JP4432967B2

JP4432967B2 - Radar signal processing device

Info

Publication number: JP4432967B2
Application number: JP2006514386A
Authority: JP
Inventors: 知子木林; 俊夫若山; 正義系; 雅三本; 幸一甲斐
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2024-06-07
Also published as: WO2005121833A1; JPWO2005121833A1

Description

【技術分野】
この発明は、マルチビームを用いたレーダシステムの信号処理を行う装置に係るものであり、特に複数の目標の方位角を分離して測定する技術に関する。
【背景技術】
現在、自動車に搭載したレーダから得られる障害物や他の車両に関する情報を、自動車の運行制御に用いる試みがなされている。例えば、他の車両との衝突を防ぐためには、他の車両の距離を一定に保つように車両を制御することになる。自動車搭載用レーダを用いれば、他の車両との距離を取得することができるので、他の車両との衝突防止につなげることができる。
ところで、通常、自動車は複数のレーン（対向レーンを含む）を有する道路を走行しており、自車走行レーンを走行する他の車両に関する情報と、自車走行レーンとは異なるレーンを走行する他の車両に関する情報とでは、異なる処理を行う必要がある。このため、自動車に搭載するレーダには、他の車両の距離や速度の観測だけでは足りず、他の車両の方位角も観測することが要求される。
ここで、相対距離や相対速度を算出することのできるレーダ方式としては、ＦＭＣＷ（ＦｒｅｑｕｅｎｃｙＭｏｄｕｌａｔｅｄＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）方式やパルスドップラー方式などの方式が知られている。また目標の方位を算出することのできるレーダ方式としては、１個のアンテナを送信と受信とで共用し、このアンテナから照射されるビームによって複数方向を走査して、得られた信号の振幅差に基づいて目標の方位を検出するシーケンシャルロービング方式、目標によって反射された反射波を複数の受信アンテナで受信し、これら受信アンテナの信号間の位相差に基づいて目標の方位を検出する振幅モノパルス方式などが知られている。
ここで、道路上においては、互いに同じような速度で併走する複数の自動車を分離して、それぞれの位置と速度を算出する必要がある。このようなレーダに関する従来の技術としては、日本国特開平１１−２７１４３０号公報「自動車レーダ装置」に示されるように、複数の目標が異なるビームに含まれる場合に、それぞれの目標の方位角を検出するものがある。
しかし、従来の技術による方位角の測定方法では、互いにほぼ同一の速度で併走する複数の目標が同一のビーム内に含まれてしまう場合に、偽像が発生してしまうために、それぞれの目標の方位角を正しく測定することができない、という問題がある。
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、方位角の算出に適するビームの組をマルチビームから選択することを目的とする。
【発明の開示】
この発明に係るレーダ信号処理装置は、
複数個の目標物に対してマルチビームを照射し、この照射したマルチビームから得られる受信信号から上記複数個の目標物の方位角を算出するレーダ信号処理装置において、
上記マルチビームに含まれるビームの組の受信信号からこのビームの組における上記方位角を算出する方位角算出器と、
予測方位角とビームの組の中心角とビームの組の検出対象領域である所定の角度範囲によって定義される判定式を満足するビームの組に付与する評価値を、この判定式を満足しないビームの組に付与する評価値より高い値として算出する評価値算出器と、
上記評価値算出器が算出した評価値に基づいて上記マルチビームから上記複数個の目標物の方位角を分離するのに適するビームの組を選択するビーム選択器と、
を備えたものである。
このように、この発明に係るレーダ信号処理装置によれば、マルチビームの中から複数の目標物の方位角の算出に適するビームの組を選択するので、位置と速度が近い複数の目標物を効果的に分離し、測定精度の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の斜視図、
第２図は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の分解斜視図、
第３図は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、
第４図は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の信号処理部分の構成を示すブロック図、
第５図は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の処理のフローチャート、
第６図は、この発明の実施の形態１によるビームの組の選択原理を説明するための図、
第７図は、この発明の実施の形態１による別のビームの組の選択原理を説明するための図、
第８図は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置の処理のフローチャート、
である。
【発明を実施するための最良の形態】
実施の形態１．
第１図は、この発明の実施の形態１によるレーダ装置の斜視図である。この図に示されたレーダ装置は自動車に搭載されることを想定した小型のレーダ装置であって、図が示すように、レーダ装置１は、レドーム１１、フレーム１２、レドーム１３によって内部の構成部品が保護し、固着した状態となっている。
第２図は、レーダ装置１の分解斜視図である。図において、アンテナ１４は、空中を飛来して到来してくる電波を受信し、かつ自らも電波を放射するアンテナである。アクチュエータ１５（アンテナ駆動器）は、アンテナ１４の照射方向が予め定められた複数の方向の何れかに設定されるようにアンテナ１４の向きを駆動する部位である。例えばここでは、磁気反発式シーソー型アクチュエータが採用され、磁気の反発力をコイルの電流で制御することで、シーソーのようにアンテナ１４の向きを制御するようになっており、その結果として、複数の方向にビームを照射するように構成されているのである。
なお、以下の説明において、異なるビームとは、異なる方向に照射されたビームを意味するものとする。したがって照射方向が一致するビームは同一のビームとして取り扱う。
続いて、信号送受信器１６は、アンテナ１４が放射する送信信号（基準信号）を生成するとともに、生成した基準信号を給電により増幅してアンテナ１４に出力し、目標物に照射させる一方で、目標物に反射されアンテナ１２が受信波として受信した信号を検波処理する回路又は素子である。信号処理器１７は、請求の範囲第１項に記載したレーダ信号処理装置に相当する部位であって、信号送受信器１６によって処理された受信信号を取得して、外部目標の相対距離・相対速度と方位角とを算出する回路または素子である。符号１７−ａで示される部位は、信号処理器１７が算出する相対距離と相対速度と方位角とを、電気信号として外部の装置に出力するためのバスコネクタである。なお、ここに示したアンテナ１４、アクチュエータ１５、信号送受信器１６、信号処理器１７、という部品構成は一例にすぎないものであって、全体を一体不可分的に構成してもよいし、各部品をさらに詳細な部品に分割して構成してもよい。
またアクチュエータ１５は、機械的にアンテナ１４の向きを変更するように構成しているが、アンテナ１４をアレーアンテナとして構成し、それぞれのアレー素子の送信波の位相を変化させることで、電子的に電波の指向性を制御する、所謂電子的にビームを走査させるような構成とすることも可能である。
さらに、アンテナ１４や信号送受信器１６といった部位は、公知の技術によって構成することができるので、それらの構成の詳細については説明を省略する。
続いて第３図は、レーダ装置１をＦＭＣＷレーダ方式によって構成した場合の詳細なブロック図である。ＦＭＣＷレーダ方式は、大まかにいえば、
（１）基準信号の周波数を徐々に上昇させる期間であるアップフェーズと基準信号の周波数を徐々に下降させる期間であるダウンフェーズとを繰り返すように信号送受信器１６が基準信号を生成し、
（２）このように周波数変調を施した基準信号に基づいた送信波をアンテナ１４が目標物に照射して、反射された電波を受信し、
（３）アンテナ１４が受信波（受信信号）とその時点での信号送受信器１６が発生している基準信号とを混合してビート信号を生成させ、
（４）アップフェーズのビート信号の周波数とダウンフェーズのビート信号の周波数の対に基づいて目標物の相対距離及び相対速度を算出する、
レーダ方式である。ＦＭＣＷレーダ方式は、例えば“ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＲａｄａｒＳｙｓｔｅｍｓ”Ｍ．Ｉ．ＳＫＯＬＮＩＫ，ＭｃＧＲＡＷ−ＨＩＬＬＢＯＯＫＣＯＭＰＡＮＹ，ＩＮＣ．（１９６２）に詳しい。レーダ装置１はビームの方向を変化させるマルチビーム方式をも組み合わせており、ビーム毎にビート信号周波数の対を算出して、目標物の相対距離及び相対速度を算出するようになっている。
さらにレーダ装置１は、例えばシーケンシャルロービング方式などによる方法を用いてアンテナ１４から放射されるビームを用いて目標物の方位角を算出するようになっている。シーケンシャルロービング方式は、例えば“ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏＡｉｔｂｏｒｎｅＲａｄａｒ（ｓｅｃｏｎｄｅｄｉｔｉｏｎ）”ＧＥＯＲＧＥＷ．ＳＴＩＭＳＯＮ，ＳｃｉＴｅｃＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＩｎｃ．（１９９８）などの刊行物に詳しい。
なお目標物の相対距離や相対速度を算出するレーダ方式としては、他にもパルスドップラー方式などがあり、また方位角を算出するレーダ方式としては、他にも位相モノパルス方式、振幅モノパルス方式などがあることはすでに説明した。
第３図において、信号送受信器１６はＶＣＯ１６１、送信機１６２、サーキュレータ１６３、受信器１６４を備えている。
ＶＣＯ１６１は電圧制御発信器（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）であって、電圧の変動に伴ってアップフェーズとダウンフェーズからなる周波数変調を伴った基準信号を発生させる素子又は回路である。ＶＣＯ１６１によって生成された基準信号は２つに分けられ、一方は送信器１６２に出力される。またもう一方は信号処理器１７に出力される。
送信器１６２は、ＶＣＯ１６１が発生した基準信号を増幅してサーキュレータ１６３を介してアンテナ１４に出力する。
サーキュレータ１６３はアンテナ１４の送受信を切り替える回路又は素子であり、送信時には送信器１６２をアンテナ１４に導通し、受信時にはアンテナ１４と受信器１６４とを導通する。サーキュレータ１６３の切り替え周期は検出対象となる目標物の存在する距離によって決定される。自動車搭載用途のレーダ装置の場合、この距離は１００ｍ〜２００ｍ程度となるから、切り替え周囲は数マイクロ秒〜数十マイクロ秒単位となる。
受信器１６４は、アンテナ１４が受信した受信波の検波処理を行う回路又は素子である。受信器１６４の出力した受信信号は信号処理器１７に出力される。
またアンテナ１４の照射方向を制御するアクチュエータ１５は、ビーム切り替え信号を信号処理器１７に出力するようになっている。これによって信号処理器１７は、ビーム毎に信号処理を行えるようになる。ただしアクチュエータ１５によるビーム切替信号の出力は必須ではなく、例えばレーダ装置１全体を制御するようなクロック信号をそれぞれの部位（アクチュエータ１５や信号処理器１７など）に供給し、クロック信号に基づいてそれぞれが同期をとるように構成してもよい。
第４図は、信号処理器１７の詳細な構成を示すブロック図である。ミキサ１７１（混合器）は基準信号と受信信号とをミキシングしてビート信号を生成する回路又は素子である。
Ａ／Ｄ変換器１７２は、ミキサ１７１が生成したビート信号を、各観測時刻（サンプリング時刻）における観測値としてディジタル信号に変換する回路又は素子である。
記憶器１７３は、Ａ／Ｄ変換器１７２によってディジタル信号に変換された各ビームの出力ビート信号を１サンプリングの間記憶する記憶素子又は回路である。
セレクタ１７４は、アクチュエータ１５が出力するビーム切替信号（あるいはレーダ装置１がクロック同期する場合はクロック信号）、さらには後述するビーム選択器１８３から送出されてくるビーム選択信号に基づいて、記憶器１７３によって記憶されているディジタル化された観測値を各ビームの距離・速度算出用の処理系統に振り分けるセレクタである。アクチュエータ１５が出力するビーム切替信号は、観測値を振り分けるビームの処理系統を決定するために用いられ、ビーム選択信号は各ビームの観測値の出力可否を決定するために用いられる。
距離・速度算出器１７５−１〜１７５−Ｎは、アンテナ１４が照射するＮ個（ただしＮは２以上の自然数とする。以下、同じ）のビームから得られる観測値をそれぞれ処理し、目標物までの相対距離と相対速度とを算出する回路又は素子である。なお第４図では、説明の便宜上、各ビームの処理系統は独立しており、並列処理するように表されているが、複数のビーム間で一つの処理系統を時分割により処理するように構成してもよいことはいうまでもない。距離・速度算出器１７５−１〜１７５−Ｎは、アップフェーズのビート信号周波数とダウンフェーズのビート信号周波数の対を目標物毎に求めて、その目標までの相対距離及び相対速度を算出するようになっている。
Ａ／Ｄ変換器１７６は、各観測時刻における受信信号を直接ディジタル信号に変換する回路又は素子である。
記憶器１７７は各ビームの出力信号を１サンプリングの間記憶する記憶素子又は回路である。
セレクタ１７８は、アクチュエータ１５が出力するビーム切替信号（あるいはレーダ装置１がクロック同期する場合はクロック信号）、さらには後述するビーム選択器１８３から送出されてくるビーム選択信号に基づいて、記憶器１７７に記憶されているディジタル化された観測値を各ビームの方位角算出用の処理系統に振り分けるセレクタであって、セレクタ１７４と同一の構成としても構わない。
方位角算出器１７９−１〜１７９−Ｎ−１は、アンテナ１４が照射するＮ個のビームから、互いに隣接あるいはビームパターンが一部重複するビームを組み合わせて、目標物の方位を算出する回路又は素子である。第４図の例では、隣接するビームｉとビームｉ＋１（ただし、ｉはＮ未満の自然数）とを組み合わせて、目標物の方位角を算出することとしている。
位置・速度算出器１８０は、距離・速度算出器１７５−１〜１７５−Ｎと方位角算出器１７９−１〜１７９−Ｎ−１との算出結果を統合して、目標物の位置と速度とを算出する回路又は素子である。位置・速度算出器１８０の算出結果は、バスコネクタ１７−ａに接続されたバスを経由して外部に出力され、他の制御処理や情報表示等に利用されるようになっている。
なお、上述の構成では、距離・速度算出器１７５−１〜１７５−Ｎと方位角算出器１７９−１〜１７９−Ｎ−１とを並列に配置し、セレクタ１７４とセレクタ１７８を用いて、各ビームの処理を振り分けることとしているが、複数のビーム間で同じ距離・速度算出器や方位角算出器を時分割により共有するように構成することもできることはいうまでもない。この場合もビーム切替信号やクロック信号に基づいて各距離・速度算出器や各方位角算出器が別のビームの処理を行うようにすればよいのである。
予測器１８１は、位置・速度算出器１８０が算出した今回観測時の目標物の位置と速度を用いて、次回観測時の目標物の位置と速度とを予測する回路又は素子である。
評価値算出器１８２は、予測器１８１の予測結果に基づいて、ビーム１〜ビームＮの各ビームが次回観測時の方位角算出に適する度合いを示す評価値を算出あるいは設定する回路又は素子である。
ビーム選択器１８３は、評価値算出器１８２が算出した各ビームの評価値に基づいてビーム選択信号を出力する回路又は素子である。ビーム選択信号はセレクタ１７４及びセレクタ１７８に送出されるようになっている。ビーム選択信号は、セレクタ１７４と１７８の制御信号であって、各ビームの処理系統への出力可否を決定する信号となっている。
なおこの他に、セレクタ１７４、距離・速度算出器１７５−１〜１７５−Ｎ、セレクタ１７８、方位角算出器１７９−１〜１７９−Ｎ−１、位置・速度算出器１８０、予測器１８１、評価値算出器１８２、ビーム選択器１８３（以下、セレクタ１７４〜ビーム選択器１８３とする）を制御するための制御器を設けることも可能である。例えば、このような制御器は、中央演算装置（ＣＰＵ：ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を用いて実現できる。さらにこの場合には、セレクタ１７４〜ビーム選択器１８３により行われる処理を行うコンピュータプログラムを準備し、このコンピュータプログラムと中央演算装置との組み合わせで、セレクタ１７４〜ビーム選択器１８３を置き換えることができる。しかしながら、以下においては、セレクタ１７４〜ビーム選択器１８３が、それぞれ別体の素子又は回路として構成されているものとして説明する。
次に、レーダ装置１の動作について説明する。ＦＭＣＷレーダ方式の原理に基づいて、ビーム１〜ビームＮの観測値から目標物の相対距離及び相対速度を得る処理、さらには、シーケンシャルロービング方式などを初めとする方位角を得る処理については公知の技術であるため、詳細な説明を行わないこととし、ここでは、あるサンプリング時刻（観測時刻）において得られた観測値から、すでに各目標物の相対距離及び相対速度、方位角が得られているものとする。
位置・速度算出器１８０は、距離・速度算出器１７５−１〜１７５−Ｎが算出したアンテナ１４から各目標物までの相対距離と相対速度、そして方位角算出器１７９−１〜１７９−Ｎ−１が算出した方位角とを組み合わせて、各目標物の位置と速度とが求められる。位置と速度が確定した目標物の位置と速度は予測器１８１に出力される。
