JP3719675B2 - Ｆｍｃｗレーダ装置およびｆｍｃｗレーダ用信号処理方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法に関し、特に、たとえば車両等の移動体に搭載され、観測対象（以下目標と記す）を検知してその距離や速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭＣＷレーダでは、送信信号として時間に対して線形な周波数変調信号を使用し、時間の経過につれて周波数が高くなる変調期間（アップフェーズ）と、時間の経過につれて周波数が低くなる変調期間（ダウンフェーズ）で観測を行う（例えば、特許文献１（特に、図８）参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−５５９２４号公報
【０００４】
観測結果を基に、送信信号と受信信号のミキシングによりビート信号を生成する。ビート信号の周波数は、送信信号と受信信号の周波数差となる。
【０００５】
このビート信号に対して、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理などを実施することにより、周波数パワースペクトルを得ることができ、設定しきい値以上のパワーレベルであるピーク周波数の検出処理を行うと、アップフェーズにおけるビート周波数と、ダウンフェーズにおけるビート周波数が得られる。
【０００６】
このとき、送信信号の周波数変調における線形性が確保されていないと、ビート周波数が時間につれて変動するため、目標の周波数パワースペクトルのピークにおいてパワーの拡散が起こり、ピーク形状が急峻でなくなる。この結果、目標の検知性能や、距離・速度の測定精度が劣化することが知られている。
【０００７】
このため、送信信号の周波数変調における線形性を確保するための技術が提案されている（例えば、上記の特許文献１および特許文献２〜４）。
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−６２３５５号公報
【特許文献３】
特開２００２−９０４４７号公報
【特許文献４】
特開２００２−１５６４４７号公報
【０００９】
特許文献１〜４はいずれも、あらかじめ測定したデータを基に、ＦＭＣＷレーダ装置で使用されるＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）に印加される電圧を制御・調整することで送信信号の周波数変調における線形性を確保しようとしている。
【００１０】
例えば、特許文献４の図１に示されているＦＭＣＷ距離計測装置では、マイクロコンピュータに内蔵された、プログラムを実行するためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が、あらかじめ記憶されたディジタルデータを呼び出して、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に入力する。ＤＡＣは入力されたディジタルデータに対応して、アナログ制御用電圧を出力する。このアナログ制御用電圧は、ローパスフィルタによって不要な高域周波数を遮断された後、ＶＣＯに印加される。ＶＣＯは印加されたアナログ制御用電圧に対応して発振周波数を変化させて周波数変調信号を生成する。これが送信信号として方向性結合器に入力される。方向性結合器は、入力された送信信号の大部分をサーキュレータへ出力し、残りの一部をミキサへ出力する。サーキュレータへ入力された送信信号は、アンテナにより空中に電波として放射される。
【００１１】
このとき、目標（図示せず）が存在すれば、放射された電波は目標で反射してその一部がアンテナで受信され、受信信号としてサーキュレータを介してミキサへ入力される。ミキサでは方向性結合器から入力された送信信号と、サーキュレータから入力された受信信号をミキシングしてビート信号を生成し、マイクロコンピュータ又はホストコンピュータへ出力する。マイクロコンピュータ又はホストコンピュータは、入力されたビート信号から、目標に対応するビート周波数を得て、目標の距離と速度を算出する。
【００１２】
なお、ＣＰＵが呼び出すディジタルデータは、上記観測動作が実施される前に以下のようにして記憶される。プリスケーラが、ＶＣＯから出力される送信信号の一部を入力して、分周した送信信号をマイクロコンピュータ内のカウンタへ出力し、カウンタは分周後の送信周波数を測定する。マイクロコンピュータはこの分周後の送信周波数を利用して、送信信号が生成される際に変調周波数の線形性が確保されるようなアナログ制御電圧を発生するようにディジタルデータを算出し、マイクロコンピュータ内のメモリに記憶する。
【００１３】
また、記憶されているディジタルデータは、一定時間毎や観測動作を所定回数実施した時点で更新される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＦＭＣＷレーダ装置は以上のように構成されており、プリスケーラで分周された送信信号周波数を測定し、この周波数を利用して送信信号の周波数変調を制御・調整するためのデータを作成している。しかし、あらかじめ測定された結果から作成した制御・調整用データを基に制御・調整を行っているため、データが次に更新されるまでの間に、ＶＣＯの発振特性が変化するなどして、送信信号の周波数変調における線形性が確保されなくなった場合には対応できないという問題点があった。また、データの更新中は観測ができないという問題点もあった。
【００１５】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、あらかじめ測定した制御・調整用データによらず、観測されたビート信号の特性を利用して、送信信号の周波数変調における線形性が確保されないことによる性能劣化を改善できるＦＭＣＷレーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、周波数変調された送信信号と受信信号をミキシングして生成されるビート信号から、観測対象の目標を検知して、当該目標との相対距離および相対速度を測定するためのＦＭＣＷレーダ装置であって、前記ビート信号が入力されて、当該ビート信号を、時間的に変動する周波数成分と前記目標に対応する一定値の目標ビート周波数成分とに分離させた測定用信号を算出する不要周波数成分分離手段と、前記測定用信号を周波数パワースペクトルに変換する周波数パワースペクトル変換手段と、前記周波数パワースペクトルに基づいて、目標ビート周波数を検出して出力する目標ビート周波数検出手段と、前記目標ビート周波数に基づいて、前記目標との相対距離および相対速度を算出して出力する距離・速度算出手段とを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成図である。
【００１８】
