s 2 (t) to generate a continuous detection wave s 3 (t) (see step S2 in FIG. 4). The mixer 16 outputs the generated continuous detection wave s 3 (t) to the pulse modulator 18.

次に、パルス変調器18は、連続探知波s(t)をパルス変調して、パルス探知波s(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s(t)を送信アンテナ20に出力する。 Next, the pulse modulator 18 performs pulse modulation on the continuous detection wave s 3 (t) to generate the pulse detection wave s 4 (t) (see step S3 in FIG. 4). The pulse modulator 18 outputs the generated pulse detection wave s 4 (t) to the transmission antenna 20.

次に、送信アンテナ20は、パルス探知波s(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s(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s(t)を受信する(図4のステップS5参照)。 Next, the transmission antenna 20 transmits the pulse detection wave s 4 (t) toward the detection space (see step S4 in FIG. 4). The pulse detection wave s 4 (t) transmitted to the detection space is reflected by the target TR existing in the detection space. The receiving antenna 22 receives the reflected wave s 5 (t) from the target TR (see step S5 in FIG. 4).

次に、局部発振器12がRF信号s(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s(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s(t)及び反射波s(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s(t)を生成する(図4のステップS7参照)。 Next, the local oscillator 12 outputs the RF signal s 2 (t) to the mixer 24, and the transmission antenna 20 outputs the reflected wave s 5 (t) to the mixer 24 (see step S6 in FIG. 4). The mixer 24 mixes the IF signal s 1 (t) and the reflected wave s 5 (t) and performs filtering to generate a down-converted signal s 6 (t) (see step S7 in FIG. 4). .

次に、コヒーレント発振器10がIF信号s(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s(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s(t)の同相成分s1I(t)とダウンコンバート信号s(t)とを混合すると共に、IF信号s(t)の直交成分s1Q(t)とダウンコンバート信号s(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 coherent oscillator 10 outputs the IF signal s 1 (t) to the phase detector 26, and the mixer 24 outputs the down-converted signal s 6 (t) to the phase detector 26 (step S8 in FIG. 4). reference). The phase detector 26 mixes the in-phase component s 1I (t) of the IF signal s 1 (t) and the down-converted signal s 6 (t), and the quadrature component s 1Q (t of the IF signal s 1 (t). ) And the down-convert signal s 6 (t) are mixed to generate two I / Q signals s 7I (t) and s 7Q (t) (see step S9 in FIG. 4). The phase detector 26 outputs the generated two I / Q signals s 7I (t) and s 7Q (t) to the Fourier transformer 28.

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 Fourier transformer 28 performs a fast Fourier transform based on the I / Q signals s 7I (t) and s 7Q (t) to generate a phase detection output r (n) (see step S10 in FIG. 4). ). The Fourier transformer 28 outputs the generated phase detection output r (n) to the extension processing unit 30.

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 expansion processing unit 30 generates a phase vector using the phase detection output r (n), and vectorizes the correlation matrix of the phase vector using the Khatri-Rao product, thereby expanding the phase vector {y}. Is generated (see step S11 in FIG. 4). The extension processing unit 30 outputs the generated extended phase vector {y} to the inverse discrete Fourier transformer 32.

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s(t)を処理する信号処理方法でもある。 Next, the inverse discrete Fourier transformer 32 applies an inverse discrete Fourier transform to the extended phase vector {y} to generate a distance spectrum R KR (φ) (see step S12 in FIG. 4). The inverse discrete Fourier transformer 32 calculates the linear distance d to the target TR using the phase φ peak in which the obtained distance spectrum R KR (φ) shows a sharp peak (see step S13 in FIG. 4). Thus, the linear distance d from the radar sensor 1 to the target TR is estimated. That is, the method for estimating the straight line distance d is also a signal processing method for processing the received reflected wave s 5 (t).

[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s(t)の周波数も、パルス探知波s(t)と同様に離散化されている。そのため、反射波s(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 antenna 22 is also discretized similarly to the pulse detection wave s 4 (t). Therefore, when the reflected wave s 5 (t) is phase-detected by the phase detector 26 and the Fourier transformer 28, a phase detection output r (n) including a discretized phase difference is output from the Fourier transformer 28. . Based on the correlation matrix [R rr ] of the phase vector {r} obtained from the phase detection output r (n), the extended processing unit 30 generates the extended phase vector {y} using the Khatri-Rao product. The number of elements of the extended phase vector {y} is virtually expanded with respect to the number of elements of the phase vector {r}. 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.

