JP3220463B2 - 車両とその前方の障害物との距離および相対速度を測定するためのコンピュータ処理方式レーダ探知方法 - Google Patents

車両とその前方の障害物との距離および相対速度を測定するためのコンピュータ処理方式レーダ探知方法

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は請求の範囲の独立項のプリアンブルに記載の
コンピュータ処理方式レーダ探知方法に関する。
レーダ技術は、従来航空交通の分野で距離および相対
速度を測定するために使用されていた。航空交通の分野
では、数百メートルからキロメートルのオーダの範囲の
距離を検出することが問題である。これに対して道路交
通においては、特殊な状況のために1メートル以下から
数百メートル以上にわたる範囲の距離を検出することが
要求される。しかも、道路状況は航空交通区間に比べて
通常は見通しが効かず複雑であるので、車両に搭載の距
離警告装置および安全装置はできるだけ多くの特性デー
タと同時に、比較的多くの障害物を検知できなければな
らない。基本的には3つのデータを検知することが望ま
しく、すなわち車両と障害物との距離検知、車両と障害
物との(ドップラー効果を用いた)相対速度の検知、お
よび障害物の大きさに関する情報を得るための、障害物
で反射した送信信号の検知を行なうことが望ましい。
さらに車両で行なわれるレーダ探知方法に対しては、
低コストでの実現化が要求される。もし低コストで実現
できなければ、大量使用を経済的に行なうことができな
いからである。本発明の範囲内で行なった諸実験が示す
ところによると、距離の測定と相対速度の測定とを同時
に行ない、かつ複数個の障害物の検知を行なう公知のレ
ーダ探知方法(クラインホイバヒャーの報告、1992年、
第35巻、第731頁ないし第740頁)は、かなりのコストを
要しなければ実現できないことが明らかになった。なぜ
なら、周波数の勾配が大きいために高い差分周波数が発
生し、処理されるべき帯域幅(高ΜHzの範囲)が市販の
信号プロセッサにとっては大きすぎるからである。
したがって本発明の課題は、複数個の障害物に対して
距離と、相対速度と、反射した信号の振幅とを、障害物
の大きさに対する基準として同時に検知できるような、
冒頭で述べたコンピュータ処理方式レーダ探知方法を提
供することである。
上記課題の本発明による解決法は、請求の範囲の独立
項の特徴部分に記載されており、本発明の好ましい構成
はその従属項に記載されている。従属項はいわば構成方
法を示すもので、独立項に記載の方法の範囲内でも、一
方他の種類の方法においても特に有利に応用することが
できるものである。
市販の信号プロセッサを用いて、人手を要することな
く実施できる本発明によるレーダ探知方法では、公知の
方式(レーダ信号の反射)に従って検出された、反射し
た送信信号としての測定信号が、目的に応じて変化せし
められる。より厳密にいえば、上記課題で述べた要求が
簡単な装置を用いて充足されるような法則性に従って変
化せしめられる。その際本発明による方法は、受信され
た反射信号の新規な修正および新規な評価を含んでい
る。修正の点での特徴は、レーダ信号がバースト、すな
わち周波数一定の部分から組立てられていることにあ
り、しかも所望の測定精度によって決定される数量のバ
ーストで組立てられていることにある。最初の3つの測
定工程では128個のバーストから組立てるのが有利であ
り、これに対して第4番目の測定に対しては36個のバー
ストから組立てるのが有利である。1つのバーストの時
間的長さはほぼ20μsが合目的的である。この時間が経
過した後、障害物で反射したすべての信号が検出され
る。すなわち当該送信信号バーストの受信信号は、送信
された信号が純粋に正弦波形状であるので、振動状態に
ある。これにより、受信されたそれぞれの反射バースト
の末端において、反射経過時間プロフィールの振動位相
を含むような走査値を取出すことができる。このこと
は、バーストの長さが20μsであるとすると、走査周波
数が50kHzであり、比較的低く好ましいことを意味して
いる。
独立項の特徴部分に記載されているように、本発明に
よる方法は、受信した反射信号を処理する場合全部で4
つの工程または測定を行なうものである。この場合、最
初の3つの測定は障害物の検知に用いられ、送信信号バ
ーストの数量と、距離・相対速度ウインドウの数量とに
よって与えられる。一方第4番目の測定では、最初の3
