JP4506132B2 - Ｆｓｋレーダーにおけるアンビギュイティでない距離を増大させる方法 - Google Patents

Description

ＦＳＫレーダーによる送信の原理は既知である。図１からわかるように、それは繰り返しパターンが水平域又は段差をもって周波数変調される波により構成され送信される。

さらに、Ｔがパターンの繰り返し期間である場合、アンビギュイティ距離Ｄは既知の方法で、公式
Ｄ＝Ｃ．Ｔ／２ （１）
により定義される。

レーダーのリンク割当量は一般に、出現した大多数の型のターゲットに対して、アンビギュイティ距離を越えて配置されるターゲットにより後方散乱される信号の出力がレーダーの検出閾値を下回るように大きさが調整される。しかし、ある特定の環境では、この距離を越えて配置されるターゲットにより後方散乱される信号は検出閾値を上回る。これは例えば、レーダーが選択された角度に方向付けられる場合である。その後誤った位置でのエコーがレーダー受信機の出力で得られ、取り除く必要がある。

これらの望ましくないエコーを制限するために、レーダーのアンビギュイティ距離を、送信されるパターンの繰り返し期間Ｔを増大することにより増大させることが必要となる。Ｔを増大させることは、具体的にはステージの数を増大させること又は再びその継続時間を長くすることに等しい。

しかしながらこのやり方は常に適用できるわけではない。なぜなら、レーダーの様々なパラメータのサイジングは一般に、放射された波形について妥協した結果だからである。これは例えば水平域の数の制限又は再たび継続時間の制限をもたらす。

本発明の目的は、具体的にはアンビギュイティ距離を増大させるが期間Ｔは長くしないという必要から起こる課題を解決することである。この目的のために、本発明の目的は、送信されるパターンの継続時間Ｔを２倍にせずにＦＳＫレーダーのアンビギュイティ距離を２倍にするために有利に使用される波形を生成する方法である。

この方法は、レーダーの働きを最適化させるために最初に決定された波形に非常に近い波を生成するという利点を有する。

好ましくは、この方法は特にレーダーの機器を備えた範囲に対応する波の伝播時間が、パターンを形成する周波数水平域の継続時間と比較して小さい自動車のレーダーに適合する。

その他の特徴及び利点は以下の記述から明らかとなる。その記述は添付の図面を参照し構成されている。

図１は標準のＦＳＫ波形を表すグラフである。

送信された波は、継続時間Ｔであるパターン１１の繰り返しの形状をとり、その周波数は、例えば同じ継続時間のｎ個の周波数水平域１２の場合ｆ_０からｆ_０＋ｎ．δｆまで変化するということがわかる。

上述したように、この場合のアンビギュイティ距離はＣ．Ｔ／２に等しい。従って、例えば１２μｓの周期Ｔで送信するＦＳＫレーダーは１．８ｋｍのアンビギュイティ検出距離を有する。

図２は本発明による方法で実行される波形を表すグラフである。

図１の場合のように、送信される波がパターンの連続という形式をとることがわかる。しかし、本発明の場合、その連続は二重の連続である。実際、２つのパターンごとの１つのパターン２１はパターン継続時間Ｔであり、その周波数はｎ個の水平域の場合ｆ_０からｆ_０＋ｎ．δｆまで変化する。一方次のパターン２２はパターン継続時間Ｔであり、その周波数が例えば（ｆ_０−Δｆ’）から（ｆ_０−Δｆ’）＋ｎ．δｆまで変化する。従って１つのパターンを次のパターンに対して交互に＋Δｆ’及びその後−Δｆ’偏移することにより２．Ｔの周期性を伴う複雑なパターンが形成される。

周波数偏移Δｆ’２３は、好ましくは位相回転を引き起こすくらい十分大きいように選択される。位相回転はアンビギュイティ距離を越えて配置されるターゲットのエコー上で、そういうものとして検出でき、及びレーダーを装備する信号処理手段によって取り除くことができる。同時に、この差異は距離がアンビギュイティでないターゲットからくるエコーの検出の特徴を実質的に修正しない程度に、具体的にはそのレベルを修正しない程度に低く選択される。

一例として、継続時間Ｔ＝１２μｓであり、約１００ＫＨｚの周波数差Δｆ’を伴い、約１６０ＫＨｚごとに均一に間隔を置く５つのレベルから成るパターンを含む波形を検討する。

こうした波形の使用は具体的には、ｆ_０及びｆ_０＋Δｆ’を伴うパターンの交代により作られる２倍の周期性を考慮すると、アンビギュイティ距離を２倍にするという利点を有する。従って、レーダーによる受信の際、遠隔のエコーは自身の周波数に対してΔｆ’偏移した現在のパターンの周波数で復調される。この差異は、受信信号で、位相シフトにより表現される。位相シフトは、距離がアンビギュイティであるエコーから来るときのこの信号を識別すること及びその信号をその処理から取り除くことを可能にする。