予測器１８１は、過去の各目標物の位置と速度とから外挿法（ｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ）を用いて次回観測時の各目標物の位置と速度とを算出する。このような外挿法の例としては、α−βフィルタやカルマンフィルタ，ＰＤＡ（ＰｒｏｂａｂｉｌｉｓｔｉｃＤａｔａＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）フィルタなどの各種追尾フィルタが知られている。なお、例えば目標物の相対速度に対してサンプリング間隔が十分短く、予測器１８１による予測処理を省略して、次回観測時の値として今回観測時の値を代用してもよい。すなわち、そのような場合には、位置・速度算出器１８０の結果を直接的に用いることもできる。したがってこの場合には、予測器１８１は必須の構成要素ではなくなる。
以降、予測器１７９の予測結果（各目標物の位置と速度）に基づいて、次の観測時刻におけるビームの選択処理が行われる。このビームの選択処理は、同一のビーム内に複数の目標が含まれてしまうことによって偽像が発生してしまい、その結果として各目標の方位角の測定精度が劣化することを防止する目的でなされるものである。
そのためには、まず方位角の算出に用いるビームの組についての評価値を算出し、続いて評価値に基づいてビームの選択処理を行う。さらに選択されたビームにおいて適切な観測値が得られない場合に、観測値を他の値で代用するといった処理を行う。第５図はこれらの処理のフローチャートである。
まずビームの組の評価値を算出する（ステップＳ１）。以下に、ビームの組の評価値を算出する方法を詳述する。ここで、説明を簡略化するためにビームの組をビーム対として説明する。しかしビーム対をビームの組に拡張することは極めて容易であり、特に説明を要するものではない。
（ビームの組の評価値を算出する方法）
評価値算出器１８２は、次回観測時の各目標物の位置と速度と各ビームの方向とに基づいて、各ビームの評価値を算出する。そこで次に、評価値算出器１８２における各ビームの評価値の算出方法について説明する。第６図は、各ビームの評価値算出方法を説明するための図である。
図において、実線で表された曲線は、ビームｉ（ｉは１以上Ｎ−１以下の自然数）のゲイン曲線であって、点線で表された曲線は、ビームｉ＋１のゲイン曲線である。また、図の中央部に破線によって表された直線はビームｉとビームｉ＋１からなるビーム対の中心角Ｂｍであって、ｔｈＢ１とｔｈＢ２とにより指し示された直線の間の領域は、このビーム対が検出する対象となる領域を表している。この領域は、レーダ装置１を設計する際に決定されるものである。また方位角θの数値軸上の点Ｘ１はこのビーム対で検出しようとしている目標物Ｘ１の方位角予測値δθ１を表すものとし、点Ｘ２は目標物Ｘ１とは異なる目標物Ｘ２の方位角予測値δθ２を表すものとする。
この場合において、ビームｉとビームｉ＋１からなるビーム対が目標物Ｘ１の方位角を測定するために適しているといえるためには、式（１）と式（２）が同時に満たされる必要がある。
｜δθ１｜＜｜ｔｈＢ１−Ｂｍ｜（１）
｜δθ２｜＞｜Ｂｍ−ｔｈＢ２｜（２）
すなわち、ビームｉとビームｉ＋１からなるビーム対の中に目標物Ｘ１だけが存在し、他の目標物が存在しない状況であれば、複数の目標物がビームパターン内に存在するために、偽像（本来、存在するはずのない方向に目標物があるように方位角が算出されてしまう現象）を回避することが可能となる。式（１）と式（２）とが同時に満たされる場合とは、このような場合に相当する。評価値算出器１８２は、このような条件が満たされるビーム対の組に対する評価値を、そうでない評価値よりも高い値に設定する。例えば、式（１）と式（２）とを満たすビーム対が１つのみ存在する場合には、そのビーム対の評価値を例えば１．０とし、そうでないビーム対、すなわち、式（１）と式（２）を満たさないビーム対については評価値を例えば０．０に設定する。なおここでは、式（１）と式（２）とを満たすビーム対であるかどうかさえ識別できれば十分なので、１．０と０．０のビームの組以外の値を用いてもよいことはいうまでもない。
このように、ビームパターン内に単一の目標物だけを含むビームの組を、偽像が発生するおそれのないビームの組として抽出し、ビームパターン内に複数の目標物を含むビームの組に比べて、高い評価値を付与することによって、信頼性の高い方位角を算出する上で利用可能なビームの組を選択できるようになるのである。
（式（１）と式（２）とを同時に満たすビームの組が複数ある場合）
式（１）と式（２）とを同時に満たすビーム対が複数ある場合に、さらにそれらのビーム対の間で評価値に上下の関係を与えるようにしてもよい。そうするためには、次のような方法が考えられる。まずδθ１が小さい順、すなわちビームパターン内に含まれる単一の目標物の方位角がビームパターンの中心角Ｂｍに近いビーム対に、より高い評価値を与えるようにする方法が考えられる。
また、またδθ１の信頼性や測定精度、予測精度に基づいて評価値を決定する方法も考えられる。例えば、カルマンフィルタを用いて予測器１７９を構成している場合には、カルマンフィルタを実行する過程において予測誤差の分散を算出することになる。そこで、目標物Ｘ１の予測誤差の分散をδＳ_１とし、Ｗ_θ１とＷ_Ｓ１をそれぞれδθ１とδＳ_１の重み係数として、式（３）によってＷ_ｋを求める。
Ｗ_ｋ＝Ｗ_θ１δθ１＋Ｗ_Ｓ１δＳ_１（３）
そして、このＷ_ｋが小さいほど高い評価値を付与するようにする。そのためには例えば、Ｗ_ｋの逆数を算出して、その逆数を直接的に評価値としてもよいし、基準値からＷ_ｋを減じて、その減算結果を評価値としてもよい。あるいは、式（１）と式（２）を満たすビーム対の式（３）によるＷ_ｋの最大値をＷ_ｋｍａｘとして、式（４）により評価値を算出するようにしてもよい。
評価値＝１．０＋Ｗ_ｋｍａｘ−Ｗ_ｋ（４）
式（４）において、１．０を加算している理由は、式（１）と式（２）を満たすビーム対が１つのみ存在する場合において、その評価値を１．０としたことと整合をとるためである。したがって式（１）と式（２）を満たすビーム対が１つのみ存在する場合においてその評価値を他の値としたときには、式（４）において他の値をＷ_ｋｍａｘ−Ｗ_ｋに加算するようにすればよい。また式（３）や式（４）は、評価値を算出する一つの方法にすぎず、ビーム対の性質に合致する評価値を算出しうるものであるならば、他の方法で算出しても構わない。
このように、ビームパターン内に単一の目標物だけを含むビームの組が複数ある場合には、さらにそれぞれの優劣を評価値として数値化することで、後に用途や装置の処理能力に応じて適切なビームの組を選択することが可能となるのである。
（式（１）と式（２）とを同時に満たすビームの組が存在しない場合）
また、式（１）と式（２）とを同時に満たすビーム対が存在しない場合、すなわち、目標物Ｘ１の方位角と目標物Ｘ２の方位角が第７図に示すようにｔｈＢ２とｔｈＢ１との間に含まれる場合は、次のようにしてビーム対の評価値を算出する。
目標物Ｘ１の方位角と目標物Ｘ２の方位角の両方がｔｈＢ１とｔｈＢ２との間に存在する場合、目標物Ｘ１がビーム対の中心角Ｂｍに近いほど高いゲインが得られるので、方位角を求めやすい。一方、目標物Ｘ２は、ビーム対の中心角Ｂｍから離れているほど目標物Ｘ１の方位角の算出に与える影響が小さくなると考えられる。したがって目標物Ｘ１について高いゲインが求められ、目標物Ｘ２が中心角Ｂｍから離れているビーム対に高い評価値が設定されるようにする。ここで、目標物Ｘ１がビーム中心Ｂｍに近い場合とは、δθ１が小さい値となる場合であり、目標物Ｘ２がビーム対の中心角Ｂｍから離れている場合とは、δθ２が大きい値となる場合であるから、例えば式（５）のようにして、評価値を算出する。
評価値＝１．０−Ｗ_θ１δθ１＋Ｗ_θ２δθ２（５）
ここでＷ_θ１とＷ_θ２は、δθ１とδθ２との重み係数である。なお、式（５）においても、式（１）と式（２）を満たすビーム対が１つのみ存在する場合においてその評価値を１．０としたことと整合をとるために、１．０からδθ１の項を減じ（δθ１が小さいほど評価値が１．０に近づく）、δθ２の項だけ値を増加することとした。
また、式（５）において、重み係数Ｗ_θ１とＷ_θ２は負でない値であり、さらにＷ_θ１とＷ_θ２の何れか一方のみを０としてもよい。
例えば、Ｗ_θ１＝０とすれば、δθ２が最大となるビーム対，すなわち観測対象とはなっていない目標物Ｘ２がビーム対の範囲に含まれているものの、その観測対象外の目標物Ｘ２が最もビーム対の中心方向から離れているものを最優先のビーム対として選択することとなる。またＷ_θ２＝０とすれば、δθ１が最小となるビーム対、すなわち観測対象となっている目標物Ｘ１の方位角が最もビーム対の中心方向に近いものを最優先のビーム対として選択することとなる。
さらに、式（３）のように予測値の予測精度を採り入れて評価値を算出するようにしてもよい。例えば式（６）に基づいて評価値を算出する。
評価値＝１．０−（Ｗ_θ１δθ１−Ｗ_Ｓ１δＳ_１）＋（Ｗ_θ２δθ２−Ｗ_Ｓ２δＳ_２）（６）
なお、上式においてＷ_Ｓ１とＷ_Ｓ２は目標物Ｘ１とＸ２とのカルマンフィルタで算出される予測誤差の分散である。
このように、ビームパターン内に複数の目標物を含むビームの組に対しても、方位角の算出に適する程度（信頼性の高い方位角を算出できる期待の程度）を評価値として数値化した。このため、ビームパターン内に単一の目標物だけを含むビームの組が得られない場合であっても、ここで算出した評価値に基づいて次善のビームの組を客観的に選択することができる。
以上が、ビームの組の評価値を算出する方法である。なお、ビーム対をビームの組に拡張するには、式（１）〜式（６）においてｔｈＢ１とｔｈＢ２、さらにＢｍを調整すればよい。
続いて、ビーム選択器１８３は、目標物の組み合わせ毎に（例えば目標物としてＸ１、Ｘ２、Ｘ３がある場合は、Ｘ１とＸ２、Ｘ２とＸ３、Ｘ３とＸ１それぞれについて）、ビームの組の評価値に基づいて、ビームの組を選択し、観測値の取得と距離・方位角の算出を行う（ステップＳ２〜ステップＳ１０）。まずビームの組の評価値に基づいて、ビームの組の選択を行う。まず予め定められた値を上回る評価値を有するビームの組があるかどうかを調べる（ステップＳ３）。次いで定められた値を上回る評価値を有するビームの組がある場合は、その評価値が高い順に所定の個数のビームの組を選択する（ステップＳ４）。ビーム選択器１８３は、ビームの組を選択すると、セレクタ１７３とセレクタ１７６にビーム選択信号を送信する。セレクタ１７７３とセレクタ１７６は、ビーム選択信号を受信すると、選択されたビームの組を構成するビームについてのみ、Ａ／Ｄ変換器１７２やＡ／Ｄ変換器１７５の出力をそれぞれの距離・速度算出器や方位角算出器に接続して、選択されたビームの観測値のみを処理するように設定する。
このように方位角の算出に適したビームの組のみを選択して、方位角の算出や距離・速度の算出を行うこととしたので、不適切なビームの選択による偽像の発生や測定精度の劣化を防止するとともに、特にビーム間で距離・速度算出器や方位角算出器を共用している場合、あるいは一つの中央演算装置を用いて時分割で各ビームの処理を行っている場合に、計算量の削減が可能となるのである。
一方、ステップＳ３において、選択対象となるビームの組が存在しない場合は、ステップＳ５に進む（ステップＳ３：ＮＯ）。ステップＳ５の処理については後述する。
ステップＳ４において選択されたビームの組を構成するビームの受信信号は、距離・速度算出器１７５−１〜１７５−Ｎや方位角算出器１７９−１〜１７９−Ｎ−１のうちの各ビームに対応する距離・速度算出器や方位角算出器に出力され、次回観測時における観測値が算出される（ステップＳ６）。すなわち、距離・速度算出器１７５−１〜１７５−Ｎや方位角算出器１７９−１〜１７９−Ｎ−１のうちの各ビームに対応する距離・速度算出器や方位角算出器で、距離と速度、方位角が算出され、さらに位置・速度算出器１８０で、算出された距離と速度、方位角から、この観測時における位置と速度とが算出される。
続いて、予測器１８１において、算出されたこの観測時刻の観測値が相関する観測値かどうかを判断する（ステップＳ７）。すなわち、予測器１８１は前回の観測時刻で算出した今回観測時刻の予測値と実際に計算した今回観測時刻の観測値との相関を評価する。そしてここで予測値と観測値との差が所定の範囲にとどまっている場合は、この観測値を予測器１８１に出力して、次の観測時刻の予測値を算出する（ステップＳ７：ＹＥＳ）。このような処理は、一般の追尾フィルタにおける相関処理として広く知られているので、ここでは詳述しない。
一方、前回の観測時刻で算出した今回観測時刻の予測値と実際に計算した今回観測時刻の観測値とが相関するものではない場合は、ステップＳ４に進む（ステップＳ６：ＮＯ）。
ステップＳ７で今回観測時刻の観測値が相関するものではないと判断された場合、あるいはステップＳ３で選択対象となるビームの組が存在しないと判断された場合は、ステップＳ５において、方位角の観測値を予測値で代用する処理を行う。この処理を行うために、まずビーム選択器１８３は、位置・速度算出器１８０に所定の信号を送る。位置・速度算出器１８０は、この信号を受け取ると、予測器１７９が算出していた次回観測時における方位角の予測値を、次回観測値に替えて取得し、バスコネクタ１７−ａに接続されているバスを経由して外部に観測値を出力する。
このように、この発明の実施の形態１による信号処理器１７では、方位角算出に適するビームの組が存在しない場合にあっては、不適切な観測値を用いて方位角を算出することを回避し、メモリトラックの技法を用いて予測器１８１が算出した予測値を観測値の代わりに出力することとした。このため、不適切な観測値を用いて方位角を算出することで方位角の算出精度を劣化させていた従来のレーダ信号処理装置よりも、信頼性の高い方位角算出処理を行うことができるのである。
続いて、ここまでで得られた観測値を予測器１８１に出力し（ステップＳ８）、次の目標物の組み合わせの処理に遷る（ステップＳ１０）。ステップＳ１０において、すべての目標物の処理が終了したと判断した場合は今回観測時における処理を終了する。
以上のように、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置によれば、各ビームの組が目標物の方位角を算出するのに適している程度を評価値として数値化し、その評価値に基づいてビームの組を選択することとした。このような原理は、複数の目標物の位置と速度とが近いものであっても、効果的にそれぞれを分離する上で用いることができる。したがってこのレーダ装置を用いることにより、測定精度の低下を防止することができる。
なお、このレーダ装置１は目標物の距離と速度とを求めるためにＦＭＣＷ方式のレーダとして構成したが、パルスドップラーレーダなど距離と速度とが算出可能なレーダ方式であれば如何なるレーダ方式を用いてもよいことは明らかである。
ところで、複数個の目標物がある場合に、複数の目標で同一のビームの組を選択することとなる場合も考えられる。このような場合に、複数個の目標物の方位角の算出を同一のビームの組で行うと、目標物同士が近接している場合や、観測精度が劣化している場合において、目標物の分離が困難となる可能性がある。
そこで、このような場合には、それぞれの目標物同士でこのビームの組の評価値を比較し、ビームの組の評価値が高くなる目標物にこのビームの組を割り当てるようにしてもよい。こうすることで複数個の目標物の分離を確実に行うことができるようになる。
またビームの組の評価値に基づいて選択したビームの組を用いても、目標物の位置関係や観測状況によっては、方位角の算出に適さない場合も生じる。例えば同時に式（１）を満たすビームが複数ある場合に、δθ１が小さいものほど、方位角の算出により適していると考えられる。また式（１）と式（２）を満たすビームの組がない場合に、式（３）〜式（６）を適用してビームの組を選択した場合は、このビームの組が方位角の算出に適していないビームの組である可能性もある。方位角の算出に適さないビームの組を用いた場合には、観測精度が劣化することが多い。このような場合に、予測器１８１を追尾フィルタとして構成している場合には、評価値の異なるビームの組から得られた観測値を追尾フィルタで平滑する上で、同じゲインを用いるのは妥当でないことも考えられる。
そこで、方位角の算出に適している程度、例えば、評価値の大小やδθ１、δθ２の大小といった要素を組み合わせて追尾フィルタのゲインを調節するようにしてもよい。
実施の形態２．
実施の形態１によるレーダ装置においては、観測値が得られない場合や適切なビームの組が得られない場合に、予測値で代用することとした。しかしあるビームの組で適切な観測値が得られない場合には、そのビームの組の次に適切なビームの組を選択するようにしてもよい。この発明の実施の形態２によるレーダ装置はこのような特徴を有するものである。
この発明の実施の形態２によるレーダ装置の構成は実施の形態１によるレーダ装置と同様に第３図及び第４図によって示される。
続いて、この発明の実施の形態２によるレーダ装置の動作について説明する。第８図はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置の動作のフローチャートである。図のフローチャートが第５図と異なる点は、ステップＳ７において、相関する観測値が得られない場合（ステップＳ７：ＮＯ）に、ステップＳ５に直接進むのではなく、その目標物に対して、次に評価値の高いビームの組を選択するようにした点にある（ステップＳ７−２）。そして次に評価値が高いビームの組がある場合には、ステップＳ４に戻る（ステップＳ７−２：ＹＥＳ）。一方、もうこれ以上評価値の高いビームがない場合は、ステップＳ５に進むのである（ステップＳ７−２：ＮＯ）。なおここで、所定値以上の評価値が残存していない場合は、次に評価値の高いビームの組はない、と判断するようにしてもよい。
このように、この発明の実施の形態２のレーダ装置によれば、予測精度等の影響により、評価値の高いビームの組を選択しても常に観測値が得られるとは限らない問題に対して、次善のビーム組を選択することで、今回観測時の観測値を取得することができる。
【産業上の利用可能性】
以上のように、この発明は、自動車搭載用レーダ装置を初めとする複数の目標の位置、速度、方位角を分離して測定するレーダ装置に適用することが可能である。【Technical field】
