JP5361208B2 - Radar equipment - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電波を目標に照射し、目標からの反射波を受信して目標の速度や目標までの距離等を検出するレーダ装置に係るものである。 The present invention relates to a radar apparatus that irradiates a target with radio waves, receives a reflected wave from the target, and detects a target speed, a distance to the target, and the like.
交通事故の防止や運転者の負荷軽減等を目的として、自動車等の車両にレーダ装置を搭載して車両周囲の障害物等を自動的に検出し、その検出結果を反映して車両走行の安全性を高めようとする研究が盛んに行われている。
車両の走行制御に供するレーダ装置には、障害物や他の車両等の相対速度情報を高精度に検出することが要求され、現在では高級車を中心に搭載されて実用化の段階に入っている技術もある。
For the purpose of preventing traffic accidents and reducing the load on the driver, a radar device is installed in a vehicle such as an automobile to automatically detect obstacles around the vehicle and reflect the detection results to make vehicle driving safe. There is a lot of research to improve the nature.
Radar devices used for vehicle travel control are required to detect relative speed information of obstacles and other vehicles with high accuracy, and are currently installed mainly in luxury cars and are now in the stage of practical use. There are also technologies.
自動車搭載用レーダの普及にあたっては低価格化が鍵となる。レーダ装置の低価格化を図る上では、低速の信号処理で実現可能なFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式や2周波CW(Continuous Wave)方式が現在有利である。 Lowering the price is the key to the spread of automotive radar. In order to reduce the price of radar devices, the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method and the two-frequency CW (Continuous Wave) method that can be realized by low-speed signal processing are currently advantageous.
FMCW方式は、周波数上昇期間と周波数下降期間という2つの観測期間において目標からの反射波を受信して得た受信信号と送信信号とのビート信号を生成し、周波数上昇期間で得たビート信号と周波数下降期間で得たビート信号とを組み合わせて目標の相対速度と距離とを検出する方式である。この方式において複数目標を受信した場合、up掃引とdown掃引での検出周波数のペアリングを行わなければならない。 The FMCW method generates a beat signal between a reception signal and a transmission signal obtained by receiving a reflected wave from a target in two observation periods of a frequency increase period and a frequency decrease period, and a beat signal obtained in the frequency increase period This is a method for detecting the target relative speed and distance by combining the beat signal obtained during the frequency drop period. When a plurality of targets are received in this method, pairing of detected frequencies in the up sweep and the down sweep must be performed.
一方、2周波CW方式は、2つの周波数f1、f2の送信波を一定期間ずつ送信して、それぞれの受信波の周波数と位相情報から目標を検出する方式である。2周波CW方式は、送受信系が簡素であり信号処理負荷はFMCW方式と同等であるため、低コスト化を優先する場合のレーダ方式として有効である。しかしながら、二つの送信周波数に対する受信信号の目標周波数成分の位相差から距離を求めるという原理に基づいているため、等速の複数目標が存在する場合には多重波(位相の異なる同じ周波数の複数波)環境となり距離計測に誤作動が発生するという問題が生じる。 On the other hand, the two-frequency CW method is a method in which transmission waves of two frequencies f 1 and f 2 are transmitted for a certain period and a target is detected from the frequency and phase information of each reception wave. The two-frequency CW method is effective as a radar method when cost reduction is prioritized because the transmission / reception system is simple and the signal processing load is the same as that of the FMCW method. However, since it is based on the principle of obtaining the distance from the phase difference between the target frequency components of the received signal for the two transmission frequencies, multiple waves (multiple waves of the same frequency with different phases) are present when there are multiple targets at the same speed. ) It becomes an environment, and the problem that malfunction occurs in distance measurement arises.
以上のように、従来のこのようなレーダ装置では等速度で移動する複数目標を検出することは難しい。これに対して、送信周波数を細かい周波数差でステップ状に変化させ、送信波をパルス化することで等速複数目標の距離分離を可能にした多周波ステップICW(Interrupted Continuous Wave)方式が提案されている(例えば、非特許文献1)。 As described above, it is difficult for such a conventional radar apparatus to detect a plurality of targets moving at a constant speed. On the other hand, a multi-frequency stepped ICW (Interrupted Continuous Wave) method has been proposed in which the transmission frequency is changed in steps with a fine frequency difference and the transmission wave is pulsed to enable distance separation of constant speed multiple targets. (For example, Non-Patent Document 1).
車載用レーダでは非常に近距離の目標の検出が望まれており、送信波をパルス化するにあたっては精度よく送信波をオン・オフするデバイスや回路が必要である。ところが、車載用レーダは低コスト化が課題の一つになっており、パルスのオン・オフを高速・高精度に実施できる高価なデバイス等を採用することが難しい。その結果、送信波をパルス化するため瞬時に出力をオフにすることができず、送信波出力が0になる前に反射波の受信処理が開始されてしまい、受信機に送信波が一部混入してしまうことが避けられない。これは、送受信アンテナを共用する、しないにかかわらず生じる課題である。 In-vehicle radars are required to detect targets at very short distances, and devices and circuits that turn on and off the transmission waves with high accuracy are required to pulse the transmission waves. However, cost reduction is one of the challenges for in-vehicle radars, and it is difficult to employ expensive devices that can turn pulses on and off at high speed and with high accuracy. As a result, since the transmission wave is pulsed, the output cannot be turned off instantaneously, and the reception process of the reflected wave is started before the transmission wave output becomes 0, and a part of the transmission wave is transmitted to the receiver. Inevitably mixed. This is a problem that arises whether or not the transmitting / receiving antenna is shared.
