JP3938686B2 - レーダ装置、信号処理方法及びプログラム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標物までの距離と相対速度を計測するレーダ装置、信号処理方法及びプログラムに関し、特に、接近した位置に存在する複数の対象物を正確に計測可能とするレーダ装置、信号処理方法及びプログラムに関する。
【0002】
【従来技術】
近年、ITS(Intelligent Transport Systems)分野で高速道路などにおいて、走行している車両のアクセルやブレーキ制御を行うACC(Adaptive Cruise Control)システム等が考えられている。ACCシステムに必須なのが、前方を走行している車両の距離と相対速度を計測するセンサである。このセンサとしてはFM−CW(FrequencyーModulated Continuous Waves)方式のミリ波レーダは非常に有望である。
【0003】
FM−CWミリ波レーダは、FM変調した送信波と目標物(以下「ターゲット」という)からの受信波の差分からビート信号を生成し、FM周波数の上昇区間と下降区間に分けてFFT処理(高速フーリエ変換処理)を行い、ピークレベルとなる両区間の各ビート周波数を抽出する。
【0004】
そして各区間から抽出した2つのビート周波数からペアリング処理によりターゲットのビート周波数を決定し、ターゲットの距離と相対速度を求める。
【0005】
また、レーダアンテナを水平方向にスキャンさせると、アンテナ角度毎にターゲットの距離と相対速度が求まるため、2次元的にターゲットを検出することが可能である。
【0006】
【課題を解決するための手段】
しかしながら、FM−CWミリ波レーダでは近い位置にある複数ターゲットの分離が難しいという問題がある。
【0007】
ターゲットの距離方向の分離は、ビート信号に含まれる周波数を分離して抽出することが必要である。複数ターゲットの距離が近い場合には、複数の信号が近いビート周波数に現れてしまう。複数のビート周波数を分離するには、FFT処理で得られた周波数スペクトルのピークとピークの間に谷間があることを条件として分離している。しかし、ビート周波数が近い場合は、周波数スペクトルのピーク同士が重なって合成されるため、ピークが分離できなくなる。
【0008】
このようなピークの分離の限界は、FFTのポイント数や窓関数等によって決まるが、特に分離の可否の境界において、信号の位相差により分離の可否が不安定になることがある。
【0009】
複数のビート信号の周波数差が分離の可否の境界になる場合、複数のターゲットからの反射波がそれぞれの位相差により信号の合成のされ方が変わり、ピークとピークの間の谷のレベルが顕著に変化する。そのため、位相差によりピーク分離の可否が変り、分離の不安定さや異なるターゲットのビート周波数をペアとするミスペアにつながりやすい。
【0010】
同様にアンテナを水平方向にスキャンさせた時も、同じ距離で角度が近いターゲットの分離は、それぞれの位相差により分離の可否が変わり、ミスペアにつながる問題がある。
【0011】
本発明は、近い位置に存在する複数のターゲットの分離をより確実に行えるようにするレーダ装置、信号処理方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
(アンテナ非走査型レーダ装置)
本発明は、三角波信号で周波数変調(FM)された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、三角波信号によるFM上昇区間とFM下降区間毎にビート信号を周波数解析(FFT)する周波数解析部と、周波数解析結果から抽出されたビート周波数に基づいてターゲット(目標物)までの距離と相対速度を算出する演算部とを備えたFM−CWレーダ装置を対象とする。
【0013】
このようなレーダ装置につき本発明にあっては、少なくともFM上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積部と、蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分(特徴的な部分)を判定する判定部と、判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出部とを備えたことを特徴とする。
【0014】
本願発明者の考察によれば、複数のターゲットからの反射波は、それぞれが異なる位相であり、また、レーダもしくはターゲットが移動しているなら、ミリ波の波長から考えて、位相はランダムに変化する。また、複数のターゲットからの反射波は、それぞれの位相差により信号の合わさり方が変わるため、複数のピークとなるビート周波数が近い場合は、位相差によりピークとピークの間のレベルが顕著に変わる。
【0015】
そこで、本発明は、ランダムに変化する位相に起因してピークとピークの間の重なり具合が変化する周波数解析結果となる周波数スペクトルの分布を時系列的に複数回分蓄積し、その中からレベル差の大きい落込み部分の周波数を特徴的な部分と判断し、特徴的な部分の前後の2つのピークをそれぞれターゲットのビート周波数とし、近い位置に存在するターゲットの分離をより確実に行う。
【0016】
ここで蓄積部、判定部及びピーク周波数抽出部は、FM上昇区間及びFM下降区間の両方を処理するようにしても良く、これによってターゲットの分離を更に確実にする。
【0017】
本発明は、FM−CWレーダの信号処理方法を提供する。この信号処理方法は、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
三角波信号による変調周波数のFM上昇区間とFM下降区間毎にビート信号を周波数解析(FFT)する周波数解析ステップと、
少なくともFM上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を備えたことを特徴とする。
【0018】
ここで蓄積ステップ、判定ステップ及びピーク周波数抽出ステップを、上昇区間及び下降区間の両方について行うようにしても良い。
【0019】
本発明は、レーダ装置に搭載されたコンピュータ(例えばDSP)に実行されるプログラムを提供する。
【0020】
このプログラムは、コンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得たビート信号を入力し、三角波信号による変調周波数のFM上昇区間とFM下降区間毎にビート信号を周波数解析(FFT)する周波数解析ステップと、
少なくともFM上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
とを実行させることを特徴とする。
【0021】
(アンテナ走査型レーダ装置)
本願発明者の考察によれば、水平方向にアンテナを走査しているレーダ装置では、同一距離にある複数のターゲットがアンテナからみて近い角度に存在する場合に、複数の受信波の位相差により分離の可否が不安定となる角度範囲があり、レーダもしくはターゲットが移動しているなら、位相はランダムに変化している。
【0022】
