JP4736172B2 - Radar signal processing circuit - Google Patents

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JP4736172B2
JP4736172B2 JP2000327616A JP2000327616A JP4736172B2 JP 4736172 B2 JP4736172 B2 JP 4736172B2 JP 2000327616 A JP2000327616 A JP 2000327616A JP 2000327616 A JP2000327616 A JP 2000327616A JP 4736172 B2 JP4736172 B2 JP 4736172B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
複数の受信アンテナ素子からの受信信号を処理するレーダの信号処理回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、各種のレーダ装置が知られており、複数の受信信号からターゲットを検出するものも知られている。例えば、特開平2000−155171号公報には、送信アンテナおよび受信アンテナを複数設け、これらを切り換えることによって、複数の受信信号を得、これに基づいてターゲットを検出するレーダ装置が示されている。
【0003】
「関連技術」
また、本出願人は、特願平11−271305号公報には、FM−CWレーダにおいて、複数の受信アンテナを利用するものが示されている。このレーダ装置では、受信アンテナを複数配置して上りフェーズと下りフェーズの2つのフェーズの受信信号をそれぞれ得る。次に、受信信号をそれぞれ周波数分析し、得られた複数の分析結果を周波数成分毎に平均化する。そして、判別しきい値を用いたピークサーチによってターゲットで生じたエコーを検出している。
【0004】
このように、複数のアンテナを利用することで、より広い視野で正確なターゲットの検出が行える。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、複数の受信アンテナはすべて同じ指向性であり、それぞれにおいて最大検出距離のターゲットが検出できるように指向性の高いものが採用される。また、検出範囲外では誤検出を減らすために利得を低く抑えている。
【0006】
このため、これら受信アンテナは、その正面方向において、ターゲットの検出ができるように高利得(検出感度が高い)であるが、検出範囲の端およびこれに近い周辺部分では、その利得が急激に減少してしまう。
【0007】
従って、正面にターゲットが存在する場合には、強いエコーが得られるが、ターゲットの方位が検出範囲の端になるとエコーが弱くなり、雑音に埋もれて検出が困難になる場合も生じる。
【0008】
一方、検出範囲の端付近まで高利得を維持するアンテナも設計可能であるが、この場合には検出範囲外での利得が抑えられないため、誤検出を生じてしまうという問題がある。
【0009】
さらに、ターゲットが車両であった場合には、その散乱断面積が、正面に存在するときに比べ、側方になるほど大きく減少し、これによってもエコーが弱くなってしまう。そこで、ますますターゲット(車両)の検出が難しくなるという問題があった。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明は、互いに異なる複数位置に配置されるアンテナ素子で受信された複数の受信信号を取得する受信信号取得手段と、前記複数の受信信号の一部または全部について、1つの設定方位に位相を合わせて合成する処理を複数の設定方位に対し行い、各設定方位について指向性を持つ受信信号である方位別信号を複数の設定方位に対してそれぞれ算出する方位別信号算出手段と、この方位別信号算出手段で得られた前記複数の方位別信号を、各設定方位における大きな振幅の信号を残して合成することで1つの合成信号とする信号合成手段と、この信号合成手段において得られた合成信号に基づきエコーを検出するエコー検出手段と、を有することを特徴とする。ただし、アンテナ素子は実際に配置されている必要はなく、異なる位置の受信信号を取得できるならば、1つの素子を移動しても良、さらに送信アンテナの位置を変えることにより、仮想的に受信アンテナの位置を変えても良い。
【0011】
このように、本発明では、設定方位毎に方位別信号を得る。この方位別信号では、設定方位の正面に位置するターゲットで生じるエコーが大きくなる。そこで、検出範囲のうち、アンテナ素子の利得が低下した方位に設定方位を設けることで高精度なターゲットの高精度な検出が行える。また、あらかじめ合成することで、1つの合成信号に対し、エコー検出処理を行えばよく、演算量を低減することができる。
【0012】
また、前記アンテナ素子は、最大検出距離のターゲットを検出できる最大利得を有し、さらにアンテナ素子間隔に依存して発生するグレーティングローブが生じる方位の利得が抑えられたことが好適である。アンテナ素子の利得を検出範囲外で十分低くすることで、グレーティングローブの悪影響を防止することができる。
【0013】
また、前記方位別信号算出手段は、前記アンテナ素子の指向性に基づく利得の変化に応じて、合成する受信信号の数を変化することが好適である。このようにすることで、利得の低下量を補償して全体としてほぼ均一な利得を得ることができる。
【0014】
また、前記方位別信号手段は、前記各受信信号について反射波が生じたターゲットの距離に応じて、前記各受信信号を複数のグループに分離する手段を有し、遠方領域に該当するグループでは、前記設定方位の設定数を少なく、かつ正面付近の方位に限定して受信信号を合成し、近接領域に該当するグループでは、前記所定の方位の設定数を多く、かつ側方部分にまで広げて受信信号を合成することが好適である。
【0015】
一般に、遠方領域では、比較的狭い領域のターゲット情報のみが必要であり、近傍では広い領域のターゲット情報が必要である。特に、道路上を走行する車両においては、この要求が強い。そこで、この要求に合わせて設定方位数を決定することで、演算量を適切なものとすることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明をFM−CWレーダに適用した例について述べるが、本発明はパルスレーダやSS(スペクトル拡散)レーダにも適用することができる。
【0018】
