JP3703014B2 - レーダ信号処理装置、及び距離・速度計測方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば車両等の移動体に搭載されるレーダ装置に係り、目標となる対象物を検出してその相対距離と相対速度を計測することができるレーダ信号処理装置、及び距離・速度計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるレーダは、対象とする目標の距離が数ｍ〜数百ｍ程度の範囲であり、また、アンテナは送信と受信を兼用にして１つにした方が装置が小型になり搭載には望ましい。このような要求を満たす公知な技術として、ＦＭＩＣＷ（Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave）レーダがある。
【０００３】
従来のレーダ装置について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０は、ＦＭＩＣＷレーダの送受信装置の基本構成を示すブロック図である。
【０００５】
図１０において、１はレーダ送受信装置、２は送受信制御部、３は変調波形発生部、４はＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)、５は第１のスイッチ、６は第２のスイッチ、７はアンテナ、８は目標、９ａ、９ｂは分配回路、１０は移相回路、１１ａ、１１ｂはミクサである。
【０００６】
また、図１１は、図１０で示した受信信号や制御信号を入力するレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【０００７】
図１１において、１２はレーダ信号処理装置、１３は信号処理制御部、１４は第３のスイッチ、１５ａ、１５ｂはＡＤＣ(Analog to Digital Converter)、１６ａ、１６ｂはメモリ、１７ａ、１７ｂはレンジゲート、１８ａ、１８ｂは周波数抽出部、１９は距離・速度導出部である。
【０００８】
つぎに、従来のレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１２は、ＦＭＩＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示す図である。以下では、時間の経過につれて周波数が高くなる変調区間をアップフェーズ、時間の経過につれて周波数が低くなる変調区間をダウンフェーズとする。
【００１０】
図１２において、２０ａはアップフェーズのＶＣＯ信号、２０ｂはダウンフェーズのＶＣＯ信号、２１ａはアップフェーズの送信信号、２１ｂはダウンフェーズの送信信号、２２ａはアップフェーズのローカル信号、２２ｂはダウンフェーズのローカル信号、２３ａはアップフェーズの受信信号、２３ｂはダウンフェーズの受信信号、２４ａはアップフェーズのビート信号、２４ｂはダウンフェーズのビート信号である。
【００１１】
図１３は、図１０の第１のスイッチ５、及び第２のスイッチ６における接続端子を時間に対して示す図である。
【００１２】
図１４は、図１１のメモリ１６ａ、１６ｂにおける、アップフェーズとダウンフェーズのビート信号をサンプルして生成するデータマトリクスを示す図である。
【００１３】
図１５は、図１１に示すレーダ信号処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
【００１４】
ＦＭＩＣＷレーダの動作を説明する。ＦＭＩＣＷレーダは、その名が示す通り周波数変調をかけた連続波を間欠的に用いる。
【００１５】
図１０において、レーダ送受信装置１内にある送受信制御部２の制御により、変調波形発生部３で生成されたアップフェーズとダウンフェーズから成る変調波形がＶＣＯ４へ入力され、図１２に示すＶＣＯ信号２０となり、第１のスイッチ５に入力される。
【００１６】
第１のスイッチ５と第２のスイッチ６は、送受信制御部２によって制御され、図１３に示すようにあらかじめ設定された時間τだけｔ端子へ、それ以外の時間Ｔ−τの間はｒ端子へそれぞれ同期して接続される動作を繰り返す。
【００１７】
まず、アップフェーズの期間において、時間τだけｔ端子に接続されたＶＣＯ信号２０ａは送信信号２１ａとなり、第１のスイッチ５と第２のスイッチ６を経由してアンテナ７に入力され、アンテナ７からから空中へ放射される。
【００１８】
空中へ放射された送信信号２１ａは、ある相対距離Ｒに存在し、ある相対速度Ｖで移動している目標８に照射され、その一部が反射される。その反射波は、相対速度Ｖに応じたドップラー周波数分Ｆｖだけシフトし、送信信号２１ａからＫτ＝２Ｒ／ｃ（ｃは電波の速度）だけ遅れた時間にアンテナ７で受信されて図１２の受信信号２３ａとなり、時間Ｔ−τだけｒ端子に接続された第２のスイッチ６を経由して分配回路９ａへ入力される。分配回路９ａは、入力された信号を２分割し、それぞれミクサ１１ａとミクサ１１ｂへ入力する。
【００１９】
一方、時間Ｔ−τだけｒ端子に接続された第１のスイッチ５を経由したＶＣＯ信号２０ａは、ローカル信号２２ａとして分配回路９ｂへ入力される。分配回路９ｂは、入力された信号を２分割し、ミクサ１１ａと移相回路１０へ入力する。
【００２０】
移相回路１０は、入力された信号をπ／２ラジアンだけ位相をシフトさせ、ミクサ１１ｂへ出力する。
【００２１】
各ミクサ１１ａ、１１ｂに入力された受信信号２３ａとローカル信号２２ａは、時間Ｔ−τ内のＫτ〜（Ｋ＋１）τの期間においてミキシングされ、受信信号２３ａとローカル信号２２ａの周波数差が周波数として表れるビート信号２４ａとなる。
【００２２】
このとき、ミクサ１１ａによるビート信号２４ａは、複素信号の実部（Ｉ）に、ミクサ１１ｂによるビート信号２４ａは、複素信号の虚部（Ｑ）に相当するので、ビート信号２４ａは、複素信号として得られる。
【００２３】
ダウンフェーズの期間においても、上記のアップフェーズの期間と同様にして、ビート信号２４ｂが得られる。
【００２４】
このとき、アップフェーズにおけるビート信号２４ａを示す、Ｓｕｐ（ｔ）は式（１）で、ダウンフェーズにおけるビート信号２４ｂを示す、Ｓｄｎ（ｔ）は式（２）で表される。
【００２５】
【数１】
【００２６】
ビート信号（ＩとＱ）と送受信制御部２からの制御信号（ｘ）は、レーダ送受信装置１からレーダ信号処理装置１２へ入力される。
【００２７】
送受信制御部２からの制御信号により、レーダ信号処理装置１２の信号処理制御部１３は、アップフェーズの期間では第３のスイッチ１４をＵ端子へ接続し、ダウンフェーズの期間では第３のスイッチ１４をＤ端子へ接続する。
【００２８】
これにより、アップフェーズのビート信号は、τ〜Ｔの時間においてτ毎にＡＤＣ１５ａによってサンプリングされ、メモリ１６ａに格納される。また、同様に、ダウンフェーズのビート信号は、τ〜Ｔの時間においてτ毎にＡＤＣ１５ｂによってサンプリングされ、メモリ１６ｂに格納される。
【００２９】
いずれのビート信号も格納の際には、信号処理制御部１３によって図１４に示されるように、送信信号２１ａあるいは２１ｂであるＰ（１）に続くＮ個のサンプルを順に｛Ｐ（１），Ｒ（１）｝、｛Ｐ（１），Ｒ（２）｝、｛Ｐ（１），Ｒ（３）｝、…、｛Ｐ（１），Ｒ（Ｎ）｝として格納する。
【００３０】
Ｐ２以降も同様に、｛Ｐ（２），Ｒ（１）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（２）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（３）｝、…、｛Ｐ（２），Ｒ（Ｎ）｝の様にして格納して、各フェーズ毎にデータマトリクスを生成する。このとき、Ｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）の行には、式（５）で示される範囲の相対距離にある目標の信号が含まれている。
【００３１】
【数２】
【００３２】
送受信制御部２からの制御信号により、最後の送信信号Ｐ（Ｍ）についてのサンプルが終了する時間を信号処理制御部１３が判断し、以後の信号処理を進めるが、これより先の詳細な動作について、図１５を用いて説明する。
【００３３】
図１５に示す手順において、まず、ＳＴ１で、信号処理制御部１３が、自身に備わっているレンジゲート番号用カウンタ（内部変数）ｋをｋ＝１とする。
【００３４】
ＳＴ２では、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続することでアップフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝をメモリ１６ａから取り出し、周波数抽出部１８ａに入力する。周波数抽出部１８ａは、このレンジゲートデータ列について例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）により周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００３５】
ＳＴ３では、信号処理制御部１３が周波数抽出部１８ａからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ４へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【００３６】
ＳＴ４では、ＳＴ２と同様に、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続することでダウンフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝をメモリ１６ｂから取り出し、周波数抽出部１８ｂに入力する。周波数抽出部１８ｂは、このレンジゲートデータ列について例えばＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００３７】
ＳＴ５では、信号処理制御部１３が周波数抽出部１８ｂからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【００３８】
ＳＴ６では、距離・速度導出部１９が、抽出されたアップフェーズにおけるビート周波数Ｕ１、Ｕ２、...AＵｐと、ダウンフェーズにおけるビート周波数Ｄ１、Ｄ２、...AＤｑについて総当たりで組合せ、式（６）で求めた相対距離Ｒが式（５）に示すＲｋの範囲となる周波数対Ｃｉｊ（Ｕｉ，Ｄｊ）を探索し、それが見つかった場合には、式（７）を用いて目標の相対速度Ｖを求める。
【００３９】
【数３】
【００４０】
ＳＴ７では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をＮと比較し、等しくなければＳＴ８にすすみ、等しければＳＴ９にすすむ。
【００４１】
ＳＴ８では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をインクリメントしてＳＴ２にすすむ。
【００４２】
またＳＴ９では、信号処理制御部１３が動作終了の判断を行ない、終了でなければＳＴ１へ、終了であれば終了する。例えば、使用者からの命令が信号処理制御部１３へ入力された場合に動作終了となる。
【００４３】
上記のように構成された従来のＦＭＩＣＷレーダでは、各フェーズについてＮ個ある距離ビン全てに対して、周波数抽出を行わなければならず、実時間で処理しきれない場合があった。
【００４４】
この課題に対するの解決手段として、特開２０００−２７５３３３号公報では、異なる複数のレンジゲートデータ列を加算して処理すべきレンジゲート数を減らしている。
【００４５】
図１６は、これを実現するための他の従来のレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【００４６】
図１６において、２５は加算レンジゲート設定部、２６ａ、２６ｂは複数レンジゲートデータ加算部である。
【００４７】
図１７は、他の従来のレーダ信号処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
【００４８】