そこで本発明にあっては、所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナと、三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、三角波信号による変調周波数のFM上昇区間とFM下降区間毎にビート信号を周波数解析(FFT)する周波数解析部と、周波数解析結果から得られたビート周波数に基づいてアンテナ角度と対応づけられたターゲットについて、アンテナ走査角の変化に対する周波数解析部で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定の角度範囲で走査角毎に複数蓄積する蓄積部と、蓄積部に蓄積されたアンテナ走査角に対する複数のスペクトル値の変化から谷部分を判定する判定部と、判定部で判定した谷部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在するターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出部とを設けたことを特徴とする。
【0023】
このように本発明は、同一距離で異なる方向に存在する複数のターゲットについて抽出されたビート周波数のスペクトル値が、ランダムに変化する位相に起因して各ターゲット方向でのピークとピークの間の重なり具合が変化する分布を時系列的に複数回分蓄積し、その中からレベル差の大きい落込み部分の周波数を谷部分と判断する。そして、谷部分の前後の2つのピーク方向をそれぞれターゲットと認識し、同一距離で近い位置に存在する複数ターゲットの分離をより確実に行う。
【0024】
ここで、アンテナ走査型レーダ装置について、アンテナ非走査型レーダ装置と同様に、特定のアンテナ走査位置での処理として、その周波数解析部は、更に少なくともFM上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する第2蓄積部と、第2蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する判定部と、第2判定部で判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数とする第2ピーク周波数抽出部とを備えたことを特徴とする。
【0025】
ここで第2蓄積部、第2判定部及び第2ピーク周波数抽出部は、FM上昇区間及びFM下降区間の両方を処理するようにしても良い。
【0026】
本発明は、FM−CWレーダの信号処理方法を提供する。この信号処理方法は、
三角波信号で周波数変調された送信信号を所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
三角波信号による変調周波数のFM上昇区間とFM下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
アンテナ走査角の変化に対する周波数解析で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定の角度範囲で走査角毎に複数蓄積する蓄積ステップと、
蓄積部に蓄積されたのアンテナ走査角に対する複数のスペクトル値の変化から谷部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在するターゲットのビート周波数とするピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてアンテナ走査角に対応づけられたターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を備えたことを特徴とする。
【0027】
ここで周波数解析ステップは、更に
少なくともFM上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する第2蓄積ステップと、
蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する第2判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求める第2ピーク周波数抽出ステップと、
を備えたことを特徴とする。
【0028】
第2蓄積ステップ、第2判定ステップ及び第2ピーク周波数抽出ステップを、FM上昇区間及びFM下降区間の両方について行うようにしても良い。
【0029】
本発明は、FM−CWレーダに搭載されるコンピュータ(DSP)により実行されるプログラムを提供する。このプログラムは、コンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号を所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得られたビート信号を入力し、三角波信号による変調周波数のFM上昇区間とFM下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
アンテナ走査角の変化に対する前記周波数解析で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定の角度範囲でアンテナ走査角毎に複数蓄積する蓄積ステップと、
蓄積された複数のアンテナ走査角に対するスペクトル値の変化から谷部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在するターゲットのビート周波数とするピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてアンテナ角度に対応づけられたターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を実行させることを特徴とする。
【0030】
(固定設置型レーダ装置)
本発明は、更に、交通量監視などのために道路の構築物に固定設置されるレーダ装置を提供する。
即ち、本発明は、装置構築物に固定設置されたアンテナと、三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、三角波信号による変調周波数のFM上昇区間とFM下降区間毎にビート信号を周波数解析(FFT)する周波数解析部と、この周波数解析結果から得られたビート周波数に基づいてターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算部とを備えた固定設置されるレーダ装置について、少なくともFM上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積部と、蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する判定部と、判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、アンテナの設置位置を使用波長に対応した微小範囲で周期的に動かすアンテナ駆動部とを備えたことを特徴とする。
【0031】
固定設置型のレーダ装置では、車両などの移動体搭載型のような受信波のランダムな位相変化はおきず、位相が固定されてしまう。そこで、アンテナの位置を動かすで、ランダムな位相変化を強制的に作り出し、特定のアンテナ方向に近接して存在する複数ターゲットを確実に分離する。
【0032】
ここで、蓄積部、判定部及びピーク周波数抽出部は、FM上昇区間及びFM下降区間の両方を処理する良いにしても良い。
【0033】
本発明は、スキャン型のレーダ装置の信号処理方法を提供する。この信号処理方法は、
構造物に固定設置されたアンテナの設置位置を使用波長に対応した微小範囲で周期的に動かすアンテナ駆動ステップと、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
三角波信号による変調周波数のFM上昇区間とFM下降区間毎にビート信号を周波数解析(FFT)する周波数解析ステップと、
少なくともFM上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、を備えたことを特徴とする。