図１において、１００はＦＭＣＷレーダ装置の各構成要素を制御する制御部、１１０は制御部１００からの制御によって、あらかじめ設定されたアナログ電圧をＶＣＯ４へ印加する電圧生成部、１２０はビート信号をサンプリングしてアナログ−ディジタル変換し、得られたディジタル電圧値を出力するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：アナログ−ディジタル変換器）、１３０はディジタル電圧値を記憶するメモリ、１４０はメモリ１３０に記憶されたディジタル電圧値を読み出して、目標の検知と当該目標との相対距離および相対速度の測定結果を出力する信号処理部、１４１はビート信号が入力されて、当該ビート信号を時間的に変動する周波数成分と前記目標に対応する一定値の目標ビート周波数成分とに分離した測定用信号を算出する不要周波数成分分離手段、１４２は測定用信号を周波数パワースペクトルに変換する周波数パワースペクトル変換手段、１４３は周波数パワースペクトルに基づいて目標ビート周波数を検出して出力する目標ビート周波数検出手段、１４４は目標ビート周波数に基づいて、前記目標との相対距離および相対速度を算出して出力する距離・速度算出手段、４はＶＣＯ、５は方向性結合器、６はサーキュレータ、７はミキサ、８はアンテナである。なお、４〜８の動作については、上述の従来技術で説明したものと同様の動作であるため、ここでは説明を省略する。
【００１９】
制御部１００は、例えばマイクロコンピュータから構成されて、ＦＭＣＷレーダ装置の各構成要素を制御する。電圧生成部１１０は、例えば、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：Ｄ／Ａ変換器）とローパスフィルタから構成されており、制御部１００からの制御によって、あらかじめ設定されたアナログ電圧をＶＣＯ４へ印加する。ＶＣＯ４は印加されたアナログ電圧に対応して発振周波数を変化させて周波数変調信号を生成し、これが送信信号として方向性結合器５に入力される。方向性結合器５は、入力された送信信号の大部分をサーキュレータ６へ出力し、残りの一部をミキサ７へ出力する。サーキュレータ６へ入力された送信信号は、アンテナ８により空中に電波として放射される。
【００２０】
このとき、目標（図示せず）が存在すれば、放射された電波は目標で反射してその一部がアンテナ８で受信され、受信信号としてサーキュレータ６を介してミキサ７へ入力される。ミキサ７では方向性結合器５から入力された送信信号と、サーキュレータ６から入力された受信信号をミキシングしてビート信号を生成し、ＡＤＣ１２０へ出力する。ＡＤＣ１２０は、制御部１００からの制御により、入力されたビート信号の振幅電圧をサンプリングしてアナログ−ディジタル変換し、得られたディジタル電圧値はメモリ１３０に記憶される。
【００２１】
アップフェーズ、または、ダウンフェーズが終了した時点で、制御部１００からの制御により、信号処理部１４０がメモリ１３０に記憶されたビート信号のディジタル電圧値を読み出す。
【００２２】
なお、参考までに、図７に、本発明のＦＭＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示す。図７において、Ｓｔは送信信号、Ｓｒは受信信号、Ｓｂはビート信号である。
【００２３】
以降、信号処理部１４０は図２に示す処理手順に従ってビート信号のディジタル電圧値を処理する。
【００２４】
まず、ステップ１では、アップフェーズ分のビート信号のディジタル電圧値Ｓｕ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝がメモリ１３０から読み出され、不要周波数成分分離手段１４１へ入力される。
【００２５】
ここで、観測されたビート信号の特性を利用して不要周波数成分を分離する原理について述べる。
【００２６】
送信信号の周波数変調における線形性が理想的に確保されている場合、目標ビート周波数Ｂｉ（ｔ）は、（１）式に示されるように、時間に対して一定値Ｆｂであるとする。
Ｂｉ（ｔ）＝Ｆｂ （１）
この場合、周波数パワースペクトルは、図８の実線のように、パワーが周波数Ｆｂに集中し、そのピーク形状は急峻である。
【００２７】
これに対して実際の場合には、送信信号の周波数変調における線形性が確保されないため、目標ビート周波数Ｂ（ｔ）は、（２）式に示されるように、時間的に変動する成分ｘ（ｔ）が加わる。
Ｂ（ｔ）＝Ｆｂ＋ｘ（ｔ） （２）
【００２８】
ここで、時間的に変動する成分ｘ（ｔ）が、真値であるＦｂを中心に変調時間Ｔ［ｓ］の間にα［Ｈｚ］分増大（あるいは減少）する場合、ｘ（ｔ）は式（３）で表せる。
【００２９】
【数１】
【００３０】
このとき、ｘ（ｔ）を時間について積分した結果得られるＸ（ｔ）は式（４）で表される。
【００３１】
【数２】
【００３２】
Ｘ（ｔ）により、ビート信号Ｓｂ（ｔ）は式（５）で表される。
【００３３】
【数３】
【００３４】
Ｓｂ（ｔ）の周波数パワースペクトルは図８の破線のようにＦｂ付近でパワーが拡散し、そのピーク形状は急峻でなくなる。
【００３５】
ここで、式（６）で表される観測期間Ｔ内で時間方向を逆にした信号Ｓｂ（Ｔ−ｔ）より、
【００３６】
【数４】
【００３７】
Ｓｂ（ｔ）にＳｂ（Ｔ−ｔ）を乗じた信号ＳＳｂ（ｔ）について、式を展開し整理すると、式（７）が得られる。
【００３８】
【数５】
【００３９】
式（７）より、第１項の位相部分を時間について微分してその周波数ＦＦ１を求めると、式（８）となりビート周波数の変動成分ｘ（ｔ）を２倍した周波数である。
【００４０】
【数６】
【００４１】
一方、式（７）の第２項の位相部分を時間について微分してその周波数ＦＦ２を求めると、式（９）となり目標ビート周波数Ｆｂを２倍した周波数である。
【００４２】
【数７】
【００４３】
従って、ＳＳｂ（ｔ）では、目標ビート周波数Ｆｂと変動成分ｘ（ｔ）が周波数上で分離されている。
【００４４】
そのため、ＳＳｂ（ｔ）から得た周波数パワースペクトルでは、図３の点線のようにｘ（ｔ）に起因する周波数成分と目標ビート周波数Ｆｂは分離され、ｘ（ｔ）に起因する周波数成分が低域周波数に現れる。ただし、目標ビート周波数のスペクトルピークは真値の周波数の２倍周波数に現れる。
【００４５】
このようなＳＳｂ（ｔ）の特性を利用して目標ビート周波数と変動成分を分離するため、ステップ２では、不要周波数成分分離手段１４１が、Ｓｕ（ｔ）にＳｕ（Ｔ−ｔ＋１）を乗じた測定用信号ＳＳｕ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝を算出する。
【００４６】
続くステップ３では、周波数パワースペクトル変換手段１４２がＳＳｕ（ｔ）を入力し、例えばＦＦＴ処理を実施して周波数パワースペクトルＳＳｕ（ｆ）を得る。
【００４７】
ステップ４では、目標ビート周波数検出手段１４３がＳＳｕ（ｆ）を入力して、例えばパワーレベルに関してピーク探索を行い、そのピークレベルが設定したしきい値以上で、ピークのパワーレベルのｙ％以上である周波数範囲幅が設定した幅より狭い場合に検出とする周波数検出処理によって、アップフェーズにおけるビート周波数Ｕｕを検出する。ただし、Ｕｕはアップフェーズにおける真のビート周波数の２倍の値である。
【００４８】