The present invention relates to an apparatus that performs signal processing of a radar system using a multi-beam, and particularly relates to a technique for measuring azimuth angles of a plurality of targets separately.
[Background]
At present, attempts have been made to use information about obstacles and other vehicles obtained from radar mounted on automobiles for vehicle operation control. For example, in order to prevent a collision with another vehicle, the vehicle is controlled to keep the distance of the other vehicle constant. If the automobile-mounted radar is used, the distance to the other vehicle can be acquired, which can prevent collision with the other vehicle.
By the way, usually, an automobile is traveling on a road having a plurality of lanes (including opposite lanes), information on other vehicles traveling in the own vehicle traveling lane, and other than traveling in a lane different from the own vehicle traveling lane. It is necessary to perform different processing with the information regarding the vehicle. For this reason, the radar mounted on the automobile is required to observe not only the distance and speed of other vehicles but also the azimuth angle of other vehicles.
Here, methods such as an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method and a pulse Doppler method are known as radar methods capable of calculating the relative distance and the relative speed. In addition, as a radar system capable of calculating the target azimuth, a single antenna is shared for transmission and reception, and a plurality of directions are scanned by a beam emitted from this antenna, and the amplitude difference of the obtained signals A sequential roving method that detects the target azimuth based on the target, an amplitude monopulse method that receives the reflected waves reflected by the target with multiple receiving antennas, and detects the target azimuth based on the phase difference between the signals of these receiving antennas Etc. are known.
Here, on the road, it is necessary to separate a plurality of automobiles that run side by side at the same speed and calculate the position and speed of each of them. As a conventional technique related to such a radar, as shown in Japanese Unexamined Patent Publication No. 11-271430 “Automobile Radar Device”, when a plurality of targets are included in different beams, the azimuth angle of each target is set. There is something to detect.
However, in the conventional method for measuring the azimuth angle, when multiple targets that run parallel to each other at the same speed are included in the same beam, a false image is generated. There is a problem that the azimuth angle cannot be measured correctly.
The present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to select a set of beams suitable for calculation of an azimuth angle from multiple beams.
DISCLOSURE OF THE INVENTION
The radar signal processing apparatus according to the present invention is
Irradiate multiple beams to multiple targets, this From the received signal obtained from the irradiated multi-beam the above In a radar signal processing apparatus that calculates azimuth angles of a plurality of targets,
From the received signal of the set of beams included in the multi-beam This An azimuth calculator for calculating the azimuth in the set of beams;
A beam that does not satisfy this judgment formula is given an evaluation value that is given to the set of beams that satisfies the judgment formula defined by the predicted azimuth angle, the central angle of the beam pair, and the predetermined angle range that is the detection target area of the beam pair. Calculated as a higher value than the evaluation value assigned to the pair An evaluation value calculator;
Based on the evaluation value calculated by the evaluation value calculator, Pieces A beam selector that selects a set of beams that are suitable for separating the azimuth of the target;
It is equipped with.
As described above, according to the radar signal processing device according to the present invention, a set of beams suitable for calculating the azimuth angles of a plurality of targets is selected from among the multi-beams. It is possible to effectively separate and prevent a decrease in measurement accuracy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention,
FIG. 2 is an exploded perspective view of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the signal processing portion of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 5 is a flowchart of processing of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 6 is a diagram for explaining the principle of selecting a beam set according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 7 is a diagram for explaining the principle of selecting another beam set according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 8 is a flowchart of processing of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention;
It is.
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view of a radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The radar apparatus shown in this figure is a small radar apparatus that is assumed to be mounted on an automobile. As shown in the figure, the radar apparatus 1 includes internal components such as a radome 11, a frame 12, and a radome 13. Is protected and fixed.
FIG. 2 is an exploded perspective view of the radar apparatus 1. In the figure, an antenna 14 is an antenna that receives radio waves coming in the air and that also radiates radio waves. The actuator 15 (antenna driver) is a part that drives the direction of the antenna 14 so that the irradiation direction of the antenna 14 is set to any one of a plurality of predetermined directions. For example, here, a magnetic repulsive seesaw type actuator is adopted, and the direction of the antenna 14 is controlled like a seesaw by controlling the magnetic repulsive force with the current of the coil. It is configured to irradiate the beam in the direction.
In the following description, different beams mean beams irradiated in different directions. Therefore, beams having the same irradiation direction are handled as the same beam.
Subsequently, the signal transmitter / receiver 16 generates a transmission signal (reference signal) radiated from the antenna 14, amplifies the generated reference signal by feeding, outputs the antenna 14 to the antenna 14, and irradiates the target. It is a circuit or element that detects a signal reflected by an object and received by the antenna 12 as a received wave. The signal processor 17 is a part corresponding to the radar signal processing apparatus described in claim 1, and obtains the received signal processed by the signal transmitter / receiver 16 to obtain the relative distance / relative speed of the external target. And an azimuth angle. A part indicated by reference numeral 17-a is a bus connector for outputting the relative distance, the relative speed and the azimuth calculated by the signal processor 17 to an external device as electric signals. The component configurations of the antenna 14, the actuator 15, the signal transmitter / receiver 16, and the signal processor 17 shown here are merely examples, and the entire configuration may be inseparably integrated. May be divided into more detailed parts.
The actuator 15 is configured to mechanically change the direction of the antenna 14, but the antenna 14 is configured as an array antenna, and electronically by changing the phase of the transmission wave of each array element. It is also possible to employ a so-called electronically scanning beam that controls the directivity of radio waves.
Furthermore, since the parts such as the antenna 14 and the signal transmitter / receiver 16 can be configured by a known technique, description of the details of the configuration is omitted.
Next, FIG. 3 is a detailed block diagram when the radar apparatus 1 is configured by the FMCW radar system. Roughly speaking, the FMCW radar system is