【0034】
ここで蓄積ステップ、判定ステップ及びピーク周波数抽出ステップを、FM上昇区間及びFM下降区間の両方について行うことを特徴とする。
【0035】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明によるFM−CWレーダ装置のブロック図である。図1において、本発明のFM−CW装置は大別して、信号処理部10、ミリ波部12及びアンテナ部14で構成される。
【0036】
信号処理部10にはDSP16に加え、受信側の信号処理部として呼出名称符号発生回路18、三角波発生回路20、切替回路22が設けられ、また受信側の信号処理部としてIFアンプ42、第2混合器44、ベースバンドアンプ46、AD変換器48及びヘテロダイン発振器50が設けられている。
【0037】
ミリ波部12における送信側には、38.26GHzの電圧制御発振器(VCO)24、送信部26が設けられる。送信部26には2逓倍回路28と送信アンプ30が設けられる。ミリ波部12の受信側の受信部36には受信アンプ38と第1混合器40が設けられる。第1混合器40に対しては、送信側に配置した方向性結合器31より、送信波の一部がローカル信号として加えられている。
【0038】
アンテナ部14には送信アンテナ素子32と受信アンテナ素子34が設けられる。この実施形態のFM−CWレーダ装置にあっては76GHz帯の周波数を使用しており、100m先で1レーンを監視したい場合のビーム幅は約2〜3度となる。この場合のアンテナ開口の大きさは、60GHzを使用していても直径10cm以上となる。
【0039】
このため、パラボラアンテナや カセグレンアンテナなどにあってはアンテナ部が大型化するので、この実施形態にあっては、小型、薄型化が可能なトリプレート線路構造の多素子平面アンテナを使用している。
【0040】
ここで図1のFM−CWレーダ装置における計測原理を、図2を参照して説明する。本発明のFM−CWレーダ装置にあっては、図2(A)のように76GHz帯の送信波を三角波信号で変調する。三角波信号の変調信号をfmとすると、その周期は(1/fm)となる。
【0041】
図2(A)にあっては、この三角波信号で周波数変調された送信波52を実線で示している。アンテナからの送信波は先行する車などから反射されてきた受信波としてアンテナで受信され、送信波の一部を混合することでビート信号が得られる。
【0042】
このビート信号のビート周波数には先行車両までの距離Rと相対速度Vの信号成分が含まれる。図2(A)の破線で示す受信波54は、先行車両の距離Rに応じた時間差と相対速度に応じたドップラーシフトを生じている。ここで、送信波52として示す三角波信号の変調周波数を上昇させている区間をFM上昇区間と呼び、変調周波数を下降させている区間をFM下降区間と呼ぶ。
【0043】
このような送信波52と受信波54から得られたビート信号は、図2(C)のようになり、またビート周波数は図2(B)のようになる。ビート周波数はFM上昇区間におけるビート周波数fuとFM下降区間におけるビート周波数fdの2つが、1つのターゲットとなる車両について得られる。
【0044】
このようなビート信号のビート周波数fu,fdに基づき、先行する車両までの距離Rと相対速度Vは次式で与えられる。
【0045】
【数1】
【0046】
ここで
c :電波の伝播速度(=光速)
Δf:三角波の変調幅
fm:三角波の変調周波数
f0 :変調中心周波数
fu:変調信号が増加する区間に得られるビート信号の周波数
(アップビート周波数)
fd:変調信号が減少する区間に得られるビート信号の周波数
(ダウンビート周波数)
即ち本発明のFM−CWレーダ装置にあっては、三角波変調信号におけるFM上昇区間のビート周波数fuとFM下降区間におけるビート周波数fdをそれぞれ計測し、両者の和と差を計算することで距離Rと相対速度Vを求めることができる。
【0047】
再び図1を参照して、信号処理部10及びミリ波部12の詳細を説明する。信号処理部10の呼出名称符号発生回路18は、レーダ装置1台ごとに定められた固有の識別番号を装置の電源投入時に発生してアンテナ部14から送信する。この呼出名称符号の送信は、日本にあっては電波法により義務づけられている。三角波発生回路20はDSP16からの同期信号に基づいて、図2(A)の送信波52のような三角波変調信号を出力する。
【0048】
切替回路22は、装置の電源投入時に呼出名称符号発生回路18側に切り替わっているが、その後、三角波発生回路20側に切り替わり、三角波発生回路20からの三角波変調信号をミリ波部12に供給する。
【0049】
信号処理部10からの三角波変調信号は、ミリ波部12に設けられた38.25GHzの電圧制御発信機24を制御し、図2(A)における周波数変調幅ΔFの範囲で周波数シフトさせる。この周波数変調幅ΔFは、変調中心周波数f0を76.5GHzとすると100〜200MHzの範囲に定めた周波数幅で変化させる。
【0050】
電圧制御発振器24からの38.25GHzの三角波変調信号は、送信部26の2逓倍回路28で76.5GHzに2逓倍され、送信アンプ30により送信出力として必要なレベルに増幅されて、アンテナ部14の送信アンテナ素子32に供給される。
【0051】
ミリ波部12の受信部36は、受信アンテナ素子34で受信したターゲットからの微弱な反射波信号を受信アンプ38で増幅すると同時に、送信側の出力信号の一部を方向性結合器31で取り出してローカル信号として第1混合器40に供給し、76GHz帯の受信信号を周波数変換してIF信号を出力する。
【0052】
ここで受信部36は簡易ヘテロダイン受信方式を使用している。この簡易ヘテロダイン受信方式は、受信アンプ38にヘテロダイン発振器50からの発信信号を供給してスイッチングすることにより、ヘテロダイン発振器50で示されるスイッチング源と同一の信号源で、ローカル信号による周波数変換に加え更に周波数変換する方式としている。
【0053】
具体的には、受信アンプ38における増幅段に使用しているFETのドレイン電圧を、ヘテロダイン発振器50からのスイッチング信号によりオン・オフしてスイッチ効果を持たせている。
【0054】
受信部36で周波数変換されたIF信号はIFアンプ42で増幅された後、第2混合器44でベースバンド信号に周波数変換される。第2混合器44からのベースバンド信号は、例えば400KHz帯の信号となる。
【0055】
ベースバンド信号はベースバンドアンプ46で増幅された後、A/D変換器48でサンプリングされてデジタル信号に変換され、DSP16に入力される。ベースバンドアンプ46から出力される信号は図2(c)のビート信号であり、図2(b)に示すFM上昇区間のビート周波数fuとFM下降区間のビート周波数fdを含んでいる。
【0056】
DSP16は、A/D変換器48でサンプリングによりデジタル信号に変換されたビート信号を取り込み、三角波変調信号に同期させて、FM上昇区間のビート信号及びFM下降区間のビート信号のそれぞれについて区間毎にFFT演算(高速フーリエ演算)を実行し、各区間のビート周波数fu,fdを求める。
【0057】
このためのFFT演算には例えば複素周波数内挿法を使用して、周波数ピーク値を精度よく求める。このようにして求めたビート周波数fu,fdのそれぞれを前記(1)(2)式に代入することにより、先行する車両となるターゲットまでの距離Rと相対速度Vを求めることができる。
【0058】
このDSP16で求められた先行車両となるターゲットに対する距離Rと相対速度Vは、衝突警報、障害物警報の他、アクセルやブレーキの制御を含めた自動車走行支援システムに使用される。
【0059】
