JP2020056772A - Radar device, and radar method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーダ装置及びレーダ方法に関する。 The present invention relates to a radar device and a radar method.
近年、高分解能が得られるマイクロ波又はミリ波を含む波長の短い信号を用いたレーダ装置の検討が進んでいる。また、屋外での安全性を向上させるために、車両以外にも、歩行者を含む物体(ターゲット)を広角範囲で検知するレーダ装置(広角レーダ装置)の開発が求められている。 2. Description of the Related Art In recent years, a radar device using a short-wavelength signal including a microwave or a millimeter wave capable of obtaining high resolution has been studied. Further, in order to improve outdoor safety, there is a demand for the development of a radar device (wide-angle radar device) that detects an object (target) including a pedestrian in a wide-angle range in addition to a vehicle.
広角な検知範囲を有するレーダ装置の構成として、複数のアンテナ(アレーアンテナ)で受信し、アンテナ間隔に対する受信位相差に基づいてターゲットからの反射波が到来する方向(到来角)を推定する手法(到来角推定手法)がある。到来角推定手法には、例えば、FFT(Fast Fourier Transform)法が用いられる。また、到来角推定手法には、高い角度分解能が得られる手法として、例えば、Capon法、MUSIC(Multiple Signal Classification)、又は、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniquesなどが用いられる。 As a configuration of a radar apparatus having a wide-angle detection range, a method of receiving with a plurality of antennas (array antennas) and estimating a direction (arrival angle) at which a reflected wave arrives from a target based on a reception phase difference with respect to an antenna interval ( Angle of arrival estimation method). As the arrival angle estimation method, for example, an FFT (Fast Fourier Transform) method is used. As the arrival angle estimation method, for example, a Capon method, MUSIC (Multiple Signal Classification), ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques), or the like is used as a method for obtaining high angle resolution.
さらに、受信側だけでなく、送信側にも複数の送信アンテナ(アレーアンテナ)を備え、送受信アレーを用いて、信号処理によってビーム走査を行う構成(MIMOレーダ)も提案されている(例えば、非特許文献1)。 Further, there has been proposed a configuration in which a plurality of transmission antennas (array antennas) are provided not only on the reception side but also on the transmission side, and beam scanning is performed by signal processing using a transmission / reception array (MIMO radar) (for example, non-transmission type). Patent Document 1).
MIMOレーダは、複数の送信アンテナから時分割、周波数分割又は符号分割を用いて多重した信号を複数の送信アンテナから送信する。MIMOレーダは、周辺に位置する物体(ターゲット)で反射された信号を複数の受信アンテナで受信し、それぞれの受信信号から、多重された送信信号を分離する。これにより、MIMOレーダは、送信アンテナ数と受信アンテナ数との積で示される伝搬路応答を取り出すことができる。また、MIMOレーダは、送受信アンテナの間隔を適切に配置することで、アンテナ開口を仮想的に拡大し、角度分解能の向上を図ることができる。 The MIMO radar transmits signals multiplexed from a plurality of transmission antennas using time division, frequency division, or code division from the plurality of transmission antennas. The MIMO radar receives a signal reflected by an object (target) located in the vicinity by a plurality of receiving antennas, and separates a multiplexed transmission signal from each of the received signals. This allows the MIMO radar to extract a channel response indicated by the product of the number of transmitting antennas and the number of receiving antennas. Further, in the MIMO radar, by appropriately arranging the intervals between the transmitting and receiving antennas, the antenna aperture can be virtually enlarged and the angular resolution can be improved.
例えば、特許文献1には、MIMOレーダの多重送信方法として、送信アンテナ毎に送信時間をずらして信号を送信する時分割多重送信を用いたMIMOレーダ(以下「時分割多重MIMOレーダ」と呼ぶ)が開示されている。時分割多重送信は、周波数多重送信又は符号多重送信と比較し、簡易な構成で実現できる。また、時分割多重送信は、送信時間の間隔を十分に広げることにより、送信信号間の直交性を良好に保つことができる。時分割多重MIMOレーダは、送信アンテナを所定の周期Trで逐次的に切り替えながら、送信信号の一例である送信パルスを出力する。そして、時分割多重MIMOレーダは、送信パルスが物体で反射された信号を、複数の受信アンテナで受信し、受信信号と送信パルスとの相関処理後に、空間的なFFT処理(反射波の到来方向推定処理)を行う。
For example,
上述のとおり、時分割多重MIMOレーダは、送信信号(例えば送信パルス又はレーダ送信波)を送信する送信アンテナを、所定の周期Trで逐次的に切り替えていく。したがって、時分割多重送信は、周波数分割送信又は符号分割送信と比較し、全ての送信アンテナから送信信号を送信し終えるまでに要する時間が長くなり得る。このため、例えば、特許文献2のように、各送信アンテナから送信信号を送信し、それらの受信位相変化からドップラ周波数(つまり、ターゲットの相対速度)の検出を行う場合、ドップラ周波数を検出するためにフーリエ周波数解析を適用するにあたり、受信位相変化の観測の時間間隔が長くなる。よって、折り返しなしでドップラ周波数を検出できるドップラ周波数範囲(つまり、検出できるターゲットの相対速度の範囲)が低減する。
As described above, the time division multiplexed MIMO radar sequentially switches the transmission antenna that transmits a transmission signal (for example, a transmission pulse or a radar transmission wave) at a predetermined period Tr . Therefore, time-division multiplexing may require a longer time to complete transmission of transmission signals from all transmission antennas than frequency-division transmission or code-division transmission. For this reason, for example, when a transmission signal is transmitted from each transmission antenna and the Doppler frequency (that is, the relative speed of the target) is detected from a change in the reception phase of the transmission signal as in
また、折り返しなしでドップラ周波数を検出できるドップラ周波数範囲を超えるターゲットからの反射信号が想定される場合、折り返し成分か否かを特定できず、ドップラ周波数(つまり、ターゲットの相対速度)の曖昧性(不確定性、Ambiguity)が生じる。例えば、Nt個の送信アンテナを所定の周期Trで逐次的に切り替えながら送信信号(送信パルス)を送出する場合、TrNtの送信時間が必要となる。このような時分割多重送信をNc回繰り返して、ドップラ周波数の検出のためにフーリエ周波数解析を適用すると、折り返しなしでドップラ周波数を検出できるドップラ周波数範囲は、サンプリング定理より、±1/(2TrNt)となる。したがって、折り返しなしでドップラ周波数を検出できるドップラ周波数範囲は、送信アンテナ数Ntが増大するほど低減し、より低速な相対速度でもドップラ周波数の曖昧性が生じやすくなる。 Also, when a reflected signal from a target exceeding the Doppler frequency range in which Doppler frequency can be detected without aliasing is assumed, it is not possible to specify whether or not the aliasing component is present, and the ambiguity of the Doppler frequency (that is, the relative velocity of the target) ( Uncertainty, Ambiguity) occurs. For example, when sending the transmission signal (transmission pulse) while sequentially switching the N t transmit antennas in a predetermined cycle T r, the transmission time of T r N t is required. When such time division multiplexing transmission is repeated Nc times and Fourier frequency analysis is applied to detect the Doppler frequency, the Doppler frequency range in which the Doppler frequency can be detected without aliasing is ± 1 / (2T r N t ). Therefore, the Doppler frequency range capable of detecting the Doppler frequency without aliasing is reduced as the number of transmit antennas N t increases, ambiguity of the Doppler frequency is likely to occur at slower relative velocity.
本開示の一態様の目的は、ドップラ周波数の曖昧性を低減することができるレーダ装置を提供することである。 An object of one embodiment of the present disclosure is to provide a radar device that can reduce ambiguity of Doppler frequency.
本開示の一態様に係るレーダ装置は、複数の送信部と、送信信号の送信周期毎に前記複数の送信部のうち前記送信信号を送信する送信部を選択し、前記複数の送信部の各々を少なくとも一巡選択する第1の期間と、前記第1の期間の後であって前記複数の送信部の各々を少なくとも一巡選択する第2の期間と、の間に、前記送信信号を送信しない期間である送信ギャップ期間を設ける制御部と、を備える。 The radar device according to an aspect of the present disclosure, a plurality of transmission units, and a transmission unit that transmits the transmission signal among the plurality of transmission units for each transmission cycle of the transmission signal, and each of the plurality of transmission units A period in which the transmission signal is not transmitted between a first period in which the transmission signal is selected at least once and a second period after the first period in which each of the plurality of transmission units is selected at least one time. And a control unit for providing a transmission gap period.
また、本開示の一態様に係るレーダ装置は、複数の送信部と、送信周期毎に直交符号の符号要素を巡回的に送信信号に多重して符号多重した送信信号を生成する符号多重部と、を備え、前記複数の送信部は、巡回的に生成された直交符号の符号要素を少なくとも一巡送信する第1の期間、送信信号の送信周期毎に、前記符号要素を符号多重した各送信信号を送信し、前記第1の期間後、所定の送信ギャップ期間、前記符号要素を符号多重した送信信号を送信せず、前記送信ギャップ期間後、巡回的に生成された直交符号の符号要素を少なくとも一巡送信する第2の期間、前記送信周期毎に、前記符号要素を符号多重した各送信信号を送信する。 Further, the radar apparatus according to an aspect of the present disclosure includes a plurality of transmission units, and a code multiplexing unit that generates a code-multiplexed transmission signal by cyclically multiplexing code elements of orthogonal codes into transmission signals for each transmission cycle. Wherein each of the plurality of transmission units code-multiplexes the code element for each transmission cycle of the transmission signal during a first period in which a cyclically generated orthogonal code element is transmitted at least once. After the first period, a predetermined transmission gap period, does not transmit a transmission signal code-multiplexed the code element, after the transmission gap period, at least code elements of the cyclically generated orthogonal code During a second period of one-cycle transmission, each transmission signal obtained by code-multiplexing the code element is transmitted for each transmission cycle.
なお、これらの包括的または具体的な態様は、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 Note that these comprehensive or specific aspects may be realized by an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium, and any of a system, an apparatus, a method, an integrated circuit, a computer program, and a recording medium. It may be realized by any combination.
本開示の一態様によれば、ドップラ周波数の曖昧性を低減することができる。 According to an embodiment of the present disclosure, ambiguity of Doppler frequency can be reduced.
以下、図面を適宜参照して、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. However, an unnecessary detailed description may be omitted. For example, a detailed description of a well-known item or a redundant description of substantially the same configuration may be omitted. This is to prevent the following description from being unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art.
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。 The accompanying drawings and the following description are provided to enable those skilled in the art to fully understand the present disclosure, and are not intended to limit the claimed subject matter.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係る時分割多重MIMOレーダ装置(以下単に「レーダ装置」という)の構成例を示す。レーダ装置1は、レーダ送信部100と、レーダ受信部200とを有する。レーダ送信部100は、複数の送信アンテナTx#1〜Tx#Ntを時分割で切り替えて送信信号を送信する。レーダ受信部200は、レーダ送信部100から送信された送信信号がターゲット(物体)から反射された反射信号を受信し、ターゲットの方向を推定する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration example of a time division multiplexed MIMO radar device (hereinafter, simply referred to as “radar device”) according to
<レーダ送信部100>
次に、レーダ送信部100について説明する。レーダ送信部100は、複数のレーダ送信信号生成部101と、切替制御部105と、送信RF切替部106と、Nt個の送信RF部107#1〜#Ntと、Nt個の送信アンテナTx#1〜#Ntとを有する。送信アンテナTx#1〜#Ntを、送信アレーアンテナ部と呼んでもよい。
<Radar transmitter 100>
Next, the radar transmitting unit 100 will be described. Radar transmitter 100 includes a plurality of radar transmission
レーダ送信信号生成部101は、符号生成部102と、変調部103と、帯域制限フィルタ(LPF:Low Pass Filter)104とを有する。
The radar
送信RF切替部106は、切替制御部105から出力される切替制御信号に基づき、複数の送信RF部107のうちの1つを選択する。そして、送信RF切替部106は、レーダ送信信号生成部から出力されるベースバンドの送信信号を、その選択した送信RF部107へ出力する。
Transmission RF switching section 106 selects one of
送信RF切替部106によって選択された送信RF部107は、当該送信RF切替部106から出力されるベースバンドの送信信号を、所定の無線周波数帯に周波数変換し、当該送信RF部107に接続されている送信アンテナTxへ出力する。
The
送信アンテナTx#1〜#Ntは、送信RF部107#1〜#Ntにそれぞれ接続されている。送信アンテナTxは、送信RF部107から出力された送信信号を、空間に放射する。
Transmission
次に、レーダ送信部100の動作について詳細に説明する。 Next, the operation of the radar transmitting unit 100 will be described in detail.
レーダ送信信号生成部101は、基準信号発生器Loから出力されるリファレンス信号を所定数倍したタイミングクロックを生成し、その生成したタイミングクロックに基づいて、送信信号を生成する。そして、レーダ送信信号生成部101は、所定の送信周期Tr毎に、送信信号を出力する。送信信号は、y(kt,M)=I(kt,M)+jQ(kt,M)で表される。ここで、jは虚数単位を表し、ktは離散時刻を表し、Mは送信周期の序数を表す。また、I(kt,M)及びQ(kt,M)は、第M番目の送信周期Trの離散時刻ktにおける、送信信号y(kt,M)の同相成分(In-Phase成分)及び直交成分(Quadrature成分)を表す。
The radar transmission
符号生成部102は、第M番目の送信周期Trにおいて符号長Lの符号系列の符号an(M)を生成する(n=1,…,L)。符号an(M)には、低レンジサイドローブ特性が得られるパルス符号を用いる。符号系列としては、例えば、Barker符号、M系列符号、Gold符号が挙げられる。
変調部103は、符号生成部から出力された符号an(M)に対してパルス変調(振幅変調、ASK(Amplitude Shift Keying)、パルスシフトキーイング)又は位相変調(PSK(Phase Shift Keying))を施す。そして、変調部は、パルス変調を施した信号(変調信号)を、LPF104へ出力する。
LPF104は、変調部103から出力された変調信号のうち、所定の制限帯域以下の信号成分を抽出し、ベースバンドの送信信号として送信RF切替部106へ出力する。
図2は、レーダ送信信号生成部101によって生成される送信信号を示す。
FIG. 2 shows a transmission signal generated by the radar transmission
送信周期Trの区間うち、符号送信区間Twは信号が存在し、残りの(Tr−Tw)区間は信号が存在しない。つまり、(Tr−Tw)区間は、無信号区間である。符号送信区間Tw内には、パルス符号長Lのパルス符号が含まれる。1つのパルス符号にはL個のサブパルスが含まれ、サブパルスあたり、No個のサンプルを用いたパルス変調が施される。よって、符号送信区間Tw内には、Nr(=NoL)個のサンプルの信号が含まれる。すなわち、変調部におけるサンプリングレートは、(NoL)/Twである。また、無信号区間(Tr−Tw)には、Nu個のサンプルが含まれる。 Of section of transmission cycle T r, code transmission period T w is present signal, the signal is absent remaining (T r -T w) section. That is, the ( Tr - Tw ) section is a non-signal section. In the code transmission period T w, include pulse code pulse code length L. The one pulse code includes L number of sub-pulses per sub-pulses, the pulse modulation using N o samples are subjected. Thus, in the code transmission period T w, include signal N r (= N o L) samples. That is, the sampling rate in the modulation unit is ( NoL ) / Tw . Further, in the no signal section (T r -T w), include N u samples.
切替制御部105は、レーダ送信部100の送信RF切替部106と、レーダ受信部200の出力切替部211とに対して、出力先の切り替えを指示する切替制御信号を出力する。なお、出力切替部211に対する出力先の切り替えの指示については後述する(レーダ受信部200の動作説明を参照)。以下では、送信RF切替部106に対する出力先の切り替えの指示について説明する。
The switching
切替制御部105は、送信周期Tr毎に、送信RF部107#1〜#Ntの中から、送信信号の送信に使用する送信RF部107を1つ選択する。そして、切替制御部105は、送信RF切替部106に対して、その選択した送信RF部107への出力先の切り替えを指示する切替制御信号を出力する。
送信RF切替部106は、切替制御部105から出力された切替制御信号に基づいて、出力先を、送信RF部107#1〜#Ntのうちの1つに切り替える。そして、送信RF切替部106は、レーダ送信信号生成部101から出力される送信信号を、その切り替え先の送信RF部107へ出力する。
Transmitting RF switching unit 106, based on the switching control signal outputted from the switching
ここで、切替制御部105は、Nt個の送信RF部107のうち、少なくとも1つの送信RF部107の送信信号の送信間隔が、他の各送信RF部107の送信信号の送信間隔よりも短い切替制御信号を、送信RF切替部106へ出力する。なお、当該少なくとも1つの送信RF部107の送信間隔は、等間隔であってよい。別言すると、切替制御部105は、当該少なくとも1つの送信RF部107を、他の各送信RF部107よりも、短周期に選択する。以下、この短周期に選択される送信RF部107を、「短周期送信RF部」と呼ぶことがある。また、短周期送信RF部が送信する送信信号を、「短周期送信信号」と呼ぶことがある。
Here, the switching
以下、図3、図4及び図5を参照して具体例を説明する。 Hereinafter, a specific example will be described with reference to FIGS. 3, 4, and 5. FIG.
図3は、送信アンテナ数Nt=3の場合において、送信RF部107#1〜#3が送信信号を送信するタイミングを説明するための図である。なお、図3は、送信RF部107#2が短周期送信RF部の例である。
FIG. 3 is a diagram for explaining the timing at which the
この場合、送信RF部107#2は、2Tr周期毎に送信信号を出力する。送信RF部107#1、#3は、送信RF部107#2が送信信号を出力しない各Tr期間において、順次、送信信号を出力する。つまり、送信RF部107#1、#3は、それぞれ、Np=4Tr=2(Nt−1)Tr周期毎に、送信信号を出力する。
In this case,
図4は、送信アンテナ数Nt=4の場合において、送信RF部107#1〜#4が送信信号を出力するタイミングを説明するための図である。なお、図4は、送信RF部107#2が短周期送信RF部の例である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the timing at which
この場合、送信RF部107#2は、2Tr周期毎に送信信号を出力する。送信RF部107#1、#3、#4は、送信RF部107#2が送信信号を出力しない各Tr期間において、順次、送信信号を出力する。つまり、送信RF部107#1、#3、#4は、それぞれ、Np=6Tr=2(Nt−1)Tr周期毎に、送信信号を出力する。
In this case, the
図5は、送信アンテナ数Nt=5の場合において、送信RF部107#1〜#5が送信信号を出力するタイミングを説明するための図である。なお、図5は、送信RF部107#2が短周期送信RF部の例である。
FIG. 5 is a diagram for explaining the timing at which the
この場合、送信RF部107#2は、2Tr周期毎に送信信号を出力する。送信RF部107#1、#3、#4、#5は、送信RF部107#2が送信信号を出力しない各Tr期間において、順次、送信信号を出力する。つまり、送信RF部107#1、#3、#4、#5は、それぞれ、Np=8Tr=2(Nt−1)Tr周期毎に、送信信号を出力する。
In this case, the
切替制御部105は、上述の出力先の切替処理について、Np=2(Nt−1)Tr期間をNc回、繰り返す。このNpNc期間において、送信RF部107#2(短周期送信RF部)は、2Tr周期のため、(Nt−1)Nc回、送信信号を出力する。また、送信RF部107#2以外の各送信RF部107は、Np周期のため、Nc回、送信信号を出力する。
送信RF切替部106から送信信号を出力された送信RF部107は、当該送信RF部107に接続されている送信アンテナTxへ送信信号を出力する。例えば、送信RF部107は、レーダ送信信号生成部101から出力されるベースバンドの送信信号に対して、周波数変換を施してキャリア周波数(RF(Radio Frequency))帯の送信信号を生成し、送信増幅器により所定の送信電力P[dB]に増幅して、送信アンテナTxへ出力する。
The
送信アンテナTxは、当該送信アンテナTxに接続されている送信RF部107から出力された送信信号を、空間へ放射する。
The transmission antenna Tx radiates a transmission signal output from the
なお、各送信RF部107の送信信号の送信開始時刻は、必ずしも周期Trに同期していなくてもよい。例えば、図6に示すように、各送信RF部107の送信開始時刻に対して、送信遅延Δ1,Δ2,…,ΔNtを設けてもよい。つまり、各送信RF部107において、送信信号の出力のタイミングの遅延が異なってもよい。次に、図6を参照してさらに説明する。
Note that the transmission start time of the transmission signal of each
図6において、送信RF部107#1の送信信号の送信開始時刻は、Tr期間の開始時刻から送信遅延Δ1経過後である。同様に、送信RF部107#2の送信信号の送信開始時刻は、Tr期間の開始時刻から送信遅延Δ2経過後である。送信RF部107#3の送信信号の送信開始時刻は、Tr期間の開始時刻から送信遅延Δ3経過後である。
6, transmission start time of the transmission signal of the
送信遅延Δ1,Δ2,…,ΔNtを設ける場合は、後述するように、レーダ受信部200の処理において、送信位相補正係数に、送信遅延Δ1,Δ2,…,ΔNtを考慮した補正係数を導入してよい。これにより、ドップラ周波数が異なると位相回転も異なる影響を除去できる(詳細については後述する)。 When the transmission delays Δ 1 , Δ 2 ,..., ΔNt are provided, as described later, in the processing of the radar receiving unit 200, the transmission delays Δ 1 , Δ 2 ,. A corrected coefficient may be introduced. With this, it is possible to remove the influence of different phase rotation when the Doppler frequency is different (details will be described later).
また、ターゲットを測定する毎に、送信遅延Δ1,Δ2,…,ΔNtを変えてもよい。これにより、他レーダから干渉を受ける場合、又は、他レーダに干渉を与える場合に、他レーダ間との干渉の影響を互いにランダマイズ化できる。 Further, each time the target is measured, the transmission delays Δ 1 , Δ 2 ,..., ΔNt may be changed. Thereby, when receiving interference from another radar or giving interference to another radar, it is possible to randomize the influence of interference with other radars.