多周波ステップICW方式を用いた車載用レーダは,目標の移動速度にかかわらず複数目標の検出が可能である.しかしながら,送信波の漏れ込みを同時に受信すると遠方の目標対雑音電力比が小さい目標を検出することが困難になる場合があった。 The on-vehicle radar using the multi-frequency step ICW method can detect multiple targets regardless of the target moving speed. However, if transmission signal leakage is received at the same time, it may be difficult to detect a target with a small target-to-noise power ratio in the distance.
この発明は、かかる課題を解決するためになされたものである。すなわち、多周波ステップICW方式を用いた車載用レーダにおいて、送信波の漏れ込みを抑圧するフィルタを備え、且つフィルタを動作させる距離範囲を限定することを特徴とする。 The present invention has been made to solve such problems. That is, an in-vehicle radar using a multi-frequency step ICW system includes a filter that suppresses leakage of a transmission wave and limits a distance range in which the filter is operated.
この発明に係るレーダ装置は、
パルス状の送信信号を発生し、この送信信号の周波数を複数のステップ周波数に順次変調し周波数変調後の送信信号を送信波として目標に照射し、この目標から反射された上記送信波の反射波を受信して得た受信信号を周波数分析することによって上記目標の相対速度と距離を算出する車載用のレーダ装置において、
上記目標からの反射波を受信する受信機と、
上記受信機から転送される受信信号を入力し、受信信号中の特定の周波数成分を抑圧する高域通過フィルタと、
上記高域通過フィルタの抑圧処理をオン・オフするためのスイッチと、
上記スイッチを、受信信号のレンジ番号により目標までの距離が所定値以上の時オンし、所定値未満の時はオフするスイッチ制御手段と
上記スイッチによる受信機での受信信号または高域通過フィルタ処理後の受信信号を入力し周波数分析する周波数分析手段と、
上記周波数分析手段の結果から目標信号を抽出する目標検出手段と、
上記目標検出手段の結果から目標までの距離を計測する目標距離算出手段と、
を備え,
上記スイッチ制御手段は、
自車の移動速度を取得する速度情報取得手段と、
自車速度に応じて上記高域通過フィルタをオンにする上記所定の距離が定められた高域通過フィルタ処理実施距離判定テーブルと、
上記速度情報取得手段からの自車の移動速度と、上記受信機よりの受信信号を入力し、その受信信号のレンジ番号が、高域通過フィルタ処理実施距離判定テーブルに定められた高域通過フィルタをオンにする上記所定の距離よりも遠方に該当するときは、高域通過フィルタをオンにする信号を、上記所定の距離よりも近い距離に該当するときは、高域通過フィルタをオフにする信号を出力する高域通過フィルタ処理実施判定手段を備える構成にされる。
The radar apparatus according to the present invention is
A pulsed transmission signal is generated, the frequency of this transmission signal is sequentially modulated into a plurality of step frequencies, the frequency-modulated transmission signal is irradiated to the target as a transmission wave, and the reflected wave of the transmission wave reflected from this target In the on- vehicle radar device that calculates the relative speed and distance of the target by analyzing the frequency of the received signal obtained by receiving
A receiver for receiving a reflected wave from the target,
Enter the reception signals transferred from the receiver, a high-pass filter for suppressing a specific frequency component in the received signal,
A switch for turning on / off the suppression processing of the high-pass filter;
The switch is turned on when the distance to the target is greater than or equal to a predetermined value according to the range number of the received signal, and is turned off when the distance is less than the predetermined value, and the received signal or high-pass filter processing at the receiver by the switch A frequency analysis means for inputting a later received signal and analyzing the frequency;
Target detection means for extracting a target signal from the result of the frequency analysis means;
Target distance calculation means for measuring the distance from the result of the target detection means to the target;
Bei to give a,
The switch control means includes
Speed information acquisition means for acquiring the moving speed of the own vehicle;
A high-pass filter processing execution distance determination table in which the predetermined distance for turning on the high-pass filter according to the vehicle speed is determined;
The high-pass filter in which the moving speed of the own vehicle from the speed information acquisition means and the received signal from the receiver are input, and the range number of the received signal is determined in the high-pass filter processing execution distance determination table The signal to turn on the high-pass filter is applied when the distance is longer than the predetermined distance, and the high-pass filter is turned off when the distance is closer than the predetermined distance. Ru is the configuration including the high-pass filter processing execution determination means for outputting a signal.
この発明に係るレーダ装置によれば、目標から反射した反射波を受信し、この受信信号を入力して、受信信号中の特定の周波数成分、例えば相対速度0に対応する信号成分を抑圧するためのフィルタを備え、目標までの距離が所定値以上のレンジ番号の受信信号を受信したときに上記フィルタ処理を実施して出力し、所定値未満のレンジ番号の受信信号を受信したときは上記フィルタ処理を実施しないで出力し、その出力信号を周波数分析して目標信号を抽出し、目標信号から目標までの距離を計測するように構成されているので、従来の多周波ステップICW方式を用いた車載用レーダでは困難であった、送信波の漏れ込みを同時に受信した場合の遠方目標の検出が可能になる。 According to the radar apparatus of the present invention, a reflected wave reflected from a target is received, and this received signal is input to suppress a specific frequency component in the received signal, for example, a signal component corresponding to a relative speed of 0. When the received signal of the range number whose distance to the target is equal to or greater than the predetermined value is received, the filter processing is performed and output, and when the received signal of the range number less than the predetermined value is received, the filter Since it is configured to output without performing processing, extract the target signal by frequency analysis of the output signal, and measure the distance from the target signal to the target, the conventional multi-frequency step ICW method is used. This makes it possible to detect a distant target when receiving leaking transmission waves simultaneously, which is difficult with an on-vehicle radar.