図３の表示は本発明による波形により照射されたターゲットから来る、アンビギュイティでない距離のエコーの周波数帯上に引き起こされる影響を示している。

ドップラー周波数Ｆ_ｄ３１に配置されるエコーの特性線に加えて、周波数ｆ_ｄｉである混変調線３２が存在することがわかる。周波数ｆ_ｄｉはアンビギュイティでないドップラー周波数の領域に対応する０から１／２Ｔを範囲とする周波数領域内に置かれる。

加えて、計算ではその周波数が１／４Ｔに対して周波数Ｆ_ｄと対称をなす周波数であることを示し、
ｆ_ｄｉ＝１／（２Ｔ）−ｆ_ｄ （２）
という式を有する。

従って、Ｆ_ｄｉの値は完全に既知となる。

本発明による波形を使用することにより、図２について記載されたように、アンビギュイティ距離を伸ばすこと、及び受信信号の位相の値の関数として、受信エコーが本当に正しい距離で見られるのかどうかを判断することが可能となる。アンビギュイティを除去するために、いくつかの処理形式が予想できる。これらの処理形式は既知であり、ここでは記載されない。図４はＦＳＫ送信の場合に受信されるエコーの距離アンビギュイティを除去するために使用できる可能で典型的な処理を示している。この方法は具体的には仏国特許出願Ｎｏ．９６１５７４０に記載されている。

図４はドップラー解析後、パターンを形成するｎ個の周波数水平域の４つに対応する４つの周波数で受信される信号のベクトル表現である。この図において、従ってベクトルＦ_１４１からＦ_４４４は、対応する周波数水平域からくるサンプルの解析に起因する信号のベクトル表現に対応する。

受信信号が任意の距離アンビギュイティを示すかどうかを知るために、ＦＳＫ波の場合、普通のＦＳＫ距離評価演算子を例えばベクトルＦ_１からＦ_４に適用することが可能である。送信が等距離の周波数水平域δｆで行われる場合、これらの演算子は具体的には以下のように表される。
D12/23=(C/4πδf).φ[(F2-F1),(F3-F2)]=C/4πδf).φ12/23 （３）
D13/24=(C/4πδf).φ[(F3-F1),(F4-F2)]=C/4πδf).φ13/24 （４）
D23/34=(C/4πδf).φ[(F3-F2),(F4-F3)]=C/4πδf).φ23/34 （５）
ここで、φ１２／２３、φ１３／２４及びφ２３／３４はターゲットの偏移に対応する位相回転を表す。

行われた測定が有効であるフィールドに置かれたターゲットに対し、具体的にはパターンの周波数レベルのそれと比較した伝播時間の継続時間に関して、これらの演算子によりターゲットの距離を決定することが可能となる。この決定の原理は仏国特許Ｎｏ．９６１５７４０で具体的に説明されている。

その後ターゲットがアンビギュイティかそうでないかを判断するために、例えば、以下の有効性基準を計算値Ｄ１２／２３、Ｄ１３／２４及びＤ２３／３４に適用することが可能である。
D12/23及びD13/24及びD23/34＜D0 （６）
(D12/23-D23/34)及び(D13/24-D23/34)及び(D12/23-D13/24)＜D1 （７）
その際、距離Ｄ_０及びＤ_１は望ましい検出能力の関数として選択される。

仏国特許９７０２５４７で具体的に述べられているように、この有効性基準により具体的にはチャンネル間の差異の計算後に信号のノイズレベルの減少を得ることが可能となる。

上記に一例として提示された距離アンビギュイティの処理形式は、ＦＳＫ送信により得られるすべての信号に適用できる。特に、本発明による波形に有利に適用できる。

グラフ５ａ及び５ｂを通じて、図５は典型的なシミュレーション計算により、上述の距離アンビギュイティ処理を３．５Ｋｍの範囲で受信された信号に適用した図を提供する。この例はＤ_０＝２００ｍ、Ｄ_１＝３０ｍという値及びΔｆ’＝７５ＫＨｚという本発明による波形をとる。

グラフ５ａは異なるＦＳＫ距離演算子Ｄ１２／２３、Ｄ１３／２４及びＤ２３／３４により測定された距離の変化の曲線５１、５２及び５３を、レーダーにより受信されたエコーの実距離の関数として示している。

