JP5114187B2 - Electronic scanning radar apparatus, received wave direction estimation method, and received wave direction estimation program - Google Patents

Electronic scanning radar apparatus, received wave direction estimation method, and received wave direction estimation program Download PDF

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Description

本発明は、放射した送信波に対するターゲットからの反射波を用い、このターゲットの検出を行う、車載用に好適な電子走査型レーダ装置及びこれに用いる到来波方向推定プログラムに関する。   The present invention relates to an electronic scanning radar apparatus suitable for in-vehicle use, which uses a reflected wave from a target with respect to a radiated transmission wave and detects the target, and an arrival wave direction estimation program used therefor.

従来、車載レーダとしては、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)レーダ、多周波CW(Continuous Wave)レーダ、及びパルスレーダ等の方式を利用した電子走査型のレーダが用いられている。
上記各レーダにおいては、ターゲットからの到来波(あるいは受信波)の方向検知の技術として、アレーアンテナの到来波方向推定方法が用いられている。
この到来波方向推定方法は、ビームフォーマ法、Capon法などのビーム走査方法と、最大エントロピー(MEM:Maximum Entropy Method )法などの線形予測法、最小ノルム法、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)法等の超分解能(高精度)アルゴリズムといわれるヌル操作方法がある(例えば、非特許文献1及び2参照)
Conventionally, as an in-vehicle radar, an electronic scanning type radar using a method such as FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) radar, multi-frequency CW (Continuous Wave) radar, or pulse radar is used.
In each of the above radars, an array antenna arrival wave direction estimation method is used as a technique for detecting the direction of an incoming wave (or a received wave) from a target.
This incoming wave direction estimation method includes beam scanning method such as beamformer method and capon method, linear prediction method such as maximum entropy (MEM) method, minimum norm method, MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) method, ESPRIT There is a null operation method called a super-resolution (high accuracy) algorithm such as (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) method (for example, see Non-Patent Documents 1 and 2).

また、車載レーダに用いられる到来波方向推定は、ビームフォーマ法のデジタルビームフォーミング(DBF:Digital Beam Forming)のみで行ったり(例えば、特許文献1参照)、受信波の到来方向の検出精度(またターゲットの分解能)を向上させるため、近年、DBFと最大エントロピー法を組み合わせた方法(例えば、特許文献2及び3参照)により行われている。
さらに、MUSICなどの超分解能アルゴリズムを車載レーダ用に応用させるため、通常のパーソナルコンピュータに比較し、演算処理機能が低い車載用に用いられているマイクロプロセッサを使用するため、推定アルゴリズムなどを簡易化したものが開発されている(例えば、特許文献4、5、6、7)。
In addition, the direction of arrival wave used for in-vehicle radar is estimated only by digital beam forming (DBF) of the beamformer method (for example, see Patent Document 1), or the detection accuracy of the direction of arrival of the received wave (or In recent years, a method combining DBF and the maximum entropy method (for example, see Patent Documents 2 and 3) has been performed in order to improve the target resolution.
In addition, super-resolution algorithms such as MUSIC are applied to in-vehicle radars. Compared to ordinary personal computers, microprocessors used for in-vehicle use have lower arithmetic processing functions, so estimation algorithms are simplified. Have been developed (for example, Patent Documents 4, 5, 6, and 7).

上記MUSICなどの超分解能アルゴリズムは、各アレーアンテナの受信波のデータから、相関行列を作成し、この相関行列から固有値計算により、受信波の到来方向が検出される。ここで固有値計算(演算)とは、固有値と固有ベクトルを求めることである。
このとき、上記相関行列のホワイトノイズ成分が除去されるほど、到来方向の検出の精度は向上するため、受信データのアンサンブル平均により相関行列を作成する。
例えば、FMCWレーダは、受信されるビート信号のデータセット(周波数領域のデータに変換できる、一定時間区間の時系列データ)のサンプル数をできる限り取得し、平均化した相関行列を使用することになる。上記サンプル数をスナップショット数と呼ぶ(例えば、非特許文献1及び2参照)。
The super resolution algorithm such as MUSIC creates a correlation matrix from the received wave data of each array antenna, and detects the arrival direction of the received wave from the correlation matrix by eigenvalue calculation. Here, the eigenvalue calculation (calculation) is to obtain eigenvalues and eigenvectors.
At this time, as the white noise component of the correlation matrix is removed, the accuracy of detection of the arrival direction is improved. Therefore, the correlation matrix is created by ensemble averaging of received data.
For example, FMCW radar obtains as many samples as possible from the received beat signal data set (time-series data in a certain time interval that can be converted to frequency domain data) and uses an averaged correlation matrix. Become. The number of samples is called the number of snapshots (see, for example, Non-Patent Documents 1 and 2).

しかしながら、車載用レーダにおいては、ターゲットに対する距離及び相対速度が絶えず変動するため、漠然とスナップショット数を増加させたとしても、検出精度が向上するとは限らない。
また、逆に、ターゲットを検出する制御サイクル(または検知サイクル、例えば、100ms)中にスナップショット数を稼ぐには、受信信号に対する周波数分解処理も同時に、アレーアンテナ数にスナップショット数を乗じた回数を実行する必要があるため、数に制限が生じる。
スナップショットを増加させずに検出精度を向上させるため、上記特許文献4においては、例えば、前回(または前々回)の制御サイクル時のビート周波数毎の相関行列を記憶しておき、現在の制御サイクルにてターゲットが存在するビート周波数の相関行列と同一のビート周波数の前回(または前々回)の相関行列とを重み付け加算(重み付け平均)する方法や、この重み付け加算した相関行列をビート周波数毎に記憶しておき、現在の制御サイクルにてターゲットが存在するビート周波数の相関行列と同じビート周波数の上記重み付け加算した相関行列とをさらに重み付け加算する方法が記載されている。
However, in the in-vehicle radar, the distance and relative speed with respect to the target constantly fluctuate. Therefore, even if the number of snapshots is increased vaguely, the detection accuracy is not always improved.
Conversely, in order to earn the number of snapshots during the control cycle (or detection cycle, eg, 100 ms) for detecting the target, the number of times the array antenna is multiplied by the number of snapshots at the same time as the frequency resolution processing for the received signal. There is a limit to the number of
In order to improve the detection accuracy without increasing the snapshot, in Patent Document 4, for example, a correlation matrix for each beat frequency at the previous (or last) control cycle is stored, and the current control cycle is stored. A method of weighted addition (weighted average) of the correlation matrix of the beat frequency where the target is present and the previous (or the previous) correlation matrix of the same beat frequency, or storing this weighted addition correlation matrix for each beat frequency In addition, there is described a method for further weighted addition of the correlation matrix of the beat frequency where the target exists in the current control cycle and the correlation matrix obtained by weighting and adding the same beat frequency.

また、上記特許文献5においては、ビート周波数にてターゲットが存在している同一のピーク波形のなかから、ピーク値を示す周波数と、その近傍(例えば、±2周波数分解能分)の周波数にて作成された各相関行列を平均してスナップショット数を稼ぐ方法が記載されている。
この特許文献5においては、過去の相関行列の使用により、周波数領域間における相関行列を平均したものを、さらに平均化することが記載されている。
特許文献6においては、路側形状推定方法と、現在及び過去の相関行列を平均する方法とを組み合わせた受信波の到来方向の推定が記載されている。
Moreover, in the said patent document 5, it produces with the frequency which shows a peak value, and its vicinity (for example, +/- 2 frequency resolution part) from the same peak waveform in which the target exists in beat frequency. A method is described in which each correlation matrix is averaged to increase the number of snapshots.
In this Patent Document 5, it is described that a correlation matrix between frequency domains is averaged by using a past correlation matrix.
Patent Document 6 describes estimation of the arrival direction of a received wave by combining a roadside shape estimation method and a method of averaging current and past correlation matrices.

また、特許文献6においては、現在及び過去の相関行列を平均化するため、その重み係数(あるいは忘却係数:忘却の度合いを表す定数)をリアルタイムに決定する手法が記載されている。
菊間 信良著、アレーアンテナによる適応信号処理、科学技術出版社、1998 菊間 信良著、アダプティブアンテナ技術、オーム社、2003年 特開2000−284044号公報 特開2006−275840号公報 特開2006−308542号公報 特開2007−040806号公報 特開2006−145251号公報 特開2006−242695号公報 特開2006−284182号公報
Patent Document 6 describes a method for determining the weighting coefficient (or forgetting coefficient: a constant indicating the degree of forgetting) in real time in order to average the current and past correlation matrices.
Kikuma Nobuyoshi, Adaptive Signal Processing with Array Antenna, Science and Technology Publishers, 1998 Nobuyoshi Kikuma, Adaptive Antenna Technology, Ohmsha, 2003 JP 2000-284044 A JP 2006-275840 A JP 2006-308542 A JP 2007-040806 A JP 2006-145251 A JP 2006-242695 A JP 2006-284182 A

しかしながら、上記特許文献4は、従来の相関行列の平均化手段において、過去の相関行列を全ビート周波数分に周波数分解、例えば、256個の離散時間にてフーリエ変換する場合、128個の離散周波数を記憶する必要があり、「相関行列のデータ数×全ビート周波数」分の大容量のメモリが必要となる課題がある。また、過去の相関行列のビート周波数が、現在のターゲットのビート周波数と同一周波数を選択しているため、ターゲットとの距離が一定にて追尾している状態の場合、検出のためのデータが平均化されるが、一方、ターゲットとの距離が変動する場合、前回の周波数にターゲットが存在しないこともあり、検出のためのデータが悪化してしまうということも懸念される。   However, in the above-mentioned Patent Document 4, in the conventional correlation matrix averaging means, when the past correlation matrix is frequency-resolved into all beat frequencies, for example, Fourier transform is performed in 256 discrete times, 128 discrete frequencies are used. There is a problem that a large-capacity memory corresponding to “number of data of correlation matrix × total beat frequency” is required. In addition, since the beat frequency of the past correlation matrix is the same as the beat frequency of the current target, when the distance to the target is tracking at a constant distance, the detection data is averaged. On the other hand, if the distance to the target varies, there is a concern that the target may not exist at the previous frequency, and the data for detection will deteriorate.

また、上記特許文献5は、従来の相関行列の平均化手法として、必ず近傍のビート周波数同士での相関行列の平均化を行った後、過去の相関行列との平均化を行うこととなる。
このため、近傍のビート周波数を含めた周波数帯域において、ターゲットの存在レベルとしての信号強度を示すことが前提であり、ビート周波数の離散周波数分解能が非常に細かい場合にのみ適用が可能である。また、必ず近傍のビート周波数同士での相関行列の平均化との組合せにて行われるため、過去の相関行列を単独に使用した受信波の到来方向の検出を行っていない。
さらに、特許文献6は、従来の相関行列の平均化手法においても、特許文献5と同様に、路側形状推測方法が行われることが前提であり、過去の相関行列を単独に使用した受信波の到来方向の検出を行っておらず、処理が複雑なものとなっている。
Further, in Patent Document 5, as a conventional correlation matrix averaging method, the correlation matrix is always averaged between neighboring beat frequencies, and then averaged with the past correlation matrix.
For this reason, it is premised on that the signal intensity as the presence level of the target is shown in the frequency band including the nearby beat frequency, and can be applied only when the discrete frequency resolution of the beat frequency is very fine. In addition, since it is always performed in combination with the averaging of correlation matrices between neighboring beat frequencies, the arrival direction of the received wave is not detected using the past correlation matrix alone.
Furthermore, Patent Document 6 is based on the premise that the roadside shape estimation method is performed in the conventional correlation matrix averaging method as well as Patent Document 5, and the received wave using the past correlation matrix alone is used. The direction of arrival is not detected, and the processing is complicated.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、過去の相関行列を単独に使用し、簡易な演算により、高い精度で受信波の到来方向の検出を行う電子走査型レーダ装置及び受信波方向推定プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an electronic scanning radar apparatus and a reception device that detect the arrival direction of a received wave with high accuracy by simple calculation using a past correlation matrix alone. An object is to provide a wave direction estimation program.

本発明の電子走査型レーダ装置は、移動体に搭載される電子走査型レーダ装置であり、送信波を送信する送信手段と、前記送信波のターゲットによる反射波を受信する複数のアンテナから構成される受信部と、前記送信波及び前記反射波からビート信号を生成するビート信号生成部と、前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理部と、前記ビート周波数の強度値からピーク値を検出してターゲットの存在を検知するターゲット検知部と、前記アンテナ毎における前記ターゲットが検出された検出ビート周波数の複素数データそれぞれから相関行列を算出する相関行列算出部と、現在の検知サイクル及び過去の検知サイクルにおけるターゲットを距離及び相対速度とにより関連づけるターゲット連結処理部と、現在の検知サイクルのターゲットの相関行列と、関連づけられた過去の検知サイクルにおける同一のターゲットの相関行列とを重み付け平均化した平均相関行列を生成する相関行列フィルタ部と、前記平均相関行列から受信波の到来方向を算出する方位検出部とを有することを特徴とする。 An electronic scanning radar apparatus according to the present invention is an electronic scanning radar apparatus mounted on a moving body, and includes a transmission unit that transmits a transmission wave and a plurality of antennas that receive a reflected wave from a target of the transmission wave. Receiving unit, a beat signal generating unit that generates a beat signal from the transmission wave and the reflected wave, and a frequency decomposition processing unit that calculates complex number data by frequency-decomposing the beat signal into a predetermined number of beat frequencies And a target detector for detecting a peak value from the intensity value of the beat frequency to detect the presence of a target, and a correlation for calculating a correlation matrix from each complex number data of a detected beat frequency at which the target is detected for each antenna The matrix calculator and the targets in the current detection cycle and the past detection cycle are related by distance and relative speed. A target link unit which characterize the correlation matrix for the current detection cycle targets, the correlation matrix filter unit for generating an average correlation matrix weighted averaging and correlation matrix of the same target in the past detection cycle associated, And an azimuth detector that calculates the arrival direction of the received wave from the average correlation matrix.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記ターゲット連結処理部が、現在と過去との検知サイクルにおけるターゲットを関連づける際、現在の検知サイクルの検出ビート周波数により得られた距離及び相対速度が、過去の検知サイクルにより得られた距離と相対速度により予測し、予め設定された距離範囲及び相対速度範囲にそれぞれ含まれるか否かにより、ターゲット間に関連づけの有無を検出することを特徴とする。   In the electronic scanning radar apparatus according to the present invention, when the target connection processing unit associates the target in the detection cycle of the current and the past, the distance and the relative velocity obtained by the detection beat frequency of the current detection cycle are the past. Prediction is made based on the distance and relative speed obtained by the detection cycle, and whether or not there is an association between the targets is detected depending on whether the distance is included in a preset distance range and relative speed range.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記関連付けられたターゲットが過去の1つまたは複数サイクル分のターゲットとして、それぞれ対応して、距離、相対速度及び相関行列が記憶される記憶部とをさらに有し、前記ターゲット連結処理部が、現在の検知サイクルにおけるターゲットと、該現在のターゲットに関連づけられた複数の時系列の過去の検知サイクルにおけるターゲットとの相関行列を重み付け平均化して平均相関行列を生成するとともに、現在のターゲットの距離、相対速度及び相関行列を、関連づけられた過去のターゲットの距離、相対速度及び相関行列に対応させ、前記記憶部に記憶することを特徴とする。   The electronic scanning radar apparatus according to the present invention further includes a storage unit for storing a distance, a relative velocity, and a correlation matrix corresponding to each of the associated targets as targets for one or a plurality of cycles in the past. The target concatenation processing unit generates an average correlation matrix by weighted averaging a correlation matrix between a target in the current detection cycle and a target in a plurality of time-series past detection cycles associated with the current target. In addition, the distance, relative velocity, and correlation matrix of the current target are associated with the distance, relative velocity, and correlation matrix of the associated past target, and are stored in the storage unit.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記関連付けられたターゲットに対応する検出ビート周波数の複素数データが1つまたは複数サイクル分、それぞれ対応して記憶される記憶部とをさらに有し、現在の検知サイクルのターゲットとの関連づけがある過去の検知サイクルのターゲットが検知された際、相関行列算出部が過去の検知サイクルの複素数データから相関行列を算出し、前記ターゲット連結処理部が、現在の検知サイクルにおけるターゲットと、該現在のターゲットに関連づけられた過去のターゲットの相関行列を重み付け平均化した平均相関行列を生成するとともに、関連づけられた現在のターゲットの距離、相対速度及び検出ビート周波数の複素数データを、関連づけられた過去の検知サイクルにおけるターゲットの距離、相対速度及び複素数データと対応付けて記憶することを特徴とする。   The electronic scanning radar apparatus according to the present invention further includes a storage unit that stores one or a plurality of cycles of complex number data of a detected beat frequency corresponding to the associated target, and the current detection When a target of a past detection cycle associated with a target of the cycle is detected, a correlation matrix calculation unit calculates a correlation matrix from complex data of the past detection cycle, and the target connection processing unit The average correlation matrix is generated by weighting and averaging the correlation matrix of the target in the past and the past target associated with the current target, and complex data of the distance, relative velocity, and detected beat frequency of the associated current target is generated. , Target distance in relative past detection cycle, relative And to store in association with time and complex data.