図3は、図1のDSP16で実現される本発明における信号処理機能のブロック図である。このDSPによる信号処理機能は、FM上昇区間処理部56、FM下降区間処理部58、ペアリング処理部64及び距離速度演算部66で構成される。
【0060】
FM上昇区間処理部56及びFM下降区間処理部58は、AD変換された各区間のビート信号E1,E2を入力し、FFT演算を行った後に、演算結果として得られた周波数スペクトルの中のピークレベルの周波数をビート周波数fu,fdとして抽出して出力する。
【0061】
ここでFM上昇区間処理部56にあっては、後の説明で明らかにするように、本発明では、アンテナから見て同一方向に接近して存在する複数のターゲットからの反射波の位相差に起因した近いビート周波数のピークの重なり具合の変動に対し、高精度で複数ターゲットを分離して検出する処理機能を備える。
【0062】
これに対しFM下降区間処理部58は、FFT処理部60とピーク周波数抽出部62を備えるだけであり、FM下降区間のビート信号E2をFFT演算して周波数スペクトルを求め、その中のピークレベルとなる周波数をビート周波数fdとして抽出して出力する。
【0063】
ペアリング処理部64は、FM上昇区間処理部56とFM下降区間処理部58から出力される各ビート周波数fu,fdのペアリングを行う。このペアリングは複数ターゲット間の反射波から各区間に複数のビート周波数が得られた場合、各区間におけるレベルが同一となるビート周波数をペアとするペアリングを行う。
【0064】
距離速度演算部66は、ペアリング処理部64より出力されたビート周波数ペア(fu,fd)ごとに、前記(1)(2)式に代入して、ターゲットまでの距離Rと相対速度Vを演算して出力する。
【0065】
図4は、図3のFM上昇区間処理部56に設けられた本発明によるターゲット分離のための機能構成のブロック図である。本発明の信号処理が適用されるFM上昇区間処理部56は、FFT処理部68、蓄積部70、谷判定部72、ピーク周波数抽出部74及びタイミング制御部76を備えている。
【0066】
FFT処理部68はFM上昇区間処理部について、AD変換されたビート信号E1を入力し、FFT演算により周波数解析結果として、例えば横軸を周波数軸、縦軸を相対振幅として描かれる周波数スペクトルパターンを得る。
【0067】
FFT処理部68で演算された周波数スペクトルパターンは、蓄積部70に複数回分蓄積される。蓄積部70に蓄積されるFFT演算結果としての周波数スペクトルパターンは、例えば5〜10回程度でよい。この蓄積回数は処理時間を短縮するためには少ないほうがよく、例えばこの実施形態にあっては5回分の蓄積を行っている。
【0068】
谷判定部72は、蓄積部70に蓄積された複数回のFFT演算結果となる周波数スペクトルパターンについて、アンテナから見て同一方向に接近して2つのターゲットが存在したときに生ずる近接したビート周波数のピークの間の谷部分を比較判定する。
【0069】
ピーク周波数抽出部74は、谷判定部72による谷部分と判定された周波数の両側に存在する2つのピーク部分の周波数を2つのターゲットによるビート周波数fu1,fu2と認識して抽出し、これを図3に示したペアリング処理部64に出力する。
【0070】
タイミング制御部76は、図5のタイミング説明図のように、蓄積部70に対するFFT処理部68の演算結果としての周波数スペクトルパターンのFM上昇区間77における5回分の蓄積をT1期間制御した後、谷判定部72及びピーク周波数抽出部74を起動し、次の蓄積期間T2の間に複数の周波数スペクトルパターンに対する谷部分の判定に基づく両側のピークのビート周波数の抽出によるターゲット分離判定処理を行う。
【0071】
図6は、図4のFM上昇区間処理部56のターゲット分離処理が有効となる2つのターゲットがアンテナから見て同一方向に接近して存在している場合の計測状態の説明図である。
【0072】
図6において、アンテナ部14から見て同一方向に2つのターゲット82,84が近接して存在しており、それぞれの距離はR1,R2となっている。このような場合、アンテナ部14からの送信波に対するターゲット82,84からの受信波によるビート信号のビート周波数は接近しており、FFT演算結果として得られる周波数スペクトルパターンにおける各ビート周波数を抽出するためのピークレベルも周波数が接近している。
【0073】
この状態で、車両に搭載しているアンテナ部14は、走行振動などにより常に微弱な位置変化を生じており、またターゲット82,84側も走行振動などにより常に微弱な位置変動を生じており、このためアンテナ部14に対するターゲット82,84からの受信波の位相がランダムに変化している。
【0074】
図7は、図6のような2つのターゲット82,84からの受信波のビート信号をFFT演算した周波数スペクトルパターンの計測結果の一例である。ここで距離R1のターゲット82からのビート周波数fu1は56.5KHzであり、一方、距離R2にあるターゲット84からのビート信号のFFT演算結果で得られたビート周波数fu2は60KHzとした場合を例にとっている。
【0075】
このような2つの近接したターゲット82,84に依存したビート周波数fu1,fu2について、シミュレーションにより受信波の位相をランダムに変化させると、位相が逆相に近くなるほど2つのピーク部分88,92に対し谷部分86が十分に落ち込んでピークの分離が可能となる。
【0076】
また位相差がなくなって同相に近づくとピーク部分88,90の間の谷部分86の落ち込みがほとんどなくなり、周波数スペクトルパターンからはピークが1つになってしまい、ターゲットが2つあることが分離できなくなる。
【0077】
このような2つのターゲットからの反射波のランダムに変化する位相差によるピーク部分の合成のされ方の変化はランダムであり、谷部分86が十分に落ち込んだタイミングであれば正しく2つのターゲットを分離できるが、谷部分86がほとんどないようなタイミングでは2つのターゲットを1つのターゲットと誤って判定することになる。
【0078】
そこで本発明にあっては、図7のような2つのターゲットによるピーク部分88,90の間の谷部分86の落ち込み変化が位相差によりランダムに起きる点に着目し、FFT演算結果として得られる周波数スペクトルパターンを複数回分、例えば5回分蓄積した後に、蓄積された5回分の周波数スペクトルパターンを対象に谷部分86の判定を行い、谷部分86と判定された周波数の両側に存在するピーク部分88,90をターゲットによるピークと認識して、そのビート周波数fu1,fu2を抽出する。
【0079】
このような位相差によりランダムに変化する2つのピークの間の谷部分のレベル変動は、5〜10回程度蓄積すれば、その中にほぼ完全に谷部分86と見なせるレベル変化が含まれていることから確実に判定できる。
【0080】
もちろん蓄積する回数は少ないほどよいが、2〜3回程度では谷部分86のレベル変化が十分起きないパターンしか得られない場合があるので、5回程度とすることが望ましい。また分離精度を高めるためには蓄積する回数を例えば10回というように増やせばよいが、その分、処理時間の遅れが大きくなることから、処理時間と分離精度を考慮して適切な蓄積回数を定めればよい。
【0081】
図8は、図4の蓄積部70に蓄積されたFFT演算結果としての周波数スペクトルパターンの記憶状態であり、5回分の記憶系列80ー1〜80ー5を示している。この記憶系列80ー1〜80ー5は、例えば1回目の記憶系列80ー1に示すように、記憶方向に所定の分解能で周波数f1〜fnを持ち、各周波数位置に周波数スペクトルパターンにおける相対振幅W11〜W1nを記憶している。
【0082】