図2に、レーダ装置の全体構成を示す。この例では、3つの受信アンテナ素子10−1〜10−3と、1つの送信アンテナ12を有している。送信機14からの高周波信号が送信アンテナ12に供給され、ここから送信波が送信される。この送信波は、FM−CW波であり、例えば時間の経過に従って三角波状に周波数が上昇下降を繰り返す電波である。
【0019】
そして、送信アンテナ12から送信された送信波がターゲット1に反射され、反射波が受信アンテナ素子10−1〜10−3に受信される。受信アンテナ素子10−1〜10−3で得られたターゲット1からの反射波は、受信機16−1〜16−3においてそれぞれ復調などの受信処理が行われる。そして、受信機16−1〜16−3で得られた受信信号が信号処理回路18に供給され、ここで所定の信号処理を受け、ターゲット1の位置、距離が検出される。
【0020】
ここで、本実施形態においては、設定方位として3つの方位を設定し、この設定方位を利用して、検出範囲の端においても十分な利得を維持する。これについて、以下に説明する。なお、以下の例では、受信アンテナ素子数と設定方位数が同一であるが、受信アンテナ素子数と設定方位数が同じである必要はなく、それぞれ3より多くてもよくまた少なくてもよい。
【0021】
図4に、この例における受信アンテナ10の方位面内指向性パターン、ターゲット1a、1bの位置および設定方位を示す。
【0022】
この例では、ターゲット1a、1bは、散乱断面積が同じものを2つと仮定し、ターゲット1aがほぼ正面方向(指向性が高い方向)、ターゲット1bが側方(指向性が低い方向)に存在していると仮定している。ここで、受信アンテナ素子10−1〜10−3のそれぞれの指向性は、図に示すように、正面方向で高利得で、検出範囲の端に向かって利得が下がっている。これは、正面方位で設定した最大検出距離のターゲットを検出可能な利得を有し、しかも、検出範囲外では利得を抑えて不要な誤検出を生じないようにするためである。
【0023】
次に、図3に信号処理回路18の構成を示す。受信機16−1〜16−3で得た3つの受信信号(ターゲット1a、1bからの反射波による信号)は、受信信号取得手段20に入力される。この受信信号取得手段20は、A/D変換器などで構成され、アナログの受信信号をA/D変換して、デジタルデータとして取り込む。なお、FM−CWレーダの場合、受信信号取得手段は、受信された反射波に送信波を混合して得たビート信号を各受信アンテナ素子10−1〜10−3の受信信号として取り込む。
【0024】
受信信号取得手段20で取得した受信信号のデジタルデータは、周波数分析手段22に供給される。この周波数分析手段22は、各受信信号に対し複素FFT(高速フーリエ変換)等の周波数分析を行い、受信アンテナ素子10−1〜10−3毎の3つの複素振幅情報を得る。この周波数分析手段22は、ターゲットの距離に応じて合成する受信信号の数を変化する操作を行なわない場合には、図11に示すように後述のエコー検出手段26の直前に配置し、ここで周波数分析を実施しても良い。この場合には受信信号が振幅のみで得られるならば伝搬遅延時間分を補正し位相を含めた複素数で得られるならば位相遅れを補正した上で、受信信号を合成する。
【0025】
この複素振幅情報は、ターゲット1a、1bの距離に応じた周波数において受信された反射波の振幅を示すものである。この例における複素振幅情報をプロットしたものを図5に示す。このように、ターゲット1aが受信アンテナ素子10−1〜10−3の正面に位置し距離が近いため、すべての受信アンテナ素子10−1〜10−3において、ターゲット1aの反射波が低い周波数で、大きな振幅となる。一方、ターゲット1bは、斜め方向に位置し距離が遠いため、すべての受信アンテナ10−1〜10−3において、高い周波数で小さな振幅の反射波になる。
【0026】
このように、すべての受信アンテナ素子10−1〜10−3は、同じ指向性を持っているためにほぼ同じ波形となり、ターゲット1aのエコーは強く現れるものの、ターゲット1bのエコーは弱い。従って、このターゲット1bからのエコーは、雑音によっては検出が不可能となる場合が生じる。さらに、ターゲット1a、1bが車両の場合には、その散乱断面積が一般的に正面方位では大きく、側方になると低下する。このため、エコーの強度差は一層大きくなる。
【0027】
ここで、本実施形態では、方位別信号算出手段24−1〜24−3を有している。この方位別信号算出手段24−1〜24−3は、3つの受信アンテナ素子10−1〜10−3からの各複素振幅情報を周波数成分毎に設定方位に位相を合わせて合成する。すなわち、各受信アンテナ素子10−1〜10−3間の距離をLとして、正面方向からの角度をθとした場合、各受信アンテナ素子10−1〜10−3間では、Lsinθだけ到来波の受信アンテナ素子までの距離が異なり、受信信号についてそれぞれ(2πL/λ)sinθの位相差を付けて合成することで、設定方位に位相を合わせて合成することができる。なお、λは送信波の周波数であり、周波数毎にこの演算を行う。
【0028】
このようにして、本実施形態では、信号の合成を3つの設定方位毎に行うため、3つの方位別信号が得られる。そして、このようにして得られた信号は、設定方位がそれぞれ異なるため、ターゲットが存在する付近を設定方位とした方位別信号で強いエコーが得られる。
【0029】
すなわち、図6に示すように、方位別信号(i)では、ターゲット1bにその方位が向いているため、ターゲット1bからの反射波による信号の振幅が大きくなる。また、方位別信号(ii)では、ターゲット1aがその方位の正面に当たり、ターゲット1aからの反射波による信号の振幅が大きい。方位別信号(iii)では、その設定方位の正面にターゲットは存在せず、その端にターゲット1aが位置するだけであり、ターゲット1aの反射波による信号として振幅の小さなものが得られ、ターゲット1bの反射波による信号は有意の振幅とならない。
【0030】
このことは、図12に示すように、設定方位(i)および(iii)では、それぞれの設定方位において各受信アンテナ素子10−1〜10−3の利得よりも高い利得が得られたことと等価である。
【0031】
このように、3つの方位別信号算出手段24−1〜24−3において方位別信号(i)〜(iii)が得られ、これがエコー検出手段26に供給される。エコー検出手段26は、方位別信号算出手段24−1〜24−3から送られてくる方位別信号(i)〜(iii)に対してそれぞれエコー検出を行う。このエコー検出手段26におけるエコー検出には、従来のピークサーチなどの手法を利用することができる。
【0032】