つの測定において検出された、可能性のある障害物か
ら、(評価の際に生じた)実体のない障害物または見掛
けの障害物が除去され、その結果実際に存在する障害物
に対するデータだけが以後処理される。
次に、本発明の一実施例を添付の図面を用いて説明す
る。添付の図面のうち、図1は本発明による方法にも使
用できる公知のレーダ探知装置の基本構成を示すもので
あり、他の図面は個々の工程と構成方法とを説明するた
めのグラフを示すものである。
まず図1のブロック図を参照すると、この装置は、高
周波部分またはマイクロ波部分Hと、信号処理部分Sと
に分けられる。電圧制御発振器(VCO)は通常のごとく
連続的なマイクロ波信号(連続波)を発生させ、その周
波数はたとえば可変容量ダイオードを用いて数百MHz以
上にわたって制御・修正電圧f(t)に比例して変化さ
せることができる。この発振器(VCO)は、本発明によ
る方法においては、それぞれ周波数が一定の送信信号バ
ーストを発生させるために用いる。送信信号バースト
は、カップラー2とサーキュラ3(その作動方向を矢印
で示した)とを介して送信・受信アンテナ4に達する。
5は、走行軌道上においてこの装置を搭載した車両の前
方にある障害物である。送信信号バーストと反射信号と
の経路を矢印で示した。
サーキュラ3は送信信号を受信された反射信号から分
離させ、その結果反射信号だけが直交混合器6の図の右
側の入力に達する。一方左側の入力には、カップラー2
によって分離された送信信号が供給される。混合器6
は、送信信号と受信信号との差分周波数を同相信号Iと
直交位相信号Qとして形成させる。これら2つの信号
は、当初アナログ信号として存在する。すなわち正弦波
状の時間信号として存在する。アナログ・デジタル変換
器7と8とにおいてデジタル信号ynへの変換が行なわれ
る。このデジタル信号ynは、その作動態様に関して後述
するデジタル信号プロセッサ9に送られる。デジタル信
号プロセッサ9の出力10、11および12からは、その都度
の距離、相対速度、および振幅、すなわち障害物の大き
さに対する信号の取出すことができる。
パルス発生器13に付設されている信号プロセッサ9
は、コード発生器14を介して発振器1のための制御電圧
f(t)を発生させるために用いる。
本発明による方法の以下の説明では、128メートルの
距離範囲を1メートルの最小識別距離で検知するという
条件を一例として想定する。同様に、検知されるべき相
対速度範囲を128個のウインドウに分割するものとす
る。したがって128×128個のウインドウ処理が必要であ
るが、このことは、ほとんど是認できないほど面倒な演
算処理を生じさせるものではなく、また10msec以上の比
較的長い演算時間を生じさせるものでもない。このため
本発明による方法においては、送信周波数fと時間tと
の関係を示した図2によれば、障害物を検知するための
3つの測定工程A、BおよびCと、見掛けの障害物を除
去するための第4番目の測定工程Dとが設定される。
既に述べたように、本発明による方法は、測定工程
A、BおよびCで使用されるそれぞれ周波数一定の送信
信号バーストを発生させて実施される。図2では、この
種の連続するバースト20が図示されており、その継続時
間TBは前記の想定した例の場合20μsecであり、この例
の場合1MHzの周波数増分fInkr.を決定する。同様に既
に述べたように、この種の送信信号バースト20を用いる
と、振動位相での反射信号の評価を行なうことができ
る。
4つの測定工程A、B、CおよびDはすべてシーケン
ス制御で行なわれる。すなわち図1の装置において、ま
ず128個のすべてのバースト20に対して測定工程Aが行
なわれ、次に対応的に測定工程Bが行なわれ、以下順に
測定が行なわれる。測定工程Aの間、発振器1は適当は
制御電圧f(t)により次のように制御される。すなわ
ち最小周波数(この例の場合77GHz)から線形的に増分
して最大値(この例の場合77.128GHz)へ上昇する連続
バースト20を発生させるように制御される。これに対し
て測定工程Bの間、発振器1は、最大周波数を起点にし
て、勾配が逆向きの線型的な連続バーストを発生させ
る。その結果、最終的には再び77GHzの周波数に達す
る。一方測定工程Cでは、128個のバーストの送信が行
なわれる。これらバーストはすべて同一の周波数を有し
ている。
最初の3つの測定工程A、BおよびCで受信された反
射信号は、それぞれブラックマン余弦ウインドウで数値
判定され、フーリエ変換部(FFT)に入力される。M.I.