図4の谷判定部72による蓄積部70に蓄積された例えば図8のような5回分の記憶系列80ー1〜80ー5を対象とした谷部分の判定は、例えば次のいずれかをとることができる。
【0083】
(1)2つのピークの間のレベル低下が所定値を超える周波数を谷部分とする。
(2)記憶系列パターンを微分し、微分結果がマイナスとなり且つ所定値を超える周波数を谷部分とする。
【0084】
これ以外にも、蓄積された複数回分の記憶系列となる周波数スペクトルパターンのうち例えば差分などをとることにより、2つのピークの間の谷部分を判定することができる。
【0085】
図9は、図4のFM上昇区間処理部56に設けたFFT処理部68及び蓄積部70による蓄積処理を含むFFT処理のフローチャートであり、このFFT処理は図1のDSP16で実行されるプログラムの一部を構成する。
【0086】
図9のFFT処理は、ステップS1でFM上昇区間であることを認識すると、ステップS2で、そのときAD変換により取り込まれたビート信号を対象にFFT演算を実行し、ステップS3で、図8のように所定の分解能を持つ周波数f1〜fnに対し周波数スペクトル値として得られる相対振幅Wを持つ周波数スペクトルパターンを蓄積する。
【0087】
続いてステップS4でカウンタnを1つカウントアップする。なお、カウンタnは最初、n=0になっている。続いてステップS8でカウンタnが所定の閾値TH、例えばTH=5以上か否かチェックする。
【0088】
カウンタnが閾値TH未満であれば、ステップS8に進み、FM下降区間であることを認識すると、ステップS9でFM下降区間について得られたビート信号を対象にFFT演算を実行し、ステップS10で、FFT演算結果として得られた周波数スペクトルパターンにおける相対振幅がピークとなるビート周波数fdを抽出する。
【0089】
このようなステップS1〜S5,S8〜S10の繰り返しにより、ステップS5でカウンタnが閾値THに一致すると、ステップS6に進み、別ルーチンとして準備されているターゲット分離判定処理の起動指示を行った後、ステップS7でカウンタnを0にリセットし、以上の処理を繰り返す。
【0090】
ステップS6でターゲット分離判定処理の起動指示が出されると、図10のターゲット分離判定処理が実行される。このターゲット分離判定処理は、図4に示した谷判定部72及びピーク周波数抽出部74の処理機能に対応し、図9のFFT処理と同様、図1に示したDSP16のプログラムの一部を構成している。
【0091】
図10のターゲット分離判定処理にあっては、ステップS1で、蓄積している複数回分の周波数スペクトルパターン、例えば図8のような5回分の記憶系列80ー1〜80ー5を対象に谷部分の判定処理を実行する。この判定結果に基づき、ステップS2で谷部分が判定されると、ステップS3に進み、谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を抽出する。一方、ステップS2で谷部分がなかった場合には、単一のターゲットであることから、ステップS4に進み、振幅ピークのビート周波数を抽出する。
【0092】
続いてステップS5に進み、ステップS3,S4で得られているFM上昇区間のビート周波数fuと図9のステップS10で得られているFM下降区間のビート周波数fdについて、同一レベル同士を組み合わせるペアリング処理を行った後、ステップS6で、ペアリングされたビート周波数(fu,fd)を(1)(2)に代入して、ターゲットに対する距離Rと相対速度Vを求める。この距離と相対速度の演算はペアリングされた各ターゲットごとに行う。
【0093】
図11は、図3に示しているFM上昇区間処理部56とFM下降区間処理部58の他の実施形態であり、図3の実施形態にあっては図4のようにFM上昇区間処理部56についてのみ、アンテナから見て同一方向に接近して存在する2つのターゲットの位相差によるピーク間のレベルばらつきからターゲットを分離判定する機能を設けているが、この実施形態にあってはFM下降区間処理部58についても同様に設けるようにしたことを特徴とする。
【0094】
即ち図11の実施形態にあっては、FM上昇区間処理部56及びFM下降区間処理部58について、FFT処理部68ー1,68ー2、蓄積部70ー1,70ー2、谷判定部72ー1,72ー2及びピーク周波数抽出部74ー1,74ー2を設け、タイミング制御部92でターゲット分離判定のための蓄積及び谷判定、更にピーク抽出を実行している。
【0095】
このようにFM上昇区間処理部56及びFM下降区間処理部58の両方について、アンテナから見て同一方向に接近して存在する2つのターゲットの反射波の位相のばらつきに起因したピークレベルの重なり合いの変化を考慮したターゲット分離を行うことで、より精度の高いターゲットの計測が実現できる。
【0096】
図12は、本発明によるFM−CWレーダ装置の他の実施形態であり、この実施形態にあってはアンテナを水平方向に走査する装置を対象とする。
【0097】
図12において、FM−CWレーダ装置は大別して、信号処理部10、ミリ波部12及びアンテナ部14により構成されており、それぞれの構成は図1の実施形態と同じである。
【0098】
これに加え、この実施形態にあってはアンテナ部14に対しアンテナ走査機構94を設けている。アンテナ走査機構94は、モータ駆動によるリンク機構及びギアトレインを介してアンテナ部14を機械的に連結し、アンテナ部14を水平方向の所定角度範囲で走査するようにしている。
【0099】
例えばアンテナ部14により100m前方で自分の走行レーンの両側の1レーンを含めた3レーンを監視したい場合には、アンテナ走査機構94により例えば±6°の範囲でアンテナの水平走査を行う。
【0100】
図13は、図12の信号処理部10に設けているDSP16で実現される本発明の信号処理機能のブロック図である。
【0101】
図13において、DSP16による信号処理機能は、FM上昇区間処理部56、FM下降区間処理部58、ペアリング処理部64を備える。この部分は図3の実施形態と同じであり、また図11の実施形態を持つFM上昇区間処理部56とFM下降区間処理部58であってもよい。
【0102】
更に図3のFM下降区間処理部58のように、FM上昇区間処理部56及びFM下降区間処理部58は、図4のようなターゲット分離判定処理の機能を持たない単なるFFT処理部とピーク周波数抽出部を備えた処理部であってもよい。
【0103】
ペアリング処理部64に続いては、本発明によるターゲット分離判定部95が設けられる。このターゲット分離判定部95は、水平走査されるアンテナから見て2つのターゲットが同じ距離で接近した角度範囲に存在したときの受信波の位相差により、1つのターゲットとして誤って判断されてしまうことを防止するために設けている。
【0104】
ターゲット分離判定部95の切替回路96は、2つのターゲットが分離できなくなるアンテナ角度範囲での切替えを行う。図14はアンテナ部14の水平走査を示している。アンテナ部14は、ーθmax〜+θmaxの範囲で水平走査される。この中にターゲット分離処理を行う角度範囲としてα〜βの範囲を設定している。
【0105】
図13の切替回路96は、アンテナ部14の走査角度θが角度範囲α〜βにあるとき蓄積部98側に切り替わり、それ以外のときには距離速度演算部66側に切り替わっている。このため、角度α〜βの範囲で得られたペアリング処理部64からのビート周波数ペア(fu,fd)について、ターゲット分離判定部95による処理を実行する。
【0106】
このターゲット分離判定部95は、蓄積部98、谷判定部100、ピーク周波数抽出部102及びタイミング制御部104で構成される。タイミング制御部104は、切替回路96の制御とターゲット分離判定部95の動作を、アンテナ走査角θに基づいて制御する。
【0107】