ステップ５ではステップ１と同様に、ダウンフェーズ分のビート信号のディジタル電圧値Ｓｄ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝がメモリ１３０から読み出され、不要周波数成分分離手段１４１へ入力される。
【００４９】
ステップ６ではステップ２と同様に、不要周波数成分分離手段１４１がＳｄ（ｔ）にＳｄ（Ｔ−ｔ＋１）を乗じて測定用信号ＳＳｄ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝を算出する。
【００５０】
ステップ７ではステップ３と同様に、周波数パワースペクトル変換手段１４２がＳＳｄ（ｔ）を入力し、ＦＦＴ処理などを実施して周波数パワースペクトルＳＳｄ（ｆ）を得る。
【００５１】
ステップ８ではステップ４と同様に、目標ビート周波数検出手段１４３がＳＳｄ（ｆ）を入力して、周波数検出処理によってダウンフェーズにおけるビート周波数Ｄｄを検出する。ただし、Ｄｄはダウンフェーズにおける真のビート周波数の２倍の値である。
【００５２】
ステップ９では、距離・速度算出手段１４４が、ステップ４で検出されたＵｕと、ステップ８で検出されたＤｄから式（１０），（１１）により相対距離ｒと相対速度ｖを算出する。
【００５３】
【数８】
【００５４】
ステップ１０では、信号処理部１４０が制御部１００からの制御として観測終了が入力されているかを判定し、入力されていなければステップ１に戻り、入力されていれば信号処理動作を終了する。
【００５５】
以上のように、本実施の形態によれば、周波数変調された送信信号と受信信号をミキシングして生成されるビート信号から、観測対象の目標を検知して、当該目標との相対距離および相対速度を測定するためのＦＭＣＷレーダ装置において、前記ビート信号をサンプリングしてそのディジタル電圧値を出力するＡＤＣ１２０と、ディジタル電圧値を記憶するメモリ１３０と、メモリ１３０に記憶された当該ディジタル電圧値を読み出して、目標の検知と当該目標との相対距離および相対速度の測定結果を出力する信号処理部１４０で構成され、信号処理部１４０が、ビート信号を入力して時間的に変動する周波数成分と目標に対応する一定周波数成分とを分離した測定用信号として出力する不要周波数成分分離手段１４１と、測定用信号を入力して周波数パワースペクトルへ変換して出力する周波数パワースペクトル変換手段１４２と、前記周波数パワースペクトルを入力して目標に対応する一定周波数（目標ビート周波数）を検出して出力する目標ビート周波数検出手段１４３と、前記目標ビート周波数を入力して目標との相対距離および相対速度を算出して出力する距離・速度算出手段１４４を備えているので、あらかじめ測定した制御・調整用データによらず、送信信号の周波数変調において線形性が確保されないことで発生する目標の周波数パワースペクトルにおけるピークパワーの拡散を減じて急峻なピークを得て、目標の検知性能や、距離・速度の測定精度の劣化を改善することができるという効果が得られる。
【００５６】
また、本実施の形態によれば、不要周波数成分分離手段１４１として、期間Ｔで観測されたビート信号Ｓｂ（ｔ）に対してＳｂ（Ｔ−ｔ）を乗じる処理を備えているので、制御・調整用データを測定する必要が無く、観測不可能な時間がないという効果が得られる。
【００５７】
実施の形態２．
以下、この発明の他の実施の形態について図を参照して説明する。図４は本発明の実施の形態２に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成図である。
【００５８】
図４において、２００は第２の信号処理部、２０１は測定用信号に対して周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタであり、その他の構成要素は、上記発明の実施の形態１の図１で示したものと同等である。すなわち、本実施の形態の構成と図１に示した実施の形態１の構成との違いは、図４に示すように、信号処理部内の不要周波数成分分離手段１４１と周波数パワースペクトル変換手段１４２との間に、測定用信号に対して周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタ２０１が付加されている点である。
【００５９】
まず、制御部１００、電圧生成部１１０、ＶＣＯ４、方向性結合器５、サーキュレータ６、ミキサ７、アンテナ８、ＡＤＣ１２０、メモリ１３０が上記発明の実施の形態１と同様に動作して、目標のビート信号の振幅電圧がディジタル値でメモリ１３０に記憶される。
【００６０】
メモリ１３０に記憶されたビート信号のディジタル電圧値は、アップフェーズ、またはダウンフェーズが終了した時点で、制御部１００からの制御により、第２の信号処理部２００へ入力される。
【００６１】
以降、第２の信号処理部２００は図５に示す処理手順に従ってビート信号のディジタル電圧値を処理する。
【００６２】
まず、ステップ１では、アップフェーズ分のビート信号のディジタル電圧値Ｓｕ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝がメモリ１３０から読み出され、不要周波数成分分離手段１４１へ入力される。
【００６３】
続くステップ２では、不要周波数成分分離手段１４１がＳｕ（ｔ）にＳｕ（Ｔ−ｔ＋１）を乗じた測定用信号ＳＳｕ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝を算出する。
【００６４】
一般に、時間領域における微分演算は、周波数の大きさに比例してゲインが単調増加する周波数フィルタと等価である。従って、前記のＳＳｂ（ｔ）に対して微分演算を行うと、上記実施の形態１の図３の点線で示されているＳＳｂ（ｔ）の周波数パワースペクトルは、図６の点線のように低域周波数に現れるｘ（ｔ）に起因する周波数成分のパワーレベルが低減される。
【００６５】
この微分演算による特性を利用するため、ステップ１１では、周波数フィルタ２０１がＳＳｕ（ｔ）を入力して、ＳＳｕ（ｔ）のｎ回微分ＳＳｕ（ｎ）（ｔ）を算出する。
【００６６】
続くステップ３では、周波数パワースペクトル変換手段１４２がＳＳｕ（ｎ）（ｔ）を入力し、ＦＦＴ処理などを実施して周波数パワースペクトルＳＳｕｎ（ｆ）を得る。
【００６７】
ステップ４では、目標ビート周波数検出手段１４３がＳＳｕｎ（ｆ）を入力して、上記実施の形態１と同様な周波数検出処理を実施して、アップフェーズにおけるビート周波数Ｕｕを検出する。ただし、Ｕｕはアップフェーズにおける真のビート周波数の２倍の値である。
【００６８】
ステップ５ではステップ１と同様に、ダウンフェーズ分のビート信号のディジタル電圧値Ｓｄ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝がメモリ１３０から読み出され、不要周波数成分分離手段１４１へ入力される。
【００６９】
ステップ６ではステップ２と同様に、不要周波数成分分離手段１４１がＳｄ（ｔ）にＳｄ（Ｔ−ｔ＋１）を乗じて測定用信号ＳＳｄ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝を算出する。
