JP5704552B2 - Radar equipment - Google Patents

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本発明は、電磁波や音波を用いた計測装置において、目標までの距離と速度を測る技術に関する。   The present invention relates to a technique for measuring the distance and speed to a target in a measuring device using electromagnetic waves or sound waves.

電磁波を用いた計測技術の応用の一つとしてレーダ(Radar)が挙げられる。   Radar is one of the applications of measurement technology using electromagnetic waves.

近年、レーダ技術の応用の一つに高度道路情報システムITS(Intelligent Transport Systems)において、ミリ波車載レーダをセンサとした衝突予防技術の研究が進められている。ミリ波車載レーダにて危険を早期に感知し自動車を安全に制御することで、衝突の回避や衝突被害の軽減が期待される。   In recent years, research on collision prevention technology using millimeter-wave vehicle-mounted radar as a sensor in an intelligent road information system ITS (Intelligent Transport Systems) is one of the applications of radar technology. It is expected that collision avoidance and collision damage reduction will be realized by detecting danger at an early stage with millimeter-wave radar and controlling the car safely.

特許文献1には、従来のレーダ装置に適用される技術の一例についての記載がある。   Patent Document 1 describes an example of a technique applied to a conventional radar device.

特許第3699450号公報Japanese Patent No. 3699450

他車の動きを正しく予測するためには、距離,角度,速度を正しく計測する必要があり、ミリ波車載レーダには低コスト(すなわち狭受信機帯域幅,低信号処理レート)でありながら、高距離分解能が求められている。現在、ミリ波車載レーダには比較的低速の信号処理で高距離分解能が得られるFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式が多く採用されている。しかし、FMCW方式では多目標時にアップ掃引とダウン掃引の検出周波数のペアリング誤作動が発生し、ミリ波車載レーダが普及した際に問題となることが予想される。一方、パルス圧縮方式は高速の相関処理を必要とし、高距離分解能を実現するには、広帯域受信系と高速のアナログ/デジタル(A/D)変換器および信号処理を必要とする。現在、利用可能なA/D変換器には変換速度の限界があり、またミリ波車載レーダを広く普及させるためには低コスト化も必須である。よって、これら課題を解決する新しいレーダ方式が求められている。   In order to accurately predict the movement of other vehicles, it is necessary to measure distance, angle, and speed correctly, while millimeter-wave automotive radar is low cost (ie, narrow receiver bandwidth, low signal processing rate) High range resolution is required. Currently, many millimeter-wave on-vehicle radars employ an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) system that provides high range resolution with relatively low-speed signal processing. However, in the FMCW system, a pairing malfunction of the detection frequency of the up sweep and the down sweep occurs at the time of multiple targets, and it is expected that it becomes a problem when the millimeter-wave vehicle-mounted radar becomes widespread. On the other hand, the pulse compression method requires high-speed correlation processing, and in order to realize high distance resolution, a wideband receiving system, a high-speed analog / digital (A / D) converter, and signal processing are required. Currently available A / D converters have limitations on conversion speed, and cost reduction is indispensable for widespread use of millimeter wave on-vehicle radars. Therefore, a new radar system that solves these problems is demanded.

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、低コストで精度の高いレーダ探知が行えるようにすることを目的とする。   The present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to enable highly accurate radar detection at low cost.

本発明は、パルス内周波数拡散された送信パルスを、N個(Nは2以上の整数)の周波数を用いて周波数をステップさせて送信させると共に、1つの観測時間内でその周波数ステップをM回(Mは2以上の整数)繰り返し送信し、その送信パルスの目標物からの反射を受信して目標物を探知する場合に、2つの相補となる符号の自己相関後の加算による合成により、距離サイドローブを抑圧可能な2つの相補符号を用いた信号を、同一周波数で一定時間内に連続して送信される1組の送信パルスとして割り当て、その2つの相補符号を用いた信号による送信パルスを周波数ステップさせるようにしたものである。
そして、同一周波数で一定時間内に連続して送信される1組の送信パルスは、送信パルスが目標物から反射して受信するまでの時間を確保するパルス繰り返し時間を、それぞれの相補符号を用いた信号ごとに確保して順に送信され、パルス繰り返し時間は、次式(但し、T PRI はパルス繰り返し時間、R max はレーダに要求される最大インストルメント距離、cは光速)
PRI ≧(2R max /c)
を満たすようにしたことで、1つの観測時間内での、同一周波数で同一符号の送信パルス数に相当する前記Mの値が、1組の送信パルスを割り当てない場合に比べて小さくなるレーダ装置であり、受信したパルスをパルス圧縮処理及びパルスドップラ処理を行い、それらパルス圧縮処理及びパルスドップラ処理が行われた信号に対し、2つの相補符号の位相変調パルスがパルス繰り返し時間だけシフトして送受信したことによる位相誤差と、目標物との相対速度がある場合に発生する距離誤差を補正する補正処理を行い加算後に帯域合成する。

The present invention is a pulse in the frequency spread transmitted pulse, N (N is an integer of 2 or more) is transmitted by step the frequency using the frequency of Rutotomoni, the frequency step within one observation time M When the target is detected by receiving the reflection from the target of the transmission pulse repeatedly (M is an integer of 2 or more), and by combining after the autocorrelation of the two complementary codes , A signal using two complementary codes capable of suppressing the distance side lobe is assigned as a set of transmission pulses transmitted continuously at the same frequency within a fixed time, and a transmission pulse by a signal using the two complementary codes Is frequency stepped.
For a set of transmission pulses transmitted continuously at the same frequency within a fixed time, the pulse repetition time for ensuring the time until the transmission pulse is reflected from the target and received is used for each complementary code. The pulse repetition time is obtained by the following formula (where T PRI is the pulse repetition time, R max is the maximum instrument distance required for the radar, and c is the speed of light).
T PRI ≧ (2R max / c)
The radar apparatus in which the value of M corresponding to the number of transmission pulses of the same code at the same frequency within one observation time is smaller than when no set of transmission pulses is assigned. The received pulse is subjected to pulse compression processing and pulse Doppler processing, and the phase modulation pulses of two complementary codes are shifted by the pulse repetition time with respect to the signals subjected to the pulse compression processing and pulse Doppler processing. Correction processing for correcting a phase error due to the above and a distance error generated when there is a relative speed with the target is performed, and band synthesis is performed after addition.

本発明によると、2つの相補となる関数の加算による合成により、目標物からの反射波によるパルス信号以外の成分を抑圧可能な2つの相補信号を、同一周波数で連続する送信パルスとして割り当てることで、目標分離の向上が可能となる。
従って本発明によると、レーダ装置で目標物探知精度、および複数目標時の分解能が向上する効果を有する。
According to the present invention , two complementary signals that can suppress components other than the pulse signal due to the reflected wave from the target are assigned as transmission pulses that are continuous at the same frequency by combining two complementary functions. The target separation can be improved.
Therefore, according to the present invention , the radar apparatus has the effect of improving the target object detection accuracy and the resolution at the time of multiple targets.

パルスレーダ測距原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a pulse radar ranging principle. パルスレーダの距離分解能を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distance resolution of a pulse radar. パルスドップラレーダ信号処理例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of a pulse Doppler radar signal process. パルスドップラレーダ測速原理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a pulse Doppler radar speed measurement principle. パルスドップラレーダ及びパルス圧縮レーダを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a pulse Doppler radar and a pulse compression radar. パルス圧縮レーダで用いられる変調波の種類を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the kind of modulated wave used with a pulse compression radar. パルス圧縮レーダ信号処理例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of a pulse compression radar signal process. LFM変調波の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of an LFM modulated wave. パルス圧縮処理参照関数の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of a pulse compression process reference function. パルス圧縮出力波形例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of a pulse compression output waveform. パルス圧縮出力波形例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of a pulse compression output waveform. ウェイト適用後パルス圧縮出力波形例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of a pulse compression output waveform after weight application. パルス圧縮レーダとSSWの比較図である。It is a comparison figure of a pulse compression radar and SSW. SSWの送信周波数シーケンス図である。It is a transmission frequency sequence diagram of SSW. SSWの信号処理例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the signal processing example of SSW. パルス圧縮結果の例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the example of a pulse compression result. スペクトラムシフト処理状態を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a spectrum shift process state. 送信占有帯域幅に相当する合成帯域を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the synthetic | combination zone | band equivalent to a transmission occupation bandwidth. レンジプロファイルの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a range profile. レンジプロファイルの例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of a range profile. NL−SWWの非線形周波数ステップの概念図である。It is a conceptual diagram of the nonlinear frequency step of NL-SWW. NL−SWWの送信周波数シーケンス図である。It is a transmission frequency sequence diagram of NL-SWW. 非線形パラメータによる3次関数の決定処理を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the determination process of the cubic function by a nonlinear parameter. 多周波NL−SWWの送信周波数シーケンス図である。It is a transmission frequency sequence diagram of multi-frequency NL-SWW. 送信周波数シーケンスの使用可能な条件の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of the conditions which can use a transmission frequency sequence. 多周波NL−SWWの処理例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the process example of multifrequency NL-SWW. nに対するm方向サンプリング信号をフーリエ変換後の出力例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the example of an output after Fourier-transforming the m direction sampling signal with respect to n. 非線形周波数ステップ間隔の例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the example of a nonlinear frequency step space | interval. PSLのσ依存性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows (sigma) dependence of PSL. 逆フーリエ変換後の出力例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the example of an output after an inverse Fourier transform. 逆フーリエ変換後の出力例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the example of an output after an inverse Fourier transform. FMパルス圧縮レーダの送受信シーケンス図である。It is a transmission / reception sequence diagram of FM pulse compression radar. FMパルス圧縮における受信波の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of the received wave in FM pulse compression. FMパルス圧縮における参照関数の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of the reference function in FM pulse compression. FMパルス圧縮の出力例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of an output of FM pulse compression. 相補信号の導出例を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the derivation | leading-out example of a complementary signal. 相補符号による位相変調波のパルス圧縮処理後の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example after the pulse compression process of the phase modulation wave by a complementary code | symbol. 相補信号の加算波形の例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the example of the addition waveform of a complementary signal. LFSの送受信シーケンス図である。It is a transmission / reception sequence diagram of LFS. 2周波CWレーダの送受信シーケンス図である。It is a transmission-and-reception sequence diagram of 2 frequency CW radar. 多周波ステップICWレーダの送受信シーケンス図である。It is a transmission / reception sequence diagram of a multi-frequency step ICW radar. 多周波ステップICW方式による処理例の構成図である。It is a block diagram of the example of a process by a multifrequency step ICW system. 周波数軸による分離例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of isolation | separation by a frequency axis. 時間軸による分離例(ケース1)を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of isolation | separation (case 1) by a time-axis. 時間軸による分離例(ケース2)を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the example of isolation | separation (time 2) by a time-axis. 相補信号化帯域合成法による送受信シーケンス図である。It is a transmission-and-reception sequence diagram by a complementary signal band synthesis method. 受信波パルスを得るまでの処理例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the process example until it obtains a received wave pulse. ハイブリッドCFS法によるパルス圧縮処理後の信号処理例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the signal processing example after the pulse compression process by a hybrid CFS method. 相補符号+SWWにおいてIFFTをMUSICに置き換える場合の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example in the case of replacing IFFT with MUSIC in complementary code | symbol + SWW. 図48の構成で速度成分を検出する場合の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example in the case of detecting a speed component with the structure of FIG. (a)はCode1の信号の検出状態を示し、(b)はCode2の信号の検出状態を示し、(c)はCode1の信号とCode2の信号の検出状態を示した波形図である。(A) shows the detection state of the signal of Code1, (b) shows the detection state of the signal of Code2, and (c) is a waveform diagram showing the detection state of the signal of Code1 and the signal of Code2. Code1の信号から検出される速度成分を示した波形図である。It is a wave form diagram which showed the velocity component detected from the signal of Code1. Code1の信号とCode2の信号とから検出される速度成分を示した波形図である。It is the wave form diagram which showed the velocity component detected from the signal of Code1 and the signal of Code2. NL−SWWの非線形周波数ステップの概念図である。It is a conceptual diagram of the nonlinear frequency step of NL-SWW. NL−SWWの信号処理構成例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the signal processing structural example of NL-SWW. 拘束条件の例を波形で示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the example of the constraint conditions with the waveform. 拘束条件の例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the example of the constraint conditions. NL−SWWの帯域合成処理出力例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the band synthesis process output example of NL-SWW. NL−SWWにおける距離波形例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the example of the distance waveform in NL-SWW.

以下の順序で本発明の実施の形態を説明する。
1.第1の実施の形態の前提となるレーダ探知技術についての説明
2.第1の実施の形態の説明
3.第2の実施の形態の前提となるレーダ探知技術についての説明
4.第2の実施の形態の説明
5.各実施の形態の変形例
Embodiments of the present invention will be described in the following order.
1. 1. Explanation of radar detection technology as a premise of the first embodiment 2. Description of the first embodiment 3. Explanation of radar detection technology as a premise of the second embodiment 4. Description of the second embodiment Modification of each embodiment

1.第1の実施の形態の前提となるレーダ探知技術についての説明
まず、第1の実施の形態の前提となるレーダ探知技術について順に説明する。
1.1 パルスレーダ
レーダの測距方式の1つとして、パルスレーダがある。所望の距離分解能に相当する短パルスを送信し、送信タイミングに対する受信パルスの時間遅延を計測することで目標距離を算出する測距方式である。
以下、パルスレーダの信号処理構成および各種原理について説明する。
1.2 パルスレーダの測距原理
電波は空間を伝搬する際に減衰するため、遠距離まで距離を計測するためには高い電力、すなわち尖頭電力の大きなパルスを使用するのが望ましい。そのためパルスレーダでは、大きな尖頭電力を持ったパルスを送信する。図1に示すようにパルスを送信し、その送信タイミングに対する受信パルスの時間遅延τ(往復時間)を計測する。これより電波が空間を電波する速度が光速cであることより、[数1]式に示すように目標距離Rを算出することができる。
1. Description of Radar Detection Technology as a Premise of the First Embodiment First, the radar detection technology as a premise of the first embodiment will be described in order.
1.1 Pulse radar One of the radar ranging methods is pulse radar. This is a distance measurement method in which a short pulse corresponding to a desired distance resolution is transmitted and a target distance is calculated by measuring a time delay of a received pulse with respect to a transmission timing.
Hereinafter, the signal processing configuration and various principles of the pulse radar will be described.
1.2 Ranging Principle of Pulse Radar Since radio waves are attenuated when propagating in space, it is desirable to use pulses with high power, that is, high peak power, for measuring distances to long distances. Therefore, the pulse radar transmits a pulse having a large peak power. As shown in FIG. 1, a pulse is transmitted, and a time delay τ (round trip time) of the received pulse with respect to the transmission timing is measured. From this, the speed at which the radio wave travels in the space is the speed of light c, so that the target distance R can be calculated as shown in [Expression 1].

Figure 0005704552
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また、距離アンビギュイティ(一つ以上前又は一つ以上後、もしくは両方の送信パルスの反射波が入り込むこと)が発生しないためには、一つの送信パルスから次の送信パルスまでに電波が往復するという条件から、パルス繰り返し間隔PRI(Pulse Repetition Interval)が決まり、最大インストルメント距離はこれに依存する。もしくはレーダの要
求する最大インストルメント距離からPRIを決定する。
In addition, in order to prevent distance ambiguity (one or more before, one or more after, or the reflected wave of both transmission pulses entering), the radio wave reciprocates from one transmission pulse to the next transmission pulse. From this condition, a pulse repetition interval PRI (Pulse Repetition Interval) is determined, and the maximum instrument distance depends on this. Alternatively, the PRI is determined from the maximum instrument distance required by the radar.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

1.3 パルスレーダの距離分解能
時間遅延τによって測距するパルスレーダの距離分解能δRは、[数3]式に示すように送信パルスのパルス幅Tw(図2参照)に依存する。そのためパルスレーダでは大きな尖頭電力を持つパルス幅の狭いパルスを送信するのが望ましい。
1.3 Distance Resolution of Pulse Radar The distance resolution δR of the pulse radar that measures the distance by the time delay τ depends on the pulse width Tw (see FIG. 2) of the transmission pulse, as shown in [Formula 3]. Therefore, it is desirable for pulse radar to transmit a pulse having a large peak power and a narrow pulse width.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

さらに送信したパルスを受信するために受信機にはパルス幅Twの逆数にあたる帯域Bが要求される。このとき、パルスレーダの距離分解能δRは以下のように表すことができ、[数4]式より、パルスレーダで高距離分解能を得るためには、広帯域が要求される。   Further, in order to receive the transmitted pulse, the receiver is required to have a band B corresponding to the reciprocal of the pulse width Tw. At this time, the distance resolution δR of the pulse radar can be expressed as follows, and in order to obtain a high distance resolution by the pulse radar, a wide band is required from the equation [4].

Figure 0005704552
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1.4 パルスドップラレーダの信号処理構成
図3は、パルスドップラレーダ装置の信号処理構成例である。即ち、送信波発生部11で発生させたミリ波の送信波を、パルス化処理部12でパルス化し、送信アンテナ13で送信させる。送信させて目標物で反射した信号を、受信アンテナ14で受信し、位相検波部15で位相検波する。位相検波する構成としては、ミキサ16で送信波を混合し、その混合信号をローパスフィルタ17で低域だけを抽出することで検波する。位相検波部15で検波された信号は、アナログ/デジタル変換器18でデジタル変換し、複数段用意されたフーリエ変換部19a,19b,19c・・・でフーリエ変換し、その変換出力を目標距離・速度算出部20に供給して、目標物までの距離と速度を算出する。
1.4 Signal Processing Configuration of Pulse Doppler Radar FIG. 3 is a signal processing configuration example of the pulse Doppler radar device. That is, the millimeter wave transmission wave generated by the transmission wave generation unit 11 is pulsed by the pulse processing unit 12 and transmitted by the transmission antenna 13. The signal transmitted and reflected by the target is received by the receiving antenna 14 and phase-detected by the phase detector 15. As a configuration for phase detection, the transmission wave is mixed by the mixer 16 and the mixed signal is detected by extracting only the low frequency by the low-pass filter 17. The signal detected by the phase detector 15 is digitally converted by an analog / digital converter 18, Fourier transformed by a plurality of stages of Fourier transforms 19 a, 19 b, 19 c... It supplies to the speed calculation part 20, and calculates the distance and speed to a target object.

位相検波部15での検波とは復調処理のことであり、受信波から搬送波成分を除去し、ベースバンド信号を取り出すことである。その後、アナログ/デジタル変換器18によりナログ信号からデジタル信号へと変換する。信号は距離ビン(パルス幅などの一定の時間幅)毎にサンプリングされる。これにより後述するフーリエ変換などのデジタル信号処理が可能となる。このようにパルスレーダと同種の測距法を用い、かつフーリエ変換により目標相対速度検出を行うレーダをパルスドップラレーダと呼ぶ。   The detection by the phase detection unit 15 is a demodulation process, which is to remove a carrier wave component from a received wave and to extract a baseband signal. Thereafter, the analog / digital converter 18 converts the analog signal into a digital signal. The signal is sampled every distance bin (a constant time width such as a pulse width). As a result, digital signal processing such as Fourier transform described later can be performed. A radar that uses a ranging method similar to that of a pulse radar and detects a target relative velocity by Fourier transform is called a pulse Doppler radar.

1.5 パルスドップラレーダの測速原理
目標が移動している場合、音波と同じく電波もドップラ効果の影響を受ける。このとき、ドップラ周波数fdは以下の通りである。
1.5 Speed measurement principle of pulse Doppler radar When the target is moving, radio waves are affected by the Doppler effect as well as sound waves. At this time, the Doppler frequency fd is as follows.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

v:相対速度(レーダから離れる方向に正)
fRF:アンテナから放射される電波の周波数
v: Relative speed (positive in the direction away from the radar)
fRF: frequency of the radio wave radiated from the antenna

パルスドップラレーダにおいて、同じ時間遅延の信号は同じ目標からの反射波であることから、図3のように同じ時間遅延サプリングデータ(距離ビン)を集め、それぞれフーリエ変換することで、その距離に存在する目標のドップラ周波数fdが得られる。[数6]式に示すように、得られたドップラ周波数fdから目標の相対速度Vを算出することができる。このとき、[数6]式に示すように速度分解能は観測時間Tcに依存する。   In the pulse Doppler radar, signals with the same time delay are reflected waves from the same target, so the same time delay sampling data (distance bins) are collected as shown in FIG. An existing target Doppler frequency fd is obtained. As shown in [Expression 6], the target relative speed V can be calculated from the obtained Doppler frequency fd. At this time, the velocity resolution depends on the observation time Tc, as shown in [Formula 6].

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

1.6 パルス圧縮レーダ
パルスレーダにより遠距離の目標を高距離分解能で観測するためには、図5(a)に示すように、大きな尖頭電力を持った幅の狭いパルスを送信しなければならない。しかし、ハードウェアの制約により高出力が出せない場合には、図5(b)に示すように、尖頭電力を低く保ったままパルス幅の長い送信パルスを変調し送信した後、目標からの反射波を受信する際に自己相関処理を行うことより、大きな尖頭電力を有する幅の狭いパルスを送信した場合と同じ効果を得ることができる。この信号処理をパルス圧縮処理と呼び、図6に示すように送信パルスをFM(Frequency Modulation)変調するもの、あるいはPM(Phase Modulation)変調するものが挙げられる。
1.6 Pulse compression radar In order to observe a long-distance target with high range resolution by pulse radar, a narrow pulse with a large peak power must be transmitted as shown in Fig. 5 (a). Don't be. However, if a high output cannot be obtained due to hardware restrictions, as shown in FIG. 5B, a transmission pulse having a long pulse width is modulated and transmitted with the peak power kept low, and then the target power is reduced. By performing autocorrelation processing when a reflected wave is received, the same effect as when a narrow pulse having a large peak power is transmitted can be obtained. This signal processing is called pulse compression processing. As shown in FIG. 6, the transmission pulse may be subjected to FM (Frequency Modulation) modulation or PM (Phase Modulation) modulation.

以下、パルス圧縮レーダの信号処理構成及びLFM変調波のパルス圧縮レーダについて説明する。
図7は、パルス圧縮レーダ装置の信号処理構成例を示した図である。
図3のパルスドップラレーダとの違いは変調処理およびパルス圧縮処理である。パルス圧縮処理後信号はパルス状に圧縮されるため、それ以降はパルスドップラレーダと同様の処理を行う。即ち、アナログ/デジタル変換器18の出力を、パルス圧縮処理部21でパルス圧縮した後、距離ピンごとにフーリエ変換部19a,19b,19c・・・でフーリエ変換する。パルス圧縮処理部21でのパルス圧縮の際には、変調パルス発生部11から、参照関数H(t)を得る。
Hereinafter, the signal processing configuration of the pulse compression radar and the pulse compression radar of the LFM modulated wave will be described.
FIG. 7 is a diagram illustrating a signal processing configuration example of the pulse compression radar apparatus.
The difference from the pulse Doppler radar in FIG. 3 is the modulation process and the pulse compression process. Since the signal after the pulse compression processing is compressed into a pulse shape, the same processing as the pulse Doppler radar is performed thereafter. That is, the output of the analog / digital converter 18 is subjected to pulse compression by the pulse compression processing unit 21, and then subjected to Fourier transform by the Fourier transform units 19a, 19b, 19c,. At the time of pulse compression in the pulse compression processing unit 21, a reference function H (t) is obtained from the modulation pulse generation unit 11.