さらに、得られたエコーに対し、方位検出を行ってもよい。この方位検出の手法には、受信アンテナ素子毎のエコー検出結果を用いるが、DBF(Digitai Beam Forming)でもよいし、MUSIC(Multiple Signal Classification)やESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)に代表される高分解能推定法を用いてもよい。
【0033】
このように、本実施形態においては、複数の受信アンテナ素子10−1〜10−3からの受信信号についての複素振幅信号を設定方位毎に合成し、複数の方位別信号列を得る。これにより、アンテナ素子の利得が低下する方位に存在するターゲットのエコーも容易に検出でき、広い範囲に渡ってターゲットの正確な検出が行える。
【0034】
なお、方位別信号を合成するときには、すべてにおいて同じ数の受信信号を合成する必要はなく、むしろ設定方位が側方であるほど、素子指向性の利得の低下量に応じて合成数を多くすることが望ましい。これによって、図12に示すように検出範囲の端の領域における利得の低下が補償されてすべての方位で同程度の利得となり、同じ散乱断面積を持つターゲットではどの方位でもほぼ同じ強さのエコーを得ることができる。
【0035】
なお、信号を合成する際、受信アンテナ素子の素子間隔によっては、側方を設定方位とした場合に検出範囲外にグレーティングローブを生じる。しかし、受信アンテナ素子の指向性が検出範囲外で抑えられていれば問題ない。すなわち、各受信アンテナ素子において、検出範囲外の利得を十分低く抑えることで、そのグレーティングローブが実質的に検出されないことになり、問題が生じることを防止できる。
【0036】
次に、図8にレーダの信号処理回路の他の構成例を示す。この例では、方位別信号算出手段24−1〜24−3とエコー検出手段26との間に信号合成手段30が設けられている。そして、この信号合成手段30において、方位別信号算出手段24−1〜24−3から送られてくる複数の方位別信号を合成し1つの合成信号を得る。すなわち、図6に示した方位別信号を合成して、図9に示す合成信号を得る。これによって図7に示すように、すべての方位で同程度の利得となる合成指向性が得られたことと等価である。エコー検出手段26においては、1つの合成信号についてエコーの検出を行えばよく、その演算量を低減することができる。
【0037】
ここで、信号合成手段30における合成手法として、次のような方法がある。
【0038】
すなわち、各方位別信号の同一周波数成分に対して、
(i)振幅最大の信号を合成信号の周波数成分とする、
(ii)振幅の強い信号を複数選択し、平均して合成信号の周波数成分とする、
(iii)振幅の強い信号を複数選択し、振幅の強さに応じた重み付けを行った上で、平均して合成信号の周波数成分とする、
などの手法がある。いずれにしても、複数の方位別信号から、各設定方位における大きな振幅の信号を残すように合成して合成信号を得る。
【0039】
「第2実施形態」
第1実施形態において、設定方位を細かく、多く設定することにより、ターゲットの方位と設定方位とが同じになる確率が高くなりエコーの検出精度が上昇する。しかし、合成する受信信号の数が増加するとともに、方位別信号列も増加して演算量が増加する。
【0040】
そこで、FMーCWレーダのような、エコーの周波数からターゲットの位置がおよそ推定できるレーダでは、ターゲットが近傍領域にあると判断されるときには、設定方位を増やして検出範囲を広げ、遠方領域に有ると判断されるときには、設定方位を減らして検出範囲を狭める。これにより、信号処理の増加を抑えながら、近傍では広範囲の検出が可能になる。
【0041】
例えば、本実施形態では図10に示すように、周波数分析手段22の結果を方位数決定手段32に供給する。方位数決定手段32は、周波数分析結果からターゲットによって生じたエコーの周波数を検出し、検出したエコーの周波数に基づいて方位数を決定する。
【0042】
一方周波数分析手段22の結果は、方位別信号算出手段24−1〜24−5に供給されるが、これら方位別信号算出手段24−1〜24−5が方位別信号算出を行うか否かは、方位数決定手段32からの信号によって決定する。例えば、この例では、方位数決定手段32において、ターゲットが遠いと判断された場合には、方位別信号算出手段24−2,24−3,24−4の3つの方位別信号算出手段のみが演算を行う。一方、方位数決定手段32において、ターゲットが近いと判断された場合には、方位別信号算出手段24−1〜24−5の5つの方位別信号算出手段が演算を行う。
【0043】
なお、パルスレーダやSS(スペクトル拡散)レーダにおいても反射波の伝搬遅延を検出することにより、ターゲットまでの距離を知ることができる。このため、同様にターゲットまでの距離に応じて設定方位の数を決定して処理を行うことが好適である。
【0044】
なお、上述の説明では、信号処理回路内の各手段による処理が、別々の回路により行われるとして説明したが、任意の部分または全部についてマイクロコンピュータのソフトとして処理を行うこともできる。例えば、方位別信号列算出手段24−1〜24−5の演算をすべて1つのマイクロコンピュータが行う場合には、ターゲットの距離に応じて設定方位の数を減少させることで、演算量を減少させる効果が得られる。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、設定方位毎に方位別信号を得る。この方位別信号では、設定方位の正面に位置するターゲットで生じるエコーが強くなる。そこで、検出範囲のうち、アンテナ素子の利得が低下した方位にに設定方位を設けることでターゲットの検出が行える。
【0046】
また、受信アンテナ素子の利得を検出範囲外で十分低くすることで、グレーティングローブの悪影響を防止することができる。
【0047】
また、前記受信アンテナ素子の利得低下量に応じて合成する複素振幅情報の数を増加することで、利得の低下量を補償して全体としてほぼ均一が利得を得ることができる。
【0048】
また、遠方領域では、設定方位数を少なくし、近傍では設定方位数を多くすることで、適切な演算量で必要な情報を得ることができる。
【0049】
また、前記複数の方位別信号を合成して1つの合成信号とすることで、1つの合成信号に対しエコー検出処理を行えばよく、演算量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のレーダの受信アンテナ素子とその指向性を示す図である。