次に、図7を参照して、レーダ送信信号生成部101の変形例について説明する。
Next, a modified example of the radar transmission
図7に示すように、レーダ送信信号生成部101は、符号記憶部111と、D/A変換部112とを有する構成としてもよい。符号記憶部111は、符号生成部102において生成された符号系列をあらかじめ記憶し、当該符号系列を巡回的に読み出す。D/A変換部112は、デジタル信号をアナログ信号に変換する。すなわち、図7に示す構成によれば、レーダ送信信号生成部101は、符号記憶部111の出力をアナログのベースバンドの送信信号に変換し、送信RF部107へ出力する。
As shown in FIG. 7, the radar transmission
<レーダ受信部>
次に、レーダ受信部200について説明する。レーダ受信部200は、Na個の受信アンテナRx#1〜#Naと、Na個のアンテナ系統処理部201#1〜#Naと、CFAR部215と、方向推定部214と、を有する。受信アンテナRx#1〜#Naを、受信アレーアンテナ部と呼んでもよい。1つの受信アンテナRxは、1つのアンテナ系統処理部201と対応付けられている。すなわち、受信アンテナRx#z(z=1,…,Na)に対して、アンテナ系統処理部201#zが対応付けられている。各アンテナ系統処理部201は、受信無線部203と、信号処理部207とを有する。
<Radar receiver>
Next, the radar receiving unit 200 will be described. Radar receiver 200, a N a number of receiving antennas Rx #. 1 to # N a, and N a number of antenna
各受信アンテナRxは、レーダ送信部100から送信された送信信号がターゲットから反射された反射信号を受信する。受信アンテナRxは、その受信した受信信号を、当該受信アンテナRxと対応付けられているアンテナ系統処理部201の受信無線部203へ出力する。受信無線部203は、その受信信号を、同じアンテナ系統処理部201に属する信号処理部207へ出力する。
Each receiving antenna Rx receives a reflected signal obtained by reflecting a transmission signal transmitted from the radar transmission unit 100 from a target. The reception antenna Rx outputs the received signal to the reception radio unit 203 of the antenna
受信無線部203は、増幅器204と、周波数変換部205と、直交検波部206とを有する。受信無線部203は、受信アンテナRxから出力された受信信号に対して、増幅器204による信号増幅を行う。そして、受信無線部203は、その受信信号を、周波数変換部205及び直交検波部206により、I信号成分(In-Phase信号成分)を含むベースバンド受信信号と、Q信号成分(Quadrature信号成分)を含むベースバンド受信信号と、に変換する。
The reception radio section 203 includes an
信号処理部207は、A/D変換部208と、A/D変換部209と、相関演算部210と、出力切替部211と、Nt個のドップラ解析部213#1〜#Ntとを有する。次に、各機能ブロックについて説明する。
The signal processing unit 207, an A /
A/D変換部208は、受信無線部203から出力された、I信号成分を含むベースバンド受信信号に対して、離散時刻でのサンプリングを行い、デジタルデータに変換する。また、A/D変換部209は、Q信号成分を含むベースバンド受信信号に対して、離散時刻でのサンプリングを行い、デジタルデータに変換する。ここで、A/D変換部208、209のサンプリングレートは、送信信号におけるサブパルス時間Tp(=Tw/L)あたり、Ns個の離散サンプルを行う。すなわち、1サブパルスあたりのオーバーサンプル数はNs個となる。
A /
なお、以下では、第M番目の送信周期Trにおける離散時刻kの、受信アンテナRx#zが受信した、I信号成分を含むベースバンド受信信号Iz(k,M)と、Q信号成分を含むベースバンド受信信号Qz(k,M)とを、複素数を用いて、xz(k,M)=Iz(k,M)+jQz(k,M)と表す。ここで、jは虚数単位である。 In the following, the baseband reception signal Iz (k, M) including the I signal component and the Q signal component received by the reception antenna Rx # z at the discrete time k in the M-th transmission cycle Tr are described. baseband received signal Q z (k, M) comprising a, using a complex number, representing x z (k, M) = I z (k, M) + jQ z (k, M) and. Here, j is an imaginary unit.
また、以下では、離散時刻kは、送信周期Trの開始タイミングを基準(k=1)とする。そして、信号処理部は、送信周期Trが終了する前までのサンプル点であるk=(Nr+Nu)Ns/Noまで、周期的に動作する。すなわち、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noとなる。 In the following, the discrete time k is based on the start timing of the transmission cycle Tr (k = 1). Then, the signal processing unit, the transmission cycle T r until sampling points is k = (N r + N u ) N s / N o and before ending, periodically operate. In other words, k = 1, ..., a (N r + N u) N s / N o.
なお、受信無線部203及び信号処理部207の基準クロック信号は、レーダ送信信号生成部101と同じ基準信号発生器Loからのリファレンス信号を所定数倍したものであってよい。これにより、レーダ送信信号生成部101と、レーダ受信部200が有する受信無線部203及び信号処理部207との動作が同期する。
Note that the reference clock signal of the reception radio section 203 and the signal processing section 207 may be a signal obtained by multiplying a reference signal from the same reference signal generator Lo as the radar transmission
アンテナ系統処理部201#zにおける相関演算部210は、送信周期Tr毎に、A/D変換部208、209から出力される離散サンプル値xz(k,M)と、レーダ送信部100が送信した符号長Lのパルス符号an(M)と、の相関演算を行う。ここで、z=1,…,Naであり、n=1,…,Lである。例えば、相関演算部210は、以下の式(1)に基づき、第M番目の送信周期Trにおける、離散サンプル値xz(k,M)と送信パルス符号an(M)とのスライディング相関を演算する。式(1)において、ACz(k,M)は、離散時刻kの相関演算値を示す。アスタリスク(*)は複素共役演算子を表す。ここで、ACz(k,M)の演算は、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noの期間にわたり行われる。
なお、相関演算部210は、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noに対して相関演算を行う場合に限定されず、ターゲットの存在範囲に応じて、測定レンジ(すなわち、kの範囲)を限定してもよい。これにより、相関演算部210における演算処理量が低減し得る。例えば、相関演算部210は、k=Ns(L+1),…,(Nr+Nu)Ns/No−NsLに測定レンジを限定してもよい。この場合、図11に示すように、レーダ装置1は、符号送信区間Twに相当する時間区間では、測定を行わない。
Incidentally, the
これにより、レーダ装置1は、送信信号がレーダ受信部200に直接的に回り込むような場合でも、送信信号が回り込む期間(少なくとも図8のτ1未満の期間)では相関演算部による処理が行われないので、回り込みの影響を排除した測定が可能となる。また、測定レンジ(kの範囲)を限定する場合、以下で説明するドップラ解析部213及び方向推定部214の処理に対しても、同様に、測定レンジ(kの範囲)を限定した処理を適用すればよい。これにより、各ブロックでの処理量を削減でき、レーダ受信部200における消費電力を低減できる。
Thus, even in the case where the transmission signal goes directly to the radar receiving unit 200, the processing performed by the correlation calculation unit is not performed in the period in which the transmission signal goes around (at least the period less than τ1 in FIG. 8). Therefore, it is possible to perform measurement without the influence of the wraparound. Further, when the measurement range (range of k) is limited, the process of limiting the measurement range (range of k) is similarly applied to the processes of the
出力切替部211は、切替制御部105から出力される切替制御信号に基づいて、送信周期Tr毎に、Nt個のドップラ解析部213のうちの1つを選択する。そして、出力切替部211は、相関演算部210から送信周期Tr毎に出力される相関演算結果を、その選択したドップラ解析部213へ出力する。
第M番目の送信周期Trにおける切替制御信号は、Ntビット[bit1(M),bit2(M),…,bitNt(M)]で構成されてよい。この場合、出力切替部211は、第M番目の送信周期Trの切替制御信号において、第NDビットが1の場合、第ND番目のドップラ解析部213を出力先に選択し、第NDビットが0の場合、第ND番目のドップラ解析部213を出力先に選択しない(非選択とする)。なお、ND=1,…,Ntである。
Switching control signal in the M-th transmission cycle T r is, N t bits [bit 1 (M), bit 2 (M), ..., bit Nt (M)] may be constituted by. In this case, when the ND bit is 1 in the switching control signal of the M-th transmission cycle Tr , the
送信アンテナ数Nt=3の場合、切替制御部105は、図3に示す送信信号の出力パターンに対応するように、例えば次の(A1)に示す3ビットの切替制御信号を、出力切替部211へ出力する。
(A1)
[bit1(1),bit2(1),bit3(1)]=[0,1,0]
[bit1(2),bit2(2),bit3(2)]=[1,0,0]
[bit1(3),bit2(3),bit3(3)]=[0,1,0]
[bit1(4),bit2(4),bit3(4)]=[0,0,1]
When the number of transmission antennas N t = 3, the switching
(A1)
[Bit 1 (1), bit 2 (1), bit 3 (1)] = [0, 1, 0]
[Bit 1 (2), bit 2 (2), bit 3 (2)] = [1, 0, 0]
[Bit 1 (3), bit 2 (3), bit 3 (3)] = [0, 1, 0]
[Bit 1 (4), bit 2 (4), bit 3 (4)] = [0, 0, 1]
すなわち、切替制御部105は、bit2(M)が2Tr周期毎に1(ON)となり、bit2(M)以外のbit1(M)及びbit3(M)が、それぞれ、Np=4Tr=2(Nt−1)Tr周期毎に順次1となる切替制御信号を出力する。切替制御部105は、上記(A1)に示す1セットをNc回繰り返す。
That is, the switching
送信アンテナ数Nt=4の場合、切替制御部105は、図4に示す送信信号の出力パターンに対応するように、例えば次の(A2)に示す4ビットの切替制御信号を、出力切替部211へ出力する。
(A2)
[bit1(1),bit2(1),bit3(1),bit4(1)]=[0,1,0,0]
[bit1(2),bit2(2),bit3(2),bit4(2)]=[1,0,0,0]
[bit1(3),bit2(3),bit3(3),bit4(3)]=[0,1,0,0]
[bit1(4),bit2(4),bit3(4),bit4(4)]=[0,0,1,0]
[bit1(5),bit2(5),bit3(5),bit4(5)]=[0,1,0,0]
[bit1(6),bit2(6),bit3(6),bit4(6)]=[0,0,0,1]
When the number of transmission antennas N t = 4, the switching
(A2)
[Bit 1 (1), bit 2 (1), bit 3 (1), bit 4 (1)] = [0, 1, 0, 0]
[Bit 1 (2), bit 2 (2), bit 3 (2), bit 4 (2)] = [1, 0, 0, 0]
[Bit 1 (3), bit 2 (3), bit 3 (3), bit 4 (3)] = [0, 1, 0, 0]
[Bit 1 (4), bit 2 (4), bit 3 (4), bit 4 (4)] = [0, 0, 1, 0]
[Bit 1 (5), bit 2 (5), bit 3 (5), bit 4 (5)] = [0, 1, 0, 0]
[Bit 1 (6), bit 2 (6), bit 3 (6), bit 4 (6)] = [0, 0, 0, 1]
すなわち、切替制御部105は、bit2(M)が2Tr周期毎に1となり、bit2(M)以外のbit1(M)、bit3(M)及びbit4(M)が、それぞれ、Np=6Tr=2(Nt‐1)Tr周期毎に順次1となる切替制御信号を出力する。切替制御部105は、上記(A2)に示す1セットをNc回繰り返す。
That is, the switching
送信アンテナ数Nt=5の場合、切替制御信号は、図5に示す送信信号の出力パターンに対応するように、例えば次の(A3)に示す5ビットの切替制御信号を、出力切替部211へ出力する。
(A3)
[bit1(1),bit2(1),bit3(1),bit4(1),bit5(1)]=[0,1,0,0,0]
[bit1(2),bit2(2),bit3(2),bit4(2),bit5(2)]=[1,0,0,0,0]
[bit1(3),bit2(3),bit3(3),bit4(3),bit5(3)]=[0,1,0,0,0]
[bit1(4),bit2(4),bit3(4),bit4(4),bit5(4)]=[0,0,1,0,0]
[bit1(5),bit2(5),bit3(5),bit4(5),bit5(5)]=[0,1,0,0,0]
[bit1(6),bit2(6),bit3(6),bit4(6),bit5(6)]=[0,0,0,1,0]
[bit1(7),bit2(7),bit3(7),bit4(7),bit5(7)]=[0,1,0,0,0]
[bit1(8),bit2(8),bit3(8),bit4(8),bit5(8)]=[0,0,0,0,1]
When the number of transmitting antennas is Nt = 5, the switching control signal is, for example, a 5-bit switching control signal shown in the following (A3), which corresponds to the output pattern of the transmission signal shown in FIG. Output to
(A3)
[Bit 1 (1), bit 2 (1), bit 3 (1), bit 4 (1), bit 5 (1)] = [0,1,0,0,0]
[Bit 1 (2), bit 2 (2), bit 3 (2), bit 4 (2), bit 5 (2)] = [1, 0, 0, 0, 0]
[Bit 1 (3), bit 2 (3), bit 3 (3), bit 4 (3), bit 5 (3)] = [0,1,0,0,0]
[Bit 1 (4), bit 2 (4), bit 3 (4), bit 4 (4), bit 5 (4)] = [0,0,1,0,0]
[Bit 1 (5), bit 2 (5), bit 3 (5), bit 4 (5), bit 5 (5)] = [0,1,0,0,0]
[Bit 1 (6), bit 2 (6), bit 3 (6), bit 4 (6), bit 5 (6)] = [0,0,0,1,0]
[Bit 1 (7), bit 2 (7), bit 3 (7), bit 4 (7), bit 5 (7)] = [0,1,0,0,0]
[Bit 1 (8), bit 2 (8), bit 3 (8), bit 4 (8), bit 5 (8)] = [0,0,0,0,1]
すなわち、切替制御部105は、bit2(M)が2Tr周期毎に1となり、bit2(M)以外のbit1(M)、bit3(M)、bit4(M)及びbit5(M)が、それぞれ、Np=8Tr=2(Nt−1)Tr周期毎に順次1となる切替制御信号を出力する。切替制御部105は、上記(A3)に示す1セットをNc回繰り返す。
That is, the switching
アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207は、ドップラ解析部213#1〜#Ntを有する。ドップラ解析部213は、出力切替部211から出力される相関演算結果に対して、離散時刻k毎にドップラ解析を行う。つまり、ドップラ解析部213は、各送信信号に対応する各受信信号のドップラ周波数成分を解析する。ドップラ解析では、Ncが2のべき乗値であれば、式(2)及び式(3)に示すようなFFT処理を適用できる。
ここで、FT_CIz ND(k,fs,w)は、アンテナ系統処理部201#zの(つまり、受信アンテナRx#zに対応する)信号処理部207におけるドップラ解析部213#NDからのw番目の出力であり、離散時刻kにおけるドップラ周波数インデックスfsのドップラ周波数応答を示す。なお、ND=1〜Ntであり、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noであり、z=1,…,Naである。また、wは自然数である。
Here, FT_CI z ND (k, f s, w) is an antenna
なお、FFT処理において、Han窓又はHamming窓などの窓関数係数を乗算してもよい。窓関数を適用することにより、ビート周波数ピーク周辺に発生するサイドローブを抑圧できる。 In the FFT processing, a window function coefficient such as a Han window or a Hamming window may be multiplied. By applying the window function, side lobes generated around the beat frequency peak can be suppressed.
ND=2の場合(短周期受信信号である場合)、ドップラ解析のFFTサイズは、(Nt−1)Ncであり、サンプリング定理から導出される折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は±1/(4Tr)である。また、ドップラ周波数インデックスfsのドップラ周波数間隔は1/{2(Nt−1)NcTr}であり、ドップラ周波数インデックスfsの範囲はfs=−(Nt−1)Nc/2+1,…,0,…,(Nt−1)Nc/2である。 When ND = 2 (in the case of a short-period received signal), the FFT size of the Doppler analysis is (N t −1) N c , and the maximum Doppler frequency at which aliasing derived from the sampling theorem does not occur is ± 1/1/2. (4T r ). Also, Doppler frequency interval of the Doppler frequency index f s is 1 / {2 (N t -1 ) N c T r}, a range of Doppler frequency index f s is f s = - (N t -1 ) N c .., 0,..., (N t −1) N c / 2.
ND≠2の場合(短周期受信信号でない場合)、ドップラ解析のFFTサイズは、Ncであり、サンプリング定理から導出される折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は±1/{4(Nt−1)Tr}である。また、ドップラ周波数インデックスfuのドップラ周波数間隔は1/{2(Nt−1)NcTr}であり、ドップラ周波数インデックスfuの範囲はfu=−Nc/2+1,…,0,…,Nc/2である。 When ND の 2 (when the signal is not a short-period reception signal), the FFT size of the Doppler analysis is Nc , and the maximum Doppler frequency at which aliasing derived from the sampling theorem does not occur is ± 1 / {4 (N t −1). ) T r }. Also, Doppler frequency interval of the Doppler frequency index f u is 1 / {2 (N t -1 ) N c T r}, a range of Doppler frequency index f u is f u = -N c / 2 + 1, ..., 0 ,..., N c / 2.
ND=2の場合とND≠2の場合とのドップラ解析部213からの出力を比べると、両者のドップラ周波数間隔は同じである。しかし、ND=2の場合の折り返しが発生しない最大ドップラ周波数が、ND≠2の場合に比べ、±(Nt−1)倍されており、ドップラ周波数範囲が(Nt−1)倍に拡大されている。
Comparing the outputs from the
したがって、送信信号を出力する送信アンテナをTx#1、Tx#2、…、Tx#Ntのように順次切り替える場合に比べ、上述のように短周期送信アンテナTx#2を設定する構成によれば、ND=2の折り返しが発生しない最大ドップラ周波数が、送信アンテナ数Ntが3以上の場合に、Nt/2倍に拡大する。つまり、送信アンテナ数Ntに比例して、折り返しが発生しないドップラ周波数範囲が拡大する。
なお、ND≠2の場合において、出力切替部211からの出力がない場合は、ドップラ解析のFFTサイズを(Nt−1)Ncとし、式(4)を用いて、仮想的に出力ゼロとしてサンプリングしてよい。なお、式(4)は、上記の式(2)と同一である。これにより、FFTサイズが増加するため、処理量が増えるが、ドップラ周波数インデックスは、ND=2の場合と一致するため、後述するドップラ周波数インデックスの変換処理が不要となる。
CFAR部215は、短周期受信信号を用いて、適応的に閾値を設定(調整)し、ピーク信号の検出処理を行う。すなわち、CFAR部215は、CFAR(Constant False Alarm Rate)処理により、ピーク信号を検出する。これにより、CFAR部215は、ピーク信号を与える離散時刻インデックスk_cfar及びドップラ周波数インデックスfs_cfarを検出する。本実施の形態では、送信RF部107#2が周期2Trの短周期送信信号を出力する例を示している。そのため、CFAR部215は、各アンテナ系統処理部201#1〜#Naのドップラ解析部213#2からのw番目の出力であるFT_CI1 (2)(k,fs,w),…,FT_CINa (2)(k,fs,w)を用いて、CFAR処理を行う。
The
CFAR部215は、式(5)に示すように、各アンテナ系統処理部201#1〜#Naのドップラ解析部213#2からのw番目の出力FT_CI1 (2)(k,fs,w),…,FT_CINa (2)(k,fs,w)を電力加算する。ただし、式(5)においてND=2とする。そして、CFAR部215は、電力加算結果に対し、例えば、1次元のCFAR処理を組み合わせたCFAR処理、或いは、2次元のCFAR処理を行う。このCFAR処理には、非特許文献2に開示の処理が適用されてよい。ここで、2次元のCFAR処理には、離散時刻(ターゲットまでの距離に相当)の軸と、ドップラ周波数(ターゲットの相対速度に相当)の軸とが用いられてよい。
或いは、CFAR部215は、式(6)に示すように、離散時刻k及びドップラ周波数インデックスfsが共通な受信アンテナRx#1〜#Naからの受信信号に対し、主ビーム方向θとなる指向性ウエイトW(θ)=[w1(θ),w2(θ),…,wNa(θ)]を乗算する。ただし、式(6)においてND=2とする。そして、CFAR部215は、複数の指向性ビーム方向毎に、1次元のCFAR処理を組み合わせたCFAR処理、或いは、2次元のCFAR処理を行う。ここで、2次元のCFAR処理には、離散時刻kの軸とドップラ周波数の軸とが用いられてよい。
CFAR部215は、適応的に閾値を設定し、閾値よりも大きい受信電力となるND=2の離散時刻インデックスk_cfar及びドップラ周波数インデックスfs_cfarを、方向推定部214に出力する。また、CFAR部215は、ドップラ周波数範囲の広いND=2のドップラ周波数インデックスfs_cfarを、ドップラ解析部213#2以外の各ドップラ解析部213#1、#3、…、#Ntからのw番目の出力FT_CI1 (ND≠2)(k,fu,w),…,FT_CINa (ND≠2)(k,fu,w)のドップラ周波数インデックスfuに対応させるために、インデックス変換を行う。当該インデックス変換は、式(7)及び式(8)によって行われてよい。CFAR部215は、インデックス変換後のドップラ周波数インデックスfu_cfarを、方向推定部214に出力する。つまり、CFAR部215は、受信信号のドップラ周波数成分から、受信電力が閾値よりも大きい周波数成分であるピークドップラ周波数成分を検出する。
The
ここで、fs_cfar=−(Nt−1)Nc/2+1,…,0,…,(Nt−1)Nc/2であり、fu_cfar=−Nc/2+1,…,0,…,Nc/2である。
以下、本実施の形態ではND=2であるドップラ周波数範囲の広いドップラ周波数インデックスfs_cfarを、広範囲ドップラ周波数インデックスfs_cfarと表現する。また、本実施の形態ではND≠2であるドップラ周波数範囲の狭いドップラ周波数インデックスfuを、狭範囲ドップラ周波数インデックスfuと表現する。広範囲ドップラ周波数インデックスfs_cfarを、狭範囲ドップラ周波数インデックスfuに対応させる際には、重複が含まれる可能性がある。 Hereinafter, in the present embodiment, the Doppler frequency index f s_cfar having a wide Doppler frequency range in which ND = 2 is referred to as a wide range Doppler frequency index fs_cfar . In the present embodiment, a Doppler frequency index f u having a narrow Doppler frequency range of NDN2 is expressed as a narrow range Doppler frequency index f u . When the wide-range Doppler frequency index f s_cfar corresponds to the narrow-range Doppler frequency index f u , an overlap may be included.
例えば、広範囲ドップラ周波数インデックスfs_cfarに、0≦α≦Nc/2の範囲のドップラ周波数インデックスαが含まれる場合、狭範囲ドップラ周波数インデックスfuに対応させるインデックス変換によって、αと変換される。ここで、広範囲ドップラ周波数インデックスfs_cfarに、β=α−Ncも含まれると、βは、−Nc≦β≦−Nc/2の範囲に含まれることから、狭範囲ドップラ周波数インデックスfuに対応させるインデックス変換によって、β+Nc=αと変換される。よって、広範囲ドップラ周波数インデックスfs_cfarを、狭範囲ドップラ周波数インデックスfuに対応させるインデックス変換において、重複が発生する。 For example, when the wide-range Doppler frequency index f s_cfar includes a Doppler frequency index α in the range of 0 ≦ α ≦ N c / 2, it is converted to α by an index conversion corresponding to the narrow-range Doppler frequency index f u . Here, a wide range Doppler frequency index f S_cfar, when also includes β = α-N c, β, since it is within the scope of -N c ≦ β ≦ -N c / 2, the narrow range Doppler frequency index f By the index conversion corresponding to u , β + N c = α is converted. Therefore, in the index conversion that makes the wide-range Doppler frequency index fs_cfar correspond to the narrow-range Doppler frequency index f u , overlap occurs.
同様に、広範囲ドップラ周波数インデックスfs_cfarに、β=α+Ncも含まれると、βは、Nc≦β≦3Nc/2の範囲に含まれることから、狭範囲ドップラ周波数インデックスfuに対応させるインデックス変換によって、β+Nc=αと変換される。よって、狭範囲ドップラ周波数インデックスfuに対応させるインデックス変換によって、重複が発生する。 Similarly, a wide range Doppler frequency index f s_cfar, β = α + N when c is also included, beta, since it is within the scope of N c ≦ β ≦ 3N c / 2, to correspond to a narrow range Doppler frequency index f u By the index conversion, β + N c = α is converted. Therefore, the index conversion to correspond to a narrow range Doppler frequency index f u, overlapping occurs.
このように、広範囲ドップラ周波数インデックスfs_cfarに、|α−β|がNcの整数倍となる関係のα、βが含まれると、狭範囲ドップラ周波数インデックスfuに対応させる際に、重複が発生する。 Thus, a wide range Doppler frequency index f s_cfar, | α-β | When alpha relationship becomes an integral multiple of N c, include beta is, when made to correspond to a narrow range Doppler frequency index f u, duplicates Occur.