０ｍから約５００ｍの範囲の距離に対しては、３つの演算子が同一の測定距離を出すことが見てとれる。その後５００ｍ以上約３５００ｍまでは、３つの値の同一性を得ることはもはや不可能である。従って有効性基準は、実距離が２００ｍより大きく及び３５００ｍより小さい任意のエコーを処理によって除去することが可能である。これは測定値に与えられた有効値に対応する曲線５４を、受信エコーの実距離の関数として示すグラフ５ｂにより表される。０から２００ｍの間で、有効性基準により値１が測定されたアンビギュイティでない距離に割り当てられ、一方でこの距離以上及び３５００ｍまでは、値０が割り当てられることが見てとれる。対照的に３５００ｍを越えると、この基準によってアンビギュイティを取り除くことは再び不可能となる。

図５において、ＦＳＫ距離演算子の有効性は本発明による波形の使用によっては何ら影響を受けないということが分かる。さらに、本発明による波形の使用により、標準的なＦＳＫ波形で１８００ｍであったアンビギュイティ距離を実際にほとんど２倍にすることができるということも分かる。

従って図５の表示は、上述された波形及びＦＳＫ波から来る信号を処理するために使用される標準的な距離アンビギュイティを除去する技術を使用することにより、本発明の方法がアンビギュイティ距離を２倍にすることを示す。本発明の方法はパターン繰り返し期間Ｔを変更することなく、及び従って望ましい検出パラメータを変更することなくこの結果を達成する。

図６のグラフは曲線６１及び６２を示し、それらは所定の距離及び図５で取り上げられた例に対して、受信した実信号（実用通信線）上で及び本発明による波形の２つの連続するパターン間の周波数差異Δｆ’からくる信号（イメージ通信線）上で得られる処理ゲインをそれぞれ示す。この図は、約５００ｍ以下の距離に対しては、実用通信線のゲインがイメージ通信線のゲインより常に大きいが、その後に、逆になることを示している。この所見は解析された信号が本当にアンビギュイティでないエコーであるか、あるいはそれに付いているイメージ信号かどうかを体系的に判断するために有益に使用できる。これを行うために、１つのやり方が例えばドップラー周波数がペア（Ｆ_ｄ、Ｆ_ｄｉ）を形成するアンビギュイティでないエコーからくる信号を識別すること、及びそれぞれの信号で得られるゲイン間の差異を、基準として使用される値と比較することにある。その後、その原理は例えば以下の通りである。
・周波数Ｆ_ｕに位置する通信線が選択される及び対応するゲインＧ_ｕが読み取られる。
・イメージ通信線であることになっている通信線が識別される。それは１／２Ｔ−Ｆ_ｕに配置される。Ｆ_ｉをその周波数及びＧ_ｉをそのゲインとする。
・ゲイン基準：Ｇ_ｕ−Ｇ_ｉ＞Ｇ_０が適用され、ゲインはｄＢで表される。
その後２つの場合が予想されるはずである。
・Ｇ_ｕ−Ｇ_ｉ＞Ｇ_０が真実であれば、Ｆ_ｕはアンビギュイティでない距離の実エコーに対応する本当に実用的な信号である。その後Ｆ_ｉは取り除かれるイメージ信号に忠実に対応する。
・Ｇ_ｕ−Ｇ_ｉ＞Ｇ_０が虚偽であれば、Ｆ_ｕは取り除かれるイメージ信号を表し、信号Ｆ_ｉはアンビギュイティでない距離の実エコーに対応する。

従って、距離アンビギュイティがない領域では、望ましくないイメージエコーを単純な方法で取り除くことができる。

図７はグラフ７ａ及び７ｂを通じて、距離アンビギュイティを除去する基準及びイメージ通信線を取り除く基準を組合わせた典型的なアプリケーションの図を提供する。その基準はここでは図５の場合のような以下の値、つまりＤ_０＝２００ｍ、Ｄ_１＝３０ｍ及びΔｆ’＝７５ＫＨｚの本発明による波形であるイメージ信号のシミュレーション計算に適用される。

グラフ７ａは、グラフ５ａのように、イメージ信号に適用される異なる普通のＦＳＫ距離演算子Ｄ１２／２３、Ｄ１３／２４及びＤ２３／３４により測定された距離の変化の曲線７１、７２及び７３を、レーダーにより受信されたエコーの実距離の関数として表す。グラフ５ａのように、０ｍから約５００ｍの範囲の距離に対しては、３つの演算子が同一の測定距離を出すことがわかる。その後５００ｍ以上及び約３５００ｍまでは、３つの値の同一性を得ることはもはや不可能である。

その一部に関してのグラフ７ｂは、グラフ５ｂのように、測定値に存在するアンビギュイティでない信号に与えられる有効値に対応する曲線７４を、受信エコーの実距離の関数として表す。しかし、グラフ７ｂは同一の実信号に与えられる有効値に対応する曲線７５も、その距離の関数として表す。

グラフ７ｂの調査は、両方の基準の効果を組合わせた処理演算により、距離がアンビギュイティでない領域に配置される対象物からくるエコーに対応する信号を有利に判断することが可能となるということを示す。従って同じ処理が他の信号を取り除くためにも適用できる。