本発明の電子走査型レーダ装置は、各アンテナ毎の前記複素数データにより、アンテナの配列方向にデジタルビームフォーミングを行い、前記ターゲットの存在及び方位を検出するDBF部をさらに有し、現在の検知サイクルにおけるビート周波数からデジタルビームフォーミングにより横位置を検出し、現在と過去との検知サイクルにおけるターゲットの関連づけを、距離、相対速度及び方位により行うことを特徴とする。 The electronic scanning radar apparatus of the present invention further includes a DBF unit for performing digital beam forming in the antenna arrangement direction based on the complex data for each antenna and detecting the presence and direction of the target, and a current detection cycle. The lateral position is detected by digital beam forming from the beat frequency at, and the target is correlated in the detection cycle between the present and the past by the distance, relative speed, and direction.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記DBF部が前記複素数データを用いてデジタルビームフォーミングすることにより角度チャンネル毎のスペクトラムの強度を示す空間複素数データを算出し、隣接した角度チャンネルのスペクトラムの強度が予め設定された角度チャンネル数の範囲において予め設定されたDBF閾値を超えた場合、ターゲットの存在を検知(DBF検知ターゲット)し、ターゲットの存在が検知されていない角度チャンネルのスペクトラム強度を「0」に置き換え、新たな空間複素数データとして出力するチャンネル削除部と、前記新たな空間複素数データを逆DBFすることにより、再生複素数データを生成するIDBF部とをさらに有し、前記相関行列算出部が前記再生複素数データから相関行列を算出することを特徴とする。   In the electronic scanning radar apparatus according to the present invention, the DBF unit performs digital beam forming using the complex number data to calculate spatial complex number data indicating the intensity of the spectrum for each angle channel, and the intensity of the spectrum of the adjacent angle channel is calculated. When the value exceeds a preset DBF threshold in the range of the preset number of angle channels, the presence of the target is detected (DBF detection target), and the spectrum intensity of the angle channel where the presence of the target is not detected is set to “0”. And a channel deletion unit that outputs as new spatial complex number data, and an IDBF unit that generates reproduced complex number data by inverse DBF of the new spatial complex number data, and the correlation matrix calculation unit includes: Calculating a correlation matrix from the reproduced complex data And features.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記チャンネル削除部がDBF検知ターゲットが複数あることを検出した場合、それぞれのDBF検知ターゲットに対応した角度チャンネル範囲毎にスペクトラムを分割し、DBF検知ターゲット数の空間複素数データを生成し、前記IDBF部がDBF検知ターゲット毎の空間複素数データをそれぞれ逆DBFすることにより、DBF検知ターゲット毎の再生複素数データを生成し、前記相関行列算出部がDBF検知ターゲット毎の再生複素数データから、DBF検知ターゲット毎の相関行列を算出することを特徴とする。   In the electronic scanning radar apparatus of the present invention, when the channel deletion unit detects that there are a plurality of DBF detection targets, the spectrum is divided for each angular channel range corresponding to each DBF detection target, and the number of DBF detection targets is determined. Spatial complex number data is generated, and the IDBF unit performs inverse DBF on the spatial complex number data for each DBF detection target, thereby generating reproduction complex number data for each DBF detection target, and the correlation matrix calculation unit for each DBF detection target. A correlation matrix for each DBF detection target is calculated from the reproduction complex number data.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記相関行列フィルタ部が、前記相対速度に対応し、重み付け平均する際の重み係数を、前記ターゲット毎に変化させることを特徴とする。
本発明の電子走査型レーダ装置は、前記相関行列フィルタ部が、過去及び現在における方位と距離とから求められる横位置の変化量が、予め設定した範囲を超えた場合に、重み付け平均する際の重み係数を、前記ターゲット毎に変化させることを特徴とする。
The electronic scanning radar apparatus according to the present invention is characterized in that the correlation matrix filter unit changes a weighting coefficient corresponding to the relative velocity for each target and performs weighted averaging.
In the electronic scanning radar apparatus of the present invention, the correlation matrix filter unit performs weighted averaging when the amount of change in the lateral position obtained from the past and present azimuth and distance exceeds a preset range. A weighting factor is changed for each target.

本発明の電子走査型レーダ装置は、前記ターゲット連結処理部が平均する際に用いる過去のサイクル数を、前記相対速度に対応して変化させることを特徴とする。   The electronic scanning radar apparatus according to the present invention is characterized in that the number of past cycles used when the target connection processing unit averages is changed in accordance with the relative speed.

本発明の受信波方向推定方法は、移動体に搭載される上記いずれかの電子走査型レーダ装置を制御して受信波方向推定を行う方法であり、送信手段から送信波を送信する送信過程と、複数のアンテナから構成される受信部が前記送信波のターゲットにより反射波を受信する受信過程と、ビート信号生成部が前記送信波及び前記反射波からビート信号を生成するビート信号生成過程と、周波数分解処理部が前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理過程と、ターゲット検知部が前記ビート周波数の強度値からピーク値を検出してターゲットの存在を検知するターゲット検知過程と、相関行列算出部が前記アンテナ毎における前記ターゲットが検出された検出ビート周波数の複素数データそれぞれから相関行列を算出する相関行列算出過程と、ターゲット連結処理部が現在の検知サイクル及び過去の検知サイクルにおけるターゲットを距離及び相対速度とにより関連づけるターゲット連結処理過程と、相関行列フィルタ部が現在の検知サイクルのターゲットの相関行列と、関連づけられた過去の検知サイクルにおける同一のターゲットの相関行列とを重み付け平均化した平均相関行列を生成する相関行列フィルタ過程と、方位検出部が前記平均相関行列から受信波の到来方向を算出する方位検出過程とを有することを特徴とする。 A reception wave direction estimation method of the present invention is a method for estimating a reception wave direction by controlling any one of the above-described electronic scanning radar devices mounted on a moving body, and a transmission process of transmitting a transmission wave from a transmission unit; A reception process in which a reception unit including a plurality of antennas receives a reflected wave from the target of the transmission wave; and a beat signal generation process in which a beat signal generation unit generates a beat signal from the transmission wave and the reflection wave; A frequency decomposition processing process in which the frequency resolution processing unit frequency-decomposes the beat signal into a predetermined number of beat frequencies to calculate complex number data, and a target detection unit detects a peak value from the intensity value of the beat frequency. A target detection process for detecting the presence of a target, and a correlation matrix calculation unit that combines a detected beat frequency at which the target is detected for each antenna. A correlation matrix calculation process for calculating a correlation matrix from each of the numerical data, a target connection processing unit in which the target connection processing unit associates targets in the current detection cycle and the past detection cycle with distance and relative speed, and a correlation matrix filter unit A correlation matrix filter process for generating an average correlation matrix by weighted averaging of a correlation matrix of a target of the current detection cycle and a correlation matrix of the same target in the associated past detection cycle ; And an azimuth detection process for calculating the arrival direction of the received wave from the matrix.

本発明の受信波方向推定プログラムは、移動体に搭載される上記いずれかに記載の電子走査型レーダ装置による受信波方向推定の動作をコンピュータに制御させるためのプログラムであり、送信手段が送信波を送信させる送信処理と、受信部が複数のアンテナにより前記送信波のターゲットからの反射波を受信させる受信処理と、ビート信号生成部が前記送信波及び前記反射波からビート信号を生成するビート信号生成処理と、周波数分解処理部が前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理処理と、ターゲット検知部が前記ビート周波数の強度値からピーク値を検出してターゲットの存在を検知するターゲット検知処理と、相関行列算出部が前記アンテナ毎における前記ターゲットが検出された検出ビート周波数の複素数データそれぞれから相関行列を算出する相関行列算出処理と、ターゲット連結処理部が現在の検知サイクル及び過去の検知サイクルにおけるターゲットを距離及び相対速度とにより関連づけるターゲット連結処理処理と、相関行列フィルタ部が現在の検知サイクルのターゲットの相関行列と、関連づけられた過去の検知サイクルにおける同一のターゲットの相関行列とを重み付け平均化した平均相関行列を生成する相関行列フィルタ処理と、方位検出部が前記平均相関行列から受信波の到来方向を算出する方位検出処理とを有することを特徴とする。


The received wave direction estimating program of the present invention is a program for causing a computer to control the operation of estimating the received wave direction by any one of the above-described electronic scanning radar devices mounted on a moving body. A transmission process for transmitting the signal, a reception process for receiving the reflected wave from the target of the transmission wave by a plurality of antennas, and a beat signal for generating a beat signal from the transmission wave and the reflected wave by the beat signal generation unit Generation processing, frequency decomposition processing in which the frequency decomposition processing unit frequency-decomposes the beat signal into beat frequencies of a predetermined number of decompositions to calculate complex number data, and the target detection unit obtains a peak value from the intensity value of the beat frequency A target detection process for detecting the presence of a target and a correlation matrix calculation unit for each antenna. Correlation matrix calculation processing for calculating a correlation matrix from each complex number data of the detected beat frequency at which the get is detected, and target connection in which the target connection processing unit associates the target in the current detection cycle and the past detection cycle with the distance and relative velocity Correlation matrix filter processing in which the correlation matrix filter unit generates a weighted average of the correlation matrix of the target in the current detection cycle and the correlation matrix of the same target in the associated past detection cycle . And an azimuth detection unit that calculates an arrival direction of a received wave from the average correlation matrix.


以上説明したように、本発明によれば、ターゲット連結処理部が、現在及び過去における同一のターゲットを関連づけた後、相関行列の平均化処理を行うため、ターゲットとの距離の変動の如何によらず、後段に行われる方位検出処理などにおける固有値計算やスペクトラム計算(例えば、MUSIC)が精度良く実行することができ、現在時間のみの相関行列で計算を行った場合に比較して、最終的なターゲットの距離及び方位における認識性能を向上させることができる。   As described above, according to the present invention, the target concatenation processing unit performs correlation matrix averaging after associating the same target in the present and the past. In addition, eigenvalue calculation and spectrum calculation (for example, MUSIC) in the azimuth detection processing performed in the subsequent stage can be executed with high accuracy, and the final calculation is performed as compared with the case where the calculation is performed using the correlation matrix of only the current time. Recognition performance in the distance and direction of the target can be improved.

また、本発明によれば、ターゲット単位に相関行列あるいは複素数データを複数記憶し、これらの全てを用いて平均化処理するため、ターゲットとの距離の変動の如何によらず、より最終的なターゲットの距離及び方位における認識性能を向上させることができる。   In addition, according to the present invention, since a plurality of correlation matrices or complex number data is stored in the target unit and averaged using all of them, the final target can be obtained regardless of the variation in the distance to the target. The recognition performance in the distance and direction can be improved.

また、本発明によれば、ターゲット単位にて、そのターゲットとの相対速度に基づいて、相関行列の平均化に用いる相関行列の検知サイクル数を任意に変更するため、ターゲットの距離が変動している際には検知サイクル数を少なくし、ターゲットとの距離が安定している際には検知サイクル数を増加させるため、各ターゲットに対して相対速度の状態に応じて適正なフィルタ特性を、相関行列フィルタ部に持たせることができ、より最終的なターゲットの距離及び方位における認識性能を向上させることができる。   Further, according to the present invention, the target distance varies because the number of detection cycles of the correlation matrix used for averaging the correlation matrix is arbitrarily changed based on the relative speed with the target in units of targets. In order to reduce the number of detection cycles when the target is moving and to increase the number of detection cycles when the distance to the target is stable, the appropriate filter characteristics are correlated to each target according to the relative speed state. The matrix filter unit can be provided, and the recognition performance in the final target distance and direction can be improved.

また、本発明によれば、ターゲット単位にて、そのターゲットとの相対速度に基づいて、相関行列の平均化に用いる平均する重み係数を可変するため、各ターゲットに対して相対速度の状態に応じて適正なフィルタ特性を、相関行列フィルタ部に持たせることができ、より最終的なターゲットの距離及び方位における認識性能を向上させることができる。
本発明によれば、過去及び現在における方位と距離とから求められる横位置の変化量が、予め設定した範囲を超えた場合に、重み付け平均する際の重み係数を、ターゲット毎に変化させるため、すなわち、平均する過去サイクル数を減らしたり、重み係数を可変して連結の個数を実質減らしたりする適正なフィルタ特性を、相関行列フィルタ部に持たせることができ、より最終的なターゲットの距離及び方位における認識性能を向上させることができる。
Further, according to the present invention, the weighting factor used for averaging of the correlation matrix is varied based on the relative speed with respect to the target in units of targets, so that depending on the state of the relative speed for each target. Therefore, the correlation matrix filter unit can have appropriate filter characteristics, and the recognition performance in the final target distance and direction can be improved.
According to the present invention, when the amount of change in the lateral position obtained from the azimuth and distance in the past and the present exceeds a preset range, the weighting coefficient when weighted average is changed for each target. That is, the correlation matrix filter unit can have an appropriate filter characteristic that reduces the number of past cycles to be averaged, or substantially reduces the number of connections by changing the weighting factor, so that the final target distance and Recognition performance in the direction can be improved.

また、本発明によれば、ターゲット周波数の複素数データを記憶させるため、記憶部に記憶される過去のデータが1ターゲット当たり、元の複数のアンテナのチャンネル数×2(実数部及び虚部の複素数データ)となり、単に相関行列にて記憶する場合に比較して記憶容量を低減させることができる。   Further, according to the present invention, in order to store the complex number data of the target frequency, the past data stored in the storage unit is the number of channels of the original plurality of antennas per target × 2 (the complex number of the real part and the imaginary part). Data), and the storage capacity can be reduced as compared with the case where data is simply stored as a correlation matrix.

また、本発明によれば、周波数分解したビート周波数からDBFにより方位を検出するDBF手段を有するため、距離と相対速度からの予測範囲のみだけでなく、方位の範囲を含めて関連づけが行われるため、現在及び過去の相関行列の関連づけの精度を向上させることができる。   Further, according to the present invention, since the DBF means for detecting the azimuth by the DBF from the frequency-resolved beat frequency is provided, not only the prediction range from the distance and the relative speed but also the azimuth range is included. Thus, it is possible to improve the accuracy of association of the current and past correlation matrices.

また、本発明によれば、DBF検知ターゲットに対応した角度チャンネル範囲毎にスペクトラムを分割すると共にそれぞれの空間複素数データを生成し、IDBF部が前記DBF検知ターゲット毎の空間複素数データをそれぞれ逆DBFした再生複素数データからDBF検知ターゲット毎の相関行列を算出するので、固有値計算を行う際に用いる相関行列に各DBF検知ターゲット毎の到来した受信波の成分しか含まれないこととなり、受信アンテナおよびサブアレー数に対してその数以上のターゲットから受信波が到来したとしても、各DBF検知ターゲット毎に固有値計算を誤ることなく、精度良く方位及び距離の認識性能を向上させることができる。   Further, according to the present invention, the spectrum is divided for each angular channel range corresponding to the DBF detection target and each spatial complex number data is generated, and the IDBF unit performs inverse DBF on the spatial complex number data for each DBF detection target. Since the correlation matrix for each DBF detection target is calculated from the reproduction complex number data, the correlation matrix used when performing eigenvalue calculation includes only the component of the received wave that arrives for each DBF detection target. On the other hand, even if received waves arrive from more than that number of targets, it is possible to improve the direction and distance recognition performance with high accuracy without erroneously calculating eigenvalues for each DBF detection target.

<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態による電子走査型レーダ装置(FMCW方式ミリ波レーダ)を図面を参照して説明する。図1は同実施形態の構成例を示すブロック図である。
この図において、本実施形態による電子走査型レーダ装置は、受信アンテナ11〜1n、ミキサ21〜2n、送信アンテナ3、分配器4、フィルタ51〜5n、SW(スイッチ)6、ADC(A/Dコンバータ)7、制御部8、三角波生成部9、VCO10、信号処理部20を有している。
上記信号処理部20は、メモリ21、周波数分離処理部22、ピーク検知部23、ピーク組合せ部24、距離検出部25、速度検出部26、ペア確定部27、相関行列算出部28、相関行列フィルタ部29、方位検出部30、ターゲット確定部31及びターゲット連結処理部32を有している。
<First Embodiment>
Hereinafter, an electronic scanning radar apparatus (FMCW millimeter wave radar) according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the embodiment.
In this figure, the electronic scanning radar apparatus according to the present embodiment includes a receiving antenna 11-1n, a mixer 211-2n, a transmitting antenna 3, a distributor 4, a filter 51-5n, a SW (switch) 6, an ADC (A / D). Converter) 7, control unit 8, triangular wave generation unit 9, VCO 10, and signal processing unit 20.
The signal processing unit 20 includes a memory 21, a frequency separation processing unit 22, a peak detection unit 23, a peak combination unit 24, a distance detection unit 25, a speed detection unit 26, a pair determination unit 27, a correlation matrix calculation unit 28, a correlation matrix filter. A unit 29, an orientation detection unit 30, a target determination unit 31, and a target connection processing unit 32.

次に、図1を参照して、本実施形態による電子走査型レーダ装置の動作を説明する。
受信アンテナ11〜1nは、送信波がターゲットにて反射し、このターゲットから到来する反射波、すなわち受信波を受信する。
ミキサ21〜2n各々は、送信アンテナ3から送信される送信波と、各受信アンテナ11〜1nそれぞれにおいて受信された受信波が増幅器により増幅された信号とを混合して、それぞれの周波数差に対応したビート信号を生成する。
上記送信アンテナ3は、三角波生成部9において生成された三角波信号を、VCO(Voltage Controlled Oscillator )10において周波数変調した送信信号をターゲットに対して送信波として送信する。
分配器4は、VCO10からの周波数変調された送信信号を、上記ミキサ21〜2nおよび送信アンテナ3に分配する。
Next, the operation of the electronic scanning radar apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
The receiving antennas 11 to 1n receive a reflected wave, i.e., a received wave, which is reflected from the target, with the transmitted wave reflected by the target.
Each of the mixers 21 to 2n mixes a transmission wave transmitted from the transmission antenna 3 and a signal obtained by amplifying the reception wave received at each of the reception antennas 11 to 1n by an amplifier to cope with each frequency difference. Generated beat signal.
The transmission antenna 3 transmits a transmission signal obtained by frequency-modulating the triangular wave signal generated by the triangular wave generation unit 9 in a VCO (Voltage Controlled Oscillator) 10 to the target as a transmission wave.
The distributor 4 distributes the frequency-modulated transmission signal from the VCO 10 to the mixers 21 to 2n and the transmission antenna 3.