狭範囲ドップラ周波数インデックスfuに重複が発生していると、狭範囲ドップラ周波数インデックスfuの信号成分は、異なるドップラ周波数成分の信号が混合された状態となる。混合された信号の電力が近いほど振幅位相成分が変動し、後続の方向推定部214における測角の精度が劣化し得る。そこで、本実施の形態では、重複判定処理を導入する。これにより、方向推定部214における側角の精度劣化を引き起こす影響を抑制する。次に、この重複判定処理について説明する。
When duplicate narrow range Doppler frequency index f u is occurring, the signal component of the narrow range Doppler frequency index f u is in a state in which signals of different Doppler frequency components have been mixed. The closer the power of the mixed signal is, the more the amplitude / phase component fluctuates, and the accuracy of the angle measurement in the subsequent
<重複判定処理>
CFAR処理で抽出した、広範囲ドップラ周波数インデックスfs_cfarのうち、ドップラ周波数インデックスαとドップラ周波数インデックスβを、ドップラ解析部213#2以外のドップラ解析部213からのw番目の出力FT_CI1 (ND≠2)(k,fu,w),…,FT_CINa (ND≠2)(k,fu,w)のドップラ周波数インデックスfuに対応させるインデックス変換を行う。変換後のドップラ周波数インデックスfu_cfarが重複する場合、次の(B1)〜(B3)の処理を行う。
<Duplicate determination process>
The Doppler frequency index α and the Doppler frequency index β of the wide-range Doppler frequency index f s_cfar extracted by the CFAR processing are converted into the w-th output FT_CI 1 (ND ≠ 2) from the
(B1)CFAR部215は、ドップラ解析部213#2からのw番目の出力であるFT_CI1 (ND=2)(k,α,w),…,FT_CINa (ND=2)(k,α,w)の電力和と、FT_CI1 (ND=2)(k,β,w),…,FT_CINa (ND=2)(k,β,w)の電力和を比較する。
(B1) The
(B2)CFAR部215は、(B1)の電力和の比較の結果、所定値(例えば6〜10dB程度に設定)以上の電力差がある場合、ドップラ周波数インデックスαとβのうち、電力の大きい方のドップラ周波数インデックスを有効にして、電力の小さい方のドップラ周波数インデックスを、方向推定部214への出力対象から除外する。
(B2) As a result of the comparison of the power sum in (B1), if there is a power difference equal to or more than a predetermined value (for example, set to about 6 to 10 dB), the
(B3)CFAR部215は、(B1)の電力和の比較の結果、所定値以上の電力差がない場合、ドップラ周波数インデックスαとβの両方を、方向推定部214への出力対象から除外する。
(B3) The
方向推定部214は、CFAR部215から出力された離散時刻インデックスk_cfar、ドップラ周波数インデックスfs_cfar、及び、ドップラ周波数インデックスfu_cfarに基づき、各ドップラ解析部213からの出力を用いてターゲットの方向推定処理を行う。具体的には、方向推定部214は、式(9)に示すような仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)を生成し、方向推定処理を行う。
Based on the discrete time index k_cfar , the Doppler frequency index f s_cfar , and the Doppler frequency index fu_cfar output from the
以下では、アンテナ系統処理部201#1〜#Naの各信号処理部207で同様な処理を施して得られたドップラ解析部213#1〜#Ntからのw番目の出力をまとめたものを、式(9)に示すような送信アンテナ数Ntと受信アンテナ数Naの積であるNtNa個の要素を含む、仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)として表記する。仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、ターゲットからの反射信号に対して各受信アンテナRx間の位相差に基づく方向推定を行う処理に用いる。ここで、z=1,…,Naであり、ND=1,…,Ntである。
hcal[b]は、送信アレーアンテナ間及び受信アレーアンテナ間の位相偏差及び振幅偏差を補正するアレー補正値である。b=1,…,NtNaである。 h cal [b] is an array correction value for correcting a phase deviation and an amplitude deviation between the transmission array antennas and between the reception array antennas. b = 1, ..., a N t N a.
また、送信アンテナTxを時分割で切り替えているため、異なるドップラ周波数fにおいて異なる位相回転が発生する。TxCAL(1)(f),…,TxCAL(Nt)(f)は、その位相回転を補正し、基準送信アンテナの位相に一致させるための送信位相補正係数である。例えば、図3に示すように送信アンテナ数Nt=3とし、送信アンテナTx#2を基準送信アンテナとした場合、送信位相補正係数は、式(10)となる。
また、図4に示すように送信アンテナ数Nt=4、或いは、図5に示すように送信アンテナ数Nt=5とし、送信アンテナTx#2を基準送信アンテナとした場合、送信位相補正係数は、式(11)となる。
なお、各送信RF部107の送信信号の送信開始時刻に異なる送信遅延Δ1,Δ2,…,ΔNtを設けた場合、送信位相補正係数TxCAL(ND)(f)に、式(12)に示す補正係数ΔTxCAL (ND)(f)を乗算したものを、新たな送信位相補正係数TxCAL(ND)(f)としてよい。これにより、ドップラ周波数によって異なる位相回転の影響を除去できる。ここで、Δrefは、位相基準とする基準送信アンテナ番号の送信遅延を表し、本実施の形態の場合、基準送信アンテナはTx#2であるので、Δref=Δ2となる。
仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、NaNr個の要素から構成される列ベクトルである。 Virtual reception array correlation vector h (k _cfar, f s_cfar, w) is a column vector comprised of N a N r number of elements.
到来方向推定は、方向推定評価関数値PH(θ,k_cfar,fs_cfar,w)における方位方向θを所定の角度範囲内で可変として空間プロファイルを算出する。そして、到来方向推定は、空間プロファイルの極大ピークを大きい順に所定数抽出し、それぞれの極大ピークの仰角方向を到来方向推定値として出力する。 DOA estimation is the direction estimation evaluation function value P H (θ, k _cfar, f s_cfar, w) to calculate the spatial profile of the azimuth direction theta in a variable within a predetermined angular range. In the direction of arrival estimation, a predetermined number of maximal peaks in the spatial profile are extracted in descending order, and the elevation direction of each maximal peak is output as an estimated direction of arrival.
方向推定評価関数値PH(θ,k_cfar,fs_cfar,w)は、到来方向推定アルゴリズムによって算出されてよい。到来方向推定アルゴリズムには、ビームフォーマ法、Capon又はMUSICなど、各種の方法がある。例えば、非特許文献3に開示されているアレーアンテナを用いた推定方法を用いてもよい。
The direction estimation evaluation function value P H (θ, k_cfar , fs_cfar , w) may be calculated by an arrival direction estimation algorithm. The direction-of-arrival estimation algorithm includes various methods such as a beamformer method, Capon or MUSIC. For example, an estimation method using an array antenna disclosed in
図9に例示するように、NtNa個の仮想受信アレーが等間隔dHで直線状に配置される場合(Nt=3、Na=4)、ビームフォーマ法は、式(13)及び式(14)のように表すことができる。ここで、上付き添え字Hは、エルミート転置演算子である。a(θu)は、方位方向θの到来波に対する仮想受信アレーの方向ベクトルを示す。θuは、到来方向推定を行う方位範囲内を所定の方位間隔β1で変化させたものである。例えば、θuは、以下のように設定される。
θu=θmin+uβ1
ただし、u=0,…,NUであり、NU=floor[(θmax−θmin)/β1]+1である。また、floor(x)は、実数xを超えない最大の整数値を返す関数である。
θ u = θ min + uβ 1
Here, u = 0,..., NU, and NU = floor [(θ max −θ min ) / β 1 ] +1. Floor (x) is a function that returns the largest integer value that does not exceed the real number x.
なお、時刻情報(離散時刻)k_cfarは、距離情報に変換して出力されてもよい。例えば、式(15)を用いて、時刻情報k_cfarを距離情報R(k_cfar)に変換する。ここで、Twは符号送信区間、Lはパルス符号長、C0は光速度を表す。
また、ドップラ周波数情報は、相対速度成分に変換して出力されてもよい。例えば、ドップラ周波数インデックスfs_cfarは、式(16)によって、相対速度成分vdに変換されてよい。ここで、dfは、ドップラ解析部213におけるFFT処理におけるドップラ周波数間隔であり、本実施の形態の場合、df=1/{2(Nt−1)NcTr}である。また、λは、送信RF部107から出力されるRF信号のキャリア周波数の波長である。
以上のように、実施の形態1に係るレーダ装置1は、短周期送信アンテナ(本実施の形態では送信アンテナTx#2)の送信周期を2Trとし、短周期送信アンテナ以外の各送信アンテナの送信周期を2(Nt−1)Trとする。これにより、短周期受信信号は、Nt個の送信アンテナを順次切り替える場合と比べ、折り返しが発生しない最大ドップラ周波数(相対速度)がNt/2倍に増加し、折り返しが発生しないドップラ周波数範囲がNt/2倍に拡大する。
As described above, the
また、本実施の形態では、レーダ受信部200において、短周期受信信号をCFAR処理して抽出したドップラ周波数インデックスfs_cfarを、短周期受信信号以外の受信信号に適用するように変換する。そして、短周期受信信号についてはドップラ周波数インデックスfs_cfarを、短周期受信信号以外の受信信号についてはその変換したドップラ周波数インデックスfu_cfarを用いて、方向推定処理を行う。これにより、すべての仮想受信アレーを用いた方向推定処理が可能となる。 In the present embodiment, radar receiving section 200 converts the Doppler frequency index fs_cfar extracted by performing the CFAR processing on the short-period received signal so as to be applied to received signals other than the short-period received signal. Then, a Doppler frequency index f S_cfar for short period received signal, the received signal other than the short-period received signal using the Doppler frequency index f U_cfar that the conversion, performs direction estimation process. As a result, direction estimation processing using all virtual reception arrays becomes possible.
また、本実施の形態では、CFAR処理において、すべての受信信号ではなく、短周期受信信号を用いているが、ドップラ解析部213のFFTサイズは(Nt−1)倍されるため、(Nt−1)倍のコヒーレント加算利得が得られる。よって、CFAR処理に用いられる受信アンテナ数が少なくなった分のSNRを補うことができる。具体的には、従来手法として、送信アンテナTx#1〜#Ntを順次切り替え、全仮想受信アンテナのドップラ解析部213の出力を電力合成してCFAR処理する場合に比べ、本実施の形態におけるCFAR処理時の受信SNRは、約0.5(Nt)1/2倍となる(ただしNt≧3)。すなわち、CFAR処理時の受信SNRは、Nt=3の場合は約0.9倍、Nt=4以上で同等以上となり、本実施の形態は、従来の手法と比べて、特段の劣化は生じない。
Further, in the present embodiment, in the CFAR processing, not all received signals but short-period received signals are used, but the FFT size of
なお、本実施の形態は、図10に示すように、レーダ送信部100において、送信アンテナ切替部121により送信RF部107からの出力を複数の送信アンテナTxの1つに択一的に切り替える構成であってもよい。この場合も、上述と同様な効果が得られる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 10, in radar transmitting section 100, transmission
また、図9に示すように、複数の仮想受信アンテナの仮想的な配列において中心付近に位置する仮想受信アンテナ(例えば図9の点線内)を形成する送信アンテナが、短周期送信アンテナTxとして選択されてよい。これにより、方向推定処理における角度プロファイル上のサイドローブを低減する効果が得られる。次に、具体例を示す。 As shown in FIG. 9, a transmission antenna forming a virtual reception antenna (for example, within a dotted line in FIG. 9) located near the center in a virtual array of a plurality of virtual reception antennas is selected as the short-period transmission antenna Tx May be. Thereby, the effect of reducing the side lobe on the angle profile in the direction estimation processing can be obtained. Next, a specific example will be described.
図9は、送信アンテナ数Nt=3、受信アンテナ数Na=4の場合のMIMOレーダのアンテナ配置の例を示す。図11は、方向推定部214においてビームフォーマ法を用いた場合の空間プロファイル結果(ターゲット方向の真値0度方向)の一例を示す。
Figure 9 shows an example of an antenna arrangement of the MIMO radar when the number of transmit antennas N t = 3, the number of reception antennas N a = 4. FIG. 11 shows an example of the spatial profile result (true direction of the target direction of 0 °) when the beamformer method is used in the
図11(a)は、従来の手法である送信アンテナTx#1、Tx#2、Tx#3を順次切り替えた場合の空間プロファイル結果を示す。図11(b)は、本実施の形態と同様に送信アンテナTx#2を短周期送信アンテナとした場合の空間プロファイル結果を示す。図11(a)及び(b)に示すように、両者ともに正面方向のターゲットを正しく推定できている。
FIG. 11A shows a spatial profile result when the transmission
また、図11(a)と(b)を比べると、本実施の形態に対応する図11(b)において、ビームフォーマ法のサイドローブを低減する効果(3dB程度)が得られていることが確認できる。これは、次の理由による。すなわち、仮想受信アンテナ(図9におけるMIMO VA#1〜#12の配置)において、中心付近に配置されているMIMO VA#5〜#8は、Tx#2からの短周期送信信号を受信する。よって、MIMO VA#5〜#8の受信信号レベルは、他のMIMO VA#1〜#4、#9〜#12の受信信号レベルよりも高まることで、空間プロファイルのサイドローブ低減効果が得られる。
Also, comparing FIGS. 11A and 11B, in FIG. 11B corresponding to the present embodiment, the effect (about 3 dB) of reducing the side lobe of the beam former method is obtained. You can check. This is for the following reason. That is, in virtual receiving antennas (arrangement of
(実施の形態2)
実施の形態1では、レーダ送信部100がパルス列を位相変調あるいは振幅変調して送信するパルス圧縮レーダを用いる場合について説明した。実施の形態2では、チャープパルスのような周波数変調(fast chirp modulation)したパルス圧縮波を用いたレーダ方式にについて説明する。なお、実施の形態2では、実施の形態1と同様の内容については説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, a case has been described where the radar transmitting section 100 uses a pulse compression radar that transmits a pulse train by phase modulation or amplitude modulation. In the second embodiment, a radar system using a pulse compression wave that has been frequency-modulated (fast chirp modulation) such as a chirped pulse will be described. In the second embodiment, description of the same contents as in the first embodiment will be omitted.
図12は、レーダ送信においてチャープ(Chirp)パルスを用いるレーダ装置1の構成例を示す。
FIG. 12 shows a configuration example of a
レーダ送信部100は、レーダ送信信号生成部101と、方向性結合部124と、送信RF部107と、送信アンテナ切替部121と、複数の送信アンテナTx#1〜#Ntと、切替制御部105とを有する。レーダ送信信号生成部101は、変調信号発生部122と、VCO(Voltage Controlled Oscillator。電圧制御発振器)123とを有する。
Radar transmitter 100, a radar transmission
変調信号発生部122は、図13(a)に示すように、のこぎり歯形状の変調信号を周期的に発生させる。ここで、送信周期をTrとする。
As shown in FIG. 13A, the
VCO123は、変調信号発生部122からの出力に基づいて、送信信号に対して周波数変調を行い、周波数変調信号(周波数チャープ信号)を生成する。そして、VCO123は、周波数変調信号を、方向性結合部124へ出力する。
方向性結合部124は、VCO123から出力された周波数変調信号を、送信RF部107へ出力すると共に、周波数変調信号の一部を取り出してレーダ受信部200の各ミキサ部224へ出力する。
The
送信RF部107は、方向性結合部124から出力された周波数変調信号を増幅し、送信アンテナ切替部121へ出力する。
送信アンテナ切替部121は、送信RF部107から出力された周波数変調信号を、切替制御部105によって切り替えられた送信アンテナTxへ出力する。送信アンテナTxは、送信アンテナ切替部121から出力された送信信号を空間に放射する。
Transmission
レーダ受信部200は、複数の受信アンテナRx#1〜#Naと、受信アンテナRx#1〜#Naにそれぞれ対応するアンテナ系統処理部201#1〜#Naと、CFAR部215と、方向推定部214とを有する。各アンテナ系統処理部201は、受信無線部203と、信号処理部207とを有する。受信無線部203は、ミキサ部224と、LPF226とを有する。信号処理部207は、A/D変換部228と、R−FFT部220と、出力切替部211と、ドップラ解析部213とを有する。
Radar receiver 200 includes a plurality of receiving
レーダ受信部200は、反射信号を受信アンテナRxで受信した受信信号に対し、ミキサ部224において送信信号である周波数変調信号とのミキシングをし、LPF226を通過させることで、送信信号と受信信号との遅延時間に応じた周波数となるビート信号を取り出す。例えば、図13(b)のように、送信周波数変調波(レーダ送信波)の周波数と受信周波数変調波(レーダ反射波受信信号)の周波数との差分周波数が、ビート周波数として取り出される。
The radar receiving unit 200 mixes the received signal obtained by receiving the reflected signal with the receiving antenna Rx with the frequency modulation signal that is the transmission signal in the
信号処理部207のA/D変換部228は、受信無線部203から出力されるビート信号を、離散サンプルリングデータに変換する。
The A /
R−FFT部220は、Tr周期毎に、所定時間範囲(レンジゲート)で得られたNdata個の離散サンプリングデータを、FFT処理する。これにより、受信信号の遅延時間に応じたビート周波数にピークが現れる周波数スペクトラムが出力される。なお、FFT処理の際に、Han窓やHamming窓などの窓関数係数を乗算してもよい。窓関数を適用することでビート周波数ピーク周辺に発生するサイドローブを抑圧することができる。
The R-
ここで、第M番目のチャープパルス送信によって得られる、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207におけるR−FFT部220から出力されるビート周波数スペクトラム応答を、AC_RFTz(fb,M)で表す。ここで、fbはFFTのインデックス番号であり、fb=0,…,Ndata/2である。周波数インデックスfbは、当該インデックス番号が小さいほど、受信信号(反射信号)の遅延時間が小さい(すなわち、ターゲットからの距離が近い)ビート周波数を表す。
Here obtained by the M-th chirped pulse transmission, the beat frequency spectrum response outputted from the R-
出力切替部211は、実施の形態1の出力切替部211と同様の動作を行う。すなわち、出力切替部211は、切替制御部105からの切替制御信号に基づいて、Nt個のドップラ解析部213#1〜#Ntのうち1つを選択する(切り替える)。そして、出力切替部211は、Tr周期毎に、R−FFT部220から出力される周波数スペクトラムを、その選択したドップラ解析部213へ出力する。
The
第M番目の送信周期Trにおける切替制御信号は、Ntビット[bit1(M),bit2(M),…,bitNt(M)]で構成されてよい。この場合、出力切替部211は、第M番目の送信周期Trの切替制御信号において、第NDビットが1の場合、ドップラ解析部213#NDを出力先に選択し、第NDビットが0の場合、ドップラ解析部213#NDを出力先に選択しない(未選択とする)。なお、ND=1,…,Ntである。
Switching control signal in the M-th transmission cycle T r is, N t bits [bit 1 (M), bit 2 (M), ..., bit Nt (M)] may be constituted by. In this case, when the ND bit is 1 in the switching control signal of the M-th transmission cycle Tr , the
切替制御部105は、実施の形態1の切替制御部105と同様の動作を行う。例えば、送信アンテナTx#2が短周期送信アンテナである場合、送信アンテナTx#2を2Tr周期毎に選択し、送信アンテナTx#2以外の各送信アンテナTx#1、#2、…、#NtをNp=2(Nt−1)Tr周期毎に選択する。
なお、実施の形態1で説明したように、各送信アンテナTxからの送信信号の送信開始時刻は、必ずしも周期Trに同期していなくてもよい。例えば、図6に示すように、各送信アンテナからの送信開始時刻に対して、送信遅延Δ1,Δ2,…,ΔNtを設けてもよい。
Note that, as described in
切替制御部105は、Np=2(Nt−1)Tr期間の1セットを、Nc回繰り返す。これにより、NpNc期間において、短周期送信アンテナである送信アンテナTx#2からは、(Nt−1)Nc回、送信信号が送信され、短周期送信アンテナ以外の各送信アンテナTx#1、#3、…、#Ntからは、Nc回、送信信号が送信される。
Switching control unit 105, a set of N p = 2 (N t -1 ) T r period, repeated N c times. Thus, in the N p N c period, from the transmission
レーダ受信部200において、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207は、ドップラ解析部213#1〜#Ntを有する。ドップラ解析部213は、出力切替部211から出力される受信信号に対して、ビート周波数インデックスfb毎にドップラ解析を行う。ドップラ解析では、Ncが2のべき乗値であれば、式(17)及び式(18)に示すようなFFT処理を適用できる。
In radar receiver 200, a signal processing unit 207 of the antenna
ここで、FT_CIz ND(fb,fs,w)は、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207におけるドップラ解析部213#NDによるw番目の出力であり、ビート周波数インデックスfbにおけるドップラ周波数インデックスfsのドップラ周波数応答を示す。なお、ND=1〜Ntであり、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noであり、z=1,…,Naである。また、wは自然数である。
Here, FT_CI z ND (f b , f s , w) is the w-th output by the
ND=2の場合(短周期受信信号である場合)、ドップラ解析のFFTサイズは、(Nt−1)Ncであり、サンプリング定理から導出される折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は±1/(2Tr)である。また、ドップラ周波数インデックスfsのドップラ周波数間隔は2/{2(Nt−1)NcTr}であり、ドップラ周波数インデックスfsの範囲はfs=−(Nt−1)Nc/2+1,…,0,…,(Nt−1)Nc/2である。 When ND = 2 (in the case of a short-period received signal), the FFT size of the Doppler analysis is (N t −1) N c , and the maximum Doppler frequency at which aliasing derived from the sampling theorem does not occur is ± 1/1/2. (2T r ). Also, Doppler frequency interval of the Doppler frequency index f s is 2 / {2 (N t -1 ) N c T r}, a range of Doppler frequency index f s is f s = - (N t -1 ) N c .., 0,..., (N t −1) N c / 2.
ND≠2の場合(短周期受信信号でない場合)、ドップラ解析のFFTサイズは、Ncであり、サンプリング定理から導出される折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は±1/{2(Nt−1)Tr}である。また、ドップラ周波数インデックスfuのドップラ周波数間隔は2/{2(Nt−1)NcTr}であり、ドップラ周波数インデックスfuの範囲はfu=−Nc/2+1…,0,…,Nc/2である。 When ND ≠ 2 (when the signal is not a short-period received signal), the FFT size of the Doppler analysis is Nc , and the maximum Doppler frequency at which aliasing derived from the sampling theorem does not occur is ± 1 / {2 (N t −1). ) T r }. Also, Doppler frequency index f u Doppler frequency interval 2 / of a {2 (N t -1) N c T r}, the Doppler frequency index f range u is f u = -N c / 2 + 1 ..., 0, ..., Nc / 2.
ND=2の場合とND≠2の場合のドップラ解析部213からの出力を比べると、両者のドップラ周波数間隔は同じである。しかし、ND=2の場合の折り返しが発生しない最大ドップラ周波数が、ND≠2の場合に比べ、±(Nt−1)倍されており、ドップラ周波数範囲が(Nt−1)倍に拡大されて出力される。
Comparing the outputs from the
したがって、送信アンテナをTx#1、Tx#2、…、Tx#Ntのように順次切り替える場合に比べ、本実施の形態に係る構成によれば、ND=2の折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は、送信アンテナ数Ntが3以上の場合に、Nt/2倍に拡大する。つまり、送信アンテナ数Ntに比例して、折り返しが発生しないドップラ周波数範囲が拡大する。
Therefore, the transmission
なお、ND≠2の場合において、出力切替部211からの出力がない場合は、ドップラ解析のFFTサイズを(Nt−1)Ncとし、式(19)を用いて、仮想的に出力ゼロとしてサンプリングしてよい。なお、式(19)は、上記の式(17)と同一である。これにより、FFTサイズが増加するため、処理量が増えるが、ドップラ周波数インデックスは、ND=2の場合と一致するため、後述するドップラ周波数インデックスの変換処理が不要となる。
以降のCFAR部215及び方向推定部214における処理は、実施の形態1で用いた離散時刻kをビート周波数インデックスfbで置き換えた処理と同一となるため、ここでは説明を省略する。以上の構成及び処理により、実施の形態2は、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
Processing in the
以降の実施の形態においても同様に送信信号として、周波数チャープ信号を適用することができ、符号化パルス信号を用いた場合と同様な効果が得られる。 Similarly, in the following embodiments, a frequency chirp signal can be applied as a transmission signal, and the same effect as in the case of using an encoded pulse signal can be obtained.