【００７０】
続くステップ１２ではステップ１１と同様に、周波数フィルタ２０１がＳＳｄ（ｔ）を入力して、ＳＳｄ（ｔ）のｎ回微分ＳＳｄ（ｎ）（ｔ）を算出する。
【００７１】
ステップ７ではステップ３と同様に、周波数パワースペクトル変換手段１４２がＳＳｄ（ｎ）（ｔ）を入力し、ＦＦＴ処理などを実施して周波数パワースペクトルＳＳｄｎ（ｆ）を得る。
【００７２】
ステップ８ではステップ４と同様に、目標ビート周波数検出手段１４３がＳＳｄｎ（ｆ）を入力して、周波数検出処理によってダウンフェーズにおけるビート周波数Ｄｄを検出する。ただし、Ｄｄはダウンフェーズにおける真のビート周波数の２倍の値である。
【００７３】
ステップ９では、距離・速度算出手段１４４が、ステップ４で検出されたＵｕと、ステップ８で検出されたＤｄから式（１４），（１５）より相対距離ｒと相対速度ｖを算出する。
【００７４】
ステップ１０では、第２の信号処理部２００が制御部１００からの制御として観測終了が入力されているかを判定し、入力されていなければステップ１に戻り、入力されていれば信号処理動作を終了する。
【００７５】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、測定用信号を入力して周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタ２０１をさらに備えているので、周波数パワースペクトルにおいて低域周波数に現れる変動成分のパワーレベルを低減して、目標の検知性能の劣化を改善することができるという効果が得られる。
【００７６】
上述の周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタ２０１として、時間についての微分演算処理を備えているので、再現性の高い安定した周波数特性が得られ、目標の検知性能の劣化を改善できるという効果が得られる。
【００７７】
【発明の効果】
この発明は、周波数変調された送信信号と受信信号をミキシングして生成されるビート信号から、観測対象の目標を検知して、当該目標との相対距離および相対速度を測定するためのＦＭＣＷレーダ装置であって、前記ビート信号が入力されて、当該ビート信号を、時間的に変動する周波数成分と前記目標に対応する一定値の目標ビート周波数成分とに分離させた測定用信号を算出する不要周波数成分分離手段と、前記測定用信号を周波数パワースペクトルに変換する周波数パワースペクトル変換手段と、前記周波数パワースペクトルに基づいて、目標ビート周波数を検出して出力する目標ビート周波数検出手段と、前記目標ビート周波数に基づいて、前記目標との相対距離および相対速度を算出して出力する距離・速度算出手段とを備えているので、あらかじめ測定した制御・調整用データによらず、送信信号の周波数変調において線形性が確保されないことで発生する目標の周波数パワースペクトルにおけるピークパワーの拡散を減じて急峻なピークを得て、目標の検知性能や、距離・速度の測定精度の劣化を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成を示したブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の信号処理部における処理手順を示した説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置での周波数パワースペクトルを示した説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態２に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成を示したブロック図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係るＦＭＣＷレーダ装置の信号処理部における処理手順を示した説明図である。
【図６】 本発明の実施の形態２に係るＦＭＣＷレーダ装置での周波数パワースペクトルを示した説明図である。
【図７】 ＦＭＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示した説明図である。
【図８】 ＦＭＣＷレーダにおける周波数パワースペクトルを示す説明図である。
【符号の説明】
１ マイクロコンピュータ、２ ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、３ ローパスフィルタ、４ ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）、５ 方向性結合器、６ サーキュレータ、７ ミキサ、８ アンテナ、９ プリスケーラ、１１ ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、１２ カウンタ、１００制御部、１１０ 電圧生成部、１２０ ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、１３０ メモリ、１４０ 信号処理部、１４１ 不要周波数成分分離手段、１４２ 周波数パワースペクトル変換手段、１４３ 目標ビート周波数検出手段、１４４ 距離・速度算出手段、２００ 第２の信号処理部、２０１ 周波数フィルタ。
【発明の属する技術分野】
この発明はＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法に関し、特に、たとえば車両等の移動体に搭載され、観測対象（以下目標と記す）を検知してその距離や速度を測定するＦＭＣＷレーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭＣＷレーダでは、送信信号として時間に対して線形な周波数変調信号を使用し、時間の経過につれて周波数が高くなる変調期間（アップフェーズ）と、時間の経過につれて周波数が低くなる変調期間（ダウンフェーズ）で観測を行う（例えば、特許文献１（特に、図８）参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−５５９２４号公報
【０００４】
観測結果を基に、送信信号と受信信号のミキシングによりビート信号を生成する。ビート信号の周波数は、送信信号と受信信号の周波数差となる。
【０００５】
このビート信号に対して、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理などを実施することにより、周波数パワースペクトルを得ることができ、設定しきい値以上のパワーレベルであるピーク周波数の検出処理を行うと、アップフェーズにおけるビート周波数と、ダウンフェーズにおけるビート周波数が得られる。
【０００６】
このとき、送信信号の周波数変調における線形性が確保されていないと、ビート周波数が時間につれて変動するため、目標の周波数パワースペクトルのピークにおいてパワーの拡散が起こり、ピーク形状が急峻でなくなる。この結果、目標の検知性能や、距離・速度の測定精度が劣化することが知られている。