以下、この発明の実施の形態について、図を用いて説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による自動車等の車両に搭載されるレーダ装置の構成を示すブロック図である。図において、1は送受信アンテナ、2は送信機、3はサーキュレータ、4は受信機、5は受信機4からの受信信号の処理経路を切り替えるスイッチ、6はスイッチ5の切り替えを制御するスイッチ制御手段、7は入力される信号の周波数0の成分に対して阻止領域を形成する高域通過フィルタ、8は高域通過フィルタ7から転送された信号について周波数分析を行う周波数分析手段、9は周波数分析手段8の結果から目標信号を抽出する目標検出手段、10は検出された目標信号から目標までの距離を計算する目標距離算出手段である。
図2は、多周波ステップICW方式における送信信号の変調方法と送受信のタイミングを示す図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
1 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus mounted on a vehicle such as an automobile according to
FIG. 2 is a diagram illustrating a transmission signal modulation method and transmission / reception timing in the multi-frequency step ICW method.
図3は、高域通過フィルタ7の内部構成を示すブロック図である。図3において、22は所望の抑圧量を実現できるように予め設計されたフィルタ係数を記憶しておくフィルタ係数記憶手段、20はスイッチ5より転送された受信信号を夫々Ts〜(M−1)×Tsだけ遅延させる複数の遅延器、21は夫々の遅延器20からの各遅延信号とフィルタ係数hlとを夫々乗算する複数の乗算器、23は各乗算器21の出力信号を全て加算する加算器である。
図4は、高域通過フィルタ7の振幅特性の一例を示す振幅特性図である。
図5は、スイッチ制御手段6の内部構成を示すブロック図である。図5において、11は速度センサ等から自車の移動速度を取得する速度情報取得手段、12は高域通過フィルタ7の処理を実施するための自車の移動速度と目標までの距離の情報を記憶した高域通過フィルタ処理実施距離判定テーブル、13は速度情報取得手段11から転送される自車速度と高域通過フィルタ処理実施距離判定テーブル12を比較して、高域通過フィルタの処理を実施する距離を算出し、受信信号の受信タイミングにより高域通過フィルタの処理を実施するか否かを判定してスイッチの制御信号をスイッチ5へ転送する高域通過フィルタ処理実施判定手段である。
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the high-
FIG. 4 is an amplitude characteristic diagram showing an example of the amplitude characteristic of the high-
FIG. 5 is a block diagram showing the internal configuration of the switch control means 6. In FIG. 5, 11 is speed information acquisition means for acquiring the moving speed of the own vehicle from a speed sensor or the like, and 12 is information on the moving speed of the own vehicle and the distance to the target for executing the processing of the high-
続いて、この発明の実施の形態1によるレーダ装置の動作について説明する。レーダ装置に要求される速度分解能を満足するために周波数分析処理の原理上必要とされる最小観測時間をTCとする。
送信機2は、送信信号を発生し、発生した送信信号の周波数を所定の波形に変調する回路である。送信機2では電圧制御発信器を備えていて、この電圧制御発信器への入力電圧を制御することにより、周期的に周波数を変調させた基準信号を送信信号として発生する。この基準信号はRF(Radio Frequency)帯域の送信信号に周波数変換される。そして、RF変換された送信信号を所定のパルス繰り返し時間でパルス化することにより、送信パルス信号を発生する。
Next, the operation of the radar apparatus according to
The
送信機2での発生した基準信号は、上記最小観測時間にTC内において、基準信号の周波数をΔfずつ増加させる周波数変調過程をM回反復する。ここで、Mは2以上の自然数である。図2は、このようにして発生した基準信号の波形図である。反復される周波数変調過程は、時間TPRI毎にN段階(ただしNは2以上の自然数)に亘って基準信号の周波数をΔfずつ増加させるものである。1回の周波数変調過程の時間幅TSはTS=TPRI×Nで与えられる。また変調される周波数の範囲(帯域幅)BはB=Δf×Nから得られる。
このようにして発生した基準信号はRF帯域の送信信号に変換され、さらに送信パルス信号に変換されてサーキュレータ3を介してアンテナ1より送信波として周波数変調過程のパルス繰返し番号mごとに放射方向を少しずつ変化させて放射される。目標に照射された送信波はその一部がエコー(反射波)として再びアンテナ1に到来する。
The reference signal generated by the
The reference signal generated in this way is converted into a transmission signal in the RF band, further converted into a transmission pulse signal, and transmitted as a transmission wave from the
サーキュレータ3は、送信機2で発生させた送信パルス信号とアンテナ1との接続及び受信機4、とアンテナ1との接続を時分割で切り替えるスイッチである。すなわち送信パルス信号を送信波として目標に照射するタイミングでは、送信機2とアンテナ1とを直結する。一方、送信波が目標で反射されてエコー(反射波)としてアンテナ1に戻ってくるタイミングでは、受信機4とアンテナ1とを直結するようになっている。こうすることによって、アンテナ1を送受兼用とすることができ、回路規模や装置規模を小さくすることができる。
The
受信機4は、より低速の信号処理回路で受信信号を処理可能とするために、サーキュレータ3から転送されるRF帯域の受信信号をビデオ帯域の信号に周波数変換するとともに、ベースバンド変換を行う部位である。
アンテナ1は、反射波を受信してアナログ受信信号を出力する。アナログ受信信号は受信機4でベースバンド変換され、ベースバンド変換後の受信信号が出力される。目標の個数をIとし、周波数変調過程の繰返し番号をm、ステップ周波数のステップ番号をnとした場合に、周波数変調過程のパルス繰返し番号mにおけるステップ番号nのベースバンド変換後の受信信号をX(n,m)とすると、X(n,m)は式(1)で表される。
The
The
ここで、σi、vi、Riは各目標のレーダ反射断面積、相対速度、距離であり、φiは目標個別の定位相項である。 Here, σ i , v i , and R i are radar reflection cross sections, relative velocities, and distances of each target, and φ i is a constant phase term for each target.