なお、式(20)を用いて、ビート周波数インデックスfbを距離情報R(fb)に変換できる。ここで、Bwは、周波数変調して生成される周波数チャープ信号における周波数変調帯域幅であり、C0は光速度である。
(実施の形態3)
図14は、実施の形態3に係るレーダ装置1の構成例を示す。実施の形態3に係るレーダ装置1は、実施の形態1に係るレーダ装置1と比べて、折り返し判定部216をさらに備える。また、実施の形態1と比べて、実施の形態3は、切替制御部105、ドップラ解析部213、CFAR部215、及び、方向推定部214の動作が異なる。以下、実施の形態3では、実施の形態1と異なる内容について主に説明し、実施の形態1と同様の内容については説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 14 shows a configuration example of a
切替制御部105は、レーダ送信部100の送信RF切替部106と、レーダ受信部200の出力切替部211とに対して、出力先の切り替えを指示する切替制御信号を出力する。なお、出力切替部211に対する出力先の切り替えの指示については後述する。以下では、送信RF切替部106に対する出力先の切り替えの指示について説明する。
The switching
切替制御部105は、送信周期Tr毎に、送信RF部107#1〜#Ntのうちの1つを順次選択する。そして、切替制御部105は、その選択した送信RF部107に出力先を切り替えるよう指示する切替制御信号を、送信RF切替部106へ出力する。
送信RF切替部106は、切替制御部105から出力された切替制御信号に基づいて、出力先を、送信RF部107#1〜#Ntのうちの1つに切り替える。そして、送信RF切替部106は、レーダ送信信号生成部101から出力される送信信号を、その切り替えた送信RF部107へ出力する。
Transmitting RF switching unit 106, based on the switching control signal outputted from the switching
図15は、送信RF部107#1〜#Ntが送信信号を送信するタイミングを説明するための図である。
Figure 15 is a diagram for transmitting
切替制御部105は、図15に示すように、送信周期Tr毎に、送信RF部107#1〜#Ntを順次、出力先に選択する。そして、切替制御部105は、送信周期Tr毎に、その選択した送信RF部107への切り替えを指示する切替制御信号を、送信RF切替部106へ出力する。これにより、送信RF切替部106は、各送信RF部107#1〜#Ntを、周期Np=NtTrで選択する。別言すると、送信RF部107#1〜#Ntは、それぞれ、周期Np=NtTrで送信信号を送信する。
切替制御部105は、図15に示すように、期間Np=NtTrの1セットの処理を、Nc/2回繰り返した後、送信信号を送出しない期間である送信ギャップ期間TGAPを設ける。そして、切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAPの経過後、再び、期間Np=NtTrの1セットの処理を、Nc/2回繰り返す。この処理により、各送信RF部107は、Nc回、送信信号を送信する。送信ギャップ期間TGAPは、ドップラ解析部213のサンプリング周期(Np=NtTr)の1/2に設定されてよい。別言すると、TGAP=Np/2=NtTr/2であってよい。
レーダ受信部200において、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207の出力切替部211は、切替制御部105から出力された切替制御信号に基づいて、Tr周期毎に、ドップラ解析部213#1〜#Ntのうちの1つを選択する。そして、出力切替部211は、相関演算部210からTr周期毎に出力される相関演算結果を、その選択したドップラ解析部213へ出力する。
In the radar receiving unit 200, the
第M番目の送信周期Trにおける切替制御信号は、Ntビット[bit1(M),bit2(M),…,bitNt(M)]で構成されてよい。この場合、出力切替部211は、第M番目の送信周期Trにおいて、切替制御信号の第NDビットが1の場合、ドップラ解析部213#NDを出力先に選択し、切替制御信号の第NDビットが0の場合、ドップラ解析部213#NDを出力先に選択しない(非選択とする)。なお、ND=1,…,Ntである。
Switching control signal in the M-th transmission cycle T r is, N t bits [bit 1 (M), bit 2 (M), ..., bit Nt (M)] may be constituted by. In this case, when the ND bit of the switching control signal is 1 in the M-th transmission cycle Tr , the
切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAP開始前まで、Np=NtTr周期毎に、各ビットを順次1に切り替えて、切替制御信号を出力する。次に、具体例を説明する。
まず、切替制御部105は、下記(C1)に示す1セット(Np期間分)の切替制御信号を、Nc/2回出力する。
(C1)
[bit1(1),bit2(1),…,bitNt(1)]=[1,0,…,0]
[bit1(2),bit2(2),…,bitNt(2)]=[0,1,…,0]
…
[bit1(Nt),bit2(Nt),…,bitNt(Nt)]=[0,0,…,1]
First, the switching
(C1)
[Bit 1 (1), bit 2 (1), ..., bit Nt (1)] = [1, 0, ..., 0]
[Bit 1 (2), bit 2 (2), ..., bit Nt (2)] = [0, 1, ..., 0]
…
[Bit 1 (N t ), bit 2 (N t ),..., Bit Nt (N t )] = [0, 0,..., 1]
切替制御部105は、上記(C1)に示す1セット(Np期間分)の切替制御信号をNc/2回出力した後、送信ギャップ期間TGAPにおいて、下記(C2)に示す全ビットがゼロの切替制御信号を出力する。
(C2)
[bit1,bit2,…,bitNt]=[0,0,…,0]
(C2)
[Bit 1, bit 2, ... , bit Nt] = [0,0, ..., 0]
切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAPの終了後、下記(C3)に示す1セット(Np期間分)の切替制御信号を、Nc/2回出力する。
(C3)
[bit1(NtNc/2+1),bit2(NtNc/2+1),…,bitNt(NtNc/2+1)]=[1,0,…,0]
[bit1(NtNc/2+2),bit2(NtNc/2+2),…,bitNt(NtNc/2+2)]=[0,1,…,0]
…
[bit1(NtNc),bit2(NtNc),…,bitNt(NtNc)]=[0,0,…,1]
(C3)
[Bit 1 (N t N c / 2 + 1), bit 2 (N t N c / 2 + 1), ..., bit Nt (N t N c / 2 + 1)] = [1,0, ..., 0]
[Bit 1 (N t N c / 2 + 2), bit 2 (N t N c / 2 + 2), ..., bit Nt (N t N c / 2 + 2)] = [0,1, ..., 0]
…
[Bit 1 (N t N c ), bit 2 (N t N c), ..., bit Nt (N t N c)] = [0,0, ..., 1]
アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207は、ドップラ解析部213#1〜#Ntを有する。ドップラ解析部213#1〜#Ntは、それぞれ、送信ギャップ期間TGAPの開始前のNc/2回分(前半期間)の相関演算結果と、送信ギャップ期間TGAPの終了後のNc/2回分(後半期間)の相関演算結果とを、別々に、離散時刻k毎にドップラ解析を行う。ドップラ解析では、Ncが2のべき乗値であれば、式(21)及び式(22)に示すようなFFT処理を適用できる。
式(21)のFT_FH_CIz ND(k,fs,w)は、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207におけるドップラ解析部213#NDによる第w番目の出力であり、離散時刻kにおけるドップラ周波数インデックスfsの、前半期間Nc/2回分のドップラ周波数応答を示す。
FT_FH_CI z ND of formula (21) (k, f s , w) is the first w-th output by
式(22)のFT_SH_CIz ND(k,fs,w)は、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207におけるドップラ解析部213#NDによる第w番目の出力であり、離散時刻kにおけるドップラ周波数インデックスfsの、後半期間Nc/2回分のドップラ周波数応答を示す。ここで、ND=1〜Ntであり、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noであり、z=1,…,Naである。また、wは自然数である。
FT_SH_CI z ND of formula (22) (k, f s , w) is the first w-th output by
FT_FH_CIz ND(k,fs,w)は、FFTサイズがNcであり、後半部分のNc/2個のデータをゼロ埋めしたものである。また、FT_SH_CIz ND(k,fs,w)は、FFTサイズがNcで、前半部分のNc/2個のデータをゼロ埋めしたものである。 FT_FH_CI z ND (k, f s , w) is, FFT size is N c, in which the Nc / 2 pieces of data in the latter half portion and zero-padding. Further, FT_SH_CI z ND (k, f s, w) is one in which FFT size is N c, the N c / 2 pieces of data of the first half portion and zero-padding.
したがって、サンプリング定理から導出される、折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は、±1/(2NtTr)である。また、ドップラ周波数インデックスfsのドップラ周波数間隔は、1/{NtNcTr}であり、ドップラ周波数インデックスfsの範囲は、fs=−Nc/2+1,…,0,…,Nc/2である。 Therefore, the maximum Doppler frequency at which aliasing does not occur, derived from the sampling theorem, is ± 1 / (2N t Tr ). Also, Doppler frequency interval of the Doppler frequency index f s is 1 / {N t N c T r}, a range of Doppler frequency index f s is, f s = -N c / 2 + 1, ..., 0, ..., N c / 2.
なお、FFT処理において、Han窓又はHamming窓などの窓関数係数を乗算してもよい。窓関数を適用することにより、ビート周波数ピーク周辺に発生するサイドローブを抑圧できる。なお、窓関数係数は、FFTサイズがNcのものを適用し、前半部分のNc/2個の窓関数係数をFT_FH_CIz ND(k,fs,w)の算出時に用い、後半部分のNc/2個の係数をFT_SH_CIz ND(k,fs,w)の算出時に用いる。 In the FFT processing, a window function coefficient such as a Han window or a Hamming window may be multiplied. By applying the window function, side lobes generated around the beat frequency peak can be suppressed. Incidentally, window function coefficients, FFT size is applied to one of the N c, using N c / 2 pieces of window function coefficients of the first half FT_FH_CI z ND (k, f s , w) at the time of calculation of the second half of the N c / 2 coefficients are used when calculating FT_SH_CI z ND (k, f s , w).
CFAR部215は、アンテナ系統処理部201#1〜#Naのドップラ解析部213#1〜#Ntからのw番目の出力FT_FH_CIz ND(k,fs,w)およびFT_SH_CIz ND(k,fs,w)用いて、CFAR処理を行う。CFAR処理は、離散時刻k(ターゲットまでの距離に相当)と、ドップラ周波数インデックスfs(ターゲットの相対速度に相当)との2次元の入力信号に対して行われる。
CFAR処理について、例えば、式(22a)に示すように、各アンテナ系統処理部201#1〜#Naのドップラ解析部213#2からのw番目の出力FT_FH_CIz ND(k,fs,w)およびFT_SH_CIz ND(k,fs,w)を電力加算する。そして、CFAR部215は、電力加算結果に対し、1次元のCFAR処理を組み合わせたCFAR処理、或いは、2次元のCFAR処理を行う。このCFAR処理には、非特許文献2に開示の処理が適用されてよい。ここで、2次元のCFAR処理には、離散時刻(ターゲットまでの距離に相当)の軸と、ドップラ周波数(ターゲットの相対速度に相当)の軸とが用いられてよい。そして、CFAR部215は、閾値よりも大きい電力加算値となる、離散時刻インデックスk_cfar、及び、ドップラ周波数インデックスfs_cfarを、方向推定部214及び折り返し判定部216へ出力する。
折り返し判定部216は、CFAR部215から出力された離散時刻インデックスk_cfar、及び、ドップラ周波数インデックスfs_cfarに基づいて、ドップラ解析部213からの出力が折り返し信号を含むか否かを判定する。例えば、折り返し判定部216は、式(23)及び式(24)によって、当該判定を行う。
なお、式(23)及び式(24)において、
ここで、式(25)に示すFT_CALz ND(k,fs,w)は、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が折り返し信号を含まないものと仮定した場合に、FT_FH_CIz ND(k,fs,w)およびFT_SH_CIz ND(k,fs,w)を同相加算する式である。式(25)において、送信ギャップ期間TGAP中に、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が位相変化(位相回転)を生じるため、この位相回転を補正するために、式(25a)の項を導入している。ここで、送信ギャップ期間TGAPは、ドップラ解析部213のサンプリング周期(Np=NtTr)の1/2に設定していることから、ドップラ周波数インデックス(fs_cfar)のサンプリング周期期間の位相変化(位相回転)の半分(1/2)に相当する位相回転を補正している。
一方、式(26)に示すFT_ALIASz ND(k,fs,w)は、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が折り返し信号を含むものと仮定した場合に、FT_FH_CIz ND(k,fs,w)およびFT_SH_CIz ND(k,fs,w)を同相加算する式である。ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が(一次)折り返し信号を含む場合、ドップラ周波数インデックスfs_cfar≧0のとき、送信ギャップ期間TGAP中に、(fs_cfar−Nc)のドップラ周波数インデックス分の位相変化(位相回転)が生じる。また、ドップラ周波数インデックスfs_cfar<0のときは、送信ギャップ期間TGAP中に、(fs_cfar+Nc)のドップラ周波数インデックス分の位相変化(位相回転)が生じる。そこで、式(26)には、このような送信ギャップ期間TGAP中に生じる位相回転を補正するために、式(26a)を導入している。式(26a)は式(25a)のfs_cfarに(fs_cfar±Nc)を代入することで得られ、式(25a)を位相反転した式となる。従って、FT_CALz ND(k,fs,w)とFT_ALIASz ND(k,fs,w)はどちらか一方が同相加算され、もう一方は逆相で加算される関係となり、信号レベル差が明確に生じる関係となり、受信信号のSNRが低い場合でも、折り返し信号の有無の判定が可能である。
すなわち、上述より、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が折り返し信号を含む場合、FT_CALz ND(k,fs,w)は、FT_ALIASz ND(k,fs,w)よりも電力的に小さくなる。一方、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が折り返し信号を含まない場合、FT_ALIASz ND(k,fs,w)はFT_CALz ND(k,fs,w)よりも電力的に小さくなる。このような理由から、式(23)及び式(24)の判定方法を適用できる。 That is, from the above, when a signal of the Doppler frequency index f S_cfar comprises a folded signal, FT_CAL z ND (k, f s, w) is, FT_ALIAS z ND (k, f s, w) smaller in terms of electric power than . On the other hand, when the signal of the Doppler frequency index f s_cfar does not include a folded signal, FT_ALIAS z ND (k, f s , w) is smaller in power than FT_CAL z ND (k, f s , w). For such a reason, the determination methods of Expressions (23) and (24) can be applied.
折り返し判定部216は、(一次)折り返し信号を含むと判定したドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号については、以下のようにドップラ周波数インデックスを変換し、出力する。
・ドップラ周波数インデックスfs_cfar≧0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar−Ncと変換し、出力する。
・ドップラ周波数インデックスfs_cfar<0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar+Ncと変換し、出力する。
ここで、DopConv(f)は、折り返し信号の判定に基づくドップラ周波数インデックスfに対するドップラ周波数インデックスの変換結果を表す。
The
If Doppler frequency index fs_cfar ≧ 0, convert DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar− Nc and output.
If the Doppler frequency index fs_cfar <0, convert to DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar + Nc and output.
Here, DopConv (f) represents the result of conversion of the Doppler frequency index to the Doppler frequency index f based on the determination of the aliasing signal.
折り返し判定部216は、折り返し信号を含まないと判定したドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号については、以下のようにドップラ周波数インデックスを変換せずに出力する。
・DopConv(fs_cfar)=fs_cfar
The
DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar
方向推定部214は、折り返し判定部からの出力に基づき、式(27)に示す仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)を生成し、方向推定処理を行う。
以下では、アンテナ系統処理部201#1〜#Naの各信号処理部207で同様な処理を施して得られたドップラ解析部213#1〜#Ntからのw番目の出力をまとめたものを、式(27)に示すような送信アンテナ数Ntと受信アンテナ数Naとの積であるNtNa個の要素を含む、仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)として表記する。仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、ターゲットからの反射波に対して各受信アンテナRx間の位相差に基づく方向推定を行う処理に用いられる。ここで、z=1,…,Naであり、ND=1,…,Ntである。
hcal[b]は、送信アレーアンテナ間及び受信アレーアンテナ間の位相偏差及び振幅偏差を補正するアレー補正値である。ここで、b=1,…,NtNaである。 h cal [b] is an array correction value for correcting a phase deviation and an amplitude deviation between the transmission array antennas and between the reception array antennas. Here, b = 1, ..., a N t N a.
また、送信アンテナTxを時分割で切り替えているため、異なるドップラ周波数fにおいて異なる位相回転が発生する。TxCAL(1)(f),…,TxCAL(Nt)(f)は、その位相回転を補正し、基準送信アンテナの位相に一致させる送信位相補正係数である。例えば、Tx#1を基準送信アンテナとした場合、送信位相補正係数は、式(29)となる。
この場合、式(27)の仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、NaNr個の要素から構成される列ベクトルとなる。 In this case, the virtual reception array correlation vector h of the formula (27) (k _cfar, f s_cfar, w) is a column vector comprised of N a N r number of elements.
到来方向推定は、方向推定評価関数値PH(θ,k_cfar,fs_cfar,w)における方位方向θを所定の角度範囲内で可変して空間プロファイルを算出する。そして、到来方向推定は、空間プロファイルの極大ピーク方向を大きい順に所定数抽出し、それぞれの極大ピークの仰角方向を到来方向推定値として出力する。 The arrival direction estimation calculates a spatial profile by changing the azimuth direction θ in the direction estimation evaluation function value P H (θ, k_cfar , fs_cfar , w) within a predetermined angle range. Then, in the arrival direction estimation, a predetermined number of the maximum peak directions of the spatial profile are extracted in descending order, and the elevation angle direction of each maximum peak is output as an arrival direction estimation value.
実施の形態3に係るレーダ装置1は、複数の送信アンテナTxを時分割で切り替え、各送信アンテナTxからNc回、送信信号を送信する。このとき、レーダ装置1は、各送信アンテナTxからNc/2回、送信信号を送信した後、送信ギャップ期間TGAPを設ける。そして、レーダ装置1は、折り返し判定部216において、送信ギャップ期間TGAPにおいて生じる位相変化に基づき、ドップラ解析部213からの出力信号が折り返し信号を含むか否かを判定する。これにより、曖昧性の生じないドップラ周波数範囲を、送信ギャップ期間TGAPを設けない場合と比べて、2倍に拡大できる。
なお、送信ギャップ期間TGAPをNtTr/2に設定した場合に、折り返し信号であるか否かの判定性能(精度)が最も高くなる。しかし、送信ギャップ期間TGAPは、これに限定されず、NtTr/2程度、或いは、その前後の期間であってもよい。 When the transmission gap period T GAP is set to N t Tr / 2, the performance (accuracy) of determining whether or not the signal is a loopback signal is the highest. However, the transmission gap period T GAP is not limited to this, and may be about N t Tr / 2 or a period before and after that.
また、各送信アンテナTxからNc回、送信信号を送信するにあたり、各送信アンテナTxからNc/2回、送信信号を送信した後に送信ギャップ期間TGAPを設けることにより、折り返し信号を含むか否かの判定性能(精度)が最も高くなる。しかし、送信ギャップ期間TGAPを設けるタイミングは、これに限定されず、Nc/2回程度送信した後、或いは、その前後の回数送信した後であってもよい。 Also, in transmitting a transmission signal Nc times from each transmission antenna Tx, Nc / 2 times transmission signal transmission from each transmission antenna Tx, and then providing a transmission gap period T GAP after transmitting a transmission signal to determine whether a folded signal is included. The performance (accuracy) of determining whether or not to perform the determination is highest. However, the timing at which the transmission gap period T GAP is provided is not limited to this, and may be after transmitting about N c / 2 times, or after transmitting before and after that number of times.
(実施の形態4)
実施の形態1では、複数の送信アンテナTxの少なくとも1つを短周期送信アンテナとする構成について説明した。実施の形態3では、送信ギャップ期間TGAPを設ける構成について説明した。実施の形態4では、実施の形態1と実施の形態3との構成の組み合わせ例について説明する。これにより、実施の形態1と比べてさらにドップラ周波数の検出範囲を拡大できる。以下、実施の形態4では、実施の形態1及び3と異なる内容について主に説明し、実施の形態1及び3と同様の内容については説明を省略する。
(Embodiment 4)
In the first embodiment, a configuration has been described in which at least one of the plurality of transmission antennas Tx is a short-period transmission antenna.
