JP5918139B2 - 複数の角度から反射された信号を使用するサブミリ波レーダー - Google Patents

Description

本発明は、サブミリ波レーダーシステムのための信号処理装置（シグナルプロセッサ）、このレーダーシステム、このシステムを有する、例えば路上走行車のようなロボットまたは車両、および対応する方法およびコンピュータプログラムに関する。

サブミリ波レーダーにおける異なるオブジェクト間の識別は、現在、もっぱらレーダー断面、即ち、あるオブジェクトの基準単位正方形によって反射された波のエネルギー割合の測定に頼っている。例えば、表面粗さと吸収特性との関係に基づいて、オブジェクトの全ての点は類似のレーダー断面値を示す。類似の測定値をグループ化することによって等高線が形成され、これは、オブジェクトをバックグラウンドから分離するための識別ツールを提供する。室外応用のためのサブミリ波レーダーは、複雑なバックグラウンドの前方または複雑な前景の後方にある、複雑なオブジェクトに直面している。典型的な従来のマイクロ波レーダー応用（例えば、地面−飛行機、飛行機−飛行機レーダー）では、そのバックグラウンドが空であり、これは実質的に拡散且つ低損失吸収体であるため、このタイプの問題に遭遇することは無い。唯一の測定された“シャープ”なレーダー断面は、オブジェクトとしての飛行機によって作られる。さらに、唯一の測定可能なドップラーシフト信号は、別の飛行機によってもたらされ、且つ、レーダービームが地面に当たった場所の角度に由来する。地面からの反射信号中、低空飛行の飛行機のみが検出されないで残る。

複雑な環境の元でターゲットの分類と認定を要求する、映像化応用に対して、マイクロ波レーダーは一般に適していない。少なくとも中程度に複雑な環境下での測定を可能とするために、幾つかの技術が提案され、実証されている。その一例は、海軍のマイクロ波レーダーを使用した氷山の検出である。ここで、氷山の小さな反射（水面上では小さな部分のみが見出される）は、波によって生成されたより大きな反射から識別される必要がある。飛行時間フィルタリングを使用して、例えば周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーまたはチャープパルスレーダーを用いて、レーダーからターゲットまでの距離を決定することができる。さらに、信号持続性の空間周波数コンテンツを分析する必要がある（氷山は、埋め込み波よりもより遥かにゆっくり移動する）。殆どの検出エリアが水平ラインより下の小さなバンドに見出され、それによって処理すべきデータ量が大きく減るので、海軍レーダーは（環境の構造によって）事実上１次元である。

路上走行車、例えば乗用車のより低い周波数でのレーダー（例えば、車両対インフラは６３ＧＨｚ、車両対車両は６６ＧＨｚ、クルーズコントロールは７７ＧＨｚ、衝突防止は７９ＧＨｚ）は、パルスレーダー構造、または、上記ＦＭＣＷ技術の何れかを使用して、種々の距離にあるオブジェクトを識別する。これらのレーダーは、形状からオブジェクトの識別が可能な、充分な解像度を持った映像を生成しない。これらのレーダーシステムは、かなりの水平解像度を提供するが、しかし通常、垂直解像度は非常に限られており、その結果、実質的に１次元検出ゾーンを生成する。

垂直および水平の両方向に高い解像度を提供する、赤外カメラがある。このようなカメラは、ピクセル受信器によって吸収された全体のパワー（非干渉性の）に敏感であり、レーダーシステム（少なくとも、１個のカメラのみが使用されている限り）の場合、距離情報を得ることはできない。さらに、自動車用の殆どのＩＲカメラシステムは、パッシブである。信号を送出せず、シナリオまたはオブジェクト自身の発光が信号源として使用される。従って、ＩＲカメラシステムは、コントラストの低いシナリオ（暖かいバックグラウンドの前に立っている人間）に対処する必要があり、システムを盲目にする強いＩＲ源（ランプ、太陽）に敏感である。さらに、雨や雪はシステムの効率を実質的に減少させる。