【０００７】
このため、送信信号の周波数変調における線形性を確保するための技術が提案されている（例えば、上記の特許文献１および特許文献２〜４）。
【０００８】
【特許文献２】
特開２００２−６２３５５号公報
【特許文献３】
特開２００２−９０４４７号公報
【特許文献４】
特開２００２−１５６４４７号公報
【０００９】
特許文献１〜４はいずれも、あらかじめ測定したデータを基に、ＦＭＣＷレーダ装置で使用されるＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）に印加される電圧を制御・調整することで送信信号の周波数変調における線形性を確保しようとしている。
【００１０】
例えば、特許文献４の図１に示されているＦＭＣＷ距離計測装置では、マイクロコンピュータに内蔵された、プログラムを実行するためのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）が、あらかじめ記憶されたディジタルデータを呼び出して、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）に入力する。ＤＡＣは入力されたディジタルデータに対応して、アナログ制御用電圧を出力する。このアナログ制御用電圧は、ローパスフィルタによって不要な高域周波数を遮断された後、ＶＣＯに印加される。ＶＣＯは印加されたアナログ制御用電圧に対応して発振周波数を変化させて周波数変調信号を生成する。これが送信信号として方向性結合器に入力される。方向性結合器は、入力された送信信号の大部分をサーキュレータへ出力し、残りの一部をミキサへ出力する。サーキュレータへ入力された送信信号は、アンテナにより空中に電波として放射される。
【００１１】
このとき、目標（図示せず）が存在すれば、放射された電波は目標で反射してその一部がアンテナで受信され、受信信号としてサーキュレータを介してミキサへ入力される。ミキサでは方向性結合器から入力された送信信号と、サーキュレータから入力された受信信号をミキシングしてビート信号を生成し、マイクロコンピュータ又はホストコンピュータへ出力する。マイクロコンピュータ又はホストコンピュータは、入力されたビート信号から、目標に対応するビート周波数を得て、目標の距離と速度を算出する。
【００１２】
なお、ＣＰＵが呼び出すディジタルデータは、上記観測動作が実施される前に以下のようにして記憶される。プリスケーラが、ＶＣＯから出力される送信信号の一部を入力して、分周した送信信号をマイクロコンピュータ内のカウンタへ出力し、カウンタは分周後の送信周波数を測定する。マイクロコンピュータはこの分周後の送信周波数を利用して、送信信号が生成される際に変調周波数の線形性が確保されるようなアナログ制御電圧を発生するようにディジタルデータを算出し、マイクロコンピュータ内のメモリに記憶する。
【００１３】
また、記憶されているディジタルデータは、一定時間毎や観測動作を所定回数実施した時点で更新される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＦＭＣＷレーダ装置は以上のように構成されており、プリスケーラで分周された送信信号周波数を測定し、この周波数を利用して送信信号の周波数変調を制御・調整するためのデータを作成している。しかし、あらかじめ測定された結果から作成した制御・調整用データを基に制御・調整を行っているため、データが次に更新されるまでの間に、ＶＣＯの発振特性が変化するなどして、送信信号の周波数変調における線形性が確保されなくなった場合には対応できないという問題点があった。また、データの更新中は観測ができないという問題点もあった。
【００１５】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、あらかじめ測定した制御・調整用データによらず、観測されたビート信号の特性を利用して、送信信号の周波数変調における線形性が確保されないことによる性能劣化を改善できるＦＭＣＷレーダ装置およびＦＭＣＷレーダ用信号処理方法を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、周波数変調された送信信号と受信信号をミキシングして生成されるビート信号から、観測対象の目標を検知して、当該目標との相対距離および相対速度を測定するためのＦＭＣＷレーダ装置であって、前記ビート信号が入力されて、当該ビート信号を、時間的に変動する周波数成分と前記目標に対応する一定値の目標ビート周波数成分とに分離させた測定用信号を算出する不要周波数成分分離手段と、前記測定用信号を周波数パワースペクトルに変換する周波数パワースペクトル変換手段と、前記周波数パワースペクトルに基づいて、目標ビート周波数を検出して出力する目標ビート周波数検出手段と、前記目標ビート周波数に基づいて、前記目標との相対距離および相対速度を算出して出力する距離・速度算出手段とを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成図である。
【００１８】
図１において、１００はＦＭＣＷレーダ装置の各構成要素を制御する制御部、１１０は制御部１００からの制御によって、あらかじめ設定されたアナログ電圧をＶＣＯ４へ印加する電圧生成部、１２０はビート信号をサンプリングしてアナログ−ディジタル変換し、得られたディジタル電圧値を出力するＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：アナログ−ディジタル変換器）、１３０はディジタル電圧値を記憶するメモリ、１４０はメモリ１３０に記憶されたディジタル電圧値を読み出して、目標の検知と当該目標との相対距離および相対速度の測定結果を出力する信号処理部、１４１はビート信号が入力されて、当該ビート信号を時間的に変動する周波数成分と前記目標に対応する一定値の目標ビート周波数成分とに分離した測定用信号を算出する不要周波数成分分離手段、１４２は測定用信号を周波数パワースペクトルに変換する周波数パワースペクトル変換手段、１４３は周波数パワースペクトルに基づいて目標ビート周波数を検出して出力する目標ビート周波数検出手段、１４４は目標ビート周波数に基づいて、前記目標との相対距離および相対速度を算出して出力する距離・速度算出手段、４はＶＣＯ、５は方向性結合器、６はサーキュレータ、７はミキサ、８はアンテナである。なお、４〜８の動作については、上述の従来技術で説明したものと同様の動作であるため、ここでは説明を省略する。
【００１９】
制御部１００は、例えばマイクロコンピュータから構成されて、ＦＭＣＷレーダ装置の各構成要素を制御する。電圧生成部１１０は、例えば、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：Ｄ／Ａ変換器）とローパスフィルタから構成されており、制御部１００からの制御によって、あらかじめ設定されたアナログ電圧をＶＣＯ４へ印加する。ＶＣＯ４は印加されたアナログ電圧に対応して発振周波数を変化させて周波数変調信号を生成し、これが送信信号として方向性結合器５に入力される。方向性結合器５は、入力された送信信号の大部分をサーキュレータ６へ出力し、残りの一部をミキサ７へ出力する。サーキュレータ６へ入力された送信信号は、アンテナ８により空中に電波として放射される。