図16は、実施の形態4に係るレーダ装置1の構成例を示す。
FIG. 16 shows a configuration example of a
切替制御部105は、レーダ送信部100の送信RF切替部106と、レーダ受信部200の出力切替部211とに対して、出力先の切り替えを指示する切替制御信号を出力する。なお、出力切替部211に対する出力先の切り替えの指示については後述する。以下では、送信RF切替部106に対する出力先の切り替えの指示について説明する。
The switching
切替制御部105は、送信周期Tr毎に、送信RF部107#1〜#Ntの中から、送信信号の送信に使用する送信RF部107を1つ選択する。そして、切替制御部105は、送信RF切替部106に対して、その選択した送信RF部107への出力先の切り替えを指示する切替制御信号を出力する。
送信RF切替部106は、切替制御部105から出力された切替制御信号に基づいて、出力先を、送信RF部107#1〜#Ntのうちの1つに切り替える。そして、送信RF切替部106は、レーダ送信信号生成部101から出力される送信信号を、その切り替えた送信RF部107へ出力する。
Transmitting RF switching unit 106, based on the switching control signal outputted from the switching
図17は、送信アンテナ数Nt=3の場合において、送信RF部107#1〜#3が送信信号を出力するタイミングを説明するための図である。なお、図17は、送信RF部107#2が短周期送信RF部の例である。
FIG. 17 is a diagram for explaining the timing at which the
この場合、切替制御部105は、2Tr周期毎に、送信RF部107#2を、送信信号の出力先に選択する。そして、切替制御部105は、送信RF部107#2が送信信号を出力しない各Tr期間において、送信信号の出力先に、送信RF部107#1、#3を順次選択する。つまり、切替制御部105は、送信RF部107#1、#3を、それぞれ、Np=4Tr=2(Nt−1)Tr周期毎に、出力先に選択する。
In this case, the switching
ここで、切替制御部105は、図17に示すように、期間Np=4Tr=2(Nt−1)Trの1セットの処理を、Nc/2回繰り返した後、送信信号を出力しない送信ギャップ期間TGAPを設ける。そして、切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAPの経過後、再び、期間Np=4Tr=2(Nt−1)Trの1セットの処理を、Nc/2回繰り返す。この処理により、短周期送信RF部である送信RF部107#2は、(Nt−1)Nc回送信信号を送信する。また、送信RF部107#2以外の送信RF部107#1、#3は、それぞれ、Nc回、送信信号を送信する。
Here, the switching
送信ギャップ期間TGAPは、送信RF部107#2(短周期送信RF部)の送信周期2Trの1/2に設定されてよい。別言すると、TGAP=Trであってよい。
Transmission gap period T GAP may be set to 1/2 of the transmission cycle 2T r transmit
なお、各送信RF部107の送信信号の送信開始時刻は、必ずしも周期Trに同期していなくてもよい。例えば、図6に示すように、各送信RF部107#1〜#Ntの送信開始時刻に対して、送信遅延Δ1,Δ2,…,ΔNtを設けてもよい。
Note that the transmission start time of the transmission signal of each
レーダ受信部200において、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207の出力切替部211は、切替制御部105から出力された切替制御信号に基づき、Tr周期毎に、ドップラ解析部213#1〜#Ntのうちの1つを選択する(切り替える)。そして、出力切替部211は、相関演算部210からTr周期毎に出力される相関演算結果を、その選択したドップラ解析部213へ出力する。
In the radar receiving unit 200, the
第M番目の送信周期Trにおける切替制御信号は、Ntビット[bit1(M),bit2(M),…,bitNt(M)]で構成されてよい。この場合、出力切替部211は、第M番目の送信周期Trの切替制御信号において、第NDビットが1の場合、ドップラ解析部213#NDを出力先に選択し、第NDビットが0の場合、ドップラ解析部213#NDを出力先に選択しない。ここで、ND=1,…,Ntである。
Switching control signal in the M-th transmission cycle T r is, N t bits [bit 1 (M), bit 2 (M), ..., bit Nt (M)] may be constituted by. In this case, when the ND bit is 1 in the switching control signal of the M-th transmission cycle Tr , the
切替制御信号は、送信アンテナ数Nt=3の場合、図17に示す送信信号の出力パターンに対応するように、3ビットの切替制御信号を、出力切替部211へ出力する。次に、具体例を説明する。
When the number of transmitting antennas N t = 3, the switching control signal outputs a 3-bit switching control signal to the
まず、切替制御部105は、NpNc/2期間(前半期間)において、Tr周期毎に、下記(D1)に示す各切替制御信号を、繰り返し出力する。なお、Np=4Tr=2(Nt−1)Trである。
(D1)
[bit1(1),bit2(1),bit3(1)]=[0,1,0]
[bit1(2),bit2(2),bit3(2)]=[1,0,0]
[bit1(3),bit2(3),bit3(3)]=[0,1,0]
[bit1(4),bit2(4),bit3(4)]=[0,0,1]
First, the switching
(D1)
[Bit 1 (1), bit 2 (1), bit 3 (1)] = [0, 1, 0]
[Bit 1 (2), bit 2 (2), bit 3 (2)] = [1, 0, 0]
[Bit 1 (3), bit 2 (3), bit 3 (3)] = [0, 1, 0]
[Bit 1 (4), bit 2 (4), bit 3 (4)] = [0, 0, 1]
切替制御部105は、上記の前半期間後、送信ギャップ期間TGAPにおいて、下記(D2)に示す全ビットがゼロの切替制御信号を出力する。
(D2)
[bit1,bit2,…,bitNt]=[0,0,0]
After the above-described first half period, the switching
(D2)
[Bit 1 , bit 2 ,..., Bit Nt ] = [0, 0, 0]
切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAPの終了後、NpNc/2期間(後半期間)において、Tr周期毎に、下記(D3)に示す各切替制御信号を出力する。
(D3)
[bit1(2(Nt−1)Nc/2+1),bit2(2(Nt−1)Nc/2+1),bit3(2(Nt−1)Nc/2+1)]=[0,1,0]
[bit1(2(Nt−1)Nc/2+2),bit2(2(Nt−1)Nc/2+2),bit3(2(Nt−1)Nc/2+2)]=[1,0,0]
[bit1(2(Nt−1)Nc/2+3),bit2(2(Nt−1)Nc/2+3),bit3(2(Nt−1)Nc/2+3)]=[0,1,0]
[bit1(2(Nt−1)(Nc/2+1)),bit2(2(Nt−1)(Nc/2+1)),bit3(2(Nt−1)(Nc/2+1))]=[0,0,1]
…
[bit1(2(Nt−1)(Nc−1)+1),bit2(2(Nt−1)(Nc−1)+1),bit3(2(Nt−1)(Nc−1)+1)]=[0,1,0]
[bit1(2(Nt−1)(Nc−1)+2),bit2(2(Nt−1)(Nc−1)+2),bit3(2(Nt−1)(Nc−1)+2)]=[1,0,0]
[bit1(2(Nt−1)(Nc−1)+3),bit2(2(Nt−1)(Nc−1)+3),bit3(2(Nt−1)(Nc−1)+3)]=[0,1,0]
[bit1(2(Nt−1)Nc),bit2(2(Nt−1)Nc),bit3(2(Nt−1)Nc)]=[0,0,1]
After the transmission gap period T GAP ends, the switching
(D3)
[Bit 1 (2 (N t -1) N c / 2 + 1), bit 2 (2 (N t -1) N c / 2 + 1), bit 3 (2 (N t -1) N c / 2 + 1)] = [0,1,0]
[Bit 1 (2 (N t -1) N c / 2 + 2), bit 2 (2 (N t -1) N c / 2 + 2), bit 3 (2 (N t -1) N c / 2 + 2)] = [1,0,0]
[Bit 1 (2 (N t -1) N c / 2 + 3), bit 2 (2 (N t -1) N c / 2 + 3), bit 3 (2 (N t -1) N c / 2 + 3)] = [0,1,0]
[Bit 1 (2 (N t −1) (N c / 2 + 1)), bit 2 (2 (N t −1) (N c / 2 + 1)), bit 3 (2 (N t −1) (N c / 2 + 1))] = [0,0,1]
…
[Bit 1 (2 (N t -1) (N c -1) +1), bit 2 (2 (N t -1) (N c -1) +1), bit 3 (2 (N t -1) ( Nc- 1) +1)] = [0,1,0]
[Bit 1 (2 (N t -1) (N c -1) +2), bit 2 (2 (N t -1) (N c -1) +2), bit 3 (2 (N t -1) ( Nc- 1) +2)] = [1,0,0]
[Bit 1 (2 (N t -1) (N c -1) +3), bit 2 (2 (N t -1) (N c -1) +3), bit 3 (2 (N t -1) ( Nc- 1) +3)] = [0,1,0]
[Bit 1 (2 (N t -1) N c ), bit 2 (2 (N t -1) N c ), bit 3 (2 (N t -1) N c )] = [0,0,1 ]
アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207は、ドップラ解析部213#1〜#Ntを有する。ドップラ解析部213は、出力切替部211から出力される相関演算結果について、送信ギャップ期間TGAPの開始前のNc/2回分(前半期間)の相関演算結果と、送信ギャップ期間TGAPの終了後のNc/2回分(後半期間)の相関演算結果とを、別々に、離散時刻k毎にドップラ解析を行う。ドップラ解析では、Ncが2のべき乗値であれば、例えば式(30)〜式(34)に示すようなFFT処理を適用できる。
式(30)及び式(31)のFT_FH_CIz ND(k,fs,w)は、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207におけるドップラ解析部213#NDによる第w番目の出力であり、離散時刻kにおけるドップラ周波数インデックスfsの、前半期間Nc/2回分のドップラ周波数応答を示す。
FT_FH_CI z ND of formula (30) and equation (31) (k, f s, w) is located at the w-th output by
式(32)及び式(33)のFT_SH_CIz ND(k,fs,w)は、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207におけるドップラ解析部213#NDによる第w番目の出力であり、離散時刻kにおけるドップラ周波数インデックスfsの、後半期間Nc/2回分のドップラ周波数応答を示す。なお、ND=1〜Ntであり、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noであり、z=1,…,Naである。また、wは自然数である。
FT_SH_CI z ND of formula (32) and formula (33) (k, f s, w) is located at the w-th output by
以下、第2の送信RF部107#2を2Tr周期の短周期送信RF部107として具体例を説明する。
Hereinafter, a specific example the second
ND=2(短周期受信信号である)の場合、FT_FH_CIz ND(k,fs,w)は、FFTサイズが(Nt−1)Ncであり、後段部分の(Nt−1)Nc/2個のデータをゼロ埋めしたものである。また、ND=2の場合、FT_SH_CIz ND(k,fs,w)は、FFTサイズが(Nt−1)Ncであり、前段部分の(Nt−1)Nc/2個のデータをゼロ埋めしたものである。そして、サンプリング定理から導出される、折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は、両方とも±1/(4Tr)である。また、両方とも、ドップラ周波数インデックスfsのドップラ周波数間隔は、1/{2(Nt−1)NcTr}であり、ドップラ周波数インデックスfsの範囲は、fs=−(Nt−1)Nc/2+1,…,0,…,(Nt−1)Nc/2である。
ND = 2 If the (a short period received signal), FT_FH_CI z ND (k, f s, w) is the FFT size (N t -1) N c, the subsequent portion (N t -1) It is the result of N c / 2 data padded with zeros. Also, in the case of ND = 2, FT_SH_CI z ND ( k, f s, w) is the FFT size (N t -1) N c, the
ND≠2(短周期受信信号でない)の場合、FT_FH_CIz ND(k,fs,w)は、FFTサイズがNcであり、後段部分のNc/2個のデータをゼロ埋めしたものである。また、ND≠2の場合、FT_SH_CIz ND(k,fs,w)は、FFTサイズがNc/2であり、前段部分の(Nt−1)Nc/2個のデータをゼロ埋めしたものである。そして、サンプリング定理から導出される、折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は、両方とも±1/{4(Nt−1)Tr}である。また、両方とも、ドップラ周波数インデックスfuのドップラ周波数間隔は、1/{2(Nt−1)NcTr}であり、ドップラ周波数インデックスfuの範囲は、fu=−Nc/2+1,…,0,…,Nc/2である。 For ND ≠ 2 (not short-period received signal), FT_FH_CI z ND (k, f s, w) is, FFT size is N c, obtained by zero filling the N c / 2 pieces of data subsequent portion is there. Further, when the ND ≠ 2, FT_SH_CI z ND ( k, f s, w) is, FFT size is N c / 2, zero fill the (N t -1) N c / 2 pieces of data of the previous portion It was done. The maximum Doppler frequency at which aliasing does not occur, which is derived from the sampling theorem, is ± 1 / {4 (N t −1) T r }. Further, both the Doppler frequency interval of the Doppler frequency index f u is 1 / {2 (N t -1 ) N c T r}, a range of Doppler frequency index f u is, f u = -N c / , 0, ..., Nc / 2.
ND=2の場合とND≠2の場合とのドップラ解析部213からの出力を比べると、両方のドップラ周波数間隔は同じである。また、ND=2の場合の折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は、ND≠2の場合に比べ、±(Nt−1)倍されており、ドップラ周波数範囲が(Nt−1)倍に拡大されて出力される。
Comparing the outputs from the
したがって、送信アンテナをTx#1,Tx#2,…,Tx#Ntのように順次切り替える場合に比べ、本実施の形態に係る構成によれば、ND=2の折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は、送信アンテナ数Ntが3以上の場合に、Nt/2倍に拡大する。つまり、送信アンテナ数Ntに比例して、折り返しが発生しないドップラ周波数範囲が拡大する。
Therefore, the transmission
送信ギャップ期間TGAPの開始前(前半期間)のNc/2回分には式(30)及び式(31)を適用する。
送信ギャップ期間TGAPの終了後(後半期間)のNc/2回分には式(32)及び式(33)を適用する。
なお、ND≠2の場合において、出力切替部211からの出力がない場合は、FFTサイズを(Nt−1)Ncとし、式(34)及び式(35)を用いて、仮想的に出力ゼロとしてサンプリングしてよい。なお、式(34)は上記の式(30)と同一であり、式(35)は上記の式(32)と同一である。これにより、FFTサイズが増加するため、処理量が増えるが、ドップラ周波数インデックスは、ND=2の場合と一致するため、後述するドップラ周波数インデックスの変換処理が不要となる。
なお、FFT処理の際に、Han窓又はHamming窓などの窓関数係数を乗算してもよい。窓関数を適用することでビート周波数ピーク周辺に発生するサイドローブを抑圧することができる。ND=2の場合、FFTサイズが(Nt−1)Ncの窓関数係数を適用し、当該(Nt−1)Ncのうち、前半期間の(Nt−1)Nc/2個の窓関数係数を、FT_FH_CIz ND(k,fs,w)の算出時に用い、後半期間のNc/2個の窓関数係数を、FT_SH_CIz ND(k,fs,w)の算出時に用いる。
In the FFT processing, a window function coefficient such as a Han window or a Hamming window may be multiplied. By applying the window function, side lobes generated around the beat frequency peak can be suppressed. For ND = 2, FFT size applies a window function coefficient of (N t -1) N c, the (N t -1) of N c, the
また、ND≠2の場合、FFTサイズがNcの窓関数係数を適用し、当該Ncのうち、前半期間のNc/2個の窓関数係数を、FT_FH_CIz ND(k,fs,w)の算出時に用い、後半期間のNc/2個の窓関数係数を、FT_SH_CIz ND(k,fs,w)の算出時に用いる。 Also, ND ≠ case of 2, FFT size applies a window function coefficient of the N c, among the N c, the N c / 2 pieces of window function coefficients of the first half period, FT_FH_CI z ND (k, f s, used in calculating the w), the N c / 2 pieces of window function coefficients of the second half period is used when calculating the FT_SH_CI z ND (k, f s , w).
CFAR部215は、短周期受信信号を用いて、適応的に閾値を設定(調整)し、ピーク信号の検出処理(CFAR処理)を行う。本実施の形態では、送信RF部107#2は、2Tr周期で送信信号を送信する。よって、CFAR部215は、ドップラ解析部213#2からのw番目の出力であるFT_FH_CI1 (2)(k,fs,w),…,FT_FH_CINa (2)(k,fs,w)と、FT_SH_CI1 (2)(k,fs,w),…,FT_SH_CINa (2)(k,fs,w)と、を用いてCFAR処理を行う。
The
CFAR部215は、CFAR処理により、適応的な閾値を設定し、閾値よりも大きい受信電力となる、ND=2の場合における、離散時刻インデックスk_cfar及びドップラ周波数インデックスfs_cfarを、折り返し判定部216へ出力する。
折り返し判定部216は、CFAR部215から出力された離散時刻インデックスk_cfar及びドップラ周波数インデックスfs_cfarに基づいて、ドップラ解析部213#2からの出力が折り返し信号を含むか否かを判定する。本実施の形態の場合、折り返し判定部216は、ドップラ解析部213#2からの出力に、式(36)及び(37)を適用し、折り返し信号を含むか否かを判定する。なお、NDは、短周期送信アンテナTxの番号であり、本実施の形態では、ND=2である。
なお、式(36)及び式(37)において、
ここで、式(38)に示すFT_CALz ND(k,fs,w)は、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が折り返し信号を含まないものと仮定した場合に、FT_FH_CIz ND(k,fs,w)およびFT_SH_CIz ND(k,fs,w)を同相加算する式である。式(38)において、送信ギャップ期間TGAP中に、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が位相変化(位相回転)を生じるため、この位相回転を補正するために、式(38a)の項を導入している。ここで、送信ギャップ期間TGAPは、送信RF部107#2(短周期送信RF部)の送信周期2Trの1/2として、すなわちTGAP=Trに設定していることから、ドップラ周波数インデックス(fs_cfar)のサンプリング周期期間の位相変化(位相回転)の半分(1/2)に相当する位相回転を補正している。
一方、式(39)に示すFT_ALIASz ND(k,fs,w)は、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が(一次)折り返し信号を含むものと仮定した場合に、FT_FH_CIz ND(k,fs,w)およびFT_SH_CIz ND(k,fs,w)を同相加算する式である。ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が(一次)折り返し信号を含む場合、ドップラ周波数インデックスfs_cfar≧0のとき、送信ギャップ期間TGAP中に、(fs_cfar−(Nt−1)Nc)のドップラ周波数インデックス分の位相変化(位相回転)が生じる。また、ドップラ周波数インデックスfs_cfar<0のとき、送信ギャップ期間TGAP中に、(fs_cfar+(Nt−1)Nc)のドップラ周波数インデックス分の位相回転が生じる。そこで、式(39)には、この位相回転を補正するために、式(38a)を位相反転した下記式(39a)を導入している。式(39a)は式(38a)のfs_cfarに(fs_cfar±(Nt−1)Nc)を代入することで得られ、式(25a)を位相反転した式となる。従って、FT_CALz ND(k,fs,w)とFT_ALIASz ND(k,fs,w)はどちらか一方が同相加算され、もう一方は逆相で加算される関係となり、信号レベル差が明確に生じる関係となり、受信信号のSNRが低い場合でも、折り返し信号の有無の判定が可能である。
すなわち、上述より、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が折り返し信号を含む場合、FT_CALz ND(k,fs,w)は、FT_ALIASz ND(k,fs,w)よりも電力的に小さくなる。一方、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が折り返し信号を含まない場合、FT_ALIASz ND(k,fs,w)はFT_CALz ND(k,fs,w)よりも電力的に小さくなる。このような理由から、式(36)及び式(37)の判定方法を適用できる。 That is, from the above, when a signal of the Doppler frequency index f S_cfar comprises a folded signal, FT_CAL z ND (k, f s, w) is, FT_ALIAS z ND (k, f s, w) smaller in terms of electric power than . On the other hand, when the signal of the Doppler frequency index f s_cfar does not include a folded signal, FT_ALIAS z ND (k, f s , w) is smaller in power than FT_CAL z ND (k, f s , w). For such a reason, the determination methods of Expressions (36) and (37) can be applied.
折り返し判定部216は、(一次)折り返し信号を含むと判定したドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号については、以下のようにドップラ周波数インデックスを変換し、離散時刻インデックスk_cfarとともに、方向推定部214へ出力する。
・ドップラ周波数インデックスfs_cfar≧0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar−(Nt−1)Ncと変換し、出力する。
・ドップラ周波数インデックスfs_cfar<0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar+(Nt−1)Ncと変換し、出力する。
The
For Doppler frequency index f s_cfar ≧ 0, DopConv (f s_cfar) = f s_cfar - converting the (N t -1) N c, and outputs.
For Doppler frequency index f s_cfar <0, then converted DopConv (f s_cfar) = f s_cfar + (N t -1) N c, and outputs.
折り返し判定部216は、折り返し信号を含まないと判定したドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号については、以下のようにドップラ周波数インデックスを変換せずに、離散時刻インデックスk_cfarとともに、方向推定部214へ出力する。
・DopConv(fs_cfar)=fs_cfar
For the signal of the Doppler frequency index f s_cfar determined not to include the return signal, the
DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar
合わせて、折り返し判定部216は、ND=2の広範囲ドップラ周波数インデックスfs_cfarを変換したものであるDopConv(fs_cfar)を、ドップラ解析部213#2以外のドップラ解析部213#1、#3、…、#Ntからのw番目の出力の狭範囲ドップラ周波数インデックスfuに対応させるために、以下の式(40)及び式(41)を用いてインデックス変換を行う。そして、折り返し判定部216は、そのインデックス変換後の狭範囲ドップラ周波数インデックスfu_cfarを、方向推定部214へ出力する。
In addition, the
方向推定部214は、折り返し判定部216から出力された離散時刻インデックスk_cfarと、ドップラ周波数インデックスfs_cfarと、ドップラ周波数インデックスDopConv(fs_cfar)と、ドップラ周波数インデックスfu_cfarとに基づき、ドップラ解析部213からの出力から、式(42)に示す仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)を生成し、方向推定処理を行う。
The
以下では、アンテナ系統処理部201#1〜#Naの信号処理部207で同様な処理を施して得られたドップラ解析部213#1〜#Ntからのw番目の出力をまとめたものを、式(42)に示すような送信アンテナ数Ntと受信アンテナ数Naとの積であるNtNa個の要素を含む、仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)として表記する。仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、ターゲットからの反射波に対して各受信アンテナRx間の位相差に基づく方向推定を行う処理に用いられる。ここで、z=1,…,Naであり、ND=1,…,Ntである。
hcal[b]は、送信アレーアンテナ間及び受信アレーアンテナ間の位相偏差及び振幅偏差を補正するアレー補正値である。ここで、b=1,…,NtNaである。 h cal [b] is an array correction value for correcting a phase deviation and an amplitude deviation between the transmission array antennas and between the reception array antennas. Here, b = 1, ..., a N t N a.
また、送信アンテナTxを時分割で切り替えているため、異なるドップラ周波数fにおいて異なる位相回転が発生する。TxCAL(1)(f),…,TxCAL(Nt)(f)は、その位相回転を補正し、基準送信アンテナの位相に一致させるための送信位相補正係数である。例えば、送信アンテナTx#2を基準送信アンテナとした場合、送信位相補正係数は、式(44)となる。
この場合、式(42)の仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、NaNr個の要素から構成される列ベクトルとなる。 In this case, the virtual reception array correlation vector h of the formula (42) (k _cfar, f s_cfar, w) is a column vector comprised of N a N r number of elements.
本実施の形態4に係るレーダ装置1は、送信アンテナTx#1〜#Ntのうち、送信アンテナ(短周期送信アンテナ)Tx#2からの送信信号の送信周期が2Trであり、それ以外の各送信アンテナTx#1、#3、…、#Ntからの送信信号の送信周期が2(Nt−1)Trである。これにより、送信アンテナTx#1〜#Ntを順次切り替えて送信信号を送信する場合と比べ、短周期送信アンテナTx#2からの短周期送信信号に対応する短周期受信信号において、折り返しが発生しない最大ドップラ周波数(相対速度)がNt/2倍に増加し、折り返しが発生しないドップラ周波数範囲がNt/2倍に拡大する(E1の効果)。
また、本実施の形態4に係るレーダ装置1は、各送信アンテナTx#1、#3、…、#NtからNc回、送信信号を送信する。このとき、レーダ装置1は、各送信アンテナTx#1、#3、…、#NtからNc/2回、送信信号を送信した後、送信ギャップ期間TGAPを設ける。そして、レーダ装置1は、折り返し判定部216において、送信ギャップ期間TGAP中に生じる位相回転に基づき、ドップラ解析部213#2からのドップラ解析の結果が折り返し信号を含むか否かを判定する。これにより、送信ギャップ期間TGAPを設けない場合と比べて、曖昧性が発生しないドップラ周波数範囲をさらに2倍に拡大できる(E2の効果)。
Moreover, the
したがって、本実施の形態4に係るレーダ装置1は、上記(E1)と(E2)の2つの効果により、送信アンテナTx#1〜#Ntを順次切り替える場合に比べ、ドップラ周波数範囲をNt倍(=Nt/2倍×2倍)に拡大できる。
Therefore, the
なお、送信ギャップ期間TGAPをTrに設定した場合に、折り返し信号の有無の判定性能(精度)が最も高くなる。しかし、送信ギャップ期間TGAPは、これに限定されず、Tr程度、或いは、その前後の期間であってもよい。 When the transmission gap period T GAP is set to Tr , the performance (accuracy) of determining the presence or absence of a loopback signal is the highest. However, the transmission gap period T GAP is not limited to this, and may be about Tr , or a period before and after Tr .
また、各送信アンテナ#1、#3、…、#NtからNc回、送信信号を送信するにあたり、各送信アンテナ#1、#3、…、#NtからNc/2回送信信号を送信した後に送信ギャップ期間TGAPを設けた場合に、折り返し信号の有無の判定性能(精度)が最も高くなる。しかし、送信ギャップ期間TGAPを設けるタイミングは、これに限定されず、Nc/2回程度送信した後、或いは、その前後の回数送信した後であってもよい。
Further, the
(実施の形態5)
実施の形態3では、送信ギャップ期間TGAPを1つ設ける例を説明した。実施の形態5では、送信ギャップ期間TGAPをNGAP回設ける例について説明する。なお、レーダ装置1の構成は、実施の形態3の図14と同様である。しかし、一部の動作が異なるため、以下では、主にその異なる動作ついて説明する。
(Embodiment 5)
送信RF切替部106は、切替制御部105から出力された切替制御信号の指示に基づき、レーダ送信信号生成部101からの出力を、その指示された切り替え先の送信RF部107へ出力する。
Transmission RF switching section 106 outputs the output from radar transmission
切替制御部105は、送信周期Tr毎に、送信RF部107#1〜#Ntのうちの1つを順次選択する。そして、切替制御部105は、その選択した送信RF部107に出力先を切り替えるよう指示する切替制御信号を、送信RF切替部106へ出力する。これにより、送信RF切替部106は、各送信RF部107#1〜#Ntを、周期NtTrで、順次出力先に選択する。別言すると、各送信RF部107は、周期NtTrで、送信信号を送信する。
切替制御部105は、期間Np=NtTrの処理を、Nc/(NGAP+1)回繰り返す。その後、切替制御部105は、第1回目の送信ギャップ期間TGAP#1を設ける。
そして、切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAP#1の経過後、再び、期間Np=NtTrの処理を、Nc/(NGAP+1)回繰り返す。その後、切替制御部105は、第2回目の送信ギャップ期間TGAP#2を設ける。
Then, after the transmission gap period T GAP # 1 has elapsed, the switching
そして、切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAP#2の経過後、再び、期間Np=NtTrの処理を、Nc/(NGAP+1)回繰り返す。
Then, after the transmission gap period T GAP # 2 has elapsed, the switching
上述の処理によれば、送信ギャップ期間TGAPはNGAP回設けられ、各送信RF部107#1〜#Ntは、Nc回、送信信号を送信する。
According to the above processing, the transmission gap period T GAP is provided N GAP times, #. 1 to # N t is the
なお、Nc/(NGAP+1)が整数とならない場合は、小数点以下を切り下げ又は切り上げし、整数としてよい。 If N c / (N GAP +1) is not an integer, the decimal part may be rounded down or rounded up to an integer.