【図2】 本実施形態のレーダの構成を示す図である。
【図3】 信号処理回路の構成を示す図である。
【図4】 設定方位を説明する図である。
【図5】 受信アンテナ素子毎の受信信号の周波数分析結果を示す図である。
【図6】 方位別信号を示す図である。
【図7】 信号合成手段により得られる合成指向性を示す図である。
【図8】 信号処理回路の他の構成を示す図である。
【図9】 合成信号を示す図である。
【図10】 信号処理回路のさらに他の構成例を示す図である。
【図11】 信号処理回路のさらに他の構成例を示す図である。
【図12】 方位別信号を示す図である。
【符号の説明】
10−1〜10−3 受信アンテナ素子、12 送信アンテナ、14 送信機、16 受信機、18 信号処理回路、20 受信信号取得手段、22 周波数分析手段、24−1〜24−3 方位別信号算出手段、26 エコー検出手段。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radar signal processing circuit that processes received signals from a plurality of receiving antenna elements.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various radar devices are known, and those that detect a target from a plurality of received signals are also known. For example, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2000-155171 discloses a radar apparatus that provides a plurality of transmission antennas and reception antennas, and obtains a plurality of reception signals by switching between them, and detects a target based on the reception signals.
[0003]
"Related technologies"
In addition, the applicant of the present application, in Japanese Patent Application No. 11-271305, discloses an FM-CW radar that uses a plurality of receiving antennas. In this radar apparatus, a plurality of reception antennas are arranged to obtain reception signals in two phases, an upstream phase and a downstream phase, respectively. Next, frequency analysis is performed on each received signal, and a plurality of obtained analysis results are averaged for each frequency component. Then, an echo generated at the target is detected by a peak search using the discrimination threshold.
[0004]
Thus, by using a plurality of antennas, it is possible to accurately detect a target with a wider field of view.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Here, the plurality of receiving antennas all have the same directivity, and those having high directivity are adopted so that the target having the maximum detection distance can be detected in each. Further, outside the detection range, the gain is kept low to reduce false detection.
[0006]
For this reason, these receiving antennas have high gain (high detection sensitivity) so that the target can be detected in the front direction, but the gain decreases sharply at the end of the detection range and in the vicinity. Resulting in.
[0007]
Therefore, when a target is present in the front, a strong echo can be obtained. However, if the target orientation reaches the end of the detection range, the echo becomes weak and detection may be difficult due to noise.
[0008]
On the other hand, an antenna that maintains a high gain up to the vicinity of the end of the detection range can be designed. However, in this case, there is a problem in that erroneous detection occurs because the gain outside the detection range cannot be suppressed.