1.7 LFM変調波のパルス圧縮処理
変調波(チャープ波)とは図8のように時間tとともに周波数が線形的に変化する波形のことであり、以下のように表すことができる。
1.7 Pulse Compression Processing of LFM Modulated Wave A modulated wave (chirp wave) is a waveform whose frequency linearly changes with time t as shown in FIG. 8 and can be expressed as follows.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ここで、fは搬送波周波数(中心周波数)、μはs(t)の瞬時周波数の時間に対する変化率である。   Here, f is the carrier frequency (center frequency), and μ is the rate of change of the instantaneous frequency of s (t) with respect to time.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

s(t)の持続時間をTとすると[数8]式,[数9]式により、s(t)の瞬時周波数の変化量BはμTになる。
パルス圧縮処理は、送信した変調波を受信後、受信信号r(t)に対して畳み込み積分の応答として以下を用いた相関処理を行う。尚、ここでは目標は静止しているものとする。
Assuming that the duration of s (t) is T, the variation B of the instantaneous frequency of s (t) is μT according to the equations [8] and [9].
In the pulse compression processing, after the transmitted modulated wave is received, the received signal r (t) is subjected to correlation processing using the following as a convolution integration response. Here, it is assumed that the target is stationary.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

このとき参照関数h(t)は[数11]式及び図9のように表すことができる。 At this time, the reference function h (t) can be expressed as shown in Equation 11 and FIG.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

パルス圧縮処理を行うことによって、図10のようにLFM変調波はパルス状に圧縮される、この出力波形は変調波の持続時間をT、帯域幅をBとすると、振幅において√(TB)倍(電力でTB倍)、パルス幅が約1/TB倍となり、大きな尖頭電力を持った幅の狭いパルスを送信したのと同じ効果が得られる。   By performing the pulse compression processing, the LFM modulated wave is compressed in a pulse shape as shown in FIG. 10. This output waveform has an amplitude of √ (TB) times in amplitude, where T is the duration of the modulated wave and B is the bandwidth. (Power times TB), the pulse width is about 1 / TB times, and the same effect as transmitting a narrow pulse with a large peak power can be obtained.

1.8 時間軸上の畳み込み積分と周波数軸の積の等価性
パルス圧縮処理が時間軸上の畳み込み積分であることから[数10]式より、
1.8 Equivalence between the product of the convolution integral on the time axis and the frequency axis Since the pulse compression process is a convolution integral on the time axis,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

各項をフーリエ変換し、代入すると、 If each term is Fourier transformed and substituted,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

よって、次の[数15]式となる。   Therefore, the following [Expression 15] is obtained.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

[数15]式より時間軸上の畳み込み積分と周波数軸の積の等価であることが判る。したがって、計算量が少ないためパルス圧縮処理時に周波数軸上の掛算として実行される。   From [Expression 15], it can be seen that the convolution integral on the time axis is equivalent to the product of the frequency axis. Therefore, since the calculation amount is small, it is executed as multiplication on the frequency axis during the pulse compression processing.

1.9 パルス圧縮における距離サイドローブ
パルス圧縮レーダはパルス圧縮処理を行うことにより大きな尖頭電力を持った幅の狭いパルスを送信したのと同じ効果が得られ、遠距離目標を高距離分解能で観測することができる。しかし、圧縮後の信号には図11のように高い距離サイドローブが発生する。
1.9 Distance Sidelobe in Pulse Compression Pulse compression radar can achieve the same effect as transmitting narrow pulses with large peak power by performing pulse compression processing. It can be observed. However, a high distance side lobe is generated in the compressed signal as shown in FIG.

この距離サイドローブレベルを下げる方法の一つとして、受信信号に対し周波数領域にてウェイトを乗じる方法が挙げられる。ウェイトには様々な種類が存在するが、ここでは代表的なハミング(Hamming)窓およびハミング窓を信号に乗じたものを図12に示す。
図12に示すように、ウェイトを乗じることで距離サイドローブを小さくできるが、受信信号自体に損失が発生するとともにパルス幅が広がるという欠点がある。
One method for lowering the distance side lobe level is to multiply the received signal by a weight in the frequency domain. There are various types of weights. Here, a typical Hamming window and a signal obtained by multiplying a signal by a Hamming window are shown in FIG.
As shown in FIG. 12, the distance side lobe can be reduced by multiplying the weight, but there are drawbacks in that a loss occurs in the received signal itself and the pulse width increases.

1.10 SWW法
パルス圧縮レーダにおける高距離分解能の実現には、送信周波数帯域幅と同等の受信機帯域幅を必要とする。すなわち広帯域受信系を必要とするためレーダシステムの高コスト化を招く。これに対し、中程度の帯域をもったパルス圧縮波を周波数ステップさせることにより狭帯域受信機帯域幅にて高距離分解能を実現するのが、SWW(Synthetic Wideband Waveform)法である。
以下、SWW法における周波数ステップおよび信号処理構成について説明する。
1.10 SWW method Realizing high range resolution in pulse compression radar requires a receiver bandwidth equivalent to the transmission frequency bandwidth. That is, since a broadband receiving system is required, the cost of the radar system is increased. On the other hand, the SWW (Synthetic Wideband Waveform) method realizes a high range resolution in a narrow band receiver bandwidth by frequency stepping a pulse compression wave having an intermediate band.
Hereinafter, frequency steps and signal processing configurations in the SWW method will be described.

1.11 SWW法の周波数ステップ
図13に示すようにパルス圧縮レーダにおいて広帯域の信号を送信することは、同時に同等の受信機帯域幅とそれを処理できる広帯域受信系を必要とするためレーダシステムの高コスト化を招く。さらに高距離分解能化において、A/D変換器の性能などのハードウェアの制約を受ける。これに対し、時分割で信号を送信する方法として周波数ステップが挙げられる。SWW法では、A/D変換器の性能などハードウェアの制約に合わせた帯域幅を持つLFM変調波(サブパルス)を図13に示すように周波数ステップさせる。具体的には、一つのPRI(パルス繰り返し間隔)毎に搬送波周波数と受信機内部のローカル信号を切り替えながら送信し、そのPRI間に受信も行うため受信系に要求する受信機帯域幅はサブパルス帯域幅に相当する帯域で済む。したがって周波数ステップさせることにより空間に放射する信号の帯域(送信占有帯域幅)と比べて、狭帯域受信機幅(サブパルスの帯域幅と同等)を実現できる。
1.11 Frequency Step of SWW Method As shown in FIG. 13, transmitting a wideband signal in a pulse compression radar requires an equivalent receiver bandwidth and a wideband receiving system capable of processing the same at the same time. Incurs high costs. Furthermore, in the case of higher distance resolution, there are restrictions on hardware such as the performance of the A / D converter. On the other hand, a frequency step is mentioned as a method of transmitting a signal in a time division manner. In the SWW method, an LFM modulated wave (sub-pulse) having a bandwidth matched to hardware constraints such as the performance of an A / D converter is frequency-stepped as shown in FIG. Specifically, the carrier bandwidth and the local signal inside the receiver are transmitted while switching each PRI (pulse repetition interval) and reception is performed between the PRIs. A bandwidth corresponding to the width is sufficient. Therefore, by performing the frequency step, it is possible to realize a narrow band receiver width (equivalent to the sub pulse bandwidth) as compared with the band of the signal radiated to the space (transmission occupied bandwidth).

1.12 SWW法の送信周波数シーケンス
図14に示すのはSWW法の送信周波数シーケンスである。パルス繰り返し時間PRI内でコヒーレント(位相が一定)な連続波(CW波)ローカル信号f(n=0,1,・・・N−1)をPRI毎に切り替え,それらを搬送波とするサブパルス(帯域幅bを持つLFM変調波)を送信し,そのPRI内で受信を行う。
1.12 SWW Method Transmission Frequency Sequence FIG. 14 shows a SWW method transmission frequency sequence. A continuous wave (CW wave) local signal f n (n = 0, 1,..., N−1) coherent (constant in phase) within the pulse repetition time PRI is switched for each PRI, and sub-pulses using these as carrier waves ( LFM modulated wave having bandwidth b) is transmitted and received within the PRI.

1.13 SWW法の計測信号モデル
SWW方式での計測信号(measurement signal)モデルを説明するにあたり、n番目の送信波送信開始時間を0とする、時刻t=t−PRI・n、振幅を1とすると送信波は、
1.13 Measurement signal model of SWW method In describing the measurement signal model in the SWW method, the time t n = t−PRI · n, where the n -th transmission wave transmission start time is 0, and the amplitude If 1, the transmitted wave is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。尚、μ=b/TpはLFMスロープ,Φnは任意の位相である。この送信波に対する受信波は時間遅延とドップラシフトの影響を受けて、 It becomes. Note that μ = b / Tp is an LFM slope, and Φn is an arbitrary phase. The received wave for this transmitted wave is affected by time delay and Doppler shift,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる(このとき速度vは遠ざかる方向を正とした)。τは時間遅延(目標までの往復時間) (At this time, the speed v is positive in the direction of moving away). τ is time delay (round trip time to target)

Figure 0005704552
Figure 0005704552

であり、Rは目標距離、vは目標との相対速度、cは光速である。この受信波はローカル信号fn(n=0,1,・・・N−1)でミキシングし、LPF(Low Pass Filter)によって周波数の和信号が除去されることで以下の差信号が得られる。 Where R is the target distance, v is the relative speed to the target, and c is the speed of light. This received wave is mixed with the local signal fn (n = 0, 1,... N−1), and the sum signal of the frequencies is removed by an LPF (Low Pass Filter), whereby the following difference signal is obtained.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

[数19]式において、2v/c≒1より、   In the formula [19], from 2v / c≈1,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。次にT+τを時刻原点とする時間をt0とおくと[数20]式より、 It becomes. Next, when the time with T n + τ as the time origin is set to t0,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となり、さらに時間遅延τにn依存性があるとみて、τとおくと、 Further, assuming that the time delay τ has n dependence, if τ n is set,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

さらに送信開始周波数をfより、ローカル信号f(n=0,1,・・・N−1)は、 Furthermore, from the transmission start frequency f 0 , the local signal f n (n = 0, 1,... N−1) is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

である。 It is.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ここで、f>Δfおよび定位相項を無視すると、 Here, ignoring f 0 > Δf and the constant phase term,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となり、計測信号 And the measurement signal

Figure 0005704552
Figure 0005704552

が得られる。 Is obtained.

1.14 SWWの信号処理構成
図15は、SWW法での信号処理構成例を示した図である。
SWW法では、[数28]式の計測信号に対してパルス圧縮処理を行う。時間軸上の畳み込み積分と周波数軸上の積が等価であることから、図15で示したようにパルス圧縮処理を周波数軸上の掛算(Multiply)として処理する。
1.14 SWW Signal Processing Configuration FIG. 15 is a diagram illustrating a signal processing configuration example according to the SWW method.
In the SWW method, pulse compression processing is performed on the measurement signal of [Expression 28]. Since the convolution integral on the time axis and the product on the frequency axis are equivalent, the pulse compression processing is processed as multiplication on the frequency axis as shown in FIG.

即ち、図15に示すように、サブパルス生成部31の出力を、ミキサ32に供給して、発振器33の出力と混合し、サーキュレータ34を介して送受信アンテナ35に供給して送信させる。送受信アンテナ35での受信信号は、ミキサ36で発振器33の出力と混合し、その出力をローパスフィルタ37を通過させた後、アナログ/デジタル変換器38でデジタル変換する。変換された信号は、フーリエ変換部39に供給して変換し、変換信号を混合処理部40に供給する。混合処理部40では、参照信号生成部41からの参照信号を、フーリエ変換部42で変換した信号が供給され、掛け算処理が行われる。混合処理部40の出力は、スペクトラムシフト部43とコンバイン部44と逆フーリエ変換部45とに順に供給する。   That is, as shown in FIG. 15, the output of the sub-pulse generator 31 is supplied to the mixer 32, mixed with the output of the oscillator 33, supplied to the transmission / reception antenna 35 via the circulator 34, and transmitted. The signal received by the transmission / reception antenna 35 is mixed with the output of the oscillator 33 by the mixer 36, and the output is passed through the low-pass filter 37 and then digitally converted by the analog / digital converter 38. The converted signal is supplied to the Fourier transform unit 39 for conversion, and the converted signal is supplied to the mixing processing unit 40. In the mixing processing unit 40, a signal obtained by converting the reference signal from the reference signal generating unit 41 by the Fourier transform unit 42 is supplied, and a multiplication process is performed. The output of the mixing processing unit 40 is sequentially supplied to the spectrum shift unit 43, the combine unit 44, and the inverse Fourier transform unit 45.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

[数31]式のパルス圧縮処理は周波数軸上において、すべて重なった状態で出力される。そのため各周波数ステップにおけるパルス圧縮結果に対し、スペクトラムシフト(Spectrum shift)処理を行う。このときのシフト幅は、周波数ステップ幅Δfに依存し、図17に示すようにスペクトラムシフトを行う。   The pulse compression processing of [Formula 31] is output in a state where they all overlap on the frequency axis. Therefore, a spectrum shift process is performed on the pulse compression result at each frequency step. The shift width at this time depends on the frequency step width Δf, and spectrum shift is performed as shown in FIG.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

スペクトラムシフト処理により送信占有帯域幅と同等の帯域に広がった各周波数ステップにおけるパルス圧縮結果に対して合成帯域処理を行う。これにより、図18に示したような送信占有帯域幅に相当する合成帯域を得ることができる。   Synthetic band processing is performed on the result of pulse compression at each frequency step that has been expanded to a band equivalent to the transmission occupied bandwidth by spectrum shift processing. As a result, a combined band corresponding to the transmission occupation bandwidth as shown in FIG. 18 can be obtained.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

得られた合成帯域に対し、IDFT処理を施すことによりレンジプロファイルが得られる。   A range profile is obtained by performing IDFT processing on the obtained combined band.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

図20及び図21より、SWW法では送信占有帯域に相当する距離分解能が得られるが、一方で距離サイドローブ,グレーティングローブが高いという課題がある。   20 and 21, according to the SWW method, distance resolution corresponding to the transmission occupied band can be obtained, but there is a problem that distance side lobes and grating lobes are high.

1.15 NL−SWW(Nonlinear Synthetic Wideband Waveforms)法
SWW法は中程度の帯域を持ったパルス圧縮波を周波数ステップさせることにより狭受信機帯域で高距離分解能を実現する。ただし、合成帯域における高い距離ピークサイドローブ(PSL),グレーティングローブ(GL)が課題である。この課題に対し、図21で示すように周波数ステップを非線形化することにより受信信号にハミングなどのウェイトを乗じるのと異なり受信電力の損失なく距離PSL低減効果が期待されるNL−SWW法が提案されている。
以下、NL-SWWにおける非線形周波数ステップおよび信号処理構成について説明するが、一部SWWと重なる点があるため割愛する。
1.15 NL-SWW (Nonlinear Synthetic Wideband Waveforms) Method The SWW method achieves high range resolution in a narrow receiver band by frequency stepping a pulse compression wave having a medium band. However, high distance peak side lobes (PSL) and grating lobes (GL) in the synthesis band are problems. To solve this problem, an NL-SWW method is proposed in which the effect of reducing the distance PSL is expected without loss of received power, unlike the case where the received signal is multiplied by a weight such as hamming by making the frequency step non-linear as shown in FIG. Has been.
Hereinafter, the non-linear frequency step and the signal processing configuration in NL-SWW will be described, but they are omitted because there are some points that overlap with SWW.

1.16 非線形周波数ステップ
SWWにおける周波数ステップは周波数ステップ幅一定の線形周波数ステップであったことに対し、NL−SWWでは図22に示すように、等間隔ではない周波数ステップ幅で送信する。周波数ステップ幅を不当間隔とすることで、送信占有帯域幅内での周波数密度分布を変化し、合成帯域(逆フーリエ変換)においてサンプリング間隔が不当間隔となる。これにより、グレーティングローブの低減などが期待される周波数ステップである。
1.16 Nonlinear Frequency Step The frequency step in SWW is a linear frequency step with a constant frequency step width, whereas in NL-SWW, transmission is performed with frequency step widths that are not equally spaced, as shown in FIG. By setting the frequency step width to an unreasonable interval, the frequency density distribution within the transmission occupied bandwidth is changed, and the sampling interval becomes an unreasonable interval in the synthesis band (inverse Fourier transform). Thus, the frequency step is expected to reduce the grating lobe and the like.

NL−SWWにおける受信後の信号処理は図15に示すようにSWWと同一である。   Signal processing after reception in the NL-SWW is the same as that in the SWW as shown in FIG.

2.第1の実施の形態の説明
次に、ここまでの説明を前提として、本発明の第1の実施の形態の例を説明する。
2. Description of First Embodiment Next, an example of the first embodiment of the present invention will be described based on the above description.

2.1 第1の実施の形態の構成
中程度の帯域をもったパルス圧縮波を非線形周波数ステップさせることにより狭帯域受信機帯域幅にて高距離分解能を実現するとともに、合成帯域処理(IDFT処理)にて発生する高い距離PSLを受信信号にハミングなどのウェイトを乗じるのと異なり信号の損失なく低減するNL−SWW法が提案されている。しかし、NL−SWW法ではサブパルスにLFM変調波(チャープ波)を使用していること、そして周波数ステップにより複数のPRI(パルス繰り返し間隔)の観測時間が必要となるため、目標との間に相対速度がある場合ドップラ周波数の影響を大きく受け、正確な距離計測ができないという課題がある。
2.1 Configuration of First Embodiment A high frequency resolution is realized in a narrow-band receiver bandwidth by stepping a non-linear frequency step of a pulse compression wave having a medium band, and combined band processing (IDFT processing) The NL-SWW method has been proposed in which the high distance PSL generated in (1) is reduced without signal loss unlike the case where the received signal is multiplied by a weight such as humming. However, the NL-SWW method uses an LFM modulated wave (chirp wave) as a sub-pulse, and requires a plurality of PRI (pulse repetition intervals) observation times depending on the frequency step. When there is a speed, there is a problem that it is greatly affected by the Doppler frequency and accurate distance measurement cannot be performed.

本実施の形態においては、その課題に対しパルスドップラフィルタによるドップラ周波数推定・補正処理を組み合わせた構成とする。
以下、この構成の基本となる送信周波数シーケンスを説明し、第1の実施の形態における非線形周波数ステップおよび信号処理構成について説明する。
In the present embodiment, a configuration in which Doppler frequency estimation / correction processing using a pulse Doppler filter is combined with the problem.
Hereinafter, the transmission frequency sequence that is the basis of this configuration will be described, and the nonlinear frequency step and signal processing configuration in the first embodiment will be described.

2.2 送信周波数シーケンス
第1の実施の形態では、図23に示すように周波数ステップの始点と終点を固定し、その間の第3点を与える非線形パラメータσによって決定される3次関数を図23に示すサブパルス(LFM変調波の例)の非線形周波数ステップ間隔dFとする送信周波数シーケンスを用いる。
2.2 Transmission Frequency Sequence In the first embodiment, as shown in FIG. 23, the start and end points of the frequency step are fixed, and the cubic function determined by the nonlinear parameter σ giving the third point therebetween is shown in FIG. A transmission frequency sequence having a non-linear frequency step interval dF n of the subpulse (example of LFM modulated wave) shown in FIG.

非線形周波数ステップ間隔dFにあたる3次関数は、例えば、Nが偶数の場合、以下の連立方程式を解くことを採用できる。 As the cubic function corresponding to the nonlinear frequency step interval dF n , for example, when N is an even number, it is possible to employ solving the following simultaneous equations.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

3次関数の各係数が決定し、これに最大周波数ステップ幅fmax(周波数ステップの始点から終点までの周波数幅)を乗じることによって決定する。これにより、非線形周波数ステップ間隔dFを非線形パラメータσのみで制御することができる。 Each coefficient of the cubic function is determined, and is determined by multiplying this by the maximum frequency step width f max (frequency width from the start point to the end point of the frequency step). Thereby, the nonlinear frequency step interval dF n can be controlled only by the nonlinear parameter σ.

多周波NL−SWW法は基本原理がパルスレーダであるため距離アンビギュイティが発生しないために、一つの送信サブパルスから次の送信サブパルスである、パルス繰り返し時間PRI(Pulse Repetition Interval)に電波が往復するという条件から、   Since the multi-frequency NL-SWW method uses pulse radar as the basic principle, distance ambiguity does not occur. Therefore, radio waves reciprocate from one transmission subpulse to the next transmission subpulse, the pulse repetition time PRI (Pulse Repetition Interval). From the condition that

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を満足する必要がある。ここで、Rmaxをレーダに要求される最大インストルメント距離と呼ぶ。
一方、要求される速度分解能をσVとすれば、[数6]式から必要な観測時間Tcは、
Need to be satisfied. Here, R max is referred to as the maximum instrument distance required for the radar.
On the other hand, if the required speed resolution is σV, the required observation time Tc from the formula [6] is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる.ここでλは送信信号の波長である。観測時間内Tcの総パルス数をNとすると、 It becomes. Here, λ is the wavelength of the transmission signal. If the total number of pulses of Tc within the observation time is N 0 ,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。次に、レーダに要求される速度視野をVmaxとすると、 It becomes. Next, let V max be the velocity field of view required for the radar.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を満足することが必要である。ここでMは要求速度視野を得るために必要な観測時間Tc内のデータサンプル数である。このとき、レーダに要求される最大インストルメント距離,速度分解能,速度視野によってはN0>Mとすることができる。このときTs(≡Tc/M)>PRIでありその比を整数値Nとすると、 It is necessary to satisfy Here, M is the number of data samples within the observation time Tc necessary for obtaining the required speed field of view. At this time, N0> M can be satisfied depending on the maximum instrument distance, speed resolution, and speed field required for the radar. At this time, if Ts (≡Tc / M)> PRI and the ratio is an integer value N,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

とすることができる。この場合には、図24の送信周波数シーケンスを用いることができる。比較的近距離を対象とした車載レーダなどではこれら条件を満足させることができるために、速度分解能を低下させることなく、かつ一つの観測区間Tcのみにて多周波の送信が可能である。
整数値Nとして選択可能な上限は、要求される最大インストルメント距離Rmaxと最大速度視野Vmaxに依存しており、
It can be. In this case, the transmission frequency sequence of FIG. 24 can be used. An in-vehicle radar or the like targeting a relatively short distance can satisfy these conditions, and therefore, multi-frequency transmission is possible only in one observation section Tc without reducing the speed resolution.
The upper limit that can be selected as an integer value N depends on the required maximum instrument distance R max and the maximum velocity field of view V max ,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。
例えば、周波数ステップ数N=8とした場合における[数41]式の関係を図25に示す。図25の横軸は最大インストルメント距離Rmax、縦軸は最大速度視野Vmaxである。また、実線,点線,破線はそれぞれ送信周波数が100GHz,10GHz,1GHzを表す。図25において、レーダに要求される最大インストルメント距離,最大速度視野が、それぞれの線より下の範囲であれば、距離と速度ともにアンビギュイティがない。
It becomes.
For example, FIG. 25 shows the relationship of [Formula 41] when the number of frequency steps N = 8. In FIG. 25, the horizontal axis represents the maximum instrument distance R max , and the vertical axis represents the maximum velocity field of view V max . The solid line, dotted line, and broken line represent transmission frequencies of 100 GHz, 10 GHz, and 1 GHz, respectively. In FIG. 25, if the maximum instrument distance and maximum velocity field required for the radar are in a range below the respective lines, there is no ambiguity in both distance and speed.