ＦＭＩＣＷレーダの動作を説明する。メモリ１６ａ、１６ｂにそれぞれアップフェーズ、ダウンフェーズのビート信号が格納され、データマトリクスが生成されるまでは、上記の従来のＦＭＩＣＷレーダと同様な動作である。
【００４９】
まず、図１７のＳＴ１で、信号処理制御部１３が、自身に備わっているレンジゲート番号用カウンタｋをｋ＝１とする。
【００５０】
ＳＴ１０では、信号処理制御部１３が最後の送信信号Ｐ（Ｍ）についてのサンプルが終了したことを加算レンジゲート設定部２５に伝え、加算レンジゲート設定部２５はこれをうけてから複数レンジゲート加算部２６ａに算術加算を行なうレンジゲート番号を出力する。例えば、ｉ番目とｉ＋ｊ番目のレンジゲートデータを加算する場合には、複数レンジゲート加算部２６ａがアップフェーズのデータについて、｛Ｐ（１），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（１），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（２），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝、…、｛Ｐ（ｍ），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（ｍ），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝のように算術加算を行ない、この結果から新たに、｛Ｐ（１），ＲＲ（ｈ）｝、｛Ｐ（２），ＲＲ（ｈ）｝、…、｛Ｐ（ｍ），ＲＲ（ｈ）｝というデータ列を生成する。
【００５１】
ＳＴ１１では、周波数抽出部１８ａがＳＴ９で生成された新たなデータ列について、例えばＦＦＴなどにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００５２】
ＳＴ３では、信号処理制御部１３が周波数抽出部１８ａからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ１２へすすみ、抽出されなければＳＴ１４へすすむ。
【００５３】
ＳＴ１２では、ＳＴ１０と同様に、加算レンジゲート設定部２５が複数レンジゲート加算部２６ｂに算術加算を行なうレンジゲート番号を出力する。例えば、ｉ番目とｉ＋ｊ番目のレンジゲートデータを加算する場合には、複数レンジゲート加算部２６ｂがダウンフェーズのデータについて、｛Ｐ（１），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（１），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（２），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝、…、｛Ｐ（ｍ），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（ｍ），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝のように算術加算を行ない、この結果から新たに、｛Ｐ（１），ＲＲ（ｈ）｝、｛Ｐ（２），ＲＲ（ｈ）｝、…、｛Ｐ（ｍ），ＲＲ（ｈ）｝というデータ列を生成する。
【００５４】
ＳＴ１３では、ＳＴ１１と同様に、周波数抽出部１８ｂがＳＴ１２で生成された新たなデータ列について、例えばＦＦＴなどにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００５５】
ＳＴ５では、信号処理制御部１３が周波数抽出部１８ｂからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ１４へすすむ。
【００５６】
ＳＴ６では、上記公知のＦＭＩＣＷレーダと同様にして、目標の相対距離と相対速度を求める。
【００５７】
ＳＴ１４では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をＨ（＝Ｎ／２）と比較し、等しくなければＳＴ８にすすみ、等しければＳＴ９にすすむ。
【００５８】
ＳＴ８では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をインクリメントしてＳＴ１０にすすむ。
【００５９】
また、ＳＴ９では、信号処理制御部１３が動作終了の判断を行ない、終了でなければＳＴ１へ、終了であれば終了する。例えば、使用者からの命令が信号処理制御部１３へ入力された場合に動作終了となる。
【００６０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来のＦＭＩＣＷレーダでは、異なるレンジゲートに存在する異なる目標に相当するビート周波数が誤って周波数対として選ばれる場合があり、その結果、本来存在しないはずの目標の距離・速度が現れ、計測結果の信頼性を低下させる要因となっていた。
【００６１】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ、負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【００６５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るレーダ信号処理装置は、所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、前記第１又は第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部とを備えたものである。
【００６６】
この発明の請求項２に係るレーダ信号処理装置は、前記第１の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部は、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用するものである。
【００６７】
この発明の請求項３に係るレーダ信号処理装置は、所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１の周波数抽出部によりビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出し、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、前記第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部とを備えたものである。
【００６８】
この発明の請求項４に係るレーダ信号処理装置は、前記第１の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用するものである。
【００７０】
この発明の請求項５に係る距離・速度計測方法は、ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、前記抽出された第１又は第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップとを含むものである。
【００７１】
この発明の請求項６に係る距離・速度計測方法は、ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１のビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出し、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、前記抽出された第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップとを含むものである。
【００７２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００７３】
図１において、１０１ａ、１０１ｂは第４のスイッチ、１０２ａ、１０２ｂは第１の周波数抽出部、１０３ａ、１０３ｂは第２の周波数抽出部である。なお、その他の構成要素は、図１１で示した従来のレーダ信号処理装置と同等である。
【００７４】
つぎに、この実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００７５】
図２は、この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の動作（信号処理手順）を示すフローチャートである。
【００７６】
まず、図１０に示すレーダ送受信装置が上記従来例と同様に動作し、さらに、図１の信号処理制御部１３、第３のスイッチ１４、ＡＤＣ１５、メモリ１６が上記従来例と同様に動作し、メモリ１６上に図１４に示すような各フェーズ毎のデータマトリクスが生成される。その後、図２の手順で信号処理がすすむ。
【００７７】
図２に示す手順において、ＳＴ１では、上記従来例と同様に、信号処理制御部１３が、自身に備わっているレンジゲート番号用カウンタｋをｋ＝１とする。
【００７８】
続くＳＴ１０１では、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ａがＹ端子に接続することで、アップフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝がメモリ１６ａから第１の周波数抽出部１０２ａへ入力される。第１の周波数抽出部１０２ａは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００７９】
ＳＴ３では、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ａからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ１０２へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【００８０】
ＳＴ１０２では、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ａがＺ端子に接続することで、アップフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝がメモリ１６ａから第２の周波数抽出部１０３ａへ入力される。第２の周波数抽出部１０３ａは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を距離・速度導出部１９へ送る。
【００８１】
続くＳＴ１０３では、ＳＴ１０１と同様に、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ｂがＹ端子に接続することで、ダウンフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝がメモリ１６ｂから第１の周波数抽出部１０２ｂへ入力される。第１の周波数抽出部１０２ｂは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００８２】
ＳＴ５では、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ｂからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ１０４へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【００８３】
ＳＴ１０４では、ＳＴ１０２と同様に、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０２ｂがＺ端子に接続することで、ダウンフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝がメモリ１６ｂから第２の周波数抽出部１０３ｂへ入力される。第２の周波数抽出部１０３ｂは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を距離・速度導出部１９へ送る。