(1) The signal transmitter / receiver 16 generates a reference signal so as to repeat an up phase, which is a period for gradually increasing the frequency of the reference signal, and a down phase, which is a period for gradually decreasing the frequency of the reference signal,
(2) The antenna 14 irradiates the target with a transmission wave based on the reference signal subjected to frequency modulation in this way, and receives the reflected radio wave,
(3) The antenna 14 generates a beat signal by mixing the received wave (received signal) with the reference signal generated by the signal transmitter / receiver 16 at that time,
(4) calculating a relative distance and a relative velocity of the target based on a pair of the frequency of the beat signal in the up phase and the frequency of the beat signal in the down phase;
Radar system. The FMCW radar system is, for example, “Introduction to Radar Systems” I. SKOLNIK, McGRAW-HILL BOOK COMPANY, INC. (1962). The radar apparatus 1 also combines a multi-beam method for changing the direction of the beam, and calculates a pair of beat signal frequencies for each beam and calculates a relative distance and a relative speed of the target.
Furthermore, the radar apparatus 1 calculates the azimuth angle of the target using a beam radiated from the antenna 14 using a method such as a sequential roving method. The sequential roving method is described in, for example, “Introduction to Aitborn Radar (second edition)” GEORGE W. STIMSON, SciTec Publishing Inc. (1998) and other publications.
Other radar systems that calculate the relative distance and relative speed of the target include pulse Doppler systems, and other radar systems that calculate azimuth include phase monopulse systems and amplitude monopulse systems. I have already explained that.
In FIG. 3, the signal transmitter / receiver 16 includes a VCO 161, a transmitter 162, a circulator 163, and a receiver 164.
The VCO 161 is a voltage controlled oscillator, and is an element or a circuit that generates a reference signal with frequency modulation consisting of an up phase and a down phase in accordance with voltage fluctuation. The reference signal generated by the VCO 161 is divided into two, and one is output to the transmitter 162. The other is output to the signal processor 17.
The transmitter 162 amplifies the reference signal generated by the VCO 161 and outputs it to the antenna 14 via the circulator 163.
The circulator 163 is a circuit or element that switches between transmission and reception of the antenna 14, and conducts the transmitter 162 to the antenna 14 at the time of transmission and conducts the antenna 14 and the receiver 164 at the time of reception. The switching cycle of the circulator 163 is determined by the distance at which the target object to be detected exists. In the case of a radar device mounted on an automobile, this distance is about 100 m to 200 m, and therefore, the switching periphery is in units of several microseconds to several tens of microseconds.
The receiver 164 is a circuit or element that performs detection processing of a received wave received by the antenna 14. The reception signal output from the receiver 164 is output to the signal processor 17.
The actuator 15 that controls the irradiation direction of the antenna 14 outputs a beam switching signal to the signal processor 17. As a result, the signal processor 17 can perform signal processing for each beam. However, the output of the beam switching signal by the actuator 15 is not indispensable. For example, a clock signal for controlling the entire radar apparatus 1 is supplied to each part (actuator 15, signal processor 17, etc.), and based on the clock signal, respectively. May be configured to be synchronized.
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of the signal processor 17. The mixer 171 (mixer) is a circuit or element that generates a beat signal by mixing a reference signal and a received signal.
The A / D converter 172 is a circuit or element that converts the beat signal generated by the mixer 171 into a digital signal as an observed value at each observation time (sampling time).
The storage device 173 is a storage element or circuit that stores the output beat signal of each beam converted into a digital signal by the A / D converter 172 for one sampling.
The selector 174 stores a memory 173 based on a beam switching signal output from the actuator 15 (or a clock signal when the radar apparatus 1 is clock-synchronized) and a beam selection signal transmitted from a beam selector 183 described later. Is a selector that distributes the digitized observation values stored in (1) to the processing system for calculating the distance / velocity of each beam. The beam switching signal output from the actuator 15 is used to determine a beam processing system for allocating observation values, and the beam selection signal is used to determine whether or not the observation values for each beam can be output.
The distance / velocity calculators 175-1 to 175-N process observation values obtained from N beams (where N is a natural number of 2 or more, hereinafter the same) irradiated by the antenna 14, respectively, and target objects The circuit or element for calculating the relative distance and the relative speed. In FIG. 4, for convenience of explanation, the processing systems for each beam are independent and are shown to be processed in parallel. However, one processing system is processed in a time division manner among a plurality of beams. Needless to say. The distance / speed calculators 175-1 to 175-N calculate a pair of up-phase beat signal frequency and down-phase beat signal frequency for each target, and calculate a relative distance and a relative speed to the target. It has become.
The A / D converter 176 is a circuit or element that directly converts a received signal at each observation time into a digital signal.
The memory 177 is a memory element or circuit that stores the output signal of each beam for one sampling.
The selector 178 stores a memory 177 based on a beam switching signal output from the actuator 15 (or a clock signal when the radar apparatus 1 is clock-synchronized) and a beam selection signal transmitted from a beam selector 183 described later. Is a selector that distributes the digitized observation values stored in the processing system for calculating the azimuth angle of each beam, and may have the same configuration as the selector 174.
The azimuth calculators 179-1 to 179 -N−1 are circuits that calculate the azimuth of the target by combining beams adjacent to each other or partially overlapping beam patterns from the N beams irradiated by the antenna 14. It is an element. In the example of FIG. 4, the azimuth angle of the target is calculated by combining the adjacent beam i and beam i + 1 (where i is a natural number less than N).
The position / speed calculator 180 integrates the calculation results of the distance / speed calculators 175-1 to 175 -N and the azimuth angle calculators 179-1 to 179 -N−1 to obtain the position and speed of the target. Is a circuit or element for calculating. The calculation result of the position / speed calculator 180 is output to the outside via a bus connected to the bus connector 17-a, and is used for other control processing and information display.
In the above-described configuration, the distance / speed calculators 175-1 to 175-N and the azimuth angle calculators 179-1 to 179-N-1 are arranged in parallel, and the selector 174 and the selector 178 are used to Although beam processing is distributed, it goes without saying that the same distance / velocity calculator and azimuth calculator can be shared among a plurality of beams by time division. In this case as well, each distance / speed calculator and each azimuth calculator need only perform different beam processing based on the beam switching signal and the clock signal.
The predictor 181 is a circuit or element that predicts the position and speed of the target at the next observation using the position and speed of the target at the current observation calculated by the position / speed calculator 180.