[0009]
Further, when the target is a vehicle, its scattering cross section is greatly reduced as it becomes lateral as compared to when the target is present in the front, and this also weakens the echo. Therefore, there has been a problem that detection of a target (vehicle) becomes increasingly difficult.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a reception signal acquiring means for acquiring a plurality of received signals received by the antenna elements arranged in different positions from each other, for some or all of the plurality of received signals, phase one setting direction performed for a plurality of setting azimuth processing of combining together, and the direction-specific signal calculating means for the orientation-specific signals to a plurality of setting directions for calculating, respectively Re Teso a reception signal having directivity for each setting direction In the signal synthesis means, the plurality of azimuth signals obtained by the azimuth signal calculation means are synthesized by leaving a large amplitude signal in each setting azimuth to form one synthesized signal. an echo detector for detecting an echo based on the resulting combined signal, and wherein the Rukoto to have a. However, the antenna elements need not be actually placed, if it obtains the received signal at different positions, rather it may also be moved one element, by further changing the position of the transmitting antenna, virtually The position of the receiving antenna may be changed.
[0011]
As described above, in the present invention, a direction-specific signal is obtained for each set direction. In this azimuth-specific signal, the echo generated by the target located in front of the set azimuth is large. Accordingly, among the detection range, enabling high-precision target accurate detection in the gain of the antenna element is provided set orientation to the orientation decreases. Further, by performing synthesis in advance, it is sufficient to perform echo detection processing for one synthesized signal, and the amount of calculation can be reduced.
[0012]
Further, it is preferable that the antenna element has a maximum gain capable of detecting a target having a maximum detection distance, and further suppresses a gain in a direction in which a grating lobe generated depending on an antenna element interval is generated. By making the gain of the antenna element sufficiently low outside the detection range, adverse effects of the grating lobe can be prevented.
[0013]
In addition, it is preferable that the direction-specific signal calculation unit changes the number of reception signals to be combined in accordance with a change in gain based on the directivity of the antenna element. By doing so, it is possible to compensate for the amount of decrease in gain and obtain a substantially uniform gain as a whole.
[0014]
In addition, the direction-specific signal means has means for separating the received signals into a plurality of groups according to the distance of the target on which the reflected wave is generated for each received signal. In the group corresponding to the proximity area, the set number of the predetermined azimuth is increased and extended to the side part in a group corresponding to the proximity area by reducing the set azimuth setting number and limiting the azimuth in the vicinity of the front. It is preferable to combine the received signals.
[0015]
Generally, only a relatively narrow area of target information is required in the far area, and a wide area of target information is required in the vicinity. This requirement is particularly strong in vehicles traveling on roads. Thus, by determining the set azimuth number according to this requirement, the amount of calculation can be made appropriate.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to FM-CW radar will be described, but the present invention can also be applied to pulse radar and SS (spread spectrum) radar.
[0018]
FIG. 2 shows the overall configuration of the radar apparatus. In this example, three receiving antenna elements 10-1 to 10-3 and one transmitting antenna 12 are provided. A high-frequency signal from the transmitter 14 is supplied to the transmission antenna 12 from which a transmission wave is transmitted. This transmission wave is an FM-CW wave, for example, a radio wave whose frequency repeatedly rises and falls like a triangular wave as time passes.
[0019]
Then, the transmission wave transmitted from the transmission antenna 12 is reflected by the target 1, and the reflected wave is received by the reception antenna elements 10-1 to 10-3. The reflected waves from the target 1 obtained by the receiving antenna elements 10-1 to 10-3 are subjected to reception processing such as demodulation in the receivers 16-1 to 16-3, respectively. Then, the reception signals obtained by the receivers 16-1 to 16-3 are supplied to the signal processing circuit 18, where predetermined signal processing is performed, and the position and distance of the target 1 are detected.
[0020]
Here, in the present embodiment, three azimuths are set as setting azimuths, and sufficient gain is maintained even at the end of the detection range by using the set azimuths. This will be described below. In the following example, the number of receiving antenna elements and the number of set azimuths are the same, but the number of receiving antenna elements and the number of set azimuths do not have to be the same, and may be more or less than 3, respectively.
[0021]
FIG. 4 shows the in-azimuth directivity pattern of the receiving antenna 10 in this example, the positions of the targets 1a and 1b, and the set orientation.
[0022]
In this example, it is assumed that there are two targets 1a and 1b having the same scattering cross section, and the target 1a exists in a substantially front direction (a direction with high directivity) and the target 1b exists in a side (a direction with low directivity). Is assumed. Here, as shown in the figure, the directivity of each of the receiving antenna elements 10-1 to 10-3 has a high gain in the front direction, and the gain decreases toward the end of the detection range. This is because it has a gain capable of detecting the target having the maximum detection distance set in the front direction, and suppresses the gain outside the detection range so that unnecessary false detection does not occur.
[0023]
Next, FIG. 3 shows the configuration of the signal processing circuit 18. Three reception signals (signals by reflected waves from the targets 1 a and 1 b) obtained by the receivers 16-1 to 16-3 are input to the reception signal acquisition unit 20. The reception signal acquisition means 20 is composed of an A / D converter or the like, A / D converts an analog reception signal, and takes it in as digital data. In the case of FM-CW radar, the reception signal acquisition unit takes in a beat signal obtained by mixing a transmission wave with a received reflected wave as a reception signal of each reception antenna element 10-1 to 10-3.