【００２０】
このとき、目標（図示せず）が存在すれば、放射された電波は目標で反射してその一部がアンテナ８で受信され、受信信号としてサーキュレータ６を介してミキサ７へ入力される。ミキサ７では方向性結合器５から入力された送信信号と、サーキュレータ６から入力された受信信号をミキシングしてビート信号を生成し、ＡＤＣ１２０へ出力する。ＡＤＣ１２０は、制御部１００からの制御により、入力されたビート信号の振幅電圧をサンプリングしてアナログ−ディジタル変換し、得られたディジタル電圧値はメモリ１３０に記憶される。
【００２１】
アップフェーズ、または、ダウンフェーズが終了した時点で、制御部１００からの制御により、信号処理部１４０がメモリ１３０に記憶されたビート信号のディジタル電圧値を読み出す。
【００２２】
なお、参考までに、図７に、本発明のＦＭＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示す。図７において、Ｓｔは送信信号、Ｓｒは受信信号、Ｓｂはビート信号である。
【００２３】
以降、信号処理部１４０は図２に示す処理手順に従ってビート信号のディジタル電圧値を処理する。
【００２４】
まず、ステップ１では、アップフェーズ分のビート信号のディジタル電圧値Ｓｕ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝がメモリ１３０から読み出され、不要周波数成分分離手段１４１へ入力される。
【００２５】
ここで、観測されたビート信号の特性を利用して不要周波数成分を分離する原理について述べる。
【００２６】
送信信号の周波数変調における線形性が理想的に確保されている場合、目標ビート周波数Ｂｉ（ｔ）は、（１）式に示されるように、時間に対して一定値Ｆｂであるとする。
Ｂｉ（ｔ）＝Ｆｂ （１）
この場合、周波数パワースペクトルは、図８の実線のように、パワーが周波数Ｆｂに集中し、そのピーク形状は急峻である。
【００２７】
これに対して実際の場合には、送信信号の周波数変調における線形性が確保されないため、目標ビート周波数Ｂ（ｔ）は、（２）式に示されるように、時間的に変動する成分ｘ（ｔ）が加わる。
Ｂ（ｔ）＝Ｆｂ＋ｘ（ｔ） （２）
【００２８】
ここで、時間的に変動する成分ｘ（ｔ）が、真値であるＦｂを中心に変調時間Ｔ［ｓ］の間にα［Ｈｚ］分増大（あるいは減少）する場合、ｘ（ｔ）は式（３）で表せる。
【００２９】
【数１】
このとき、ｘ（ｔ）を時間について積分した結果得られるＸ（ｔ）は式（４）で表される。
【００３１】
【数２】
Ｘ（ｔ）により、ビート信号Ｓｂ（ｔ）は式（５）で表される。
【００３３】
【数３】
Ｓｂ（ｔ）の周波数パワースペクトルは図８の破線のようにＦｂ付近でパワーが拡散し、そのピーク形状は急峻でなくなる。
【００３５】
ここで、式（６）で表される観測期間Ｔ内で時間方向を逆にした信号Ｓｂ（Ｔ−ｔ）より、
【００３６】
【数４】
Ｓｂ（ｔ）にＳｂ（Ｔ−ｔ）を乗じた信号ＳＳｂ（ｔ）について、式を展開し整理すると、式（７）が得られる。
【００３８】
【数５】
式（７）より、第１項の位相部分を時間について微分してその周波数ＦＦ１を求めると、式（８）となりビート周波数の変動成分ｘ（ｔ）を２倍した周波数である。
【００４０】
【数６】
一方、式（７）の第２項の位相部分を時間について微分してその周波数ＦＦ２を求めると、式（９）となり目標ビート周波数Ｆｂを２倍した周波数である。
【００４２】
【数７】
従って、ＳＳｂ（ｔ）では、目標ビート周波数Ｆｂと変動成分ｘ（ｔ）が周波数上で分離されている。
【００４４】
そのため、ＳＳｂ（ｔ）から得た周波数パワースペクトルでは、図３の点線のようにｘ（ｔ）に起因する周波数成分と目標ビート周波数Ｆｂは分離され、ｘ（ｔ）に起因する周波数成分が低域周波数に現れる。ただし、目標ビート周波数のスペクトルピークは真値の周波数の２倍周波数に現れる。
【００４５】
このようなＳＳｂ（ｔ）の特性を利用して目標ビート周波数と変動成分を分離するため、ステップ２では、不要周波数成分分離手段１４１が、Ｓｕ（ｔ）にＳｕ（Ｔ−ｔ＋１）を乗じた測定用信号ＳＳｕ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝を算出する。
【００４６】
続くステップ３では、周波数パワースペクトル変換手段１４２がＳＳｕ（ｔ）を入力し、例えばＦＦＴ処理を実施して周波数パワースペクトルＳＳｕ（ｆ）を得る。
【００４７】
ステップ４では、目標ビート周波数検出手段１４３がＳＳｕ（ｆ）を入力して、例えばパワーレベルに関してピーク探索を行い、そのピークレベルが設定したしきい値以上で、ピークのパワーレベルのｙ％以上である周波数範囲幅が設定した幅より狭い場合に検出とする周波数検出処理によって、アップフェーズにおけるビート周波数Ｕｕを検出する。ただし、Ｕｕはアップフェーズにおける真のビート周波数の２倍の値である。
【００４８】
ステップ５ではステップ１と同様に、ダウンフェーズ分のビート信号のディジタル電圧値Ｓｄ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝がメモリ１３０から読み出され、不要周波数成分分離手段１４１へ入力される。
【００４９】
ステップ６ではステップ２と同様に、不要周波数成分分離手段１４１がＳｄ（ｔ）にＳｄ（Ｔ−ｔ＋１）を乗じて測定用信号ＳＳｄ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝を算出する。
【００５０】
ステップ７ではステップ３と同様に、周波数パワースペクトル変換手段１４２がＳＳｄ（ｔ）を入力し、ＦＦＴ処理などを実施して周波数パワースペクトルＳＳｄ（ｆ）を得る。
【００５１】
ステップ８ではステップ４と同様に、目標ビート周波数検出手段１４３がＳＳｄ（ｆ）を入力して、周波数検出処理によってダウンフェーズにおけるビート周波数Ｄｄを検出する。ただし、Ｄｄはダウンフェーズにおける真のビート周波数の２倍の値である。
【００５２】
ステップ９では、距離・速度算出手段１４４が、ステップ４で検出されたＵｕと、ステップ８で検出されたＤｄから式（１０），（１１）により相対距離ｒと相対速度ｖを算出する。
【００５３】
【数８】
ステップ１０では、信号処理部１４０が制御部１００からの制御として観測終了が入力されているかを判定し、入力されていなければステップ１に戻り、入力されていれば信号処理動作を終了する。
【００５５】