本文書で記述された方法は、ＦＳＫレーダーに及び具体的には自動車、具体的には衝突防止アプリケーション分野に適合するレーダーに有利に適用できる。

ＦＳＫレーダーにより送信される典型的な波形を示すグラフである。 本発明による方法で実行される波形を示すグラフである。 本発明による波形に対応し、ターゲットにより後方散乱されるエコーのスペクトル表現を示している。 受信信号のベクトル図である。 典型的なシミュレーション計算を使用して、受信信号上の距離アンビギュイティの可能な処理を示している。 典型的なシミュレーション計算を使用して、受信信号上の距離アンビギュイティの可能な処理を示している。 エコーの距離、実用通信線で得られるゲイン及びイメージ通信線で得られるゲインを表すグラフである。 距離アンビギュイティを除去する基準及びイメージ通信線を削除する基準を組合わせたアプリケーションの例を示している。 距離アンビギュイティを除去する基準及びイメージ通信線を削除する基準を組合わせたアプリケーションの例を示している。

符号の説明

１１ パターン
１２ 周波数の水平域
２１ パターン
２２ パターン
２３ 周波数偏移
３１ ドップラー周波数
３２ 混変調線
４１ ベクトルＦ_１
４２ ベクトルＦ_２
４３ ベクトルＦ_３
４４ ベクトルＦ_４
５１ 曲線
５２ 曲線
５３ 曲線
５４ 曲線
６１ 曲線
６２ 曲線
７１ 曲線
７２ 曲線
７３ 曲線
７４ 曲線
７５ 曲線

Claims (6)

1. 一連のパターンを含む波形を送信するＦＳＫレーダーのアンビギュイティでない距離を増大させる方法であって、１つのパターンは少なくとも４つの周波数の段階によって形成されていて、１つの周波数の段階は一定の周波数を有する１つの信号であり、各パターンは一定の継続時間Ｔを有しており、
   １つのパターンの各段階の周波数が、先行するパターンの対応する段階の周波数に対して交互にプラスΔｆ’値又はマイナスΔｆ’値だけ偏移するように、波形を送信するステップと、
   アンビギュイティでない距離の測定基準を満たす検出されたエコーを識別し選択するステップであって、この識別は任意の知られた方法によって行われるステップと、
   以前に識別された検出されたエコーの中から、伝送された波形によってもたらされるアンビギュイティであるエコーを識別し抑制するステップであって、検出されたスペクトル線ｆ_ｄの各々に対応するイメージスペクトル線ｆ_ｄｉをｆ_ｄｉ＝１／（２Ｔ）−ｆ_ｄとして決定し、さらにスペクトル線ｆ _ｄ のゲインとイメージスペクトル線ｆ _ｄｉ のゲインとの比較に基づいた有効性基準を適用することによって、スペクトル線ｆ _ｄ が示すエコーの中からアンビギュイティであるエコーが識別されるステップと
   を備えていることを特徴とする、前記ＦＳＫレーダーのアンビギュイティでない距離を増大させる方法。
2. Ｇ_ｕ及びＧ_ｉをそれぞれスペクトル線ｆ_ｄ及びｆ_ｄｉのゲインとし、前記有効性基準を、単位をｄＢとしてＧ_ｕ−Ｇ_ｉ＞Ｇ_０によって表されるゲインの基準とした場合に、以前に識別された検出されたエコーの中からアンビギュイティであるエコーを識別し抑制する前記ステップは、
   Ｇ_ｕ−Ｇ_ｉ＞Ｇ_０である場合、スペクトル線ｆ_ｄはアンビギュイティでない距離での実エコーに対応する実用線であり、
   Ｇ_ｕ−Ｇ_ｉ＞Ｇ_０ではない場合、スペクトル線ｆ_ｄは取り除かれるべきアンビギュイティであるエコーに対応する
   として実行される、請求項１に記載の方法。
3. ２つのパターン毎の１つのパターンは、段階がｎ個であるとして周波数がｆ_０からｆ_０＋ｎ・δｆまで変化する継続時間Ｔを有するパターンである、請求項１に記載の方法。
4. 前記１つのパターンの次のパターンは、周波数が（ｆ_０−Δｆ’）から（ｆ_０−Δｆ’）＋ｎ・δｆまで変化するパターンである、請求項２に記載の方法。
5. 周波数偏移Δｆは、アンビギュイティ距離を超えた位置にあるターゲットのエコー上で位相回転を引き起こすのに十分な大きさを有するように選択される、請求項１又は４に記載の方法。
6. 周波数偏移Δｆは、距離がアンビギュイティでないターゲットから来るエコーの検出の特性を実質的に変更しないまでに小さくなるように選択される、請求項１又は５に記載の方法。

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