受信信号は同じく受信機4で、A/D変換されてディジタル受信信号に変換される。スイッチ5は、受信機4から転送されるベースバンドのディジタル受信信号を高域通過フィルタ7に転送するか、周波数分析手段8へ転送するかを切り替える装置である。このスイッチの切り替えのタイミングは、スイッチ制御手段6によって制御される。
The received signal is also A / D converted by the
車載用のレーダ装置は、近距離の目標を検出することを目的とすることが多い。ここでは、それに加えてやや遠方の目標まで検出することを目的としたレーダ装置を前提とする。
車載用レーダ装置は、自動車本体の価格が抑えられている現状から、低コスト化が重要である。そのため、レーダ装置を構成する部品や回路にも高性能の製品を使用することができないことが多い。それ故、送信信号が直接受信機に漏れ込むことがある。送信パルス形成時の送信信号オン・オフ制御は高速且つ安定した処理を実施できるデバイスを使用することが望ましいが、必ずしもそのような製品を使用できないからである。
In-vehicle radar devices are often aimed at detecting short-range targets. Here, in addition to that, a radar apparatus that is intended to detect a far-distant target is assumed.
In the on-vehicle radar device, it is important to reduce the cost since the price of the automobile body is being suppressed. For this reason, it is often impossible to use high-performance products for components and circuits constituting the radar apparatus. Therefore, the transmission signal may leak directly into the receiver. Although it is desirable to use a device capable of performing high-speed and stable processing for transmission signal on / off control during transmission pulse formation, such a product cannot always be used.
車載用のレーダ装置では、このような送信信号の漏れ込みを自車からみて相対速度0の目標として検出してしまう。しかも、全ての距離にそのような偽の目標が存在しているものと認識してしまい、正常な目標検出を行うことが難しくなる。また、遠方の目標のような反射電力の小さい信号が検出できなくなる可能性がある。そこで、本実施の形態では、この送信信号の漏れ込みを高域通過フィルタ7で抑圧して目標検出性能を改善することができるレーダ装置を提示する。
In the on-vehicle radar device, such a leak of the transmission signal is detected as a target having a relative speed of 0 when viewed from the own vehicle. Moreover, it is recognized that such false targets exist at all distances, and it is difficult to perform normal target detection. Moreover, there is a possibility that a signal with a small reflected power such as a far target cannot be detected. Therefore, in the present embodiment, a radar apparatus capable of improving the target detection performance by suppressing the leakage of the transmission signal with the high-
図3に高域通過フィルタ7の構造の一例を示す。図3はFIR(Finite Impulse Response)フィルタによる実現例であるが、IIR(Infinite Impulse Response)フィルタでも構わない。
スイッチ5より転送されたディジタル受信信号は、図2に示したように送信パルス送出後に受信信号を一定のサンプリング間隔でディジタル信号として取り込まれている。このサンプリングのタイミングがレーダからの距離の違いとなって表れる。高域通過フィルタ7では、このようにして収集された受信信号を距離毎に且つ、変調時の周波数毎に処理することによって上記送信信号の漏れ込みが抑圧される。まず、ディジタル受信信号(以下、受信信号と記す)はレンジ番号毎に分け、且つ変調時の周波数fnで送信されたときの受信信号をX(n,m,r)とする。ここでrはレンジ番号である。
FIG. 3 shows an example of the structure of the high-
As shown in FIG. 2, the digital reception signal transferred from the switch 5 is received as a digital signal at a constant sampling interval after the transmission pulse is transmitted. This sampling timing appears as a difference in distance from the radar. The high-
この受信信号を図4に示すような振幅特性を持つディジタルフィルタで処理することにより、ドップラー周波数0、即ち自車レーダとの相対速度が0の信号成分を抑圧することができる。
フィルタ係数hlは、所望の抑圧量を実現できるように予め設計しておき、フィルタ係数記憶手段22に記憶しておく。スイッチ5より転送された受信信号は、遅延器20によってTs〜(M−1)×Tsだけ遅延を受けた後、それぞれ乗算器21でフィルタ係数hlと乗算される。乗算器21の出力信号は全て加算器23で加算されて出力信号XHPF(n,m,r)となる。これを数式で表すと次式のようになる。
By processing this received signal with a digital filter having an amplitude characteristic as shown in FIG. 4, it is possible to suppress the Doppler frequency of 0, that is, the signal component having a relative speed of 0 with the own vehicle radar.
The filter coefficient hl is designed in advance so as to realize a desired amount of suppression, and is stored in the filter coefficient storage means 22. The received signal transferred from the switch 5 is delayed by T s to (M−1) × T s by the
式(2)の処理をnとrを固定してm方向、即ちパルスヒット方向に実施する。これを全てのrとnの組み合わせについて実施する。 The processing of Expression (2) is performed in the m direction, that is, the pulse hit direction with n and r fixed. This is performed for all combinations of r and n.