スコルニック著の「レーダ探知システム概論」、1962
年、第88頁で詳細に述べられているように、高い反射強
度によって強調される障害物を検知するための最初の2
つの測定工程AとBとにより、距離と相対速度とを同時
に測定することが可能になる。図9は、送信信号の変化
30と、受信した反射信号の変化31とを、周波数(f)と
時間(t)との関係で示したグラフである。Lはエコー
継続時間であり、ΔfDopplerはドップラー周波数であ
る。これと周波数の差ΔfupおよびΔfdownとから、相対
速度と距離とに対しては次のような関係があることがわ
かる。
ΔfDoppler=(Δfdown−Δfup)/2 ΔEntf=(Δfdown+Δfup)/2 この時点で測定工程Cは、上記の数学的関係に多義性
があるために、複数の障害物に対しては測定工程AとB
とは有用ではないことを考慮する。
受信した反射信号がフーリエ変換される3つの測定工
程A、BおよびCに応じて、この例では128個の「スペ
クトル値」が生じる。この場合フーリエ変換器の出力処
理に発生する際立った極大値は、障害物の反射によるも
のである。最初の測定工程と第2番目の測定工程とに対
しては、図3に関連して示した上記関係式が適用され
る。測定工程Cにおいては、極大値によって示される周
波数は二重周波数に等しい。速度・距離グラフ(図4)
においては、3つの測定工程A、BおよびCで検知され
た周波数を、互いに交差する直線群で示した。これらの
直線群はそれぞれ、考えられる障害物の位置を表わして
いる。曲線40と41とは最初の測定工程Aにかかわるもの
であり、直線42と43とは第2番目の測定工程Bに、そし
て直線44と45と46とは第3番目の測定工程Cにかかわる
ものである。これら最初の3つの測定工程の測定結果を
関連付けると、考えられる障害物として、直線40ないし
46の交点だけが問題になる。この場合、実際の障害物は
交点47、48および49であり、一方前記測定結果の関連付
けから明らかになった実体のない障害物は交点50であ
る。したがって最初のうちの測定工程A、BおよびC
は、本来の増分数に比べて減少した特定数の可能な障害
物に対するデータを提供するものであり、第4番目の測
定工程Dによって、実体のない障害物を除去することが
可能である。
このことは、原理的には次のようにして起こなわれ
る。すなわち、測定工程A、BおよびCにより交点とし
て検出した考えられる障害物を、一定の周波数変調また
は周波数コード化により、実際の障害物であるか、それ
とも実体のない障害物であるかどうかを判定する。この
場合、発振器1により、時間的に連続する周波数fnのバ
ーストが次の関係式に基づいて発生させられる。
fn=fτ+fInkr.・(Anmod(P)) n=0…N−1、ただしN=P−1 P=素数 A=自然数であり、それぞれの長さNに対して、Nが
異なる係数を生じさせるように選定されている。
τ=発振器の搬送周波数 fInkr.=周波数増分 mod=モジュロ演算子 そして、それぞれ係数(Anmod(P))の1つに関係
付けられる各反射バーストの末端において、第4番目の
受信信号として次の複素走査値を演算する。
ただしi=障害物の数 c=光速 Ri=目的物である障害物iの距離 vi=障害物iの相対速度 fT=発振器の搬送周波数 fA=走査周波数 ki=振幅 次に、第4番目の測定工程で障害物に関係付けられた
位相φi:nと、図4と相対速度・距離グラフにおける交
点47、48、49および50の位相とを比較する。
理解を容易にするために、周波数コード化fnに対して
次の数値例を想定する。
P=37;N=P−1=36;A=5; fT=77GHz;fInkr.=1MHz 個々の係数(Anmod(P))は次のとおりである。
1;5;25;14;33;17;11;18;16;6;30;2;10;13;28;29;34;2
2;36;32;12;23;4;20;26;19;21;31;7;35;27;24;9;8;3;15 これらの係数は1と36との間のすべての自然数に対応
し、かつすべて互いに異なっている。周波数跳躍増分
(ここでは1MHz)を乗ずると、図2において範囲Dで示
した変調変化が得られる。それぞれの係数に対して周波
数一定のバーストが得られ、それぞれのバーストの末端
において受信走査値が、図1においてIとQとで示した
信号の形で得られる。しかし、第4番目の測定工程Dで
得られるバーストは、最初の3つの測定工程A、Bおよ
びCで得られたバーストからずれていると、線形的なバ
ースト列を形成しない。
係数(Anmod(P))の特定の列は、レーダ探知シス
テムでの適用に対して重要な前提である、以下のごとき
特別な数学的特性を持っている。