2.3 第1の実施の形態の定式化
第1の実施の形態の定式化を行う。ここでは定式化をもとに各サブパルスの計測信号(measurement signal)モデルを説明する。パルス繰り返し番号m番目,非線形周波数ステップn番目の送信波送信開始時間を0とする時刻tnm=t−PRI・n−PRI・N・m、振幅を1とすると、送信波は、
2.3 Formulation of the first embodiment Formulation of the first embodiment is performed. Here, a measurement signal model of each subpulse will be described based on the formulation. When the time t nm = t-PRI · n-PRI · N · m and the amplitude is 1 when the pulse repetition number mth and nonlinear frequency step nth transmission wave transmission start time is 0, the transmission wave is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

と書かれる。尚、Tpはサブパルス幅,μ=b/TpはLFMスロープ,Φnmは任意の位相である。この送信波に対する受信波は時間遅延とドップラシフトの影響を受けて、 It is written. Tp is a sub-pulse width, μ = b / Tp is an LFM slope, and Φnm is an arbitrary phase. The received wave for this transmitted wave is affected by time delay and Doppler shift,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる(このとき速度vは遠ざかる方向を正とした)。τは時間遅延(目標までの往復時間)であり、以下のように示される。 (At this time, the speed v is positive in the direction of moving away). τ is a time delay (round trip time to the target) and is expressed as follows.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Rは目標距離,vは目標との相対速度,cは光速である。この受信波はローカル信号f=f+dF(n=0,1,・・・N−1)でミキシングし、LPFによって周波数の和信号が除去されることで以下の差信号が得られる。 R is the target distance, v is the relative speed with respect to the target, and c is the speed of light. This received wave is mixed with the local signal f n = f + dF n (n = 0, 1,... N−1), and the following difference signal is obtained by removing the sum signal of the frequencies by the LPF.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

[数46]式において2v/c−1≒1より、以下のようになる。 From 2v / c-1≈1 in the formula 46, the following is obtained.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

次にtnm+τを時刻原点とする時間をtとおくと[数47]式より、 Next, if the time with t nm + τ as the time origin is set to t 0 ,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となり、さらに時間遅延τにn,m依存性があるとみてτn,mとおくと、 Further, assuming that the time delay τ is dependent on n and m, and setting τ n, m ,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

さらに送信開始周波数fより、ローカル信号f=f+dF(n=0,1,・・・N−1)は、 Furthermore, from the transmission start frequency f, the local signal f n = f + dF n (n = 0, 1,... N−1) is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

であり、以下のようになる。 And it is as follows.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

この式において、f>dFおよび定位相項を無視すると、 In this equation, ignoring f> dF n and the constant phase term,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
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となり、ドップラ周波数fd(=2vf/c)
より各サブパルスの計測信号
And the Doppler frequency fd (= 2vf / c)
Measurement signal of each sub pulse

Figure 0005704552
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が得られる。複数目標が存在するときには、計測信号は[数56]式の線形和として表すことができる。
[数56]式から分かるように、m方向サンプリング信号の周波数から目標相対速度が得られ、n方向サンプリング信号の周波数は目標距離と相対速度の関数となることが分かる。第1の実施の形態は、周波数ステップ番号nを固定しm方向サンプリング信号のフーリエ変換によりレーダに要求される所望の速度分解能と最大速度視野が得られる送信周波数シーケンスを用いることを特徴としている。
Is obtained. When there are multiple targets, the measurement signal can be expressed as a linear sum of [Equation 56].
As can be seen from the equation 56, the target relative speed is obtained from the frequency of the m-direction sampling signal, and the frequency of the n-direction sampling signal is a function of the target distance and the relative speed. The first embodiment is characterized in that a frequency sequence number n is fixed and a transmission frequency sequence that can obtain a desired velocity resolution and maximum velocity field required for a radar by Fourier transform of an m-direction sampling signal is used.

2.4 第1の実施の形態の信号処理構成
図24に示した送信周波数シーケンスを用いる第1の実施の形態の信号処理構成について、図26に示す。非線形パラメータσによって決定する3次関数を非線形周波数ステップ間隔dFとする、ローカル信号f=f+dF(n=0,1,・・・N−1)をPRI毎に切り替え、それらを搬送波とするサブパルス(帯域幅bを持つLFM変調波)を送信する。
即ち、LFM変調部51の出力に発振器53が出力するローカル信号を混合し、送受信アンテナ54から送信させ、目標物で反射した信号を送受信アンテナ54で受信する。受信信号は、送受信分離部52を介して、サブパルス圧縮部55に供給し、その後、ドップラ周波数推定処理部56、ドップラ周波数補正処理部57、合成帯域処理部58と順に処理することを特徴とする。
以下、各処理について説明する。
2.4 Signal Processing Configuration of First Embodiment FIG. 26 shows a signal processing configuration of the first embodiment using the transmission frequency sequence shown in FIG. A cubic function determined by the nonlinear parameter σ is defined as a nonlinear frequency step interval dF n, and the local signal f n = f + dF n (n = 0, 1,... N−1) is switched for each PRI, Sub-pulse (LFM modulated wave with bandwidth b) is transmitted.
That is, the local signal output from the oscillator 53 is mixed with the output of the LFM modulation unit 51, transmitted from the transmission / reception antenna 54, and the signal reflected by the target is received by the transmission / reception antenna 54. The received signal is supplied to the sub-pulse compression unit 55 via the transmission / reception separation unit 52, and then processed in the order of the Doppler frequency estimation processing unit 56, the Doppler frequency correction processing unit 57, and the synthesis band processing unit 58. .
Hereinafter, each process will be described.

2.5 サブパルスパルス圧縮
[数56]式で得た各サブパルスの計測信号に対してパルス圧縮を行う。時間軸上の畳み込み積分と周波数軸上の積が等価であることから、パルス圧縮を周波数軸上の掛算(Multiply)として処理し、逆フーリエ変換(IFFT)によって時間軸上に戻す。
2.5 Sub-pulse pulse compression Pulse compression is performed on the measurement signal of each sub-pulse obtained by the equation [56]. Since the convolution integral on the time axis and the product on the frequency axis are equivalent, the pulse compression is processed as a multiplication (Multiply) on the frequency axis and returned to the time axis by inverse Fourier transform (IFFT).

Figure 0005704552
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Figure 0005704552
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Figure 0005704552
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Figure 0005704552
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2.6 パルスドップラフィルタによるドップラ周波数推定・補正処理
サブパルスパルス圧縮後の信号に対して、各nに対するm方向のサンプリング信号をフーリエ変換することで所望の速度分解能と速度視野を確保した目標相対速度検出を行う。
すなわち、パルスドップラによるドップラ周波数推定処理として、パルス圧縮後の信号である[数60]式の各nに対し下式に示すm方向のフーリエ変換を行う。
2.6 Doppler frequency estimation / correction processing by pulse Doppler filter Target sampling with desired velocity resolution and velocity field of view by Fourier transform of sampling signal in m direction for each n with respect to the signal after sub-pulse pulse compression Perform speed detection.
That is, as Doppler frequency estimation processing by pulse Doppler, m-direction Fourier transform shown in the following equation is performed on each n in Equation 60, which is a signal after pulse compression.

Figure 0005704552
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ここで、k(=0,1,・・・M−1)は周波数チャンネル番号である。[数60]式を[数61]式に代入した後の振幅値|F(n,k)|は、各周波数ステップnにおいて周波数チャンネル番号   Here, k (= 0, 1,... M−1) is a frequency channel number. The amplitude value | F (n, k) | after substituting the [Expression 60] expression into the [Expression 61] expression is the frequency channel number at each frequency step n.

Figure 0005704552
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ではコヒーレント積分となりピークが得られる。
このように、[数61]式の出力振幅がピークとなる周波数チャンネル番号kpeakを検出することで、目標ドップラ周波数が得られる。検出した番号kpeakから目標相対速度Vは、
In coherent integration, a peak is obtained.
In this way, the target Doppler frequency is obtained by detecting the frequency channel number k peak where the output amplitude of the formula [61] reaches its peak. From the detected number k peak , the target relative speed V is

Figure 0005704552
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から得られる。
尚、同じ距離ゲート内に複数の目標が存在する場合、[数60]式の線形和で表されるが、位相関係によってはフェージングが発生する。そこでこの問題を緩和するために、例えば各kに対し各周波数ステップnのフーリエ変換出力チャンネルの絶対値の和を取り、
Obtained from.
When there are a plurality of targets in the same distance gate, it is expressed by a linear sum of the formula [60], but fading occurs depending on the phase relationship. In order to alleviate this problem, for example, for each k, the sum of the absolute values of the Fourier transform output channels at each frequency step n is taken,

Figure 0005704552
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を、検出しきい値処理のための入力値とする。
[数56]式で示したようにn方向サンプリング信号の周波数は目標距離と相対速度の関数であり、得られたドップラ周波数をもとに補正処理を行う。
Is an input value for detection threshold processing.
As shown in [Formula 56], the frequency of the n-direction sampling signal is a function of the target distance and the relative speed, and correction processing is performed based on the obtained Doppler frequency.

Figure 0005704552
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これにより、n方向サンプリング信号には目標距離情報のみを含むとすると、以下のように示される。   As a result, if only the target distance information is included in the n-direction sampling signal, it is expressed as follows.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

2.7 逆フーリエ変換による帯域合成
[数66]式より、ドップラ周波数を補正した信号に対してN以上のNr点でn方向に逆フーリエ変換を行う。ただし、周波数ステップ幅が一定ではなく、dFで与えられるためアンビギュイティ距離が不確定である。よって最大インストルメント距離Rmaxまですべての範囲に対して逆フーリエ変換を行う。
2.7 Band Synthesis by Inverse Fourier Transform According to [Formula 66], inverse Fourier transform is performed in the n direction at Nr points equal to or greater than N on the signal with the Doppler frequency corrected. However, since the frequency step width is not constant and is given by dF n , the ambiguity distance is indeterminate. Therefore, the inverse Fourier transform is performed on the entire range up to the maximum instrument distance Rmax .

Figure 0005704552
Figure 0005704552

P(l)の絶対値が最大値をとるlの値をlpeakとすると、lpeakを求めることにより、次式に示すように目標に最も近い距離Rcalを計測することができる。 If the value of l at which the absolute value of P (l) takes the maximum value is l peak , the distance R cal closest to the target can be measured by obtaining l peak as shown in the following equation.

Figure 0005704552
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以上説明した第1の実施の形態の構成では、狭受信機帯域での高距離分解能、合成帯域における低距離PSL、さらにSWW,NL−SWW法において課題であった目標との間に相対速度がある場合でも正確な距離計測が可能である。さらに、検出した各目標相対速度に対して距離を求めるため、FMCW方式で問題となるアップ掃引とダウン掃引の検出周波数のペアリング誤作動も回避可能である。   In the configuration of the first embodiment described above, there is a relative speed between the high distance resolution in the narrow receiver band, the low distance PSL in the synthesis band, and the target that has been a problem in the SWW and NL-SWW methods. Even in some cases, accurate distance measurement is possible. Furthermore, since the distance is obtained for each detected target relative speed, it is possible to avoid a malfunction of pairing of the detected frequencies of the up sweep and the down sweep, which is a problem in the FMCW method.

2.8 本実施の形態のシミュレーション例
計算機シミュレーションにより、第1の実施の形態の構成におけるパルスドップラフィルタによるドップラ周波数推定・補正処理およびその補正誤差,非線形合成広帯域波による距離分解能,非線形化による距離ピークサイドローブ(PSL)低減効果についてそれぞれ評価した。
2.8 Simulation Example of the Present Embodiment By computer simulation, the Doppler frequency estimation / correction processing by the pulse Doppler filter and its correction error in the configuration of the first embodiment, the correction error, the distance resolution by the nonlinear synthetic broadband wave, the distance by the nonlinearization Each peak side lobe (PSL) reduction effect was evaluated.

シミュレーション条件はミリ波車載レーダ、特に遠距離レーダへの適用を想定した。その要求仕様の1つである最大インストルメント距離200m以上,最大速度視野±200km/h以上を満足する以下のパラメータを採用した。
・送信周波数f:76.5GHz(波長λ=c/f=3.922×10−3
・パルス繰り返し周期PRI:2.0μs(最大インストルメント距離Rmax=300m)
・周波数ステップ数N:8(最大速度視野Vmax=±220.588km/h)
・サブパルス帯域幅b:80MHz(パルス圧縮レーダ方式における同一帯域幅での距離分解能:δR=1.875m)
・サブパルス幅Tp:0.15μs
・送信周波数占有帯域幅B:360MHz
・観測時間内同一周波数の数M:256
・全観測時間Ts:4.096ms
The simulation conditions were assumed to be applied to millimeter-wave vehicle-mounted radars, particularly long-range radars. The following parameters that satisfy one of the required specifications, the maximum instrument distance of 200 m or more and the maximum speed field of view of ± 200 km / h or more, were adopted.
Transmission frequency f: 76.5 GHz (wavelength λ = c / f = 3.922 × 10 −3 )
Pulse repetition period PRI: 2.0 μs (maximum instrument distance Rmax = 300 m)
-Number of frequency steps N: 8 (maximum velocity field of view Vmax = ± 220.588 km / h)
Subpulse bandwidth b: 80 MHz (distance resolution with the same bandwidth in the pulse compression radar system: δR = 1.875 m)
Sub pulse width Tp: 0.15 μs
・ Transmission frequency occupied bandwidth B: 360 MHz
-Number of same frequencies within observation time M: 256
-Total observation time Ts: 4.096 ms

一方、目標数を1とした。
・目標距離R:200m
・目標速度V:200km/h(=55.556m/s)
On the other hand, the target number was set to 1.
・ Target distance R: 200m
・ Target speed V: 200 km / h (= 55.556 m / s)

2.9 パルスドップラフィルタによるドップラ周波数推定・補正処理
図27に示すのは各サブパルスをパルス圧縮後、各nに対するm方向サンプリング信号をフーリエ変換出力の各周波数チャンネルの振幅であり、出力振幅がピークとなる周波数チャンネル番号を検出することで、目標ドップラ周波数fdが得られる。これより、相対速度を算出すると、検出値55.53(m/sec)、設定値55.556(m/sec)、誤差−0.026(m/sec)が得られた。
2.9 Doppler Frequency Estimation / Correction Processing by Pulse Doppler Filter FIG. 27 shows the amplitude of each frequency channel of the Fourier transform output of the m-direction sampling signal for each n after pulse compression of each subpulse, and the output amplitude peaks The target Doppler frequency fd is obtained by detecting the frequency channel number. From this, when the relative speed was calculated, a detected value of 55.53 (m / sec), a set value of 55.556 (m / sec), and an error of -0.026 (m / sec) were obtained.

このように第1の実施の形態の構成における、パルスドップラフィルタによるドップラ周波数推定処理には、速度分解能δV=1.723km/h(=0.48m/s)に基づく検出誤差が最大で±0.24m/s発生する。ただし、全観測時間Tsを増すことで速度分解能が高くなるため、この検出誤差を小さくすることができる。   As described above, in the Doppler frequency estimation process by the pulse Doppler filter in the configuration of the first embodiment, the detection error based on the velocity resolution δV = 1.723 km / h (= 0.48 m / s) is ± 0 at the maximum. .24 m / s is generated. However, since the speed resolution is increased by increasing the total observation time Ts, this detection error can be reduced.

2.10 距離ピークサイドローブ(PSL)のσ依存性
第1の実施の形態の構成における非線形周波数ステップ間隔dFn、それを与える3次関数を決定する非線形パラメータσを−0.01〜−0.07の範囲で変化させた。これは図28に示すように非線形化によりサブパルスを、つまり送信電力を帯域の中央に集めることを狙いとしている。σ=−0.01の時サブパルスが最も中心に集まった状態であり、そこからσを線形周波数ステップ(σ=−1/14)へと近づけるように変化させた。
逆フーリエ変換後(合成広帯域)|P(l)|の距離PSLのσ依存性について評価を行い、距離PSLのσ依存性結果を図29に示した。
2.10 σ Dependence of Distance Peak Sidelobe (PSL) Nonlinear Frequency Step Interval dFn in the Configuration of the First Embodiment, and Nonlinear Parameter σ that Determines the Third-Order Function that Gives it is −0.01 to −0. It was changed in the range of 07. This is aimed at collecting sub-pulses, that is, transmission power at the center of the band by non-linearization as shown in FIG. When σ = −0.01, the sub-pulses are gathered at the center, and from there, σ is changed to approach the linear frequency step (σ = −1 / 14).
The σ dependence of the distance PSL after the inverse Fourier transform (combined broadband) | P (l) | was evaluated, and the σ dependence result of the distance PSL is shown in FIG.

周波数ステップ数N=8、送信周波数占有帯域幅B=360MHzという条件においてσ=−0.055の時、最もPSLが小さくなる結果が得られた。このときのサブパルスのパルス圧縮結果と第1の実施の形態の構成(σ=−0.055)および周波数ステップN=8、周波数ステップ幅Δf=40MHz、送信周波数占有帯域幅B=360MHz他、第1の実施の形態の構成と同様のレーダパラメータを備えたL−SWWにおける逆フーリエ変換出力を図30に示す。   When σ = −0.055 under the condition of the number of frequency steps N = 8 and the transmission frequency occupation bandwidth B = 360 MHz, the result that the PSL was the smallest was obtained. The pulse compression result of the sub-pulse at this time, the configuration of the first embodiment (σ = −0.055), frequency step N = 8, frequency step width Δf = 40 MHz, transmission frequency occupation bandwidth B = 360 MHz, etc. FIG. 30 shows an inverse Fourier transform output in the L-SWW having the same radar parameters as the configuration of the first embodiment.

図30に示すように、第1の実施の形態の構成では受信信号にウェイトを乗じるのとは異なり、信号の損失なしに最大で−22dBまで距離PSL低減する効果が得られた。また、この結果はL−SWW(理論値−13.2dB)と比較して−9dBの距離PSL低減効果となる。さらにグレーティングローブ(GL)に対しても−19dB、周波数ステップ間隔が一定でないためL−SWWと厳密な比較はできないが−3dBの低減効果が得られた。   As shown in FIG. 30, in the configuration of the first embodiment, unlike the case where the received signal is multiplied by the weight, the effect of reducing the distance PSL to −22 dB at maximum is obtained without any signal loss. Also, this result is a distance PSL reduction effect of −9 dB compared to L-SWW (theoretical value—13.2 dB). Further, the grating lobe (GL) is −19 dB, and the frequency step interval is not constant. Therefore, although it cannot be strictly compared with L-SWW, a reduction effect of −3 dB is obtained.

2.11 非線形合成広帯域波による距離分解能
レーダにおける距離分解能は送信周波数占有帯域に依存する。パルス圧縮レーダでは、送信周波数占有帯域幅と同一の受信機帯域幅を必要とした。しかし、第1の実施の形態の構成では非線形周波数ステップにより、受信機帯域幅はサブパルス帯域幅(b=80MHz)のみを必要とする。これにより同じ受信機帯域幅でありながら、N個のサブパルスの帯域を合成した非線形合成帯域(=送信周波数占有帯域B=360MHz)を持つ第1の実施の形態の構成は図31に示すように、サブパルスパルス圧縮(帯域幅b=80MHz)と比較して、約4.5倍の距離分解能を実現した。
2.11 Distance resolution by nonlinear synthetic broadband waves The distance resolution in radar depends on the transmission frequency occupation band. The pulse compression radar requires the same receiver bandwidth as the transmission frequency occupation bandwidth. However, in the configuration of the first embodiment, the receiver bandwidth needs only the sub-pulse bandwidth (b = 80 MHz) due to the nonlinear frequency step. As a result, the configuration of the first embodiment having a non-linear synthesis band (= transmission frequency occupation band B = 360 MHz) obtained by synthesizing N sub-pulse bands while having the same receiver bandwidth is as shown in FIG. Compared with sub-pulse pulse compression (bandwidth b = 80 MHz), a distance resolution of about 4.5 times was realized.

3.第2の実施の形態の前提となるレーダ探知技術についての説明
次に、第2の実施の形態の前提となるレーダ探知技術について順に説明する。一部の説明については、第1の実施の形態での前提技術の説明と重なるが、再度順に説明する。
3. Description of Radar Detection Technology as Premise of Second Embodiment Next, radar detection technology as a premise of the second embodiment will be described in order. A part of the description overlaps with the description of the base technology in the first embodiment, but will be described again in order.

3.1 パルスレーダの探知距離と距離分解能
第2の実施の形態においても、パルスレーダを適用するものである。レーダの性能を表すものの代表として、探知距離と分解能があるが、パルスレーダの最大探知距離は、次の[数69]式から導出され、距離分解能は、次の[数70]式から導出される。ただし、送信出力をPとする。
3.1 Detection Distance and Distance Resolution of Pulse Radar Pulse radar is applied also in the second embodiment. The representative of the radar performance is the detection distance and resolution, but the maximum detection distance of the pulse radar is derived from the following [Equation 69], and the distance resolution is derived from the following [Equation 70]. The However, the transmission output and P t.

Figure 0005704552
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Figure 0005704552
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したがって、性能のいいパルスレーダを設計するには、いかに大きいSN比を得るか、また、パルス幅の小さいパルスを得るかが重要なポイントとなる。しかし、パルス幅の縮小により送受信帯域幅Bは次の[数71]式で与えられるように比例の関係で増加することから、単純なパルス幅の縮小によるレーダの高距離分解能化は送受信機の高コスト化につながり、製品として採用する足枷となる。   Therefore, in order to design a pulse radar with good performance, how to obtain a large S / N ratio and a pulse having a small pulse width are important points. However, since the transmission / reception bandwidth B increases proportionally as given by the following [Equation 71] due to the reduction of the pulse width, the high range resolution of the radar by the simple reduction of the pulse width can be achieved by the transmitter / receiver. This leads to higher costs and is a foothold to be adopted as a product.