室外応用のためのサブミリ波レーダーは、理論的にはサブミリ波周波数領域の全体で使用することができる。最小大気減衰の周りに位置する周波数範囲内に周波数ウインドウがあり、ここでの動作が好ましいことに注意すべきである。レーダーの与えられた小さなダイナミックレンジに対して、且つ、与えられた小さな電源および大きな検出距離に対して、こられの大気ウインドウから離れないことは、低い距離要求と大きなダイナミックレンジおよび電源を備えるシステムに対するよりも、さらに重要である。現在、検出範囲が約１００ｍである全てのサブミリ波レーダーは通常、ソースパワー限界によって大気ウインドウ内の動作に限られているが、此処に提示された本発明の実施例は原理的にはこのウインドウに限定される必要は無い。マイクロ波レーダー応用とは対照的に、０から１００ＧＨｚの完全な周波数範囲を使用することができ、法律的な制約のみが周波数最適化を制限する場合、１００ＧＨｚ以上のレーダーは、利用可能な周波数の一部分（２０％）のみを使用可能である。典型的な帯域（同様に、“大気ウインドウ”として言及される）は、ピーク減衰の増加を伴って、１００ＧＨｚ、２２０ＧＨｚ、３５０ＧＨｚ、４５０ＧＨｚ、５２０ＧＨｚ、６００ＧＨｚ、８１０ＧＨｚ、１．０００ＴＨｚ、１．６５０ＴＨｚおよび２．４００ＴＨｚの前後に位置している。これらのウインドウは、電波天文学においてよく知られている。

ＷＯ２００６／０７８５７０（ＨＯＬＴ）の段落００６３−００６９が、被写体の少なくとも一部を、先ず電磁波で、次に約１００ＭＨｚ以上約２ＴＨｚ以下の周波数を有する異なる周波数範囲で照射することを含む、被写体の観察方法を提供していることは、既知である。

映像における相違の観察を強化するために、それぞれの映像に、映像パターン、強度レベルまたは色のような、識別特徴を割当てても良いことが記載されている。映像は、カラー映像から生成されたグレースケール映像である。記載された事例では、これらの映像におけるピクセルはそれぞれ、赤、緑および青の色が割当てられていた。これが、これらの映像の一般的な強度レベルが相違することの、少なくとも一部分の理由である。

さらに、観察者が映像間の相違を識別するのを助けるために、異なる周波数範囲に対するデータから生成された異なる映像を、観察者に対して、連続的にあるいは同時に表示することができることが記載されている。このような相違のエリアは、オブジェクトを含み得る映像異常に対応し得る。観察者の注意をその異常に向けることによって、オブジェクトの識別を速めることができる。

本発明の目的は、サブミリ波レーダーシステムのための新規な信号処理装置、このようなレーダーシステム、ロボット、または、ロボット車両またはこのシステムを有する路上走行車を提供すること、且つ、対応する方法およびコンピュータプログラムを提供することである。

第１の観点によれば、本発明は、システムの視野内のコンテンツから信号を受信しダウンコンバートするための受信器を有するサブミリ波レーダーシステムを提供する。ダウンコンバートされた信号は、視野内の所定の点に対応し、時間的に変化する振幅と、所定の点におけるコンテンツに依存する周期的成分を持った位相成分とを有し、信号処理装置（シグナルプロセッサ）はこの周期的成分からコンテンツに関する情報を導出するように構成され、このレーダーシステムは視野内の同じポイントの信号を、複数の照射または受信位置を有することによって、異なる照射または受信角で獲得するように構成され、この信号処理装置は、コンテンツの位置または方位を決定するために２個またはそれ以上の角度からの信号から決定された情報を使用するように構成されている。

多くのオブジェクトが認識できないことを意味する、殆どの反射が鏡面反射でありそのためレーダーシステムに面するオブジェクトの表面のみが検出可能であると言う、サブミリ波長の欠点を、異なる角度からの情報を使用することによって、対処すること、即ち、克服することが可能となる。