1.係数の列に0以外の任意の整数を乗じ、その結果をモ
ジュロ演算により再び1…Nの範囲にもたらすと、周期
的にシフトされた列のバージョンが得られる。上記の例
を考えて見ると、この例で記載されている列に数2を乗
じ、次にmod(37)によって再び1、…、36の範囲にも
たらすと、列2;10;13;28;29;…が生じる。この列は、本
来の列を周期的にシフトさせた列である。
2.計数列から、周期的にシフトされた前記列のバージョ
ンを減じ、その結果をモジュロ演算により再び1、…、
Nの範囲にもたらすと、別の周期的にシフトされた列の
バージョンが得られる。たとえば、列1;5;25;14;33;…
から列2;10;13;28;29;…を減じると、これにより周期的
にシフトされたバージョン36;32;12;23;4;…が生じる。
第4番目の測定工程Dの受信信号Ynに対する上記の形
成法則から明らかなように、この受信信号は、障害物で
の複数の反射工程を重畳したものから組立てられてい
る。これらの複数の反射工程は、異なる反射振幅kiによ
って数値判定されて受信され、それぞれ不連続な時間軸
nに関して信号位相値φi;nを含んでいる。
φi;nの式に前記数値例を代入し、走査周波数が50kHz
であるとすると次の式が得られる。
このようにして、距離または間隔を決定する最初の被
加数は複素面内に配分された位相を生じさせる。距離は
定数としてこの位相の中に入っており、360゜の位相の
周期性によりモジュロ効果が発生するので、前記1の前
提によれば、距離に応じて、周期的にシフトされた位相
列のバージョンが乗じる。
最初の3つの測定工程A、BおよびCによって得られ
た考えられる障害物は、この時点で、反射振幅kiを取除
いた1つの列に配列され、そして実体のない障害物を除
去するために、想定される距離・速度ベクトルにマッチ
した相関係数が乗じられる。次に、以下のようにして個
々の積が加算される。
まず、反射振幅が最大の障害物に対する相関値Wを演
算する。
i=0(振幅が最大の目標物) この相関関係式に基づいて、第4番目の測定工程Dの
受信信号ynに、考えられる障害物の中で反射振幅が最大
の障害物に対応する共役複素列を乗じる。このことは、
対応する位相列が減算されることを意味する。実際の障
害物の場合にだけ高い相関値Wが生じる。なぜなら、実
際の障害物の場合にだけ受信位相列ynは位相一定の列に
対する関係により取消されるからである。実体のない障
害物の場合には、受信信号ynの中にこのように位相列は
存在せず、相関関係による判定を行なうと、考えられる
他の障害物のゆえに、前記2に記載した数学的特性に従
って周期的にシフトされた位相列のバージョンが生じ
る。このような位相分散ベクトルの和、すなわち相関値
Wの和は小さく、したがって見掛けの障害物をこのよう
なものとして認知し、除去することができる。
図4のグラフでは、交点50が除去され、残りの交点4
7、48および49が実際の障害物として処理される。これ
は次のようにして行なう。高い相関値Wを持った交点、
ここでは交点47、48および49を検出した後、付属の仮想
の第4の受信信号 を反復的に帰納推理し、第4番目の測定工程の受信信号
ynからこの受信信号を減算する。
n=0,…,N−1 この差は、2番目に大きな目標物の反射信号を含んで
いるにすぎない。この処置は、すでに述べたように反復
的に行なわれ、その結果この新しい受信信号ynneuに基
づいて、この時点では最大の(全体では2番目に大き
な)目標物に対する相関検証が行なわれる。この処置は
適宜反復される。
換言すれば、図4のグラフの交点に関係付けられる受
信信号の位相をいわば逆フーリエ変換に従って算出し、
第4番目の測定工程Dの結果と比較するといってもよ
い。複素値が存在するので、この検証は相関関数に従っ
て行なわれる。真正な障害物が存在する場合にだけ、相
関値はたとえば回答値36を持つ。
測定工程A、BおよびCから検出されたすべての考え
られる障害物を上記のように反復して検証した後、第4
番目の測定工程Dに従って、高い検出精度で実際の障害
物が提供される。見掛けの障害物に関する誤警報が生じ
る率は極めて少ない。
基本的には、前方に複数の障害物が存在する場合で
も、第4番目の工程Dだけで距離と相対速度とを決定し
てもよい。しかし、識別力を十分大きくしようとすれ
ば、本発明による方法のリアルタイムでの適用が不可能
なほど長い演算時間が生じるであろう。このため、最初
の3つの測定工程A、BおよびCにより、考えられる障
害物の事前選択が行なわれ、このようにして数量を減ら
して第4番目の測定工程Dが適用される。その結果得ら
れる方法は、通常の能力のコンピュータで十分であり、
しかも障害物は短い評価時間で確実に検出することを補