Figure 0005704552
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また、電磁波として送信することができる出力は法令により定められているため、出力電力の増大によるSN比改善も限界が存在する。   Moreover, since the output that can be transmitted as electromagnetic waves is defined by laws and regulations, there is a limit to the improvement of the SN ratio due to the increase in output power.

3.2 パルス圧縮レーダ
パルスレーダにおいて、探知距離を増大するために送信電力Ptを大きくすることと、限られた周波数帯域幅の中で距離分解能を向上させなければならないという2つの課題がある。この問題を解決するために用いるパルス圧縮と呼ばれる技術は、送信波パルス内に周波数変調(FM;Frequency Modulation),もしくは位相符号変調(PM;Phase Modulation)を施したパルス幅の広い送信信号を用い、受信後の自己相関処理において復調を施し電
力の大きな狭いパルス幅に変換を行う技術である。
3.2 Pulse compression radar In the pulse radar, there are two problems that the transmission power Pt must be increased to increase the detection distance and that the distance resolution must be improved within a limited frequency bandwidth. A technique called pulse compression used to solve this problem uses a transmission signal having a wide pulse width obtained by performing frequency modulation (FM) or phase code modulation (PM) in a transmission wave pulse. In this technique, demodulation is performed in the autocorrelation processing after reception to convert the pulse width into a large pulse width with a large power.

パルス圧縮レーダの送受信シーケンスを、図32に示す。送信パルスaの送出から、所定時間τだけ遅れて受信パルスbが得られ、受信パルスを圧縮することで、大きな電力の短パルスcが得られるものである。   The transmission / reception sequence of the pulse compression radar is shown in FIG. A reception pulse b is obtained with a delay of a predetermined time τ from the transmission of the transmission pulse a, and a short pulse c having a large electric power is obtained by compressing the reception pulse.

3.3 パルス圧縮レーダと自己相関処理
受信波を送信波による自己相関処理によるパルス圧縮を行うことで、検出が容易,最大探知距離が大きい電力の距離分解能が高い短パルスが得ることができる。ここで行う自己相関処理とは次の式に示すG(t)であり、送信波が目標物に反射、振幅が減衰し受信された受信波B(t)と、送信波の時間反転信号H(t)による畳み込み積分による出力である。
3.3 Pulse compression radar and autocorrelation processing By performing pulse compression by autocorrelation processing of the received wave with the transmission wave, it is possible to obtain a short pulse that is easy to detect and has high distance resolution with a large maximum detection distance. The autocorrelation processing performed here is G (t) shown in the following equation, and the received wave B (t) received with the transmission wave reflected by the target and attenuated in amplitude, and the time-reversal signal H of the transmission wave It is the output by the convolution integral by (t).

Figure 0005704552
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ここではFMパルス圧縮の例を示す。受信波をB(t)として、   Here, an example of FM pulse compression is shown. Let the received wave be B (t),

Figure 0005704552
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と定義(μは任意定数)とすると、B(t)、B(t)の時間反転信号H(t)のグラフは、図33〜図35に示す通りである。図33は、FMパルス圧縮における受信波の例を示す波形図であり、図34は、FMパルス圧縮における参照関数の例を示す波形図であり、図35は、FMパルス圧縮の出力例を示す波形図である。 Assuming that (μ is an arbitrary constant), graphs of the time reversal signal H (t) of B (t) and B (t) are as shown in FIGS. FIG. 33 is a waveform diagram showing an example of a received wave in FM pulse compression, FIG. 34 is a waveform diagram showing an example of a reference function in FM pulse compression, and FIG. 35 shows an output example of FM pulse compression. It is a waveform diagram.

畳み込み積分は非常に大きな計算量となる、実際の信号処理では[数70]式において、B,HそれぞれについてFFTを行い、周波数軸上の積をとった後にIFFTをする方法が用いられることが多い。さらに、ここでは送受信変調波を周波数変調(FM)で行ったものを示したが、位相符号変調(PM)したものでも同様である。   Convolutional integration requires a very large amount of calculation. In actual signal processing, in [Expression 70], FFT is performed for each of B and H, and a product on the frequency axis is used before IFFT is used. Many. In addition, here, the transmission / reception modulation wave is shown as being performed by frequency modulation (FM), but the same applies to the case where phase code modulation (PM) is performed.

3.4 相補符号(Complementary Code)を用いたパルス圧縮レーダ
相補符号(CC;Complementary Code)とは符合を位相に割りつけ位相変調パルス圧縮法の一つである。この符号の特徴は、2つの相補となる関数の加算による合成により、目標反射波によるパルス信号以外の成分である距離サイドローブを、完全に抑圧することを可能とする点である。
3.4 Pulse Compression Radar Using Complementary Code Complementary Code (CC) is a phase modulation pulse compression method that assigns a code to a phase. The feature of this code is that it is possible to completely suppress the distance side lobe, which is a component other than the pulse signal due to the target reflected wave, by combining two complementary functions.

相補符号の生成方法について説明する。
長さKの2つの符号aとbを考え、それぞれの自己相関関数をAとBとする。このとき、これらを加えたものが、次式で示される。
A method for generating a complementary code will be described.
Consider two codes a i and b i of length K, and let their autocorrelation functions be A j and B j . At this time, what added these is shown by following Formula.

Figure 0005704552
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この条件を満たすとき、これらを相補符号と呼ぶ。例えば、a={1,1}、b={1,―1}が相補の関係になることは容易に確かめることができる。 When this condition is satisfied, these are called complementary codes. For example, it can be easily confirmed that a i = {1,1} and b i = {1, −1} are complementary.

さらに、相補符号には次のような長さKの符号から長さ2Kの符号を導出できるという重要な性質がある。aの後ろにbを連結したものをcとし、aの後ろにbの符号を反転して連結したものをdとする。 Further, the complementary code has an important property that a code having a length of 2K can be derived from a code having a length of K as follows. the concatenation of b i after the a i and c i, the concatenation by inverting the sign of b i after the a i and d i.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

このとき、これらの符号の自己相関関数は、それぞれ   At this time, the autocorrelation functions of these codes are

Figure 0005704552
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となるので、これより明らかにCとDは長さ2Kの相補符号を構成する。さらに、この操作を繰り返すことにより、K=2の相補符号から長さK=2の相補符号を導出することが可能となる。また実際に位相変調に用いる際には、1,−1のそれぞれの値に対して0、πの位相を割り当てることとなる。
この結果を用いて、K=16のときの相補符号を導出したものが図36である。
Thus, clearly, C j and D j constitute a complementary code having a length of 2K. Further, by repeating this operation, a complementary code having a length K = 2 m can be derived from a complementary code having K = 2. Further, when actually used for phase modulation, phases of 0 and π are assigned to values of 1 and −1, respectively.
FIG. 36 shows the result of using this result to derive the complementary code when K = 16.

この符号を用いて、搬送波fの送信波を位相変調し1目標測定対象に対して送受信する。この受信波をそれぞれ、B1(t),B2(t)とすると次の式になる。ただし、複素記号と混同するので相補符号の配列jをtとした。   Using this code, the transmission wave of the carrier wave f is phase-modulated and transmitted / received to / from one target measurement object. Assuming that the received waves are B1 (t) and B2 (t), the following equations are obtained. However, since it is confused with a complex symbol, the complementary code array j is set to t.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

これらの式で得られた相補符号を、先に説明したパルス圧縮処理を同様に行い、図37に2つの信号波形を示す。   The complementary codes obtained by these equations are similarly subjected to the pulse compression processing described above, and FIG. 37 shows two signal waveforms.

さらに、この2つのパルス圧縮後の波形をj軸に対する加算を行うと、図38に示す波形を得ることができる。
この図38からも分かるように、相補符号は加算によってパルスピーク以外の横軸jにおいて距離サイドローブが完全に抑圧されていることを確認することができる。
Furthermore, when these two pulse-compressed waveforms are added to the j-axis, the waveform shown in FIG. 38 can be obtained.
As can be seen from FIG. 38, the complementary code can confirm that the distance side lobe is completely suppressed on the horizontal axis j other than the pulse peak by addition.

3.5 Complementary Phase Code(CPC)による位相変調
Complementary Phase Code(CPC)とは、2つの位相を持つ2相コンプリメンタリ符号(Complementary Code)を拡張したもので、相補の2つ以上の関数を用いることで、サイドローブの発生を完全に相殺することができる関数である。特徴についてはComplementary Codeに準ずるものである。
3.5 Phase modulation by complementary phase code (CPC)
Complementary Phase Code (CPC) is an extension of two-phase complementary code (Complementary Code) that has two phases. It uses two or more complementary functions to completely cancel out sidelobe generation. It is a function that can The features are based on the Complementary Code.

3.6 SWW(Synthetic Wideband Waveform)法
パルスレーダ、またはパルス圧縮レーダにおいて高距離分解能化を図ると[数71]式より送信周波数帯域幅と同等の広い受信機帯域幅を必要とし、レーダシステムの高コスト化につながる。ここで、パルス圧縮波を線形的に周波数軸に対して階段状にステップさせることによって、低い受信機帯域幅にて高距離分解能を実現するSWW法の一つとして、Linear Frequency Stepping(LFS)法がある。図39にLFSの送受信シーケンスを示す。
3.6 SWW (Synthetic Wideband Waveform) method In order to achieve high range resolution in pulse radar or pulse compression radar, a wide receiver bandwidth equivalent to the transmission frequency bandwidth is required from [Equation 71]. This leads to higher costs. Here, the Linear Frequency Stepping (LFS) method is one of the SWW methods for realizing high range resolution with a low receiver bandwidth by linearly stepping the pulse compression wave with respect to the frequency axis. There is. FIG. 39 shows an LFS transmission / reception sequence.

ステップ状に周波数が増加するアップステップ波(ステップFM波)において1つのパルス繰り返し時間(TPRI:Pulse Repetition Interval)毎に搬送波周波数と受信機内部のローカル信号を切り替えながら送信し、そのPRI間に受信も行う。つまり、受信機帯域幅は送信パルスの持つサブパルス帯域幅があれば十分である。 In an up-step wave (step FM wave) whose frequency increases stepwise, transmission is performed while switching between the carrier frequency and the local signal inside the receiver for each pulse repetition time (T PRI : Pulse Repetition Interval). Also receive. That is, it is sufficient that the receiver bandwidth has a sub-pulse bandwidth of the transmission pulse.

受信した信号をローカル信号にてミキシングすることで周波数ステップ数の信号が得られるが、この信号に対して各周波数ステップ間に合成帯域処理(IDFT,MUSIC等)をすることにより、より少ない受信機周波数帯域幅にて距離分解能を得ることができる。さらに、このLFSシーケンスを繰り返すことにより、同一周波数によるパルス列の位相勾配からドップラシフトを導出し、目標相対速度を得ることができる。   By mixing the received signal with a local signal, a signal having the number of frequency steps can be obtained. By performing synthetic band processing (IDFT, MUSIC, etc.) between each frequency step on this signal, fewer receivers can be obtained. Distance resolution can be obtained in the frequency bandwidth. Furthermore, by repeating this LFS sequence, the Doppler shift can be derived from the phase gradient of the pulse train with the same frequency, and the target relative velocity can be obtained.

ここで数式によるモデル化を考える。LFSとして送信したパルス信号が目標反射し、送信してから一定の時間遅延τ後に受信したとすると、受信信号Rx(t)は次の式で定義される。   Here, modeling using mathematical expressions is considered. Assuming that a pulse signal transmitted as LFS is reflected by a target and received after a certain time delay τ after transmission, the received signal Rx (t) is defined by the following equation.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ただし、簡単のため振幅値は1とし、目標までの距離をR,目標速度をv、変数n(n=0,1,・・・N−1)は周波数ステップ番号とする。ここで、Bを送信周波数帯域幅とすると、Δfの周波数ステップ幅と時間遅延τは、   However, for simplicity, the amplitude value is 1, the distance to the target is R, the target speed is v, and the variable n (n = 0, 1,... N−1) is the frequency step number. Here, when B is a transmission frequency bandwidth, the frequency step width of Δf and the time delay τ are

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

と示される。この[数80]式及び[数81]式を[数79]式に代入して、RX(t)は、 It is shown. By substituting these [Equation 80] and [Equation 81] into the [Equation 79], RX n (t) becomes

Figure 0005704552
Figure 0005704552

と示される。次に送信パルス幅と同じサンプリング間隔のA/D変換機を用いて、PRIごとに複数のサンプリング点に分割した複素I,Q信号として表す。1つの周波数ステップ間隔をTPRIとして、時間遅延を固定したステップ方向のサンプリング(時刻t=nTTPRI信号は、 It is shown. Next, an A / D converter having the same sampling interval as the transmission pulse width is used to represent complex I and Q signals divided into a plurality of sampling points for each PRI. Sampling in the step direction with a time delay fixed, with one frequency step interval as T PRI (time t = nTT PRI signal is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。 It becomes.

3.7 離散逆フーリエ変換によるLFS法のSWW処理
[数83]式に対して、周波数ステップn方向に対するSWW処理を行うことで、距離分解能を向上させることができる。nが離散値となることは明確であるので、ここではSWW処理として周波数ステップNの離散逆フーリエ変換;IDFTによるSWW処理を行うと次式のようになる。ただし、IDFTを行うサンプル点は一般化のためNr個とした。
3.7 SWS Processing of LFS Method by Discrete Inverse Fourier Transform By performing SWW processing for the frequency step n direction with respect to Equation [83], the distance resolution can be improved. Since it is clear that n is a discrete value, here, when SWW processing by frequency step N as SWW processing and SWW processing by IDFT is performed, the following equation is obtained. However, the number of sample points for performing IDFT is Nr for generalization.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

但し、Nr≧N,k=0,1,・・・Nr―1
[数84]式にΣの項にnが存在するため、IDFT(k)の絶対値が最大となるときのk=kpは目標速度v=0であるならば、
However, Nr ≧ N, k = 0, 1,... Nr−1
Since n 2 exists in the term of Σ in the [Equation 84], if k = kp when the absolute value of IDFT (k) is the maximum is the target speed v = 0,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

として表すことができる。また、IDFT(k)はk=kPをピークとするsinc関数となることが分かる。さらに離散化単位c/{2Nr・(B/N)}を用いることで、推定目標距離Rcalは、 Can be expressed as It can also be seen that IDFT (k) is a sinc function having a peak at k = kP. Further, by using the discretization unit c / {2Nr · (B / N)}, the estimated target distance R cal is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

として与えられる。
しかし目標速v≠0のとき、すなわちドップラシフトが存在する中ではΣの項に未知数である目標距離Rと目標速度vが同時に存在することになるため、IDFT(k)の絶対
値が最大となるk=kPを求め、[数85]式よりRcalを導出しても、それは正しい目標距離Rに対応しない。このことを解決するためには、LFS法によるSWW以前に目標速度vをドップラシフトにより計測し、既知としておく必要がある。これは先に述べたとおり、LFSシーケンスを繰り返すことで同一周波数によるパルス列をフーリエ変換することで導出できる。この速度検出については、多周波ステップICWレーダの項目にて記述する。
As given.
However, when the target speed v ≠ 0, that is, while the Doppler shift is present, the target distance R and the target speed v, which are unknowns, exist simultaneously in the term of Σ, so the absolute value of IDFT (k) is the maximum. If k = kP is obtained and R cal is derived from the equation [85], it does not correspond to the correct target distance R. In order to solve this, it is necessary to measure the target speed v by Doppler shift and make it known before SWW by the LFS method. As described above, this can be derived by Fourier transforming a pulse train having the same frequency by repeating the LFS sequence. This speed detection is described in the item of multi-frequency step ICW radar.

以上を踏まえて、LFSは必要な受信機周波数帯域幅が小さい特長を持つ半面、距離アンビギュイティ(グレーティングローブ)が発生する点、ドップラシフトによる悪影響を克服するために、位相補償を行う必要性があるという点を克服しなければならない。   Based on the above, LFS has the feature that the required receiver frequency bandwidth is small, the point that distance ambiguity (grating lobe) occurs, the need to perform phase compensation to overcome the adverse effects of Doppler shift You have to overcome that.

3.8 2周波CWレーダ
2周波CWレーダは、LFS法の送信パルスを連続波とし、さらに周波数ステップ数N=2としたもので、極めて狭い周波数占有帯域で目標の距離・速度検出が可能なレーダ方式である。2周波CW方式では図40に示すように、送信周波数f1と少しだけ周波数が離れた周波数f2のCW波をそれぞれ時間TPRI(総観測時間は2)の間、時分割にて連続波として送信する。
3.8 Two-frequency CW radar The two-frequency CW radar uses a LFS transmission pulse as a continuous wave and a frequency step number N = 2, and can detect the target distance and speed in a very narrow frequency occupation band. Radar system. In the two-frequency CW system, as shown in FIG. 40, a CW wave having a frequency f2 that is slightly separated from the transmission frequency f1 is transmitted as a continuous wave in a time division manner during the time T PRI (total observation time is 2). To do.

受信系では送信周波数fの区間は周波数f,周波数fの区間は周波数fのローカル信号でミキシングする。ミキシング後の出力信号は、送信周波数f,fの差が僅少であるため、それぞれ、 Section of the transmission frequency f 1 in the receiving system is frequency f 1, section of the frequency f 2 is mixed with the local signal of frequency f 2. The output signal after mixing has a small difference between the transmission frequencies f 1 and f 2 .

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。すなわち同じ目標からの受信信号は送信周波数fとfの両区間で同じドップラ周波数として観測される。このときの目標との相対速度vは、 It becomes. That is, the received signals from the same target are observed as the same Doppler frequency in both sections of the transmission frequencies f 1 and f 2 . The relative speed v with the target at this time is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。周波数f,fの各区間でのサンプリングデータをそれぞれフーリエ変換(一般的にFFT(Fast Fourier Transform)が用いられる)し、フーリエ変換出力|F(n,k)|(変数nは周波数f,fを、k(=0,1・・M−1)はフーリエ変換の周波数チャンネル番号を表す)の値がピークとなる周波数(周波数チャンネル番号k)から前記ドップラ周波数(すなわち目標相対速度v)が、また目標距離はその周波数成分の位相差Δψ=ψ2−ψを用いて、 It becomes. The sampling data in each section of the frequencies f 1 and f 2 are Fourier transformed (FFT (Fast Fourier Transform) is generally used), and the Fourier transform output | F (n, k) | (the variable n is the frequency f 1 , f 2 , and the Doppler frequency (that is, the target relative speed) from the frequency (frequency channel number k) at which the value of k (= 0, 1,... M−1) represents the frequency channel number of the Fourier transform becomes a peak. v), and the target distance is obtained by using the phase difference Δψ = ψ2-ψ of the frequency component,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

から求められる。このとき、距離アンビギュイティが発生しないためには、 It is requested from. At this time, in order not to generate distance ambiguity,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を満足する必要がある。
2周波CW方式では狭い周波数占有帯域で目標距離・相対速度が得られるが、等速([数87]式,[数88]式でfが同じ)の複数目標が存在する場合、ピーク周波数成分の位相差による測距法([数90]式)では誤作動が生じるという原理的な問題がある。なお、2周波CW方式でのフーリエ変換による速度分解能は、
Need to be satisfied.
Although the target distance and the relative velocity in a narrow frequency band occupied by the two-frequency CW method is obtained, a constant velocity ([number 87] where [Expression 88] where in f D are the same) if there are several targets of the peak frequency The distance measuring method using the phase difference of the components ([Expression 90]) has a principle problem that malfunction occurs. Note that the speed resolution by Fourier transform in the 2-frequency CW method is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

である。 It is.

3.9 多周波ステップICWレーダ
2周波CW方式を拡張し、課題である等速複数目標の距離計測を可能としたレーダ方式であり、LFS送受信シーケンスを構成する中で、以下の点に特徴をもつ。
(1)図41に示す送信周波数シーケンスを用いる。ここで、各ステップ周波数の送信波は観測時間Tc内でコヒーレントであるとする。一方、各周波数間の位相は任意である。(2)送信をパルス化し、受信は距離ゲート毎に処理する。
(3)FFTによる目標速度検出処理の出力を用いて1次元超分解能法にて目標距離推定を行う。
以下、多周波ステップICWレーダの基本となる送信周波数シーケンスについて説明し、2周波CW方式で問題となる等速複数目標の距離分離法を示す。
3.9 Multi-frequency step ICW radar This is a radar system that expands the dual-frequency CW system and enables distance measurement of the constant speed multiple targets, which is a problem, and has the following features in configuring the LFS transmission / reception sequence. Have.
(1) The transmission frequency sequence shown in FIG. 41 is used. Here, it is assumed that the transmission wave of each step frequency is coherent within the observation time Tc. On the other hand, the phase between each frequency is arbitrary. (2) Transmission is pulsed and reception is processed for each distance gate.
(3) The target distance is estimated by the one-dimensional super-resolution method using the output of the target speed detection process by FFT.
In the following, a transmission frequency sequence that is the basis of a multi-frequency step ICW radar will be described, and a constant-speed multi-target distance separation method that is a problem in the 2-frequency CW system will be described.