本発明の実施例は追加の構成を有することができ、このような追加の構成の幾つかが従属項に記載され、以下に詳細に説明される。

幾つかの実施例では、１個の受信器と間隔を置いた複数の送信器とを有している。他のものは、異なる角度から異なる時間で信号を得るために、複数のまたは可動の受信器または送信器を有しており、信号処理装置は、複数のまたは可動の受信器または送信器の対応する位置表示を受信するように構成されている。

信号処理装置は、異なる角度からのダウンコンバート信号のどの部分がコンテンツ中の同じオブジェクトに対応するかを決定し、且つ、三角測量によってそのオブジェクトの位置を決定するように、構成されることができる。

このシステムは、オブジェクトの複数の点の表面方位を決定し、オブジェクト特徴のライブラリと比較することによってそのオブジェクトを分類するように、構成されることができる。

幾つかの実施例では、コヒーレントなダウンコンバートが上記特徴に加えて使用され、それによって、振幅情報のみよりもむしろ位相および振幅情報が存在する。このことは、ノイズと区別がつかないとして従来の非コヒーレントシステムにおいて失われていた付加情報が、ダウンコンバート信号中に存在することを意味している。複雑な位相−振幅情報は、振幅のみよりも、オブジェクト、バックグラウンド（背景）および大気条件のようなコンテンツにおける変化に、より敏感である。サブミリ波レーダーの位相情報は、コンテンツに特有の少なくとも３つのタイプの情報を有する、周期的成分の保存を可能とする。最初に、僅かなサブミリ波長に渡るコンテンツの外見上の周期的変化の形状における、コンテンツの振動（フラター）は、例えば、風による植物の動き、または何らかの構造の強制されたその他の振動のような、微小な動きのように、特定のコンテンツに特徴的である。この種の情報は、使用する波長が典型的な微小運動よりもはるかに長いので、マイクロ波レーダーでは見出されず、または余り有用ではない。第２に、サブミリの定常波に置ける変化は、スペックル（斑点）として検出され、ノイズとして捨てられる代わりに、コンテンツの相違によって生成される、スペックル（斑点）における相違を決定するために充分に、検出されることができる。［スペックルはマイクロ波レーダーにおいても同様に見られるが、サブミリ波レーダーで価値のあるスペックルパターンの空間分布は、ターゲットが曲率半径を有し且つ多くの波長のターゲットサイズであることを要する。］第３に、視野内のオブジェクト上の薄膜は、その層が複数の半波長オーダーの厚さを有している場合、サブミリ波照射の受信した反射に影響を与える干渉縞を生じうる。このようなファブリペロー効果は、マイクロ波レーダーにおいても理論的に見出されるが、数メートルにわたって延びる必要のあるセンチメートル厚さの多くの層を検出する実際の使用では、非常に限定されている。これはサブミリ波レーダーの場合には異なる。一例として、道路上の氷の層がある。この追加の情報は、例えば、太陽光、霧或いは降雨による目潰しに対して比較的影響を受けない、自動車用レーダーを含む広範囲の応用に対して、サブミリ波をさらに実用的にすることができる。

幾つかの実施例では、ダウンコンバート信号は、ＩＦスペクトルを有するＩＦ信号の場合があり、信号処理装置（シグナルプロセッサ）はＩＦスペクトルの２つまたはそれ以上の領域を別個に分析するように構成されている。これは、例えば、このスペクトルの幾つかの部分において現れその他では現れない、コンテンツの識別を可能とする、助けとなる。

受信した信号は、複数の異なるサブミリ周波数の信号を含むことができ、信号処理装置は、対応するＩＦ信号を異なるサブミリ周波数に対して別々に分析するように構成されることができる。さらに、これは、幾つかのサブミリ周波数において現れ、その他において現れないコンテンツを識別する助けとなる。