償するような方法である。
精度をさらに向上させるため、以下に述べるような較
正方法を適用することができる。すなわち直交混合器6
は複素信号I、Qを発生させるために2つの混合器を含
んでいるので、この複素信号が実質的に2つの作用によ
って変質していることがある。すなわち、妨害信号によ
って生じる「オフセットエラー」と「直交成分エラー」
との作用である。
次に、オフセットエラーの発生と補正とに関して説明
する。直交混合器6に供給される送信信号の振幅、した
がって直交混合器の混合器ダイオードの応答感度は、制
御電圧f(t)によって設定されるその都度の周波数に
依存しており、したがって送信信号も直接直交混合器6
の出力に印加される。
この「妨害信号」は、本来の受信信号(すなわち反射
信号)に比べて極めて強く、よって検出されるべき目標
物または障害物はいわば覆い隠されることになる。両信
号のレベルの相違は、目標物の大きさと距離とに応じて
40…1000である。ここでは「妨害信号」を「オフセット
エラー」ということにする。というのも、周波数が一定
の場合、この妨害信号は、混合器ダイオードの出力信号
の十分定常的なオフセットとして生じるからである。
上記オフセットの変動範囲は、小さな振幅範囲を含ん
でいるにすぎない。さらに変動は大きな時定数(数分)
を有しており、一方オフセットに重畳される受信信号
は、考慮した周波数の場合、どの測定でも推測統計学的
な特性を持っている。したがってオフセットエラーは、
同一の周波数で多数の反射信号の平均値を形成させるこ
とによって非常に正確に決定することができる。この工
程は、レーダシステムが作動しているときに行なうのが
有利である。オフセットエラーが十分既知であれば、オ
フセットエラーを混合器出力信号I、Qから単純に減算
するようにして、どの周波数に対しても修正することが
できる。
ある特定の周波数の反射信号の平均値形成は、算術平
均によって行なうのではなく、指数関数的に減衰する過
去評価w(t)で行なうのが有利である。過去評価w
(t)は図5において時間tとの関係で図示されている
(横座標の値t1は数分間の時間を意味する)。このよう
に過去評価によって算出された平均値は、算術平均に比
べ、3つの利点を持っている。第1に、算出された平均
値はエラードリフトに迅速に追従することができる。こ
れは、新しい反射信号は古い反射信号よりも判定のウエ
イトが大きいからである。第2に、この平均値はばらつ
きが少ないことを特徴としている。これは、多数の信号
のすべてが平均処理に寄与するからである。第3に、こ
のような過去評価は実現が容易なことである。ある特定
の周波数fで最後に算出した平均値が、この周波数fを
反復する時点で、簡単な帰納的規則によって更新され
る。以下では、この帰納的規則に関し説明する。
周波数fでの現時点での平均オフセット値▲
▼、▲▼(Re=実数部分、Im
=虚数部分)は、その大部分は、同じ周波数での最後の
平均オフセット値▲▼、▲
▼から算出され、新しい走査値Reneu(f)、Im
neu(f)の商部分に加算される。
図6は、較正工程全体を図式的に示したものである。
この場合実数部分と虚数部分とは周波数fに対して記載
されている。この図の左側には、平均オフセット値の減
算による、混合器ダイオードからくる信号のオフセット
修正0が象徴的に図示されている。
図7から図11までは、この較正の効果を示すものであ
る。図7は、図2の測定工程AないしDにおける周波数
の時間的変化を再度示したものである。直交混合器6
(図1を参照)は、たとえば距離4mの位置にある静止し
た障害物から、較正しなければ図8と図9とに示したよ
うな信号変化を生じさせ、これに対して前述した較正方
法により、図10と図11とに図示した信号変化を生じさせ
る。
帰納的演算規則による平均オフセット値の実現化は、
特定の周波数値(バースト)が反復すれば常に行なうこ
とができる。しかし、反復の継続時間は、図2の選定さ
れた変調特性の点で異なっている。したがって実現化周
期TAKとして、1つのレーダ像を評価するための個々の
測定工程AないしD(図2を参照)に対する全測定時間
を選定して、すべての周波数が同一の条件で処理される
ようにする。定数zは、指数関数的に減衰する過去評価
のための所望の時定数τkorr.に対応して選定しなけれ
ばならない。
z=AAKkorr. たとえば、レーダ評価の全測定時間が10msであるとす
ると、帰納時定数がτkorr.=10sであれば、値z=0.00
1が得られる。すなわち現時点の平均オフセットエラー
は、古い平均オフセットエラーから99.9%算出され、現
時点の受信信号の0.1%に加算される。
直交混合器6の直交成分エラーは、振幅および位相エ