送信ギャップ期間TGAPは、ドップラ解析のサンプリング周期(送信RF部107#1〜Ntを一巡選択する周期)Np=NtTrの1/(NGAP+1)倍であってよい。すなわち、送信ギャップ期間TGAP=Np/(NGAP+1)=NtTr/(NGAP+1)であってよい。
The transmission gap period T GAP may be 1 / (N GAP +1) times the sampling period of Doppler analysis (period for selecting the
出力切替部211は、送信周期Tr毎に、切替制御部105から出力される切替制御信号に基づき、ドップラ解析部213#1〜#Ntを順次選択する。そして、出力切替部211は、送信周期Tr毎に、相関演算部210から出力される相関演算結果を、その選択したドップラ解析部213へ出力する。
第M番目の送信周期Trにおける切替制御信号は、Ntビット[bit1(M),bit2(M),…,bitNt(M)]で構成されてよい。この場合、出力切替部211は、第M番目の送信周期Trにおいて、切替制御信号の第NDビットが1の場合、ドップラ解析部213#NDを出力先に選択し、切替制御信号の第NDビットが0の場合、ドップラ解析部213#NDを出力先に選択しない(非選択とする)。なお、ND=1,…,Ntである。
Switching control signal in the M-th transmission cycle T r is, N t bits [bit 1 (M), bit 2 (M), ..., bit Nt (M)] may be constituted by. In this case, when the ND bit of the switching control signal is 1 in the M-th transmission cycle Tr , the
切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAP#1の開始前まで、下記(F1)に示す1セット(Np=NtTr期間分)の切替制御信号を、Nc/(NGAP+1)回出力する。
(F1)
[bit1(1),bit2(1),…,bitNt(1)]=[1,0,…,0]
[bit1(2),bit2(2),…,bitNt(2)]=[0,1,…,0]
…
[bit1(Nt),bit2(Nt),…,bitNt(Nt)]=[0,0,…,1]
Before the start of the transmission gap period T GAP # 1, the switching
(F1)
[Bit 1 (1), bit 2 (1), ..., bit Nt (1)] = [1, 0, ..., 0]
[Bit 1 (2), bit 2 (2), ..., bit Nt (2)] = [0, 1, ..., 0]
…
[Bit 1 (N t ), bit 2 (N t ),..., Bit Nt (N t )] = [0, 0,..., 1]
そして、切替制御部105は、上記(F1)に示す1セットの切替制御信号を、Nc/(NGAP+1)回出力した後、送信ギャップ期間TGAP#1において、下記(F2)に示す全ビットがゼロの切替制御信号を出力する。
(F2)
[bit1,bit2,…,bitNt]=[0,0,…,0]
Then, the switching
(F2)
[Bit 1, bit 2, ... , bit Nt] = [0,0, ..., 0]
切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAP#1の終了後、送信ギャップ期間TGAP#2の開始前まで、下記(F3)に示す1セット(Np=NtTr期間分)の切替制御信号を、Nc/(NGAP+1)回出力する。
(F3)
[bit1(NtNc/(NGAP+1)+1),bit2(NtNc/(NGAP+1)+1),…,bitNt(NtNc/(NGAP+1)+1)]=[1,0,…,0]
[bit1(NtNc/(NGAP+1)+2),bit2(NtNc/(NGAP+1)+2),…,bitNt(NtNc/(NGAP+1)+2)]=[0,1,…,0]
…
[bit1(2NtNc/(NGAP+1)),bit2(2NtNc/(NGAP+1)),…,bitNt(2NtNc/(NGAP+1))]=[0,0,…,1]
(F3)
[Bit 1 (N t N c / (N GAP +1) +1), bit 2 (N t N c / (N GAP +1) +1), ..., bit Nt (N t N c / (N GAP +1) +1) ] = [1,0, ..., 0]
[Bit 1 (N t N c / (N GAP +1) +2), bit 2 (N t N c / (N GAP +1) +2), ..., bit Nt (N t N c / (N GAP +1) +2) ] = [0,1, ..., 0]
…
[Bit 1 (2N t N c / (N GAP +1)), bit 2 (2N t N c / (N GAP +1)), ..., bit Nt (2N t N c / (N GAP +1))] = [ 0,0, ..., 1]
切替制御部105は、上記(F3)に示す1セットの切替制御信号を、Nc/(NGAP+1)回出力した後、送信ギャップ期間TGAP#2において、下記(F4)に示す全ビットがゼロの切替制御信号を出力する。
(F4)
[bit1,bit2,…,bitNt]=[0,0,…,0]
After outputting one set of the switching control signal shown in (F3) Nc / (N GAP +1) times, the switching
(F4)
[Bit 1, bit 2, ... , bit Nt] = [0,0, ..., 0]
以降同様の処理を繰り返し、切替制御部105は、送信ギャップ期間TGAP#NGAPの終了後、下記(F5)に示す1セット(Np=NtTr期間分)の切替制御信号を、Nc/(NGAP+1)回出力する。
(F5)
[bit1(NGAPNtNc/(NGAP+1)+1),bit2(NGAPNtNc/(NGAP+1)+1),…,bitNt(NGAPNtNc/(NGAP+1)+1)]=[1,0,…,0]
[bit1(NGAPNtNc/(NGAP+1)+2),bit2(NGAPNtNc/(NGAP+1)+2),…,bitNt(NGAPNtNc/(NGAP+1)+2)]=[0,1,…,0]
…,
[bit1(NtNc),bit2(NtNc),…,bitNt(NtNc)]=[0,0,…,1]
Thereafter, the same processing is repeated, and after the transmission gap period T GAP #N GAP ends, the switching
(F5)
[Bit 1 (N GAP N t N c / (N GAP +1) +1), bit 2 (N GAP N t N c / (N GAP +1) +1),..., Bit Nt (N GAP N t N c / ( N GAP +1) +1)] = [1,0,..., 0]
[Bit 1 (N GAP N t N c / (N GAP +1) +2), bit 2 (N GAP N t N c / (N GAP +1) +2), ..., bit Nt (N GAP N t N c / ( N GAP +1) +2)] = [0,1,..., 0]
…,
[Bit 1 (N t N c ), bit 2 (N t N c), ..., bit Nt (N t N c)] = [0,0, ..., 1]
アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207は、ドップラ解析部213#1〜#Ntを有する。ドップラ解析部213#1〜#Ntは、それぞれ、各送信ギャップ期間TGAPの開始前までのNc/(NGAP+1)回分の相関演算結果を、別々に、(つまり、(NGAP+1)回に分けて)、離散時刻k毎にドップラ解析を行う。ドップラ解析では、Ncが2のべき乗値であれば、式(45)に示すようなFFT処理を適用できる。
式(45)のFT_GAP_CIz ND(ng,k,fs,w)は、アンテナ系統処理部201#zの信号処理部207におけるドップラ解析部213#NDによる第w番目の出力であり、離散時刻kにおけるドップラ周波数インデックスfsの、送信ギャップ期間で区切られたNc/(NGAP+1)回分の相関演算結果に対するドップラ周波数応答を示す。ここで、ng=0,…,NGAPであり、ng=0の場合、最初のNc/(NGAP+1)回分の相関演算結果に対するドップラ周波数応答であり、0<ng<NGAPの場合、送信ギャップ期間TGAP#ngの終了後から送信ギャップ期間TGAP#(ng+1)の開始前までの間のNc/(NGAP+1)回分の相関演算結果に対するドップラ周波数応答を示す。ng=NGAPの場合、最後のNc/(NGAP+1)回分の相関演算結果に対するドップラ周波数応答である。また、ND=1〜Ntであり,k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noであり,z=1,…,Naである。また、wは自然数である。
Formula FT_GAP_CI z ND of (45) (n g, k , f s, w) is the first w-th output by
FT_GAP_CIz ND(ng,k,fs,w)は、ドップラ解析のFFTサイズがNcであり、Nc/(NGAP+1)回分の相関演算出力以外の部分のデータをゼロ埋めしたものである。 FT_GAP_CI z ND (n g, k , f s, w) is, FFT size of the Doppler analysis is N c, which was zero padded data N c / (N GAP +1) times the portion other than the correlation calculation output It is.
したがって、サンプリング定理から導出される、折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は、±1/(2NtTr)である。また、ドップラ周波数インデックスfsのドップラ周波数間隔は、1/{NtNcTr}であり、ドップラ周波数インデックスfsの範囲は、fs=−Nc/2+1,…,0,…,Nc/2である。 Therefore, the maximum Doppler frequency at which aliasing does not occur, derived from the sampling theorem, is ± 1 / (2N t Tr ). Also, Doppler frequency interval of the Doppler frequency index f s is 1 / {N t N c T r}, a range of Doppler frequency index f s is, f s = -N c / 2 + 1, ..., 0, ..., N c / 2.
なお、FFT処理において、Han窓又はHamming窓などの窓関数係数を乗算してもよい。窓関数を適用することによりでビート周波数ピーク周辺に発生するサイドローブを抑圧できる。例えば、式(46)に示すように、FFTサイズがNcの窓関数係数を適用する。ここで、winf(x)は窓関数係数を表し、xは窓関数のインデックスを表す(x=1,…,Nc)。
CFAR部215は、アンテナ系統処理部201#1〜#Naのドップラ解析部213#1〜#Ntからのw番目の出力に対して、FT_GAP_CIz ND(ng,k,fs,w)を用いて、CFAR処理を行う。CFAR処理は、離散時刻k(ターゲットまでの距離に相当)と、ドップラ周波数インデックスfs(ターゲットの相対速度に相当)との2次元の入力信号に対して行われる。
CFAR処理について、例えば、式(46a)に示すように、各アンテナ系統処理部201#1〜#Naのドップラ解析部213#2からのw番目の出力FT_GAP_CIz ND(0,k,fs,w)、FT_GAP_CIz ND(1,k,fs,w)、…、FT_GAP_CIz ND(NGAP,k,fs,w)を電力加算する。そして、CFAR部215は、電力加算結果に対し、1次元のCFAR処理を組み合わせたCFAR処理、或いは、2次元のCFAR処理を行う。このCFAR処理には、非特許文献2に開示の処理が適用されてよい。ここで、2次元のCFAR処理には、離散時刻(ターゲットまでの距離に相当)の軸と、ドップラ周波数(ターゲットの相対速度に相当)の軸とが用いられてよい。
例えば、CFAR部215は、非特許文献2に開示されているように適応的な閾値を設定してよい。そして、CFAR部215は、閾値よりも大きい受信電力となる、離散時刻インデックスk_cfar、及び、ドップラ周波数インデックスfs_cfarを、方向推定部214及び折り返し判定部216へ出力する。
For example, the
折り返し判定部216は、CFAR部215から出力された離散時刻インデックスk_cfar、及び、ドップラ周波数インデックスfs_cfarに基づいて、ドップラ解析部213からの出力が折り返し信号を含むか否かを判定する。例えば、折り返し判定部216は、式(47)及び式(48)によって、当該判定を行う。
なお、式(47)及び式(48)において、
ここで、sign(x)は、xが正の場合に1、xが負の場合に−1を返す関数である。 Here, sign (x) is a function that returns 1 when x is positive and -1 when x is negative.
ここで、式(49)に示すFT_CALz ND(k,fs,w)は、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が折り返し信号を含まないものと仮定した場合に、FT_GAP_CIz ND(0,k,fs,w)、FT_GAP_CIz ND(1,k,fs,w)、…、FT_GAP_CIz ND(NGAP,k,fs,w)を同相加算する式である。式(49)において、送信ギャップ期間TGAP中に、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が位相変化(位相回転)を生じるため、この位相回転を補正するために、式(49a)の項を導入している。ここで、送信ギャップ期間TGAPは、TGAP=Np/(NGAP+1)=NtTr/(NGAP+1)に設定していることから、FT_GAP_CIz ND(1,k,fs,w)に対して、ドップラ周波数インデックス(fs_cfar)のサンプリング周期期間の位相変化(位相回転)のng/(NGAP+1)に相当する位相回転を補正している。
一方、式(50)に示すFT_ALIASz ND(k,fs,w)は、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が(一次)折り返し信号を含むものと仮定した場合に、FT_GAP_CIz ND(0,k,fs,w)、FT_GAP_CIz ND(1,k,fs,w)、…、FT_GAP_CIz ND(NGAP,k,fs,w)を同相加算する式である。ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が(一次)折り返し信号を含む場合、ドップラ周波数インデックスfs_cfar≧0のとき、送信ギャップ期間TGAP中に、(fs_cfar―Nc)のドップラ周波数インデックス分の位相変化(位相回転)が生じる。ドップラ周波数インデックスfs_cfar<0のとき、送信ギャップ期間TGAP中に(fs_cfar+Nc)ドップラ周波数インデックス分の位相変化が生じる。そこで、式(50)には、この位相回転を補正するために、式(50a)を導入している。式(50a)は式(49a)のfs_cfarに(fs_cfar−sign(fs_cfar)Nc)を代入することで得られ、式(49a)に位相回転2π×ng/(NGAP+1)を加えた式となる。ここで、NGAP=2のとき、位相回転2π×ng/(NGAP+1)は、{0、2π/3、4π/3}ある。また、NGAP=3のとき、位相回転2π×ng/(NGAP+1)は、{0、2π/4、4π/4、6π/4}ある。このように、位相回転2π×ng/(NGAP+1)は、ng=0、…、NGAPで位相回転2π×ng/(NGAP+1)を加算すると互いに打ち消してゼロとなる位相回転を付与する。従って、FT_CALz ND(k,fs,w)とFT_ALIASz ND(k,fs,w)はどちらか一方が同相加算されるとき、もう一方はFT_GAP_CIz ND(ng,k,fs,w)の各項が互いに打ち消されて加算される関係となり、信号レベル差が明確に生じる関係となり、受信信号のSNRが低い場合でも、折り返し信号の有無の判定が可能となる。
したがって、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が(一次)折り返し信号を含む場合、FT_CALz ND(k,fs,w)は、FT_ALIASz ND(k,fs,w)よりも電力的に小さくなる。一方、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が折り返し信号を含まない場合、FT_ALIASz ND(k,fs,w)はFT_CALz ND(k,fs,w)よりも電力的に小さくなる。
このような理由から、式(49)及び式(50)の判定方法が適用できる。
Therefore, when the signal of the Doppler frequency index f s — cfar includes a (primary) folded signal, FT_CAL z ND (k, f s , w) is smaller in power than FT_ALIAS z ND (k, f s , w). . On the other hand, when the signal of the Doppler frequency index f s_cfar does not include a folded signal, FT_ALIAS z ND (k, f s , w) is smaller in power than FT_CAL z ND (k, f s , w).
For such a reason, the determination methods of Expression (49) and Expression (50) can be applied.
なお、NGAP数を複数とすることで、より高次の折り返し信号が含まれる場合でも、判定が可能となる効果をさらに有する。例えば、二次の折り返し信号が含まれる場合、折り返し判定部216は、式(50b)、式(50c)及び式(50d)によって、当該判定を行う。
なお、式(50b)、式(50c)及び式(50d)において、
折り返し判定部216は、(一次)折り返し信号であると判定したドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号については、以下のようにドップラ周波数インデックスを変換し、離散時刻インデックスk_cfarとともに、方向推定部214へ出力する。
・ドップラ周波数インデックスfs_cfar≧0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar−Ncと変換し、出力する。
・ドップラ周波数インデックスfs_cfar<0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar+Ncと変換し、出力する。
For the signal of the Doppler frequency index f s_cfar determined to be a (primary) return signal, the
If Doppler frequency index fs_cfar ≧ 0, convert DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar− Nc and output.
If the Doppler frequency index fs_cfar <0, convert to DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar + Nc and output.
折り返し判定部216は、(二次)折り返し信号であると判定したドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号については、以下のようにドップラ周波数インデックスを変換し、離散時刻インデックスk_cfarとともに、方向推定部214へ出力する。
・ドップラ周波数インデックスfs_cfar≧0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar+2Ncと変換し、出力する。
・ドップラ周波数インデックスfs_cfar<0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar−2Ncと変換し、出力する。
The
For Doppler frequency index f s_cfar ≧ 0, then convert DopConv (f s_cfar) = f s_cfar + 2N c, outputs.
For Doppler frequency index f s_cfar <0, then converted DopConv (f s_cfar) = f s_cfar -2N c, and outputs.
折り返し判定部216は、折り返し信号でないと判定したドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号については、以下のようにドップラ周波数インデックスを変換せずに、離散時刻インデックスk_cfarとともに、方向推定部214へ出力する。
・DopConv(fs_cfar)=fs_cfar
The
DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar
方向推定部214は、折り返し判定部216からの出力に基づき、ドップラ解析部213からの出力から、式(51)に示す仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)を生成し、方向推定処理を行う。
以下では、アンテナ系統処理部201#1〜#Naの各信号処理部207で同様な処理を施して得られたドップラ解析部213#1〜#Ntからのw番目の出力をまとめたものを、式(51)に示すような送信アンテナ数Ntと受信アンテナ数Naとの積であるNtNa個の要素を含む、仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)として表記する。仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、ターゲットからの反射波に対して受信アンテナRx間の位相差に基づく方向推定を行う処理に用いられる。ここで、z=1,…,Naであり、ND=1,…,Ntである。
hcal[b]は、送信アレーアンテナ間及び受信アレーアンテナ間の位相偏差及び振幅偏差を補正するアレー補正値である。ここで、b=1,…,NtNaである。 h cal [b] is an array correction value for correcting a phase deviation and an amplitude deviation between the transmission array antennas and between the reception array antennas. Here, b = 1, ..., a N t N a.
また、送信アンテナTxを時分割で切り替えているため、異なるドップラ周波数fにおいて異なる位相回転が発生する。TxCAL(1)(f),…,TxCAL(Nt)(f)は、その位相回転を補正し、基準送信アンテナの位相に一致させるための送信位相補正係数である。例えば、Tx#1を基準送信アンテナとした場合、送信位相補正係数は、式(53)となる。
この場合、式(53)の仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、NaNr個の要素から構成される列ベクトルとなる。 In this case, the virtual reception array correlation vector h of the formula (53) (k _cfar, f s_cfar, w) is a column vector comprised of N a N r number of elements.
到来方向推定は、方向推定評価関数値PH(θ,k_cfar,fs_cfar,w)における方位方向θを所定の角度範囲内で可変して空間プロファイルを算出する。そして、到来方向推定は、空間プロファイルの極大ピーク方向を大きい順に所定数抽出し、それぞれの極大ピークの仰角方向を到来方向推定値として出力する。 The arrival direction estimation calculates a spatial profile by changing the azimuth direction θ in the direction estimation evaluation function value P H (θ, k_cfar , fs_cfar , w) within a predetermined angle range. Then, in the arrival direction estimation, a predetermined number of the maximum peak directions of the spatial profile are extracted in descending order, and the elevation angle direction of each maximum peak is output as an arrival direction estimation value.
本実施の形態5に係るレーダ装置1は、複数の送信アンテナTxを時分割で切り替え、各送信アンテナTxからNc回、送信信号を送信する。このとき、レーダ装置1は、各送信アンテナTxからNc/(NGAP+1)回、送信信号を送信する毎に、送信ギャップ期間TGAPを設ける。つまり、送信ギャップ期間TGAPをNGAP回設ける。また、レーダ装置1は、折り返し判定部216を設ける。そして、レーダ装置1は、折り返し判定部216において、送信ギャップ期間TGAP中に生じる位相回転に基づき、ドップラ解析部213からの出力信号が折り返し信号を含むか否かを判定する。これにより、曖昧性の生じないドップラ周波数範囲を、送信ギャップ期間TGAPを設けない場合と比べて、2倍以上に拡大できる。
なお、送信ギャップ期間TGAPをNtTr/(NGAP+1)に設定した場合に、折り返し信号であるか否かの判定性能(精度)が最も高くなる。しかし、送信ギャップ期間TGAPは、これに限定されず、NtTr/(NGAP+1)程度、或いは、その前後の期間であってもよい。 When the transmission gap period T GAP is set to N t Tr / (N GAP +1), the performance (accuracy) of determining whether or not the signal is a loopback signal is the highest. However, the transmission gap period T GAP is not limited to this, and may be about N t Tr / (N GAP +1), or a period before and after that.
また、各送信アンテナTxからNc回、送信信号を送信するにあたり、各送信アンテナTxからNc/(NGAP+1)回、送信信号を送信した後に送信ギャップ期間TGAPを設けることにより、折り返し信号を含むか否かの判定性能(精度)が最も高くなる。しかし、送信ギャップ期間TGAPを設けるタイミングは、これに限定されず、Nc/(NGAP+1)回程度、或いは、その前後の回数送信した後であってもよい。 Further, when transmitting a transmission signal Nc times from each transmission antenna Tx, and transmitting a transmission signal Nc / (N GAP +1) times from each transmission antenna Tx, a transmission gap period T GAP is provided, thereby returning the transmission signal. The performance (accuracy) of determining whether to include a signal is highest. However, the timing at which the transmission gap period T GAP is provided is not limited to this, and may be about N c / (N GAP +1) times, or after transmission about the number of times.
(実施の形態6)
既述の送信ギャップ期間は、既述の時分割多重MIMOレーダ装置に限らず、例えば、複数の送信アンテナTxから符号多重を用いて信号を同時送信するMIMOレーダ装置(以下「符号多重MIMOレーダ装置」と称することがある)に適用されてもよい。
(Embodiment 6)
The transmission gap period described above is not limited to the time-division multiplexed MIMO radar device described above. For example, a MIMO radar device that transmits signals simultaneously from a plurality of transmission antennas Tx using code multiplexing (hereinafter, “code multiplexed MIMO radar device”) "May be referred to as").
符号多重送信を用いたMIMOレーダ装置は、例えば特許文献3に記載されている(例えば図1参照)。特許文献3では、送信信号(チャープ信号)の繰り返し送信毎に、送信アンテナ毎に異なる符号列に基づいた位相変調(0°または180°)を付与して、複数の送信アンテナから符号多重送信する。
A MIMO radar apparatus using code multiplex transmission is described in, for example, Patent Document 3 (see, for example, FIG. 1). In
複数の受信アンテナで受信した信号を検波処理することで、符号多重された受信信号の距離情報が抽出される。送信信号の繰り返し送信毎に得られた距離情報に対し、送信アンテナ毎の逆符号列を乗算することで符号多重された受信信号を分離して、速度方向フーリエ変換処理して速度(ドップラ)情報を抽出する。このようにして得られた、受信アンテナ数Naを符号多重数Nt倍した(Na×Nt)系統の速度(ドップラ)情報を用いて方位方向フーリエ変換処理を行う。 By detecting signals received by a plurality of receiving antennas, distance information of the code-multiplexed received signal is extracted. The distance information obtained for each repetitive transmission of the transmission signal is multiplied by an inverse code string for each transmission antenna to separate the code-multiplexed reception signal, and subjected to velocity Fourier transform processing to perform velocity (Doppler) information. Is extracted. There was thus obtained, performs azimuth Fourier transform process using a velocity (Doppler) information of the number of reception antennas N a and multiple code multiplex number N t (N a × N t) strains.
この構成では、送信信号の繰り返し送信毎に複数送信アンテナから同時送信するため、送信信号の繰り返し送信毎に受信信号をサンプリングできる。そのため、時分割多重方式に比べ、サンプリング定理を満たす(別言すると、周波数の折り返しが発生せず曖昧性(Ambiguity)の生じない)ドップラ速度範囲を拡大できる。 In this configuration, since the transmission is performed simultaneously from a plurality of transmission antennas every time the transmission signal is repeatedly transmitted, the reception signal can be sampled every time the transmission signal is repeatedly transmitted. For this reason, the Doppler velocity range that satisfies the sampling theorem (in other words, does not cause frequency aliasing and does not generate Ambiguity) can be expanded as compared with the time division multiplexing method.