以上の実施形態では、パルス探知波s(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R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R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。

Figure 2019174206
Here, let us consider a case where the phase detection output R n is directly subjected to inverse discrete Fourier transform without being expanded by the expansion processing unit 30. Applying an inverse discrete Fourier transform on the phase detection output R n, the distance spectrum R represented by the formula 30 (phi) is generated.
Figure 2019174206

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。

Figure 2019174206

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 Equation 30, when φ = NΔf × 2d / c, the distance spectrum R (φ) shows a sharp peak. Therefore, when the phase φ peak in which the distance spectrum R (φ) shows a peak is used, the linear distance d to the target TR is calculated by Equation 31.
Figure 2019174206

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 expansion processing unit 30.

以上の実施形態では、パルス探知波s(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s(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s(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s(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s(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 step signal generator 14, at least from the N frequencies discretized by equally dividing the frequency band of the radar sensor 1 into N at a constant frequency interval Δf between the minimum value and the maximum value. Any value of the remaining used frequencies from which one unused frequency is removed may be assigned to the local transmission frequency f STALO based on the output pattern α. In other words, the pulse detection wave s 4 (t) may be a pulse signal in which a plurality of pulses each having the plurality of use frequencies as the center frequency are changed in a step shape.

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s(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s(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s(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s(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 antenna 22 can receive the reflected wave s 5 (t) that has not been interfered by the interference wave. Therefore, the target TR can be detected with high accuracy even when radio waves transmitted from other devices exist. At this time, each element of the phase detection output generated based on the reflected wave s 5 (t) is a step number corresponding to the frequency of FIG. 5A as illustrated in FIG. Yes. In the number of steps corresponding to the spectrum hole, the amplitude is substantially zero.

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s(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s(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s(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s(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s(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 antenna 22 to detect a frequency that interferes with the pulse detection wave s 4 (t). The frequency may be set as an unused frequency. Alternatively, when interference is detected when the pulse detection wave s 4 (t) is transmitted from the transmission antenna 20, the frequency is set as an unused frequency from the pulse detection wave s 4 (t) to be transmitted next. You may do it.

(3)上記のようにパルス探知波s(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s(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。

Figure 2019174206
(4) The radar sensor 1 may be used in a multipath environment. For example, when there are two correlated targets, the correlation matrix [R rr ] of Expression 21 can be expressed by Expression 32.
Figure 2019174206

式32のうち、θ(n)−θ(n)及びθ(n)−θ(n)は、各目標が無相関である場合に、目標信号となる。一方、θ(n)−θ(n)及びθ(n)−θ(n)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 Expression 32, θ 1 (n A ) −θ 1 (n B ) and θ 2 (n A ) −θ 2 (n B ) are target signals when each target is uncorrelated. On the other hand, θ 1 (n A ) −θ 2 (n B ) and θ 2 (n A ) −θ 1 (n B ) are surplus components obtained when the correlation of signals obtained from each target is large. The surplus component causes distortion in the extended phase vector {y} in the extension process.

ところで、余剰成分θ(n)−θ(n)は式33で表すことができる。

Figure 2019174206

式33に含まれるn−nより、余剰成分θ(n)−θ(n)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.
Figure 2019174206

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 Expression 32 is set so that the correlation matrix [R rr ] in Expression 32 also becomes a Toeplitz matrix. By taking the average in the diagonal direction of the matrix [R rr ], the surplus component can be made as close to zero as possible. As a result, it is possible to reduce distortion caused by the correlation signal.

(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 radar sensor 1 may include a plurality of transmission antennas 20 and reception antennas 22 each. That is, an array antenna type radar sensor 1 may be used. In this case, the reflected wave of the detection wave transmitted from each transmitting antenna is received by the corresponding receiving antenna 22, the correlation matrix based on the signal for each receiving antenna 22 is generated, and the correlation matrix is expressed by Khatri. Vectorization using the -Rao product to generate an extended space vector and calculation of the arrival direction of the reflected wave from the object using the MUSIC method or the like may be performed based on the extended space vector . In this case, since the number of array elements is virtually increased by the expansion process, the spatial resolution can be increased.

(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 antenna 20 that transmits radio waves and the receiving antenna 22 that receives radio waves are different elements, but radio waves may be transmitted and received using the same single antenna. In this case, the transmitted radio wave and the received radio wave may be separated by a circulator, for example.

(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 radar sensor 1 has been described in the above embodiment, the claims and the gist thereof may be applied to sensors other than the radar sensor 1. That is, various sensors (for example, an ultrasonic sensor) configured to be able to receive a reflected wave of a transmitted wave are also included in the claims and the gist thereof.

[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。
min=76.68GHz
Δf=10MHz
N=64
探知空間に2つの目標物TR,TRを配置した。目標物TR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TR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TR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TR,TR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 radar sensor 1 were set as follows.
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 radar sensor 1 is fixed to a position where the 7m. The target TR B is arranged so that the distance from the radar sensor 1 is within a range of 7 m to 7.5 m and the distance to the target TR A can be changed. In order to verify only the distance resolution, the reflection intensity from the targets TR A and TR B was made constant. The signal-to-noise ratio with respect to the amplitude of the narrow-band pulse was 5 dB, and the noise was not correlated with the signal.

