JP5892288B2 - レーダ及び物体検出方法 - Google Patents

Description

本発明の一実施形態は、レーダ及び物体検出方法に関する。

等価時間サンプリングをレーダに適用した技術が提案されている。例えば、特許文献１には、等価時間サンプリングをパルスレーダに適用する例が開示されている。特許文献１のものは、受信信号の信号強度を等化するために、振幅が可変である電力制御信号を生成する電力制御信号発生部と、電力制御信号の振幅に応じて利得を調整することによって、パルス列状の送信信号の送信電力を制御する増幅部とが送信側に設けられている。

特開２００８−１４５２３６号公報

ところで、等価時間サンプリングにおいては、レーダの送信信号の周期（符号長）よりもサンプリング周期が長く、反射波に含まれる符号の全データを取得するために要する時間が符号長の約２乗に比例して長くなるため、物体の検出に時間がかかるという欠点がある。

本発明の一実施形態は上記課題に鑑みてなされたものであり、反射波に含まれる全てのデータを取得するのに要する時間を短縮し、物体をより早期に検出することが可能なレーダ及び物体検出方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、符号発生器を有し、符号発生器が発する所定周期の符号で変調された送信信号を繰り返し送信する送信部と、物体に反射した送信信号の反射波を所定周期以下のサンプリング周期でサンプリングする受信部と、符号発生器が発する符号をサンプリング周期に対応する間隔で並べ替えたデータに相当する並べ替えデータと、受信部がサンプリングした反射波との相関を取ることにより、物体を検出する検出部とを備えたレーダである。

この構成によれば、レーダにおいて、送信部は、符号発生器を有し、符号発生器が発する所定周期の符号で変調された送信信号を繰り返し送信し、受信部は、物体に反射した送信信号の反射波を所定周期以下のサンプリング周期でサンプリングし、検出部は、符号発生器が発する符号をサンプリング周期に対応する間隔で並べ替えたデータに相当する並べ替えデータと、受信部がサンプリングした反射波のサンプリングデータとの相関を取ることにより、物体を検出する。これにより、等価時間サンプリングにおいて、反射波に含まれる全てのデータを取得するのに要する時間を短縮し、物体をより早期に検出することが可能となる。

この場合、符号は、Ｍ系列符号であり、サンプリング周期は、符号の符号長Ｎ以下の２のべき乗数Ｎｓｐに、符号の１ｃｈｉｐの幅を乗じた周期とできる。

この構成によれば、符号はＭ系列符号であるため、サンプリング周期を符号の符号長Ｎ以下の２のべき乗数Ｎｓｐに符号の１ｃｈｉｐの幅を乗じた周期とすることにより、当該サンプリング周期でサンプリングしたサンプリングデータや、符号をサンプリング周期で並べ替えた符号並べ替えデータは、元の符号を巡回シフトしたものに等しくなる。従って、このようなサンプリング周期によりサンプリングデータを取得することにより、反射波に含まれる全てのデータを取得するのに要する時間を短縮でき、得られたサンプリングデータと符号並べ替えデータとを比較することにより、物体をより早期に検出することが可能となる。

この場合、検出部は、並べ替えデータと反射波との相関を取ることにより得られた相関出力データについて、さらに、（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えたデータを出力することができる。

この構成によれば、検出部は、並べ替えデータと反射波との相関を取ることにより得られた相関出力データについて、さらに、（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えたデータを出力する。これにより、相関出力データを距離順の並びで出力することができる。

また、符号発生器とは別個の参照符号発生器を備え、参照符号発生器は、符号発生器が発する符号をサンプリング周期に対応する間隔で並べ替えたデータに相当する並べ替えデータを発生し、検出部は、参照符号発生器が発生した並べ替えデータと、受信部がサンプリングした反射波との相関を取ることにより、物体を検出することができる。

この構成によれば、符号発生器が実際に発した符号を直接に並べ替えて並べ替えデータを発生せずに、符号発生器とは別個の参照符号発生器から並べ替えデータを発生することができる。

また、本発明の一実施形態は、符号発生器が発する所定周期の符号で変調された送信信号を繰り返し送信する送信工程と、物体に反射した送信信号の反射波を所定周期以下のサンプリング周期でサンプリングする受信工程と、符号発生器が発する符号をサンプリング周期に対応する間隔で並べ替えたデータに相当する並べ替えデータと、受信工程でサンプリングした反射波との相関を取ることにより、物体を検出する検出工程とを備えた物体検出方法である。

この場合、符号は、Ｍ系列符号であり、サンプリング周期は、符号の符号長Ｎ以下の２のべき乗数Ｎｓｐに、符号の１ｃｈｉｐの幅を乗じた周期にできる。

この場合、検出工程では、並べ替えデータと反射波との相関を取ることにより得られた相関出力データについて、さらに、（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えたデータを出力することができる。