ラー成分によって特徴付けられている。
まず、振幅エラーを考察すると、振幅エラーは同一の
高周波供給電力における直交混合器6の混合器ダイオー
ドの応答感度の違いによって特徴付けられている。振幅
エラーを補正するために比B(f)が重要である。比B
(f)はオフセット補正に基づく実数部分と虚数部分と
の両平均値の商である。量B(f)は周波数に依存して
いるので、各周波数に対してオフセット補正する場合に
は、量B(f)がレーダシステムの作動中に決定され
る。
これら2つの両平均値|▲▼|と|▲
▼|とは、前述した指数関数的に減衰する過去評
価の方法によって算出される。
振幅エラーを補正するため、検出したファクタB
(f)を虚数部分Im(f)に乗じる(図6を参照)。直
交成分の振幅エラーを補正した後、位相エラーが残る。
位相エラーとは、混合器に供給された2つの信号が位相
値90゜からずれていることを意味するものである。この
ような位相エラーの影響に関し、図12を用いて説明す
る。
図12は、一例として想定した受信信号の約10000個の
走査値を軌跡グラフとして図示したものである。この場
合、ある特定の反復する周波数に関する走査値だけを選
定した。距離が高周波数波長(約4mm)の微小部分以下
に相当する分だけ数分間以内に変化するほど、目標物は
静止していないという前提に立てば、比較的多数の受信
信号は常に推測統計学的特性を有している。図12の軌跡
グラフでは、推測統計学的特性は2次元のガウス雲の形
で認められる。すなわちこのような雲の、座標原点を通
る任意の横断面は、1次元的に見てガウスの分布密度関
数を生じさせる。
図12のグラフは同心的な「雲」を示しており、直交混
合器6の出力部において位相エラーも振幅エラーもない
外観を呈している。図13のグラフは、直交混合器に欠陥
がある場合の結果を示している。長時間の観察によれ
ば、雲は差し当たり任意の方向軸を持った楕円形の形を
呈している。これは、振幅エラーと位相エラーとが存在
するからである。前述の振幅補正によれば、位相エラー
が残る。この時点では楕円形の形は45゜の方向でのみ存
在する(図14を参照)。
楕円形の方向軸が最終的に45゜の方向に位置するの
で、前記位相エラーを除去するために受信値すべてを45
゜回転させれば、楕円形の方向軸は90゜の方向に位置す
ることになる。この回転は、図6に示すように直交成分
を十字形に加算または減算することにより行なわれる。
この場合、信号の振幅は だけ増大するが、この振幅の変化は障害とならず、規格
化定数として処理に取入れられるにすぎない。
楕円形を45゜回転させた後、実数部分の量平均値を虚
数の量平均値で割ることで得られる商Ψ(f)によって
長辺値を決定することができるが、しかしこれは振幅補
正の場合の処置に対応していない。なぜなら、直交成分
の位相エラーは45゜の回転によって振幅エラーになった
からである。それゆえ、位相エラーの補正も、振幅エラ
ーの補正に対応して虚数部分とファクタΨ(f)との積
によって行なわれる(図6を参照)。
図6には、A/D変換器7と8とからくる信号ynを最終
的なほぼ理想的な受信信号Rekorr.(f)、Im
korr.(f)に補正するためのあらゆる補正処置が図示
されている。ここで問題なのは、個々の補正処置が相互
に干渉するか、またはどの程度干渉するか、あるいは
「規則的な振動」を発生させるかということである。
しかし、直交成分の振幅補正と位相補正とは互いに直
交しているので、相互干渉はしない。
しかし、オフセット補正と直交成分の補正とは互いに
相手を妨害することがある。なぜなら、たとえばまだ補
正されていないオフセットエラーが振幅補正に悪影響を
及ぼすことがあるからである。それゆえオフセット補正
の場合には、時定数τkorr.の直交成分エラーの補正の
場合よりもファクタ10だけ低く設定する。
このように本発明は車両とその前方にある複数個の障
害物との距離および相対速度を測定するためのコンピュ
ータ処理方式レーダ探知方法に係り、その際実際の障害
物と見掛けの障害物との確実な識別を、4つの工程
(A、B、CおよびD)によって短い評価時間で達成す
るものである。最初の3つの工程(A、BおよびC)の
主な特徴は、それぞれ周波数一定のバースト20を送信す
ることにある。バースト20は周波数・時間グラフにおい
ては、線形的に上昇する列と、線形的に下降する列と、
周波数一定の線形的な列とを形成する。それぞれの反射
バーストの末端において、すなわち位相が転回するとき
に、複素走査値を検出し、そして相対速度・距離グラフ
において、考えられる障害物と、線形反射バースト列か
ら得られる直線の交点として検出する。次に、特別な相
関性を用いてコンピュータ内で実体のない障害物を除去