【００８４】
続くＳＴ６では、距離・速度導出部１９が抽出されたアップフェーズにおけるビート周波数Ｕ１、Ｕ２、...AＵｐと、ダウンフェーズにおけるビート周波数Ｄ１、Ｄ２、...AＤｑについて総当たりで組合せ、式（６）で求めた相対距離Ｒが式（５）に示すＲｋの範囲となる周波数対Ｃｉｊ（Ｕｉ，Ｄｊ）を探索し、それが見つかった場合には、式（７）を用いて目標の相対速度Ｖを求める。
【００８５】
続くＳＴ７、ＳＴ８、ＳＴ９では、上記従来例と同様に、信号処理制御部１３が動作する。
【００８６】
第２の周波数抽出部１０３による離散周波数スペクトルが図３に示すスペクトルであるのに対して、第１の周波数抽出部１０２による離散周波数スペクトルが図４に示すスペクトルのように、離散周波数間隔が大きければ周波数の計測精度は低くなる。このような結果は、例えば、あるレンジゲートでサンプルされたデータがＭ個であるとして、第１の周波数抽出部１０２における演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段としてサンプルされたデータのうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部１０３における演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段としてサンプルされたデータすべてを用いるＭ点のＦＦＴを使用することで得られる。
【００８７】
このとき、周波数分析に必要な演算量は、従来例の場合、
Ｎ×（Ｍ点ＦＦＴ）
であるのに対し、本発明の場合、目標数をＮｔとすると
Ｎ×（Ｍ／２点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（Ｍ点ＦＦＴ）
となる。
【００８８】
ここで、
（Ｍ点ＦＦＴ）＞２×（Ｍ／２点ＦＦＴ）
とすると、
Ｎ／２×（Ｍ点ＦＦＴ）＞Ｎ×（Ｍ／２点ＦＦＴ）
であり、
（Ｎ／２＋Ｎｔ）×（Ｍ点ＦＦＴ）＞Ｎ×（Ｍ／２点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（Ｍ点ＦＦＴ）
となる。
【００８９】
さらに、
Ｎ／２＞Ｎｔ
であれば、
Ｎ×（Ｍ点ＦＦＴ）＞（Ｎ／２＋Ｎｔ）×（Ｍ点ＦＦＴ）＞Ｎ×（Ｍ／２点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（Ｍ点ＦＦＴ）
となり、必ず本発明における演算量の方が小さい。
【００９０】
例えば、Ｍ点ＦＦＴにおける演算量の目安として乗算回数を考えるとそれは、
（Ｍ／２）ｌｏｇ２（Ｍ）
で表され、
（Ｍ点ＦＦＴ）＞２×（Ｍ／２点ＦＦＴ）
の関係式を満足する。
【００９１】
Ｎ／２＞Ｎｍａｘ
であるＮｍａｘを処理可能な最大の目標数に設定することで、
Ｎ／２＞Ｎｔ＝Ｎｍａｘ
を実現できる。この結果、従来例に比べ本発明では演算量が小さく、実時間処理の実現が容易となる。
【００９２】
また、あるレンジゲートでサンプルされたデータがＭ個であるとして、第１の周波数抽出部１０２における演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段としてサンプルされたデータすべて用いるＭ点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部１０３における演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段としてサンプルされたデータにＭ個の０（零）を付加した２Ｍ点のＦＦＴを使用したとする。この場合、Ｍ点ＦＦＴの結果が図３であれば、上記の２Ｍ点ＦＦＴの結果は図５のようになり、より小さい離散間隔で周波数を得ることができ、例えば、ピークサーチを行なうことで、図５による周波数抽出結果は、図３のものより精度が高くなる。
【００９３】
このとき、周波数分析に必要な演算量は、従来例の場合、
Ｎ×（Ｍ点ＦＦＴ）
であるのに対し、本発明の場合、
Ｎ×（Ｍ点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（２Ｍ点ＦＦＴ）
となる。ここで、やはり、
（２Ｍ点ＦＦＴ）＞２×（Ｍ点ＦＦＴ）かつＮ／２＞Ｎｔ
であれば、従来例に比べ演算量が２倍未満で２倍の周波数精度を得ることができる。
【００９４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置について図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【００９５】
図６において、２０１ａ、２０１ｂは第５のスイッチ、２０２はレンジゲート予測部である。なお、その他の構成要素は、上記実施の形態１の図１で示したものと同等である。
【００９６】
つぎに、この実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００９７】
図７は、この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の動作（信号処理手順）を示すフローチャートである。
【００９８】
まず、図１０に示すレーダ送受信装置が上記従来例と同様に動作し、さらに、図６の信号処理制御部１３、第３のスイッチ１４、ＡＤＣ１５、メモリ１６が上記従来例と同様に動作し、メモリ１６上に図１４に示すような各フェーズ毎のデータマトリクスが生成される。その後、図７の手順で信号処理がすすむ。
【００９９】
図７に示す手順において、ＳＴ２０１では、信号処理制御部１３が、自身に備わっている過去の目標数用カウンタＧをＧ＝０とする。
【０１００】
ＳＴ２０２では、信号処理制御部１３が、自身に備わっている現在の目標数用カウンタＧ０をＧ０＝０とし、さらにレンジゲート番号用カウンタｋをｋ＝１とする。
【０１０１】
続いてＳＴ２０３では、信号処理制御部１３が現時点で処理対象のレンジゲート番号ｋがＧ個のｗ（ｇ）｛ｇ＝１〜Ｇ｝のいずれかと等しいかどうかを判定し、等しいｗ（ｇ）がない場合はＳＴ２０４へ、ある場合はＳＴ２０６へすすむ。
【０１０２】
ＳＴ２０４では、信号処理制御部１３の制御によりレンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ａがＹ端子に接続することでアップフェーズにおける、ｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝が、メモリ１６ａから第１の周波数抽出部１０２ａへ入力される。第１の周波数抽出部１０２ａは、このレンジゲートデータ列について、演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段を用いて、目標に対応するビート周波数の抽出結果を求め、信号処理制御部１３の制御によりＹ端子に接続された第５のスイッチ２０１ａを経由してアップフェーズのビート信号に対する周波数抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【０１０３】
続くＳＴ３ａでは、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ａからの結果を受け、アップフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ２０５へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１０４】
ＳＴ２０５では、信号処理制御部１３の制御によりレンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ｂがＹ端子に接続することでダウンフェーズにおける、ｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝が、メモリ１６ｂから第１の周波数抽出部１０２ｂへ入力される。第１の周波数抽出部１０２ｂは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段を用いて、目標に対応するビート周波数の抽出結果を求め、信号処理制御部１３の制御によりＹ端子に接続された第５のスイッチ２０１ｂを経由してダウンフェーズのビート信号に対する周波数抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【０１０５】
ＳＴ５ａでは、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ｂからの結果を受け、ダウンフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１０６】
また、ＳＴ２０３で、等しいｗ（ｇ）があるとされた場合にすすむＳＴ２０６では、信号処理制御部１３の制御によりレンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ａがＺ端子に接続することでアップフェーズにおける、ｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝が、メモリ１６ａから第２の周波数抽出部１０３ａへ入力される。第２の周波数抽出部１０３ａは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を求め、信号処理制御部１３の制御によりＺ端子に接続された第５のスイッチ２０１ａを経由してアップフェーズのビート信号に対する周波数抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【０１０７】
続くＳＴ３ｂでは、信号処理制御部１３が第２の周波数抽出部１０３ａからの結果を受け、アップフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ２０７へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１０８】
ＳＴ２０７では、信号処理制御部１３の制御によりレンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ｂがＺ端子に接続することでダウンフェーズにおける、ｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝が、メモリ１６ｂから第２の周波数抽出部１０３ｂへ入力される。第２の周波数抽出部１０３ｂは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を求め、信号処理制御部１３の制御によりＺ端子に接続された第５のスイッチ２０１ｂを経由してダウンフェーズのビート信号に対する周波数抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【０１０９】
ＳＴ５ｂでは、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ｂからの結果を受け、ダウンフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１１０】
ＳＴ６では、上記従来例と同様に、距離・速度導出部１９が目標の相対距離と相対速度を求める。
【０１１１】
ＳＴ２０８では、信号処理制御部１３がカウンタＧ０の値をインクリメントする。
【０１１２】
ＳＴ２０９では、レンジゲート予測部２０２が、ＳＴ６で距離・速度導出部１９により求められた目標の相対距離と相対速度を入力して、次回観測時における目標の相対距離を予測し、さらにその距離に対応するレンジゲート番号ｗを求め、信号処理制御部１３へ出力する。例えば、目標が等速直線運動をしていると仮定した場合、ｗは、次式で得られる。
ｗ＝（Ｒ＋ΔＴ×ｖ）／（ｃτ）
信号処理制御部１３は、入力したレンジゲート番号を、ｗ（Ｇ０）に格納する。
【０１１３】
ＳＴ７では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をＮと比較し、等しくなければＳＴ８にすすみ、等しければＳＴ２１０にすすむ。