しかし、速度方向フーリエ変換処理の前に送信アンテナ毎の逆符号列を乗算することで符号多重された信号を分離するため、ターゲット又はレーダ装置が移動することに伴うドップラ変動が受信信号に含まれると符号間の直交性が低下し、符号間干渉が生じる。 However, before the velocity direction Fourier transform process, the received signal contains Doppler fluctuations due to the movement of the target or the radar device, because the signals multiplexed by the code are separated by multiplying the inverse code sequence for each transmitting antenna. And the orthogonality between codes is reduced, and intersymbol interference occurs.
送信信号の繰り返し送信毎に符号系列を重畳するため、符号間干渉が生じると、速度方向フーリエ変換で得られる速度方向のピークサイドローブ比は、符号多重送信で用いる符号系列間の相互相関特性で定まる理想的なピークサイドローブ比よりも小さくなる。 Since the code sequence is superimposed every time the transmission signal is repeatedly transmitted, if intersymbol interference occurs, the peak sidelobe ratio in the velocity direction obtained by the velocity direction Fourier transform is determined by the cross-correlation characteristic between the code sequences used in code multiplex transmission. It becomes smaller than the ideal peak side lobe ratio determined.
そのため、同一距離に複数のターゲットが存在した場合に、複数のターゲッ反射波間の受信電力レベル差が、速度方向のピークサイドローブ比よりも大きい場合、受信電力が小さい方のターゲットからの反射波は速度方向のサイドローブレベル以下となり、検出されなくなる可能性が高まる。 Therefore, when a plurality of targets are present at the same distance and the received power level difference between the plurality of target reflected waves is larger than the peak side lobe ratio in the velocity direction, the reflected wave from the target having the smaller received power is It becomes lower than the side lobe level in the velocity direction, and the possibility of no detection increases.
ターゲット又はレーダ装置の移動に伴うドップラ変動が大きいほど、符号間干渉が大きくなり、ピークサイドローブ比がより小さくなり、同一距離に複数のターゲットが存在した場合に未検出となる確率がより増大することになる。 The greater the Doppler variation associated with the movement of the target or radar device, the greater the intersymbol interference, the smaller the peak sidelobe ratio, and the greater the probability of undetection when multiple targets are present at the same distance. Will be.
実施の形態6では、符号多重MIMOレーダ装置において、実施の形態3で説明した送信ギャップ期間TGAPを設けた送信を行う。これにより、既述の実施の形態3と同様に、曖昧性(Ambiguity)の生じないドップラ周波数(相対速度)の検出範囲を拡大できる。加えて、ターゲット又はレーダ装置1の移動に伴うドップラ変動が受信信号に含まれる場合であっても、符号間干渉の発生を抑えることができる。
In the sixth embodiment, the code multiplexing MIMO radar apparatus performs transmission with the transmission gap period T GAP described in the third embodiment. Thus, similarly to
図18は、実施の形態6に係るレーダ装置1の構成例を示す図である。図18に例示した構成は、符号多重MIMOレーダ装置において、実施の形態3(図14及び図15)にて説明した送信ギャップ期間TGAPを設けた送信を行う構成に相当する。
FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration example of a
例えば、図18に示す符号多重MIMOレーダ装置1は、図14に例示した構成に比して、レーダ送信部100において、切替制御部105及び送信RF切替部106に代えて、直交符号生成部108と、第1〜第Ntの符号乗算部191#1〜191#Ntを含む符号多重部109と、を備える点が異なる。
For example, the code multiplexing
また、図18に示すレーダ受信部200は、図14に例示した構成に比して、折り返し判定部216と方向推定部214との間に、符号多重分離部217を備える点が異なり、また、直交符号生成部108の出力が出力切替部211に入力される点が異なる。符号多重分離部217は、例えば、折り返し判定部216における、ドップラ周波数の折り返しの有無の判定(又は検出)結果に基づいて、符号多重された受信信号を分離する。
Also, the radar receiving section 200 shown in FIG. 18 is different from the configuration illustrated in FIG. 14 in that a code multiplexing /
図18に例示した構成を用いることで、ターゲット又はレーダ装置1の移動に伴うドップラ変動が受信信号に含まれる場合であっても、ドップラ変動に起因する位相変動を補正した上で符号多重分離が可能となる。
By using the configuration illustrated in FIG. 18, even when the received signal includes Doppler fluctuation due to the movement of the target or the
以下、実施の形態6に係る符号多重MIMOレーダ装置1の動作について、実施の形態3とは異なる点に着目して説明する。
Hereinafter, an operation of the code multiplexing
レーダ送信部100は、符号多重を用いたMIMOレーダ送信を行う。例えば、直交符号生成部108は、直交符号長LOCからなるNt個の直交符号系列OCSND={OCND(1),OCND(2),…,OCND(LOC)}を生成する。ここで、ND=1,…,Ntである。
The radar transmitting section 100 performs MIMO radar transmission using code multiplexing. For example, the
直交符号生成部108は、例えば、レーダ送信周期(Tr)毎に、直交符号系列OCS1〜OCSNtの要素を指示する直交符号要素インデックスOC_INDEXを巡回的に可変することで、直交符号系列OCS1〜OCSNtの要素OC1(OC_INDEX)〜OCNt(OC_INDEX)を第1〜第Ntの符号乗算部191#1〜191#Ntに出力する。また、直交符号生成部108は、例えば、レーダ送信周期(Tr)毎に、要素インデックスOC_INDEXを、レーダ受信部200の出力切替部211に出力する。
For example, the orthogonal
ここで、OC_INDEX=1,2,…,LOCであり、M番目の送信周期において、OC_INDEX=MOD(M−1,LOC)+1である。MOD(x,y)は、モジュロ演算子であり、xをyで割った後の余りを出力する関数である。 Here, OC_INDEX = 1,2, ..., a L OC, in M-th transmission period, a OC_INDEX = MOD (M-1, L OC) +1. MOD (x, y) is a modulo operator, and is a function that outputs the remainder after dividing x by y.
直交符号生成部108が生成する直交符号系列には、例えば、互いに無相関となる符号を用いる。例えば、直交符号生成部108は、Walsh−Hadamard−符号を直交符号系列に用いる。
For the orthogonal code sequence generated by the orthogonal
Nt=2の場合、Walsh−Hadamard−符号の直交符号長LOC=2であるから、直交符号生成部108は、OCS1={1,1}、OCS2={1,−1}となる直交符号系列を生成する。
When N t = 2, since the orthogonal code length L OC = 2 of the Walsh-Hadamard-code, the orthogonal
また、Nt=4の場合、直交符号長LOC=4であるから、直交符号生成部108は、OCS1={1,1,1,1}、OCS2={1,-1,1,-1}、OCS3={1,1,-1,-1}、OCS4={1,-1,-1,1}となる直交符号系列を生成する。
Also, when N t = 4, the orthogonal code length L OC = 4, so that the orthogonal
なお、直交符号系列を構成する要素は実数に限らず、複素数値が含まれてもよい。例えば、次式(6−1)で表される位相回転を用いた直交符号が用いられてもよい。
この場合、Nt=3の場合、直交符号長LOC=Ntであるため、直交符号生成部108は、OCS1={1,1,1}、OCS2={1,exp(j2π/3),exp(j4π/3)}、OCS3={1,exp(-j2π/3),exp(-j4π/3)}となる直交符号系列を生成する。
In this case, when N t = 3, since the orthogonal code length L OC = N t , the orthogonal
また、Nt=4の場合、直交符号長LOC=Ntであるから、直交符号生成部108は、OCS1={1,1,1,1}、OCS2={1,j,-1,-j}、OCS3={1,-1,1,-1}、OCS4={1,-j,-1,j}となる直交符号系列を生成する。 Also, in the case of Nt = 4, because it is orthogonal code length L OC = N t, orthogonal code generator 108, OCS 1 = {1,1,1,1}, OCS 2 = {1, j, -1 , -J}, OCS 3 = {1, -1, 1, -1} and OCS 4 = {1, -j, -1, j}.
第1〜第Ntの符号乗算部191#1〜191#Ntは、レーダ送信周期(Tr)毎に直交符号生成部108によって生成された直交符号系列OCS1〜OCSNtの要素OC1(OC_INDEX)〜OCNt(OC_INDEX)を、図19A及び図19Bに例示したように、ベースバンドのレーダ送信信号に対し乗算し、それぞれ、Nt個の送信RF部107#1〜17#Ntに出力する。
また、図19Aに例示したように、送信RF部107#1〜107#Ntは、Np=LOC×Tr期間において送信信号をLOC回送信する動作を、Nc/2回にわたって繰り返した後、送信ギャップ期間TGAPにわたって送信信号を送信しない。
Further, as illustrated in FIG. 19A, the
別言すると、各送信RF部107#1〜107#Ntは、巡回的に生成された直交符号を少なくとも一巡送信する第1の期間(Np=LOC×Tr期間)、送信信号の送信周期Tr毎に、符号多重した各送信信号を送信し、その後の所定の送信ギャップ期間TGAP、符号多重した送信信号を送信しない。
With other words, each of the
送信ギャップ期間TGAPが経過した後、図19Bに例示したように、送信RF部107#1〜107#Ntは、再び、Np=LOC×Tr期間において送信信号をLOC回送信する動作を、Nc/2回にわたって繰り返す。
After the transmission gap period T GAP has elapsed, as illustrated in FIG. 19B,
図19A及び図19Bに例示したような送信RF部107#1〜107#Ntの送信動作により、第1の送信RF部107#1から第Ntの送信RF部〜107#Ntの送信信号は、LOC×Nc回送信されることとなる。
The transmission operation of FIGS. 19A and
別言すると、各送信RF部107#1〜107#Ntは、送信ギャップ期間TGAP後、巡回的に生成された直交符号を少なくとも一巡送信する第2の期間(Np=LOC×Tr期間)、送信周期Tr毎に、符号多重した各送信信号を送信する。
With other words, each of the
ここで、送信ギャップ期間TGAPは、ドップラ解析部213におけるサンプリング周期である直交符号の送信周期Np=LOC×Tr期間の1/2の周期に相当するNp/2に設定する。すなわち、TGAP=LOC×Tr/2である。
Here, the transmission gap period T GAP is set to N p / 2, which is equivalent to a half period of the transmission period N p = L OC × Tr period of the orthogonal code, which is the sampling period in the
次に、図18に例示したレーダ受信部200の動作について説明する。
第z番の信号処理部207における出力切替部211は、直交符号生成部108からの直交符号要素インデックスOC_INDEXを基に、送信周期毎の相関演算部210の出力を、LOC個のドップラ解析部213のうちOC_INDEX番目のドップラ解析部213に選択的に切り替えて出力する。
Next, the operation of the radar receiving unit 200 illustrated in FIG. 18 will be described.
すなわち、出力切替部211は、第M番の送信周期Trにおいて、OC_INDEX=MOD(M−1,LOC)+1番目のドップラ解析部213を選択する。また、出力切替部211は、送信ギャップ期間TGAPでは全てのドップラ解析部213を非選択とする。
That is, the
第z番の信号処理部207において、複数(LOC)個のドップラ解析部213は、送信ギャップ期間TGAPが開始されるまでの前半部分のNc/2回の出力と、送信ギャップ期間TGAPが終了した後の後半部分のNc/2回の出力と、で2回に分けて別々にドップラ解析を行う。Ncが2のべき乗値の場合、ドップラ解析には、式(6−2)および式(6−3)に示すようなFFT(高速フーリエ変換)処理を適用できる。
In the z-th signal processing unit 207, a plurality of (L OC )
例えば、送信ギャップ期間TGAPが開始されるまでの前半部分のNc/2回の出力に対するFFT処理は、式(6−2)によって表される。
また、送信ギャップ期間TGAPが終了後の後半部分のNc/2回の出力に対するFFT処理は、式(6−3)によって表される。
ここで、FT_FH_CIz (OC_INDEX)(k,fs,w)は、第z番の信号処理部207における第OC_INDEX番目のドップラ解析部213による第w番の出力を表し、離散時刻kでのドップラ周波数インデックスfsの、送信ギャップ期間TGAPが開始されるまでの前半部分のNc/2回の出力に対するドップラ周波数応答を示す。
Here, FT_FH_CI z (OC_INDEX) (k , f s, w) represents the output of the w th according OC_INDEX th
また、FT_SH_CIz (OC_INDEX)(k,fs,w)は、第z番目の信号処理部におけるOC_INDEX番目のドップラ解析部213による第w番の出力を表し、離散時刻kでのドップラ周波数インデックスfsの、送信ギャップ期間TGAPが終了後の後半部分のNc/2回の出力に対するドップラ周波数応答を示す。
FT_SH_CI z (OC_INDEX) (k, f s , w) represents the w-th output of the OC_INDEX-
なお、OC_INDEX=1〜LOCであり、k=1,…,(Nr+Nu)Ns/Noであり、wは1以上の整数である。jは、虚数単位である。また、z=1,…,Naである。 It should be noted, is a OC_INDEX = 1~L OC, k = 1 , ..., a (N r + N u) N s / N o, w is an integer of 1 or more. j is an imaginary unit. In addition, z = 1, ..., a N a.
また、FT_FH_CIz (OC_INDEX)(k,fs,w)は、NcのFFTサイズにおいて、後半部分のNc/2個のデータをゼロ埋め(ゼロパディング)したものである。また、FT_SH_CIz (OC_INDEX)(k,fs,w)は、NcのFFTサイズにおいて、前半部分のNc/2個のデータをゼロ埋めしたものである。 Further, FT_FH_CI z (OC_INDEX) (k , f s, w) is the FFT size of Nc, is obtained by the N c / 2 pieces of data in the latter half portion padded zero (zero padding). Further, FT_SH_CI z (OC_INDEX) (k , f s, w) is the FFT size of N c, in which the N c / 2 pieces of data of the first half portion and zero-padding.
したがって、サンプリング定理から導出される折り返しの発生しない最大ドップラ周波数は、±1/(2LOC×Tr)である。また、ドップラ周波数インデックスfsのドップラ周波数間隔は1/{LOC×Nc×Tr}であり、ドップラ周波数インデックスfsの範囲は、fs=−Nc/2+1,…,0,…,Nc/2である。 Therefore, the maximum Doppler frequency without aliasing derived from the sampling theorem is ± 1 / (2L OC × T r ). Also, Doppler frequency interval of the Doppler frequency index f s is 1 / {L OC × N c × T r}, a range of Doppler frequency index f s is, f s = -N c / 2 + 1, ..., 0, ... , N c / 2.
なお、FFT処理の際に、Han窓又はHamming窓といった窓関数係数を乗算してもよい。窓関数を適用することでビート周波数ピーク周辺に発生するサイドローブを抑圧できる。窓関数係数には、FFTサイズがNcの係数が適用されてよい。例えば、前半部分のNc/2個の窓関数係数をFT_FH_CIz (OC_INDEX)(k,fs,w)の算出時に用い、後半部分のNc/2個の係数をFT_SH_CIz (OC_INDEX)(k,fs,w)の算出時に用いる。 In the FFT processing, a window function coefficient such as a Han window or a Hamming window may be multiplied. By applying the window function, side lobes generated around the beat frequency peak can be suppressed. A coefficient having an FFT size of Nc may be applied to the window function coefficient. For example, the first half N c / 2 window function coefficients are used in calculating FT_FH_CI z (OC_INDEX) (k, f s , w), and the second half N c / 2 coefficients are used in FT_SH_CI z (OC_INDEX) ( k, f s, used in the calculation of w).
CFAR部215は、Loc個のドップラ解析部213からの第w番の出力について、FT_FH_CIz (OC_INDEX)(k,fs,w)、及び、FT_SH_CIz (OC_INDEX)(k,fs,w)を用いてCFAR処理を行う。 CFAR unit 215, the output of the w th from L oc number of Doppler analysis unit 213, FT_FH_CI z (OC_INDEX) ( k, f s, w), and, FT_SH_CI z (OC_INDEX) (k , f s, w ) To perform CFAR processing.
例えば、CFAR部215は、式(6−4)で表される電力加算値を算出して、離散時間軸(距離軸に相当)とドップラ周波数軸(相対速度に相当)との2次元のCFAR処理、あるいは1次元のCFAR処理を組み合わせたCFAR処理を行う。2次元のCFAR処理あるいは1次元のCFAR処理を組み合わせたCFAR処理については、例えば非特許文献2に記載の処理が適用されてよい。
CFAR部215は、CFAR処理を用いて適応的な閾値を設定し、閾値よりも大きい受信電力の離散時刻インデックスk_cfar、ドップラ周波数インデックスfs_cfarを、方向推定部214及び折り返し判定部216に指示する。
折り返し判定部216は、CFAR部215から指示された離散時間インデックスk_cfar、ドップラ周波数インデックスfs_cfarを基に、ドップラ解析部213の出力を抽出し、以下の式(6−5)及び式(6−6)を用いた判定方法により、折り返し信号か否かの判定処理を行う。例えば、折り返し判定部216は、式(6−5)が成立する場合、折り返し信号でないと判定し、式(6−6)が成立する場合、折り返し信号であると判定する。
なお、式(6−5)及び式(6−6)において、
ここで、
この際、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が、折り返し信号である場合、ドップラ周波数インデックスfs_cfar≧0のとき、送信ギャップ期間中に(fs_cfar−Nc)のドップラ周波数インデックス分の位相変化が生じ、ドップラ周波数インデックスfs_cfar<0のときは、送信ギャップ期間中に(fs_cfar+Nc)のドップラ周波数インデックス分の位相変化が生じることから、
従って、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が、折り返し信号である場合、
一方、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が、折り返し信号でない場合、
このような理由から、上述のような折り返し判定方法の適用が可能である。判定の結果、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が、折り返し信号であると判定された場合、折り返し判定部216は、以下の(1)及び(2)に例示したように、ドップラ周波数インデックスの変換結果を出力する。
For such a reason, it is possible to apply the return determination method as described above. As a result of the determination, when it is determined that the signal of the Doppler frequency index f s_cfar is a loopback signal, the
(1)ドップラ周波数インデックスfs_cfar≧0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar − Nc
(2)ドップラ周波数インデックスfs_cfar<0の場合、DopConv(fs_cfar)=fs_cfar + Nc
(1) If Doppler frequency index f s_cfar ≧ 0, DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar −Nc
(2) When Doppler frequency index fs_cfar <0, DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar + Nc
DopConv(f)は、折り返し信号の判定結果に基づくドップラ周波数インデックスfに対するドップラ周波数インデックスの変換結果を表す。 DopConv (f) represents the result of conversion of the Doppler frequency index to the Doppler frequency index f based on the determination result of the aliasing signal.
一方、判定の結果、ドップラ周波数インデックスfs_cfarの信号が、折り返し信号ではないと判定された場合、折り返し判定部216は、以下のようにドップラ周波数インデックスの変換結果を出力する。
DopConv(fs_cfar)=fs_cfar
On the other hand, when it is determined that the signal of the Doppler frequency index f s_cfar is not a loopback signal, the
DopConv ( fs_cfar ) = fs_cfar
符号多重分離部217は、折り返し判定部216の出力を基に、直交符号を用いて多重送信した信号を分離する。例えば、第ND番の送信アンテナTx#NDから符号多重送信された信号は、式(6−9)及び式(6−10)に示したように、送信時に用いた直交符号要素を複素共役(*)して符号要素インデックス毎のドップラ解析結果に乗算して加算することで、分離される。なお、ND=1,…,Ntである。なお、式(6−9)のexpの項は、直交符号の送信時間遅れにより生じる位相変動を補正するために設けている。
方向推定部214は、符号多重分離部217の出力を基に、仮想受信アレー相関ベクトルh(k,fs,w)を生成し、当該ベクトルに基づいて方向推定処理を行う。例えば、式(6−11)で表される送信アンテナ数Ntと受信アンテナ数Naとの積であるNt×Na個の要素を含む、仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)を用いて、ターゲットからの反射波に対して受信アンテナRx間の位相差に基づく方向推定を行う。
ここで、仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、第1の信号処理部207から第Naの信号処理部207のそれぞれにおいて得られたドップラ解析部213からの第w番の出力をまとめたベクトルに相当する。なお、z=1,…,Naであり、ND=1,…,Ntである。
ここで、h_cal[b]は、送信アレーアンテナ間及び受信アレーアンテナ間の位相偏差及び振幅偏差を補正するアレー補正値である。また、b=1,…,(Nt×Na)である。仮想受信アレー相関ベクトルh(k_cfar,fs_cfar,w)は、Nt×Na個の要素からなる列ベクトルとなる。 Here, h_cal [b] is an array correction value for correcting a phase deviation and an amplitude deviation between the transmission array antennas and between the reception array antennas. Also, b = 1,..., (N t × N a ). Virtual reception array correlation vector h (k _cfar, f s_cfar, w) is a column vector of N t × N a number of elements.
方向推定部214は、方向推定評価関数値PH(θ,k_cfar,fs_cfar,w)における方位方向θを所定の角度範囲内で可変して空間プロファイルを算出し、その極大ピーク方向を大きい順に所定数抽出し、それぞれの極大ピークの方位方向を到来方向推定値として出力する。また、レーダ反射波の測位結果として、方位方向と共に極大ピークレベルの情報を出力してもよい。また、レーダ反射波の測位結果として、k_cfarを基に到来時刻情報(距離情報)、ドップラ周波数情報(相対速度情報)として折り返し判定後のDopConv(fs_cfar)を出力する。
The
以上のように、実施の形態6に係る符号多重MIMOレーダ装置1では、レーダ送信部100において、複数の送信アンテナ107および符号多重を用いて、各送信アンテナ107から複数(LOC×Nc)回のレーダ送信を行う際に、各送信アンテナ107からLOC×Nc/2回送信した後に送信ギャップ期間TGAPが設けられる。
As described above, in code multiplexing
レーダ受信部200では、折り返し判定部216において、ドップラ解析部213の出力に折り返し信号が含まれるか否かを判定することで、ドップラ周波数の曖昧性が発生しないドップラ周波数範囲を拡大できる。例えば、LOCをサンプリング周期とした場合のドップラ周波数範囲に対して2倍に拡大できる。
In the radar receiving section 200, the
また、ドップラ周波数の曖昧性が発生しないドップラ周波数範囲の拡大によって、符号多重分離部217は、直交符号要素毎にドップラ解析を行った結果を、直交符号要素の複素共役を乗算して加算する際に、折り返し信号であるか否かの判定結果を用いて、直交符号分離処理を行うことができる。
Also, due to the expansion of the Doppler frequency range in which the ambiguity of the Doppler frequency does not occur, the
これにより、直交符号間干渉を抑制しつつ、符号多重信号の分離が可能になる。したがって、時間方向あるいは周波数方向のサイドローブを低減できる。原理的には、ノイズ成分が無い場合、あるいは無視してよい場合、実質的にサイドローブをゼロにできる。 This makes it possible to separate code-multiplexed signals while suppressing orthogonal intersymbol interference. Therefore, the side lobe in the time direction or the frequency direction can be reduced. In principle, when there is no noise component or when it can be ignored, the side lobe can be made substantially zero.
なお、送信ギャップ期間TGAPにLOC×Tr/2を用いることで、折り返し判定性能を最大化できるが、これに限定されない。例えば、LOC×Tr/2程度あるいは、その前後の期間が設定されてもよい。 Note that, by using L OC × T r / 2 for the transmission gap period T GAP , the loopback determination performance can be maximized, but the present invention is not limited to this. For example, about L OC × T r / 2, or a period before and after that may be set.