図15(A)はアンテナ走査角θの特性106であり、例えば一定周期で直線的に角度が変化している。このようなアンテナ走査角θの特性106に対し、ターゲット分離判定処理を行う角度範囲α,βが設定され、その範囲内において図15(b)の蓄積タイミングのように蓄積108が行われる。
【0108】
図16は、図13のターゲット分離判定部95が処理対象とするアンテナに対する2つのターゲットの状態である。図16において、アンテナ部14から見て2つのターゲット110,112が同一距離Rでアンテナ走査角θt1,θt2という近い角度で存在している。
【0109】
この場合、アンテナ部14のターゲット110,112からの受信波から得られたビート信号のFFT演算により抽出されるビート周波数は、ターゲット110,112について共に同じビート周波数である。しかしながら、アンテナ走査角θt1,θt2が異なることから、両者の角度差が大きければ十分に区別できるが、例えば図示のようにθt1=0°に対しθt2=+2.5°と近い角度にあった場合には、同じビート周波数における周波数スペクトル値即ち相対振幅の値が、反射波の干渉による位相差の影響を受けて、各アンテナ走査角におけるレベルが重なり合う現象が見られる。
【0110】
図17は、横軸に水平方向角度θをとり、縦軸に同じビート周波数で得られた周波数スペクトル値の相対振幅をとった場合のシミュレーションによる位相差が変わった場合の計測結果である。図17において、2つのターゲット110,112からの受信波の位相が逆相の状態にあっては、同一ビート周波数となる周波数パワースペクトル値即ちピークとなる相対振幅の値は、水平方向角度θの変化に対し各ターゲット位置でピーク部分118,120を持ち、その間で谷部分116を持つこととなり、2つのターゲットを確実に分離することができる。
【0111】
これに対し2つのターゲット110,112からの受信波の位相が同相に近づくと、水平方向角度の変化に対しターゲットの間の谷部分116が埋まり、完全に同相となった場合には谷部分116は消えて、単一のピークのみを持つ1つのターゲットの計測特性となる。
【0112】
そこで図13のターゲット分離判定部95にあっては、図16のように、アンテナ部14から見て同一距離Rに狭い角度で2つのターゲット110,112が存在したときの両者の反射波の位相のばらつきに起因した図17の2つのターゲットのピークの間のレベル変動に対し、蓄積部98で複数走査回分の抽出ビート周波数における周波数スペクトル値即ち相対振幅値を蓄積する。
【0113】
そして、複数走査回分のアンテナ走査回数の蓄積結果の中から、谷判定部100により、図17におけるピーク部分118,120の間の谷部分116を検出し、ピーク周波数抽出部102で谷部分116の両側のピーク部分118,120の水平方向角度θt11,t21にそれぞれターゲットが存在するものと判断し、この分離された2つのターゲットにつきビート周波数に基づいて距離と相対速度を演算する。
【0114】
図18は、図17のような位相差による水平角度方向に対する同一ビート周波数の相対振幅値パターンの5回走査分を蓄積した記憶系列122ー1〜122ー5の説明図である。この記憶系列122ー1〜122ー5は、所定の予め定めた角度範囲α〜βの範囲のアンテナ走査角θ1〜θnのそれぞれに対応する同一ビート周波数における相対振幅値のピークレベルP11〜P1nを、例えば蓄積系列122ー1の場合は記憶している。
【0115】
そして、このようなアンテナ走査角に対する周波数スペクトルピーク値の系列パターンについて、図4の実施形態の谷判定部72と同様、2つのピークレベルに対する間のレベルの大きいものあるいは記憶系列パターンの微分により谷部分を判定し、その谷の両側に存在するピーク部分のアンテナ角度方向にターゲットが存在すると判断し、各ターゲットごとに距離及び相対速度を求めることになる。
【0116】
図19は、図13の実施形態におけるFFT処理であり、また図20は図13のターゲット分離判定部95側における処理のフローチャートである。いずれのフローチャートも図12に示したDSP16で実行されるプログラムを実現する。
【0117】
図19のFFT処理は、図4に示したターゲット分離判定処理を含まない単純な処理の場合であり、ステップS1でFM上昇区間を判定すると、ステップS2でFFT演算を実行し、ステップS3で周波数スペクトルパターンのピークレベルに対応したビート周波数fuを抽出する。
【0118】
続いてステップS4でFM下降区間を認識すると、ステップS5で同じくFFT演算を行い、周波数スペクトルパターンのピークレベルに対応したビート周波数fdを抽出する。そしてステップS7でFM上昇区間のビート周波数fuとFM下降区間のビート周波数fdにつき、それぞれ複数得られている場合には同一レベルとなるビート周波数の組をペアとするペアリングを行って出力する。
【0119】
図20のターゲット分離判定処理にあっては、ステップS1でアンテナ走査角θを読み込み、ステップS2で判定処理を行うα〜βの範囲か否かチェックする。範囲内であれば、ステップS3でアンテナ走査角θiに対応したビート周波数の抽出に使用した周波数スペクトル値となる相対振幅のピーク値piを蓄積する。
【0120】
続いて、ステップS4で角度範囲α〜βの走査回数が予め定めた所定回数例えば5回か否かチェックする。5回でなければ再びステップS1からの処理を繰り返す。
【0121】
ステップS4で走査回数が設定回数に達すると、ステップS5に進み、蓄積された走査角に対する相対振幅ピークのパターンを対象に谷部分を判定する。ステップS6で谷部分が判定されると、ステップS7で谷の両側のピーク方向にターゲットが存在することを判定する。
【0122】
谷部分が判定できなければ、ステップS8で単一のピーク方向でのターゲットの存在を判定する。そして、いずれの場合もステップS9で、判定したターゲット方向について、そのビート周波数から距離と相対速度を演算して出力する。
【0123】
またステップS2で、ターゲット分離判定を行う角度範囲を外れているアンテナ走査角の場合には、直ちにステップS8で、そのときのピーク方向にターゲットが存在するものと判断し、ステップS9で1つのターゲットを対象にビート周波数から距離と相対速度を演算して出力する。
【0124】
このようなアンテナから見て同一距離に2つのターゲットが存在したときのターゲットの分離が確実に行われ、例えば3レーンの道路のセンターレーンを走行して両側のレーンに同一距離で他の車両が走行しているような場合、本発明のターゲット分離判定が行われない場合には、位相差によっては自分の走行レーンの前方に単一のターゲットが存在するという誤った判断が行われ、ターゲットに接近すると突然、両レーンにターゲットが分離してしまうゴーストの存在によるミス判定が行われるが、このような3レーンのセンターレーンを走行したときのターゲットの異常判定を確実に防止することができる。
【0125】
図21は、本発明のFM−CWレーダ装置を構造物に固定設置する説明図である。図21において、道路124の路肩部分にポール126が設置されており、ポール126の上部に道路124側に向けて支持アーム128を固定し、支持アーム128の先端に本発明のFM−CWレーダ装置のアンテナ部14を設置している。このアンテナ部14の設置により、道路124を走行する車両に関する情報を計測する。
【0126】
このように構造物にアンテナ部14を固定設置した場合、アンテナ部14が車両搭載のように走行中に振動などで位置が変わるようなことはなく、複数のターゲットについて得られる受信波の位相関係も固定している。このため、アンテナ部14から見て図6のような同一方向に2つのターゲット82,84が接近して存在するような状態にあっても、図7におけるいずれか1つの固定的なパターンしか生じない。