フィルタ51〜5n各々は、それぞれミキサ21〜2nにおいて生成された各受信アンテナ11〜1nに対応したCh1〜Chnのビート信号に対して帯域制限を行い、SW(スイッチ)6へ帯域制限されたビート信号を出力する。
SW6は、制御部8から入力されるサンプリング信号に対応して、フィルタ51〜5n各々を通過した各受信アンテナ11〜1nに対応したCh1〜Chnのビート信号を、順次切り替えて、ADC(A/Dコンバータ)7に出力する。
ADC7は、上記W6から上記サンプリング信号に同期して入力される各受信アンテナ11〜1n各々に対応したCh1〜Chnのビート信号を、上記サンプリング信号に同期してA/D変換してデジタル信号に変換し、信号処理部20におけるメモリ21の波形記憶領域に順次記憶させる。
制御部8は、マイクロコンピュータなどにより構成されており、図示しないROMなどに格納された制御プログラムに基づき、図1に示す電子走査型レーダ装置装置全体の制御を行う。
Each of the filters 51 to 5n performs band limitation on the beat signals of Ch1 to Chn corresponding to the receiving antennas 11 to 1n generated in the mixers 21 to 2n, respectively, and beats band-limited to the SW (switch) 6 Output a signal.
The SW 6 sequentially switches the beat signals of Ch1 to Chn corresponding to the receiving antennas 11 to 1n that have passed through the filters 51 to 5n in response to the sampling signal input from the control unit 8, and performs ADC (A / A D converter) 7.
The ADC 7 performs A / D conversion on the beat signals of Ch1 to Chn corresponding to the receiving antennas 11 to 1n, which are input from the W6 in synchronization with the sampling signal, into a digital signal in synchronization with the sampling signal. The signal is converted and sequentially stored in the waveform storage area of the memory 21 in the signal processing unit 20.
The control unit 8 is constituted by a microcomputer or the like, and controls the entire electronic scanning radar apparatus shown in FIG. 1 based on a control program stored in a ROM (not shown).

<距離、相対速度、角度(方位)を検出する原理>
次に、図2を用いて、本実施形態における信号処理部20において用いられる、電子走査型レーダ装置とターゲットとの距離、相対速度、角度(方位)を検出する原理について簡単に説明する。
図2は、図1の三角波生成部9において生成された信号をVCO10において周波数変調した送信信号と、その送信信号がターゲットに反射されて受信信号として入力される状態を示す。図2の例はターゲットが1つの場合を示している。
図2(a)から判るように、送信する信号に対し、ターゲットからの反射波である受信信号が、ターゲットとの距離に比例して右方向(時間遅れ方向)に遅延されて受信される。さらに、ターゲットとの相対速度に比例して、送信信号に対して上下方向(周波数方向)に変動する。そして、図2(a)にて求められたビート信号の周波数変換(フーリエ変換やDTC、アダマール変換、ウェーブレッド変換など)後において、図2(b)に示されるように、ターゲットが1つの場合、上昇領域及び下降領域それぞれに1つのピーク値を有することなる。ここで、図2(a)は横軸が周波数、縦軸が強度となっている。
<Principle to detect distance, relative speed, angle (azimuth)>
Next, the principle of detecting the distance, relative speed, and angle (azimuth) between the electronic scanning radar apparatus and the target used in the signal processing unit 20 in this embodiment will be briefly described with reference to FIG.
FIG. 2 shows a transmission signal obtained by frequency-modulating the signal generated in the triangular wave generation unit 9 of FIG. 1 by the VCO 10 and a state in which the transmission signal is reflected by the target and input as a reception signal. The example of FIG. 2 shows a case where there is one target.
As can be seen from FIG. 2A, a reception signal that is a reflected wave from the target is received with a delay in the right direction (time delay direction) in proportion to the distance from the target with respect to the signal to be transmitted. Furthermore, it varies in the vertical direction (frequency direction) with respect to the transmission signal in proportion to the relative speed with the target. Then, after the frequency conversion (Fourier transform, DTC, Hadamard transform, wave red transform, etc.) of the beat signal obtained in FIG. 2A, as shown in FIG. Each of the ascending region and the descending region has one peak value. Here, in FIG. 2A, the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents intensity.

周波数分解処理部22は、メモリ21に蓄積されたビート信号のサンプリングされたデータから、三角波の上昇部分(上り)と下降部分(下り)とのそれぞれについて周波数分解、例えばフーリエ変換などにより離散時間に周波数変換する。
その結果、図2(b)に示すように、上昇部分と下降部分とにおいて、それぞれの周波数分解されたビート周波数毎の信号レベルのグラフが得られる。
そして、ピーク検知部23は、図2(b)に示すビート周波数毎の信号レベルからピーク値を検出し、ターゲットの存在を検出するとともに、ピーク値のビート周波数(上昇部分及び下降部分の双方)をターゲット周波数として出力する。
The frequency resolution processing unit 22 performs discrete frequency analysis on the rising portion (upward) and the falling portion (downward) of the triangular wave from the sampled data of the beat signal stored in the memory 21 by, for example, Fourier transform. Convert frequency.
As a result, as shown in FIG. 2B, a graph of the signal level for each beat frequency obtained by frequency decomposition is obtained in the rising portion and the falling portion.
The peak detector 23 detects the peak value from the signal level for each beat frequency shown in FIG. 2B, detects the presence of the target, and the beat frequency of the peak value (both ascending and descending parts). Is output as the target frequency.

次に、距離検出部25は、ピーク組合せ部24から入力される上昇部分のターゲット周波数fuと、下降部分のターゲット周波数fdとから、下記式により距離を算出する。
r={C・T/(2・Δf)}・{(fu+fd)/2}
また、速度検出部26は、ピーク組合せ部24から入力される上昇部分のターゲット周波数fuと、下降部分のターゲット周波数fdとから、下記式により相対速度を算出する。
v={C/(2・f0)}・{(fu−fd)/2}
上記距離r及び相対速度vを算出する式において、
C :光速度
Δf:三角波の周波数変調幅
f0 :三角波の中心周波数
T :変調時間(上昇部分/下降部分)
fu :上昇部分におけるターゲット周波数
fd :下降部分におけるターゲット周波数
Next, the distance detection unit 25 calculates a distance from the target frequency fu of the rising portion and the target frequency fd of the falling portion input from the peak combination unit 24 by the following formula.
r = {C · T / (2 · Δf)} · {(fu + fd) / 2}
Further, the speed detection unit 26 calculates a relative speed from the target frequency fu of the rising portion and the target frequency fd of the falling portion input from the peak combination unit 24 by the following formula.
v = {C / (2.f0)}. {(fu-fd) / 2}
In the formula for calculating the distance r and the relative velocity v,
C: speed of light Δf: frequency modulation width of triangular wave f0 : Triangular wave center frequency T: Modulation time (rising part / falling part)
fu: Target frequency in the rising part fd : Target frequency in the descending part

次に、本実施形態における受信アンテナ11〜1nは、図3に示すように、間隔dにより配置されたアレー状のアンテナである。
上記受信アンテナ11〜1nには、アンテナの配列している面に対する垂直方向の軸との角度θ方向から入射される、ターゲットからの到来波(入射波、すなわち送信アンテナ3から送信した送信波に対するターゲットからの反射波)が入力する。
このとき、上記到来波は、上記受信アンテナ11〜1nにおいて同一角度にて受信される。
この同一角度、例えば角度θ及び各アンテナの間隔dにより求められる位相差「dn−1・sinθ」が各隣接する受信アンテナ間にて発生する。
上記位相差を利用して、アンテナ毎に時間方向に周波数分解処理された値を、アンテナ方向にさらにフーリエ変換するデジタルビームフォーミング(DBF)や超分解能アルゴリズム等の信号処理にて上記角度θを検出することができる。
Next, the receiving antennas 11 to 1n in the present embodiment are array antennas arranged at intervals d as shown in FIG.
The receiving antennas 11 to 1n are incident on an incoming wave (incident wave, that is, a transmission wave transmitted from the transmission antenna 3) that is incident from an angle θ direction with respect to an axis perpendicular to the plane on which the antennas are arranged. The reflected wave from the target) is input.
At this time, the incoming waves are received at the same angle by the receiving antennas 11 to 1n.
A phase difference “dn −1 · sin θ” obtained by the same angle, for example, the angle θ and the interval d between the antennas, is generated between the adjacent receiving antennas.
Using the above phase difference, the angle θ is detected by signal processing such as digital beam forming (DBF) or super-resolution algorithm that further Fourier transforms the antenna frequency in the time direction for each antenna. can do.

<信号処理部20における受信波に対する信号処理>
次に、メモリ21は、ADC7により波形記憶領域に対して、受信信号がA/D変換された時系列データ(上昇部分及び下降部分)を、アンテナ11〜1n毎に対応させて記憶している。例えば、上昇部分及び下降部分それぞれにおいて256個をサンプリングした場合、2×256個×アンテナ数のデータが上記波形記憶領域に記憶される。
周波数分解処理部22は、例えばフーリエ変換などにより、各Ch1〜Chn(各アンテナ11〜1n)に対応するビート信号それぞれを、予め設定した分解能にて周波数に変換してビート周波数を示す周波数ポイントと、そのビート周波数の複素数データを出力する。例えば、アンテナ毎に上昇部分及び下降部分それぞれが256個のサンプリングされたデータを有している場合、アンテナ毎の複素数の周波数領域データとしてビート周波数に変換され、上昇部分及び下降部分それぞれにおいて128個の複素数データ(2×128個×アンテナ数のデータ)となる。また、上記ビート周波数は周波数ポイントにて示されている。
ここで、アンテナ毎の複素数データそれぞれの相違点は、上記角度θに依存した位相差のみであり、それぞれの複素数データの複素平面上における絶対値(受信強度あるいは振幅など)は等価である。
<Signal Processing for Received Wave in Signal Processing Unit 20>
Next, the memory 21 stores time series data (ascending portion and descending portion) obtained by A / D converting the received signal in the waveform storage area by the ADC 7 for each of the antennas 11 to 1n. . For example, when 256 samples are sampled in each of the ascending portion and the descending portion, data of 2 × 256 × the number of antennas is stored in the waveform storage area.
The frequency resolution processing unit 22 converts each beat signal corresponding to each Ch1 to Chn (each antenna 11 to 1n) into a frequency with a preset resolution by, for example, Fourier transformation, and the like, and a frequency point indicating the beat frequency. The complex number data of the beat frequency is output. For example, if each of the ascending and descending parts has 256 sampled data for each antenna, it is converted into a beat frequency as complex frequency domain data for each antenna, and 128 in each of the ascending and descending parts. Complex number data (2 × 128 pieces × number of antennas data). The beat frequency is indicated by a frequency point.
Here, the difference between the complex number data for each antenna is only the phase difference depending on the angle θ, and the absolute values (reception intensity, amplitude, etc.) on the complex plane of each complex number data are equivalent.

ピーク組合せ部24は、周波数変換されたビート周波数の三角波の上昇領域及び下降領域それぞれ強度のピーク値を、複素数データを用いて信号強度(または振幅など)におけるピークから、予め設定された数値を超えるピーク値を有するビート周波数を検出することにより、ビート周波数毎のターゲットの存在を検出して、ターゲット周波数を選択する。
したがって、ピーク検知部23は、何れかのアンテナにおける複素数データまたは、全アンテナの複素数データの加算値を周波数スペクトラム化することにより、スペクトラムの各ピーク値がビート周波数、すなわち距離に依存したターゲットの存在として検出することができる。全アンテナの複素数データの加算により、ノイズ成分が平均化されてS/N比が向上する。
The peak combination unit 24 exceeds the preset numerical value from the peak in the signal intensity (or amplitude, etc.) using the complex number data, with the peak values of the intensity rising and falling areas of the triangular wave of the beat frequency subjected to frequency conversion. By detecting a beat frequency having a peak value, the presence of a target for each beat frequency is detected, and a target frequency is selected.
Therefore, the peak detection unit 23 converts the complex number data of any antenna or the sum of complex number data of all antennas into a frequency spectrum, so that each peak value of the spectrum has a target depending on the beat frequency, that is, the distance. Can be detected as By adding complex number data of all antennas, noise components are averaged, and the S / N ratio is improved.

ピーク組合せ部24は、ピーク検知部23から入力される図4に示すビート周波数とそのピーク値とを、上昇領域及び下降領域それぞれのビート周波数とそのピーク値をマトリクス状に総当たりにて組合せ、すなわち上昇領域及び下降領域それぞれのビート周波数を全て組み合わせて、順次、距離検出部25及び速度検出部26へ出力する。ここで、図4は、横軸がビート周波数の周波数ポイントを示し、縦軸が信号のレベル(強度)を示している。
距離検出部25は、順次入力される上昇領域及び下降領域それぞれの組合せのビート周波数を加算した数値によりターゲットとの上記距離rを演算する。
また、速度検出部26は、順次入力される上昇領域及び下降領域それぞれの組合せのビート周波数の差分によりターゲットとの上記相対速度vを演算する。
The peak combination unit 24 combines the beat frequency and the peak value shown in FIG. 4 input from the peak detection unit 23 with the beat frequency and the peak value of the ascending region and the descending region in a matrix form in a brute force manner, That is, all beat frequencies in the ascending region and the descending region are combined and sequentially output to the distance detection unit 25 and the speed detection unit 26. Here, in FIG. 4, the horizontal axis indicates the frequency point of the beat frequency, and the vertical axis indicates the signal level (intensity).
The distance detection unit 25 calculates the distance r to the target based on a numerical value obtained by adding the beat frequencies of the combinations of the rising region and the falling region that are sequentially input.
Further, the speed detection unit 26 calculates the relative speed v with respect to the target based on the difference between the beat frequencies of the combinations of the ascending region and the descending region that are sequentially input.

ペア確定部27は、入力される上記距離r、相対速度v及び下降、上昇のピーク値レベルpu、pdにより、図5に示すテーブルを生成し、ターゲット毎に対応した上昇領域及び下降領域それぞれのピークの適切な組合せを判定し、図6に示すテーブルとして上昇領域及び下降領域それぞれのピークのペアを確定し、確定した距離r及び相対速度vを示すターゲット群番号をターゲット確定部31へ出力する。図6にはターゲット群番号に対応して、距離、相対速度及び周波数ポイント(上昇領域及又は下降領域)が記憶されている。図5及び図6のテーブルは、ペア確定部27の内部記憶部に記憶されている。ここで、各ターゲット群は、方向が決定されていないため、電子走査型レーダ装置におけるアンテナアレーの配列方向に対する垂直軸に対して、受信アンテナ11〜1nの配列方向に平行な横方向の位置は決定されていない。   The pair determination unit 27 generates the table shown in FIG. 5 based on the input distance r, relative speed v, and descending and ascending peak value levels pu and pd, and each of the ascending region and the descending region corresponding to each target is generated. Appropriate combinations of peaks are determined, the pairs of peaks in the ascending region and the descending region are determined as a table shown in FIG. 6, and the target group number indicating the determined distance r and relative velocity v is output to the target determining unit 31 . In FIG. 6, distance, relative speed, and frequency point (ascending region and descending region) are stored corresponding to the target group number. The tables of FIGS. 5 and 6 are stored in the internal storage unit of the pair determination unit 27. Here, since the direction of each target group is not determined, the position in the horizontal direction parallel to the arrangement direction of the receiving antennas 11 to 1n with respect to the vertical axis with respect to the arrangement direction of the antenna array in the electronic scanning radar apparatus is Not decided.

ここで、ペア確定部27は、例えば、前回の検知サイクルにて、最終的に確定した各ターゲットとの距離r及び相対速度vから今回の検知サイクルにて予測される値を優先してターゲット群の組合せの選択を行う等の手法を用いることもできる。
また、相関行列算出部28は、ペア確定部27にて組合せが確定したターゲット群におけるビート周波数の周波数ポイントにより、周波数分解処理部22が周波数分解したビート周波数を選択し、この組合せにおける上昇部分及び下降部分のいずれか一方の(本実施形態においては下降部分)のビート周波数に対応した相関行列を生成し、相関行列フィルタ部29及びターゲット連結処理部32へ出力する。
Here, for example, the pair determination unit 27 gives priority to the value predicted in the current detection cycle from the distance r and the relative speed v with each target finally determined in the previous detection cycle. It is also possible to use a technique such as selecting a combination of.
Further, the correlation matrix calculation unit 28 selects the beat frequency frequency-resolved by the frequency decomposition processing unit 22 based on the frequency point of the beat frequency in the target group whose combination is determined by the pair determination unit 27, A correlation matrix corresponding to the beat frequency of any one of the descending parts (the descending part in the present embodiment) is generated and output to the correlation matrix filter unit 29 and the target connection processing unit 32.