The evaluation value calculator 182 is a circuit or element that calculates or sets an evaluation value indicating the degree to which each of the beams 1 to N is suitable for calculating the azimuth angle at the next observation based on the prediction result of the predictor 181. .
The beam selector 183 is a circuit or element that outputs a beam selection signal based on the evaluation value of each beam calculated by the evaluation value calculator 182. The beam selection signal is sent to the selector 174 and the selector 178. The beam selection signal is a control signal for the selectors 174 and 178 and determines whether or not each beam can be output to the processing system.
In addition, selector 174, distance / speed calculators 175-1 to 175-N, selector 178, azimuth angle calculators 179-1 to 179-N-1, position / speed calculator 180, predictor 181, evaluation It is also possible to provide a controller for controlling the value calculator 182 and the beam selector 183 (hereinafter referred to as the selector 174 to the beam selector 183). For example, such a controller can be realized by using a central processing unit (CPU). Further, in this case, a computer program for performing the processing performed by the selector 174 to the beam selector 183 can be prepared, and the selector 174 to the beam selector 183 can be replaced with a combination of this computer program and the central processing unit. However, in the following description, it is assumed that the selector 174 to the beam selector 183 are configured as separate elements or circuits.
Next, the operation of the radar apparatus 1 will be described. Based on the principle of the FMCW radar system, a process for obtaining a relative distance and a relative velocity of a target from observation values of the beams 1 to N, and a process for obtaining an azimuth angle such as a sequential roving system are known. Because it is a technology, detailed explanation will not be given. Here, the relative distance, relative speed, and azimuth of each target have already been obtained from the observation values obtained at a certain sampling time (observation time). Shall.
The position / velocity calculator 180 includes relative distances and relative speeds from the antenna 14 to the respective targets calculated by the distance / velocity calculators 175-1 to 175-N, and azimuth angle calculators 179-1 to 179-N-. In combination with the azimuth angle calculated by 1, the position and speed of each target are obtained. The position and speed of the target whose position and speed are determined are output to the predictor 181.
The predictor 181 calculates the position and speed of each target at the time of next observation using the extrapolation method from the position and speed of each target in the past. As examples of such extrapolation methods, various tracking filters such as an α-β filter, a Kalman filter, and a PDA (Probabilistic Data Association) filter are known. For example, the sampling interval may be sufficiently short with respect to the relative speed of the target, the prediction process by the predictor 181 may be omitted, and the value at the current observation may be used as the value at the next observation. That is, in such a case, the result of the position / velocity calculator 180 can be directly used. Therefore, in this case, the predictor 181 is not an essential component.
Thereafter, based on the prediction result (position and speed of each target) of the predictor 179, a beam selection process at the next observation time is performed. This beam selection process is intended to prevent false images from being generated due to the inclusion of a plurality of targets in the same beam, and as a result, the measurement accuracy of the azimuth angle of each target is deteriorated. Is to be made.
For this purpose, first, an evaluation value for a set of beams used for calculating an azimuth is calculated, and then a beam selection process is performed based on the evaluation value. Further, when an appropriate observation value cannot be obtained for the selected beam, a process is performed in which the observation value is substituted with another value. FIG. 5 is a flowchart of these processes.
First, an evaluation value of a set of beams is calculated (step S1). Hereinafter, a method for calculating the evaluation value of the set of beams will be described in detail. Here, in order to simplify the description, a set of beams will be described as a beam pair. However, extending a beam pair to a set of beams is very easy and does not require any particular explanation.
(Method of calculating the evaluation value of a set of beams)
The evaluation value calculator 182 calculates the evaluation value of each beam based on the position and speed of each target at the next observation and the direction of each beam. Next, a method for calculating the evaluation value of each beam in the evaluation value calculator 182 will be described. FIG. 6 is a diagram for explaining an evaluation value calculation method for each beam.
In the figure, a curve represented by a solid line is a gain curve of a beam i (i is a natural number between 1 and N−1), and a curve represented by a dotted line is a gain curve of a beam i + 1. A straight line represented by a broken line in the center of the figure is the central angle Bm of the beam pair consisting of the beam i and the beam i + 1, and the region between the straight lines indicated by thB1 and thB2 is the beam pair. Represents a region to be detected. This area is determined when the radar apparatus 1 is designed. The point X1 on the numerical axis of the azimuth angle θ represents the azimuth angle predicted value δθ1 of the target X1 to be detected by this beam pair, and the point X2 is the azimuth angle prediction of the target X2 different from the target X1. It shall represent the value δθ2.
In this case, in order to say that the beam pair composed of the beam i and the beam i + 1 is suitable for measuring the azimuth angle of the target X1, the expressions (1) and (2) need to be satisfied at the same time. .
| Δθ1 | <| thB1-Bm | (1)
| Δθ2 |> | Bm−thB2 | (2)
That is, in the situation where only the target X1 exists in the beam pair composed of the beam i and the beam i + 1 and there is no other target, a plurality of targets are present in the beam pattern, so that the false image (Phenomenon in which the azimuth is calculated such that the target is in a direction that should not exist) can be avoided. The case where Expression (1) and Expression (2) are satisfied simultaneously corresponds to such a case. The evaluation value calculator 182 sets the evaluation value for the set of beam pairs that satisfies such a condition to a higher value than the evaluation value that is not so. For example, when there is only one beam pair that satisfies the expressions (1) and (2), the evaluation value of the beam pair is, for example, 1.0, and the other beam pair, that is, the expression (1) For the beam pair that does not satisfy (2), the evaluation value is set to 0.0, for example. Here, it is sufficient to identify whether or not the beam pair satisfies Expression (1) and Expression (2). Therefore, values other than the 1.0 and 0.0 beam pairs may be used. Not too long.
In this way, a set of beams including only a single target in the beam pattern is extracted as a set of beams that are unlikely to generate a false image, and the set of beams including a plurality of targets in the beam pattern is extracted. In comparison, by assigning a high evaluation value, it becomes possible to select a set of beams that can be used for calculating a highly reliable azimuth angle.
(When there are a plurality of beam pairs that simultaneously satisfy Equation (1) and Equation (2))