し、残っている障害物に対する受信値だけをさらに処理
する。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プラーゲ,ビルフリート ドイツ連邦共和国、デー―38312 オー ルム、ガーテンシュトラーセ、10 (56)参考文献 特開 平6−347545(JP,A) 特開 平4−105086(JP,A) 特開 平3−206987(JP,A) 特開 平2−165087(JP,A) 特開 昭63−118678(JP,A) 特開 昭58−17388(JP,A) 特開 昭50−118694(JP,A) 国際公開92/11543(WO,A1) IEEE 1990 INTERNATI ONAL RADAR CONFERE NCE,7.May 1990,ARLIN GTON,USA J.A.LeMie ux,”ANALYSIS OF FS K/PSK MODULATED RA DAR SIGNALS USING COSTAS ARRAYS AND COMPLEMENTARY WELI TI CODES”,P.589−594 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 - 7/42 G01S 13/00 - 13/96

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】コンピュータによって複数個のレーダ送信
    の送信信号の周波数を制御し、コンピュータによって等
    しい数の反射された信号を解釈し、移動体と移動体の走
    行方向における障害物との距離および相対速度を測定す
    るための方法であって、コンピュータ制御の発振器によ
    って生成された送信信号を放射し、障害物が反射した信
    号を受信し、反射信号と送信信号とを混合して同相およ
    び直交位相信号を得て、コンピュータにおいてこれを処
    理して障害物の距離および相対速度に対する出力信号を
    得ることによって行ない、 第1の測定において、発振器は、コンピュータにより、
    時間的に連続する、周波数が一定のパルス(バースト)
    のシーケンスであって、このシーケンス内において、パ
    ルスの周波数が最小値から最大値へ線形的に増大するよ
    うな、かつパルスの数が所望の解像度によって与えられ
    るような、パルスのシーケンスを発生させるように制御
    され、 その後、第2の測定において、発振器は、コンピュータ
    により、周波数が最大値から最小値へ線形的に減少す
    る、対応の周波数が一定のパルスを発生するように制御
    され、 双方の測定において、各々の反射された周波数が一定の
    パルスの終りにおいて複素標本値が得られ、周波数が一
    定の送信信号パルスと混合することにより、距離および
    相対速度に対する第1および第2の同相および直交位相
    信号(第1および第2の受信信号)が得られ、 次に第3の測定において、発振器は、コンピュータによ
    り、対応するが周波数が等しい、周波数が一定のパルス
    を発生するように制御され、再び、各々の反射された、
    周波数が一定のパルスの終りにおいて複素標本値が得ら
    れ、周波数が一定の送信信号パルスと混合することによ
    って相対速度に対する第3の同相および直交位相信号
    (第3の受信信号)が得られ、 すべての受信信号はコンピュータにより、かつフーリエ
    変換によって相対速度および距離に依存する周波数値に
    変換され、これらは相対速度・距離グラフにおいて三群
    の交差する直線を表わし、ここで交点は潜在的な障害物
    を表わし、 さらに、「実体のない障害物」を除去するため、発振器
    は第4の測定において、次の関係 fn=fT+finc.・(Anmod(P))、ここで n=0...N−1、ただしN=P−1およびP=素数 A=自然数であり、N個の異なる係数が生成されるよう
    にそれぞれの長さNに対して選択され、 fT=発振器の搬送周波数、 finc.=周波数増分 に従う周波数fnを有する、時間的に連続する、周波数が
    一定のパルスを発生するようにコンピュータにより制御
    され、 さらに、それぞれが係数(Anmod(P))の1つに関連
    付けられる、各々の反射された周波数が一定のパルスの
    終りにおいて、複素標本値 ここでi=障害物の数、 c=光速 Ri=障害物iの距離、 vi=障害物iの相対速度、 fT=搬送周波数、 fA=サンプリング周波数、 ki=振幅 がコンピュータによって第4の受信信号として得られ、