次に、ターゲット連結処理部32は、ペア確定部27から入力される図6の距離r、相対速度v、周波数ポイントとメモリ21に記憶されている過去の検知サイクルにおけるターゲットとを結びつけた後、ターゲット毎の過去の相関行列を相関行列フィルタ29へ出力する。
相関行列フィルタ部29は、ターゲット連結処理部32から入力される過去の相関行列と、現在の相関行列とのそれぞれに重み係数を乗算した後、これらの相関行列の平均化処理を行い、得られる平均化相関行列を方位検出部30へ出力する。
方位検出部30は、超分解能アルゴリズムのMUSIC等を用いて、上記平均化相関行列から対応するターゲットの方位を検出し、ターゲット確定部31へ出力する。
また、ターゲット連結処理部32は、現在の相関行列に対して、ターゲット確定部31から出力される距離、相対速度及び方位の識別情報を付して、メモリ21に記憶させる。
Next, the target connection processing unit 32 combines the distance r, the relative speed v, the frequency point of FIG. 6 input from the pair determination unit 27 and the target in the past detection cycle stored in the memory 21, The past correlation matrix for each target is output to the correlation matrix filter 29.
The correlation matrix filter unit 29 is obtained by multiplying each of the past correlation matrix input from the target concatenation processing unit 32 and the current correlation matrix by a weighting coefficient, and then averaging these correlation matrices. The averaged correlation matrix is output to the direction detection unit 30.
The azimuth detection unit 30 detects the azimuth of the corresponding target from the averaged correlation matrix using MUSIC or the like of the super-resolution algorithm, and outputs it to the target determination unit 31.
Further, the target connection processing unit 32 attaches the identification information of the distance, the relative speed, and the azimuth output from the target determination unit 31 to the current correlation matrix, and stores them in the memory 21.

<受信波の到来方向推定における超分解能アルゴリズム>
次に、上記相関行列算出部28、相関行列フィルタ部29及び方位検出部30における、受信波の到来方向の推定を行う超分解能アルゴリズムを、MUSICを例に取り図7を用いて説明する。この図7は、一般的なMUSICの処理の流れを示すフローチャートである。MUSICの処理そのものは、一般的に用いられているため(例えば、非特許文献1及び2、あるいは特許文献3〜6)、本実施形態において必要な箇所のみ説明する。
周波数分解処理部22は、メモリ21に記憶されている受信波によるビート信号を読み込み(ステップS101)、アンテナ毎のビート信号を周波数変換する(ステップS102)。
そして、すでに述べたように、相関行列算出部28は、ペア確定部27により組合せが確定した下降領域のターゲットの周波数ポイントに該当する周波数分解された複素数周波数領域データ(以下、複素数データ)を、周波数分解処理部22から選択して読み込み、下降領域において、各アンテナ毎の相関を示す相関行列を生成する(ステップS103)。
<Super-resolution algorithm for estimating direction of arrival of received waves>
Next, the super-resolution algorithm for estimating the arrival direction of the received wave in the correlation matrix calculation unit 28, the correlation matrix filter unit 29, and the azimuth detection unit 30 will be described with reference to FIG. 7 taking MUSIC as an example. FIG. 7 is a flowchart showing a general MUSIC process flow. Since the MUSIC process itself is generally used (for example, Non-Patent Documents 1 and 2, or Patent Documents 3 to 6), only the necessary parts in this embodiment will be described.
The frequency resolution processing unit 22 reads the beat signal based on the received wave stored in the memory 21 (step S101), and converts the frequency of the beat signal for each antenna (step S102).
Then, as already described, the correlation matrix calculation unit 28 calculates the frequency-resolved complex frequency domain data (hereinafter referred to as complex number data) corresponding to the target frequency point of the descending domain whose combination is determined by the pair determination unit 27. The frequency matrix is selected and read from the frequency resolution processing unit 22, and a correlation matrix indicating the correlation for each antenna is generated in the descending region (step S103).

このステップS103における相関行列算出部28の相関行列の生成において、例えば図8(a)及び図8(b)に示す手法があり、それぞれを以下に簡単に説明する。
図8(a)における手法において、相関行列算出部28は、複素数データのまま相関行列(複素相関行列)を生成し(ステップS103_1)、前方のみの空間平均(Forward空間平均法)または前方/後方空間平均(Forward-Backward空間平均法)にて処理する(ステップS103_2)。
空間平均は、元の受信アンテナのアレーにおけるアンテナ数を、さらにアンテナ数が少ないサブアレーに分け、サブアレー同士を平均したものである。この空間平均法の基本原理は、相関のある波の位相関係は受信位置によって異なるので, 受信点を適当に移動させて相関行列を求めれば, その平均効果により相関性干渉波の相関を抑圧する。一般的には受信アンテナのアレーを動かさずに、全体の受信アンテナのアレーから同じ配列を有するサブアレーを複数取り出し、それぞれの相関行列を平均する方法をとる。
For example, there are methods shown in FIGS. 8A and 8B in the generation of the correlation matrix in the correlation matrix calculation unit 28 in step S103, which will be briefly described below.
In the method shown in FIG. 8A, the correlation matrix calculation unit 28 generates a correlation matrix (complex correlation matrix) as complex data (step S103_1), and only forward spatial average (Forward spatial average method) or forward / backward. Processing is performed by spatial averaging (Forward-Backward spatial averaging method) (step S103_2).
The spatial average is obtained by dividing the number of antennas in the original array of receiving antennas into subarrays having a smaller number of antennas and averaging the subarrays. The basic principle of this spatial averaging method is that the phase relationship of correlated waves differs depending on the reception position. Therefore, if the correlation matrix is obtained by appropriately moving the reception point, the correlation of the correlation interference wave is suppressed by the average effect. . In general, a plurality of subarrays having the same arrangement are extracted from the entire array of receiving antennas without moving the array of receiving antennas, and the correlation matrix is averaged.

例えば、図9に示すように、アンテナ数が9本の受信アンテナ11〜1n(n=9)のアレーを考えると、相関行列算出部28は、以下の前方の(1)式の相関行列CR に対して、後方の(2)式の後方相関行列CR を求めて、後方の(2)式の後方相関行列CR を求めて、(1)式の相関行列と(2)式の後方相関行列との対応する要素を
CRfb =(CR +CR )/2
として平均したものが前方/後方における要素の平均処理である。
このように、前方/後方平均処理により求められた相関行列CRfb を、サブアレイに分割して平均し、受信波の到来方向の推定に用いる相関行列Rxxを求める。すなわち、前方/後方空間平均処理により求めた相関行列は下記の式により表される。
Rxx=(CRfb1 +CRfb2 +CRfb3 )/3
ここで、相関行列算出部28は、9本の受信アンテナ11〜19のアレーを7本のアンテナ11〜17、12〜18、13〜19の3つのサブアレーに分割し、それぞれのサブアレーの行列の対応する要素を平均することにより、上記相関行列Rxxを求める。
For example, as shown in FIG. 9, considering an array of nine receiving antennas 11 to 1n (n = 9), the correlation matrix calculation unit 28 uses the following correlation matrix CR of the following equation (1). against f f, seeking backward correlation matrix CR b f of the rear (2), seeking backward correlation matrix CR b f of the rear (2), (1) the correlation matrix of the equation (2 ): The element corresponding to the backward correlation matrix in the equation is expressed as follows: CR fb f = (CR f f + CR b f ) / 2
Is the average processing of the elements in the front / rear.
In this way, the correlation matrix CR fb f obtained by the forward / backward averaging process is divided into subarrays and averaged to obtain a correlation matrix Rxx used for estimating the arrival direction of the received wave. That is, the correlation matrix obtained by the forward / backward spatial averaging process is expressed by the following equation.
Rxx = (CR fb1 f + CR fb2 f + CR fb3 f ) / 3
Here, the correlation matrix calculation unit 28 divides the array of the nine receiving antennas 11 to 19 into three subarrays of seven antennas 11 to 17, 12 to 18, and 13 to 19, and calculates the matrix of each subarray. The correlation matrix Rxx is obtained by averaging the corresponding elements.

Figure 0005114187
Figure 0005114187

Figure 0005114187
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一方、前方の空間平均の場合、V11からV99のマトリクスは、W11からW99までの(1)式のマトリクスのままでよいので、V11=(W11+W99)/2の例で示す各要素の平均は不要となる。
レーダにおける受信波の到来方向を推定する用途においては、到来する受信波の全てが送信した送信波がターゲットにて反射した反射波であるため、アンテナ毎に受信された受信波のデータは強い相互相関を示すことになる。そのため、後段における固有値計算の結果が正しく現れないことになる。したがって、その相互相関を抑圧して、自己相関を引き出し、正しく到来波方向推定を行う効果があるのが空間平均である。
On the other hand, in the case of the forward spatial average, the matrix of V 11 to V 99 may be the matrix of the formula (1) from W 11 to W 99 , so that V 11 = (W 11 + W 99) / 2 The average of each element indicated by is unnecessary.
In applications that estimate the direction of arrival of received waves in radar, the transmitted waves transmitted from all incoming received waves are reflected waves reflected by the target, so the received wave data received for each antenna is strongly correlated. Correlation will be shown. Therefore, the result of eigenvalue calculation in the subsequent stage does not appear correctly. Therefore, the spatial average has the effect of suppressing the cross-correlation, extracting the auto-correlation, and correctly estimating the arrival wave direction.

次に、相関行列算出部28は、上述した処理により空間平均された複素数データの相関行列を、実数の相関行列に変換するためのユニタリ変換を行う。
ここで、実数の相関行列に変換することにより、以降におけるステップでの最も計算負荷の重い固有値計算が実数のみの計算とすることができ、大幅に演算負荷を軽減することができる。
一方、図8(b)は、図8(a)のように、ユニタリ変換による実数相関行列への変換を行わずに、次のステップにおける固有値計算も複素数で計算されるタイプである。
また、ステップS103において、図8(a)におけるS103_3及び図8(b)におけるS103_2にて得られた相関行列Rxxにおいて、さらに相関行列(または相関行列の対角成分)の最大値を基準に各要素の値を正規化(=最大値で割る)しておいても良い。
Next, the correlation matrix calculation unit 28 performs unitary conversion for converting the correlation matrix of the complex number data spatially averaged by the above-described processing into a real number correlation matrix.
Here, by converting to a real number correlation matrix, the eigenvalue calculation with the heaviest calculation load in the subsequent steps can be calculated only for the real number, and the calculation load can be greatly reduced.
On the other hand, FIG. 8B is a type in which eigenvalue calculation in the next step is also performed with complex numbers without performing conversion to a real correlation matrix by unitary transformation as shown in FIG. 8A.
In step S103, each correlation matrix Rxx obtained in S103_3 in FIG. 8A and S103_2 in FIG. 8B is further set based on the maximum value of the correlation matrix (or the diagonal component of the correlation matrix). The element value may be normalized (= divided by the maximum value).

次に、方位検出部30は、ステップS103にて得られた相関行列Rxx(実際は、後述する相関行列フィルタ処理後の相関行列)の固有値とそれに対応する固有ベクトルとを、
Rxxe=λe
の固有方程式が成り立つ、固有値λ及び固有ベクトルeとして算出する(ステップS104)。
そして、方位検出部30は、求めた固有値λから、信号成分ベクトルを取り除くために必要な到来波数の推定を行う(ステップS105)。
次に、方位検出部30は、信号ベクトルを除き、ノイズ成分のみとしたベクトルと、予め内部に設定されている方位角度毎の方向ベクトルとの内積演算を行うことにより、角度のスペクトラムを作成する(ステップS106)。これにより、受信波の到来方向に対して指向性のヌルを対応付けることができる。
Next, the azimuth detecting unit 30 calculates the eigenvalues of the correlation matrix Rxx (actually, the correlation matrix after correlation matrix filter processing described later) obtained in step S103 and the corresponding eigenvectors,
Rxxe = λe
Are calculated as an eigenvalue λ and an eigenvector e that satisfy the eigen equation (step S104).
Then, the azimuth detecting unit 30 estimates the number of incoming waves necessary for removing the signal component vector from the obtained eigenvalue λ (step S105).
Next, the azimuth detection unit 30 creates an angle spectrum by performing an inner product calculation of a vector including only a noise component, excluding the signal vector, and a direction vector for each azimuth angle set in advance. (Step S106). Thereby, directivity null can be matched with the arrival direction of a received wave.

そして、方位検出部30は、上記角度のスペクトラムから、予め設定した閾値を超えるピークを検出することにより、ピークを検知して到来波方向(角度θ)を算出する(ステップS107)。
また、方位検出部30は、角度(=受信波の到来方向)と、距離検出部25で算出された距離とにより、電子走査型レーダ装置におけるアンテナアレーの垂直軸に対して横方向の位置に換算することもできる。
以上は、標準的なMUSICであるが、ステップS106におけるMUSICスペクトラム算出において、方向ベクトルにてサーチするタイプではなく、多項式の根から解を求めるRoot−MUSICという手法を用いることもできる。
Then, the azimuth detecting unit 30 detects a peak exceeding a preset threshold from the angle spectrum, thereby detecting the peak and calculating the incoming wave direction (angle θ) (step S107).
Further, the azimuth detecting unit 30 is positioned laterally with respect to the vertical axis of the antenna array in the electronic scanning radar apparatus by the angle (= the arrival direction of the received wave) and the distance calculated by the distance detecting unit 25. It can also be converted.
The above is a standard MUSIC, but in the MUSIC spectrum calculation in step S106, a method called Root-MUSIC that finds a solution from a root of a polynomial instead of a type that searches by a direction vector can also be used.

また、図7におけるステップS107の後に、受信電力計算と不要波(不要な受信波のデータ)削除との処理を追加しても良い。
すなわち、方位検出部30は、以下の式において行列Sの対角成分に現れる電力と、予め設定しておいた閾値とを比較し、電力が閾値を超えるか否かの検出を行い、電力が閾値を超えた場合に必要な受信波と判定し、一方、電力がこの閾値以下である場合に不要な受信波と判定する処理を有する。
S=(AA)−1(Rxx−σI)A(AA)−1
ここで、Sは受信波の信号の相関行列、Aは方向行列、AはAの共役転置行列、Iは単位行列、Rxxは相関行列算出部28にて演算した相関行列、σは雑音ベクトルの分散である。
上述したこの受信電力計算と不要波削除との処理を付け加えることにより、ステップS105の受信波数の推定において、受信波数を多く見積もった際、この処理により不要に到来する受信波の削除を行うことができる。
Further, after step S107 in FIG. 7, processing for calculating received power and deleting unnecessary waves (unnecessary received wave data) may be added.
That is, the azimuth detection unit 30 compares the power appearing in the diagonal component of the matrix S in the following equation with a preset threshold value, detects whether the power exceeds the threshold value, When it exceeds the threshold, it is determined that the received wave is necessary. On the other hand, when the power is equal to or lower than this threshold, it is determined that the received wave is unnecessary.
S = (A H A) −1 A H (Rxx−σ 2 I) A (A H A) −1
Here, S is a correlation matrix of a received wave signal, A is a direction matrix, A H is a conjugate transpose matrix of A, I is a unit matrix, Rxx is a correlation matrix calculated by the correlation matrix calculation unit 28, and σ 2 is noise The variance of the vector.
By adding the processing of the received power calculation and unnecessary wave deletion described above, when estimating the number of received waves in the estimation of the received wave number in step S105, it is possible to delete received waves that arrive unnecessarily by this processing. it can.

<相関行列フィルタ部29における現在及び過去の平均化処理>
次に、本実施形態における現在及び過去との相関行列の平均化の処理について説明する。この平均化の処理は、図1における相関行列算出部28、相関行列フィルタ部29及びターゲット連結処理部32が主として行う処理である。
ターゲット連結処理部32は、相関行列フィルタ部29における平均化の処理を行うため、図10に示すテーブルにおいて、ターゲット毎に、現在のターゲット群(t)と、確定した過去のターゲットデータから予測されたターゲット(t)と、過去に確定しているターゲット(t−1、t−2、t−3)とを結びつけるため以下の処理を行う。
<Current and Past Averaging Processing in Correlation Matrix Filter Unit 29>
Next, the process of averaging the correlation matrix with the present and the past in the present embodiment will be described. This averaging process is a process mainly performed by the correlation matrix calculation unit 28, the correlation matrix filter unit 29, and the target connection processing unit 32 in FIG.
In order to perform the averaging process in the correlation matrix filter unit 29, the target connection processing unit 32 is predicted from the current target group (t) and the determined past target data for each target in the table shown in FIG. The following processing is performed to connect the target (t) and the targets (t-1, t-2, t-3) determined in the past.

図10におけるt−1は1サイクル前(直前)の検知サイクルの結果であり、t−2は2サイクル前の検知サイクルの結果であり、t−3は3サイクル前の結果である。
各検知サイクルの結果としては、それぞれ、確定されたターゲット毎に距離r、縦位置long_d(アンテナの配列方向に対して垂直方向)、横位置late_d(アンテナの配列方向に対して平行方向の位置)、ターゲットとの相対速度velo(すなわちv)、下りピーク周波数ポイントf_dwn、下りピーク周波数時の相関行列mat_dwn(すなわちRxx)がメモリ21に、図10のテーブル形式により格納されている(例えば、方向検知に下りのデータを用いる場合。また、正確にはmat_dwnの記憶領域は他より大きくなるが、表の例示の便宜上同じとしている)。ここで、ターゲットの上記縦位置long_dと横位置late_dは、ターゲットとの角度(受信波の到来方向の角度)及び距離rとから求められる。角度がθであり距離rである場合、縦位置long_dはr・cosθで、横位置はlong_d・sinθにより算出される。
In FIG. 10, t-1 is the result of the detection cycle one cycle before (immediately before), t-2 is the result of the detection cycle two cycles before, and t-3 is the result of three cycles before.
As a result of each detection cycle, the distance r, vertical position long_d (perpendicular to the antenna arrangement direction), and lateral position late_d (position parallel to the antenna arrangement direction) are determined for each determined target. , Relative velocity to the target (velo) (ie, v), down peak frequency point f_dwn, and down peak frequency correlation matrix mat_dwn (ie, Rxx) are stored in the memory 21 in the table format of FIG. In the case of using downstream data, more precisely, the storage area of mat_dwn is larger than the others, but is the same for convenience of illustration in the table). Here, the vertical position long_d and the horizontal position late_d of the target are obtained from the angle with respect to the target (the angle in the arrival direction of the received wave) and the distance r. When the angle is θ and the distance is r, the vertical position long_d is calculated by r · cos θ, and the horizontal position is calculated by long_d · sin θ.