また、符号発生器とは別個の参照符号発生器から、符号発生器が発する符号をサンプリング周期に対応する間隔で並べ替えたデータに相当する並べ替えデータを発生する参照符号発生工程をさらに備え、検出工程では、参照符号発生工程で発生した並べ替えデータと、受信工程でサンプリングした反射波との相関を取ることにより、物体を検出することができる。

本発明の一実施形態のレーダ及び物体検出方法によれば、反射波に含まれる全てのデータを取得するのに要する時間を短縮し、物体をより早期に検出することが可能となる。

実施形態のＤＳ‐ＳＳレーダを示すブロック図である。 実施形態のＤＳ‐ＳＳレーダの動作を示すフローチャートである。 （ａ）は相関出力の並びを示す図であり、（ｂ）は（ａ）を（Ｎ＋１）／Ｎｓｐ間隔で並べ替えた出力を示す図である。 従来のＤＳ‐ＳＳレーダが単数の物体を検出する原理を示す図である。 従来のＤＳ‐ＳＳレーダが複数の物体を検出する原理を示す図である。 等価時間サンプリングの原理を示す図である。 等価時間サンプリングに要するデータの取得時間を示す図である。 他の実施形態のＤＳ‐ＳＳレーダを示すブロック図である。

図面を参照して、本発明の実施形態に係るレーダ及び物体検出方法の一例について説明する。図１に示すように、本発明の実施形態に係るＤＳ‐ＳＳレーダ１０は、符号発生器２１、ミキサ２２、アンプ２３、アンテナ２４、並べ替え器３１、発振器３２、アンテナ４１、アンプ４２、ミキサ４３、ＬＰＦ４４、Ａ／Ｄコンバータ４５、相関器４６及び並べ替え器４７を備えている。

符号発生器２１は、Ｍ系列符号を連続的に発生させる。発振器３２は、信号を搬送するためのキャリア周波数信号を発生させる。ミキサ２２は、符号発生器２１で発生されたＭ系列符号で、発振器３２で発生されたキャリア周波数信号を変調し、送信信号を発生させる。アンプ２３は、ミキサ２２で発生された送信信号の電力を増幅する。アンテナ２４は、アンプ２３で増幅された送信信号をＤＳ‐ＳＳレーダ１０の外部に送信する。

アンテナ４１は、ＤＳ‐ＳＳレーダ１０の外部の物体に反射した送信信号を受信信号として受信する。アンプ４２は、アンテナ４１が受信した受信信号の電力を増幅する。ミキサ４３は、発振器３２で発生されたキャリア周波数信号を用いて、アンプ４２で増幅された受信信号の周波数変換を行う。ＬＰＦ４４は、ミキサ４３の出力に含まれる高周波成分を除去してベースバンド信号を得る。

Ａ／Ｄコンバータ４５は、ミキサ４３とＬＰＦ４４とを経由して抽出されたベースバンド信号をＮｓｐ×ｃｈｉｐの幅の周期でサンプリングし、サンプリングデータを発生させる。ここで、ｃｈｉｐは符号の１要素である。なお、１ｃｈｉｐの幅は、１ｃｈｉｐの符号（０ｏｒ１）を発生している時間である。また、後述するように、Ｎｓｐは、Ｎ以下である２のべき乗の整数である。ここで、Ｎは符号の符号長である。

並べ替え器３１は、符号発生器２１で発生されたＭ系列符号をＮｓｐの間隔で並べ替えて、相関器４６で用いられる相関処理用の参照符号を発生させる。Ｍ系列符号の特徴により、Ｍ系列符号をＮｓｐの間隔で並べ替えたものは、元のＭ系列符号を巡回シフトしたものに等しいので、元のＭ系列符号を巡回シフトしたものが、相関器４６で用いられる相関処理用の参照符号とされても良い。

相関器４６は、Ａ／Ｄコンバータ４５でサンプリングされたサンプリングデータと、並べ替え器３１で発生された相関処理用の参照符号とを相関を取り、相関出力データを出力する。

並べ替え器４７は、相関器４６により出力された相関出力データを（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えて、レーダ出力とする。

以下、本実施形態のＤＳ‐ＳＳレーダ１０の動作について説明する。図２に示すように、符号発生器２１、発振器３２、ミキサ２２、アンプ２３及びアンテナ２４は、送信信号としてＭ系列符号を繰り返し送信する（Ｓ１１）。

Ａ／Ｄコンバータ４５は、符号長Ｎ以下の２のべき乗の整数であるＮｓｐ×ｃｈｉｐの幅の周期により、アンテナ４１、アンプ４２、発振器３２、ミキサ４３及びＬＰＦ４４を介して受信された受信信号のサンプリングを行う（Ｓ１２）。