送信信号の漏れ込みはレーダにとっては目標検出に不要な信号であるので、できれば全ての距離に存在する漏れ込み信号を抑圧したい。しかしながら、上記高域通過フィルタ7の処理は全ての距離からの受信信号に対して実施するわけではなく、スイッチ制御手段6の結果に従って、スイッチ5が切り替えられて、受信信号に対する高域通過フィルタ処理がオン・オフされる。高域通過フィルタ7をオン・オフする理由を以下に説明する。ここで、自車レーダから目標までの距離が近距離、及び遠距離の場合について分けて説明する。
Since the leakage of the transmission signal is an unnecessary signal for the target detection for the radar, it is desirable to suppress the leakage signal existing at all distances if possible. However, the processing of the high-
目標が遠距離であるとき:
現時点での目標との距離が遠くても検出しておきたいのは、自車よりも高速度で走行し後ろから接近してくる車両や、自車より速度が遅く自車が後ろから徐々に距離が近づいていくような前を走行中の車両、或いはその他の物体である。相対速度が0、即ち自車と等速で走行しているような車両は距離が離れていることもあり、当面は自車走行の支障にはならない。前述したように、送信信号の漏れ込みは相対速度0の成分として検出されるので、高域通過フィルタ処理を実施することで抑圧することができる。同時に上記のような遠距離で自車と等速で移動している車両からのエコー(反射波)も抑圧してしまうが、自車の走行の支障となる可能性は低く、無視しておいて構わない。それよりも、自車に接近する目標の検出の妨げになる不要信号を抑圧することを優先して、高域通過フィルタ7による処理を実施する。
When the target is a long distance:
What we want to detect even if the distance to the target at this point is far away is that the vehicle is traveling at a higher speed than the own vehicle and approaches from behind, or the vehicle is slower than the own vehicle and the vehicle gradually moves from the rear. It is a vehicle or other object that is traveling in front of a distance approaching. A vehicle that travels at a relative speed of 0, i.e., at the same speed as the host vehicle, may be far from the vehicle, and for the time being, it does not interfere with the host vehicle. As described above, since the leak of the transmission signal is detected as a component having a relative speed of 0, it can be suppressed by performing a high-pass filter process. At the same time, echoes (reflected waves) from a vehicle moving at a constant speed with the host vehicle at a long distance as described above are also suppressed, but it is unlikely to hinder the vehicle's travel, and can be ignored. It doesn't matter. The processing by the high-
目標が近距離であるとき:
現時点での目標との距離が近い場合、目標の移動速度にかかわらず全てを検出しておく必要がある。車間距離があまり空けられなくて前車を追走している時に、前車が自車と等速で移動していても、急ブレーキをかけられたり、急な進路変更をされたりする可能性があるため注視しておかなければならない。ところが、高域通過フィルタ7の振幅特性は、図4に示したようにドップラー周波数0に周波数成分が集中する送信信号の漏れ込み成分を除去するように設計されているので、同時に相対速度0の目標信号まで抑圧してしまう。このような状況は、検出すべき目標を見失っていることになり危険である。そこで、このような状況が起こりうる距離では高域通過フィルタ7の処理を実施しない。幸いなことに、目標との距離が近いため、目標からの反射信号電力が送信信号の漏れ込み電力よりも大きいことが多く、高域通過フィルタ処理を実施しなくても運用上問題にならないと考えられる。
When the target is a short distance:
When the distance from the target at the present time is close, it is necessary to detect all of them regardless of the moving speed of the target. There is a possibility of sudden braking or a sudden change of course even when the front car is moving at the same speed as the own car when the distance between the cars is not enough to follow You have to keep an eye on it. However, the amplitude characteristic of the high-
ここでスイッチ制御手段6の動作について説明する。高域通過フィルタ7の処理を実施するか否かの判定のポイントは、車載レーダ装置で等速移動目標がどの距離から無視できるかということである。本実施の形態1では、スイッチ制御手段6が自車の速度に応じて高域通過フィルタ7をオンにする距離をテーブルとして保持しておき、それに従ってスイッチ5をオン・オフするように動作する。自車速度と高域通過フィルタ7をオンにする距離のテーブルを備えたスイッチ制御手段6の構成例を図5に示す。
Here, the operation of the switch control means 6 will be described. The point of determination as to whether or not to perform the processing of the high-
スイッチ制御手段6では、まず速度情報取得手段11から自車の移動速度が高域通過フィルタ処理実施判定手段13に転送される。これは速度センサ等から得られる数値である。次に、高域通過フィルタ処理実施判定手段13では、高域通過フィルタ処理実施距離判定テーブル12を参照して、得られた自車速度に対応する高域通過フィルタ処理実施距離を求める。例えば、高域通過フィルタ処理実施距離判定テーブル12は、速度30〜40km/hのときR1m以遠、速度41〜50km/hのときR2m以遠、速度51〜60km/hのときR3m以遠、というように自車速度が求まれば高域通過フィルタをオンにする距離RHPFが出力されるように設定しておく。この結果に基づいて、受信信号のレンジ番号がRHPFより小さい時は高域通過フィルタ7の処理を実施せず、レンジ番号がRHPF以上の時だけ高域通過フィルタ処理を施すようにスイッチ5を切り替える制御信号を転送する。
In the
周波数分析手段8は、複数の周波数変調過程に亘って同一のステップ周波数に変調された送信信号の反射波から得られた受信信号を、一部高域通過フィルタ7で処理したものを周波数分析する。この処理は、記憶されている受信信号X(n,m,r)のうち、レンジ番号r毎にnを固定して、複数のパルス繰返し番号mに対して得られるX(n,m,r)を取得して周波数分析することに相当する。周波数分析方法としてフーリエ変換を用いるとすれば、周波数分析結果は式(3)で表される。
The frequency analysis means 8 performs frequency analysis on a part of the reception signal obtained from the reflected wave of the transmission signal modulated at the same step frequency over a plurality of frequency modulation processes and processed by the high-
なお、以下の説明において、式(3)におけるkを周波数成分番号と呼ぶ。 In the following description, k in Equation (3) is referred to as a frequency component number.