[0024]
The digital data of the reception signal acquired by the reception signal acquisition unit 20 is supplied to the frequency analysis unit 22. The frequency analysis means 22 performs frequency analysis such as complex FFT (Fast Fourier Transform) on each received signal to obtain three complex amplitude information for each of the receiving antenna elements 10-1 to 10-3. When the operation of changing the number of received signals to be synthesized according to the target distance is not performed, the frequency analyzing means 22 is arranged immediately before an echo detecting means 26 described later as shown in FIG. Frequency analysis may be performed. In this case, if the received signal can be obtained only by amplitude, the propagation delay time is corrected. If the received signal is obtained by a complex number including the phase, the received signal is synthesized after correcting the phase delay.
[0025]
This complex amplitude information indicates the amplitude of the reflected wave received at a frequency corresponding to the distance between the targets 1a and 1b. A plot of the complex amplitude information in this example is shown in FIG. Thus, since the target 1a is located in front of the receiving antenna elements 10-1 to 10-3 and has a short distance, the reflected waves of the target 1a are low in frequency at all the receiving antenna elements 10-1 to 10-3. , Will have a large amplitude. On the other hand, since the target 1b is located in an oblique direction and has a long distance, all the receiving antennas 10-1 to 10-3 become reflected waves with high frequencies and small amplitudes.
[0026]
Thus, since all the receiving antenna elements 10-1 to 10-3 have the same directivity, they have substantially the same waveform, and the echo of the target 1a appears strongly, but the echo of the target 1b is weak. Therefore, the echo from the target 1b may not be detected depending on noise. Furthermore, when the targets 1a and 1b are vehicles, the scattering cross-section area is generally large in the front direction and decreases when it becomes lateral. For this reason, the difference in echo intensity is further increased.
[0027]
Here, in this embodiment, it has the signal calculation means 24-1 to 24-3 according to direction. The azimuth-specific signal calculation means 24-1 to 24-3 synthesize the complex amplitude information from the three receiving antenna elements 10-1 to 10-3 in accordance with the set azimuth for each frequency component. That is, when the distance between the receiving antenna elements 10-1 to 10-3 is L and the angle from the front direction is θ, the incoming wave is only Lsinθ between the receiving antenna elements 10-1 to 10-3. The distances to the receiving antenna elements are different, and the received signals are synthesized with a phase difference of (2πL / λ) sin θ, respectively, so that the phases can be synthesized in accordance with the set direction. Note that λ is the frequency of the transmission wave, and this calculation is performed for each frequency.
[0028]
In this way, in this embodiment, since the signals are combined for each of the three set directions, three signals for each direction are obtained. Since the signals obtained in this way have different set orientations, a strong echo can be obtained with an orientation-specific signal with the vicinity where the target is present as the set orientation.
[0029]
That is, as shown in FIG. 6, in the azimuth-specific signal (i), since the azimuth is directed to the target 1b, the amplitude of the signal due to the reflected wave from the target 1b is increased. In the azimuth-specific signal (ii), the target 1a hits the front of the azimuth, and the amplitude of the signal due to the reflected wave from the target 1a is large. In the azimuth-specific signal (iii), there is no target in front of the set azimuth, only the target 1a is located at the end thereof, and a signal having a small amplitude is obtained as a signal by the reflected wave of the target 1a. The signal due to the reflected wave does not have a significant amplitude.
[0030]
As shown in FIG. 12, in the setting directions (i) and (iii), a gain higher than the gain of each of the receiving antenna elements 10-1 to 10-3 was obtained in each setting direction. Is equivalent.
[0031]
In this way, the three azimuth-specific signal calculation means 24-1 to 24-3 obtain the azimuth-specific signals (i) to (iii), which are supplied to the echo detection means 26. The echo detection unit 26 performs echo detection on each of the directional signals (i) to (iii) sent from the directional signal calculation units 24-1 to 24-3. For the echo detection in the echo detection means 26, a conventional technique such as peak search can be used.
[0032]
Further, the direction detection may be performed on the obtained echo. For this azimuth detection method, echo detection results for each receiving antenna element are used, but DBF (Digitai Beam Forming) may be used, and it is represented by MUSIC (Multiple Signal Classification) and ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques). A high resolution estimation method may be used.
[0033]
Thus, in this embodiment, the complex amplitude signal about the received signal from the several receiving antenna element 10-1 to 10-3 is synthesize | combined for every setting azimuth | direction, and the several signal sequence according to azimuth | direction is obtained. Thereby, the echo of the target existing in the direction where the gain of the antenna element decreases can be easily detected, and the target can be accurately detected over a wide range.
[0034]
In addition, when synthesizing signals by direction, it is not necessary to synthesize the same number of received signals in all. Rather, the more the set direction is sideways, the greater the number of combinations according to the amount of decrease in element directivity gain. It is desirable. As a result, as shown in FIG. 12, a decrease in gain in the end region of the detection range is compensated so that the gain is almost the same in all directions, and an echo having almost the same intensity in any direction in a target having the same scattering cross section. Can be obtained.