【０１１４】
ＳＴ８では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をインクリメントしてＳＴ２０３にすすむ。
【０１１５】
ＳＴ２１０では、現時点の目標数を過去の目標数とするため、カウンタＧにカウンタＧ０の値を格納する。
【０１１６】
ＳＴ９では、信号処理制御部１３が動作終了の判断を行ない、終了でなければＳＴ２０２へ、終了であれば終了する。
【０１１７】
例えば、あるレンジゲートでサンプルされたデータがＭ個であるとして、第１の周波数抽出部１０２における演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段としてサンプルされたデータのうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部１０３における演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段としてサンプルされたデータすべてを用いるＭ点のＦＦＴを使用した場合、２回目以降の観測において周波数分析に必要な演算量は、
（Ｎ−Ｎｔ）×（Ｍ／２点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（Ｍ点ＦＦＴ）
となり、さらに演算量が少なくなる。
【０１１８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【０１１９】
図８において、第５のスイッチ２０１ａ、２０１ｂが無いことを除いて、構成要素は、上記実施の形態２の図６で示したものと同等である。
【０１２０】
つぎに、この実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０１２１】
図９は、この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の動作（信号処理手順）を示すフローチャートである。
【０１２２】
まず、図１０に示すレーダ送受信装置が上記従来例と同様に動作し、さらに、図８の信号処理制御部１３、第３のスイッチ１４、ＡＤＣ１５、メモリ１６が上記従来例と同様に動作し、メモリ１６上に図１４に示すような各フェーズ毎のデータマトリクスが生成される。その後、図９の手順で信号処理がすすむ。
【０１２３】
図９に示す手順において、ＳＴ３０１では、信号処理制御部１３が現時点で処理対象のレンジゲート番号ｋがＧ個のｗ（ｇ）｛ｇ＝１〜Ｇ｝のいずれかと等しいかどうかを判定し、等しいｗ（ｇ）がない場合はＳＴ１０１へ、ある場合はＳＴ１０２へすすむ。
【０１２４】
ＳＴ３０２では、信号処理制御部１３が第２の周波数抽出部１０３ａからの結果を受け、アップフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ３０３へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１２５】
ＳＴ３０３では、信号処理制御部１３が現時点で処理対象のレンジゲート番号ｋがＧ個のｗ（ｇ）｛ｇ＝１〜Ｇ｝のいずれかと等しいかどうかを判定し、等しいｗ（ｇ）がない場合はＳＴ１０３へ、ある場合はＳＴ１０４へすすむ。
【０１２６】
ＳＴ３０４では、信号処理制御部１３が第２の周波数抽出部１０３ｂからの結果を受け、ダウンフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１２７】
その他は、上記実施の形態１及び２と同様な処理であり、１回目に検出する目標についても高精度な計測結果が得られる。
【０１３１】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るレーダ信号処理装置は、以上説明したとおり、所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、前記第１又は第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部とを備えたので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３２】
この発明の請求項２に係るレーダ信号処理装置は、以上説明したとおり、前記第１の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部は、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用するので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３３】
この発明の請求項３に係るレーダ信号処理装置は、以上説明したとおり、所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１の周波数抽出部によりビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出し、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、前記第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部とを備えたので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３４】
この発明の請求項４に係るレーダ信号処理装置は、以上説明したとおり、前記第１の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用するので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３６】
この発明の請求項５に係る距離・速度計測方法は、以上説明したとおり、ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、前記抽出された第１又は第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップとを含むので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３７】
この発明の請求項６に係る距離・速度計測方法は、以上説明したとおり、ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１のビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出し、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、前記抽出された第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップとを含むので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の第２の周波数抽出部による離散周波数スペクトルを示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の第１の周波数抽出部による離散周波数スペクトルを示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の２Ｍ点ＦＦＴの結果である離散周波数スペクトルを示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】 この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】 従来のＦＭＩＣＷレーダの送受信装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１１】 従来のレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図１２】 従来のＦＭＩＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示す図である。
【図１３】 図１０の第１及び第２のスイッチにおける接続端子を時間に対して示す図である。
【図１４】 図１１のメモリにおける、アップフェーズとダウンフェーズのビート信号をサンプルして生成するデータマトリクスを示す図である。
【図１５】 図１１に示すレーダ信号処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】 他の従来のレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図１７】 他の従来のレーダ信号処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１２ レーダ信号処理装置、１３ 信号処理制御部、１４ 第３のスイッチ、１５ａ、１５ｂ ＡＤＣ、１６ａ、１６ｂ メモリ、１７ａ、１７ｂ レンジゲート、１９ 距離・速度導出部、１０１ａ、１０１ｂ 第４のスイッチ、１０２ａ、１０２ｂ 第１の周波数抽出部、１０３ａ、１０３ｂ 第２の周波数抽出部、２０１ａ、２０１ｂ 第５のスイッチ、２０２ レンジゲート予測部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば車両等の移動体に搭載されるレーダ装置に係り、目標となる対象物を検出してその相対距離と相対速度を計測することができるレーダ信号処理装置、及び距離・速度計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるレーダは、対象とする目標の距離が数ｍ〜数百ｍ程度の範囲であり、また、アンテナは送信と受信を兼用にして１つにした方が装置が小型になり搭載には望ましい。このような要求を満たす公知な技術として、ＦＭＩＣＷ（Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave）レーダがある。
【０００３】
従来のレーダ装置について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０は、ＦＭＩＣＷレーダの送受信装置の基本構成を示すブロック図である。
【０００５】
図１０において、１はレーダ送受信装置、２は送受信制御部、３は変調波形発生部、４はＶＣＯ(Voltage Controlled Oscillator)、５は第１のスイッチ、６は第２のスイッチ、７はアンテナ、８は目標、９ａ、９ｂは分配回路、１０は移相回路、１１ａ、１１ｂはミクサである。
【０００６】
また、図１１は、図１０で示した受信信号や制御信号を入力するレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【０００７】
図１１において、１２はレーダ信号処理装置、１３は信号処理制御部、１４は第３のスイッチ、１５ａ、１５ｂはＡＤＣ(Analog to Digital Converter)、１６ａ、１６ｂはメモリ、１７ａ、１７ｂはレンジゲート、１８ａ、１８ｂは周波数抽出部、１９は距離・速度導出部である。
【０００８】
つぎに、従来のレーダ装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００９】
図１２は、ＦＭＩＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示す図である。以下では、時間の経過につれて周波数が高くなる変調区間をアップフェーズ、時間の経過につれて周波数が低くなる変調区間をダウンフェーズとする。
【００１０】
図１２において、２０ａはアップフェーズのＶＣＯ信号、２０ｂはダウンフェーズのＶＣＯ信号、２１ａはアップフェーズの送信信号、２１ｂはダウンフェーズの送信信号、２２ａはアップフェーズのローカル信号、２２ｂはダウンフェーズのローカル信号、２３ａはアップフェーズの受信信号、２３ｂはダウンフェーズの受信信号、２４ａはアップフェーズのビート信号、２４ｂはダウンフェーズのビート信号である。