目標検出手段9は、式(3)で得られる周波数分析結果から目標を検出する。まず式(3)で表されるFk(n,r)の振幅値の和を、例えば式(4)のように算出する。 The target detection means 9 detects a target from the frequency analysis result obtained by Expression (3). First, the sum of the amplitude values of F k (n, r) expressed by the equation (3) is calculated as in the equation (4), for example.
続いて、目標検出手段9は、式(4)のGk(r)の値がピークとなる周波数成分番号kを求める。この処理は、式(4)の左辺Gkの値を極大とする周波数成分番号kpeak(r)を探索することによって実施される。一方、式(2)で表される高域通過フィルタ7通過後の受信信号のピーク周波数fpeak(n,r)は式(5)で与えられる。
Subsequently, the
目標検出手段9は、式(4)を極大とするピーク周波数番号と式(5)とから目標の相対速度viを求めて、このviを相対速度として出力する。
また、この相対速度の算出に用いたピーク周波数の情報を周波数分析情報として出力する。周波数分析情報とは、例えば周波数分析手段8が出力する周波数分析結果(式(3)の結果)とこの周波数分析結果の振幅値のピークとなる周波数成分番号(式(4)の値を極大にするk)を含む情報である。
The target detection means 9 obtains the target relative speed v i from the peak frequency number that maximizes the formula (4) and the formula (5), and outputs this v i as the relative speed.
Moreover, the information of the peak frequency used for calculation of this relative speed is output as frequency analysis information. The frequency analysis information refers to, for example, the frequency analysis result (result of expression (3)) output by the frequency analysis means 8 and the frequency component number (expression (4)) that becomes the peak of the amplitude value of this frequency analysis result. K).
目標距離算出手段10は、式(3)における一つのnについて求められた複数の周波数変調過程に亘るピーク周波数を他のnについても求め、それぞれのピーク周波数の位相間変位(変化の度合い、変化率)に基づいて等速複数目標の距離を分離する部位である。この処理は、周波数変調過程においてステップ周波数を単調増加、あるいは単調減少させる場合には、n方向についてのピーク周波数の位相勾配を求めることに相当する。 The target distance calculation means 10 also obtains the peak frequency over a plurality of frequency modulation processes obtained for one n in Equation (3) for the other n, and the interphase displacement (degree of change, change) of each peak frequency. This is a part that separates the distances of a plurality of constant speed targets based on the rate. This process corresponds to obtaining the phase gradient of the peak frequency in the n direction when the step frequency is monotonously increased or monotonously decreased in the frequency modulation process.
具体的には、目標距離算出手段10は、反復される複数の周波数変調過程の同一ステップ周波数に変調した送信波のエコー(反射波)を受信して得た受信信号を、超分解能周波数推定法により周波数分析する。このような超分解能周波数推定法としては、MUSIC(Multiple Signal Classification)法、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique)法、ML(Maximum Likelihood)法、Capon法、最大エントロピー法、線形予測法、最小ノルム法を用いることができるが、ここではMUSIC法を例に具体的な処理の例について説明する。 Specifically, the target distance calculation means 10 uses a super-resolution frequency estimation method for a received signal obtained by receiving an echo (reflected wave) of a transmission wave modulated at the same step frequency of a plurality of repeated frequency modulation processes. Frequency analysis. Such super-resolution frequency estimation methods include MUSIC (Multiple Signal Classification) method, ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique) method, ML (Maximum Likelihood) method, Capon method, maximum entropy method, linear prediction method, Although the minimum norm method can be used, a specific example of processing will be described here using the MUSIC method as an example.
まず、目標検出手段9によって求められた周波数分析手段8によるフーリエ変換出力での振幅値がピークとなる周波数の一つを周波数番号kpeakとする。目標距離算手段10は、周波数分析結果において、周波数番号kpeakに対応する周波数成分と、この周波数成分の前後のいくつかの周波数成分とを組み合わせて周波数平均処理を行う。 First, one of the frequencies at which the amplitude value in the Fourier transform output by the frequency analysis means 8 obtained by the target detection means 9 has a peak is defined as a frequency number k peak . The target distance calculating means 10 performs frequency averaging processing by combining the frequency component corresponding to the frequency number k peak and several frequency components before and after this frequency component in the frequency analysis result.
以下の説明においては、例として周波数番号kpeakに対応する周波数成分とこの周波数成分の前後の周波数成分を一つずつ用いるものとする。すなわち、周波数番号kpeak−1に対応する周波数成分、周波数番号kpeakに対応する周波数成分、周波数番号kpeak+1に対応する周波数成分の3つを用いる。 In the following description, as an example, one frequency component corresponding to the frequency number k peak and one frequency component before and after this frequency component are used. That is, three components are used: a frequency component corresponding to the frequency number k peak −1, a frequency component corresponding to the frequency number k peak, and a frequency component corresponding to the frequency number k peak +1.
周波数番号kpeakの周波数成分に複数の目標が存在する場合に、それぞれの目標の距離を分離するためには、送信信号の周波数変調過程の各ステップ周波数部分間で、受信信号間の周波数を分離する必要がある。周波数変調過程のステップ周波数番号n(n=1〜N)が異なる周波数を分離可能とするために、まずステップ周波数番号nの異なるデータサンプリングをNsからなるサブ行列Fqとして、 In order to separate the distance of each target when there are multiple targets in the frequency component of frequency number k peak, the frequency between the received signals is separated between each step frequency part of the frequency modulation process of the transmission signal. There is a need to. In order to be able to separate frequencies with different step frequency numbers n (n = 1 to N) in the frequency modulation process, first, data sampling with different step frequency numbers n is set as a sub-matrix Fq composed of N s .