3.10 多周波ステップICWの送受信シーケンス
多周波ステップICW方式の送受信シーケンスを図41に示す。
パルス化したレーダにおいて距離アンビギュイティが発生しないために、一つの送信パルスから次の送信パルスまで(パルス繰り返し時間TPRI:Pulse Repetition Interval)に電波が往復するという条件から、
3.10 Multi-frequency step ICW transmission / reception sequence A multi-frequency step ICW transmission / reception sequence is shown in FIG.
Since no distance ambiguity occurs in the pulsed radar, from the condition that the radio wave reciprocates from one transmission pulse to the next transmission pulse (pulse repetition time T PRI : Pulse Repetition Interval),

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を満足する必要がある。ここでRmaxをレーダに要求される最大インストルメント距離と呼ぶ。一方、要求される速度分解能をδVとすれば、[数92]式から必要な観測時間Tは、 Need to be satisfied. Here, R max is called the maximum instrument distance required for the radar. On the other hand, if the required speed resolution is δV, the required observation time T c from the equation [92] is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。ここで、λは送信信号の波長であり、2周波CW方式と同様にλ≡λ=c/f(n=0,1,・・・,N−1)が成り立つものとする。観測時間T内の総パルス数をNとすると、 It becomes. Here, λ is the wavelength of the transmission signal, and it is assumed that λ≡λ n = c / f n (n = 0, 1,..., N−1) as in the two-frequency CW system. If the total number of pulses within the observation time T c is N 0 ,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。次に、レーダに要求される速度視野を±Vmaxとすると、 It becomes. Next, assuming that the speed field of view required for the radar is ± V max ,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を満足することが必要である。ここでMは要求速度視野を得るために必要な観測時間T内のデータサンプル数である。このとき、レーダに要求される最大インストルメント距離,速度分解能,速度視野によってはN0>Mとすることができる。このときT(≡T/M)>TPRIでありその比を正数値Nとすると、 It is necessary to satisfy Here, M is the number of data samples within the observation time Tc necessary to obtain the required velocity field of view. At this time, N0> M can be satisfied depending on the maximum instrument distance, speed resolution, and speed field required for the radar. At this time, when T s (≡T c / M)> T PRI and the ratio is a positive value N,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

とすることができる。この場合には、図41の送信周波数シーケンスを採用することができる。比較的近距離を対象とした車載レーダなどではこれら条件を満足させることができるために、速度分解能を低下させることなく、かつ一つの観測区間Tのみにて多周波CW波の送信が可能である。正数値Nとして選択可能な上限は、要求される最大インストルメント距離Rmaxと最大速度視野Vmaxに依存しており、 It can be. In this case, the transmission frequency sequence of FIG. 41 can be employed. In-vehicle radars targeting relatively short distances can satisfy these conditions, so multi-frequency CW waves can be transmitted only in one observation section Tc without reducing the speed resolution. is there. The upper limit that can be selected as a positive value N depends on the required maximum instrument distance R max and the maximum speed field of view V max ,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。 It becomes.

3.11 多周波ステップICW方式における等速複数目標の距離分離法
図41に示した送信周波数シーケンスを用いた多周波ステップICW方式による等速複数目標の距離分離法について説明する。図42に構成ブロック図を示す。
ステップ周波数を出力する発振器61の出力をアップコンバータ62に供給し、高周波スイッチ63とサーキュレータ64を介して、送受信アンテナ65から送信させる。送受信アンテナ65での受信信号は、サーキュレータ64を介して、ダウンコンバータ66に供給して周波数変換し、その周波数変換された信号を、フーリエ変換部67と周波数スムージング部68を介して検出部69に供給する。
図42において発振器61は、観測時間T内でコヒーレント(観測時間内で位相が一定)なCW波f(n=0,1,・・・,N−1)を発生する機能を有し、それらを図41に示すタイミングでTPRI毎に逐次切替え出力する。高周波スイッチ63では、発振器61からの送信波をパルス化(パルス幅T)する。パルス化された送信波はサーキュレータ64を経由して送受信アンテナ65から空間に放射される。
3.11 Constant Speed Multiple Target Distance Separation Method in Multifrequency Step ICW System A constant speed multiple target distance separation method using the transmission frequency sequence shown in FIG. 41 will be described. FIG. 42 shows a configuration block diagram.
The output of the oscillator 61 that outputs the step frequency is supplied to the up-converter 62 and transmitted from the transmission / reception antenna 65 via the high-frequency switch 63 and the circulator 64. A signal received by the transmission / reception antenna 65 is supplied to the down converter 66 via the circulator 64 and subjected to frequency conversion, and the frequency-converted signal is supplied to the detection unit 69 via the Fourier transform unit 67 and the frequency smoothing unit 68. Supply.
42, the oscillator 61 has a function of generating a CW wave f n (n = 0, 1,..., N−1) that is coherent (the phase is constant within the observation time) within the observation time T c . These are sequentially switched and output for each T PRI at the timing shown in FIG. In the high frequency switch 63, the transmission wave from the oscillator 61 is pulsed (pulse width Tw ). The pulsed transmission wave is radiated from the transmitting / receiving antenna 65 to the space via the circulator 64.

多周波ステップICW方式での計測信号モデルを説明する。簡単のためパルス化していない状況における送受信信号について考え、同様に簡単のために振幅値を1とすると送信波は、   A measurement signal model in the multi-frequency step ICW method will be described. For simplicity, consider a transmission / reception signal in a non-pulsed situation. Similarly, if the amplitude value is 1 for simplicity, the transmission wave is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

と示される。φはステップ周波数毎の任意の位相である。目標にあたり反射した送信波は、目標までの往復時間に相当する時間遅延τの後、受信波として送受信アンテナに入射する。このとき、受信波は、 It is shown. φ n is an arbitrary phase for each step frequency. The transmission wave reflected on the target enters the transmission / reception antenna as a reception wave after a time delay τ corresponding to the round trip time to the target. At this time, the received wave is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。ここでも簡単のため振幅を1としている。ここでλn(≡c/f)とすると、fdn(=2v/λ)はドップラ周波数,cは光速,Rは時刻t=0での目標距離である。
この受信波は、サーキュレータを経由して、ダウンコンバータにて、発振器61からの送信信号とミキシングされ、目標が含まれる距離ゲート番号(すなわち時間遅延τ)での観測信号として、
It becomes. Here, the amplitude is set to 1 for simplicity. Here, if λn (≡c / f n ), f dn (= 2v / λ n ) is the Doppler frequency, c is the speed of light, and R is the target distance at time t = 0.
This received wave is mixed with the transmission signal from the oscillator 61 by the down converter via the circulator, and as an observation signal at the distance gate number (that is, the time delay τ) including the target,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

が得られる。ここで2周波CW方式と同様に、送信周波数に対し各周波数ステップでの周波数の差Δfは十分小さく、各周波数ステップでのドップラ周波数は等しいとしている。 Is obtained. Here, similarly to the two-frequency CW system, the difference Δf in frequency at each frequency step is sufficiently small with respect to the transmission frequency, and the Doppler frequency at each frequency step is equal.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

次に、送信をパルス化したときの計測信号モデルを考える。パルス繰り返し番号をm(=0,・・・,M−1)とすると、時間遅延τに相当する距離ゲートの実時間tm,nは、 Next, consider a measurement signal model when transmission is pulsed. If the pulse repetition number is m (= 0,..., M−1), the real time t m, n of the distance gate corresponding to the time delay τ is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

であり、[数100]式からその距離ゲートに目標が含まれるときの計測信号モデルは、 And the measurement signal model when the target is included in the distance gate from the equation [100] is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

と書かれる。同一距離ゲート内に複数目標が存在するときには、計測信号は[数104]式の線形和として書き表すことができる。 It is written. When there are a plurality of targets within the same distance gate, the measurement signal can be written as a linear sum of [Equation 104].

[数104]式から分かるように、m方向サンプリング信号の周波数から目標相対速度が得られ、n方向サンプリング信号の周波数は目標距離と相対速度の関数となることが分かる。[数104]式で示される計測信号に対し、2次元周波数分析手法として2次元MUSIC,2次元ESPRIT/2次元ユニタリESPRIT,Caponなどの超分解能法を適用することができる。
しかし前記したように多周波ステップICW方式は、周波数ステップ番号nを固定したm方向サンプリング信号のフーリエ変換によりレーダに要求される所望の速度分解能と最大速度視野が得られる送信周波数シーケンスを用いることを特徴としている。これにより,フーリエ変換の分解能を超える距離分離を行なうために、2次元超分解能法を適用する方法に比べ計算量を小さくすることを可能としている。以下、信号処理構成を説明する。
As can be seen from the equation (104), the target relative speed is obtained from the frequency of the m-direction sampling signal, and the frequency of the n-direction sampling signal is a function of the target distance and the relative speed. A super-resolution method such as two-dimensional MUSIC, two-dimensional ESPRIT / two-dimensional unitary ESPRIT, or Capon can be applied as a two-dimensional frequency analysis method to the measurement signal represented by the formula [104].
However, as described above, the multi-frequency step ICW method uses a transmission frequency sequence that provides a desired velocity resolution and maximum velocity field required by the radar by Fourier transform of the m-direction sampling signal with a fixed frequency step number n. It is a feature. As a result, in order to perform distance separation exceeding the resolution of Fourier transform, it is possible to reduce the amount of calculation compared to a method using the two-dimensional super-resolution method. Hereinafter, the signal processing configuration will be described.

1)目標相対速度検出処理(Target velocity detection)
まず各nに対するm方向のサンプリング信号をフーリエ変換することで、所望の速度分解能と速度視野を確保した目標相対速度検出を行う。
すなわち、目標速度検出処理では各距離ゲート毎に計測信号([数104]式)を各nに対して下式に示すm方向のフーリエ変換処理を行う。
1) Target relative velocity detection processing (Target velocity detection)
First, the target relative speed detection with a desired speed resolution and speed field of view is performed by Fourier-transforming the sampling signal in the m direction for each n.
In other words, in the target speed detection process, a Fourier transform process in the m direction shown in the following expression is performed on each n with a measurement signal (formula 104) for each distance gate.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ここで、k(=0,1,・・・,M−1)は周波数チャンネル番号である。[数104]式を[数105]式に代入した後の振幅値|F(n,k)|は,各周波数ステップnにおいて周波数チャンネル番号、 Here, k (= 0, 1,..., M−1) is a frequency channel number. The amplitude value | F (n, k) | after substituting the [Equation 104] into the [Equation 105] is the frequency channel number at each frequency step n,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ではコヒーレント積分となりピークが得られる。
このように、[数105]式の出力振幅がピークとなる周波数チャンネル番号kpeakを検出することで、目標ドップラ周波数が得られる。検出した番号kpeakから目標相対速度Vは、
In coherent integration, a peak is obtained.
In this way, the target Doppler frequency is obtained by detecting the frequency channel number k peak at which the output amplitude of the formula [105] reaches its peak. From the detected number kpeak , the target relative speed V is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

から得られる。また、kpeakとなる周波数チャンネル出力は、 Obtained from. Also, the frequency channel output at k peak is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。
なお、同じ距離ゲート内に複数の目標が存在する場合、[数104]式の線形和で表されるが、位相関係によってはフェージングが発生する。そこでこの問題を緩和するために、例えば各kに対し各周波数ステップnのフーリエ変換出力チャンネルの絶対値の和を取り、
It becomes.
When there are a plurality of targets within the same distance gate, it is expressed by a linear sum of the formula [104], but fading occurs depending on the phase relationship. In order to alleviate this problem, for example, for each k, the sum of the absolute values of the Fourier transform output channels at each frequency step n is taken,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を検出しきい値処理のための入力値とする。
図42に構成を示した多周波ステップICW方式では、追尾フィルタなどからの情報により、同じ距離ゲート内にフーリエ変換([数105]式)による速度分解能以下の速度差の複数目標が存在しないと判断される場合には、通常の2周波CW方式に基づき連続する二つの周波数ステップ(nとn+1)における検出周波数チャンネルkpeakの位相差から目標距離を求められる。すなわち、F(n,kpeak)を各周波数ステップの時間差に依存した検出周波数チャンネルの位相差を補正した。
Is an input value for detection threshold processing.
In the multi-frequency step ICW system having the configuration shown in FIG. 42, if there are a plurality of speed difference targets below the speed resolution by Fourier transform (Equation 105) in the same distance gate, based on information from the tracking filter or the like. When the determination is made, the target distance is obtained from the phase difference of the detection frequency channel k peak in two consecutive frequency steps (n and n + 1) based on the normal two-frequency CW method. That is, the phase difference of the detection frequency channel depending on the time difference of each frequency step was corrected for F (n, k peak ).

Figure 0005704552
Figure 0005704552

の位相ψ(n,kpeak)を求め、その位相差あるいは位相差の平均 The phase ψ (n, k peak ) of the phase and the phase difference or the average of the phase differences

Figure 0005704552
Figure 0005704552

から目標距離を求めることができる。 The target distance can be obtained from

2)目標距離検出処理;周波数平均(Frequency smoothing)
多周波ステップICWでは超分解能法を用いた目標距離検出処理を適用する。すなわちある距離ゲートで、[数109]式のしきい値処理にて周波数チャンネルkpeakがしきい値を超え目標検出が発生した場合、この距離ゲート幅と検出相対速度([数107]式)を中心とした速度分解能内に、事前情報(追尾フィルタ情報,他センサ情報など)から複数目標が存在する可能性が少しでも存在するときには、以下に示す目標相対速度検出処理でのフーリエ変換出力を用いた目標距離検出処理を適用する。
2) Target distance detection processing; Frequency averaging (Frequency smoothing)
In multi-frequency step ICW, target distance detection processing using super-resolution method is applied. In other words, when the frequency channel k peak exceeds the threshold value and target detection occurs in the threshold processing of the formula [109] at a certain distance gate, the distance gate width and the detected relative speed (the formula 107) If there is any possibility that multiple targets exist from the prior information (tracking filter information, other sensor information, etc.) within the velocity resolution centered on, the Fourier transform output in the target relative velocity detection process shown below is The target distance detection process used is applied.

まず、多重波環境で超分解能法を用いる前処理として、相関行列のランクを回復させるために周波数平均を行うことが必要である。目標間の速度差は任意連続量であるため、周波数平均の入力は、フーリエ変換出力でのピーク周波数番号kpeakチャンネルに限定せず本例では周波数番号kpeakとその前後±1チャンネルの合計3チャンネルのデータベクトルを用いることとする。これらデータベクトルを列ベクトルとする行列Fに対し、列方向(n方向)のNs行からなるサブ行列として、 First, as a pre-processing using the super-resolution method in a multi-wave environment, it is necessary to perform frequency averaging in order to restore the correlation matrix rank. Since the speed difference between the target is arbitrary continuous quantity, the input of the frequency average, frequency number k peak and its longitudinal ± 1 total channel 3 in this example without limiting the peak frequency number k peak channels on the Fourier transform output A channel data vector is used. As a sub-matrix composed of Ns rows in the column direction (n direction) with respect to the matrix F having these data vectors as column vectors,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を定義する。但し、q=0,・・・,N−Nsである。ここで、submatrix[X;n=a,b,k=c,d]は、行列Xのa行からb行,c列からd列までの部分行列を表す。周波数平均とは、このサブ行列Fqの部分相関行列の平均処理にて下記の相関行列Rを求める処理である。 Define However, q = 0,..., N−Ns. Here, submatrix [X; n = a, b, k = c, d] represents a submatrix of the matrix X from a row to b row and from c column to d column. The frequency average is a process for obtaining the following correlation matrix R by the average process of the partial correlation matrix of the sub-matrix Fq.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ここで、Hは行列の複素転置、<*>はqに関する平均操作を示す。 Here, H is a complex transpose of a matrix, and <*> is an average operation with respect to q.

3)目標距離検出処理;超分解能距離推定(Super resolution range detection)
超分解能法の一例としてMUSIC(MUltiple SIgnal Classification)法を採用した時の距離推定法を説明する。周波数ステップ幅Δfを等間隔に限定した場合、より計算量の小さいESPRITを採用することも可能である。
MUSIC法では、周波数平均後の相関行列R([数113]式)の固有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−L)からなる雑音空間
E=[e,・・・eNs−L]を求める。ここで、Lは信号数であり、例えば雑音の固有値より大きな固有値の数から得られる。
次に、MUSIC法にて目標距離を探索するためのステアリングベクトルa(R)として[数108]式から、
3) Target distance detection processing; Super resolution range estimation
A distance estimation method when the MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) method is adopted as an example of the super-resolution method will be described. When the frequency step width Δf is limited to an equal interval, it is possible to employ ESPRIT with a smaller calculation amount.
In the MUSIC method, the eigen-expansion of the correlation matrix R (equation 113) after frequency averaging is performed, and the noise space E = [consisting of eigenvectors eα (α = 1,... Ns−L) corresponding to the eigenvalues of noise. e 1 ,... e Ns−L ]. Here, L is the number of signals, and is obtained from the number of eigenvalues larger than the eigenvalue of noise, for example.
Next, as a steering vector a (R) for searching for a target distance by the MUSIC method,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を用いる。ここで、kpeakは目標速度検出処理により得られた周波数チャンネル番号であり[数114]式では既知量として取り扱うことができる。よって、ステアリングベクトルa(R)に含まれる未知数は推定対象である距離Rのみである。MUSIC法ではこのステアリングベクトルa(R)と前記雑音空間Eを用いて、 Is used. Here, k peak is a frequency channel number obtained by the target speed detection process, and can be handled as a known amount in the equation [114]. Therefore, the unknown quantity included in the steering vector a (R) is only the distance R to be estimated. In the MUSIC method, using this steering vector a (R) and the noise space E,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を評価関数として、着目する距離ゲート内でピークが得られる距離Rを目標距離推定値とする。等速の目標が複数個存在する場合には、[数115]式の評価関数に複数のピークが観測される。それらピークが得られる距離Rを距離推定値Rとする。
以上説明した多周波ステップICW方式では、一回の観測時間Tのみの計測時間で等速多目標環境における目標距離・速度計測が可能であり、検出した各目標相対速度に対して距離を求めているために、検出周波数のペアリング誤作動も回避可能である。
Is the evaluation function, and the distance R at which the peak is obtained within the target distance gate is set as the target distance estimated value. When there are a plurality of constant velocity targets, a plurality of peaks are observed in the evaluation function of the formula [115]. The distance R at which these peaks are obtained is defined as a distance estimated value R.
With the multi-frequency step ICW method described above, it is possible to measure the target distance and speed in the constant-speed multi-target environment with the measurement time of only one observation time Tc , and obtain the distance for each detected target relative speed. Therefore, it is possible to avoid a malfunction in pairing of the detection frequency.

4.第2の実施の形態の説明
4.1 相補符号化帯域合成法の概要
本実施の形態は、既存技術として述べたLFS法におけるパルスを、先に説明にて示したCPC符号にて位相符号変調にてパルス圧縮する手法である。本実施の形態では、これを相補符号化帯域合成法と述べる。
4). 4. Description of Second Embodiment 4.1 Outline of Complementary Coding Band Synthesis Method In this embodiment, the pulse in the LFS method described as the existing technology is phase code modulated by the CPC code described above. This is a technique of pulse compression at In the present embodiment, this is referred to as a complementary coding band synthesis method.

CPCの特徴として、サイドローブの完全な相殺が可能なことから、パルスの距離ゲーティングよって測定目標外の反射波の信号レベルが流入することを抑止することが可能である。これはSWWにおける処理としてIFFTにて行うものがHybrid−CFSとして提示されている。さらにはSWWにて用いる超分解能法のひとつであるMUSICを用いた、相補多周波ステップのSWWにて距離分解能能力をさらに高めることを期待することができる。
ここで説明する本実施の形態の相補符号化帯域合成法は次の2つである。
・相補符号化帯域合法 その1 ハイブリッドCFS(CPC+LFS+IFFT)
その2 相補多周波ステップCW(CPC+LFS+MUSIC)
As a characteristic of the CPC, since the side lobes can be completely canceled, it is possible to suppress the inflow of the signal level of the reflected wave outside the measurement target by pulse distance gating. In this case, what is performed by IFFT as processing in SWW is presented as Hybrid-CFS. Furthermore, it can be expected that the distance resolution capability is further enhanced by a complementary multi-frequency step SWW using MUSIC, which is one of the super-resolution methods used in SWW.
There are the following two complementary coding band synthesis methods of the present embodiment described here.
・ Complementary coding band law 1 Hybrid CFS (CPC + LFS + IFFT)
2 Complementary multi-frequency step CW (CPC + LFS + MUSIC)

本実施の形態では、CPCとLFS法による組み合わせのため、異なる2つの相補符号の配置を考えると、以下の2つに対してのパルス配置方法を想定している。
(1)周波数軸方向に対する異符号の配置
(2)時間軸方向に対する異符号の配置
In the present embodiment, because of the combination of the CPC and LFS methods, considering the arrangement of two different complementary codes, the following two pulse arrangement methods are assumed.
(1) Arrangement of different signs in the frequency axis direction (2) Arrangement of different signs in the time axis direction

さらに、それぞれについて異なる搬送波周波数、異なる受信時間についてのパルスを得ることになるので、位相補正の必要性が存在することも考慮しなければならない。   Furthermore, it must be taken into account that there is a need for phase correction, since each will have a pulse for a different carrier frequency and different reception time.

4.2 相補符号化帯域合成法の送受信シーケンス
相補符号化帯域合成法として送受信シーケンスを考えると大きく分けて、先の(1)、(2)が考えられるが、異符号からなるパルスの配置方法は無線通信における符号変調マッピングに代表されるように、様々な手法が適用可能である。その中で本実施の形態では、相補符号化帯域合成法とするにあたり、時間軸シフトの影響に対する位相補償、ドップラシフトの影響に対する位相補償、そして目標位置が0〜約200mに存在するという車載レーダとして応用を考慮し、以下に挙げる4つの送受信シーケンスとした例を説明する。
4.2 Transmission / reception sequence of complementary coding band synthesis method Considering transmission / reception sequence as complementary coding band synthesis method, the above-mentioned (1) and (2) can be broadly considered. As represented by code modulation mapping in wireless communication, various methods can be applied. Among them, in this embodiment, in the complementary coding band synthesis method, the on-vehicle radar in which the phase compensation for the influence of the time axis shift, the phase compensation for the influence of the Doppler shift, and the target position exists at 0 to about 200 m. Taking the application into consideration, an example using the following four transmission / reception sequences will be described.

(1)周波数軸に対して異なる符号を割りつける手法
(1)の1 周波数軸による分離 ケース1
図43に示した送受信シーケンスは、LFSとしてNステップ存在する周波数軸f方向に対して、交互に相補となる符号の異なるCPC変調波を送受信する方法である。f2nとf2n+1(ただしn=0,1,・・・N/2−1)をペアとして加算を行うことでCPCのパルス圧縮時のサイドローブの相殺を可能とする。
ex)fとfをペアとして加算、fとfをペアとして加算(以下同様)
したがって、多周波ステップICWと比較し、相補の符号の加算後において周波数軸方向のパルス数Nは1/2となる。
(1) Method (1) of assigning different codes to the frequency axis Separation by frequency axis Case 1
The transmission / reception sequence shown in FIG. 43 is a method of transmitting / receiving CPC modulated waves having different codes that are alternately complementary to the frequency axis fn direction where N steps exist as LFS. By adding f 2n and f 2n + 1 (where n = 0, 1,... N / 2-1) as a pair, the side lobes can be canceled during CPC pulse compression.
ex) adds f 1 and f 2 as a pair, adds f 3 and f 4 as a pair (hereinafter the same)
Therefore, compared with the multi-frequency step ICW, the number N of pulses in the frequency axis direction becomes 1/2 after the addition of complementary codes.