When there are a plurality of beam pairs that simultaneously satisfy the expressions (1) and (2), the evaluation value may be given a vertical relationship between the beam pairs. In order to do so, the following methods can be considered. First, a method may be considered in which δθ1 is in ascending order, that is, a higher evaluation value is given to a beam pair in which the azimuth angle of a single target included in the beam pattern is close to the center angle Bm of the beam pattern.
A method of determining an evaluation value based on the reliability, measurement accuracy, and prediction accuracy of δθ1 is also conceivable. For example, when the predictor 179 is configured using a Kalman filter, the prediction error variance is calculated in the process of executing the Kalman filter. Therefore, the variance of the prediction error of the target X1 is expressed as δS ₁ And W _θ1 And W _S1 Are δθ1 and δS, respectively. ₁ As a weighting factor of W by Equation (3) _k Ask for.
W _k = W _θ1 δθ1 + W _S1 δS ₁ (3)
And this W _k A smaller evaluation value is assigned a higher evaluation value. To that end, for example, W _k It is also possible to calculate the reciprocal of, and use the reciprocal directly as an evaluation value. _k The subtraction result may be used as the evaluation value. Alternatively, W according to equation (3) of the beam pair satisfying equations (1) and (2) _k The maximum value of W _kmax As described above, the evaluation value may be calculated by the equation (4).
Evaluation value = 1.0 + W _kmax -W _k (4)
In Expression (4), the reason why 1.0 is added is that when there is only one beam pair satisfying Expression (1) and Expression (2), the evaluation value is set to 1.0. This is to ensure consistency. Therefore, when there is only one beam pair satisfying the expressions (1) and (2), when the evaluation value is set to another value, the other value is set to W in the expression (4). _kmax -W _k Should be added to. Further, the formula (3) and the formula (4) are only one method for calculating the evaluation value. If the evaluation value that matches the property of the beam pair can be calculated, the calculation is performed by another method. It doesn't matter.
In this way, when there are multiple sets of beams that contain only a single target in the beam pattern, each superiority or inferiority is further quantified as an evaluation value, depending on the application and the processing capacity of the device later. It is possible to select an appropriate set of beams.
(When there is no set of beams that simultaneously satisfy Equation (1) and Equation (2))
Further, when there is no beam pair that simultaneously satisfies the expressions (1) and (2), that is, the azimuth angle of the target object X1 and the azimuth angle of the target object X2 are as shown in FIG. 7 between thB2 and thB1. If included, the evaluation value of the beam pair is calculated as follows.
When both the azimuth angle of the target object X1 and the azimuth angle of the target object X2 exist between thB1 and thB2, a higher gain is obtained as the target object X1 is closer to the center angle Bm of the beam pair. Easy to ask. On the other hand, it is considered that the influence of the target object X2 on the calculation of the azimuth angle of the target object X1 decreases as the distance from the center angle Bm of the beam pair increases. Therefore, a high gain is obtained for the target X1, and a high evaluation value is set for the beam pair in which the target X2 is away from the central angle Bm. Here, when the target X1 is close to the beam center Bm, δθ1 is a small value, and when the target X2 is away from the center angle Bm of the beam pair, δθ2 is a large value. Since this is the case, for example, the evaluation value is calculated as shown in Equation (5).
Evaluation value = 1.0-W _θ1 δθ1 + W _θ2 δθ2 (5)
Where W _θ1 And W _θ2 Is a weighting coefficient between δθ1 and δθ2. In Formula (5), when there is only one beam pair satisfying Formula (1) and Formula (2), the evaluation value is set to 1.0, so as to be consistent with 1.0. From this, the term of δθ1 is subtracted (the smaller the δθ1 is, the closer the evaluation value is to 1.0), and the value is increased by the term of δθ2.
In the equation (5), the weighting factor W _θ1 And W _θ2 Is a non-negative value and W _θ1 And W _θ2 Only one of them may be 0.
For example, W _θ1 If = 0, the beam pair having the maximum δθ2, that is, the target X2 that is not the observation target is included in the range of the beam pair, but the target X2 outside the observation target is the most beam pair A beam pair far from the center direction is selected as the highest priority beam pair. W _θ2 If = 0, the beam pair having the smallest δθ1, that is, the azimuth angle of the target X1 to be observed is closest to the center direction of the beam pair is selected as the highest priority beam pair.
Further, the evaluation value may be calculated by adopting the prediction accuracy of the prediction value as in Expression (3). For example, the evaluation value is calculated based on Expression (6).
Evaluation value = 1.0− (W _θ1 δθ1-W _S1 δS ₁ ) + (W _θ2 δθ2-W _S2 δS ₂ (6)
In the above equation, W _S1 And W _S2 Is the variance of the prediction error calculated by the Kalman filter of the targets X1 and X2.
In this way, even for a set of beams including a plurality of targets in the beam pattern, the degree suitable for calculating the azimuth (the degree of expectation that a highly reliable azimuth can be calculated) was quantified as an evaluation value. . For this reason, even if a beam set including only a single target in the beam pattern cannot be obtained, the next best beam set should be objectively selected based on the evaluation value calculated here. Can do.
The above is the method for calculating the evaluation value of the beam set. In order to expand a beam pair to a beam set, thB1 and thB2 and Bm may be adjusted in equations (1) to (6).
Subsequently, the beam selector 183 evaluates the set of beams for each combination of targets (for example, when there are X1, X2, and X3 as targets, X1 and X2, X2 and X3, and X3 and X1 respectively). Based on the values, a set of beams is selected, and observation values are acquired and distances and azimuths are calculated (steps S2 to S10). First, a beam set is selected based on the evaluation value of the beam set. First, it is checked whether or not there is a set of beams having an evaluation value exceeding a predetermined value (step S3). Next, when there is a set of beams having an evaluation value exceeding a predetermined value, a predetermined number of sets of beams are selected in descending order of the evaluation value (step S4). When the beam selector 183 selects a set of beams, the beam selector 183 transmits a beam selection signal to the selector 173 and the selector 176. Upon receiving the beam selection signal, the selector 1773 and the selector 176 send the outputs of the A / D converter 172 and the A / D converter 175 to the respective distance / velocity calculators only for the beams constituting the selected beam set. Or connected to an azimuth calculator and set to process only the observed values of the selected beam.
In this way, only the set of beams suitable for azimuth calculation is selected, and azimuth calculation and distance / velocity calculation are performed, so generation of false images and measurement accuracy due to inappropriate selection of beams. Especially when the distance / velocity calculator and azimuth calculator are shared between beams, or when processing each beam in a time-sharing manner using a single central processing unit. The amount of calculation can be reduced.
On the other hand, if there is no beam set to be selected in step S3, the process proceeds to step S5 (step S3: NO). The process of step S5 will be described later.