並べ替え器３１は、符号発生器２１で発生されたＭ系列符号をＮｓｐの間隔で並べ替えて、相関処理用の参照符号を発生させる。Ｍ系列符号をＮｓｐの間隔で並べ替えた符号は、元の符号を巡回シフトしたものになる。相関器４６は、Ａ／Ｄコンバータ４５でサンプリングされたサンプリングデータと、並べ替え器３１で発生された相関処理用の参照符号とを相関を取り、相関出力データを出力する（Ｓ１３）。この結果、相関出力データは、例えば、Ｎｓｐ＝４、Ｎ＝１５である場合に、「０」〜「１４」の距離順で配列されるべき相関出力の並びがＮｓｐの間隔で並べ替えられた図３（ａ）に示すようなものになる。

並べ替え器４７は、相関器４６により出力された相関出力データを（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えて、レーダ出力とする（Ｓ１４）。この場合のレーダ出力は、例えば、Ｎｓｐ＝４、Ｎ＝１５であり、図３（ａ）に示した相関出力データを、（Ｎ＋１）／Ｎｓｐ＝４の間隔で並べ替えた図３（ｂ）に示すようなものになり、「０」〜「１４」の順で配列された相関出力（＝検出結果）が再現される。

本実施形態では、ＤＳ‐ＳＳレーダ１０において、符号発生器２１、発振器３２及びアンテナ２４等は、符号発生器２１が発する所定周期の符号により変調された送信信号を繰り返し送信し、Ａ／Ｄコンバータ４５は、物体に反射した送信信号の反射波に含まれる符号を符号の周期以下のサンプリング周期でサンプリングし、相関器４６は、符号発生器２１が発した符号をＮｓｐの間隔で並べ替えた参照符号と、Ａ／Ｄコンバータ４５が変換したサンプリングデータとの相関を取ることにより、物体を検出する。これにより、等価時間サンプリングにおいて、反射波に含まれる全てのデータを取得するのに要する時間を短縮し、物体をより早期に検出することが可能となる。

図４に示すように、従来のＤＳ‐ＳＳレーダ１では、符号発生器２１が発生した符号を使って位相変調した送信信号が送信される。相関器４６が物体Ｔ１から反射してきた受信信号と変調に用いた符号との相関を取る。これにより、送信信号に含まれる符号と受信信号に含まれる符号との時間差から、物体Ｔ１とＤＳ‐ＳＳレーダ１との距離ｒ１が算出される。符号発生器２１が自己相関特性の良い符号を発生することにより、図５に示すように、複数の物体Ｔ１〜Ｔ３が存在しても、これらを分離して、物体Ｔ１〜Ｔ３とＤＳ‐ＳＳレーダ１との距離ｒ１〜ｒ３が算出される。

図６に示すように、例えば、符号長Ｎ＝７であり、符号要素「１」〜「７」の順で配列された符号については、従来は、（符号の周期＋１ｃｈｉｐの幅）＝（Ｎ＋１）×ｃｈｉｐ＝８×ｃｈｉｐの幅の周期で等価時間サンプリングが行われる。これにより、低速サンプリングでも符号列が復元される。しかしながら、従来のサンプリングの方法では、符号長Ｎの符号を繰り返し送出しながら、（Ｎ＋１）×ｃｈｉｐの幅の周期でサンプリングを行う必要がある。

そのため、図７に示すように、全データを取得するためには、（Ｎ＋１）×Ｎ×ｃｈｉｐの幅の時間が必要となる。ＤＳ‐ＳＳレーダでは、長い符号を使用するほど拡散利得が上がり検出性能は向上する。しかし、従来の等価時間サンプリングでは、符号長Ｎの約二乗に比例して全データを取得するための時間が増加することから、符号長Ｎが長い符号を使用すると、全データを取得するための時間が極端に長くなる。

一方、本実施形態では、物体を検出するために必要なデータを取得するためにかかる時間をＮｓｐ×Ｎ×ｃｈｉｐの幅の時間に短縮することができる。また、本実施形態では、データを取得するための時間の短縮に加え、物体の速度の検出を同時に実現することができる。ＤＳ‐ＳＳレーダ１０では、ドップラーシフトによる受信信号の位相変化（周波数）を用いて物体との相対速度を検出する。本実施形態では、相関器４６による相関処理までの間、取得されたデータの配列を入れ替えることなく処理することができるため、位相変化の連続性が保たれており、物体の速度を検出することが可能である。また、本実施形態では、使用されるＡ／Ｄコンバータ４５の性能に見合ったサンプリング周期でサンプリングを行うことができる。そのため、Ａ／Ｄコンバータ４５の性能を最大限に活用することができる。