また、ターゲット連結処理部32は、過去に確定しているターゲットの距離r、縦位置long_dと横位置late_d及び相対速度veloとから、今回サイクル時の各ターゲットの距離r、縦位置long_dと横位置late_d及び相対速度、ピーク周波数ポイントを予測しておく。例えば、縦位置long_dと横位置late_dとピーク周波数ポイントの予測は、前回の距離r、縦位置long_dと横位置late_d及び相対速度に基づいて検知サイクル周期後の時間における移動可能な範囲を求める。相対速度の予測は、過去何サイクルかの相対速度値推移の変化の傾き等を算出して予測することができる。
例えば、ターゲット連結処理部32は、過去に確定している結果から予測した距離r、縦位置long_dと横位置late_dとピーク周波数ポイント及び相対速度それぞれに対応して、予め設定された移動可能範囲と周波数ポイント範囲、及び相対速度範囲を設けて、今回サイクル時で計算された各値がその範囲内に入るか否かで結びつけを行い、範囲外の場合は異なるターゲットであると判断する。
Further, the target connection processing unit 32 determines the distance r, the vertical position long_d, and the horizontal position of each target in the current cycle from the target distance r, the vertical position long_d, the horizontal position late_d, and the relative velocity velo that have been determined in the past. Predict late_d, relative speed, and peak frequency points. For example, in the prediction of the vertical position long_d, the horizontal position late_d, and the peak frequency point, a movable range in the time after the detection cycle period is obtained based on the previous distance r, the vertical position long_d, the horizontal position late_d, and the relative speed. The relative speed can be predicted by calculating the slope of the change in the relative speed value transition in the past several cycles.
For example, the target connection processing unit 32 sets a movable range that is set in advance corresponding to the distance r, the vertical position long_d, the horizontal position late_d, the peak frequency point, and the relative speed, which are predicted from the results determined in the past. A frequency point range and a relative speed range are provided, and a connection is made based on whether or not each value calculated in the current cycle falls within the range. When the value is outside the range, it is determined that the target is different.

そして、ターゲット連結処理部32は、図10のテーブルにおいて、現在の検知サイクルにおけるターゲットが、過去のターゲットと結びついた場合、t−2の結果をt−3へ移し、t−1の結果をt−2へ移し、現在の検知サイクルの結果をt−1の結果に移し、次のサイクルの予測の結果を計算する。
一方、ターゲット連結処理部32は、過去のいずれのターゲットの結果と結びつかない現在のターゲットを新規のターゲットとし、過去相関行列とのフィルタリングなしに、方向推定を行うために、その相関行列Rxxがそのまま方位検出部30へ出力される。
また、ターゲット連結処理部32は、現在のターゲット群の結果と結び付けられない過去のターゲットが存在した場合、その過去のターゲットの情報を全てクリアする。
したがって、マルチパスの影響のある距離にターゲットが入り、ビーム周波数におけるピーク検知されない検知サイクルになると、過去のターゲット群の結果を用いるフィルタ効果がリセットされることになる。図10に示す本実施形態の場合、過去3回の検知サイクルのターゲットの結果をメモリ21に記憶している。
Then, in the table of FIG. 10, the target connection processing unit 32 moves the result of t−2 to t−3 when the target in the current detection cycle is associated with the past target, and sets the result of t−1 to t− -2 to move the result of the current detection cycle to the result of t-1, and calculate the prediction result of the next cycle.
On the other hand, the target connection processing unit 32 sets a current target that is not linked to any past target result as a new target, and performs the direction estimation without filtering with the past correlation matrix. It is output to the direction detection unit 30.
Further, when there is a past target that is not associated with the current target group result, the target connection processing unit 32 clears all the information on the past target.
Therefore, when the target enters a distance affected by multipath and a detection cycle in which no peak is detected at the beam frequency is reached, the filter effect using the result of the past target group is reset. In the case of the present embodiment shown in FIG. 10, the results of the targets of the past three detection cycles are stored in the memory 21.

また、他の実施例として、ターゲット連結処理部32は、現在の検知サイクルにおけるターゲットと結びつけられなかった過去のターゲットが検出された場合においても、確定されてきた過去のターゲットの結果はある所定サイクル数だけ持続さるようにしても良い。
そして、ターゲット連結処理部32は、過去の結果から推定する予測結果も順次更新し、マルチパスの影響で現在の検知サイクルでのターゲットが検出されなくても、さらに次の検知サイクル以降において結び付けられた場合、マルチパスの影響でピーク検知されないサイクル数以外の過去データをフィルタ処理に使えるようにすることができる。
また、トラッキングにおける外挿法のように、ピーク値が検知さない検知サイクル回において、上記予測結果を現在の検知サイクルにおける結果として用い、ターゲットの存在状態を継続することも可能である。
Further, as another example, the target connection processing unit 32 may determine that a past target result that has been determined is a predetermined cycle even when a past target that is not associated with a target in the current detection cycle is detected. You may make it last only the number.
And the target connection process part 32 updates also the prediction result estimated from the past result one by one, and even if the target in the present detection cycle is not detected by the influence of multipath, it is tied after the next detection cycle. In this case, past data other than the number of cycles in which no peak is detected due to the influence of multipath can be used for the filter processing.
In addition, as in the extrapolation method in tracking, it is also possible to continue the presence state of the target by using the prediction result as the result in the current detection cycle in the detection cycle times where the peak value is not detected.

そして、相関行列フィルタ部29は、図11に示すように、図8(a)のS103_3の処理を、相関行列Rxxの平均化処理を行って、受信波の到来方向を推定するための相関行列を生成する場合に行われる処理である。
ここで、相関行列フィルタ部29は、現在の検知サイクルにおける複素数データから計算した現在の実数相関行列算出(ユニタリ変換、ステップS103_3_1)の後、メモリ21に記憶する図10のテーブルにおける1過去検知サイクル分以上の相関行列との重み付け平均処理を行う(ステップS103_3_2)。
Then, as shown in FIG. 11, the correlation matrix filter unit 29 performs an averaging process of the correlation matrix Rxx in the process of S103_3 in FIG. 8A, and a correlation matrix for estimating the arrival direction of the received wave. Is a process performed when generating
Here, the correlation matrix filter unit 29 calculates one past detection cycle in the table of FIG. 10 stored in the memory 21 after the current real correlation matrix calculation (unitary transformation, step S103_3_1) calculated from the complex number data in the current detection cycle. A weighted average process with a correlation matrix of minutes or more is performed (step S103_3_2).

または、図8(a)のステップS103_1の複素相関行列の状態でメモリ21に記憶させ、ステップS103_2の空間平均処理とステップS103_3のユニタリ変換の前に上述した平均化処理を行っても結果的には同一の値が得られるが、メモリ21に保存するデータ量が多くなるため、ユニタリ変換した実数相関行列を記憶させて用いる方法が良い。
例えば、図12は、空間平均処理でサブアレー化された5×5の相関行列(実数)が作成された場合の例を示している。
この例において、メモリ21に記憶している過去の検知サイクルの結果は3サイクル前までの結果であり、以下の式により表わすことができる。
Rxx’(t’)=K1・Rxx(t)+K2・Rxx(t−1)
+K3・Rxx(t−2)+K4・Rxx(t−3)
Alternatively, it is stored in the memory 21 in the state of the complex correlation matrix in step S103_1 in FIG. 8A, and the above-described averaging process is performed before the spatial averaging process in step S103_2 and the unitary transformation in step S103_3. Can obtain the same value, but since the amount of data stored in the memory 21 increases, a method of storing and using a unitary transformed real number correlation matrix is preferable.
For example, FIG. 12 shows an example in which a 5 × 5 correlation matrix (real number) subarrayed by the spatial averaging process is created.
In this example, the past detection cycle results stored in the memory 21 are the results up to three cycles before, and can be expressed by the following equations.
Rxx ′ (t ′) = K1 · Rxx (t) + K2 · Rxx (t−1)
+ K3.Rxx (t-2) + K4.Rxx (t-3)

そして、上記式におけるの重み係数K1(現在)=K2(1サイクル前)=K3(2サイクル前)=K4(3サイクル前)=0.25のとき、単純に4つの相関行列の平均となる。
また、サイクル毎に重み係数の大きさを変更することも可能である。例えば、現在サイクルに近いほど重み係数を大きくしたり、平均に含めないサイクルに0係数を乗じることもできる。特に過去サイクル数には制限はないが、フィルタの効果とメモリの容量などを鑑みると、本実施形態における3過去サイクル前までが適値と考えられる。
相関行列フィルタ部29は、上述した相関行列Rxx’を受信波の到来方向を推定するために用いる相関行列として、方位検出部30に対して出力する。
When the weighting coefficient K1 (current) = K2 (one cycle before) = K3 (two cycles before) = K4 (three cycles before) = 0.25 in the above equation, the average of the four correlation matrices is simply obtained. .
It is also possible to change the weighting factor for each cycle. For example, the weighting factor can be increased as it is closer to the current cycle, or cycles that are not included in the average can be multiplied by a zero factor. In particular, the number of past cycles is not limited, but considering the effect of the filter and the capacity of the memory, the value up to three previous cycles in the present embodiment is considered an appropriate value.
The correlation matrix filter unit 29 outputs the above-described correlation matrix Rxx ′ to the direction detection unit 30 as a correlation matrix used for estimating the arrival direction of the received wave.

一方、図8(b)に示す複素相関行列を用いて平均化処理を行う場合、ステップS103_1において図13に示すステップの処理が行われる。
相関行列フィルタ部29は、現在の検知サイクルの複素数データにより計算した現在の複素相関行列算出(ステップS103_1_1)した後、メモリ21に格納しておいた1過去サイクル分以上の複素数相関行列との重み付け平均処理を行う(ステップS103_1_2)。図13では、図11の例とは別の実施例として空間平均する前の複素数相関行列にて相関行列フィルタ処理を行ったが、勿論こちらも図8(b)のステップS103_2に示す空間平均後の複素数相関行列にて相関行列フィルタ処理を行った方が、計算量とメモリに保存するデータ量が少なくてすむ。
ここで、ターゲットとの相対速度が非常に大きい場合、ターゲットの検知サイクル毎における距離変化が大きくなる。
このため、相関行列フィルタ部29のフィルタリングするビート周波数の範囲(=距離範囲)が広くなり、連結したターゲットのサイクル間において、角度θの変化が大きくなる場合がある。
On the other hand, when the averaging process is performed using the complex correlation matrix illustrated in FIG. 8B, the process of the step illustrated in FIG. 13 is performed in step S103_1.
The correlation matrix filter unit 29 calculates the current complex correlation matrix calculated from the complex number data of the current detection cycle (step S103_1_1), and then weights the complex correlation matrix of one past cycle or more stored in the memory 21. An averaging process is performed (step S103_1_2). In FIG. 13, the correlation matrix filter processing is performed with the complex correlation matrix before spatial averaging as an embodiment different from the example of FIG. 11, but of course, this is also after spatial averaging shown in step S103_2 of FIG. If the correlation matrix filter processing is performed using the complex number correlation matrix, the amount of calculation and the amount of data stored in the memory can be reduced.
Here, when the relative speed with respect to the target is very high, a change in the distance for each detection cycle of the target becomes large.
For this reason, the range (= distance range) of the beat frequency filtered by the correlation matrix filter unit 29 is widened, and the change in the angle θ may be large between the cycles of the connected targets.

この場合の対応として、図14に示すように過去の検知サイクルにおける同一ターゲットの相関行列を連結する際、現在の検知サイクルの結果から連結可能なビート周波数ポイント範囲を定めることにより、記憶する相関行列の過去の検知サイクルをそのままとし、平均化する際に使用する過去のサイクル数を選定したり、あるいは重み係数を可変して連結の個数を実質減らしたりすることができる。   As a countermeasure in this case, as shown in FIG. 14, when connecting the correlation matrix of the same target in the past detection cycle, the correlation matrix to be stored is determined by determining the beat frequency point range that can be connected from the result of the current detection cycle. It is possible to select the past number of cycles to be used for averaging, or to change the weighting factor to substantially reduce the number of connections.

また、図14(b)は、速い相対速度によりターゲットが接近中の例であり、この場合ビート周波数のピークの移動が早いため、t−3のサイクルが平均するデータの範囲外となるため、図10のテーブルとして記憶する相関行列の過去の検知サイクル数をそのままとし、平均化する際に使用する過去のサイクル数を選定して、あるいは重み係数を可変(例えば、相関行列の重み係数を「0」にする)して連結の個数を実質減らしたりすることができる。   FIG. 14B is an example in which the target is approaching due to a high relative speed. In this case, since the beat frequency peak moves quickly, the cycle of t−3 is outside the range of data to be averaged. The past detection cycle number of the correlation matrix stored as the table of FIG. 10 is left as it is, the past cycle number used for averaging is selected, or the weighting factor is variable (for example, the weighting factor of the correlation matrix is “ The number of connections can be substantially reduced.

また、過去の検知サイクルにおけるターゲットにおける結果と、現在の検知サイクルにおけるターゲットにおける結果との相対速度そのものに閾値を設けておいても良い。
この場合、相関行列フィルタ部29は、過去の検知サイクルにおけるターゲットにおける結果と、現在の検知サイクルにおけるターゲットにおける結果との相対速度のいずれかが、設定した上記閾値の相対速度以上である場合、平均する過去サイクル数を減らしたり、重み係数を可変して連結の個数を実質減らしたりする構成としても良い。
Further, a threshold value may be provided for the relative speed itself between the result in the target in the past detection cycle and the result in the target in the current detection cycle.
In this case, the correlation matrix filter unit 29 calculates the average when any of the relative speeds of the result in the target in the past detection cycle and the result in the target in the current detection cycle is equal to or higher than the set relative speed. Alternatively, the number of past cycles may be reduced, or the number of connections may be substantially reduced by changing the weighting factor.

また、相関行列フィルタ部29のさらに別の構成として、過去の検知サイクルのターゲットにおいて確定している横位置の値の変化を直接計算し、予め設定した規定値より大きいか否かを検出し、大きいと検出された場合、平均する過去サイクル数を減らしたり、重み係数を可変して連結の個数を実質減らしたりする構成としても良い。例えば、現在のサイクルと過去のサイクルで毎サイクル毎に閾値△late_dを設け、例えば、t−1とt−2の間に△late_d以上の横移動が検出された場合は、t−2とt−3のデータの重み係数を0にするなどが考えられる。方位検出部30で方位が検知された後、ターゲット確定部31は、ターゲット連結処理部32を介して、ターゲットの距離、縦位置、横位置、相対速度、下りピーク周波数ポイントと相関行列を、メモリ21の図10に示すテーブルに対し、すでに述べたように、次回の検知サイクルためのt−1の情報として格納され、t−3情報を消去する。   Further, as yet another configuration of the correlation matrix filter unit 29, the change of the lateral position value determined in the target of the past detection cycle is directly calculated, and it is detected whether or not it is larger than a preset specified value, When it is detected that the number is large, the number of past cycles to be averaged may be reduced, or the weighting coefficient may be varied to substantially reduce the number of connections. For example, a threshold Δlate_d is provided for each cycle in the current cycle and the past cycle. For example, when a lateral movement of Δlate_d or more is detected between t−1 and t−2, t−2 and t It is conceivable to set the weight coefficient of the data -3 to 0. After the azimuth is detected by the azimuth detection unit 30, the target determination unit 31 stores the target distance, vertical position, horizontal position, relative speed, down peak frequency point, and correlation matrix via the target connection processing unit 32. As described above, the table shown in FIG. 10 is stored as t-1 information for the next detection cycle, and the t-3 information is deleted.

また、図15に示す信号処理部40は、図1の信号処理部20に対応した構成であり、メモリ21の図10のテーブルに示す各ターゲット群の結果において、相関行列に代えて周波数分解後の複素数データを記憶させる構成としても良い。同様の処理を行う構成については同一の符号を付し、図1の構成と異なる点のみを説明する。
周波数分解処理部42は、周波数分解後の複素数データである周波数データをターゲット連結処理部52に出力する。周波数分解処理部42は、他の処理については図1に示す周波数分解処理部22と同様である。
Further, the signal processing unit 40 shown in FIG. 15 has a configuration corresponding to the signal processing unit 20 of FIG. 1, and in the result of each target group shown in the table of FIG. The complex number data may be stored. The same reference numerals are assigned to configurations that perform similar processing, and only differences from the configuration in FIG. 1 will be described.
The frequency decomposition processing unit 42 outputs frequency data, which is complex number data after frequency decomposition, to the target connection processing unit 52. The frequency resolution processing unit 42 is the same as the frequency resolution processing unit 22 shown in FIG.