以上のように、本実施の形態によれば、周波数変調された送信信号と受信信号をミキシングして生成されるビート信号から、観測対象の目標を検知して、当該目標との相対距離および相対速度を測定するためのＦＭＣＷレーダ装置において、前記ビート信号をサンプリングしてそのディジタル電圧値を出力するＡＤＣ１２０と、ディジタル電圧値を記憶するメモリ１３０と、メモリ１３０に記憶された当該ディジタル電圧値を読み出して、目標の検知と当該目標との相対距離および相対速度の測定結果を出力する信号処理部１４０で構成され、信号処理部１４０が、ビート信号を入力して時間的に変動する周波数成分と目標に対応する一定周波数成分とを分離した測定用信号として出力する不要周波数成分分離手段１４１と、測定用信号を入力して周波数パワースペクトルへ変換して出力する周波数パワースペクトル変換手段１４２と、前記周波数パワースペクトルを入力して目標に対応する一定周波数（目標ビート周波数）を検出して出力する目標ビート周波数検出手段１４３と、前記目標ビート周波数を入力して目標との相対距離および相対速度を算出して出力する距離・速度算出手段１４４を備えているので、あらかじめ測定した制御・調整用データによらず、送信信号の周波数変調において線形性が確保されないことで発生する目標の周波数パワースペクトルにおけるピークパワーの拡散を減じて急峻なピークを得て、目標の検知性能や、距離・速度の測定精度の劣化を改善することができるという効果が得られる。
【００５６】
また、本実施の形態によれば、不要周波数成分分離手段１４１として、期間Ｔで観測されたビート信号Ｓｂ（ｔ）に対してＳｂ（Ｔ−ｔ）を乗じる処理を備えているので、制御・調整用データを測定する必要が無く、観測不可能な時間がないという効果が得られる。
【００５７】
実施の形態２．
以下、この発明の他の実施の形態について図を参照して説明する。図４は本発明の実施の形態２に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成図である。
【００５８】
図４において、２００は第２の信号処理部、２０１は測定用信号に対して周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタであり、その他の構成要素は、上記発明の実施の形態１の図１で示したものと同等である。すなわち、本実施の形態の構成と図１に示した実施の形態１の構成との違いは、図４に示すように、信号処理部内の不要周波数成分分離手段１４１と周波数パワースペクトル変換手段１４２との間に、測定用信号に対して周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタ２０１が付加されている点である。
【００５９】
まず、制御部１００、電圧生成部１１０、ＶＣＯ４、方向性結合器５、サーキュレータ６、ミキサ７、アンテナ８、ＡＤＣ１２０、メモリ１３０が上記発明の実施の形態１と同様に動作して、目標のビート信号の振幅電圧がディジタル値でメモリ１３０に記憶される。
【００６０】
メモリ１３０に記憶されたビート信号のディジタル電圧値は、アップフェーズ、またはダウンフェーズが終了した時点で、制御部１００からの制御により、第２の信号処理部２００へ入力される。
【００６１】
以降、第２の信号処理部２００は図５に示す処理手順に従ってビート信号のディジタル電圧値を処理する。
【００６２】
まず、ステップ１では、アップフェーズ分のビート信号のディジタル電圧値Ｓｕ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝がメモリ１３０から読み出され、不要周波数成分分離手段１４１へ入力される。
【００６３】
続くステップ２では、不要周波数成分分離手段１４１がＳｕ（ｔ）にＳｕ（Ｔ−ｔ＋１）を乗じた測定用信号ＳＳｕ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝を算出する。
【００６４】
一般に、時間領域における微分演算は、周波数の大きさに比例してゲインが単調増加する周波数フィルタと等価である。従って、前記のＳＳｂ（ｔ）に対して微分演算を行うと、上記実施の形態１の図３の点線で示されているＳＳｂ（ｔ）の周波数パワースペクトルは、図６の点線のように低域周波数に現れるｘ（ｔ）に起因する周波数成分のパワーレベルが低減される。
【００６５】
この微分演算による特性を利用するため、ステップ１１では、周波数フィルタ２０１がＳＳｕ（ｔ）を入力して、ＳＳｕ（ｔ）のｎ回微分ＳＳｕ（ｎ）（ｔ）を算出する。
【００６６】
続くステップ３では、周波数パワースペクトル変換手段１４２がＳＳｕ（ｎ）（ｔ）を入力し、ＦＦＴ処理などを実施して周波数パワースペクトルＳＳｕｎ（ｆ）を得る。
【００６７】
ステップ４では、目標ビート周波数検出手段１４３がＳＳｕｎ（ｆ）を入力して、上記実施の形態１と同様な周波数検出処理を実施して、アップフェーズにおけるビート周波数Ｕｕを検出する。ただし、Ｕｕはアップフェーズにおける真のビート周波数の２倍の値である。
【００６８】
ステップ５ではステップ１と同様に、ダウンフェーズ分のビート信号のディジタル電圧値Ｓｄ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝がメモリ１３０から読み出され、不要周波数成分分離手段１４１へ入力される。
【００６９】
ステップ６ではステップ２と同様に、不要周波数成分分離手段１４１がＳｄ（ｔ）にＳｄ（Ｔ−ｔ＋１）を乗じて測定用信号ＳＳｄ（ｔ）｛ｔ＝１，２，・・・，Ｔ｝を算出する。
【００７０】
続くステップ１２ではステップ１１と同様に、周波数フィルタ２０１がＳＳｄ（ｔ）を入力して、ＳＳｄ（ｔ）のｎ回微分ＳＳｄ（ｎ）（ｔ）を算出する。
【００７１】
ステップ７ではステップ３と同様に、周波数パワースペクトル変換手段１４２がＳＳｄ（ｎ）（ｔ）を入力し、ＦＦＴ処理などを実施して周波数パワースペクトルＳＳｄｎ（ｆ）を得る。
【００７２】
ステップ８ではステップ４と同様に、目標ビート周波数検出手段１４３がＳＳｄｎ（ｆ）を入力して、周波数検出処理によってダウンフェーズにおけるビート周波数Ｄｄを検出する。ただし、Ｄｄはダウンフェーズにおける真のビート周波数の２倍の値である。
【００７３】
ステップ９では、距離・速度算出手段１４４が、ステップ４で検出されたＵｕと、ステップ８で検出されたＤｄから式（１４），（１５）より相対距離ｒと相対速度ｖを算出する。
【００７４】
ステップ１０では、第２の信号処理部２００が制御部１００からの制御として観測終了が入力されているかを判定し、入力されていなければステップ１に戻り、入力されていれば信号処理動作を終了する。
【００７５】
以上のように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、測定用信号を入力して周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタ２０１をさらに備えているので、周波数パワースペクトルにおいて低域周波数に現れる変動成分のパワーレベルを低減して、目標の検知性能の劣化を改善することができるという効果が得られる。
【００７６】
上述の周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタ２０１として、時間についての微分演算処理を備えているので、再現性の高い安定した周波数特性が得られ、目標の検知性能の劣化を改善できるという効果が得られる。