信号処理装置は、映像解析において既知の何らかの技術を実行するように構成することができる。このような技術には、デジタルフィルタの応用、例えば、平滑化フィルタまたは分割化、輪郭発生、コントラストジャンプ、および／またはライン、エッジ、コーナーの識別のために使用されるフィルタであって、輪郭、領域等を平滑化するために形態学的演算子を使用するように適応されたフィルタが含まれる。

信号処理装置は、映像中で検出された興味あるオブジェクトおよび／または点、例えば、コントラストジャンプ、ラインを分類するように構成されても良い。

信号処理装置は、受信映像の一部分をクラスター化し、それによって、共通の特徴を持った領域を識別し、例えば、それによってオブジェクトを識別するように構成されていても良い。これは、例えば、検出された特徴を、所定のオブジェクトまたはオブジェクトクラスの特徴を格納したライブラリと比較すること、を含むことができる。

信号処理装置は、受信信号の一部分を受信ビーム位置の対応するセットに関連させるための部分を有することができる。これは、関連する信号を、シーンを表すフレームにグループ化させることを可能とする。これは、例えば、１、２または３次元フレーム化であり得る。

信号処理装置は、フレーム化されたデータに演算子（オペレータ）を適用する部分を有することができる。この演算子は、ある所定の瞬間におけるシーン内の振幅および／またはＩＦ周波数の局所的な変化を抽出するための演算子であっても良い。この演算子は、フレーム化されたデータ中の空間または時間的な特徴を抽出するための演算子であっても良い。

この演算子は、サブミリ周波数または振幅に依存性を有する特性、または、照射方向、受信器の焦点位置、または偏光、或いはこれらの全ての組合せの何れかに対する依存性を備える特性を抽出するための演算子であっても良い。

他の観点によれば、上記の何れかの請求項に記載のレーダーシステムであって、且つ、車両の移動に伴って信号処理装置に照射の絶対位置または受信位置を示す部分を有するレーダーシステムを備えた、車両を提供する。

他の観点によれば、サブミリ波長アクティブレーダーシステムを使用する方法を提供し、この方法は、送信器を使用して視野を照射し、システムの視野内のコンテンツからの信号を受信し且つダウンコンバートするステップを有し、このダウンコンバートされた信号は、時間変化する振幅と、所定の点のコンテンツに依存する周期的成分を有する位相成分とを有する、視野内の所定の点に対応し、このダウンコンバートされた信号は、複数の照射または受信位置を有することによって、異なる照射または受信角からの信号を有し、さらにこの方法は、周期的成分からコンテンツに関す情報を決定するためにダウンコンバート信号を処理するステップと、コンテンツの位置または方向を決定するために２個またはそれ以上の角度からの信号から決定した情報を使用するステップを含む。

幾つかの実施例では、この方法は、異なる角度からのダウンコンバート信号のどの部分がコンテンツ中の同じオブジェクトに対応するかを決定し、三角法によってそのオブジェクトの位置を決定するステップを有する。

他の観点によれば、コンピュータによって実行された場合に、コンピュータにこれらの方法のステップを実行させる、記憶されたプログラムを有するコンピュータ読取可能な媒体を提供する。

全ての追加の構成は共に組み合わせることができ、全ての観点と組み合わせることができる。他の利点は、当業者、特に他の従来技術の当業者にとって明らかであろう。本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの変形および修正が可能である。従って、本発明の形は、説明的でのみあり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。