The received signals of the beams constituting the set of beams selected in step S4 are transmitted to each of the distance / velocity calculators 175-1 to 175-N and the azimuth angle calculators 179-1 to 179-N-1. The value is output to the corresponding distance / speed calculator or azimuth calculator, and the observed value at the next observation is calculated (step S6). That is, the distance and speed calculators 175-1 to 175 -N and the azimuth angle calculators 179-1 to 179 -N- 1 correspond to the respective beams, and the distance and speed calculators and azimuth angle calculators. The speed and azimuth are calculated, and the position / velocity calculator 180 calculates the position and speed at the time of observation from the calculated distance, speed, and azimuth.
Subsequently, in the predictor 181, it is determined whether or not the calculated observation value at this observation time is a correlated observation value (step S 7). That is, the predictor 181 evaluates the correlation between the predicted value of the current observation time calculated at the previous observation time and the actually observed value of the current observation time. If the difference between the predicted value and the observed value remains within the predetermined range, the observed value is output to the predictor 181 to calculate the predicted value at the next observation time (step S7: YES). . Such processing is widely known as correlation processing in a general tracking filter and will not be described in detail here.
On the other hand, if the predicted value of the current observation time calculated at the previous observation time does not correlate with the actually calculated observation value of the current observation time, the process proceeds to step S4 (NO in step S6).
If it is determined in step S7 that the observation value at this time is not correlated, or if it is determined in step S3 that there is no set of beams to be selected, observation of the azimuth angle is performed in step S5. A process of substituting the value with the predicted value is performed. In order to perform this processing, the beam selector 183 first sends a predetermined signal to the position / velocity calculator 180. Upon receiving this signal, the position / velocity calculator 180 obtains the predicted value of the azimuth angle at the next observation calculated by the predictor 179 instead of the next observed value, and is connected to the bus connector 17-a. The observation value is output to the outside via the bus.
As described above, the signal processor 17 according to the first embodiment of the present invention calculates the azimuth using an inappropriate observation value when there is no set of beams suitable for the calculation of the azimuth. The prediction value calculated by the predictor 181 using the memory track technique is output instead of the observation value. For this reason, it is possible to perform azimuth calculation processing with higher reliability than conventional radar signal processing devices that have deteriorated the accuracy of azimuth calculation by calculating azimuth using inappropriate observation values. It is.
Subsequently, the observation value obtained so far is output to the predictor 181 (step S8), and the process proceeds to the next target combination process (step S10). If it is determined in step S10 that the processing of all the targets has been completed, the processing during the current observation is terminated.
As described above, according to the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, the degree to which each set of beams is suitable for calculating the azimuth of the target is quantified as an evaluation value, and the evaluation value is used as the evaluation value. Based on this, it was decided to select a set of beams. Such a principle can be used to effectively separate the targets even if the positions and speeds of the plurality of targets are close to each other. Therefore, by using this radar apparatus, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy.
The radar apparatus 1 is configured as an FMCW radar for obtaining the distance and speed of the target. However, any radar system may be used as long as the radar system can calculate the distance and speed, such as a pulse Doppler radar. It is clear that it is good.
By the way, when there are a plurality of targets, the same beam set may be selected for a plurality of targets. In such a case, if the calculation of the azimuth angle of multiple targets is performed with the same set of beams, if the targets are close to each other or the observation accuracy is degraded, Separation can be difficult.
Therefore, in such a case, the evaluation value of the beam set may be compared between the targets, and the beam set may be assigned to a target having a higher evaluation value of the beam set. By doing so, it becomes possible to reliably separate a plurality of targets.
Even if the beam set selected based on the evaluation value of the beam set is used, it may not be suitable for calculating the azimuth angle depending on the positional relationship of the target and the observation situation. For example, when there are a plurality of beams satisfying the formula (1) at the same time, the smaller δθ1 is considered to be more suitable for calculating the azimuth angle. Further, when there is no set of beams satisfying the formulas (1) and (2), when a set of beams is selected by applying the formulas (3) to (6), the set of beams has an azimuth angle. It is also possible that the set of beams is not suitable for calculation. When a set of beams that are not suitable for azimuth calculation is used, the observation accuracy often deteriorates. In such a case, when the predictor 181 is configured as a tracking filter, it is appropriate to use the same gain for smoothing the observation values obtained from the sets of beams having different evaluation values with the tracking filter. It is possible that it is not.
Therefore, the gain of the tracking filter may be adjusted by combining factors that are suitable for calculating the azimuth angle, for example, factors such as the magnitude of the evaluation value and the magnitude of δθ1 and δθ2.
Embodiment 2. FIG.
In the radar apparatus according to the first embodiment, the predicted value is substituted when an observed value cannot be obtained or when an appropriate beam set cannot be obtained. However, if an appropriate observation value cannot be obtained with a certain beam set, an appropriate beam set may be selected next to the beam set. The radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention has such features.
The configuration of the radar apparatus according to the second embodiment of the present invention is shown in FIGS. 3 and 4 similarly to the radar apparatus according to the first embodiment.
Next, the operation of the radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 8 is a flowchart of the operation of the radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The flowchart of FIG. 5 differs from FIG. 5 in that, in step S7, when a correlated observation value is not obtained (step S7: NO), the process proceeds to step S5 instead of proceeding directly to the target. The point is that a set of beams having a high evaluation value is selected (step S7-2). If there is a set of beams having the next highest evaluation value, the process returns to step S4 (step S7-2: YES). On the other hand, if there is no more beam having a higher evaluation value, the process proceeds to step S5 (step S7-2: NO). Here, when an evaluation value equal to or greater than a predetermined value does not remain, it may be determined that there is no set of beams having the next highest evaluation value.
As described above, according to the radar apparatus of the second embodiment of the present invention, the observation value is not always obtained even if a set of beams having a high evaluation value is selected due to the influence of prediction accuracy and the like. Thus, the observation value at the time of this observation can be acquired by selecting the second best beam set.
[Industrial applicability]
As described above, the present invention can be applied to a radar apparatus that separates and measures the positions, velocities, and azimuths of a plurality of targets including an automobile-mounted radar apparatus.