【００７７】
【発明の効果】
この発明は、周波数変調された送信信号と受信信号をミキシングして生成されるビート信号から、観測対象の目標を検知して、当該目標との相対距離および相対速度を測定するためのＦＭＣＷレーダ装置であって、前記ビート信号が入力されて、当該ビート信号を、時間的に変動する周波数成分と前記目標に対応する一定値の目標ビート周波数成分とに分離させた測定用信号を算出する不要周波数成分分離手段と、前記測定用信号を周波数パワースペクトルに変換する周波数パワースペクトル変換手段と、前記周波数パワースペクトルに基づいて、目標ビート周波数を検出して出力する目標ビート周波数検出手段と、前記目標ビート周波数に基づいて、前記目標との相対距離および相対速度を算出して出力する距離・速度算出手段とを備えているので、あらかじめ測定した制御・調整用データによらず、送信信号の周波数変調において線形性が確保されないことで発生する目標の周波数パワースペクトルにおけるピークパワーの拡散を減じて急峻なピークを得て、目標の検知性能や、距離・速度の測定精度の劣化を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成を示したブロック図である。
【図２】 本発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置の信号処理部における処理手順を示した説明図である。
【図３】 本発明の実施の形態１に係るＦＭＣＷレーダ装置での周波数パワースペクトルを示した説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態２に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成を示したブロック図である。
【図５】 本発明の実施の形態２に係るＦＭＣＷレーダ装置の信号処理部における処理手順を示した説明図である。
【図６】 本発明の実施の形態２に係るＦＭＣＷレーダ装置での周波数パワースペクトルを示した説明図である。
【図７】 ＦＭＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示した説明図である。
【図８】 ＦＭＣＷレーダにおける周波数パワースペクトルを示す説明図である。
【符号の説明】
１ マイクロコンピュータ、２ ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、３ ローパスフィルタ、４ ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌａｔｏｒ）、５ 方向性結合器、６ サーキュレータ、７ ミキサ、８ アンテナ、９ プリスケーラ、１１ ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、１２ カウンタ、１００制御部、１１０ 電圧生成部、１２０ ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）、１３０ メモリ、１４０ 信号処理部、１４１ 不要周波数成分分離手段、１４２ 周波数パワースペクトル変換手段、１４３ 目標ビート周波数検出手段、１４４ 距離・速度算出手段、２００ 第２の信号処理部、２０１ 周波数フィルタ。
Claims (8)
- 周波数変調された送信信号と受信信号をミキシングして生成されるビート信号から、観測対象の目標を検知して、当該目標との相対距離および相対速度を測定するためのＦＭＣＷレーダ装置であって、
前記ビート信号が入力されて、当該ビート信号を、時間的に変動する周波数成分と前記目標に対応する一定値の目標ビート周波数成分とに分離させた測定用信号を算出する不要周波数成分分離手段と、
前記測定用信号を周波数パワースペクトルに変換する周波数パワースペクトル変換手段と、
前記周波数パワースペクトルに基づいて、目標ビート周波数を検出して出力する目標ビート周波数検出手段と、
前記目標ビート周波数に基づいて、前記目標との相対距離および相対速度を算出して出力する距離・速度算出手段と
を備えていることを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。 - 前記不要周波数成分分離手段は、
観測期間Ｔ内で観測されたビート信号Ｓｂ（ｔ）に対して、当該観測期間Ｔ内で時間方向を逆にした信号Ｓｂ（Ｔ−ｔ）を乗じることにより、前記測定用信号を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置。 - 前記不要周波数成分分離手段と前記周波数パワースペクトル変換手段との間に設けられ、前記測定用信号に対して周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタを
さらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のＦＭＣＷレーダ装置。 - 前記周波数フィルタは、前記測定用信号に対して時間についての微分演算処理を行う
ことを特徴とする請求項３に記載のＦＭＣＷレーダ装置。 - 周波数変調された送信信号と受信信号をミキシングして生成されるビート信号から、観測対象の目標を検知して、当該目標との相対距離および相対速度を測定するためのＦＭＣＷレーダ用信号処理方法であって、
前記ビート信号を入力して、当該ビート信号を、時間的に変動する周波数成分と前記目標に対応する一定値の目標ビート周波数成分とに分離させた測定用信号を算出する不要周波数成分分離ステップと、
前記測定用信号を周波数パワースペクトルに変換する周波数パワースペクトル変換ステップと、
前記周波数パワースペクトルに基づいて、目標ビート周波数を検出する目標ビート周波数検出ステップと、
前記目標ビート周波数に基づいて、前記目標との相対距離および相対速度を算出する距離・速度算出ステップと
を備えたことを特徴とするＦＭＣＷレーダ用信号処理方法。 - 前記不要周波数成分分離ステップは、
観測期間Ｔ内で観測されたビート信号Ｓｂ（ｔ）に対して、当該観測期間Ｔ内で時間方向を逆にした信号Ｓｂ（Ｔ−ｔ）を乗じることにより、前記測定用信号を算出する
ことを特徴とする請求項５に記載のＦＭＣＷレーダ用信号処理方法。 - 前記不要周波数成分分離ステップと前記周波数パワースペクトル変換ステップとの間に設けられ、前記測定用信号に対して周波数の大きさに比例したゲインを与えて出力する周波数フィルタ処理ステップを
さらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載のＦＭＣＷレーダ用信号処理方法。 - 前記周波数フィルタ処理ステップは、前記測定用信号に対して時間についての微分演算処理を行うことを特徴とする請求項７に記載のＦＭＣＷレーダ用信号処理方法。
Priority Applications (1)
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