を定義し、このサブ行列Fqの相関行列の平均処理を式(7)のように行う。 And the average processing of the correlation matrix of the sub-matrix Fq is performed as shown in Equation (7).
ここで、Hは行列の複素共役転置、< >はqに関する平均操作を示す。 Here, H represents a complex conjugate transpose of a matrix, and <> represents an average operation with respect to q.
続いて目標距離算出手段10は、式(7)によって周波数平均して得られた相関行列Rの固有値展開を行い、雑音の固有値に対応する固有ベクトルeα(α=1,…,NS−P)からなる雑音空間E=[e1 … eNs-P]を求める。ここで、Pは信号数であり、例えば、雑音の固有値より大きな固有値数から得られる。 Subsequently, the target distance calculation means 10 performs eigenvalue expansion of the correlation matrix R obtained by frequency averaging according to the equation (7), and the eigenvector e α (α = 1,..., N S −P corresponding to the noise eigenvalue. ) Noise space E = [e 1 ... E Ns−P ]. Here, P is the number of signals, and is obtained from, for example, the number of eigenvalues larger than the eigenvalue of noise.
このあと目標距離算出手段10は、周波数推定処理を行って複数の目標の距離をそれぞれ算出する。この周波数推定処理は次のようなものである。即ち、式(8)のようにモードベクトルa(R)と雑音空間Eによって表される評価関数MUSIC(R)の値を極大にするモードベクトルを算出する。 Thereafter, the target distance calculation means 10 performs frequency estimation processing to calculate the distances of a plurality of targets, respectively. This frequency estimation process is as follows. That is, a mode vector that maximizes the value of the evaluation function MUSIC (R) represented by the mode vector a (R) and the noise space E is calculated as in equation (8).
ここでモードベクトルa(R)は式(9)によって与えられる。
即ち、式(8)の評価関数MUSIC(R)を極大にする式(9)のモードベクトルa(R)を与えるRを複数算出し、それらを複数の各目標の距離として出力する。
Here, the mode vector a (R) is given by equation (9).
In other words, a plurality of Rs that give the mode vector a (R) of Expression (9) that maximizes the evaluation function MUSIC (R) of Expression (8) are calculated, and these are output as the distances of the respective targets.
以上のように、この発明の実施の形態1によれば、従来の多周波ステップICW方式を用いた車載用レーダでは困難であった、送信波の漏れ込みを同時に受信した場合の遠方目標の検出が可能になる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, detection of a distant target when receiving a leakage of a transmission wave at the same time, which is difficult with an on-vehicle radar using the conventional multi-frequency step ICW method, is performed. Is possible.
なお、上述の説明においては周波数分析方法としてフーリエ変換を例にとって説明したが、超分解能法で周波数分析を行うように変更することはこの分野に属する通常の知識を有する者にとって容易である。 In the above description, the Fourier transform has been described as an example of the frequency analysis method. However, it is easy for a person having ordinary knowledge in this field to change the frequency analysis using the super-resolution method.
また、周波数変調過程において、送信機2では基準信号の周波数をΔfずつ段階的に単調増加させるものとした。しかしながらここで要求される構成としては、複数の周波数に変調させることのみであるから、周波数を単調減少させる構成やランダムな周波数に変調させる構成など、他の方法で周波数変調を行ってもよい。
In the frequency modulation process, the
また、実施の形態1では、多周波ステップICW方式を用いたレーダを前提にして説明をしてきたが、距離毎に高域通過フィルタをオン・オフ制御する方法は、送信信号に周波数変調を実施しないような通常のパルスドップラー方式を用いたレーダ装置においても同様な効果が期待できる。 Although the first embodiment has been described on the assumption of a radar using the multi-frequency step ICW method, the method of performing on / off control of the high-pass filter for each distance performs frequency modulation on the transmission signal. The same effect can be expected in a radar apparatus using a normal pulse Doppler system that does not.
また、実施の形態1では送信アンテナと受信アンテナを共用する構成のレーダ装置を提示したが、送信アンテナと受信アンテナを別に備えた構成のレーダ装置においても同様な効果が期待できる。 In the first embodiment, the radar apparatus configured to share the transmitting antenna and the receiving antenna is presented. However, the same effect can be expected in a radar apparatus configured separately including the transmitting antenna and the receiving antenna.