【００１１】
図１３は、図１０の第１のスイッチ５、及び第２のスイッチ６における接続端子を時間に対して示す図である。
【００１２】
図１４は、図１１のメモリ１６ａ、１６ｂにおける、アップフェーズとダウンフェーズのビート信号をサンプルして生成するデータマトリクスを示す図である。
【００１３】
図１５は、図１１に示すレーダ信号処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
【００１４】
ＦＭＩＣＷレーダの動作を説明する。ＦＭＩＣＷレーダは、その名が示す通り周波数変調をかけた連続波を間欠的に用いる。
【００１５】
図１０において、レーダ送受信装置１内にある送受信制御部２の制御により、変調波形発生部３で生成されたアップフェーズとダウンフェーズから成る変調波形がＶＣＯ４へ入力され、図１２に示すＶＣＯ信号２０となり、第１のスイッチ５に入力される。
【００１６】
第１のスイッチ５と第２のスイッチ６は、送受信制御部２によって制御され、図１３に示すようにあらかじめ設定された時間τだけｔ端子へ、それ以外の時間Ｔ−τの間はｒ端子へそれぞれ同期して接続される動作を繰り返す。
【００１７】
まず、アップフェーズの期間において、時間τだけｔ端子に接続されたＶＣＯ信号２０ａは送信信号２１ａとなり、第１のスイッチ５と第２のスイッチ６を経由してアンテナ７に入力され、アンテナ７からから空中へ放射される。
【００１８】
空中へ放射された送信信号２１ａは、ある相対距離Ｒに存在し、ある相対速度Ｖで移動している目標８に照射され、その一部が反射される。その反射波は、相対速度Ｖに応じたドップラー周波数分Ｆｖだけシフトし、送信信号２１ａからＫτ＝２Ｒ／ｃ（ｃは電波の速度）だけ遅れた時間にアンテナ７で受信されて図１２の受信信号２３ａとなり、時間Ｔ−τだけｒ端子に接続された第２のスイッチ６を経由して分配回路９ａへ入力される。分配回路９ａは、入力された信号を２分割し、それぞれミクサ１１ａとミクサ１１ｂへ入力する。
【００１９】
一方、時間Ｔ−τだけｒ端子に接続された第１のスイッチ５を経由したＶＣＯ信号２０ａは、ローカル信号２２ａとして分配回路９ｂへ入力される。分配回路９ｂは、入力された信号を２分割し、ミクサ１１ａと移相回路１０へ入力する。
【００２０】
移相回路１０は、入力された信号をπ／２ラジアンだけ位相をシフトさせ、ミクサ１１ｂへ出力する。
【００２１】
各ミクサ１１ａ、１１ｂに入力された受信信号２３ａとローカル信号２２ａは、時間Ｔ−τ内のＫτ〜（Ｋ＋１）τの期間においてミキシングされ、受信信号２３ａとローカル信号２２ａの周波数差が周波数として表れるビート信号２４ａとなる。
【００２２】
このとき、ミクサ１１ａによるビート信号２４ａは、複素信号の実部（Ｉ）に、ミクサ１１ｂによるビート信号２４ａは、複素信号の虚部（Ｑ）に相当するので、ビート信号２４ａは、複素信号として得られる。
【００２３】
ダウンフェーズの期間においても、上記のアップフェーズの期間と同様にして、ビート信号２４ｂが得られる。
【００２４】
このとき、アップフェーズにおけるビート信号２４ａを示す、Ｓｕｐ（ｔ）は式（１）で、ダウンフェーズにおけるビート信号２４ｂを示す、Ｓｄｎ（ｔ）は式（２）で表される。
【００２５】
【数１】
ビート信号（ＩとＱ）と送受信制御部２からの制御信号（ｘ）は、レーダ送受信装置１からレーダ信号処理装置１２へ入力される。
【００２７】
送受信制御部２からの制御信号により、レーダ信号処理装置１２の信号処理制御部１３は、アップフェーズの期間では第３のスイッチ１４をＵ端子へ接続し、ダウンフェーズの期間では第３のスイッチ１４をＤ端子へ接続する。
【００２８】
これにより、アップフェーズのビート信号は、τ〜Ｔの時間においてτ毎にＡＤＣ１５ａによってサンプリングされ、メモリ１６ａに格納される。また、同様に、ダウンフェーズのビート信号は、τ〜Ｔの時間においてτ毎にＡＤＣ１５ｂによってサンプリングされ、メモリ１６ｂに格納される。
【００２９】
いずれのビート信号も格納の際には、信号処理制御部１３によって図１４に示されるように、送信信号２１ａあるいは２１ｂであるＰ（１）に続くＮ個のサンプルを順に｛Ｐ（１），Ｒ（１）｝、｛Ｐ（１），Ｒ（２）｝、｛Ｐ（１），Ｒ（３）｝、…、｛Ｐ（１），Ｒ（Ｎ）｝として格納する。
【００３０】
Ｐ２以降も同様に、｛Ｐ（２），Ｒ（１）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（２）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（３）｝、…、｛Ｐ（２），Ｒ（Ｎ）｝の様にして格納して、各フェーズ毎にデータマトリクスを生成する。このとき、Ｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）の行には、式（５）で示される範囲の相対距離にある目標の信号が含まれている。
【００３１】
【数２】
送受信制御部２からの制御信号により、最後の送信信号Ｐ（Ｍ）についてのサンプルが終了する時間を信号処理制御部１３が判断し、以後の信号処理を進めるが、これより先の詳細な動作について、図１５を用いて説明する。
【００３３】
図１５に示す手順において、まず、ＳＴ１で、信号処理制御部１３が、自身に備わっているレンジゲート番号用カウンタ（内部変数）ｋをｋ＝１とする。
【００３４】
ＳＴ２では、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続することでアップフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝をメモリ１６ａから取り出し、周波数抽出部１８ａに入力する。周波数抽出部１８ａは、このレンジゲートデータ列について例えばＦＦＴ（Fast Fourier Transform）により周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００３５】
ＳＴ３では、信号処理制御部１３が周波数抽出部１８ａからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ４へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【００３６】
ＳＴ４では、ＳＴ２と同様に、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続することでダウンフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝をメモリ１６ｂから取り出し、周波数抽出部１８ｂに入力する。周波数抽出部１８ｂは、このレンジゲートデータ列について例えばＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００３７】
ＳＴ５では、信号処理制御部１３が周波数抽出部１８ｂからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【００３８】
ＳＴ６では、距離・速度導出部１９が、抽出されたアップフェーズにおけるビート周波数Ｕ１、Ｕ２、...AＵｐと、ダウンフェーズにおけるビート周波数Ｄ１、Ｄ２、...AＤｑについて総当たりで組合せ、式（６）で求めた相対距離Ｒが式（５）に示すＲｋの範囲となる周波数対Ｃｉｊ（Ｕｉ，Ｄｊ）を探索し、それが見つかった場合には、式（７）を用いて目標の相対速度Ｖを求める。
【００３９】
【数３】
ＳＴ７では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をＮと比較し、等しくなければＳＴ８にすすみ、等しければＳＴ９にすすむ。
【００４１】
ＳＴ８では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をインクリメントしてＳＴ２にすすむ。
【００４２】
またＳＴ９では、信号処理制御部１３が動作終了の判断を行ない、終了でなければＳＴ１へ、終了であれば終了する。例えば、使用者からの命令が信号処理制御部１３へ入力された場合に動作終了となる。
【００４３】
上記のように構成された従来のＦＭＩＣＷレーダでは、各フェーズについてＮ個ある距離ビン全てに対して、周波数抽出を行わなければならず、実時間で処理しきれない場合があった。
【００４４】
この課題に対するの解決手段として、特開２０００−２７５３３３号公報では、異なる複数のレンジゲートデータ列を加算して処理すべきレンジゲート数を減らしている。
【００４５】
図１６は、これを実現するための他の従来のレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【００４６】
図１６において、２５は加算レンジゲート設定部、２６ａ、２６ｂは複数レンジゲートデータ加算部である。
【００４７】
図１７は、他の従来のレーダ信号処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
【００４８】
ＦＭＩＣＷレーダの動作を説明する。メモリ１６ａ、１６ｂにそれぞれアップフェーズ、ダウンフェーズのビート信号が格納され、データマトリクスが生成されるまでは、上記の従来のＦＭＩＣＷレーダと同様な動作である。
【００４９】
まず、図１７のＳＴ１で、信号処理制御部１３が、自身に備わっているレンジゲート番号用カウンタｋをｋ＝１とする。
【００５０】
ＳＴ１０では、信号処理制御部１３が最後の送信信号Ｐ（Ｍ）についてのサンプルが終了したことを加算レンジゲート設定部２５に伝え、加算レンジゲート設定部２５はこれをうけてから複数レンジゲート加算部２６ａに算術加算を行なうレンジゲート番号を出力する。例えば、ｉ番目とｉ＋ｊ番目のレンジゲートデータを加算する場合には、複数レンジゲート加算部２６ａがアップフェーズのデータについて、｛Ｐ（１），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（１），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（２），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝、…、｛Ｐ（ｍ），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（ｍ），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝のように算術加算を行ない、この結果から新たに、｛Ｐ（１），ＲＲ（ｈ）｝、｛Ｐ（２），ＲＲ（ｈ）｝、…、｛Ｐ（ｍ），ＲＲ（ｈ）｝というデータ列を生成する。
【００５１】
ＳＴ１１では、周波数抽出部１８ａがＳＴ９で生成された新たなデータ列について、例えばＦＦＴなどにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００５２】
ＳＴ３では、信号処理制御部１３が周波数抽出部１８ａからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ１２へすすみ、抽出されなければＳＴ１４へすすむ。
【００５３】
ＳＴ１２では、ＳＴ１０と同様に、加算レンジゲート設定部２５が複数レンジゲート加算部２６ｂに算術加算を行なうレンジゲート番号を出力する。例えば、ｉ番目とｉ＋ｊ番目のレンジゲートデータを加算する場合には、複数レンジゲート加算部２６ｂがダウンフェーズのデータについて、｛Ｐ（１），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（１），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（２），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝、…、｛Ｐ（ｍ），Ｒ（ｉ）｝＋｛Ｐ（ｍ），Ｒ（ｉ＋ｊ）｝のように算術加算を行ない、この結果から新たに、｛Ｐ（１），ＲＲ（ｈ）｝、｛Ｐ（２），ＲＲ（ｈ）｝、…、｛Ｐ（ｍ），ＲＲ（ｈ）｝というデータ列を生成する。