【0127】
このため、図4のようなターゲット分離判定のための機能構成を設けていても、ランダムな位相変化に起因したピークパターンの変動によるターゲット分離判定ができない。
【0128】
そこで、図21のようにアンテナ部14を固定設置している場合には、図22のようなアンテナ駆動機構を設け、アンテナ部14をアンテナ走査とは非同期に強制的に動かすことで、受信波に対する位相のランダムな変動を作り出す。
【0129】
図22に示すアンテナ駆動機構は、アンテナ部14をアンテナ指向方向に対し直交行する横方向に移動自在なスライダ130に固定している。スライダ130の右側はオーバルギア134の軸に緩み状態で嵌め込まれている。オーバルギア134にはモータ駆動されるドライブギア132が噛み合わされている。
【0130】
ドライブギア132を回転すると、これに伴ってオーバルギア134が回転し、ドライブギア132は固定位置で回転しているのに対し、オーバルギア134を相対移動可能にしていることで、オーバルギア134の半径の変化に応じスライダ130が矢印のように往復運動を起こす。
【0131】
このため、スライダ130に固定しているアンテナ部14が14'の範囲で横方向に移動し、これによってターゲットからの受信波の位相が強制的に変化する。したがって、図21のようにアンテナ部14を固定設置していても、アンテナの強制的な動きによる位相変動で、図7に示したような2つのピーク部分88,90の間の谷部分86のレベルがランダムに変動し、これによって図4に示したターゲット分離判定機能を有効に動作させることができる。
【0132】
図22において、アンテナ部14を動かす範囲としては、使用周波数76GHz帯といったミリ波の波長に対応し、数ミリ程度の範囲で動かせばよい。
【0133】
もちろん、位相変化を強制的に作り出すための駆動機構は図22のオーバルギア134を使用した駆動機構に限定されず、適宜の往復運動機構が使用できる。
【0134】
なお上記の実施形態は、移動体用のFM−CWレーダ装置として自動車搭載用を例にとるものであったが、これ以外に、本発明のFM−CWレーダ装置を船舶に搭載し、船舶用の接岸装置や衝突防止装置等に使用することもできる。
【0135】
また本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含む。更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【0136】
(付記)
(付記1)
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎に前記ビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。(1)
【0137】
(付記2)
付記1記載のレーダ装置に於いて、前記蓄積部、判定部及びピーク周波数抽出部は、前記上昇区間及び下降区間の両方を処理することを特徴とするレーダ装置。
【0138】
(付記3)
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
前記蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を備えたことを特徴とするFM−CWレーダの信号処理方法。(2)
【0139】
(付記4)
レーダ装置に搭載されたコンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得たビート信号を入力し、前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎に前記ビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
前記蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
とを実行させることを特徴とするプログラム。(3)
【0140】
(付記5)
所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナと、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
アンテナ走査角の変化に対する前記周波数解析部で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定角度範囲でのアンテナ走査角毎に複数蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積された複数のアンテナ走査角に対するスペクトル値の変化から特徴的な部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在する目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいてアンテナ角度と対応づけられた目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。(4)
【0141】
(付記6)
付記5記載のレーダ装置に於いて、前記周波数解析部は、更に
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する第2蓄積部と、
前記第2蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定部と、
前記第2判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数とする第2ピーク周波数抽出部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【0142】
(付記7)
付記6記載のレーダ装置に於いて、前記第2蓄積部、第2判定部及び第2ピーク周波数抽出部は、前記上昇区間及び下降区間の両方を処理することを特徴とするレーダ装置。
【0143】
(付記8)
FM−CWレーダに搭載されるコンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号を所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得られたビート信号を入力し、前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
アンテナ走査角の変化に対する前記周波数解析で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定の角度範囲で走査角毎に複数蓄積する蓄積ステップと、
前記蓄積された複数のアンテナ走査角に対するスペクトル値の変化から特徴的な部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在する目標物のビート周波数とするピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいてアンテナ角度に対応づけられた目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【0144】
(付記9)
構築物に固定設置されたアンテナと、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、前記アンテナの設置位置を使用波長に対応した所定範囲で周期的に動かすアンテナ駆動部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。(5)