(1)の2 周波数軸による分離 ケース2
Nステップ存在する周波数軸f方向に対して交互に相補となる異なるCPC変調波を送受信するのは(1)の1 ケース1と同様である。ただし、fとfn+1(ただしn=0,1,・・・N−1)をペアとして加算を行うことでCPCのパルス圧縮時のサイドローブの相殺を可能とする。
ex)fとfをペアとして加算、fとfをペアとして加算(以下同様)
したがって、多周波ステップICWと比較し、相補の符号の加算後において周波数軸方向のパルス数NはN−1/Nとなる。
(2)時間軸に対して異なる符号を割りつける手法
(2)の1 時間軸による分離 ケース1
(1) -2 Separation by frequency axis Case 2
The transmission / reception of different CPC modulated waves that are alternately complementary to the direction of the frequency axis f n with N steps is the same as in case 1 of (1). However, the addition of f n and f n + 1 (where n = 0, 1,... N−1) as a pair makes it possible to cancel side lobes during CPC pulse compression.
ex) Add f 1 and f 2 as a pair, add f 2 and f 3 as a pair (the same applies hereinafter)
Therefore, compared with the multi-frequency step ICW, the number N of pulses in the frequency axis direction becomes N−1 / N after the addition of complementary codes.
(2) Method of assigning different codes to the time axis (2) Separation by 1 time axis Case 1

図44に示したように、時間軸tに対して、一定の時間遅延後に連続して相補となる異なるCPC変調波を送受信する方法である。
受信後、同一周波数にて隣り合った異なる相補符号をパルス圧縮後、位相補償を行い加算する。観測時間が多周波ステップICWと同一であるなら、相補の符号の加算後において時間軸におけるパルス数Mは多周波ステップICWと比較し1/2になる。
As shown in FIG. 44, this is a method of transmitting and receiving different CPC modulated waves that are successively complementary after a certain time delay with respect to the time axis t.
After reception, pulse compression is performed on different complementary codes adjacent at the same frequency, phase compensation is performed, and addition is performed. If the observation time is the same as the multi-frequency step ICW, the number of pulses M on the time axis after the addition of the complementary code is ½ compared to the multi-frequency step ICW.

(2)−2時間軸による分離 ケース2
図45に示したように、時間軸tに対して、同一符号においてN個の周波数ステップを掃引し、符号変調波を送受信する。その後、相補となる異なるCPC変調波を同様に周波数ステップさせ送受信する方法である。受信後、同一周波数にて隣り合った異なる相補符号をパルス圧縮後、位相補償を行い加算する。観測時間が多周波ステップICW同一であるなら、相補の符号の加算後において時間軸におけるパルス数Mは多周波ステップICWと比較し1/2になる。
(2) -2 Separation by time axis Case 2
As shown in FIG. 45, N frequency steps are swept in the same code with respect to the time axis t, and a code-modulated wave is transmitted and received. Thereafter, different CPC modulated waves that are complementary are similarly frequency stepped and transmitted / received. After reception, pulse compression is performed on different complementary codes adjacent at the same frequency, phase compensation is performed, and addition is performed. If the observation time is the same for the multi-frequency step ICW, the number of pulses M on the time axis after the addition of the complementary code is ½ compared to the multi-frequency step ICW.

4.3 第2の実施の形態で適用した相補符号化帯域合成法の送受信シーケンス
相補となる2つの符号を用いる以上、周波数ステップ方向パルス数N、観測時間方向のパルスMに対して、何らかの性能低下を許容せざるを得ない。
ここで、これらの周波数ステップ数N、観測時間方向のパルスMに対する影響を纏めると次のようになる。
4.3 Transmission / Reception Sequence of Complementary Coding Band Synthesis Method Applied in Second Embodiment As long as two complementary codes are used, some performance is obtained with respect to the number N of pulses in the frequency step direction and the pulse M in the observation time direction. It must be allowed to decline.
Here, the effects on the number N of frequency steps and the pulse M in the observation time direction are summarized as follows.

・周波数ステップ方向パルス数Nの減少
IDFTによる距離推定値は[数86]式に依存することから、距離分解能が低下する。さらに多周波ステップICWにてMUSICを用いる上で、同速度多目標分離可能数はN−Nに依存する([数112]式参照)ため、多目標分離性能、すなわちレーダの距離分解能が著しく低下する。
-Reduction in the number N of frequency step direction pulses Since the distance estimated value by the IDFT depends on the [Equation 86], the distance resolution decreases. Furthermore, when using MUSIC in the multi-frequency step ICW, the number of same-speed multi-target separables depends on N-N s (refer to [Equation 112]), so multi-target separation performance, that is, radar distance resolution is remarkably high. descend.

・観測時間方向パルス数Mの減少
速度分解能の低下に直結する([数94]式参照)。更に速度検出を相補となる異符号加算後に行った際にはTの増加により、最大速度探知性能も低下する。ただし、加算前に異符号間の絶対値を用いることで、これらを同一波形とすることができるために、同一周波数ステップでの異符号パルスを同符号パルスとみなしてFFT((2)の1のケース1については不等間隔サンプリングによる速度検出)を行えば最大速度探知性能を犠牲にすることはない。
-Decrease in the number M of pulses in the observation time direction This directly leads to a decrease in velocity resolution (see [Equation 94]). Moreover the increase of T s is the speed detected when performed after different signs added to the complementary, also decreases the maximum rate detection performance. However, by using absolute values between different codes before addition, these can be made to have the same waveform, so that different code pulses at the same frequency step are regarded as the same code pulses and FFT (1 in (2)). In case 1, the maximum speed detection performance is not sacrificed by performing speed detection by non-uniform sampling.

ここで、車載レーダとして用いることを考慮し、また、車載レーダとして一般的な76.5GHz帯を用いるとするならば、数msec〜十数msecの観測時間にて1km/h以上の速度分解能を得ることができる。このことを踏まえると、車載レーダとして運用する上ではこの観測時間の増加に対するペナルティは影響が小さいと考えることができる。さらに、車載レーダとして運用する上で、周波数ステップ方向パルス数Nの減少による同速度多目標分離性能低下は著しい性能低下となる。したがって、相補符号化帯域合成法として送受信シーケンスの設計として、(2)の手法を用い、観測時間方向パルス数Mの減少を観測時間の延長によって速度分解能の低下を防ぐ方法が、車載レーダとして最も適切である。   Here, considering that it is used as an in-vehicle radar, and if a general 76.5 GHz band is used as an in-vehicle radar, a speed resolution of 1 km / h or more is obtained in an observation time of several msec to several tens of msec. Can be obtained. Based on this, it can be considered that the penalty for the increase in observation time has little effect on the operation as an on-vehicle radar. Furthermore, when operating as an on-vehicle radar, a decrease in the same speed multi-target separation performance due to a decrease in the number N of frequency step direction pulses is a significant performance decrease. Therefore, as a complementary coding band synthesis method, the method of (2) is used as a transmission / reception sequence design, and the method of preventing the decrease in the speed resolution by extending the observation time by reducing the number M of observation time direction pulses is the most in-vehicle radar. Is appropriate.

次に、(2)の1と(2)の2の相違点について説明する。この2つにおいて最も違う点は、加算する信号同士の時間遅延の差である。相補となる2つの信号の加算を行う前にそれぞれに対して位相補償を行うが、CPCのサイドローブの打ち消しは完全な位相補償が行われたときであることを考慮すると、位相補償に対する誤差が少ないものが適切である。さらに、実際の車載レーダとして運用する上でのマルチパス波やクラッタ等を考慮すれば、時間遅延が少ないものが信号検出も容易であり、補正誤差も小さくなる。このため、時間軸に対する遅延が少ない2の(1)の手法がCPCを用いる上でより適切な送受信シーケンスである。   Next, the difference between 1 in (2) and 2 in (2) will be described. The most different point between the two is the difference in time delay between signals to be added. Phase compensation is performed on each of the two signals before adding the two complementary signals. However, considering that the CPC side lobe cancellation is performed when complete phase compensation is performed, there is an error in phase compensation. Less is appropriate. Further, when considering multipath waves, clutter, etc. when operating as an actual in-vehicle radar, a signal with a small time delay is easy to detect a signal and a correction error is small. For this reason, the method (2) (2) with a small delay with respect to the time axis is a more appropriate transmission / reception sequence when using CPC.

4.4 相補符号化帯域合成法による目標速度・目標距離導出
ここで、改めて2の(1)の図44による手法の送受信シーケンスの詳細を図46に示す。
4.4 Derivation of Target Speed / Target Distance by Complementary Coding Band Combining Method Here, FIG. 46 shows details of the transmission / reception sequence of the method of FIG.

本実施の形態の相補符号化帯域合成法では、相補符号を用いて位相変調を行った相補符号パルスを等間隔LFSとして搬送波を周波数のステップで送信し、測定目標反射パルスを受信する。受信波を各周波数ステップでベースバンドに周波数変換し複素IQ検波を行う。その後に、A/D変換を行い、1PRI内サンプリング信号を得る。このサンプリング信号を用いて、相補符号のパルス圧縮処理(自己相関処理)を行う。その結果として、信号を得る。この信号を用いた相補多周波ステップICWの信号処理系統図を図47に示す。信号は図46に示すように、4つの変数(ss,α,n,m)で記述される。
図47について説明すると、受信アンテナ71で得た受信信号は、LFS検波部72で検波される。このLFS検波部72は、発振器72aと、ミキサ72bと、バンドパスフィルタ72cとを備える。バンドパスフィルタ72cの出力は、複素IQ検波部73に供給する。複素IQ検波部73は、発振器73aと、ミキサ73bと、位相シフタ73cと、ミキサ73dと、ローパスフィルタ73eと、73fローパスフィルタとを備えて、2つの受信信号成分が得られ、相関処理部74に供給する。相関処理部74では、アナログ/デジタル変換器74a及び74cでデジタル変換し、マッチドフィルタ74b及び74dで相関が検出されて、その検出信号が、受信波パルス処理部75に供給される。受信波パルス処理部75でパルス圧縮される。
4つの変数は以下の通りである。
In the complementary coding band synthesizing method according to the present embodiment, a complementary code pulse that is phase-modulated by using a complementary code is transmitted at equal frequency LFS at a frequency step, and a measurement target reflected pulse is received. The received wave is converted to baseband at each frequency step to perform complex IQ detection. Thereafter, A / D conversion is performed to obtain a sampling signal within 1 PRI. Using this sampling signal, complementary code pulse compression processing (autocorrelation processing) is performed. As a result, a signal is obtained. FIG. 47 shows a signal processing system diagram of the complementary multi-frequency step ICW using this signal. As shown in FIG. 46, the signal is described by four variables (ss, α, n, m).
Referring to FIG. 47, the reception signal obtained by the reception antenna 71 is detected by the LFS detection unit 72. The LFS detection unit 72 includes an oscillator 72a, a mixer 72b, and a bandpass filter 72c. The output of the band pass filter 72 c is supplied to the complex IQ detection unit 73. The complex IQ detection unit 73 includes an oscillator 73a, a mixer 73b, a phase shifter 73c, a mixer 73d, a low-pass filter 73e, and a 73f low-pass filter to obtain two received signal components, and a correlation processing unit 74. To supply. In the correlation processing unit 74, digital conversion is performed by the analog / digital converters 74 a and 74 c, the correlation is detected by the matched filters 74 b and 74 d, and the detection signal is supplied to the received wave pulse processing unit 75. The received wave pulse processing unit 75 performs pulse compression.
The four variables are as follows:

M:時間軸上の「各符号の」パルス数。ただし、相補符号を用いるのであれば2種のパルスが存在するので、1つの周波数に対する全パルス数は2M個となる。
N:周波数ステップ数。
α:相補符号を識別する値。相補となる符号の種類は2種なので、0または1をとる。
SS:1TPRI内サンプリング数。
M: Number of pulses “of each sign” on the time axis. However, if complementary codes are used, there are two types of pulses, so the total number of pulses for one frequency is 2M.
N: Number of frequency steps.
α: A value that identifies a complementary code. Since there are two types of complementary codes, 0 or 1 is taken.
SS: Number of sampling in TPRI .

変数N,Mについては相補符号化しない、多周波ステップICWと同様であり、今回新たに導入を行ったものはαとSSである。特に1TPRI内のサンプリングによる変数は、CPCによる位相符号化と相補となる符号間の加算による完全なサイドローブ相殺を目指すためには、パルス圧縮におけるサイドローブに対しても位相補償を行わなければならないのは必須であるがゆえ、設定を行った。もし、標準の多周波ステップICWや、位相変調を行う際にP4符号のような1つの符号に対してのみのパルス圧縮波を用いるのであれば、パルス波の利得に対してある一定の閾値をとり、パルスピークにのみ位相補償を行うようにすれば十分である。
次に、多周波ステップICW方式での計測信号モデルを説明するが、基本構成は多周波ステップICWに準じる。
The variables N and M are the same as those in the multi-frequency step ICW without complementary encoding, and α and SS are newly introduced this time. In particular, in order to achieve complete sidelobe cancellation by adding a code complementary to the phase encoding by CPC, the variable due to sampling within 1 TPRI must also perform phase compensation for the sidelobe in pulse compression. Since it is essential that it does not become, it was set. If a pulse compression wave is used only for one code such as a standard multi-frequency step ICW or P4 code when performing phase modulation, a certain threshold is set for the gain of the pulse wave. However, it is sufficient to perform phase compensation only on the pulse peak.
Next, a measurement signal model in the multi-frequency step ICW method will be described. The basic configuration conforms to the multi-frequency step ICW.

4.5 相補符号化帯域合成法の受信波パルスの導出
相補符号化帯域合成法における受信波パルス導出までを数式により解析する。
まず、送信波を考える。簡単のために振幅を1として送信搬送波全体を考えれば、多周波ステップICWにおける[数90]式と同様に、
4.5 Derivation of Received Wave Pulse in Complementary Coded Band Synthesis Method Analyzing the received wave pulse in the complementary coded band synthesis method using mathematical formulas.
First, consider the transmitted wave. For the sake of simplicity, considering the entire transmission carrier wave with an amplitude of 1, as in [Equation 90] in the multi-frequency step ICW,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

と書ける。φは変数nにおいて等しい任意の位相である。
目標にあたり反射した送信波は、目標までの往復時間に相当する時間遅延τの後、受信波として送受信アンテナに入射する。このときの受信波も同様に[数100]式から、
Can be written. φ n is any phase that is equal in the variable n.
The transmission wave reflected on the target enters the transmission / reception antenna as a reception wave after a time delay τ corresponding to the round trip time to the target. Similarly, the received wave at this time is derived from [Equation 100].

Figure 0005704552
Figure 0005704552

と示される。ここでも簡単のため振幅を1とした。ここでλ(≡c/f)とすると、fd,n(2V/λ)はドップラ周波数,cは光速,Rは時刻t=0での目標距離である。
この受信波は、ダウンコンバージョンされ、さらに発振器からの送信波f(n=0,1,・・・N−1とミキシングされ、目標が含まれる距離ゲート番号(すなわち時間遅延τ)での観測信号として、
It is shown. Here, the amplitude is set to 1 for simplicity. Here, if λ n (≡c / f n ), f d, n (2V / λ n ) is the Doppler frequency, c is the speed of light, and R is the target distance at time t = 0.
This received wave is down-converted and further mixed with a transmission wave f n (n = 0, 1,... N−1) from the oscillator and observed at a distance gate number (ie, time delay τ) including the target. As a signal

Figure 0005704552
Figure 0005704552

という信号を得る。Rは目標距離とする。この信号をA/D変換を行った後に送信信号との自己相関処理によるパルス圧縮を行うことで、距離ゲーティング毎のパルス信号が得られる。 I get the signal. R is a target distance. A pulse signal for each distance gating is obtained by performing A / D conversion on this signal and then performing pulse compression by autocorrelation processing with the transmission signal.

ところで、A/D変換によってこの信号の時間軸はサンプリング周期毎の離散値となるのは言うまでもないが、ここで改めて、先に述べたM,N,α,SSという4つパラメータを用いて、距離ゲーティングによる受信信号の時間tを表現すると、次の式で示される。   Incidentally, it goes without saying that the time axis of this signal becomes a discrete value for each sampling period by A / D conversion, but here again, using the four parameters M, N, α, and SS described above, The time t of the received signal by distance gating is expressed by the following equation.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ただしn=0,1,・・・N−1 m=0,1,・・・M−1 α=0,1 ss=0,1,・・・SS−1 Where n = 0, 1,... N-1 m = 0, 1,... M-1 α = 0, 1 ss = 0, 1,.

chipは、A/D変換機のサンプリング間隔の時間を表す。したがって、[数118]式に[数119]式を代入し、さらに、位相変調した送信パルスをPMcode(t)とするならば、[数118]式は、 T chip represents the sampling interval time of the A / D converter. Therefore, if the [Equation 119] equation is substituted into the [Equation 118] and the phase-modulated transmission pulse is PMcode (t), then the [Equation 118] is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

として表すことができる。ただし、送信周波数に対し各周波数ステップでの周波数fn(=f0+n・Δf)(n=0,1,・・・N−1)の差Δfは十分小さく、各周波数ステップでのドップラ周波数は等しいとしているため、 Can be expressed as However, the difference Δf of the frequency fn (= f0 + n · Δf) (n = 0, 1,... N−1) at each frequency step with respect to the transmission frequency is sufficiently small, and the Doppler frequency at each frequency step is equal. Because

Figure 0005704552
Figure 0005704552

として、各周波数ステップにおけるドップラ周波数をfという1つの値にしている。
さらに、目標が複数Γ個存在するのであれば、それぞれの目標で異なるR(距離成分)・f(速度成分)を持つ[数120]式のγ(γ=0,1,・・・Γ−1)に対する線形
和として観測されるので、最終的な観測波形モデルの式は、
As it has been the single value of the Doppler frequency at each frequency step f d.
Further, if there are a plurality of Γ targets, γ (γ = 0, 1,..., Γ in [Equation 120] having different R (distance component) · f d (velocity component) for each target. -1) is observed as a linear sum, the final observed waveform model equation is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

にて与えられることになる。 Will be given in

4.6 Hybrid−CFS法にておける目標速度推定と目標距離推定
次に[数122]式で得られたパルスの処理を、SWWにてIFFT(実際には離散点なのでIDFT)を用いるHybrid−CFS法にて処理し、目標速度と目標推定距離を導出する手順をブロック図で示す。
4.6 Target Speed Estimation and Target Distance Estimation in Hybrid-CFS Method Next, the pulse processing obtained by the equation [Formula 122] is processed by SWW using IFFT (in fact, it is a discrete point, IDFT). A procedure for processing by the CFS method and deriving a target speed and a target estimated distance is shown in a block diagram.

以下、図48を参照して、本実施の形態の送受信シーケンスにおけるHybrid−CFS法による信号処理を説明する。この信号処理系は、フーリエ変換部81と、位相補償部82と、加算処理部83と、逆フーリエ変換部84とを備える。   Hereinafter, with reference to FIG. 48, signal processing by the Hybrid-CFS method in the transmission / reception sequence of the present embodiment will be described. The signal processing system includes a Fourier transform unit 81, a phase compensation unit 82, an addition processing unit 83, and an inverse Fourier transform unit 84.

(i)FFT処理
フーリエ変換部81でのFFT処理を説明する。
多周波ステップICWと同様に目標相対速度検出処理としてm方向へFFTを行い、速度検出をする。本例の相補符号化帯域合成法では、各周波数ステップ,符号ごと、つまり、ある変数n,αごとにss−m平面を考え,m方向へFFTを行いパルスドップラ処理を行う。多周波ステップICWとの違いは、パルスピークのみでなくパルス圧縮によって発生するサイドローブに対しても速度検出を行い、位相補正をする点であり、すべてのサンプリング点ssに対してFFTを行うことになる。異符号間の非等間隔サンプリングによる速度検出も可能であるが、計算負荷やパルス圧縮出力の丸め等の問題からFFTを行うのが好ましい。等式で表すと[数96]式と同様に、
(I) FFT processing The FFT processing in the Fourier transform unit 81 will be described.
Similar to the multi-frequency step ICW, FFT is performed in the m direction as target relative speed detection processing to detect the speed. In the complementary coding band synthesis method of this example, the ss-m plane is considered for each frequency step and code, that is, for each variable n and α, and FFT is performed in the m direction to perform pulse Doppler processing. The difference from the multi-frequency step ICW is that not only the pulse peak but also the side lobe generated by the pulse compression is detected and the phase is corrected, and the FFT is performed on all sampling points ss. become. Although speed detection by non-uniform sampling between different codes is possible, it is preferable to perform FFT in consideration of problems such as calculation load and rounding of the pulse compression output. When expressed as an equation, as in [Equation 96],

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。ここで、k(=0,1,・・・M−1)は周波数チャンネル番号である。やはりここでも同じ距離ゲート内に複数の目標が存在する場合、[数120]式の線形和で表されるが、位相関係によってはフェージングが発生するので、各周波数ステップnのフーリエ変換出力チャンネルの絶対値の和を取ることを考える。さらに、異なる相補符号αにおいて振幅値は同一であることから、 It becomes. Here, k (= 0, 1,... M−1) is a frequency channel number. Again, when there are a plurality of targets within the same distance gate, it is represented by a linear sum of the formula [120], but fading occurs depending on the phase relationship, so that the Fourier transform output channel of each frequency step n Consider taking the sum of absolute values. Furthermore, since the amplitude value is the same in different complementary codes α,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

を検出しきい値処理のための入力値とした。
さらに、[数100]式より、異なる相補となる符号を交互に送信していることに注意して、振幅値|F(K,n,α,ss)|は各周波数ステップnにおいて周波数チャンネル番号
Is an input value for detection threshold processing.
Further, it should be noted that different complementary codes are alternately transmitted from the [Equation 100], and the amplitude value | F (K, n, α, ss) | is a frequency channel number at each frequency step n.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ではコヒーレント積分となりピークが得られる。また、[数122]式の出力振幅がピークとなる周波数チャンネル番号kpeakを検出することで、目標ドップラ周波数が得られる。検出した番号kpeakから検出目標相対速度detectVは、 In coherent integration, a peak is obtained. Further, the target Doppler frequency can be obtained by detecting the frequency channel number k peak at which the output amplitude of the formula [122] reaches its peak. From the detected number kpeak, the detection target relative speed detectV is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

から得られる。 Obtained from.

(ii)位相補償
次に、位相補償部82で、相補となる符号を足し合わせてサイドローブのキャンセルを行うことになる。この時、ドップラシフトによる位相変化を先に求めた目標速度detectV(ss)を用いて補正することになる。ここで、簡単のために検出速度からドップラシフト補正項への変換を行うと次の式となる。
(Ii) Phase compensation Next, the phase compensation unit 82 adds complementary codes to cancel side lobes. At this time, the phase change due to the Doppler shift is corrected using the target speed detectV (ss) obtained previously. Here, for the sake of simplicity, when the detection speed is converted to the Doppler shift correction term, the following equation is obtained.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

この式を用いて位相補正を行う。[数120]式のドップラシフトの項が存在する位相項を補正することになるので次の式で表される。   Phase correction is performed using this equation. Since the phase term in which the Doppler shift term of the equation [120] exists is corrected, it is expressed by the following equation.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

さらに、α=1をα=0の符号と加算するためには、時間軸に対する位相補正を行う必要がある。この位相補正項は、   Furthermore, in order to add α = 1 to the sign of α = 0, it is necessary to perform phase correction with respect to the time axis. This phase correction term is

Figure 0005704552
Figure 0005704552

として表される。   Represented as:

(iii)ADD処理
(ii)の位相補償にて導出した位相補正項の[数127]式及び[数128]を用いて補正を行った後に異なる相補符号間で加算を行う。式で表すと[数123]式,[数127]式,[数128]式より、
(Iii) ADD processing After performing correction using [Formula 127] and [Formula 128] of the phase correction term derived in the phase compensation of (ii), addition is performed between different complementary codes. Expressed in terms of equations, from [Equation 123], [Equation 127], and [Equation 128],

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。ただし、関数F(m,n,α,ss)について、kとmの配列は等価であるので置き換えている。 It becomes. However, the function F (m, n, α, ss) is replaced because the arrays of k and m are equivalent.