本発明に係るレーダーシステムの実施例の概略図。 本発明に係るレーダーシステムの実施例の概略図。 本発明に係るレーダーシステムの実施例の概略図。 実施例に係るステップを示す図。 本発明に係るレーダーシステムの実施例の概略図。 本発明に係るレーダーシステムの実施例の概略図。 実施例に係るステップを示す図。 他の実施例のシステム図。 図１，２，３または４の実施例またはその他の実施例で使用するための周波数およびタイミング制御の概略図。 図１，２，３または４の実施例またはその他の実施例で使用するための周波数およびタイミング制御の概略図。 図１，２，３または４の実施例またはその他の実施例で使用するための周波数およびタイミング制御の概略図。 同じシステム実施例に対するＲＦ発生器部の概略図。 同じシステム実施例に対するＬＯ発生器部の概略図。 同じシステム実施例に対するＩＦ処理部の概略図。 同じシステム実施例に対するＩＦ処理部の概略図。 同じシステム実施例に対する映像処理部の概略図。 同じシステム実施例に対する映像処理部の概略図。 オフラインＩＦ処理および映像処理を使用する代替的実施例の概略図。 レーダーシステムの実施例のためのビーム成形および走査部の概略図。 レーダーシステムの実施例のためのビーム成形および走査部の概略図。 どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。 どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。 どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。 どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。 どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。 どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。 どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。 受信したＲＦ信号における検出可能な干渉効果を示すグラフ。 受信したＲＦ信号における検出可能な干渉効果を示すグラフ。

本発明を、ある実施例に関して、且つ、いくらかの図面を参照して説明するが、しかし本発明はこれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は概略的で限定的なものではない。図面において、要素の幾つかのサイズは説明目的のために誇張されており、寸法どおりではない。本明細書と特許請求の範囲において“備える”との用語が使用されているが、これは、その他の部材または段階を排除するものではない。単数名詞として記載された限定または非限定項目が使用された場合、特別に指定されている場合以外はその名詞の複数のものを含む。

特許請求の範囲で使用された用語“備える”は、それ以降で列挙された手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、その他の部材または段階を排除しない。従って、表現“手段ＡおよびＢを備える装置”は、部品ＡおよびＢのみからなる装置に限定されるべきではない。これは、本願発明に関して、その装置に関連する部品はＡおよびＢであることを意味している。

さらに、明細書および特許請求の範囲における用語、第１、第２、第３等は、類似の部材間を区別するために使用され、必ずしも順序または時間順を記載するものではない。このように使用された用語は適正な環境下で相互に交換可能であり、ここに記載した発明の実施例は、ここに記載し或いは図示したものとは別の順序で動作可能であることを理解すべきである。

さらに、明細書および特許請求の範囲における用語、上部、下部、上方、下方等は説明目的のために使用され、必ずしも相互の位置を記載するものではない。このように使用された用語は、適正な環境下で相互に交換可能である。ここに記載した発明の実施例は、ここに記載し或いは図示したものとは別の配置で動作可能であることを、理解すべきである。

請求の範囲で使用された用語“備える”は、それ以降にリストされた手段に限定されるとして解釈されるべきではないことを注意すべきである。これは、他の要素またはステップを排除しない。従って、記述された構成、整数、ステップまたは部品の存在を特定するものとして解釈されるべきであり、１個のまたはそれ以上のその他の構成、整数、ステップまたは部品、またはそれらのグループの存在を排除するものではない。従って、表現“手段ＡおよびＢを備えるデバイス”の範囲は、部品ＡおよびＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。本発明に関して、このデバイスに関係のみする成分がＡおよびＢであることを意味する。

この明細書を通して、“一実施例”或いは“ある実施例”との言及は、実施例に関連して記載されるある構成、構造または特徴が、本発明の少なくともひとつの実施例に含まれていることを意味する。従って、この明細書全体の種々の場所における語句、“一実施例において”或いは“ある実施例において”の出現は、必ずしも全てが同じ実施例に言及するものでなくても、或いは、そうであっても良い。さらに、ある構成、構造または特徴は、１またはそれ以上の実施例において、当業者にとってこの開示から明らかであるように、全ての適切な方法で組み合わせることができる。