[0035]
When combining signals, depending on the element spacing of the receiving antenna elements, a grating lobe is generated outside the detection range when the side is set as the set direction. However, there is no problem if the directivity of the receiving antenna element is suppressed outside the detection range. That is, by suppressing the gain outside the detection range sufficiently low in each receiving antenna element, the grating lobe is not substantially detected, and problems can be prevented from occurring.
[0036]
Next, FIG. 8 shows another configuration example of the radar signal processing circuit. In this example, a signal synthesis unit 30 is provided between the azimuth-specific signal calculation units 24-1 to 24-3 and the echo detection unit 26. Then, in this signal synthesis means 30, a plurality of azimuth signals sent from the azimuth signal calculation means 24-1 to 24-3 are synthesized to obtain one synthesized signal. That is, the directional signals shown in FIG. 6 are combined to obtain the combined signal shown in FIG. Thus, as shown in FIG. 7, this is equivalent to obtaining a combined directivity having a similar gain in all directions. The echo detection means 26 only needs to detect echo for one composite signal, and the amount of calculation can be reduced.
[0037]
Here, as a synthesizing method in the signal synthesizing means 30, there are the following methods.
[0038]
That is, for the same frequency component of each orientation signal,
(I) The signal having the maximum amplitude is the frequency component of the synthesized signal.
(Ii) selecting a plurality of signals having a strong amplitude and averaging them to obtain a frequency component of the synthesized signal;
(Iii) selecting a plurality of signals having a strong amplitude, performing weighting according to the strength of the amplitude, and averaging them to obtain a frequency component of the synthesized signal;
There are methods such as. In any case, a composite signal is obtained by combining a plurality of azimuth signals so as to leave a signal having a large amplitude in each set azimuth.
[0039]
“Second Embodiment”
In the first embodiment, by setting a large number of setting azimuths, the probability that the target azimuth and the setting azimuth are the same increases, and the echo detection accuracy increases. However, as the number of received signals to be combined increases, the azimuth-specific signal sequence also increases, increasing the amount of computation.
[0040]
Therefore, in a radar such as FM-CW radar that can roughly estimate the position of the target from the echo frequency, when it is determined that the target is in the vicinity region, the set direction is increased to widen the detection range, and the target region is in the far region. If it is determined, the set direction is reduced to narrow the detection range. Thereby, it is possible to detect a wide range in the vicinity while suppressing an increase in signal processing.
[0041]
For example, in this embodiment, as shown in FIG. 10, the result of the frequency analysis means 22 is supplied to the azimuth number determination means 32. The azimuth number determination means 32 detects the frequency of the echo generated by the target from the frequency analysis result, and determines the azimuth number based on the detected echo frequency.
[0042]
On the other hand, the result of the frequency analysis means 22 is supplied to the direction-specific signal calculation means 24-1 to 24-5, and whether or not the direction-specific signal calculation means 24-1 to 24-5 perform the direction-specific signal calculation. Is determined by a signal from the azimuth number determining means 32. For example, in this example, when the azimuth number determination means 32 determines that the target is far, only the three azimuth signal calculation means 24-2, 24-3, and 24-4 are directional signal calculation means. Perform the operation. On the other hand, when the azimuth number determination means 32 determines that the target is close, the five directional signal calculation means 24-1 to 24-5 perform calculation.
[0043]
In the pulse radar and SS (spread spectrum) radar, the distance to the target can be known by detecting the propagation delay of the reflected wave. For this reason, it is preferable that the number of setting azimuths is similarly determined according to the distance to the target.
[0044]
In the above description, the processing by each means in the signal processing circuit has been described as being performed by separate circuits. However, any part or all of the processing can be performed as microcomputer software. For example, in the case where one microcomputer performs all the computations of the azimuth-specific signal string calculation units 24-1 to 24-5, the computation amount is reduced by reducing the number of set orientations according to the target distance. An effect is obtained.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a direction-specific signal is obtained for each set direction. In this azimuth-specific signal, an echo generated at a target located in front of the set azimuth is strong. In view of this, the target can be detected by providing a set azimuth in the azimuth where the gain of the antenna element is reduced in the detection range.
[0046]
In addition, by making the gain of the receiving antenna element sufficiently low outside the detection range, adverse effects of the grating lobe can be prevented.
[0047]
Also, by increasing the number of complex amplitude information to be combined according to the gain reduction amount of the receiving antenna element, the gain reduction amount can be compensated and the gain can be obtained almost uniformly as a whole.
[0048]
In addition, by reducing the number of set azimuths in the far region and increasing the number of set azimuths in the vicinity, necessary information can be obtained with an appropriate amount of computation.
[0049]
In addition, by combining the plurality of azimuth signals into one composite signal, echo detection processing may be performed on one composite signal, and the amount of calculation can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a receiving antenna element of a conventional radar and its directivity.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a radar according to the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a signal processing circuit.
FIG. 4 is a diagram for explaining a setting direction.
FIG. 5 is a diagram illustrating a frequency analysis result of a reception signal for each reception antenna element.
FIG. 6 is a diagram showing signals according to directions.
FIG. 7 is a diagram showing a synthesis directivity obtained by a signal synthesis unit.
FIG. 8 is a diagram showing another configuration of the signal processing circuit.
FIG. 9 is a diagram illustrating a combined signal.