そして、ターゲット連結処理部52は、ターゲット確定部31において確定した距離、縦位置、横位置、相対速度、下りピーク周波数ポイントと相関行列において、この相関行列に対応する複素数データを相関行列に代えてテーブル10に記憶する。ターゲット連結処理部52は、他の処理については図1に示すターゲット連結処理部32と同様である。
上述した図15に示す構成により、メモリ21に記憶するデータは、相関行列に比較して少なくなる。しかしながら、相関行列フィルタ部29において、現在の相関行列と過去の相関行列との平均化処理を行う際、相関行列フィルタ部29が過去の検知サイクルの結果における複素数データから相関行列Rxxを再度算出する必要がある。図16に図11に対応する処理の流れを示し、図17に図13に対応する処理の流れを示すが、この場合図16の方も図17の例のように、空間平均処理とユニタリ変換の前に相関行列フィルタによる平均処理を行った方が、計算量が少なくて良い。
Then, the target concatenation processing unit 52 replaces the complex number data corresponding to this correlation matrix with the correlation matrix in the distance, vertical position, horizontal position, relative speed, downlink peak frequency point and correlation matrix determined in the target determination unit 31. Store in table 10. The target connection processing unit 52 is the same as the target connection processing unit 32 shown in FIG.
With the configuration shown in FIG. 15 described above, the data stored in the memory 21 is smaller than the correlation matrix. However, when the correlation matrix filter unit 29 averages the current correlation matrix and the past correlation matrix, the correlation matrix filter unit 29 recalculates the correlation matrix Rxx from the complex number data in the past detection cycle result. There is a need. FIG. 16 shows the flow of processing corresponding to FIG. 11, and FIG. 17 shows the flow of processing corresponding to FIG. 13. In this case, FIG. 16 is also similar to the example of FIG. If the averaging process using the correlation matrix filter is performed before the calculation, the amount of calculation may be small.

<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態による電子走査型レーダ装置を図18を用いて説明する。図18は、第2の実施形態による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。
この第2の実施形態においては、第1の実施形態と同様に、方位推定を超分解能アルゴリズムのみで行う構成である。図1に示す第1の実施形態と同様の構成についは、同一の符号を付し、以下第1の実施形態との相違点のみについて説明する。
周波数分解処理部22Bは、各アンテナ毎の上昇領域と下降領域とのビート信号を複素数データに変換し、そのビート周波数を示す周波数ポイントと、複素数データとをピーク検知部23Bへ出力する。
そして、ピーク検知部23Bは、上昇領域及び下降領域それぞれのピーク値と、そのピーク値の存在する周波数ポイントとを検出し、その周波数ポイントを周波数分解処理部22Bへ出力される。
次に、周波数分解処理部22Bは、上昇領域及び下降領域それぞれについて該当する複素数データを、次の相関行列算出部28へ出力する。
相関行列算出部28は、入力される複素数データから相関行列を生成する。
<Second Embodiment>
Next, an electronic scanning radar apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a block diagram illustrating a configuration example of an electronic scanning radar apparatus according to the second embodiment.
In the second embodiment, as in the first embodiment, the direction estimation is performed only by the super-resolution algorithm. The same components as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only differences from the first embodiment will be described below.
The frequency resolution processing unit 22B converts the beat signals of the ascending region and the descending region for each antenna into complex number data, and outputs a frequency point indicating the beat frequency and complex number data to the peak detecting unit 23B.
Then, the peak detection unit 23B detects the peak value of each of the ascending region and the descending region and the frequency point where the peak value exists, and outputs the frequency point to the frequency resolution processing unit 22B.
Next, the frequency resolution processing unit 22B outputs the corresponding complex number data for each of the ascending region and the descending region to the next correlation matrix calculating unit 28.
The correlation matrix calculation unit 28 generates a correlation matrix from the input complex number data.

この複素数データが、上昇領域及び下降領域のそれぞれのターゲット群(上昇領域及び下降領域においてピークを有するビート周波数)となる。
ターゲット連結処理部32Bにおいて、過去に確定したターゲットと上りと下りの両方のターゲット群とを結びつける必要があるため、メモリ21には図19に示すテーブルが記憶されている。この図19に示すテーブルは、図10の構成に加えて、各ターゲット群において、上昇領域(上り)及び下降領域(下り)の周波数ポイント(ピーク周波数)と、上昇領域及び下降領域双方の周波数ポイントに対応する相関行列が記憶されている。
ターゲット連結部32Bは、図1のターゲット連結部32と同様な処理により、現在の検知サイクルと、過去の検知サイクルとの連結処理を行う。
This complex number data becomes the respective target groups (beat frequencies having peaks in the ascending region and the descending region) in the ascending region and the descending region.
In the target connection processing unit 32B, since it is necessary to link the target determined in the past with both the upstream and downstream target groups, the memory 21 stores a table shown in FIG. The table shown in FIG. 19 includes the frequency points (peak frequencies) in the ascending region (up) and the descending region (down) and the frequency points in both the ascending region and the descending region in each target group in addition to the configuration of FIG. The correlation matrix corresponding to is stored.
The target connection unit 32B performs a connection process between the current detection cycle and the past detection cycle by the same process as the target connection unit 32 of FIG.

そして、相関行列フィルタ部29は、上昇領域及び下降領域それぞれにおいて、現在の検知サイクルにおける相関行列と、過去の検知サイクルにおける相関行列が平均化処理され、方位検出部26に出力する。
次に、方位検出部30は、上昇領域の相関行列及び下降領域の相関行列各々について角度θを検出し、図20に示すテーブルとしてピーク組合せ部24Bへ出力する。
そして、ピーク組合わせ部24Bは、図20に示すテーブルの情報を元に、同様の角度を有する組み合わせを行い、上昇領域と下降領域とのビート周波数を組み合わせを距離検出部25及び速度検出部26へ出力する。
The correlation matrix filter unit 29 averages the correlation matrix in the current detection cycle and the correlation matrix in the past detection cycle in each of the ascending region and the descending region, and outputs the result to the azimuth detecting unit 26.
Next, the direction detection unit 30 detects the angle θ for each of the correlation matrix of the ascending region and the correlation matrix of the descending region, and outputs it to the peak combination unit 24B as a table shown in FIG.
Then, the peak combination unit 24B performs combinations having the same angle based on the information in the table shown in FIG. 20, and combines the beat frequencies of the rising region and the falling region with the distance detection unit 25 and the speed detection unit 26. Output to.

距離検出部25は、第1の実施形態と同様に、組合せの上昇領域と下降領域とのビート周波数により距離を算出する。
また、速度検出部26は、第1の実施形態と同様に、組合せの上昇領域と下降領域とのビート周波数により相対速度を算出する。
ここで、距離検出部25及び速度検出部26それぞれは、距離と相対速度との値を、方向検知のように現在の検知サイクルと過去の検知サイクルとを平均化処理してフィルタリングする必要がないため、現在の検知サイクルのビート周波数の上昇領域及び下降領域の組合せにて計算する。
ターゲット確定部31Bは、上述した上昇領域及び下降領域の相関行列、上昇領域及び下降領域における周波数ポイントと距離と相対速度とを、現在の状態として確定する。
そして、ターゲット連結処理部32Bは、ターゲット確定部31Bから入力される、各ターゲット毎に、上昇領域及び下降領域それぞれの周波数ポイントと、上昇領域及び下降領域それぞれの相関行列と、距離と縦位置と、横位置と、相対速度とを、第1の実施形態と同様の処理により図19のテーブルに記憶させる。
Similar to the first embodiment, the distance detection unit 25 calculates the distance based on the beat frequencies of the ascending region and the descending region of the combination.
Moreover, the speed detection unit 26 calculates the relative speed based on the beat frequencies of the ascending region and the descending region of the combination, as in the first embodiment.
Here, each of the distance detection unit 25 and the speed detection unit 26 does not need to filter the values of the distance and the relative speed by averaging the current detection cycle and the past detection cycle as in the direction detection. Therefore, the calculation is performed with a combination of the rising region and the falling region of the beat frequency of the current detection cycle.
The target determination unit 31B determines the correlation matrix of the ascending region and the descending region, the frequency point, the distance, and the relative speed in the ascending region and the descending region as the current state.
Then, the target connection processing unit 32B receives the frequency points of the ascending region and the descending region, the correlation matrices of the ascending region and the descending region, the distance and the vertical position for each target, which are input from the target determination unit 31B. The lateral position and the relative speed are stored in the table of FIG. 19 by the same processing as in the first embodiment.

また、本実施形態においても、上記図19のテーブルに対し、相関行列ではなくピーク値が検出されたビート周波数の複素データを記憶させる構成としても良い。ここで、本実施形態においては、第1の実施形態における下降領域に対応した複素数データのみではなく、上昇領域及び下降領域の双方の複素数データを、それぞれのビート周波数の周波数ポイントとに対応させて上記図19のテーブルに記憶させる。
この複素数データを記憶させる構成においては、相関行列フィルタ部29が各ターゲット群毎に、現在の検知サイクルの相関行列と過去の検知サイクルの相関行列との平均化処理を行う際、相関行列算出部28がメモリ21から読み出した過去の検知サイクルの複素数データから相関行列を算出することになる。
Also in this embodiment, it is possible to store not the correlation matrix but the complex data of the beat frequency at which the peak value is detected in the table of FIG. Here, in the present embodiment, not only the complex number data corresponding to the falling region in the first embodiment, but also the complex number data in both the rising region and the falling region are associated with the frequency points of the respective beat frequencies. It memorize | stores in the table of the said FIG.
In the configuration for storing the complex number data, when the correlation matrix filter unit 29 performs the averaging process of the correlation matrix of the current detection cycle and the correlation matrix of the past detection cycle for each target group, the correlation matrix calculation unit 28 calculates the correlation matrix from the complex number data of the past detection cycle read from the memory 21.

<第3の実施形態>
次に、本発明の第3の実施形態による電子走査型レーダ装置を図21を用いて説明する。図21は、第3の実施形態による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。
この第3の実施形態においては、第1の実施形態と異なり、先にMUSIC等の超分解能アルゴリズムより分解能が低いDBF(Digital Beam Forming)を用いて方位推定を行い、後に平均処理化された相関行列からの方位推定を超分解能アルゴリズムで行う構成である。図1に示す第1の実施形態と同様の構成についは、同一の符号を付し、以下第1の実施形態との相違点のみについて説明する。
図21に示すように、図1の第1の実施形態における周波数分解処理部22とピーク検出部23との間にDBF処理部40が設けられ、上述したように、先にDBFで受信波の到来する方位を検出する点が第1の実施形態と異なっている。
<Third Embodiment>
Next, an electronic scanning radar apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 21 is a block diagram illustrating a configuration example of an electronic scanning radar apparatus according to the third embodiment.
In the third embodiment, unlike the first embodiment, the direction is first estimated using DBF (Digital Beam Forming) having a resolution lower than that of a super resolution algorithm such as MUSIC, and the correlation is averaged later. This is a configuration in which azimuth estimation from a matrix is performed by a super-resolution algorithm. The same components as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and only differences from the first embodiment will be described below.
As shown in FIG. 21, a DBF processing unit 40 is provided between the frequency decomposition processing unit 22 and the peak detection unit 23 in the first embodiment of FIG. The point which detects the azimuth | direction which arrives differs from 1st Embodiment.

第1の実施形態と同様に、周波数分解処理部22は、入力されるビート信号を周波数分解(時間軸フーリエ変換)し、ビート周波数を示す周波数ポイントと、複素数データとを、DBF処理部40へ出力する。
次に、DBF処理部40は、入力される各アンテナに対応した複素数データを、アンテナの配列方向にフーリエ変換し、すなわち空間軸フーリエ変換を行う。
そして、DBF処理部40は、角度に依存、すなわち角度分解能に対応した角度チャンネル毎の空間複素数データを計算し、ビート周波数毎にピーク検知部23に対して出力する。
Similarly to the first embodiment, the frequency decomposition processing unit 22 performs frequency decomposition (time-axis Fourier transform) on the input beat signal, and sends the frequency point indicating the beat frequency and the complex number data to the DBF processing unit 40. Output.
Next, the DBF processing unit 40 performs Fourier transform on the input complex number data in the antenna arrangement direction, that is, performs spatial axis Fourier transform.
Then, the DBF processing unit 40 calculates spatial complex number data for each angle channel corresponding to the angle, that is, corresponding to the angular resolution, and outputs it to the peak detection unit 23 for each beat frequency.

これにより、DBF処理部40から出力される角度チャンネル毎の空間複素数データ(ビート周波数単位)の示すスペクトラムは、ビーム走査分解能による受信波の到来方向推定に依存したものとなる。
また、アンテナの配列方向にフーリエ変換されているため、角度チャンネル間にて複素数データを加算しているのと同じ効果を得ることができ、角度チャンネル毎の複素数データはS/N比が改善されており、ピーク値の検出における精度を、第1の実施形態と同様に向上させることが可能となる。
上述した複素数データ及び空間複素数データともに、第1の実施形態と同様に、三角波の上昇領域及び下降領域の双方にて算出される。
Accordingly, the spectrum indicated by the spatial complex number data (beat frequency unit) for each angle channel output from the DBF processing unit 40 depends on the arrival direction estimation of the received wave by the beam scanning resolution.
In addition, since the Fourier transform is performed in the antenna arrangement direction, the same effect as adding complex number data between angle channels can be obtained, and the S / N ratio is improved for complex number data for each angle channel. Therefore, the accuracy in detecting the peak value can be improved in the same manner as in the first embodiment.
Both the complex number data and the spatial complex number data described above are calculated in both the rising and falling regions of the triangular wave, as in the first embodiment.

次に、ピーク検知部23は、DBF処理部40による処理の後に、DBF結果による角度チャンネル毎にピークの検出を行い、検出された各チャンネルのピーク値を、次のピーク組合せ部24へ角度チャンネル毎に出力する(16の分解能による空間軸フーリエ変換の場合、15の角度チャンネル)。
ピーク組合せ部24では、第1の実施例と同様に、上昇領域及び下降領域におけるピーク値のあるビート周波数とそのピーク値を組合わせて、距離検出部25及び速度検出部26へ、角度チャネル毎に出力する。
Next, after the processing by the DBF processing unit 40, the peak detection unit 23 detects a peak for each angle channel based on the DBF result, and sends the detected peak value of each channel to the next peak combination unit 24 as an angle channel. Output every time (in the case of spatial axis Fourier transform with 16 resolutions, 15 angle channels).
Similarly to the first embodiment, the peak combination unit 24 combines the beat frequency having the peak value in the ascending region and the descending region with the peak value, and sends it to the distance detection unit 25 and the speed detection unit 26 for each angle channel. Output to.

そして、ペア確定部27は、距離検出部25及び速度検出部26各々から、順次入力される上記距離r及び相対速度vにより、図5のテーブルを角度チャンネル毎に生成し、第1の実施例と同様に、ターゲット毎に対応した上昇領域及び下降領域それぞれの適切なピークの組合せを、角度チャンネル毎に判定する。ここで、DBFでの分解能では、ターゲットが複数の角度チャンネルに跨って存在を示すので、近隣の角度チャンネル(マトリクス)との一致性も加味して、角度チャネル毎に上昇領域及び下降領域それぞれのピークの適切な組合せを行うことができる。そして、上昇領域及び下降領域それぞれのピークのペアを確定し、確定した距離r及び相対速度vを示すターゲット群番号をターゲット確定部31へ出力し、図22に示すテーブルが作成される。
また、ペア確定部27は、距離r及び相対速度vのみでなく、それぞれのターゲットの角度チャンネルの情報が得られるため、縦位置と横位置を求めることができるため、図6のテーブルに対して縦位置と横位置が含まれた、現在の検知サイクルの各ターゲット群に対応する結果を有する図22に示すテーブルを生成する。
Then, the pair determination unit 27 generates the table of FIG. 5 for each angle channel based on the distance r and the relative speed v sequentially input from the distance detection unit 25 and the speed detection unit 26, respectively, in the first embodiment. In the same manner as described above, an appropriate combination of peaks in the ascending region and the descending region corresponding to each target is determined for each angle channel. Here, in the resolution in the DBF, since the target indicates the existence over a plurality of angle channels, the ascending region and the descending region for each angle channel are considered for each angle channel in consideration of the coincidence with neighboring angle channels (matrix). Appropriate combinations of peaks can be made. Then, the pair of peaks in the ascending region and the descending region is determined, and the target group number indicating the determined distance r and relative speed v is output to the target determining unit 31, and the table shown in FIG. 22 is created.
Further, since the pair determination unit 27 can obtain not only the distance r and the relative speed v but also the information on the angle channels of the respective targets, the pair determination unit 27 can obtain the vertical position and the horizontal position. The table shown in FIG. 22 is generated, which includes the results corresponding to each target group of the current detection cycle, including the vertical position and the horizontal position.

そして、ターゲット連結部32は、図22のテーブルの情報を用いて、現在の検知サイクルにおけるターゲットと、図10の過去の検知サイクルにおけるターゲットとの結びつけの処理を行うこととなり、結びつけのパラメータとして、距離と相対速度及びピーク周波数ポイントとに加えて、縦位置と横位置を用いることとなるため、より結びつけの処理を高い精度にて行うことが可能となる。
さらに、方位検出部30からの方位情報とDBFからの方位情報とのAND理論で推定することにより、方向検知の信頼度を向上させたり、互いの方位情報を分担、例えば、近距離では角度分解能が粗くて良いのでDBFの角度情報を用いるなどができる効果を成す。
Then, the target linking unit 32 uses the information in the table of FIG. 22 to perform the process of associating the target in the current detection cycle with the target in the past detection cycle of FIG. Since the vertical position and the horizontal position are used in addition to the distance, the relative speed, and the peak frequency point, it is possible to perform the linking process with higher accuracy.
Furthermore, the reliability of direction detection is improved by estimating with the AND theory of the azimuth information from the azimuth detection unit 30 and the azimuth information from the DBF, and the azimuth information is shared, for example, the angular resolution at a short distance Can be rough, so that the angle information of DBF can be used.