同様に、本発明の典型的な実施例の記載において、本発明の種々の構成は、しばしば１つの実施例、図面またはその説明において、開示を合理化するために、且つ、一またはそれ以上の種々の発明的観点の理解を助けるために、共にグループ化される。この開示の方法は、しかしながら、特許請求の範囲に記載した発明が各請求項に明示的に記載したものより多くの構成を必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、発明的観点は、上述の１個の開示された実施例の全ての構成よりも少ないものに存在している。従って、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、各請求項をそれ自身でこの発明の別の実施例として、ここに置いて明示的にこの詳細な説明に組み込まれる。

さらに、ここに記載した幾つかの実施例は、他の実施例に含まれる幾つかの構成を含むが他の実施例に含まれる他の構成を含まない一方で、異なる実施例の構成の組合せは本発明の範囲内であると意図され、且つ、当業者によって理解されるように、異なる実施例を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲において、特許請求された全ての実施例は、全ての組合せにおいて使用しうる。

ここに提示された記載において、多くの具体的な詳細が述べられている。しかしながら、本発明の実施例はこれらの具体的な詳細が無くても実施することができることを、理解すべきである。他の事例において、周知の方法、構造および技術は、この記載の理解を妨げないように、詳細には示されていない。

本発明の幾つかの実施例の詳細な説明によって、本発明を説明する。本発明の他の実施例を、本発明の技術的な開示から離れることなく、当業者の知識に基づいて構成できることは明らかであり、本発明は添付の請求の範囲の用語によってのみ限定される。

“アクティブ”は、シーンを照射するために放射線を放出し、シーンから反射された放射線を検出する全てのレーダーシステムを意味する。受信が放射器に対して位相ロックされていると、放射器は、放射を検出することによって、原理的に受信部に対して独立していることができる。

“サブミリレーダー”は、一般的に、約１００ＧＨｚ以上の周波数を使用する全てのレーダーを含むものと意図され、そしてその事例は、３００ＧＨｚ以上で、テラヘルツレーダーとしても知られている３ＴＨｚ以下の狭い範囲内で説明される。このようなレーダーは、例えば、車両のためのシステム、および例えば周知のように、建築物におけるセキュリティまたは監視システムに応用することができる。

“コンテンツ”は、視野内の全てのものとして定義され、例えば、自動車用の応用に対しては自動車や歩行者のような検出すべきオブジェクト、さらに、少なくとも自動車用の応用に対してはノイズとして見做され且つ識別の一部分として映像から消去されうる植物や建物のような背景またははっきりしないオブジェクトを含む。コンテンツは、さらに、雨、霧、雪または日光のような、外部照明および受信器に戻ってくる反射の何れかまたは両方に影響する、大気効果を含む。

“車両”は、広く解釈されるべきであり、全てのロボット、ロボット車両、自動誘導車両、路上走行車、船舶、飛行機等に言及することができる。

実施例の紹介：挑戦およびシステム考察
屋外応用に対するサブミリ波（以降、サブミリ）レーダーは、他のレーダーシステムでは失敗すると考えられる複雑なバックグラウンドの前面の複雑なオブジェクトを含む応用を対象としている。従って、過度のバンド幅（帯域）と電力（パワー）要求を伴うことなく、レーダーの識別および分類能力を強化するために、新しい技術が必要とされている。

ＲＦバンド幅を減少させることは、ノイズパフォーマンスを向上させるための１つの有用な方法である。古典的なドップラーおよびＦＭＣＷレーダーシステムでは、それぞれの往復距離分解能に要求される速度に達するために、非常に大きなＲＦバンド幅を必要とする。受容できる信号対ノイズ比に達する唯一の可能な方法は、集積化である。その結果、単位時間に対してほんの少しの回数の測定のみが実行可能である。通常、この数は１Ｄ走査レーダーに対して充分である。これらの古典的な方法に基づいて、映像レーダーシステムを実現することはできない。必要とされるＲＦバンド幅を減少させ、他の方法で分類情報を提供する方法があるはずである。このバンド幅の減少は、より良い信号対ノイズ比を生じる。この信号対ノイズ比の増加は、ＬＯパワー要求を低下させるために、または、単位時間当たりに測定されるピクセル（フレーム）の数を増加させるために、使用することができる。