そして、この[数130]式にて、パルス間隔が2TPRI、さらに位相補正から目標速度v=0となるLFS法、または多周波ステップICWと等価の式を得られたことになる。ただし、本来パルスピークはビット数KのCPCパルス相関処理後の最終ビットに現れることから、パルスピークは、目標距離に対応した時間遅延τから更にCPCとして符号化したビット長Kにサンプリング時間Tchipを乗算した時間だけさらに遅延した点に現れる。したがって、パルスピーク点における信号を式で示すと位相項のf=0として、 From this [Equation 130], the pulse interval is 2T PRI , and further, an equation equivalent to the LFS method in which the target speed v = 0 is obtained from the phase correction or the multi-frequency step ICW is obtained. However, since the pulse peak originally appears in the last bit after the CPC pulse correlation process with the number of bits K, the pulse peak is further converted from the time delay τ corresponding to the target distance to the bit length K encoded as CPC and the sampling time T chip. It appears at a point further delayed by the time multiplied by. Therefore, when the signal at the pulse peak point is expressed by an equation, the phase term f d = 0 is obtained.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。 It becomes.

(iv)−1 IFFT処理
Hybrid−CFS法において、目標推定距離導出にはLFSのSWWに逆フーリエ変換(以下IFFTと称する)を用いる。実際には、サンプリング毎の離散値となるため、離散逆フーリエ変換(以下IDFTと称する)をすることになる。(iii)にて、サイドローブ0のパルスが[数130]式によって得られているが、ここでLFS法による[数82]式において、位相補償を行ったと考えて位相項における目標速度項を0とすれば、
(Iv) -1 IFFT Processing In the Hybrid-CFS method, an inverse Fourier transform (hereinafter referred to as IFFT) is used for SWS of LFS for deriving a target estimated distance. Actually, since it is a discrete value for each sampling, discrete inverse Fourier transform (hereinafter referred to as IDFT) is performed. In (iii), the pulse of the side lobe 0 is obtained by the equation [Equation 130]. Here, in the equation [Equation 82] by the LFS method, it is considered that the phase compensation is performed, and the target velocity term in the phase term is set. If it is 0,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となり、mとサンプリング時間に依存しないnのみの関数となり、さらにB/N=Δfであるから、[数131]式との対応がとれていることが分かる。したがって、実際には[数131]式に対してパルスピークとなるサンプリング点ssをdetectSSとして検出し、detectSSに関する周波数ステップ方向のN行1列の配列として切り出す。式[数131]式にて与えられるパルスをIDFT処理すれば、[数83]式より Since m is a function of only n that does not depend on the sampling time, and B / N = Δf, it can be seen that the correspondence with [Equation 131] is established. Therefore, in practice, the sampling point ss that is a pulse peak is detected as detectSS in the equation [131], and is extracted as an array of N rows and 1 column in the frequency step direction related to detectSS. If the pulse given by the equation [Equation 131] is subjected to IDFT processing, the equation [Equation 83] is obtained.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ただし、Nr=N,k=0,1,・・・Nr−1
この式は目標速度v=0と位相補償を行った式であるので、ピーク点は[数84]式より
However, Nr = N, k = 0, 1,... Nr−1
Since this equation is an equation in which phase compensation is performed with the target speed v = 0, the peak point is obtained from the equation [84].

Figure 0005704552
Figure 0005704552

として表すことを満たす。したがって推定目標距離Rcalは[数85]式より Satisfies to represent as Therefore, the estimated target distance R cal is calculated from the equation [85].

Figure 0005704552
Figure 0005704552

として与えられる。もし複数目標があるのであれば、ピーク点を高いものから順次検出し、同様の操作を行うことで、その点の持つ位相から目標推定距離を導出することができる。 As given. If there are multiple targets, the target estimated distance can be derived from the phase of the points by detecting the peak points in order from the highest and performing the same operation.

4.7 相補多周波ステップICWにおける目標速度推定と目標距離推定
次に、相補多周波ステップICWにおける目標速度と目標距離を導出する手順をブロック図49で示す。
図49は、図48と比較をすると、Hybrid−CFS法におけるIFFT処理((iv)−1)を、MUSIC処理部85で、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification)処理による超分解能法へ置き換えたものが相補多周波ステップICWである。したがって、(i)(ii)(iii)は同様の処理を行うことになるので省略し、ここでは最終段の(iv)−2におけるMUSIC法によるSWW処理について説明を行う。
(iv)−2 MUSIC処理
相補多周波ステップICWは、 (iii)にて[数131]式より多周波ステップICWと等価の式が得られたことになるので、この後に処理する超分解能法のひとつであるMUSIC処理によるSWW処理は、式(3.14)にて与えられるパルス間隔が2TPRIである多周波ステップICWと等しい処理をすればよい。
この結果として速度レンジごとの目標距離推定
4.7 Target Speed Estimation and Target Distance Estimation in Complementary Multifrequency Step ICW Next, a procedure for deriving the target speed and target distance in the complementary multifrequency step ICW is shown in FIG.
FIG. 49 is complementary to FIG. 48 in which the IFFT processing ((iv) -1) in the Hybrid-CFS method is replaced with the super resolution method by the MUSIC (MUltiple SIgnal Classification) processing in the MUSIC processing unit 85. This is a multi-frequency step ICW. Therefore, (i), (ii), and (iii) will be omitted because they perform the same processing, and here, the SWW processing by the MUSIC method in (iv) -2 at the final stage will be described.
(Iv) -2 MUSIC processing The complementary multi-frequency step ICW is obtained from (Equation 131) from [Equation 131], so that an equation equivalent to the multi-frequency step ICW is obtained. The SWW processing by MUSIC processing, which is one, may be performed in the same manner as the multi-frequency step ICW in which the pulse interval given by the equation (3.14) is 2 TPRI.
As a result, target distance estimation for each speed range

Figure 0005704552
Figure 0005704552

の結果を得ることができる。なお、同速度にて複数目標がLFSのIDFTによる距離分解能c/2Nr・(B/N)よりも近接する目標であっても、MUSIC処理は目標分離が可能となっている。 Result can be obtained. Note that even if a plurality of targets are closer to the distance resolution c / 2Nr · (B / N) by the LFS IDFT at the same speed, the MUSIC process can perform target separation.

本実施の形態によると、近接複数目標が存在する中でのパルスの距離サイドローブの完全なキャンセルが可能である相補関数は、他の距離成分への影響がないことから、2つの目標のそれぞれに対する信号分離に非常に有用な関数が得られる。特にこれはSWW処理にて目標数推定ができないIFFTを用いるHybrid−CFSにおいて複数目標の信号分離に着目すると顕著である。一方、MUSIC処理におけるSWW処理結果は、非常に微弱な距離サイドローブ成分に対しても複数目標を検知することができることから、FFT処理におけるピーク点からの勾配に対する微小パルスに対しても目標検出を行っていることが、detectSSの持つ距離成分の確認から分かる。これは複数目標に対する信号分離の閾値を設定することが重要であることが分かる。
高距離分解能を持つ一方で、狭い受信機帯域幅であることから低コストであることを両立することにより、ミリ波車載レーダへの適用を想定した、相補符号化帯域合成法における送受信シーケンスである。その結果、SWW処理においてHybrid−CFSにて用いられるIFFT、そして多周波ステップICWにて用いられるMUSICを適用可能である。さらに、車載レーダのとして適用時に考えられるパラメータ設定において、狭い受信機帯域幅で距離サイドローブの干渉が少なく、精度の高い目標分離が可能である。
According to the present embodiment, the complementary function capable of completely canceling the distance side lobe of the pulse in the presence of multiple adjacent targets has no influence on other distance components. A very useful function is obtained for signal separation for. In particular, this is remarkable when focusing on signal separation of a plurality of targets in Hybrid-CFS using IFFT in which the target number cannot be estimated by SWW processing. On the other hand, since the SWW processing result in the MUSIC processing can detect a plurality of targets even for very weak distance sidelobe components, the target detection can be performed even for a minute pulse corresponding to the gradient from the peak point in the FFT processing. It can be seen from confirmation of the distance component of detectSS. It can be seen that it is important to set a signal separation threshold for multiple targets.
This is a transmission / reception sequence in the complementary coding band synthesis method that is expected to be applied to millimeter-wave in-vehicle radar by having both high resolution and low cost due to narrow receiver bandwidth. . As a result, IFFT used in Hybrid-CFS in SWW processing and MUSIC used in multi-frequency step ICW can be applied. Furthermore, in parameter setting considered at the time of application as an on-vehicle radar, target interference with high accuracy can be achieved with a small receiver bandwidth and less interference of distance side lobes.

5.各実施の形態の変形例
次に、各実施の形態に適用される変形例について説明する。
5. Next, a modification applied to each embodiment will be described.

5.1送信周波数のランダム化
第1の実施の形態で図25などに示した送信シーケンスと、第2の実施の形態で図46などに示した送信シーケンスは、いずれも送信周波数を順に上昇させ、ある送信周波数になると、元の周波数に低下させる処理を繰り返すようにしたが、この送信周波数の増減は必ずしも順に行う必要はない。
5.1 Randomization of Transmission Frequency Both the transmission sequence shown in FIG. 25 and the like in the first embodiment and the transmission sequence shown in FIG. 46 and the like in the second embodiment increase the transmission frequency in order. When a certain transmission frequency is reached, the process of reducing it to the original frequency is repeated, but it is not always necessary to increase or decrease the transmission frequency.

即ち、一定時間の間に、各ステップの送信周波数となる期間が平均的に存在すれば、送信周波数を見かけ上ランダムに変化させてもよい。例えば、期間Txの間で送信周波数f0,f1,f2,f3,f4と5種類の送信周波数に変化させて送信させる5つのステップが存在するとする。このとき、その期間Txの間で、その5つの送信周波数f0,f1,f2,f3,f4を順に送信周波数を増やす処理の他に、送信周波数を1ステップずつ順に減らしたり、或いは全く別の順序で、見かけ上ランダムに変化するようにして、5つの送信周波数を変化させてもよい。但し一定の期間Tx内に5つの送信周波数が同じ回数存在するように設定する必要がある。なお、図46に示した第2の実施の形態で相補符号を2回のタイミングで連続して送信させる場合には、その連続した2回の送信タイミングでは送信周波数は同じ周波数とする必要がある。   That is, if there is an average period of time for each step during the predetermined time, the transmission frequency may be apparently changed randomly. For example, it is assumed that there are five steps in which transmission frequencies f0, f1, f2, f3, and f4 and five types of transmission frequencies are transmitted during the period Tx. At this time, during the period Tx, in addition to the process of increasing the transmission frequencies of the five transmission frequencies f0, f1, f2, f3, and f4 in order, the transmission frequency is decreased step by step or in a completely different order. Thus, the five transmission frequencies may be changed so as to change randomly in appearance. However, it is necessary to set so that five transmission frequencies exist the same number of times within a certain period Tx. In the second embodiment shown in FIG. 46, when the complementary code is transmitted continuously at two timings, the transmission frequency must be the same at the two consecutive transmission timings. .

また、このように送信周波数を見かけ上ランダムに変化させる場合に、複数台のレーダ装置で、その見かけ上ランダムに変化させるパターンを異なるパターンとしてもよい。このランダムに周波数を変化させるパターンを、複数パターン用意して、その複数のパターンのいずれかを複数台のレーダ装置の各々に設定することで、他のレーダ装置と干渉する可能性を低減させることができる。
即ち、例えば実施の形態で説明した構成のレーダ装置を搭載した自動車が近隣に多数存在する状況で、それぞれのレーダ装置の送信周波数変化パターンが同じであるとすると、万一、近隣の複数のレーダ装置から、同じ送信周波数で送信されたとすると、送信パターンの変化が同じであるため、同じ送信周波数である状態が継続してしまう。
これに対して、見かけ上ランダムに変化させるパターンを異なるパターンとしたことで、近隣の複数のレーダ装置で送信周波数が重なることがあっても、重なるのが一時的であり、相互干渉することによる不具合を最小限に抑えることができる。
In addition, when the transmission frequency is changed in an apparently random manner as described above, the apparently changed pattern may be different in a plurality of radar apparatuses. By preparing multiple patterns that change the frequency at random, and setting one of the multiple patterns to each of multiple radar devices, the possibility of interference with other radar devices is reduced. Can do.
That is, for example, in a situation where there are many automobiles equipped with the radar apparatus having the configuration described in the embodiment in the vicinity, if the transmission frequency change pattern of each radar apparatus is the same, by chance, a plurality of neighboring radars If transmission is performed from the apparatus at the same transmission frequency, the transmission pattern changes in the same manner, and thus the state of the same transmission frequency continues.
On the other hand, by making the pattern that appears to change randomly appear to be different patterns, even if the transmission frequencies overlap in multiple neighboring radar devices, they overlap temporarily and cause mutual interference. Defects can be minimized.

5.2送信周波数をステップ的に変化させる際の速度検出例
図48に示した構成例では、Code1とCode2の2つの相補符号を使って、送信させた信号を受信して距離成分を検出する構成を示した。ここで、速度成分を検出する構成としては、単純に考えた場合、図51(a)に示したように、Code1の同じ周波数位置の受信信号を集めた信号から速度検出する場合と、図51(b)に示したように、Code2の同じ周波数位置の受信信号を集めた信号から速度検出する場合とが考えられる。図51の横軸は時間、縦軸は受信レベルである。
5.2 Example of Speed Detection when Stepping the Transmission Frequency Stepwise In the configuration example shown in FIG. 48, the transmitted signal is received and the distance component is detected using two complementary codes of Code1 and Code2. The configuration was shown. Here, as a configuration for detecting the velocity component, when simply considered, as shown in FIG. 51A, the velocity is detected from a signal obtained by collecting received signals at the same frequency position of Code1, and FIG. As shown in (b), it can be considered that the speed is detected from signals obtained by collecting received signals at the same frequency position of Code2. In FIG. 51, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the reception level.

この図51(a),(b)に示したそれぞれのコードの信号だけから速度成分を検出した場合、十分な検出精度が得られない場合が考えられる。
次の数137式は、全てのサンプル位置から速度検出を行った場合の例であるが、図48の構成の場合には、原理的にこのような速度検出は不可能である。
When the velocity component is detected only from the signals of the respective codes shown in FIGS. 51A and 51B, there may be a case where sufficient detection accuracy cannot be obtained.
The following equation 137 is an example in which velocity detection is performed from all sample positions, but in the case of the configuration of FIG. 48, such velocity detection is impossible in principle.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

次の数138式は、Code1から速度検出を行うための式であり、数139式は、Code2から速度検出を行うための式である。   The following Expression 138 is an expression for performing speed detection from Code1, and Expression 139 is an expression for performing speed detection from Code2.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

ここで、速度成分の検出を、同じ周波数位置のCode1の受信信号とCode2の受信信号から検出することで、検出精度を向上させることが可能となる。
図51(c)は、この同じ周波数位置のCode1の受信信号とCode2の受信信号から検出した状態を示した図であり、次の数140式は、Code1,Code2から速度検出を行うための式である。
Here, the detection accuracy can be improved by detecting the velocity component from the received signal of Code 1 and the received signal of Code 2 at the same frequency position.
FIG. 51 (c) is a diagram showing a state detected from the received signal of Code 1 and the received signal of Code 2 at the same frequency position, and the following equation 140 is an equation for performing speed detection from Code 1 and Code 2. It is.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

数141式は、数137式から数140式の条件を示す。   Formula 141 shows the conditions of Formula 137 to Formula 140.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

このように、速度検出を行った場合の速度検出状態を示したのが図52及び図53である。図52及び図53において横軸は速度成分である。図52は、同じ周波数位置のCode1の受信信号だけから速度検出を行った場合の例である。同じ周波数位置のCode2の受信信号だけから速度検出を行った場合にも、この図52と同様になる。図53は、同じ周波数位置のCode1の受信信号とCode2の受信信号とから速度検出を行った場合の例である。
この2つを比較すると判るように、図52に示した、同じ周波数位置のCode1の受信信号だけから速度検出を行った場合には、同じレベルのピークが多数現われて、真のピークが判別できず、速度検出が後検出する可能性がある。
これに対して、図53に示した、同じ周波数位置のCode1の受信信号とCode2の受信信号とから速度検出を行った場合には、最もレベルが高いピーク位置(図中のf0)が1箇所に定まり、そのピーク位置から正確な速度を検出することが可能になる。即ち、1送信周期(fTs周期)の間で、最も大きな出力となる整数値を真値とする。
FIG. 52 and FIG. 53 show the speed detection state when the speed detection is performed as described above. 52 and 53, the horizontal axis represents the velocity component. FIG. 52 shows an example in which speed detection is performed only from the received signal of Code 1 at the same frequency position. Even when the speed detection is performed only from the received signal of Code 2 at the same frequency position, it is the same as FIG. FIG. 53 shows an example in which speed detection is performed from the received signal of Code 1 and the received signal of Code 2 at the same frequency position.
As can be seen by comparing the two, when speed detection is performed only from the received signal of Code 1 at the same frequency position shown in FIG. 52, many peaks of the same level appear and the true peak can be discriminated. The speed detection may be detected later.
On the other hand, when speed detection is performed from the received signal of Code 1 and the received signal of Code 2 shown in FIG. 53, the peak position having the highest level (f0 in the figure) is one place. Therefore, it is possible to detect an accurate speed from the peak position. That is, an integer value that provides the largest output during one transmission cycle (fTs cycle) is set as a true value.

図50は、図48に示した構成で速度検出を行うブロックを追加した例である。この図50に示したように、フーリエ変換部81でFFT処理された信号を、速度検出部86に供給して、数140式で示される計算式から、同じ周波数位置のCode1の受信信号とCode2の受信信号とを使って、速度検出処理を行い、速度成分を得る構成とする。
このようにして速度成分を検出することで、速度検出精度を向上させることができる。
FIG. 50 shows an example in which a block for speed detection is added in the configuration shown in FIG. As shown in FIG. 50, the signal subjected to the FFT processing by the Fourier transform unit 81 is supplied to the speed detection unit 86, and the received signal of Code1 and Code2 at the same frequency position are calculated from the calculation formula shown by Formula 140. The received signal is used to perform speed detection processing to obtain a speed component.
The speed detection accuracy can be improved by detecting the speed component in this manner.

図22に示したように、多周波NL−SWW法を適用した第1の実施の形態では、[数35]式及び[数36]式を適用することで、非線形周波数ステップ間隔dFを、非線形パラメータσのみで制御することができると述べた。
これに対して、出力の距離波形のある距離のところを拘束し、3次関数のパラメータを決めて、良好な波形が得られるようにしてもよい。出力の距離波形のある距離のところを拘束とは、ある距離のところの振幅レベルεを定めることである。
As shown in FIG. 22, in the first embodiment to which the multi-frequency NL-SWW method is applied, by applying [Equation 35] and [Equation 36], the nonlinear frequency step interval dF n is It was stated that it can be controlled only by the nonlinear parameter σ.
On the other hand, a certain distance of the output distance waveform may be constrained to determine a cubic function parameter so that a good waveform can be obtained. The restriction of a certain distance in the output distance waveform is to determine the amplitude level ε at a certain distance.

以下、この出力の距離波形のある距離で拘束する例について説明する。
ここで、多周波NL−SWW法での送信周波数シーケンスについて、図54に示す。この図54の送信周波数シーケンスは、図22に示した送信周波数シーケンスと基本的に同じである。図54(a)は、サブパルスの周波数増加が周期m=0,m=1,・・・,m=M−1ごとに繰り返されることを示し、図54(b)は、1つの周期での非線形周波数ステップを示したものである。図54(b)に示したBは、周波数ステップによる全帯域幅である。
Hereinafter, an example of restraining at a certain distance of the output distance waveform will be described.
Here, FIG. 54 shows a transmission frequency sequence in the multi-frequency NL-SWW method. The transmission frequency sequence in FIG. 54 is basically the same as the transmission frequency sequence shown in FIG. FIG. 54 (a) shows that the frequency increase of the sub-pulse is repeated every period m = 0, m = 1,..., M = M−1, and FIG. The non-linear frequency step is shown. B N shown in FIG. 54 (b) is a full bandwidth by frequency steps.

図55は、多周波NL−SWW法での受信構成を示し、受信アンテナ101で受信した信号は、ミキサ102で、ローカル信号生成部103からのローカル周波数f0,f1,・・・,fN−1の信号が乗算される。さらにLFM変調波発生部104からの変調波についても乗算される。ミキサ102の出力は、サブパルス圧縮部105でサブパルス圧縮処理し、その出力を、ドップラ周波数推定処理部106に供給して、m方向フーリエ変換処理を行う。そのドップラ周波数推定処理部106の出力で速度検出部108が速度を検出し、ドップラ周波数補正処理部107で補正処理する。さらに、ドップラ周波数補正処理部107の出力を、帯域合成処理部109で帯域合成処理(IDFT)する。この帯域合成処理は、n方向逆フーリエ変換処理が行われる。この帯域合成処理部109の出力として、距離波形を得る。   FIG. 55 shows a reception configuration based on the multi-frequency NL-SWW method. A signal received by the reception antenna 101 is a mixer 102, and local frequencies f0, f1,..., FN−1 from the local signal generation unit 103 are shown. Are multiplied. Further, the modulated wave from the LFM modulated wave generator 104 is also multiplied. The output of the mixer 102 is subjected to sub-pulse compression processing by the sub-pulse compression unit 105, and the output is supplied to the Doppler frequency estimation processing unit 106 to perform m-direction Fourier transform processing. The speed detection unit 108 detects the speed based on the output of the Doppler frequency estimation processing unit 106, and the Doppler frequency correction processing unit 107 performs correction processing. Further, the band synthesis processing unit 109 performs band synthesis processing (IDFT) on the output of the Doppler frequency correction processing unit 107. This band synthesis process is an n-direction inverse Fourier transform process. A distance waveform is obtained as an output of the band synthesis processing unit 109.