    コンピュータによって、第4の測定における障害物に関
    連付けられる位相(ψi;n)と相対速度・距離グラフに
    おける交点の位相との比較が行なわれることを特徴とす
    る、方法。
  2. 【請求項2】交点の比較は反射振幅(ki)が減少する順
    に並べられ、最大の振幅を有する交点の共役複素位相は
    次の関数 に従って第4の受信信号(yn)と相関させられ、 このような態様で得られた相関値(W)が予め定められ
    た値より下にある交点は「実体のない」障害物として除
    去され、 一方、高い相関値(W)を有する交点のそれぞれの判定
    の後、どの受信信号 にこれが属するのかを反復的に逆に推論し、この対応の
    受信信号は第4の測定の受信信号(yn)から減算される
    ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】同相および直交位相信号(I、Q)に含ま
    れる送信信号(「クロストーク信号」)の除去のため、
    初めに、送信信号(クロストーク信号)が、受信された
    反射された信号を発振器(1)の制御電圧(f(t))
    によって与えられるすべての周波数によって平均し、次
    にこれを同相および直交位相信号(I、Q)から減算す
    ることによって定められることを特徴とする、請求項1
    または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】時間的に指数関数的に減衰する履歴評価
    (w(t))を用いた移動平均が行なわれることを特徴
    とする、請求項3に記載の方法。
  5. 【請求項5】予め設定された周波数に対する更新された
    新しいクロストーク信号▲▼;▲
    ▼は、平均をとることによって定めら
    れる前のクロストーク信号▲▼;▲
    ▼および新しいクロストーク信号
    (Renew(f),Immew(f))の一部から再帰的に定め
    られることを特徴とする、請求項3または4に記載の方
    法。
  6. 【請求項6】クロストーク信号の判定は、予め定められ
    た周波数を有する各々の周波数が一定のパルスにおいて
    行なわれることを特徴とする、請求項1または2および
    請求項3から5のいずれかに記載の方法。
  7. 【請求項7】更新周期が4つの測定(A、B、C、D)
    に必要な測定時間とされることを特徴とする、請求項1
    または2および請求項5および6に記載の方法。
  8. 【請求項8】混合することによって得られる同相および
    直交位相信号(I、Q)における直交成分誤差の修正の
    ため、まず、この誤差の振幅誤差部分がこれらの2つの
    信号(I、Q)の絶対値を平均することによって除去さ
    れ、これはクロストーク誤差の除去の後に必要であれば
    行なわれ、次に、直交誤差の位相誤差部分が同相および
    直交位相信号(I、Q)の相回転によって除去されるこ
    とを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載の方
    法。
  9. 【請求項9】時間的に指数関数的に減衰する履歴評価
    (w(t))を用いた移動平均が行なわれることを特徴
    とする、請求項8に記載の方法。
  10. 【請求項10】所与の周波数を有する更新された新しい
    値は、クロストーク誤差の除去の後に必要であれば、平
    均値ならびに、新しい同相および直交位相信号(I、
    Q)の値の寄与から再帰的に定められることを特徴とす
    る、請求項8または9に記載の方法。
  11. 【請求項11】同相および直交位相信号(I、Q)の平
    均値の比は、クロストーク誤差の除去の後に必要であれ
    ば、直交位相信号(Q)で乗算されることを特徴とす
    る、請求項8から10に記載の方法。
  12. 【請求項12】位相誤差部分の除去のため、同相および
    直交位相信号の間の交差加算または減算と、その後の直
    交位相信号(Q)と同相および直交位相信号(I、Q)
    の平均値の比との乗算とによって45゜の相回転が行なわ
    れることを特徴とする、請求項8から11のいずれかに記
    載の方法。
  13. 【請求項13】修正が除去よりも小さい時定数により行
    なわれることを特徴とする、クロストーク信号の除去お
    よび直交成分誤差の修正を伴う請求項3から12のいずれ
    かに記載の方法。
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