Claims

Multibeam irradiates the plurality of the target, the radar signal processing apparatus for calculating the azimuth angle of the irradiation the plurality of target from a received signal obtained from the multi-beam,
And azimuth angle calculator for calculating the azimuth angle in the set of this beam from the set of received signals of the beams included in the multibeam,
A beam that does not satisfy this judgment formula is given an evaluation value that is given to the set of beams that satisfies the judgment formula defined by the predicted azimuth angle, the central angle of the beam pair, and the predetermined angle range that is the detection target area of the beam pair. An evaluation value calculator that calculates a higher value than the evaluation value assigned to the set of
A beam selector for selecting a set of beams suitable for separating the azimuth angle of the plurality pieces of the target from the multi-beam based on the evaluation value the evaluation value calculator is calculated,
A radar signal processing apparatus comprising:

The radar signal processing apparatus according to claim 1, wherein
The evaluation value calculator is a set of evaluation values of the beam including a single azimuthal to the predetermined angular range, higher than the set of evaluation values of the beam including a plurality of azimuth angles to the predetermined angle range values A radar signal processing device, characterized in that

The radar signal processing apparatus according to claim 2, wherein
The evaluation value calculator, when the set of beam containing only one azimuth angle of the same target in the predetermined angle range mentioned above are a plurality of azimuth and set in the center direction of the beam of the target of this A radar signal processing apparatus, wherein a higher evaluation value is given to a set of beams having a smaller angle.

The radar signal processing apparatus according to claim 2, wherein
When there are two or more beam sets including a plurality of azimuth angles in the predetermined angle range, the evaluation value calculator forms between each azimuth angle included in the predetermined angle range and the center direction of the beam set. based on the magnitude relation of the angular weighting the respective azimuth, radar signal processing apparatus and calculates a set of evaluation values of this beam on the basis of the sum of the weighted azimuth.

The radar signal processing apparatus according to claim 1, wherein
Comprising a current predictor from the azimuth angle of the observation time is calculated and the prediction accuracy of the prediction azimuth predicted azimuth and this at the next observation time,
The azimuth calculator calculates the azimuth at the current observation time from the received signal of the set of beams included in the multi-beam obtained at the current observation time, and outputs the azimuth to the predictor.
The evaluation value calculator includes a set of beams satisfying a determination formula defined by a predetermined azimuth angle calculated by the predictor, a central angle of the set of beams, and a predetermined angle range that is a detection target region of the set of beams. The radar signal processing apparatus characterized in that the evaluation value to be assigned to is calculated as a value higher than the evaluation value to be given to a set of beams that do not satisfy the determination formula .

The radar signal processing apparatus according to claim 5, wherein
The evaluation value calculator, when the set of beam containing only one azimuth angle of the same target in the predetermined angle range mentioned above are a plurality of azimuth and set in the center direction of the beam of the target of this A radar signal processing apparatus characterized in that an evaluation value of the set of beams is calculated by weighting and adding an angle formed and the prediction accuracy.

The radar signal processing apparatus according to claim 6, wherein
When there are two or more beam sets including a plurality of azimuth angles in the predetermined angle range, the evaluation value calculator forms between each azimuth angle included in the predetermined angle range and the center direction of the beam set. and magnitude of angular, the prediction precision and the radar signal processing apparatus and calculates a set of evaluation values of the beam by weighting adding the respective azimuth based on.

The radar signal processing apparatus according to claim 5, wherein
The predictor compares the azimuth at the current observation time with the predicted azimuth at the current observation time calculated at the previous observation time, and adopts the azimuth at the current observation time to calculate the predicted azimuth at the next observation time. And determine whether or not
A radar signal processing apparatus that outputs the predicted azimuth angle at the current observation time calculated at the previous observation time as the azimuth angle at the current observation time when the azimuth angle at the current observation time is not adopted.

The radar signal processing apparatus according to claim 5, wherein
The predictor compares the azimuth at the current observation time with the predicted azimuth at the current observation time calculated at the previous observation time, and adopts the azimuth at the current observation time to calculate the predicted azimuth at the next observation time. Whether or not
When the predictor judges that the beam selector does not adopt the azimuth angle at the current observation time calculated from the currently selected beam set, the evaluation value is next to the currently selected beam set. A radar signal processing apparatus, wherein a set of beams having a high value is selected.