【００５４】
ＳＴ１３では、ＳＴ１１と同様に、周波数抽出部１８ｂがＳＴ１２で生成された新たなデータ列について、例えばＦＦＴなどにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００５５】
ＳＴ５では、信号処理制御部１３が周波数抽出部１８ｂからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ１４へすすむ。
【００５６】
ＳＴ６では、上記公知のＦＭＩＣＷレーダと同様にして、目標の相対距離と相対速度を求める。
【００５７】
ＳＴ１４では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をＨ（＝Ｎ／２）と比較し、等しくなければＳＴ８にすすみ、等しければＳＴ９にすすむ。
【００５８】
ＳＴ８では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をインクリメントしてＳＴ１０にすすむ。
【００５９】
また、ＳＴ９では、信号処理制御部１３が動作終了の判断を行ない、終了でなければＳＴ１へ、終了であれば終了する。例えば、使用者からの命令が信号処理制御部１３へ入力された場合に動作終了となる。
【００６０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来のＦＭＩＣＷレーダでは、異なるレンジゲートに存在する異なる目標に相当するビート周波数が誤って周波数対として選ばれる場合があり、その結果、本来存在しないはずの目標の距離・速度が現れ、計測結果の信頼性を低下させる要因となっていた。
【００６１】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ、負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【００６５】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るレーダ信号処理装置は、所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、前記第１又は第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部とを備えたものである。
【００６６】
この発明の請求項２に係るレーダ信号処理装置は、前記第１の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部は、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用するものである。
【００６７】
この発明の請求項３に係るレーダ信号処理装置は、所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１の周波数抽出部によりビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出し、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、前記第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部とを備えたものである。
【００６８】
この発明の請求項４に係るレーダ信号処理装置は、前記第１の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用するものである。
【００７０】
この発明の請求項５に係る距離・速度計測方法は、ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、前記抽出された第１又は第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップとを含むものである。
【００７１】
この発明の請求項６に係る距離・速度計測方法は、ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１のビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出し、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、前記抽出された第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップとを含むものである。
【００７２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置について図面を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００７３】
図１において、１０１ａ、１０１ｂは第４のスイッチ、１０２ａ、１０２ｂは第１の周波数抽出部、１０３ａ、１０３ｂは第２の周波数抽出部である。なお、その他の構成要素は、図１１で示した従来のレーダ信号処理装置と同等である。
【００７４】
つぎに、この実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００７５】
図２は、この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の動作（信号処理手順）を示すフローチャートである。
【００７６】
まず、図１０に示すレーダ送受信装置が上記従来例と同様に動作し、さらに、図１の信号処理制御部１３、第３のスイッチ１４、ＡＤＣ１５、メモリ１６が上記従来例と同様に動作し、メモリ１６上に図１４に示すような各フェーズ毎のデータマトリクスが生成される。その後、図２の手順で信号処理がすすむ。
【００７７】
図２に示す手順において、ＳＴ１では、上記従来例と同様に、信号処理制御部１３が、自身に備わっているレンジゲート番号用カウンタｋをｋ＝１とする。
【００７８】
続くＳＴ１０１では、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ａがＹ端子に接続することで、アップフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝がメモリ１６ａから第１の周波数抽出部１０２ａへ入力される。第１の周波数抽出部１０２ａは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００７９】
ＳＴ３では、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ａからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ１０２へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【００８０】
ＳＴ１０２では、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ａがＺ端子に接続することで、アップフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝がメモリ１６ａから第２の周波数抽出部１０３ａへ入力される。第２の周波数抽出部１０３ａは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を距離・速度導出部１９へ送る。
【００８１】
続くＳＴ１０３では、ＳＴ１０１と同様に、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ｂがＹ端子に接続することで、ダウンフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝がメモリ１６ｂから第１の周波数抽出部１０２ｂへ入力される。第１の周波数抽出部１０２ｂは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【００８２】
ＳＴ５では、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ｂからの結果を受け、ビート周波数が抽出されたならＳＴ１０４へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【００８３】
ＳＴ１０４では、ＳＴ１０２と同様に、信号処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０２ｂがＺ端子に接続することで、ダウンフェーズにおけるｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝がメモリ１６ｂから第２の周波数抽出部１０３ｂへ入力される。第２の周波数抽出部１０３ｂは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を距離・速度導出部１９へ送る。
【００８４】
続くＳＴ６では、距離・速度導出部１９が抽出されたアップフェーズにおけるビート周波数Ｕ１、Ｕ２、...AＵｐと、ダウンフェーズにおけるビート周波数Ｄ１、Ｄ２、...AＤｑについて総当たりで組合せ、式（６）で求めた相対距離Ｒが式（５）に示すＲｋの範囲となる周波数対Ｃｉｊ（Ｕｉ，Ｄｊ）を探索し、それが見つかった場合には、式（７）を用いて目標の相対速度Ｖを求める。
【００８５】
続くＳＴ７、ＳＴ８、ＳＴ９では、上記従来例と同様に、信号処理制御部１３が動作する。
【００８６】
第２の周波数抽出部１０３による離散周波数スペクトルが図３に示すスペクトルであるのに対して、第１の周波数抽出部１０２による離散周波数スペクトルが図４に示すスペクトルのように、離散周波数間隔が大きければ周波数の計測精度は低くなる。このような結果は、例えば、あるレンジゲートでサンプルされたデータがＭ個であるとして、第１の周波数抽出部１０２における演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段としてサンプルされたデータのうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部１０３における演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段としてサンプルされたデータすべてを用いるＭ点のＦＦＴを使用することで得られる。
【００８７】
このとき、周波数分析に必要な演算量は、従来例の場合、
Ｎ×（Ｍ点ＦＦＴ）
であるのに対し、本発明の場合、目標数をＮｔとすると
Ｎ×（Ｍ／２点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（Ｍ点ＦＦＴ）
となる。
【００８８】
ここで、
（Ｍ点ＦＦＴ）＞２×（Ｍ／２点ＦＦＴ）
とすると、
Ｎ／２×（Ｍ点ＦＦＴ）＞Ｎ×（Ｍ／２点ＦＦＴ）
であり、
（Ｎ／２＋Ｎｔ）×（Ｍ点ＦＦＴ）＞Ｎ×（Ｍ／２点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（Ｍ点ＦＦＴ）
となる。
【００８９】
さらに、
Ｎ／２＞Ｎｔ
であれば、
Ｎ×（Ｍ点ＦＦＴ）＞（Ｎ／２＋Ｎｔ）×（Ｍ点ＦＦＴ）＞Ｎ×（Ｍ／２点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（Ｍ点ＦＦＴ）
となり、必ず本発明における演算量の方が小さい。
【００９０】
例えば、Ｍ点ＦＦＴにおける演算量の目安として乗算回数を考えるとそれは、
（Ｍ／２）ｌｏｇ２（Ｍ）
で表され、
（Ｍ点ＦＦＴ）＞２×（Ｍ／２点ＦＦＴ）
の関係式を満足する。
【００９１】
Ｎ／２＞Ｎｍａｘ
であるＮｍａｘを処理可能な最大の目標数に設定することで、
Ｎ／２＞Ｎｔ＝Ｎｍａｘ
を実現できる。この結果、従来例に比べ本発明では演算量が小さく、実時間処理の実現が容易となる。
【００９２】