この図55に示した構成で処理されることで、ドップラ周波数推定処理で速度が得られると共に、ドップラ周波数補正処理後に距離誤差を補償可能としている。最終出力である距離波形は、帯域合成処理部109で帯域合成処理された出力に、サブパルスのパルス圧縮出力を乗じることにより得られる。   By processing with the configuration shown in FIG. 55, speed can be obtained by Doppler frequency estimation processing, and distance error can be compensated after Doppler frequency correction processing. The distance waveform which is the final output is obtained by multiplying the output subjected to the band synthesis process by the band synthesis processing unit 109 by the pulse compression output of the subpulse.

この多周波NL−SWW法に適用される拘束法について説明すると、この拘束法は、多周波NL−SWWにおいて帯域合成出力のある特定の距離の相対振幅値を拘束し、それを満足する距離波形が得られるように非線形最小二乗法により非線形関数パラメータを決定するものである。ここでは、その非線形関数は周波数ステップの中心を対象とした奇関数である以下の3次の多項式とする。   The constraint method applied to the multi-frequency NL-SWW method will be described. This constraint method constrains the relative amplitude value of a specific distance of the band synthesized output in the multi-frequency NL-SWW, and satisfies the distance waveform. The nonlinear function parameters are determined by the nonlinear least square method so that is obtained. Here, the non-linear function is assumed to be the following third-order polynomial that is an odd function targeting the center of the frequency step.

Figure 0005704552
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nは各サブパルスの周波数である。周波数ステップの始点,終点および中間点の条件より、以下の[数143]式、[数144]式、[数145]式、[数146]式に示した条件となる。   n is the frequency of each subpulse. From the conditions of the start point, end point, and intermediate point of the frequency step, the conditions shown in the following [Expression 143], [Expression 144], [Expression 145], and [Expression 146] are satisfied.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
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Figure 0005704552
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Figure 0005704552
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このとき、周波数ステップによる全帯域幅をBとする(図54参照)。
また多周波NL−SWW法における帯域合成出力は以下のように表わされる。
At this time, the total bandwidth by the frequency step is set to B N (see FIG. 54).
The band synthesis output in the multi-frequency NL-SWW method is expressed as follows.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

このときX(n)は、図55に示したドップラ周波数補正処理部107で処理後の信号であり、Rは帯域合成処理(IDFT)の指向距離である。この帯域合成処理(IDFT)の指向距離Rと目標距離Rが一致した距離Rから距離Δrだけ離れた位置(拘束距離)の相対振幅値をεとして拘束すると、 At this time, X (n) is a signal after being processed by the Doppler frequency correction processing unit 107 shown in FIG. 55, and R is a directivity distance of band synthesis processing (IDFT). When the relative amplitude value at a position (constraint distance) separated from the distance R 0 where the directivity distance R and the target distance R d of the band synthesis processing (IDFT) coincide with each other by a distance Δr is constrained as ε,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となる。
[数142]式を代入すると、拘束条件式は、以下のように示される。
It becomes.
Substituting the equation 142, the constraint condition equation is expressed as follows.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

このときXは拘束条件数である。[数150]式より拘束条件による周波数ステップ非線形化手法は目標距離Rが未知であっても成立することは明らかである。ここで拘束条件数を3(x=0,1,2)とすると,未知数(P,P,P,p)の4個に対し、式[数144]式から確定し、[数144]式,[数145]式および拘束条件式[数150]式の3個の計5個となり、これらの式から非線形最小二乗法にて非線形関数の係数(P,P,P,p)を求める。 At this time, X is the number of constraint conditions. From the formula [150], it is clear that the frequency step non-linearization method based on the constraint condition is established even if the target distance Rd is unknown. Here, if the number of constraint conditions is 3 (x = 0 , 1 , 2 ), the four unknowns (P 0 , P 1 , P 2 , p 3 ) are determined from the formula [Equation 144], and [ [Formula 144] Formula, [Formula 145] Formula and Constraint Condition Formula [Formula 150] Formula A total of five formulas, and the coefficients (P 0 , P 1 , P 2 , p 3 ).

拘束条件を与える距離Δrとその相対振幅値εに対し、本例では以下を考慮し、図56及び図57に示すような距離サイドローブ拘束およびパルス圧縮ヌル拘束を採用する。図57の拘束条件1,2,3の拘束距離Δrが、図56中の拘束条件1,2,3の位置である。
この図57の拘束条件は、次の2つを行ったものである。
In this example, the distance side lobe constraint and the pulse compression null constraint as shown in FIGS. 56 and 57 are adopted for the distance Δr giving the constraint condition and the relative amplitude value ε in consideration of the following. The constraint distance Δr of the constraint conditions 1, 2, and 3 in FIG. 57 is the position of the constraint conditions 1, 2, and 3 in FIG.
The constraint conditions in FIG. 57 are the following two conditions.

(1)パルス圧縮出力のメインローブ内で、帯域合成出力の相対振幅値を小さい値に拘束する.
(2)パルス圧縮出力がヌルとなる距離(パルス圧縮ヌル距離と呼ぶ)での帯域合成出力の相対振幅値が高くなるようにする。
(1) The relative amplitude value of the band synthesis output is constrained to a small value within the main lobe of the pulse compression output.
(2) The relative amplitude value of the band composite output at a distance where the pulse compression output becomes null (referred to as pulse compression null distance) is increased.

以上より、パルス圧縮出力と帯域合成出力の積である距離波形において、距離サイドローブを低減することが可能となる。   As described above, the distance side lobe can be reduced in the distance waveform that is the product of the pulse compression output and the band synthesis output.

ここで、この拘束条件でシミュレーションした例について説明する。
ミリ波車載レーダを想定し、以下のレーダパラメータを採用した。
・送信周波数f:76.5GHz
・パルス繰返し周期TPRI:2μs(最大インストルメント距離:300m)
・サブパルス帯域幅b:80MHz(距離分解能:1.875m)
・周波数ステップ数N:8(最大速度視野:±220.588km/h)
・基準周波数ステップ幅Δf:70MHz(提案法の距離分解能:0.263m)
・占有帯域幅B:570MHz(=b+B
・全観測時間Ts:4.096ms(速度分解能:1.723km/h)
・目標数:1(目標距離R:200m,目標速度V:200km/h)
・拘束条件(Δr,ε):条件1(0.368m,0.001)
条件2(0.632m,0.001),
条件3(2.025m,0.1)
Here, an example of simulation under this constraint condition will be described.
Assuming millimeter-wave vehicle-mounted radar, the following radar parameters were adopted.
-Transmission frequency f: 76.5 GHz
・ Pulse repetition period TPRI: 2μs (maximum instrument distance: 300m)
-Subpulse bandwidth b: 80 MHz (distance resolution: 1.875 m)
・ Number of frequency steps N: 8 (maximum speed field of view: ± 220.588 km / h)
Reference frequency step width Δf: 70 MHz (distance resolution of proposed method: 0.263 m)
Occupied bandwidth B: 570 MHz (= b + B N )
-Total observation time Ts: 4.096 ms (speed resolution: 1.723 km / h)
・ Number of targets: 1 (target distance Rd : 200 m, target speed V: 200 km / h)
Constraint conditions (Δr, ε): Condition 1 (0.368 m, 0.001)
Condition 2 (0.632m, 0.001),
Condition 3 (2.025m, 0.1)

この条件で、図56,図57に示した拘束条件をもとに導出した非線形関数を用いた場合の帯域合成処理出力を図58に、最終出力である距離波形(帯域合成処理出力とサブパルス圧縮の積)を図59にそれぞれ示す。
図59から判るように、実線で示した本例での処理では、サブパルスのパルス圧縮(破線)と比べて約7倍(−3dB)の距離分解能を得るとともに全ての距離範囲において距離サイドローブが−20dB以下に低減することが判った。
Under this condition, the band synthesis processing output when the nonlinear function derived based on the constraint conditions shown in FIGS. 56 and 57 is used is shown in FIG. 58, and the distance waveform (band synthesis processing output and sub-pulse compression) as the final output is shown in FIG. 59) is shown in FIG.
As can be seen from FIG. 59, in the processing in this example shown by the solid line, a distance resolution of about 7 times (−3 dB) is obtained as compared with the pulse compression (broken line) of the subpulse, and the distance side lobe is generated in all distance ranges. It was found to reduce to -20 dB or less.

ここまでの説明では、多周波NL−SWWにおける帯域合成(周波数ステップ方向のIDFT)出力のある特定の距離の相対振幅値を拘束し、それを満足する距離波形が得られるように非線形関数の係数P,P,P,Pである複数の未知数に対し、最小二乗法を用いて推定を行う例を示した。
これに対して、非線形関数の係数(未知数)P,P,P,Pを1パラメータPで表現し、拘束条件式から最小二乗法にて推定を行う例を、次に説明する。
In the description so far, the coefficient of the nonlinear function is obtained so that the relative amplitude value of a specific distance of the band synthesis (IDFT in the frequency step direction) output in the multi-frequency NL-SWW is constrained and a distance waveform satisfying the constraint is obtained. P 0, for a plurality of unknowns is P 1, P 2, P 3 , an example of performing estimation using the least squares method.
On the other hand, an example in which coefficients (unknown numbers) P 0 , P 1 , P 2 , and P 3 of the nonlinear function are expressed by one parameter P 0 and estimation is performed from the constraint equation by the least square method will be described below. To do.

・多周波NL−SWWにおける拘束条件による周波数ステップ非線形化手法(1パラメータによる非線形関数の推定)
この例では、多周波NL−SWWにおいて帯域合成出力のある特定の距離の相対振幅値を拘束し、それを満足する距離波形が得られるように非線形最小二乗法により非線形関数パラメータを決定する。ここでは非線形関数は周波数ステップの中心を対象とした奇関数である以下の3次の多項式とする。
・ Frequency step nonlinearization method by constraint condition in multi-frequency NL-SWW (Estimation of nonlinear function by one parameter)
In this example, in the multi-frequency NL-SWW, the relative amplitude value of a specific distance of the band synthesis output is constrained, and the nonlinear function parameter is determined by the nonlinear least square method so that a distance waveform that satisfies the constraint is obtained. Here, the nonlinear function is the following cubic polynomial that is an odd function with the center of the frequency step as a target.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

周波数ステップの始点,終点および中間点の条件より、以下のようになる。Bは、周波数ステップによる全帯域幅である。 From the conditions of the start point, end point and intermediate point of the frequency step, B N is the total bandwidth in frequency steps.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

また、非線形関数の係数を1パラメータで表現するために、[数154]式及び[数155]式から、1/2{F(N―1)}―F{(N―1)/2}より、以下のようになる。   Further, in order to express the coefficient of the nonlinear function with one parameter, from the formulas [154] and [155], ½ {F (N−1)} − F {(N−1) / 2} It becomes as follows.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

また、1/4{F(N―1)}―F{(N―1)/2}より、以下のようになる。   Further, from 1/4 {F (N-1)}-F {(N-1) / 2}, the following is obtained.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

従って、[数151]式,[数152]式,[数157]式,[数159]式より、非線形関数は係数Pのみで、次式のように表される。 Therefore, from [Equation 151], [Equation 152], [Equation 157], and [Equation 159], the nonlinear function is expressed by the following equation, with only the coefficient P 0 .

Figure 0005704552
Figure 0005704552

また、多周波NL−SWWにおける帯域合成出力は、以下のように表わされる。   Further, the band synthesis output in the multi-frequency NL-SWW is expressed as follows.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

このときX(n)は図55に示す構成でドップラ補正処理をした後の信号であり、RはIDFTの指向距離である。これより図56,図57に示すようにIDFT(合成帯域処理)の指向距離Rと目標距離Rが一致した距離Rから距離Δrだけ離れた位置(拘束距離)の相対振幅値をεとして拘束すると、 At this time, X (n) is a signal after Doppler correction processing is performed with the configuration shown in FIG. 55, and R is the directivity distance of the IDFT. From this Figure 56, the relative amplitude values of the IDFT-oriented distance R and the target distance R d is separated from the distance R 0 that matched the distance Δr position of (synthetic band treatment) (constraint length) as shown in FIG. 57 epsilon When restrained,

Figure 0005704552
Figure 0005704552

Figure 0005704552
Figure 0005704552

となり、[数160]式を代入すると拘束条件式は次式で表される。このときXは拘束条件数である。 When the [Equation 160] equation is substituted, the constraint condition equation is expressed by the following equation. At this time, X is the number of constraint conditions.

Figure 0005704552
Figure 0005704552

[数164]式より拘束条件による周波数ステップ非線形化手法は目標距離Rが未知であっても成立することは明らかである。ここで拘束条件数を3(x=0,1,2)とすると,未知数Pに対して拘束条件式([数164]式)の3個から非線形最小二乗法にて未知数Pを求める。[数153]式からP=0が確定し、Pより[数157]式,[数159]式を用いることで非線形関数の係数(P,P,P,P)を求める。 It is clear from the formula [164] that the frequency step non-linearization method based on the constraint condition is established even if the target distance Rd is unknown. Here, when the number of constraint conditions is 3 (x = 0, 1, 2), the unknown P 0 is obtained by the nonlinear least square method from the three constraint conditions (Equation 164) for the unknown P 0 . . [Expression 153] P 3 = 0 is determined from the equation [Expression 157] from equation P 0, the coefficients of the nonlinear function by using the number 159] Formula (P 0, P 1, P 2, P 3) Ask.

なお、ここまで説明したそれぞれの例では、3次関数で拘束した例について説明したが、5次関数などのより高次の関数(奇関数)で拘束するようにしてもよい。   In each of the examples described so far, the example in which the constraint is performed by the cubic function has been described. However, the constraint may be performed by a higher-order function (odd function) such as a quintic function.

また、上述した各実施の形態で説明したレーダ装置の処理構成例は、それぞれ好適な一例を示したものであり、図示した構成に限定されるものではない。
また、第1の実施の形態として説明した処理と、第2の実施の形態で説明した処理とを組み合わせるようにしてもよい。即ち、第1の実施の形態で説明した、送信周波数をステップさせるステップ間隔を、周波数の上限と下限を固定した3次関数となるような非線形ステップとする処理構成を、第2の実施の形態で説明した、2つの相補信号を同一周波数で連続する送信パルスとして割り当てる処理構成と組み合わせるようにしてもよい。このように組み合わせることで、それぞれの効果を併せ持ったより精度の高い探知が行えるレーダ装置が得られる。
In addition, the processing configuration example of the radar apparatus described in each of the above-described embodiments is a preferable example, and is not limited to the illustrated configuration.
Further, the processing described as the first embodiment and the processing described in the second embodiment may be combined. That is, the processing configuration in which the step interval for stepping the transmission frequency described in the first embodiment is a non-linear step that is a cubic function with the upper limit and lower limit of the frequency fixed is described in the second embodiment. It may be combined with the processing configuration that assigns the two complementary signals described in the above as continuous transmission pulses at the same frequency. By combining in this way, it is possible to obtain a radar apparatus that can perform highly accurate detection having both effects.

11…送信波発生部、12…パルス化処理部、13…送信アンテナ、14…受信アンテナ、15…位相検波部、16…ミキサ、17…ローパスフィルタ、18…アナログ/デジタル変換器、19a〜19c…フーリエ変換部、20…目標距離・速度算出部、21…パルス圧縮処理部、22…変調パルス発生部、31…サブパルス生成部、32…ミキサ、33…発振器、34…サーキュレータ、35…送受信アンテナ、36…ミキサ、37…ローパスフィルタ、38…アナログ/デジタル変換器、39…フーリエ変換部、40…混合処理部、41…参照信号生成部、42…フーリエ変換部、43…スペクトラムシフト部、44…コンバイン部、45…逆フーリエ変換部、51…LFM変調部、52…サーキュレータ、53…発振器、54…送受信アンテナ、55…サブパルス圧縮部、56…ドップラ周波数推定処理部、57…ドップラ周波数補正処理部、58…合成帯域処理部、61…発振器、62…アップコンバータ、63…高周波スイッチ、64…サーキュレータ、65…送受信アンテナ、66…ダウンコンバータ、67…フーリエ変換部、68…周波数スムージング部、69…検出部、71…受信アンテナ、72…LFS検波部、72a…発振器、72b…ミキサ、72c…バンドパスフィルタ、73…複素IQ検波部、73a…発振器、73b…ミキサ、73c…位相シフタ、73d…ミキサ、73e…ローパスフィルタ、73f…ローパスフィルタ、74…相関処理部、74a…アナログ/デジタル変換器、74b…マッチドフィルタ、74c…アナログ/デジタル変換器、74d…マッチドフィルタ、81…フーリエ変換部、82…位相補償部、83…加算処理部、84…逆フーリエ変換
部、85…MUSIC処理部、101…受信アンテナ、102…ミキサ、103…ローカル信号生成部、104…LFM変調波発生部、105…サブパルス圧縮部、106…ドップラ周波数推定処理部、107…ドップラ周波数補正処理部、108…速度検出部、109…帯域合成処理部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Transmission wave generation part, 12 ... Pulse conversion process part, 13 ... Transmission antenna, 14 ... Reception antenna, 15 ... Phase detection part, 16 ... Mixer, 17 ... Low pass filter, 18 ... Analog / digital converter, 19a-19c ... Fourier transform unit, 20 ... target distance / velocity calculation unit, 21 ... pulse compression processing unit, 22 ... modulation pulse generation unit, 31 ... sub-pulse generation unit, 32 ... mixer, 33 ... oscillator, 34 ... circulator, 35 ... transmission / reception antenna , 36 ... mixer, 37 ... low pass filter, 38 ... analog / digital converter, 39 ... Fourier transform unit, 40 ... mixing processing unit, 41 ... reference signal generation unit, 42 ... Fourier transform unit, 43 ... spectrum shift unit, 44 ... combine unit, 45 ... inverse Fourier transform unit, 51 ... LFM modulation unit, 52 ... circulator, 53 ... oscillator, 54 ... transmission / reception Antenna, 55 ... sub-pulse compression unit, 56 ... Doppler frequency estimation processing unit, 57 ... Doppler frequency correction processing unit, 58 ... synthesis band processing unit, 61 ... oscillator, 62 ... up converter, 63 ... high frequency switch, 64 ... circulator, 65 Transmission / reception antenna, 66 ... Down converter, 67 ... Fourier transform unit, 68 ... Frequency smoothing unit, 69 ... Detection unit, 71 ... Reception antenna, 72 ... LFS detection unit, 72a ... Oscillator, 72b ... Mixer, 72c ... Band pass filter 73 ... Complex IQ detector, 73a ... Oscillator, 73b ... Mixer, 73c ... Phase shifter, 73d ... Mixer, 73e ... Low pass filter, 73f ... Low pass filter, 74 ... Correlation processor, 74a ... Analog / digital converter, 74b ... Matched filter, 74c ... Analog / digital converter 74d ... matched filter, 81 ... Fourier transform unit, 82 ... phase compensation unit, 83 ... addition processing unit, 84 ... inverse Fourier transform unit, 85 ... MUSIC processing unit, 101 ... receiving antenna, 102 ... mixer, 103 ... local signal generation , 104... LFM modulated wave generator, 105... Sub-pulse compressor, 106. Doppler frequency estimation processor, 107. Doppler frequency correction processor, 108... Speed detector, 109.

Claims (2)

パルス内周波数拡散された送信パルスを、N個(Nは2以上の整数)の周波数を用いて周波数をステップさせて送信させると共に、1つの観測時間内でその周波数ステップをM回(Mは2以上の整数)繰り返し送信し、その送信パルスの目標物からの反射を受信するレーダ装置において、
2つの相補となる符号の自己相関後の加算による合成により、距離サイドローブを抑圧可能な2つの相補符号を用いた信号を、同一周波数で一定時間内に連続して送信される1組の送信パルスとして割り当て、
その2つの相補符号を用いた信号による1組の送信パルスを周波数ステップさせるレーダ装置であり、
同一周波数で一定時間内に連続して送信される1組の送信パルスは、送信パルスが目標物から反射して受信するまでの時間を確保するパルス繰り返し時間を、それぞれの相補符号を用いた信号ごとに確保して順に送信され、
前記パルス繰り返し時間は、次式(但し、T PRI はパルス繰り返し時間、R max はレーダに要求される最大インストルメント距離、cは光速)
PRI ≧(2R max /c)
を満たすようにしたことで、前記1つの観測時間内での、同一周波数で同一符号の送信パルス数に相当する前記Mの値が、1組の送信パルスを割り当てない場合に比べて小さくなるレーダ装置であり、
受信したパルスをパルス圧縮処理及びパルスドップラ処理を行い、それらパルス圧縮処理及びパルスドップラ処理が行われた信号に対し、前記2つの相補符号の位相変調パルスが前記パルス繰り返し時間だけシフトして送受信したことによる位相誤差と、目標物との相対速度がある場合に発生する距離誤差を補正する補正処理を行い加算後に帯域合成することを特徴とするレーダ装置。
Pulses within the frequency spread transmitted pulse, N (N is an integer of 2 or more) is transmitted by step the frequency using the frequency of Rutotomoni, the frequency step M times within one observation time (M is In a radar apparatus that repeatedly transmits an integer of 2 or more and receives the reflection of the transmission pulse from the target,
A set of transmissions in which signals using two complementary codes capable of suppressing the distance side lobe are continuously transmitted at the same frequency within a fixed time by combining two complementary codes after addition after autocorrelation Assigned as a pulse,
A radar device for frequency stepping a set of transmission pulses by a signal using the two complementary codes ;
A set of transmission pulses that are continuously transmitted at the same frequency within a certain period of time is a signal using a complementary code for a pulse repetition time that secures a time until the transmission pulse is reflected from the target and received. Are secured and sent in order,
The pulse repetition time is given by the following formula (where T PRI is the pulse repetition time, R max is the maximum instrument distance required for the radar, and c is the speed of light).
T PRI ≧ (2R max / c)
By satisfying the above, a radar in which the value of M corresponding to the number of transmission pulses of the same code at the same frequency within the one observation time becomes smaller than that in the case where one set of transmission pulses is not assigned. Device,
The received pulse is subjected to pulse compression processing and pulse Doppler processing, and the phase modulation pulses of the two complementary codes are shifted and transmitted / received with respect to the signals subjected to the pulse compression processing and pulse Doppler processing. A radar apparatus characterized by performing a correction process for correcting a phase error caused by a difference and a distance error that occurs when there is a relative speed with a target and performing band synthesis after addition .
請求項記載のレーダ装置において、
受信した連続した2つの相補符号を用いた信号のパルス圧縮後の検出信号に、位相勾配から速度視野のアンビギュイティを補正する速度視野補正処理を行う速度視野補正部を備えたことを特徴とするレーダ装置。
The radar apparatus according to claim 1 , wherein
It has a velocity field correction unit that performs a velocity field correction process for correcting the ambiguity of the velocity field from the phase gradient in the detection signal after pulse compression of the signal using two consecutive complementary codes received. Radar device.
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