また、本実施形態においても、上記図10のテーブルに対し、相関行列ではなくピーク値が検出されたビート周波数の複素データを記憶させる構成としても良い。
この複素数データを記憶させる構成においては、第1の実施形態と同様に、相関行列フィルタ部25が各ターゲット群毎に、現在の検知サイクルの相関行列と過去の検知サイクルの相関行列との平均化処理を行う際、相関行列算出部24がメモリ21から読み出した過去の検知サイクルの複素数データから相関行列を算出することになる。
Also in this embodiment, it is possible to store not the correlation matrix but the complex data of the beat frequency at which the peak value is detected in the table of FIG.
In the configuration for storing the complex number data, as in the first embodiment, the correlation matrix filter unit 25 averages the correlation matrix of the current detection cycle and the correlation matrix of the past detection cycle for each target group. When performing the processing, the correlation matrix calculation unit 24 calculates the correlation matrix from the complex number data of the past detection cycle read from the memory 21.

<第4の実施形態>
次に、本発明の第4の実施形態による電子走査型レーダ装置を図23を用いて説明する。図23は、第4の実施形態による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。
この第4の実施形態においては、第1の実施形態と異なり、先にMUSIC等の超分解能アルゴリズムより分解能が低いDBF(Digital Beam Forming)を用いて方位推定を行い、ターゲットの角度範囲を絞り込み、IDBF(逆DBF、すなわち逆空間軸フーリエ変換)を行い時間軸の複素数データに戻し、後に行う超分解能アルゴリズムで行う方位推定の精度を向上させる構成である。図21に示す第3の実施形態と同様の構成についは、同一の符号を付し、以下第3の実施形態との相違点のみについて説明する。
本実施形態は、第3の実施形態にCh(チャンネル)削除部41及びIDBF処理部43が付加されたものである。
<Fourth Embodiment>
Next, an electronic scanning radar apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 23 is a block diagram illustrating a configuration example of an electronic scanning radar apparatus according to the fourth embodiment.
In the fourth embodiment, unlike the first embodiment, the azimuth estimation is first performed using DBF (Digital Beam Forming) having a lower resolution than the super resolution algorithm such as MUSIC, and the target angle range is narrowed down. IDBF (inverse DBF, that is, inverse space axis Fourier transform) is performed to return to complex data on the time axis, and the accuracy of azimuth estimation performed by a super resolution algorithm performed later is improved. The same components as those in the third embodiment shown in FIG. 21 are denoted by the same reference numerals, and only differences from the third embodiment will be described below.
In this embodiment, a Ch (channel) deletion unit 41 and an IDBF processing unit 43 are added to the third embodiment.

上記DBF処理部40は、第3の実施形態と同様に、空間軸フーリエ変換を行い、空間複素数データをピーク検知部23へ出力するとともに、Ch削除部41へ出力する。
ここで、DBF処理部40は、図24(a)に示すように、受信アンテナの配列方向に本実施形態においては、例えば16ポイントの分解能により、空間軸フーリエ変換を行い、結果として15の角度チャンネルの角度単位のスペクトラムを生成し、Ch削除部41へ出力する。
そして、Ch削除部41は、ペア確定部27で確定されたDBFターゲットのピーク周波数ポイント(例えば下降部分)に該当する空間複素数データのスペクトラムのレベルが予め設定された角度範囲にて隣接して連続し、かつ予め設定されたDBF閾値のレベルを超えるか否かの検出を行い、DBF閾値を超えない角度チャンネルのスペクトラムを「0」に置き換える処理を行い、絞り込んだ空間複素データを出力する。
上述した処理において、Ch削除部41は、例えば、図24(b)に示すように隣接した4角度チャンネルが連続して上記DBF閾値を超えるレベルであると、その範囲にターゲットが1つ以上存在するとして、これらの角度チャンネルのスペクトラムを残し、他の角度のスペクトラムの強度を「0」に置き換える。
As in the third embodiment, the DBF processing unit 40 performs spatial axis Fourier transform, and outputs spatial complex number data to the peak detection unit 23 and also outputs it to the Ch deletion unit 41.
Here, as shown in FIG. 24A, the DBF processing unit 40 performs a spatial axis Fourier transform in the arrangement direction of the receiving antennas in the present embodiment, for example, with a resolution of 16 points, resulting in 15 angles. A spectrum in a channel angle unit is generated and output to the Ch deletion unit 41.
Then, the Ch deletion unit 41 continuously adjoins the spectrum level of the spatial complex data corresponding to the peak frequency point (for example, the descending portion) of the DBF target determined by the pair determination unit 27 within a preset angle range. In addition, it is detected whether or not a preset DBF threshold level is exceeded, a process for replacing the spectrum of the angle channel that does not exceed the DBF threshold with “0”, and narrowed-down spatial complex data is output.
In the processing described above, for example, the Ch deleting unit 41 has one or more targets in the range when adjacent four-angle channels are continuously at a level exceeding the DBF threshold as shown in FIG. As a result, the spectrum of these angle channels is left, and the intensities of the spectra of other angles are replaced with “0”.

そして、IDBF処理部42は、スペクトラムの絞込を行った、すなわち設定した数の角度チャンネルにおいて連続してDBF閾値を超える角度チャンネル領域のデータのみ残し、その他の領域の強度を「0」に置き換えた空間複素数データを、逆空間軸フーリエ変換し、時間軸の複素数データに戻し、相関行列算出部28へ出力する。
そして、相関行列算出部28は、入力される複素数データから相関行列を算出するため、路側物などを除去し、かつノイズ成分を削減した直交性の良い相関行列を求めることができる。図24(c)は図24(b)のDBF分解能でのターゲット群(実際にはターゲットが2つ以上ある可能性があるのでターゲット群とする)を、上記の方法で相関行列を作成し、超分解能アルゴリズムでさらにターゲットを分離した例である。
また、図25(a)に示すように、複数のターゲット群からの反射成分を含む受信波を受信した場合、DBF処理部40から出力される空間複素データには、連続した角度チャンネルにてDBFレベルを超える角度チャンネル範囲が複数存在することとなる。
Then, the IDBF processing unit 42 narrows down the spectrum, that is, leaves only the data of the angle channel region that continuously exceeds the DBF threshold in the set number of angle channels, and replaces the intensity of other regions with “0”. The spatial complex number data is subjected to inverse spatial axis Fourier transform, converted back to time axis complex number data, and output to the correlation matrix calculating unit 28.
Then, since the correlation matrix calculation unit 28 calculates the correlation matrix from the input complex number data, it is possible to obtain a correlation matrix with good orthogonality by removing roadside objects and the like and reducing noise components. FIG. 24 (c) creates a correlation matrix by using the above method for the target group at the DBF resolution shown in FIG. 24 (b) (actually, there is a possibility that there are two or more targets). This is an example in which the target is further separated by the super-resolution algorithm.
As shown in FIG. 25 (a), when receiving a reception wave including reflection components from a plurality of target groups, the spatial complex data output from the DBF processing unit 40 includes DBFs in continuous angle channels. There will be multiple angular channel ranges that exceed the level.

そして、Ch削除部41は、入力される空間複素データにて、設定された角度チャネル範囲において、隣接した角度チャネルのスペクトラムのレベルが連続してDBF閾値のレベルを超える場合、その超えた角度チャネル領域をそれぞれ抽出し、その角度チャネル領域以外のスペクトラムの強度を「0」に置き換え、図25(b)及び図25(c)のように、角度チャネル領域にて識別される別々の空間複素数データに分割する。
ここで、ペア確定部27は、第3の実施形態と同様に、距離、相対速度及び縦位置と横位置を求め、Ch削除部41へ出力するとともに、ターゲット連結処理部32へ出力する。
Ch削除部41は、DBFターゲットの周波数ポイントに該当する空間複素数データを選出し、上述したCh削除を行った後、IDBF処理部42へ出力する。
Then, when the spectrum level of the adjacent angle channel continuously exceeds the DBF threshold level in the set angle channel range in the input spatial complex data, the Ch deletion unit 41 determines the angle channel that has exceeded Each region is extracted, the intensity of the spectrum other than the angle channel region is replaced with “0”, and separate spatial complex number data identified in the angle channel region as shown in FIGS. 25 (b) and 25 (c) Divide into
Here, as in the third embodiment, the pair determination unit 27 obtains the distance, the relative speed, the vertical position, and the horizontal position, and outputs the distance, the relative speed, and the horizontal position to the Ch deletion unit 41 and the target connection processing unit 32.
The Ch deletion unit 41 selects spatial complex number data corresponding to the frequency point of the DBF target, performs the above-described Ch deletion, and outputs the data to the IDBF processing unit 42.

そして、IDBF処理部42は、入力される空間複素数データを逆空間フーリエ変換して、得られた時間軸の複素数データを相関行列算出部28へ出力する。
これにより、相関行列算出部28は、入力される複素数データから相関行列を算出し、現在の検知サイクルにおける相関行列として相関行列フィルタ部29へ出力する。
ターゲット連結処理部32は、入力される距離、相対速度及び縦位置と横位置に対応した過去の検知サイクルの相関行列をメモリ21の図10のテーブルから抽出し、相関行列フィルタ部29へ出力する。
相関行列フィルタ部29は、入力される現在の検知サイクルの相関行列と、結びつけられた過去の検知サイクルの相関行列(過去にIDBF処理されたデータ)との平均化処理を行い、得られた平均化された相関行列を方位検出部30へ出力する。
Then, the IDBF processing unit 42 performs inverse spatial Fourier transform on the input spatial complex number data, and outputs the obtained time axis complex number data to the correlation matrix calculation unit 28.
As a result, the correlation matrix calculation unit 28 calculates a correlation matrix from the input complex number data, and outputs the correlation matrix to the correlation matrix filter unit 29 as a correlation matrix in the current detection cycle.
The target connection processing unit 32 extracts the correlation matrix of the past detection cycle corresponding to the input distance, relative speed, and vertical position and horizontal position from the table of FIG. 10 in the memory 21 and outputs it to the correlation matrix filter unit 29. .
The correlation matrix filter unit 29 performs an averaging process on the input correlation matrix of the current detection cycle and the correlation matrix (data subjected to IDBF processing in the past) associated with the past detection cycle. The converted correlation matrix is output to the direction detection unit 30.

上述した処理により、方位検出部30のMUSICにおけるスペクトラム算出時に検知方向範囲を絞り込むことができ、第1〜第3の実施形態に比較して、より分解能を上げることが可能となる。
さらに、上述した構成とすることにより、方位検出部33おいて、固有値計算に用いる相関行列に、ターゲット群毎の反射成分に分割した受信波を、仮想的に受信されたことになるため、例えば受信アンテナ数及びサブアレー数に対してその数以上の多くのターゲットからの反射成分を含んだ受信波が受信されたとしても、固有値計算で誤ることなく計算が可能となる。
With the above-described processing, the detection direction range can be narrowed when calculating the spectrum in the MUSIC of the azimuth detecting unit 30, and the resolution can be further increased compared to the first to third embodiments.
Furthermore, with the configuration described above, the azimuth detector 33 virtually receives the received wave divided into the reflection components for each target group in the correlation matrix used for eigenvalue calculation. Even if received waves including reflection components from many targets larger than the number of receiving antennas and sub-arrays are received, calculation can be performed without error in eigenvalue calculation.

また、本実施形態においても、上記図10のテーブルに対し、相関行列ではなくピーク値が検出されたビート周波数のIDBFされた複素数データを記憶させる構成としても良い。
この複素数データを記憶させる構成においては、第1の実施形態と同様に、相関行列フィルタ部25が各ターゲット群毎に、現在の検知サイクルの相関行列と過去の検知サイクルの相関行列との平均化処理を行う際、相関行列算出部24がメモリ21から読み出した過去の検知サイクルの複素数データから相関行列を算出することになる。
Also in the present embodiment, it is possible to store not the correlation matrix but the IDBF complex number data of the beat frequency at which the peak value is detected, instead of the correlation matrix.
In the configuration for storing the complex number data, as in the first embodiment, the correlation matrix filter unit 25 averages the correlation matrix of the current detection cycle and the correlation matrix of the past detection cycle for each target group. When performing the processing, the correlation matrix calculation unit 24 calculates the correlation matrix from the complex number data of the past detection cycle read from the memory 21.

以上、第1〜第4のの実施形態は、図1に示すFMCW方式のレーダに用いる構成例を基に説明したが、FMCW方式の他のアンテナ構成にも適用することが可能である。
また、多周波CW、パルスレーダ等のFMCW方式以外の他の方式においても、適用が可能である。
さらに、本実施形態においては、方位検知部として超分解能アルゴリズムのMUSICを例に述べたが、同様に相関行列(または共分散行列)を作成し、この部分でホワイトノイズが除去されるほど検知精度が向上する原理のアルゴリズムであれば、本発明に適用することが可能である。
The first to fourth embodiments have been described based on the configuration example used for the FMCW radar shown in FIG. 1, but can be applied to other antenna configurations of the FMCW scheme.
Also, the present invention can be applied to other systems other than the FMCW system such as multi-frequency CW and pulse radar.
Furthermore, in the present embodiment, the super resolution algorithm MUSIC has been described as an example of the azimuth detection unit. Similarly, a correlation matrix (or covariance matrix) is created, and detection accuracy increases as white noise is removed in this portion. As long as the algorithm is based on the principle of improving, it can be applied to the present invention.

なお、図1、図15、図18、図21、図23における信号処理部20の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、受信波から方位検出を行う信号処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境(あるいは表示環境)を備えたWWWシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ(RAM)のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。   A program for realizing the functions of the signal processing unit 20 in FIGS. 1, 15, 18, 21, and 23 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is recorded. The signal processing for detecting the azimuth from the received wave may be performed by being read into the computer system and executed. Here, the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices. The “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment). The “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM and a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system. Further, the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.

また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク(通信網)や電話回線等の通信回線(通信線)のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であっても良い。   The program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium. Here, the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line. The program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement | achieve the function mentioned above in combination with the program already recorded on the computer system, and what is called a difference file (difference program) may be sufficient.

本発明の第1の実施形態による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a configuration example of an electronic scanning radar apparatus according to a first embodiment of the present invention. 送信波及び受信波により、三角波の上昇領域及び下降領域におけるビート信号の生成を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the production | generation of the beat signal in the rising area and falling area of a triangular wave with a transmission wave and a received wave. 受信アンテナにおける受信波の説明を行う概念図である。It is a conceptual diagram explaining the received wave in a receiving antenna. ビート信号を周波数分解した結果であり、ビート周波数(横軸)とそのピーク値(縦軸)とを示すグラフである。It is the result of frequency-decomposing the beat signal, and is a graph showing the beat frequency (horizontal axis) and its peak value (vertical axis). 組合せ部24における上昇領域及び下降領域のビート周波数のマトリクスと、そのマトリクスの交点、すなわち上昇領域及び下降領域のビート周波数の組合せにおける距離及び相対速度とを示すテーブルである。It is a table | surface which shows the matrix of the beat frequency of the raise area | region in the combination part 24, and the fall area | region, and the distance and relative velocity in the intersection of the matrix, ie, the combination of the beat frequency of an raise area | region and a fall area. 現在の検知サイクルにおけるターゲット毎の距離及び相対速度とを示すテーブルである。It is a table which shows the distance and relative speed for every target in the present detection cycle. MUSICの処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the process of MUSIC. 図7のフローチャートのステップS103にて行われるサブステップを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the substep performed in step S103 of the flowchart of FIG. 相関行列の空間平均を算出する際の処理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the process at the time of calculating the spatial average of a correlation matrix. 現在の検知サイクル及び過去の検知サイクルの対応付けを行う際に用いる、過去の検知サイクルの距離及び相対速度に対応させて相関行列が記載されたテーブル構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the table structure in which the correlation matrix was described corresponding to the distance and relative speed of the past detection cycle used when matching with the present detection cycle and the past detection cycle. 図8(a)におけるステップS103_3のサブステップ示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the substep of step S103_3 in Fig.8 (a). 現在の検知サイクル及び過去の検知サイクル(複数)の平均化処理の説明を行う概念図である。It is a conceptual diagram explaining the averaging process of the present detection cycle and the past detection cycle (plurality). 図8(b)におけるステップS103_1のサブステップ示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the substep of step S103_1 in FIG.8 (b). 検知サイクルの対応付けの検知サイクル数について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the detection cycle number of matching of a detection cycle. 本発明の第1の実施形態の変形例による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the electronic scanning radar apparatus by the modification of the 1st Embodiment of this invention. 図8(a)におけるステップS103_3のサブステップ示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the substep of step S103_3 in Fig.8 (a). 図8(b)におけるステップS103_1のサブステップ示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the substep of step S103_1 in FIG.8 (b). 本発明の第2の実施形態による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the electronic scanning radar apparatus by the 2nd Embodiment of this invention. 現在の検知サイクル及び過去の検知サイクルの対応付けを行う際に用いる、過去の検知サイクルの距離、縦位置と横位置及び相対速度に対応させて相関行列が記載されたテーブル構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram showing a table configuration in which a correlation matrix is described in association with the distance, the vertical position and the horizontal position, and the relative speed of the past detection cycle, which is used when associating the current detection cycle and the past detection cycle. is there. 現在の検知サイクルにおけるターゲット毎の各角度と、周波数ポイントとの対応を示すテーブルである。It is a table which shows a response | compatibility with each angle for every target in the present detection cycle, and a frequency point. 本発明の第3の実施形態による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the electronic scanning radar apparatus by the 3rd Embodiment of this invention. 現在の検知サイクルにおけるターゲット毎の距離、縦位置と横位置及び相対速度とを示すテーブルである。It is a table which shows the distance for every target in the present detection cycle, a vertical position, a horizontal position, and a relative speed. 本発明の第4の実施形態による電子走査型レーダ装置の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structural example of the electronic scanning radar apparatus by the 4th Embodiment of this invention. 各角度チャンネルにおけるスペクトラムの強度の処理について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the process of the intensity | strength of the spectrum in each angle channel. 各角度チャンネルにおけるスペクトラムの強度の処理について説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the process of the intensity | strength of the spectrum in each angle channel.