また、あるレンジゲートでサンプルされたデータがＭ個であるとして、第１の周波数抽出部１０２における演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段としてサンプルされたデータすべて用いるＭ点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部１０３における演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段としてサンプルされたデータにＭ個の０（零）を付加した２Ｍ点のＦＦＴを使用したとする。この場合、Ｍ点ＦＦＴの結果が図３であれば、上記の２Ｍ点ＦＦＴの結果は図５のようになり、より小さい離散間隔で周波数を得ることができ、例えば、ピークサーチを行なうことで、図５による周波数抽出結果は、図３のものより精度が高くなる。
【００９３】
このとき、周波数分析に必要な演算量は、従来例の場合、
Ｎ×（Ｍ点ＦＦＴ）
であるのに対し、本発明の場合、
Ｎ×（Ｍ点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（２Ｍ点ＦＦＴ）
となる。ここで、やはり、
（２Ｍ点ＦＦＴ）＞２×（Ｍ点ＦＦＴ）かつＮ／２＞Ｎｔ
であれば、従来例に比べ演算量が２倍未満で２倍の周波数精度を得ることができる。
【００９４】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置について図面を参照しながら説明する。図６は、この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【００９５】
図６において、２０１ａ、２０１ｂは第５のスイッチ、２０２はレンジゲート予測部である。なお、その他の構成要素は、上記実施の形態１の図１で示したものと同等である。
【００９６】
つぎに、この実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００９７】
図７は、この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の動作（信号処理手順）を示すフローチャートである。
【００９８】
まず、図１０に示すレーダ送受信装置が上記従来例と同様に動作し、さらに、図６の信号処理制御部１３、第３のスイッチ１４、ＡＤＣ１５、メモリ１６が上記従来例と同様に動作し、メモリ１６上に図１４に示すような各フェーズ毎のデータマトリクスが生成される。その後、図７の手順で信号処理がすすむ。
【００９９】
図７に示す手順において、ＳＴ２０１では、信号処理制御部１３が、自身に備わっている過去の目標数用カウンタＧをＧ＝０とする。
【０１００】
ＳＴ２０２では、信号処理制御部１３が、自身に備わっている現在の目標数用カウンタＧ０をＧ０＝０とし、さらにレンジゲート番号用カウンタｋをｋ＝１とする。
【０１０１】
続いてＳＴ２０３では、信号処理制御部１３が現時点で処理対象のレンジゲート番号ｋがＧ個のｗ（ｇ）｛ｇ＝１〜Ｇ｝のいずれかと等しいかどうかを判定し、等しいｗ（ｇ）がない場合はＳＴ２０４へ、ある場合はＳＴ２０６へすすむ。
【０１０２】
ＳＴ２０４では、信号処理制御部１３の制御によりレンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ａがＹ端子に接続することでアップフェーズにおける、ｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝が、メモリ１６ａから第１の周波数抽出部１０２ａへ入力される。第１の周波数抽出部１０２ａは、このレンジゲートデータ列について、演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段を用いて、目標に対応するビート周波数の抽出結果を求め、信号処理制御部１３の制御によりＹ端子に接続された第５のスイッチ２０１ａを経由してアップフェーズのビート信号に対する周波数抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【０１０３】
続くＳＴ３ａでは、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ａからの結果を受け、アップフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ２０５へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１０４】
ＳＴ２０５では、信号処理制御部１３の制御によりレンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ｂがＹ端子に接続することでダウンフェーズにおける、ｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝が、メモリ１６ｂから第１の周波数抽出部１０２ｂへ入力される。第１の周波数抽出部１０２ｂは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段を用いて、目標に対応するビート周波数の抽出結果を求め、信号処理制御部１３の制御によりＹ端子に接続された第５のスイッチ２０１ｂを経由してダウンフェーズのビート信号に対する周波数抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【０１０５】
ＳＴ５ａでは、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ｂからの結果を受け、ダウンフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１０６】
また、ＳＴ２０３で、等しいｗ（ｇ）があるとされた場合にすすむＳＴ２０６では、信号処理制御部１３の制御によりレンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ａがＺ端子に接続することでアップフェーズにおける、ｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝が、メモリ１６ａから第２の周波数抽出部１０３ａへ入力される。第２の周波数抽出部１０３ａは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を求め、信号処理制御部１３の制御によりＺ端子に接続された第５のスイッチ２０１ａを経由してアップフェーズのビート信号に対する周波数抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【０１０７】
続くＳＴ３ｂでは、信号処理制御部１３が第２の周波数抽出部１０３ａからの結果を受け、アップフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ２０７へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１０８】
ＳＴ２０７では、信号処理制御部１３の制御によりレンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続し、さらに第４のスイッチ１０１ｂがＺ端子に接続することでダウンフェーズにおける、ｋ番目のレンジゲートデータ列｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝、…、｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝が、メモリ１６ｂから第２の周波数抽出部１０３ｂへ入力される。第２の周波数抽出部１０３ｂは、このレンジゲートデータ列について演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段を用いて目標に対応するビート周波数の抽出結果を求め、信号処理制御部１３の制御によりＺ端子に接続された第５のスイッチ２０１ｂを経由してダウンフェーズのビート信号に対する周波数抽出結果を信号処理制御部１３へ送る。
【０１０９】
ＳＴ５ｂでは、信号処理制御部１３が第１の周波数抽出部１０２ｂからの結果を受け、ダウンフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１１０】
ＳＴ６では、上記従来例と同様に、距離・速度導出部１９が目標の相対距離と相対速度を求める。
【０１１１】
ＳＴ２０８では、信号処理制御部１３がカウンタＧ０の値をインクリメントする。
【０１１２】
ＳＴ２０９では、レンジゲート予測部２０２が、ＳＴ６で距離・速度導出部１９により求められた目標の相対距離と相対速度を入力して、次回観測時における目標の相対距離を予測し、さらにその距離に対応するレンジゲート番号ｗを求め、信号処理制御部１３へ出力する。例えば、目標が等速直線運動をしていると仮定した場合、ｗは、次式で得られる。
ｗ＝（Ｒ＋ΔＴ×ｖ）／（ｃτ）
信号処理制御部１３は、入力したレンジゲート番号を、ｗ（Ｇ０）に格納する。
【０１１３】
ＳＴ７では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をＮと比較し、等しくなければＳＴ８にすすみ、等しければＳＴ２１０にすすむ。
【０１１４】
ＳＴ８では、信号処理制御部１３がカウンタｋの値をインクリメントしてＳＴ２０３にすすむ。
【０１１５】
ＳＴ２１０では、現時点の目標数を過去の目標数とするため、カウンタＧにカウンタＧ０の値を格納する。
【０１１６】
ＳＴ９では、信号処理制御部１３が動作終了の判断を行ない、終了でなければＳＴ２０２へ、終了であれば終了する。
【０１１７】
例えば、あるレンジゲートでサンプルされたデータがＭ個であるとして、第１の周波数抽出部１０２における演算負荷が小さく周波数計測精度が低い周波数分析手段としてサンプルされたデータのうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部１０３における演算負荷が大きく周波数計測精度が高い周波数分析手段としてサンプルされたデータすべてを用いるＭ点のＦＦＴを使用した場合、２回目以降の観測において周波数分析に必要な演算量は、
（Ｎ−Ｎｔ）×（Ｍ／２点ＦＦＴ）＋Ｎｔ×（Ｍ点ＦＦＴ）
となり、さらに演算量が少なくなる。
【０１１８】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【０１１９】
図８において、第５のスイッチ２０１ａ、２０１ｂが無いことを除いて、構成要素は、上記実施の形態２の図６で示したものと同等である。
【０１２０】
つぎに、この実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０１２１】
図９は、この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の動作（信号処理手順）を示すフローチャートである。
【０１２２】
まず、図１０に示すレーダ送受信装置が上記従来例と同様に動作し、さらに、図８の信号処理制御部１３、第３のスイッチ１４、ＡＤＣ１５、メモリ１６が上記従来例と同様に動作し、メモリ１６上に図１４に示すような各フェーズ毎のデータマトリクスが生成される。その後、図９の手順で信号処理がすすむ。
【０１２３】
図９に示す手順において、ＳＴ３０１では、信号処理制御部１３が現時点で処理対象のレンジゲート番号ｋがＧ個のｗ（ｇ）｛ｇ＝１〜Ｇ｝のいずれかと等しいかどうかを判定し、等しいｗ（ｇ）がない場合はＳＴ１０１へ、ある場合はＳＴ１０２へすすむ。
【０１２４】
ＳＴ３０２では、信号処理制御部１３が第２の周波数抽出部１０３ａからの結果を受け、アップフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ３０３へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１２５】