また、本実施形態では、符号はＭ系列符号であるため、サンプリング周期を符号長Ｎ以下の２のべき乗数Ｎｓｐに符号の１ｃｈｉｐの幅を乗じた周期とすることにより、当該サンプリング周期でサンプリングしたサンプリングデータや、符号をサンプリング周期で並べ替えた参照符号は、元の符号を巡回シフトしたものに等しくなる。従って、このようなサンプリング周期によりサンプリングデータを取得することにより、反射波に含まれる全てのデータを取得するのに要する時間を短縮でき、得られたサンプリングデータと参照符号との相関を取ることにより、物体をより早期に検出することが可能となる。

さらに、本実施形態では、並べ替え器４７は、参照符号とサンプリングデータとの相関を取ることにより得られた相関出力データについて、さらに、（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えて、レーダ出力とする。これにより、相関出力データを距離順の並びで出力することができる。

本発明は上記実施形態に限定されず、様々な変形態様が可能である。例えば、上記実施形態では、符号発生器２１が実際に発生した符号を並べ替え器２１で直接に並べ替えることで相関処理用の参照符号を発生させている。しかし、例えば、図８のＤＳ‐ＳＳレーダ１１に示すように、符号長Ｎとサンプリングの間隔のＮｓｐとが設計で固定値とされていれば、符号発生器２１が発生した符号長Ｎの符号をサンプリングの間隔のＮｓｐで並べ替えたデータに相当する参照符号を符号発生器２１や並べ替え器２１とは別個に発生する参照符号発生器５１を備えることができる。相関器４６において参照符号発生器５１からの参照符号と反射波との相関を取ることにより、上記実施形態と同様に物体の検出が可能である。

本発明の一実施形態のレーダ及び物体検出方法によれば、反射波に含まれる全てのデータを取得するのに要する時間を短縮し、物体をより早期に検出することが可能となる。

１ ＤＳ‐ＳＳレーダ
１０，１１ ＤＳ‐ＳＳレーダ
２１ 符号発生器
２２ ミキサ
２３ アンプ
２４ アンテナ
３１ 並べ替え器
３２ 発振器
４１ アンテナ
４２ アンプ
４３ ミキサ
４４ ＬＰＦ
４５ Ａ／Ｄコンバータ
４６ 相関器
４７ 並べ替え器
５１ 参照符号発生器

Claims (4)

1. 符号発生器を有し、前記符号発生器が発する符号長ＮのＭ系列符号である符号で変調された送信信号を繰り返し送信する送信部と、
   物体に反射した前記送信信号の反射波を、前記符号の前記符号長Ｎ以下の２のべき乗数Ｎｓｐに、前記符号の１ｃｈｉｐの幅を乗じた周期であるサンプリング周期でサンプリングする受信部と、
   前記符号発生器が発する前記符号を前記サンプリング周期に対応する間隔で並べ替えたデータに相当する並べ替えデータと、前記受信部がサンプリングした前記反射波との相関を取ることにより得られた相関出力データについて、（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えたデータを出力することにより、前記物体を検出する検出部と、を備えたレーダ。
2. 前記符号発生器とは別個の参照符号発生器を備え、
   前記参照符号発生器は、前記符号発生器が発する前記符号を前記サンプリング周期に対応する間隔で並べ替えたデータに相当する前記並べ替えデータを発生し、
   前記検出部は、前記参照符号発生器が発生した前記並べ替えデータと、前記受信部がサンプリングした前記反射波との相関を取ることにより得られた相関出力データについて、さらに、（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えたデータを出力することにより、前記物体を検出する、請求項１に記載のレーダ。
3. 符号発生器が発する符号長ＮのＭ系列符号である符号で変調された送信信号を繰り返し送信する送信工程と、
   物体に反射した前記送信信号の反射波を、前記符号の前記符号長Ｎ以下の２のべき乗数Ｎｓｐに、前記符号の１ｃｈｉｐの幅を乗じた周期であるサンプリング周期でサンプリングする受信工程と、
   前記符号発生器が発する前記符号を前記サンプリング周期に対応する間隔で並べ替えたデータに相当する並べ替えデータと、前記受信工程でサンプリングした前記反射波との相関を取ることにより得られた相関出力データについて、さらに、（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えたデータを出力することにより、前記物体を検出する検出工程と、を備えた物体検出方法。
4. 前記符号発生器とは別個の参照符号発生器から、前記符号発生器が発する前記符号を前記サンプリング周期に対応する間隔で並べ替えたデータに相当する前記並べ替えデータを発生する参照符号発生工程をさらに備え、
   前記検出工程では、前記参照符号発生工程で発生した前記並べ替えデータと、前記受信工程でサンプリングした前記反射波との相関を取ることにより得られた相関出力データについて、（Ｎ＋１）／Ｎｓｐの間隔で並べ替えたデータを出力することにより、前記物体を検出する、請求項３に記載の物体検出方法。

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