FIG. 10 is a diagram illustrating still another configuration example of the signal processing circuit.
FIG. 11 is a diagram illustrating still another configuration example of the signal processing circuit.
FIG. 12 is a diagram showing signals according to directions.
[Explanation of symbols]
10-1 to 10-3 Receiving antenna element, 12 Transmitting antenna, 14 Transmitter, 16 Receiver, 18 Signal processing circuit, 20 Received signal acquisition means, 22 Frequency analysis means, 24-1 to 24-3 Signal calculation according to direction Means, 26 Echo detection means.

Claims (5)

互いに異なる複数位置に配置されるアンテナ素子で受信された複数の受信信号を取得する受信信号取得手段と、
前記複数の受信信号の一部または全部について、1つの設定方位に位相を合わせて合成する処理を複数の設定方位に対し行い、各設定方位について指向性を持つ受信信号である方位別信号を複数の設定方位に対してそれぞれ算出する方位別信号算出手段と、
この方位別信号算出手段で得られた前記複数の方位別信号を、各設定方位における大きな振幅の信号を残して合成することで1つの合成信号とする信号合成手段と、
この信号合成手段において得られた合成信号に基づきエコーを検出するエコー検出手段と、
有することを特徴とするレーダの信号処理回路。
Received signal acquisition means for acquiring a plurality of received signals received by antenna elements arranged at different positions from each other;
For some or all of the plurality of received signals, the processing to synthesize together the phase in one set direction is performed to a plurality of setting directions, the orientation-specific signal is a received signal having a directivity for each setting direction and the direction-specific signal calculating means for calculating, respectively Re Teso for a plurality of setting directions,
A signal combining means that combines the plurality of signals obtained by the direction-specific signal calculation means, leaving a signal having a large amplitude in each setting direction to be one combined signal;
Echo detecting means for detecting echo based on the synthesized signal obtained in the signal synthesizing means ;
The signal processing circuit of the radar, characterized in Rukoto to have a.
請求項1に記載の回路において、
前記アンテナ素子は、
最大検出距離のターゲットを検出できる最大利得を有し、
さらに、各アンテナ素子の利得を検出範囲外において低く抑えることで、アンテナ素子間隔に依存して発生するグレーティングローブが生じる方位の利得が抑えられたことを特徴とするレーダの信号処理回路。
The circuit of claim 1, wherein
The antenna element is
It has the maximum gain that can detect the target of the maximum detection distance,
Further , a radar signal processing circuit characterized in that a gain of an azimuth in which a grating lobe generated depending on an antenna element interval is suppressed is suppressed by suppressing a gain of each antenna element outside a detection range .
請求項1または2に記載の回路において、
前記方位別信号算出手段は、前記アンテナ素子の指向性に基づく利得の変化に応じて、合成する受信信号の数を変化することを特徴とするレーダの信号処理回路。
The circuit according to claim 1 or 2,
The radar signal processing circuit, wherein the direction-specific signal calculating means changes the number of received signals to be combined in accordance with a change in gain based on the directivity of the antenna element.
請求項1〜3のいずれか1つに記載の回路において、
前記方位別信号算出手段は、前記各受信信号について反射波が生じたターゲットの距離に応じて、前記各受信信号を複数のグループに分離する手段を有し、
遠方領域に該当するグループでは、前記設定方位の設定数を少なく、かつ正面付近の方位に限定して受信信号を合成し、
近接領域に該当するグループでは、前記所定の方位の設定数を多く、かつ側方部分にまで広げて受信信号を合成することを特徴とするレーダの信号処理回路。
The circuit according to any one of claims 1 to 3,
The direction-specific signal calculating means has means for separating the received signals into a plurality of groups according to the distance of the target on which the reflected wave is generated for each received signal,
In the group corresponding to the far field, the set number of the setting azimuth is small, and the reception signal is synthesized only in the azimuth near the front,
A radar signal processing circuit characterized in that, in a group corresponding to a proximity region, a set number of the predetermined azimuths is increased and the reception signals are synthesized by extending to a side portion.
請求項1〜4のいずれか1つに記載の回路において、In the circuit according to any one of claims 1 to 4,
前記信号合成手段は、  The signal synthesis means includes
各方位別信号の同一周波数成分に対して、(i)振幅最大の信号を合成信号の周波数成分とする、(ii)振幅の強い信号を複数選択し、平均して合成信号の周波数成分とする、(iii)振幅の強い信号を複数選択し、振幅の強さに応じた重み付けを行った上で、平均して合成信号の周波数成分とする、  For the same frequency component of each azimuth signal, (i) the signal with the maximum amplitude is used as the frequency component of the combined signal, and (ii) a plurality of signals having strong amplitude are selected and averaged to be the frequency component of the combined signal. , (Iii) selecting a plurality of signals having a strong amplitude, performing weighting according to the strength of the amplitude, and averaging them to obtain a frequency component of the synthesized signal;
のいずれかによって、複数の方位別信号から、各設定方位における大きな振幅の信号を残すように合成して合成信号を得ることを特徴とするレーダの信号処理回路。  A radar signal processing circuit characterized in that a combined signal is obtained by combining a plurality of azimuth signals so as to leave a signal having a large amplitude in each set azimuth.
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