ＳＴ３０３では、信号処理制御部１３が現時点で処理対象のレンジゲート番号ｋがＧ個のｗ（ｇ）｛ｇ＝１〜Ｇ｝のいずれかと等しいかどうかを判定し、等しいｗ（ｇ）がない場合はＳＴ１０３へ、ある場合はＳＴ１０４へすすむ。
【０１２６】
ＳＴ３０４では、信号処理制御部１３が第２の周波数抽出部１０３ｂからの結果を受け、ダウンフェーズのビート周波数が抽出されたならＳＴ６へすすみ、抽出されなければＳＴ７へすすむ。
【０１２７】
その他は、上記実施の形態１及び２と同様な処理であり、１回目に検出する目標についても高精度な計測結果が得られる。
【０１３１】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るレーダ信号処理装置は、以上説明したとおり、所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、前記第１又は第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部とを備えたので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３２】
この発明の請求項２に係るレーダ信号処理装置は、以上説明したとおり、前記第１の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部は、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用するので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３３】
この発明の請求項３に係るレーダ信号処理装置は、以上説明したとおり、所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１の周波数抽出部によりビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出し、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、前記第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部とを備えたので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３４】
この発明の請求項４に係るレーダ信号処理装置は、以上説明したとおり、前記第１の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、第２の周波数抽出部が、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用するので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３６】
この発明の請求項５に係る距離・速度計測方法は、以上説明したとおり、ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、前記抽出された第１又は第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップとを含むので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【０１３７】
この発明の請求項６に係る距離・速度計測方法は、以上説明したとおり、ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１のビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出し、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、前記抽出された第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップとを含むので、通常は処理量の少ない信号処理を行ない、目標が存在する可能性が高いレンジゲートデータ列にのみ負荷の大きな高精度な信号処理を行なうことで、計測結果の信頼性を低下させることなく、実時間処理を可能にするという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の第２の周波数抽出部による離散周波数スペクトルを示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の第１の周波数抽出部による離散周波数スペクトルを示す図である。
【図５】 この発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の２Ｍ点ＦＦＴの結果である離散周波数スペクトルを示す図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図７】 この発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】 この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図９】 この発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１０】 従来のＦＭＩＣＷレーダの送受信装置の基本構成を示すブロック図である。
【図１１】 従来のレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図１２】 従来のＦＭＩＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示す図である。
【図１３】 図１０の第１及び第２のスイッチにおける接続端子を時間に対して示す図である。
【図１４】 図１１のメモリにおける、アップフェーズとダウンフェーズのビート信号をサンプルして生成するデータマトリクスを示す図である。
【図１５】 図１１に示すレーダ信号処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
【図１６】 他の従来のレーダ信号処理装置の構成を示す図である。
【図１７】 他の従来のレーダ信号処理装置の信号処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１２ レーダ信号処理装置、１３ 信号処理制御部、１４ 第３のスイッチ、１５ａ、１５ｂ ＡＤＣ、１６ａ、１６ｂ メモリ、１７ａ、１７ｂ レンジゲート、１９ 距離・速度導出部、１０１ａ、１０１ｂ 第４のスイッチ、１０２ａ、１０２ｂ 第１の周波数抽出部、１０３ａ、１０３ｂ 第２の周波数抽出部、２０１ａ、２０１ｂ 第５のスイッチ、２０２ レンジゲート予測部。
Claims (6)
- 所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、
前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、
現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、
前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、
前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、
前記第１又は第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部と
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 前記第１の周波数抽出部は、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、
第２の周波数抽出部は、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用する
ことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。 - 所定の時間毎にサンプリングされたビート信号を格納するメモリと、
前記メモリからレンジゲートデータ列を取り出すレンジゲートと、
現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるレンジゲート予測部と、
前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第１の周波数抽出部と、
前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１の周波数抽出部によりビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出し、前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数を抽出する第２の周波数抽出部と、
前記第２の周波数抽出部により抽出されたビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求める距離・速度導出部と
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 前記第１の周波数抽出部は、サンプルデータＭ個のうち半分だけを用いるＭ／２点ＦＦＴを使用し、
第２の周波数抽出部は、サンプルデータＭ個の全てを用いるＭ点ＦＦＴを使用する
ことを特徴とする請求項３記載のレーダ信号処理装置。 - ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、
現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、
処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、
処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、
前記抽出された第１又は第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップと
を含むことを特徴とする距離・速度計測方法。 - ＦＭＩＣＷによる距離・速度計測方法において、
現観測時点で導出された目標の相対距離及び相対速度から次回観測時点の目標の相対距離を予測しその距離に対応するレンジゲートデータ列を求めるステップと、
処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、小さい演算負荷、かつ低い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出された全レンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第１のビート周波数を抽出するステップと、
前記レンジゲート予測部により処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列でない場合は、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記第１のビート周波数が抽出されたレンジゲートデータ列に対してのみＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出し、処理対象であるレンジゲートデータ列が予測されたレンジゲートデータ列である場合には、大きい演算負荷、かつ高い周波数計測精度で、前記レンジゲートにより取り出されたレンジゲートデータ列についてＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応する第２のビート周波数を抽出するステップと、
前記抽出された第２のビート周波数に基づいて、目標の相対距離及び相対速度を求めるステップと
を含むことを特徴とする距離・速度計測方法。
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