【0145】
(付記10)
付記9記載のレーダ装置に於いて、前記蓄積部、判定部及びピーク周波数抽出部は、前記上昇区間及び下降区間の両方を処理することを特徴とするレーダ装置。
【0146】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、アンテナから見て位相差による干渉を起こす近い距離に存在する複数ターゲットについて、分離分解能を大幅に向上することができる。またターゲットの分離判定はDSPにおける信号処理のみによって性能を向上することができ、76GHzといったミリ波周波数帯を使用することで、改良が難しいアンテナミリ波回路部を対象とした開発を必要とすることなく現状のフロントエンドのままで分離分解能を大幅に向上することができ、コスト的な負担を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるレーダ装置のブロック図
【図2】FM−CWレーダ装置の計測原理の説明図
【図3】図1のDSPで実現される本発明の信号処理機能のブロック図
【図4】図2のFM上昇区間処理部における本発明による機能構成のブロック図
【図5】図4におけるビート周波数判定処理のタイミング説明図
【図6】同一方向に2つのターゲットが存在する場合の計測状態の説明図
【図7】2つのターゲットの受信波の位相差の変化に対するFFTで得た周波スペクトルの変化を示した特性図
【図8】図5の蓄積部における周波数スペクトルの記憶状態の説明図
【図9】図5におけるFFT処理のフローチャート
【図10】図9における所定回数の蓄積回数毎に起動されるターゲット分離判定処理のフローチャート
【図11】FM上昇区間とFM下降区間の両方についてピーク判定を行う実施形態のブロッック図
【図12】アンテナ走査型を対象とした本発明によるFM−CWレーダ装置のブロック図
【図13】図12のDSPで実現される本発明の信号処理機能のブロック図
【図14】アンテナ走査範囲の説明図
【図15】アンテナ走査角に対する蓄積タイミングの説明図
【図16】同一距離の近接した角度の位置に2つのターゲットが存在する場合のアンテナ走査の説明図
【図17】図16のターゲットに対する複数回のアンテナ走査で得られたビート周波数スペクトル値の走査角度に対する変化の特性図
【図18】図13の蓄積部におけるビート周波数スペクトル値の記憶状態の説明図
【図19】図13におけるFFT処理のフローチャート
【図20】図13におけるアンテナ走査に伴う蓄積と谷判定を伴うターゲット分離判定処理のフローチャート
【図21】道路に固定設置された本発明のFM−CWレーダ装置の説明図
【図22】図21のアンテナ駆動機構の説明図
【符号の説明】
10:信号処理部
12:ミリ波部
14:アンテナ部
16:DSP
18:呼出名称符号発生回路
20:三角波発生回路
22:切替回路
24:電圧制御発振器(VCO)
26:送信部
28:2逓倍回路
30:送信アンプ
32:送信アンテナ素子
34:受信アンテナ素子
36:受信部
38:受信アンプ
40:第1混合器
42:IFアンプ
44:第2混合器
46:ベースバンドアンプ
48:A/D変換器
50:ヘテロダイン発振器
56:FM上昇区間処理部
58:FM下降区間処理部
60,68,68ー1,68ー2:FFT処理部
62,74,74ー1,74ー2,102:ピーク周波数抽出部
64:ペアリング処理部
66:距離速度演算部
70,70ー1,70ー2,98:蓄積部
72,72ー1,72ー2,100:谷判定部
76,92,104:タイミング制御部
80ー1〜80ー5,122ー1〜122ー5:記憶系列
82,84,110,112:ターゲット(目標物)
86,116:谷部分
88,90,118,120:ピーク部分
94:アンテナ走査機構
95:ターゲット分離判定部
96:切替回路
124:道路
126:ポスト
128:支持アーム
130:スライダ
132:ドライブギア
134:オーバルギア
Claims (5)
- 三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎に前記ビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分個別に記憶系列として蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に個別に記憶系列として蓄積された複数の周波数スペクトルを比較して谷部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分個別に記憶系列として蓄積する蓄積ステップと、
個別に記憶系列として前記蓄積された複数の周波数スペクトルを比較して谷部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を備えたことを特徴とするFM−CWレーダの信号処理方法。 - レーダ装置に搭載されたコンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得たビート信号を入力し、前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎に前記ビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分個別に記憶系列として蓄積する蓄積ステップと、
個別に記憶系列として前記蓄積された複数の周波数スペクトルを比較して谷部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
とを実行させることを特徴とするプログラム。 - 所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナと、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
アンテナ走査角の変化に対する前記周波数解析部で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定角度範囲でのアンテナ走査角毎に複数個別に記憶系列として蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に個別に記憶系列として蓄積された複数のアンテナ走査角に対するスペクトル値を比較し、その変化から谷部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在する目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいてアンテナ角度と対応づけられた目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 構築物に固定設置されたアンテナと、三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分個別に記憶系列として蓄積する蓄積部と、
個別に記憶系列として前記蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから比較して谷部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、
前記アンテナの設置位置を使用波長に対応した所定範囲で指向方向と直交する方向に周期的に動かすアンテナ駆動部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
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