また、各送信アンテナ107から複数(LOC×Nc)回のレーダ送信を行う際に、各送信アンテナ107からLOC×Nc/2回送信した後に送信ギャップ期間TGAPを設けることで、折り返し判定性能を最大化できるが、これに限定されない。
Also, when a plurality of (L OC × N c ) radar transmissions are performed from each
例えば、各送信アンテナ107からLOC×Nc/2回程度、あるいは、その前後の回数を送信した後に送信ギャップ期間TGAPが設けられてもよい。例えば、SNR(signal-to-noise ratio)の偏りが生じない範囲において不等間隔に設定されてもよい。
For example, the transmission gap period T GAP may be provided after transmitting about L OC × N c / 2, or the number of times before and after that from each transmitting
なお、上述した実施の形態6においては、1つの送信ギャップ期間を設ける例について説明したが、実施の形態5において説明したように、複数(NGAP)の送信ギャップ期間TGAPを設けてもよい。複数の送信ギャップ期間TGAPを設けることで、より高次の折り返し信号が受信信号に含まれるか否かを判定できるので、ドップラ周波数の曖昧性が発生しないドップラ周波数範囲を更に拡大する効果が得られる。 Although an example in which one transmission gap period is provided has been described in the sixth embodiment described above, a plurality of (N GAP ) transmission gap periods T GAP may be provided as described in the fifth embodiment. . By providing a plurality of transmission gap periods T GAP , it is possible to determine whether or not a higher-order aliasing signal is included in the received signal. Therefore, the effect of further expanding the Doppler frequency range in which Doppler frequency ambiguity does not occur is obtained. Can be
(実施の形態7)
上述した実施の形態6では、レーダ送信部100においてパルス列を位相変調あるいは振幅変調して送信する符号多重MIMOレーダ装置1について記載した。実施の形態7では、レーダ送信部100においてチャープ(Chirp)パルスのような周波数変調したパルス圧縮波を用いた符号多重MIMOレーダ装置1について説明する。
(Embodiment 7)
In the sixth embodiment described above, the code multiplexing
図20は、周波数変調したチャープパルスをレーダ送信信号に用いた符号多重MIMOレーダ装置1の構成例を示す図である。図20に例示した符号多重MIMOレーダ装置1は、実施の形態2(図12)に例示した構成に比して、レーダ送信部100において、切替制御部105、送信RF部107、及び、送信アンテナ切替部121に代えて、直交符号生成部108と、第1〜第Ntの送信RF部107#1〜107#Ntと、第1〜第Ntの符号乗算部191#1〜191#Ntを含む符号多重部109と、を備える点が異なる。
FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration example of the code multiplexing
また、図20に示すレーダ受信部200は、図12に例示した構成に比して、信号処理部207と方向推定部214との間に、折り返し判定部216と符号多重分離部217を備える点が異なり、また、直交符号生成部108の出力が出力切替部211に入力される点が異なる。符号多重分離部217は、例えば、折り返し判定部216における、ドップラ周波数の折り返しの有無の判定(又は検出)結果に基づいて、符号多重された受信信号を分離する。
In addition, the radar receiving unit 200 shown in FIG. 20 includes a
以下、実施の形態7に係る符号多重MIMOレーダ装置1の動作について、実施の形態2とは異なる点に着目して説明する。
Hereinafter, the operation of the code multiplexing
レーダ送信部100において、レーダ送信信号生成部101は、実施の形態2にて説明したとおり、変調信号発生部122及びVCO123によって、周波数変調信号(周波数チャープ信号)を生成する。生成された周波数チャープ信号は、方向性結合部124を介して符号多重部109と受信RF部203のミキサ部224に入力される。
In radar transmission section 100, radar transmission
直交符号生成部108は、実施の形態6と同様に、直交符号長LOCからなるNt個の直交符号系列OCSND={OCND(1),OCND(2),…,OCND(LOC)}を生成する。ここで、ND=1,…,Ntである。
例えば、直交符号生成部108は、レーダ送信周期(Tr)毎に、直交符号系列OCS1〜OCSNtの要素を指示する直交符号要素インデックスOC_INDEXを巡回的に可変することで、直交符号系列OCS1〜OCSNtの要素OC1(OC_INDEX)〜OCNt(OC_INDEX)を第1〜第Ntの符号乗算部191#1〜191#Ntに出力する。また、直交符号生成部108は、レーダ送信周期(Tr)毎に、要素インデックスOC_INDEXをレーダ受信部200の信号処理部207における出力切替部211に出力する。
For example, the orthogonal
ここで、OC_INDEX=1,2,…,LOCであり、M番目の送信周期において、OC_INDEX=MOD(M−1,LOC)+1である。MOD(x,y)は、モジュロ演算子であり、xをyで割った後の余りを出力する関数である。 Here, OC_INDEX = 1,2, ..., a L OC, in M-th transmission period, a OC_INDEX = MOD (M-1, L OC) +1. MOD (x, y) is a modulo operator, and is a function that outputs the remainder after dividing x by y.
第1〜第Ntの符号乗算部191は、実施の形態6と同様に、レーダ送信周期(Tr)毎に直交符号生成部108によって生成された直交符号系列OCS1〜OCSNtの要素OC1(OC_INDEX)〜OCNt(OC_INDEX)を、ベースバンドのレーダ送信信号(ここでは、周波数チャープ信号)に対し乗算し、それぞれ、Nt個の送信RF部107#1〜107#Ntに出力する。
The first to the
また、実施の形態6と同様に、送信RF部107#1〜107#Ntは、Np=LOC×Tr期間において送信信号をLOC回送信する動作を、Nc/2回にわたって繰り返した後に、送信ギャップ期間TGAPにわたって送信信号の送信を行わない。
Also, as in the sixth embodiment, the
送信ギャップ期間TGAPの経過後に、送信RF部107#1〜107#Ntは、再び、Np=LOC×Tr期間において送信信号をLOC回送信する動作を、Nc/2回にわたって繰り返す。
After a transmission gap period T GAP, the
このような送信RF部107#1〜107#Ntの送信動作により、第1の送信RF部107#1から第Ntの送信RF部107#Ntの送信信号は、LOC×Nc回送信されることとなる。
The transmission operation of the
ここで、送信ギャップ期間TGAPは、ドップラ解析部213におけるサンプリング周期である直交符号の送信周期Np=LOC×Tr期間の1/2の周期に相当するNp/2とする。すなわち、TGAP=LOC×Tr/2である。
Here, the transmission gap period T GAP is set to Np / 2 corresponding to a half period of the orthogonal code transmission period N p = L OC × T r period which is the sampling period in the
第1〜第Ntの符号乗算部191の出力は、送信RF部107により所定の送信電力に増幅され、送信アレーアンテナ部を成す各送信アンテナTx#1〜Tx#Ntから空間に放射される。
The output of the
次に、図20に例示したレーダ受信部200の動作について説明する。レーダ受信部200において、受信アレーアンテナ部を成す各受信アンテナRx#1〜Rx#Naによる信号受信からR−FFT部220の信号出力に至るまでの動作又は処理は、実施の形態2にて説明した動作又は処理と同様である。
Next, the operation of the radar receiving unit 200 illustrated in FIG. 20 will be described. In radar receiver 200, the operation or processing of the signals received by the receiving
ここで、第M番のチャープパルス送信によって得られる第z番の信号処理部207におけるz番目のR−FFT部220から出力されるビート周波数スペクトラム応答をAC_RFTz(fb,M)によって表す。fbは、R−FFT部220から出力されるビート周波数のインデックス番号を表し、fb=0,…,Ndata/2である。周波数インデックスfbが小さいほど反射波の遅延時間が小さい(別言すると、ターゲットとの距離が近い)ビート周波数を表す。
Here, the beat frequency spectrum response output from the z-th R-
z番目の信号処理部207における出力切替部211は、直交符号生成部108からの直交符号要素インデックスOC_INDEXを基に、送信周期毎のR−FFT部220からの出力を、LOC個のドップラ解析部213のうちOC_INDEX番目のドップラ解析部213に選択的に切り替えて出力する。
The
例えば、出力切替部211は、M番目の送信周期Trにおいて、OC_INDEX=MOD(M−1,LOC)+1番目のドップラ解析部213を選択する。また、出力切替部211は、送信ギャップ期間TGAPでは全てのドップラ解析部213を非選択とする。
For example, the
z番目の信号処理部207における複数(LOC)個のドップラ解析部213は、送信ギャップ期間TGAPが開始されるまでの前半部分のNc/回の出力と、送信ギャップ期間TGAPが終了した後の後半部分のNc/2回の出力とで2回に分けて別々にドップラ解析を行う。Ncが2のべき乗値の場合、ドップラ解析には、式(6−12)および式(6−13)で表されるようなFFT処理を適用できる。
The plurality of (L OC )
例えば、送信ギャップ期間TGAPが開始されるまでの前半部分のNc/2回の出力に対するFFT処理は、式(6−12)によって表される。 For example, the FFT processing on the output of N c / 2 times in the first half until the transmission gap period T GAP is started is represented by Expression (6-12).
一方、送信ギャップ期間TGAPが終了した後の後半部分のNc/2回の出力に対するFFT処理は、式(6−13)によって表される。
ここで、FT_FH_CIz (OC_INDEX)(fb,fs,w)は、第z番の信号処理部207における第OC_INDEX番目のドップラ解析部213による第w番の出力を表し、周波数インデックスfbでのドップラ周波数インデックスfsの、送信ギャップ期間TGAPが開始されるまでの前半部分のNc/2回の出力に対するドップラ周波数応答を示す。
Here, FT_FH_CI z (OC_INDEX) (f b , f s , w) represents the w-th output by the OC-INDEX-
また、FT_SH_CIz (OC_INDEX)(fb,fs,w)は、第z番の信号処理部207における第OC_INDEX番目のドップラ解析部213による第w番の出力を表し、周波数インデックスfbでのドップラ周波数インデックスfsの、送信ギャップ期間TGAPが終了した後の後半部分のNc/2回の出力に対するドップラ周波数応答を示す。なお、OC_INDEX=1〜LOC、fb=0,…,Ndata/2であり、wは1以上の整数である。jは虚数単位である。また、z=1,…,Naである。
FT_SH_CI z (OC_INDEX) (f b , f s , w) represents the w-th output by the OC-INDEX-
また、FT_FH_CIz (OC_INDEX)(fb,fs,w)は、NcのFFTサイズにおいて、後半部のNc/2個のデータをゼロ埋めしたものである。FT_SH_CIz (OC_INDEX)(fb,fs,w)は、NcのFFTサイズにおいて、前半部のNc/2個のデータをゼロ埋めしたものである。 Further, FT_FH_CI z (OC_INDEX) (f b, f s, w) is the FFT size of N c, in which the N c / 2 pieces of data in the latter half portion and zero-padding. FT_SH_CI z (OC_INDEX) (f b , f s, w) is the FFT size of N c, in which the N c / 2 pieces of data of the first half section and zero-padding.
したがって、サンプリング定理から導出される折り返しが発生しない最大ドップラ周波数は、±1/(2LOC×Tr)である。また、ドップラ周波数インデックスfsのドップラ周波数間隔は1/{LOC×Nc×Tr}であり、ドップラ周波数インデックスfsの範囲はfs=−Nc/2+1,…,0,…,Nc/2である。 Therefore, the maximum Doppler frequency at which aliasing does not occur, derived from the sampling theorem, is ± 1 / (2L OC × T r ). Also, Doppler frequency interval of the Doppler frequency index f s is 1 / {L OC × N c × T r}, a range of Doppler frequency index f s is f s = -N c / 2 + 1, ..., 0, ..., N c / 2.
なお、FFT処理の際に、Han窓又はHamming窓といった窓関数係数を乗算してもよく、窓関数を適用することでビート周波数ピーク周辺に発生するサイドローブを抑圧できる。窓関数係数は、FFTサイズがNcのものを適用し、前半部分のNc/2個の窓関数係数をFT_FH_CIz (OC_INDEX)(fb,fs,w)の算出時に用い、後半部分のNc/2の係数をFT_SH_CIz(OC_INDEX)(fb,fs,w)の算出時に用いる。 At the time of the FFT processing, a window function coefficient such as a Han window or a Hamming window may be multiplied. By applying the window function, side lobes generated around the beat frequency peak can be suppressed. As the window function coefficient, an FFT size of Nc is applied, and the first half N c / 2 window function coefficients are used when calculating FT_FH_CI z (OC_INDEX) (f b , f s , w). using the coefficients of N c / 2 FT_SH_CIz (OC_INDEX) (f b, f s, w) when calculating the.
以降のCFAR部215、折り返し判定部216、符号多重分離部217、及び、方向推定部214における処理は、実施の形態6において用いた離散時刻kをビート周波数の周波数インデックスfbに置き換えた処理に相当する。
以上の構成及び動作により、実施の形態2において説明した効果あるいは利点に加えて、実施の形態6と同様の効果あるいは利点を得ることができる。 With the above configuration and operation, in addition to the effects or advantages described in the second embodiment, the same effects or advantages as in the sixth embodiment can be obtained.
以上、本開示に係る複数の実施の形態について説明した。 As described above, a plurality of embodiments according to the present disclosure have been described.
上記の実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。 Each functional block used in the description of the above embodiment is typically realized as an LSI which is an integrated circuit. These may be individually integrated into one chip, or may be integrated into one chip so as to include some or all of them. Although an LSI is used here, it may be called an IC, a system LSI, a super LSI, or an ultra LSI depending on the degree of integration.
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、又は、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用してもよい。 Further, the method of circuit integration is not limited to LSI, and may be realized by a dedicated circuit or a general-purpose processor. After the LSI is manufactured, a field programmable gate array (FPGA) that can be programmed, or a reconfigurable processor that can reconfigure connection and settings of circuit cells inside the LSI may be used.
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。 Furthermore, if an integrated circuit technology that replaces the LSI appears due to the progress of the semiconductor technology or another technology derived therefrom, the functional blocks may be naturally integrated using the technology. Application of biotechnology, etc. is possible.
本開示の一態様は、レーダシステムに有用である。 One aspect of the present disclosure is useful for radar systems.
1 レーダ装置
100 レーダ送信部
101 レーダ送信信号生成部
102 符号生成部
103 変調部
104 LPF
105 切替制御部
106 送信RF切替部
107 送信RF部
108 直交符号生成部
109 符号多重部
191 符号乗算部
111 符号記憶部
112 D/A変換部
121 送信アンテナ切替部
122 変調信号発生部
123 電圧制御発振器
124 方向性結合部
200 レーダ受信部
201 アンテナ系統処理部
203 受信無線部
204 増幅器
205 周波数変換部
206 直交検波部
207 信号処理部
208、209、228 A/D変換部
210 相関演算部
211 出力切替部
213 ドップラ解析部
214 方向推定部
215 CFAR部
216 折り返し判定部
217 符号多重分離部
220 R−FFT部
224 ミキサ部
226 LPF
REFERENCE SIGNS
Claims (15)
送信信号の送信周期毎に前記複数の送信部のうち前記送信信号を送信する送信部を選択し、前記複数の送信部の各々を少なくとも一巡選択する第1の期間と、前記第1の期間の後であって前記複数の送信部の各々を少なくとも一巡選択する第2の期間と、の間に、前記送信信号を送信しない期間である送信ギャップ期間を設ける制御部と、
を備える、
レーダ装置。 A plurality of transmission units,
A first period in which a transmission unit transmitting the transmission signal is selected from the plurality of transmission units for each transmission cycle of the transmission signal, and a first period in which each of the plurality of transmission units is selected at least once, A control unit that provides a transmission gap period, which is a period during which the transmission signal is not transmitted, between a second period after which the plurality of transmission units are selected at least one time,
Comprising,
Radar equipment.
前記各送信信号に対応する各受信信号のドップラ周波数成分を解析するドップラ解析部と、
前記ドップラ周波数成分から、受信電力が閾値よりも大きい周波数成分であるピークドップラ周波数成分を検出する検出部と、
前記第1の期間の送信信号に対応する受信信号のピークドップラ周波数成分と、前記第2の期間の送信信号に対応する受信信号のピークドップラ周波数成分とを比較して、当該ピークドップラ周波数成分に折り返し信号が含まれているか否かを判定する判定部と、
前記各受信信号の前記ピークドップラ周波数成分に基づいて、前記物体の方向を推定する方向推定部と、
を備える、
請求項1に記載のレーダ装置。 A receiving unit that receives a signal reflected by the object at each of the transmission signals,
A Doppler analyzer for analyzing the Doppler frequency component of each received signal corresponding to each of the transmitted signals,
From the Doppler frequency component, a detection unit that detects a peak Doppler frequency component that is a frequency component whose received power is greater than a threshold,
The peak Doppler frequency component of the reception signal corresponding to the transmission signal in the first period and the peak Doppler frequency component of the reception signal corresponding to the transmission signal in the second period are compared, and the peak Doppler frequency component is A determining unit for determining whether or not a return signal is included;
Based on the peak Doppler frequency component of each of the received signals, a direction estimating unit that estimates the direction of the object,
Comprising,
The radar device according to claim 1.
前記折り返し信号が含まれていると判定した場合、前記ピークドップラ周波数成分を変換して前記方向推定部へ出力し、
前記折り返し信号が含まれていないと判定した場合、前記ピークドップラ周波数成分を変換せずに前記方向推定部へ出力する、
請求項2に記載のレーダ装置。 The determination unit includes:
When it is determined that the aliasing signal is included, the peak Doppler frequency component is converted and output to the direction estimating unit,
If it is determined that the return signal is not included, output to the direction estimating unit without converting the peak Doppler frequency component,
The radar device according to claim 2.
前記送信ギャップ期間は、前記制御部が前記複数の送信部を一巡選択する周期の1/2である、
請求項1から3の何れか1項に記載のレーダ装置。 The control unit sequentially selects the plurality of transmission units,
The transmission gap period is の of a cycle in which the control unit selects one of the plurality of transmission units.
The radar device according to claim 1.
前記検出部は、前記第1の送信部からの送信信号に対応する受信信号のドップラ周波数成分から、前記ピークドップラ周波数成分を検出し、
前記判定部は、前記第1の送信部からの送信信号に対応する受信信号のピークドップラ周波数成分に折り返し信号が含まれているか否かを判定する、
請求項2に記載のレーダ装置。 The control unit selects a first transmission unit of the plurality of transmission units at a first cycle, and sets each second transmission unit other than the first transmission unit to be longer than the first cycle. Select in the second cycle,
The detection unit detects the peak Doppler frequency component from a Doppler frequency component of a reception signal corresponding to the transmission signal from the first transmission unit,
The determination unit determines whether or not the return signal is included in the peak Doppler frequency component of the reception signal corresponding to the transmission signal from the first transmission unit,
The radar device according to claim 2.
請求項5に記載のレーダ装置。 The transmission gap period is の of the first cycle,
The radar device according to claim 5.
前記送信ギャップ期間は、前記制御部が前記複数の送信部を一巡選択する周期の1/(NGAP+1)である、
請求項1から3の何れか1項に記載のレーダ装置。 The control unit sets the transmission gap period N GAP times,
The transmission gap period is 1 / (N GAP +1) of a cycle in which the control unit makes one round selection of the plurality of transmission units.
The radar device according to claim 1.
送信周期毎に直交符号の符号要素を巡回的に送信信号に多重して符号多重した送信信号を生成する符号多重部と、を備え、
前記複数の送信部は、
巡回的に生成された直交符号の符号要素を少なくとも一巡送信する第1の期間、送信信号の送信周期毎に、前記符号要素を符号多重した各送信信号を送信し、
前記第1の期間後、所定の送信ギャップ期間、前記符号要素を符号多重した送信信号を送信せず、
前記送信ギャップ期間後、巡回的に生成された直交符号の符号要素を少なくとも一巡送信する第2の期間、前記送信周期毎に、前記符号要素を符号多重した各送信信号を送信する、
レーダ装置。 A plurality of transmission units,
A code multiplexing unit that cyclically multiplexes code elements of orthogonal codes into transmission signals for each transmission cycle to generate code-multiplexed transmission signals,
The plurality of transmission units,
A first period for transmitting the code element of the cyclically generated orthogonal code at least once, for each transmission cycle of the transmission signal, transmitting each transmission signal obtained by code-multiplexing the code element;
After the first period, a predetermined transmission gap period, without transmitting a transmission signal code-multiplexed the code element,
After the transmission gap period, a second period for transmitting at least one cycle of cyclically generated code elements of orthogonal codes, for each transmission cycle, transmit each transmission signal code-multiplexed code elements,
Radar equipment.
前記符号多重した送信信号の符号要素に対応する各受信信号のドップラ周波数成分を解析するドップラ解析部と、
前記ドップラ周波数成分から、受信電力が閾値よりも大きい周波数成分であるピークドップラ周波数成分を検出する検出部と、
前記第1の期間の符号多重した送信信号の符号要素に対応する受信信号のピークドップラ周波数成分と、前記第2の期間の符号多重した送信信号の符号要素に対応する受信信号のピークドップラ周波数成分とを比較して、当該ピークドップラ周波数成分に折り返し信号が含まれているか否かを判定する判定部と、
を備える、
請求項8に記載のレーダ装置。 A receiving unit that receives the code-multiplexed transmission signal reflected by the object,
A Doppler analyzer for analyzing the Doppler frequency component of each received signal corresponding to the code element of the code-multiplexed transmission signal,
From the Doppler frequency component, a detection unit that detects a peak Doppler frequency component that is a frequency component whose received power is greater than a threshold,
A peak Doppler frequency component of the received signal corresponding to the code element of the code-multiplexed transmission signal in the first period, and a peak Doppler frequency component of the reception signal corresponding to the code element of the code-multiplexed transmission signal in the second period And a determination unit that determines whether a folded signal is included in the peak Doppler frequency component,
Comprising,
The radar device according to claim 8.
前記符号多重分離部の出力に基づいて、前記物体の方向を推定する方向推定部と、
を備える、請求項9に記載のレーダ装置。 Based on the determination result by the determination unit and the orthogonal code, a code demultiplexing unit that separates the received signal in which the orthogonal code is multiplexed from the output of the Doppler analysis unit,
A direction estimating unit that estimates a direction of the object based on an output of the code demultiplexing unit;
The radar device according to claim 9, comprising:
請求項8から10の何れか1項に記載のレーダ装置。 The transmission gap period is の of a cycle of transmitting the code element of the orthogonal code in a loop.
The radar device according to claim 8.
前記送信ギャップ期間は、前記直交符号の符号要素を一巡送信する周期の1/(NGAP+1)である、
請求項8から10の何れか1項に記載のレーダ装置。 The transmission gap period is provided N GAP times,
The transmission gap period is 1 / (N GAP +1) of a cycle of transmitting the code element of the orthogonal code in one cycle.
The radar device according to claim 8.
請求項8から10の何れか1項に記載のレーダ装置。 The transmission signal is a chirp pulse signal,
The radar device according to claim 8.
前記第1の期間後、所定の送信ギャップ期間、前記送信信号を送信せず、
前記送信ギャップ期間後、前記複数の送信部の各々が少なくとも一巡選択される第2の期間、前記送信周期毎に、前記各送信部が前記送信信号を送信する、
レーダ方法。 A first period in which each of the plurality of transmission units is selected at least once, for each transmission cycle of the transmission signal, each of the transmission units transmits the transmission signal;
After the first period, a predetermined transmission gap period, the transmission signal is not transmitted,
After the transmission gap period, a second period in which each of the plurality of transmission units is selected at least once, for each transmission cycle, each transmission unit transmits the transmission signal,
Radar method.
前記第1の期間後、所定の送信ギャップ期間、前記各送信部は前記符号要素を符号多重した送信信号を送信せず、
前記送信ギャップ期間後、巡回的に生成された直交符号の符号要素を少なくとも一巡送信する第2の期間、前記送信周期毎に、前記各送信部が前記符号要素を符号多重した各送信信号を送信する、
レーダ方法。 A first period for transmitting at least one cycle of cyclically generated code elements of orthogonal codes, for each transmission cycle of a transmission signal, each transmission unit transmits a transmission signal obtained by code-multiplexing the code element,
After the first period, during a predetermined transmission gap period, the transmitting units do not transmit a transmission signal obtained by code-multiplexing the code element,
After the transmission gap period, the transmission unit transmits each transmission signal in which the transmission unit code-multiplexes the code element for each of the transmission periods during a second period in which the code element of the cyclic code generated cyclically is transmitted at least once. Do
Radar method.
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