まず、目標物TRを7.31mに配置した。このときの2つの目標物TR,TR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 radar sensor 1, and the distance spectrum is calculated for each of the cases without the extension process and the case with the extension process. The distance spectrum at this time is shown in FIG.

次に、目標物TR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TR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TR,TR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TR,TR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TR,TR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TR,TR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 radar sensor 1 recognizes the two targets TR A and TR B separately when the distance between the two targets TR A and TR B is 0.285 m or less. It was confirmed that it was not possible. On the other hand, in the case where there is an extension process, the radar sensor 1 has two targets TR A regardless of whether the distance between the two targets TR A and TR B is 0.31 m, 0.285 m, or 0.18 m. , TR B can be recognized separately. Further, it was confirmed that the width of the main lobe was improved and the range side lobe was improved in the case where there was an extension process, compared to the case where there was no extension process.

次に、2つの目標物TR,TR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TRの二乗平均平方根誤差(RMSE)を式34よりそれぞれ算出した。

Figure 2019174206

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、x(k)は目標物TRまでの距離の真値を示し、
Figure 2019174206

は目標物TR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.
Figure 2019174206

In Expression 34, K represents the number of trials of the Monte Carlo simulation. Here, K = 200 was set. Further, x l (k) denotes the true value of the distance to the target TR A,
Figure 2019174206

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TR,TR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TR,TR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TR,TR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TR,TR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 radar sensor 1 cannot recognize the two targets TR A and TR B separately. On the other hand, in the case of the extension process, the RMSE increased when the distance d AB was less than 0.18 m. Therefore, it was confirmed that when the distance between the two targets TR A and TR B is less than 0.18 m, the radar sensor 1 cannot recognize the two targets TR A and TR B separately. Therefore, it was confirmed that the distance resolution was increased about twice when the extended processing was performed compared to the case without the extended processing.

[実施例2]
実施例2は、目標物TRを用いず目標物TRのみを用いた点と、パルス探知波s(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 Equation 35.
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 SYMBOLS 1 ... Radar sensor (signal processing device), 10 ... Coherent oscillator, 12 ... Local oscillator, 14 ... Step signal generator, 16 ... Mixer, 18 ... Pulse modulator, 20 ... Transmitting antenna, 22 ... Receiving antenna (receiving unit) ), 24... Mixer, 26... Phase detector (phase detection unit), 28... Fourier transformer (phase detection unit), 30.

Claims (9)

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、
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る、請求項1に記載の装置。   The detection wave is a pulse signal in which a plurality of pulses each having a center frequency corresponding to each frequency obtained by equally dividing a predetermined frequency band between a minimum value and a maximum value at a constant frequency interval are stepped. The apparatus of claim 1. 前記探知波は、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る、請求項1又は2に記載の装置。   The detection wave is centered on each of a plurality of remaining used frequencies obtained by removing at least one unused frequency from each frequency obtained by equally dividing a predetermined frequency band between a minimum value and a maximum value at a constant frequency interval. The apparatus according to claim 1, wherein the plurality of pulses having a frequency is a pulse signal that changes in a step shape. 前記探知波は、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る、請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。   In the detection wave, a plurality of pulses each having a predetermined frequency band equally divided between a minimum value and a maximum value at a constant frequency interval and each having a center frequency as a center frequency are arranged in steps. The apparatus according to claim 1, wherein the apparatus is a changed pulse signal. 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、
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.
前記探知波は、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る、請求項5に記載の方法。   The detection wave is a pulse signal in which a plurality of pulses each having a center frequency corresponding to each frequency obtained by equally dividing a predetermined frequency band between a minimum value and a maximum value at a constant frequency interval are stepped. The method of claim 5. 前記探知波は、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る、請求項5又は6に記載の方法。   The detection wave is centered on a plurality of remaining used frequencies obtained by dividing at least one unused frequency from each frequency obtained by equally dividing a predetermined frequency band between a minimum value and a maximum value at a constant frequency interval. The method according to claim 5 or 6, wherein the plurality of pulses having a frequency is a pulse signal changed in a stepped manner. 前記探知波は、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る、請求項5〜7のいずれか一項に記載の方法。   In the detection wave, a plurality of pulses each having a predetermined frequency band equally divided between a minimum value and a maximum value at a constant frequency interval and each having a center frequency as a center frequency are arranged in steps. The method according to claim 5, wherein the method is a changed pulse signal. 請求項5〜8のいずれか一項に記載の方法をコンピュータに実行させる信号処理プログラム。   The signal processing program which makes a computer perform the method as described in any one of Claims 5-8.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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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