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2によるレーダ装置の構成図である。図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。実施の形態1によるレーダ装置と比べて特徴的な部分は、信号選択手段30を設けた点と、高域通過フィルタ7を経由した信号と高域通過フィルタ7を経由しない信号とを保持する点にある。
FIG. 6 is a block diagram of a radar apparatus according to
続いて、この発明の実施の形態2によるレーダ装置の動作について説明する。この発明の実施の形態2によるレーダ装置においても、送信機2により送信信号が生成されアンテナ1から放射され、その反射波が受信されるまでの処理は実施の形態1と同様である。本実施の形態2では、受信機4から出力される受信信号を高域通過フィルタ7、周波数分析手段8、目標検出手段9で処理された結果と高域通過フィルタ7を介さずに周波数分析手段8、目標検出手段9で処理された結果の両方が保持され、これらは信号選択手段30に転送される。
Next, the operation of the radar apparatus according to
信号選択手段30には、2組のGk(r)のピーク値、ピークを示す周波数成分番号kと式(5)による目標相対速度が入力される。信号選択手段30では、まず、高域通過フィルタ7を経由しない処理結果のデータで、ピーク値が周波数0の信号成分のピークを示すG0(r)であるかどうかがチェックされる。ピーク値が周波数0の成分でない場合、移動目標が正しく検出されていると判断して、この高域通過フィルタ7を経由しない目標検出結果をそのまま目標距離算出手段10へ転送する。一方、信号選択手段30に入力されるGk(r)のピーク値が、周波数0成分の番号に等しい場合、送信信号漏れ込みによる誤検出が発生していると判断して、高域通過フィルタ7を経由した目標検出結果を目標距離算出手段10へ転送する。これを全てのレンジ番号に対して行うことで、距離毎に高域通過フィルタ処理が切り替えられた処理結果を得ることができる。
Two sets of peak values of G k (r), a frequency component number k indicating the peak, and a target relative speed according to the equation (5) are input to the
また、信号選択手段30における判定を全てのレンジ番号に対して実施するのではなく、連続して高域通過フィルタ経由のデータが選択された場合はそれ以遠の距離でも同様の結果となる可能性が高いため、高域通過フィルタ7を経由した処理結果を自動的に選択しても構わない。
Further, if the determination by the signal selection means 30 is not carried out for all range numbers, and if data passing through the high-pass filter is continuously selected, the same result may be obtained at a further distance. Therefore, the processing result via the high-
本実施の形態2では、高域通過フィルタ7を経由した処理結果と経由しない処理結果を双方とも保持する構成になっているが、実施の形態1に示したように、スイッチで高域通過フィルタのオン・オフを制御する構成でも構わない。
In the second embodiment, the processing result that passes through the high-
以上のように、この発明の実施の形態2によれば、従来の多周波ステップICW方式を用いた車載用レーダでは困難であった、送信波の漏れ込みを同時に受信した場合の遠方目標の検出が可能になる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, detection of a distant target when receiving a leak of a transmission wave at the same time, which is difficult with an on-vehicle radar using the conventional multi-frequency step ICW method, is performed. Is possible.
この発明のレーダ装置は、交通事故の防止や運転者の負荷軽減等を目的とし、例えば、自動車等の車両に搭載されて車両周囲の障害物等を自動的に検出し、その検出結果を反映して車両走行の安全性を高めるために利用可能である。 The radar device according to the present invention is intended to prevent traffic accidents and reduce the load on the driver, and is mounted on a vehicle such as an automobile to automatically detect obstacles around the vehicle and reflect the detection result. It can be used to increase the safety of vehicle travel.
1;送受信アンテナ、2;送信機、3;サーキュレータ、4;受信機、5;スイッチ、6;スイッチ制御手段、7;高域通過フィルタ、8;周波数分析手段、9;目標検出手段、10;目標距離算出手段、11;速度情報取得手段、12;高域通過フィルタ処理実施距離判定テーブル、13;高域通過フィルタ処理実施判定手段、20;遅延器、21;乗算器、22;フィルタ係数記憶手段、23;加算器。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
上記目標からの反射波を受信する受信機と、
上記受信機から転送される受信信号を入力し、受信信号中の特定の周波数成分を抑圧する高域通過フィルタと、
上記高域通過フィルタの抑圧処理をオン・オフするためのスイッチと、
上記スイッチを、受信信号のレンジ番号により目標までの距離が所定値以上の時オンし、所定値未満の時はオフするスイッチ制御手段と
上記スイッチによる受信機での受信信号または高域通過フィルタ処理後の受信信号を入力し周波数分析する周波数分析手段と、
上記周波数分析手段の結果から目標信号を抽出する目標検出手段と、
上記目標検出手段の結果から目標までの距離を計測する目標距離算出手段と、
を備え,
上記スイッチ制御手段は、
自車の移動速度を取得する速度情報取得手段と、
自車速度に応じて上記高域通過フィルタをオンにする上記所定の距離が定められた高域通過フィルタ処理実施距離判定テーブルと、
上記速度情報取得手段からの自車の移動速度と、上記受信機よりの受信信号を入力し、その受信信号のレンジ番号が、高域通過フィルタ処理実施距離判定テーブルに定められた高域通過フィルタをオンにする上記所定の距離よりも遠方に該当するときは、高域通過フィルタをオンにする信号を、上記所定の距離よりも近い距離に該当するときは、高域通過フィルタをオフにする信号を出力する高域通過フィルタ処理実施判定手段を備える構成にされた
ことを特徴とするレーダ装置。 A pulsed transmission signal is generated, the frequency of this transmission signal is sequentially modulated into a plurality of step frequencies, the frequency-modulated transmission signal is irradiated to the target as a transmission wave, and the reflected wave of the transmission wave reflected from this target In the on- vehicle radar device that calculates the relative speed and distance of the target by analyzing the frequency of the received signal obtained by receiving
A receiver for receiving a reflected wave from the target,
Enter the reception signals transferred from the receiver, a high-pass filter for suppressing a specific frequency component in the received signal,
A switch for turning on / off the suppression processing of the high-pass filter;
The switch, the distance to the target is turned on when the predetermined value or more by the range number of the received signal, the received signal or a high-pass filter processing in the switch control means and the receiver according to the switch to turn off when less than the predetermined value A frequency analysis means for inputting a later received signal and analyzing the frequency;
Target detection means for extracting a target signal from the result of the frequency analysis means;
Target distance calculation means for measuring the distance from the result of the target detection means to the target;
Bei to give a,
The switch control means includes
Speed information acquisition means for acquiring the moving speed of the own vehicle;
A high-pass filter processing execution distance determination table in which the predetermined distance for turning on the high-pass filter according to the vehicle speed is determined;
The high-pass filter in which the moving speed of the own vehicle from the speed information acquisition means and the received signal from the receiver are input, and the range number of the received signal is determined in the high-pass filter processing execution distance determination table The signal to turn on the high-pass filter is applied when the distance is longer than the predetermined distance, and the high-pass filter is turned off when the distance is closer than the predetermined distance. A radar apparatus comprising a high-pass filter processing execution determination means for outputting a signal .
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