符号の説明Explanation of symbols

11,1n…受信アンテナ
21,2n…ミキサ
3…送信アンテナ
4…分配器
51,5n…フィルタ
6…SW
7…ADC
8…制御部
9…三角波生成部
10…VOC
20…信号処理部
21…メモリ
22、42…周波数分解処理部
23…ピーク検知部
24…ピーク組合せ部
25…距離検出部
26…速度検出部
27,27B…ペア確定部
28…相関行列算出部
29…相関行列フィルタ部
30…方位検出部
31,31B…ターゲット確定部
32,52…ターゲット連結処理部
40…DBF処理部
41…Ch削除部
43…IDBF処理部
11, 1 n, receiving antenna 21, 2 n, mixer 3, transmitting antenna 4, distributor 51, 5 n, filter 6, SW
7 ... ADC
8 ... Control unit 9 ... Triangle wave generation unit 10 ... VOC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Signal processing part 21 ... Memory 22, 42 ... Frequency decomposition processing part 23 ... Peak detection part 24 ... Peak combination part 25 ... Distance detection part 26 ... Speed detection part 27, 27B ... Pair determination part 28 ... Correlation matrix calculation part 29 ... Correlation matrix filter unit 30 ... Direction detection unit 31, 31B ... Target determination unit 32,52 ... Target connection processing unit 40 ... DBF processing unit 41 ... Ch deletion unit 43 ... IDBF processing unit

Claims (12)

移動体に搭載される電子走査型レーダ装置であり、
送信波を送信する送信手段と、
前記送信波のターゲットによる反射波を受信する複数のアンテナから構成される受信部と、
前記送信波及び前記反射波からビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理部と、
前記ビート周波数の強度値からピーク値を検出してターゲットの存在を検知するターゲット検知部と、
前記アンテナ毎における前記ターゲットが検出された検出ビート周波数の複素数データそれぞれから相関行列を算出する相関行列算出部と、
現在の検知サイクル及び過去の検知サイクルにおけるターゲットを距離及び相対速度とにより関連づけるターゲット連結処理部と、
現在の検知サイクルのターゲットの相関行列と、関連づけられた過去の検知サイクルにおける同一のターゲットの相関行列とを重み付け平均化した平均相関行列を生成する相関行列フィルタ部と、
前記平均相関行列から受信波の到来方向を算出する方位検出部と
を有することを特徴とする電子走査型レーダ装置。
An electronic scanning radar device mounted on a moving body,
A transmission means for transmitting a transmission wave;
A receiving unit comprising a plurality of antennas for receiving reflected waves from the target of the transmission wave;
A beat signal generation unit that generates a beat signal from the transmission wave and the reflected wave;
A frequency decomposition processing unit that calculates complex number data by frequency-decomposing the beat signal into beat frequencies of a predetermined number of decompositions;
A target detection unit for detecting the peak value from the intensity value of the beat frequency and detecting the presence of the target;
A correlation matrix calculating unit that calculates a correlation matrix from each complex number data of a detected beat frequency at which the target is detected for each antenna;
A target linking processor for associating targets in current and past detection cycles with distance and relative speed;
A correlation matrix filter unit that generates an average correlation matrix that weights and averages the correlation matrix of the target of the current detection cycle and the correlation matrix of the same target in the associated past detection cycle;
An electronic scanning radar apparatus comprising: an azimuth detecting unit that calculates an arrival direction of a received wave from the average correlation matrix.
前記ターゲット連結処理部が、現在と過去との検知サイクルにおけるターゲットを関連づける際、現在の検知サイクルの検出ビート周波数により得られた距離及び相対速度が、過去の検知サイクルにより得られた距離と相対速度により予測し、予め設定された距離範囲及び相対速度範囲にそれぞれ含まれるか否かにより、ターゲット間に関連づけの有無を検出することを特徴とする請求項1に記載の電子走査型レーダ装置。   When the target connection processing unit associates the targets in the current and past detection cycles, the distance and relative speed obtained by the detection beat frequency of the current detection cycle are the distance and relative speed obtained by the past detection cycle. 2. The electronic scanning radar apparatus according to claim 1, wherein the presence / absence of association between the targets is detected based on whether they are included in a preset distance range and relative velocity range. 前記関連付けられたターゲットが過去の1つまたは複数サイクル分のターゲットとして、それぞれ対応して、距離、相対速度及び相関行列が記憶される記憶部とをさらに有し、
前記ターゲット連結処理部が、現在の検知サイクルにおけるターゲットと、該現在のターゲットに関連づけられた複数の時系列の過去の検知サイクルにおけるターゲットとの相関行列を重み付け平均化して平均相関行列を生成するとともに、現在のターゲットの距離、相対速度及び相関行列を、関連づけられた過去のターゲットの距離、相対速度及び相関行列に対応させ、前記記憶部に記憶することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子走査型レーダ装置。
A storage unit that stores a distance, a relative velocity, and a correlation matrix corresponding to each of the associated targets as targets for one or more cycles in the past;
The target concatenation processing unit generates an average correlation matrix by weighted averaging a correlation matrix between a target in a current detection cycle and a target in a plurality of time series past detection cycles associated with the current target. 3. The current target distance, relative velocity, and correlation matrix are stored in the storage unit in correspondence with the past target distance, relative velocity, and correlation matrix associated with each other. An electronic scanning radar device according to claim 1.
前記関連付けられたターゲットに対応する検出ビート周波数の複素数データが1つまたは複数サイクル分、それぞれ対応して記憶される記憶部とをさらに有し、
現在の検知サイクルのターゲットとの関連づけがある過去の検知サイクルのターゲットが検知された際、相関行列算出部が過去の検知サイクルの複素数データから相関行列を算出し、
前記ターゲット連結処理部が、現在の検知サイクルにおけるターゲットと、該現在のターゲットに関連づけられた過去のターゲットの相関行列を重み付け平均化した平均相関行列を生成するとともに、関連づけられた現在のターゲットの距離、相対速度及び検出ビート周波数の複素数データを、関連づけられた過去の検知サイクルにおけるターゲットの距離、相対速度及び複素数データと対応付けて記憶することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子走査型レーダ装置。
A storage unit that stores complex data of the detected beat frequency corresponding to the associated target for one or a plurality of cycles, respectively.
When the target of the past detection cycle that is associated with the target of the current detection cycle is detected, the correlation matrix calculation unit calculates the correlation matrix from the complex number data of the past detection cycle,
The target concatenation processing unit generates an average correlation matrix that is a weighted average of a correlation matrix of a target in a current detection cycle and a past target associated with the current target, and a distance between the associated current targets. The complex data of the relative velocity and the detected beat frequency are stored in association with the target distance, the relative velocity, and the complex data in the associated past detection cycle. Electronic scanning radar device.
各アンテナ毎の前記複素数データにより、アンテナの配列方向にデジタルビームフォーミングを行い、前記ターゲットの存在及び方位を検出するDBF部をさらに有し、
現在の検知サイクルにおけるビート周波数からデジタルビームフォーミングにより方位を検出し、現在と過去との検知サイクルにおけるターゲットの関連づけを、距離、相対速度及び方位により行うことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の電子走査型レーダ装置。
A DBF unit that performs digital beam forming in the antenna arrangement direction based on the complex number data for each antenna, and detects the presence and orientation of the target;
5. The azimuth is detected by digital beam forming from the beat frequency in the current detection cycle, and the association of the target in the detection cycle between the present and the past is performed by the distance, the relative velocity, and the azimuth. An electronic scanning radar device according to claim 1.
前記DBF部が前記複素数データを用いてデジタルビームフォーミングすることにより角度チャンネル毎のスペクトラムの強度を示す空間複素数データを算出し、隣接した角度チャンネルのスペクトラムの強度が予め設定された角度チャンネル数の範囲において予め設定されたDBF閾値を超えた場合、ターゲットの存在を検知(DBF検知ターゲット)し、ターゲットの存在が検知されていない角度チャンネルのスペクトラム強度を「0」に置き換え、新たな空間複素数データとして出力するチャンネル削除部と、
前記新たな空間複素数データを逆DBFすることにより、再生複素数データを生成するIDBF部と
をさらに有し、
前記相関行列算出部が前記再生複素数データから相関行列を算出することを特徴とする請求項5に記載の電子走査型レーダ装置。
The DBF unit performs digital beam forming using the complex number data to calculate spatial complex number data indicating the intensity of the spectrum for each angle channel, and the range of the angle channel number in which the intensity of the spectrum of the adjacent angle channel is set in advance. When the preset DBF threshold value is exceeded, the presence of the target is detected (DBF detection target), the spectrum intensity of the angle channel where the presence of the target is not detected is replaced with “0”, and new spatial complex data is obtained. The channel deletion section to output,
An IDBF unit for generating reproduced complex data by performing inverse DBF on the new spatial complex data; and
The electronic scanning radar apparatus according to claim 5, wherein the correlation matrix calculation unit calculates a correlation matrix from the reproduced complex number data.
前記チャンネル削除部がDBF検知ターゲットが複数あることを検出した場合、それぞれのDBF検知ターゲットに対応した角度チャンネル範囲毎にスペクトラムを分割し、DBF検知ターゲット数の空間複素数データを生成し、
前記IDBF部がDBF検知ターゲット毎の空間複素数データをそれぞれ逆DBFすることにより、DBF検知ターゲット毎の再生複素数データを生成し、
前記相関行列算出部がDBF検知ターゲット毎の再生複素数データから、DBF検知ターゲット毎の相関行列を算出することを特徴とする請求項6記載の電子走査型レーダ装置。
When the channel deletion unit detects that there are a plurality of DBF detection targets, the spectrum is divided for each angle channel range corresponding to each DBF detection target, and spatial complex number data of the number of DBF detection targets is generated.
The IDBF unit performs inverse DBF on the spatial complex number data for each DBF detection target, thereby generating reproduction complex number data for each DBF detection target,
7. The electronic scanning radar apparatus according to claim 6, wherein the correlation matrix calculation unit calculates a correlation matrix for each DBF detection target from reproduction complex number data for each DBF detection target.
前記相関行列フィルタ部が、前記相対速度に対応し、重み付け平均する際の重み係数を、前記ターゲット毎に変化させることを特徴とする請求項2から請求項7のいずれかに記載の電子走査型レーダ装置。   The electronic scanning type according to any one of claims 2 to 7, wherein the correlation matrix filter unit changes a weighting factor corresponding to the relative speed and weighted average for each target. Radar device. 前記相関行列フィルタ部が、過去及び現在における方位と距離とから求められる横位置の変化量が、予め設定した範囲を超えた場合に、重み付け平均する際の重み係数を、前記ターゲット毎に変化させることを特徴とする請求項2から請求項7のいずれかに記載の電子走査型レーダ装置。   The correlation matrix filter unit changes a weighting factor for weighted averaging for each target when the amount of change in lateral position obtained from the past and present azimuth and distance exceeds a preset range. The electronic scanning radar apparatus according to claim 2, wherein the electronic scanning radar apparatus is characterized in that 前記ターゲット連結処理部が平均する際に用いる過去のサイクル数を、前記相対速度に対応して変化させることを特徴とする請求項2から請求項7のいずれかに記載の電子走査型レーダ装置。   8. The electronic scanning radar apparatus according to claim 2, wherein a past cycle number used when the target connection processing unit averages is changed in correspondence with the relative speed. 移動体に搭載される請求項1から請求項10のいずれかに記載の電子走査型レーダ装置による受信波方向推定方法であり、
送信手段から送信波を送信する送信過程と、
複数のアンテナから構成される受信部が前記送信波のターゲットにより反射波を受信する受信過程と、
ビート信号生成部が前記送信波及び前記反射波からビート信号を生成するビート信号生成過程と、
周波数分解処理部が前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理過程と、
ターゲット検知部が前記ビート周波数の強度値からピーク値を検出してターゲットの存在を検知するターゲット検知過程と、
相関行列算出部が前記アンテナ毎における前記ターゲットが検出された検出ビート周波数の複素数データそれぞれから相関行列を算出する相関行列算出過程と、
ターゲット連結処理部が現在の検知サイクル及び過去の検知サイクルにおけるターゲットを距離及び相対速度とにより関連づけるターゲット連結処理過程と、
相関行列フィルタ部が現在の検知サイクルのターゲットの相関行列と、関連づけられた過去の検知サイクルにおける同一のターゲットの相関行列とを重み付け平均化した平均相関行列を生成する相関行列フィルタ過程と、
方位検出部が前記平均相関行列から受信波の到来方向を算出する方位検出過程と
を有することを特徴とする電子走査型レーダ装置の制御方法。
It is a received wave direction estimation method by the electronic scanning radar apparatus in any one of Claims 1-10 mounted in a moving body,
A transmission process of transmitting a transmission wave from the transmission means;
A reception process in which a reception unit including a plurality of antennas receives a reflected wave from the target of the transmission wave;
A beat signal generation process in which a beat signal generation unit generates a beat signal from the transmission wave and the reflected wave;
A frequency resolving process in which the frequency resolving unit frequency-decomposes the beat signal into beat frequencies of a predetermined resolving number to calculate complex data;
A target detection process in which the target detection unit detects the peak value from the intensity value of the beat frequency and detects the presence of the target;
A correlation matrix calculation process in which a correlation matrix calculation unit calculates a correlation matrix from each complex number data of a detected beat frequency at which the target is detected for each antenna;
A target connection processing unit in which a target connection processing unit associates the target in the current detection cycle and the past detection cycle with the distance and the relative speed;
A correlation matrix filter process in which a correlation matrix filter unit generates an average correlation matrix by weighted averaging the correlation matrix of the target of the current detection cycle and the correlation matrix of the same target in the associated past detection cycle;
A method for controlling an electronic scanning radar apparatus, comprising: an azimuth detecting process in which an azimuth detecting unit calculates an arrival direction of a received wave from the average correlation matrix.
移動体に搭載される請求項1から請求項10のいずれかに記載の電子走査型レーダ装置により受信波方向推定の動作をコンピュータに制御させるためのプログラムであり、
送信手段が送信波を送信させる送信処理と、
受信部が複数のアンテナにより前記送信波のターゲットからの反射波を受信させる受信処理と、
ビート信号生成部が前記送信波及び前記反射波からビート信号を生成するビート信号生成処理と、
周波数分解処理部が前記ビート信号を予め設定した分解数のビート周波数に周波数分解して複素数データを算出する周波数分解処理処理と、
ターゲット検知部が前記ビート周波数の強度値からピーク値を検出してターゲットの存在を検知するターゲット検知処理と、
相関行列算出部が前記アンテナ毎における前記ターゲットが検出された検出ビート周波数の複素数データそれぞれから相関行列を算出する相関行列算出処理と、
ターゲット連結処理部が現在の検知サイクル及び過去の検知サイクルにおけるターゲットを距離及び相対速度とにより関連づけるターゲット連結処理処理と、
相関行列フィルタ部が現在の検知サイクルのターゲットの相関行列と、関連づけられた過去の検知サイクルにおける同一のターゲットの相関行列とを重み付け平均化した平均相関行列を生成する相関行列フィルタ処理と、
方位検出部が前記平均相関行列から受信波の到来方向を算出する方位検出処理と
を有することを特徴とする受信波方向推定プログラム。
A program for causing a computer to control an operation of estimating a received wave direction by the electronic scanning radar apparatus according to any one of claims 1 to 10, which is mounted on a moving body,
A transmission process in which the transmission means transmits a transmission wave;
A reception process in which a reception unit receives a reflected wave from a target of the transmission wave by a plurality of antennas;
Beat signal generation processing in which a beat signal generation unit generates a beat signal from the transmission wave and the reflected wave;
A frequency resolving process in which a frequency resolving unit frequency-decomposes the beat signal into beat frequencies of a predetermined resolving number to calculate complex data;
A target detection process in which the target detection unit detects the peak value from the intensity value of the beat frequency and detects the presence of the target;
A correlation matrix calculating unit that calculates a correlation matrix from each complex number data of a detected beat frequency at which the target is detected for each antenna;
A target connection processing unit in which the target connection processing unit associates the target in the current detection cycle and the past detection cycle with the distance and the relative speed;
A correlation matrix filter processing in which a correlation matrix filter unit generates an average correlation matrix obtained by weighted averaging the correlation matrix of the target of the current detection cycle and the correlation matrix of the same target in the associated past detection cycle;
A received wave direction estimation program, comprising: an azimuth detecting unit that calculates a direction of arrival of a received wave from the average correlation matrix.
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