ＬＯパワーは、今日の、サブミリ波映像レーダーを製作する上での他の制限因子であり、所定の距離のシナリオを照射するためのＲＦパワーの利用可能性である。現在のところ、１０μＷの出力は、導波路ブロックを利用した最高水準である。手ごろなレーダーシステムに対して、１０ｍＷの出力を達成しなければならない。このようなシステムを製造する技術は近い将来可能となるであろう。広帯域照射要求を追加することによって、放射パワー目標は、達成することがさらに困難となる。手ごろな出力に到達する方法は、広帯域源から離れて、多重周波数源を構築することである。この多重周波数源は、要求される周波数帯で要求されるパワーを放射するが、しかし、大気ウインドウ間における周波数範囲において高い出力レベルを生成する能力を持つ必要はない。

アクティブなサブミリ波レーダーは通常、鏡面反射の角度かそれに近い角度において、反射面に敏感であるため、サブミリ波で“見える”オブジェクトの形状は、ＩＲカメラを使用して獲得される映像とは非常に異なっている。この映像は、同様に、パッシブなミリ波レーダーを屋外条件下で使用して獲得した映像と異なっている。アクティブサブミリ波レーダーにおける顔の映像は、主に、鼻先、額およびあご先（モノスタティックレーダーに対する鏡面反射点となる）の明るい反射のみからなる。顔の残りの部分は、それらが鏡面反射の角度領域内にないので、映像には貢献しないが、光学的周波数とは異なって、非常に少ない拡散反射がある。映像に対する拡散反射の貢献を制限する別の因子は、受信器のダイナミックレンジが制限されていることである。従って、オブジェクトの形状は、光学映像における認識可能な形状に対応せず、そのため、オブジェクトを分類するために別のレベルの情報の追加が必要である。顔の殆ど全ての点が同じペースで動くであろうと言うことを知ると、信号の絶対レベルが低くても、ＲＦスペックルパターン周波数スペクトルは同じとなるであろう。

オブジェクト分類ライブラリは識別プロセスの有用な部分であり得る。身近な多重周波数レーダーシステムと共に、オブジェクト挙動のライブラリは事前に設定されねばならない。オブジェクトの具体的な挙動（ＲＦ周波数に関して）のみならず、種々のオブジェクトクラスを識別するために、低周波数相関長（ＩＦバンドにおいて測定されたもの）も同様にリストアップすることができる。

さらに、オブジェクト分類ライブラリは、更に、オブジェクトの空間および時間的相関関数に関する情報を含むことができる。あるオブジェクトは、結像装置上で典型的なサイズおよび形状（空間的相関長）と典型的な可視時間（相関時間）を、オブジェクトの部分の互いに関する相対運動（オブジェクト自動相関スペクトル）と同様に、有する。

室外応用に対するアクティブおよびパッシブサブミリ波レーダーの基本的感度の限界は、ノイズ等価反射率差（ＮＥＲＤ）によって決まる。名前の通り、ノイズ等価よりも大きい反射率差のみが、レーダーシステムによって理解される。

従来のレーザシステムとは反対に、サブミリ波自動車レーダーは結像装置として使用することができる。従って、新しい一連の概念を展開することができる：映像レーダーは、各ピクセルにおいて、高いピクセル再現率と小さな集積化時間を要する。従って且つより小さな波長に基づいて得られる高い空間分解能と共に、オブジェクトとバックグラウンドの小さな動きによって生じたスペックルシグニチャーは、ＩＦ信号の振幅情報において可視となる。それらは、位相情報が維持され検出されない限り、ノイズとして現れる。幾つかの条件は次の通りである。

・空間分解能は、移動するオブジェクト（葉、衣類、車両部分）のオーダーでなければならない。
・波長は、このような複雑なオブジェクトの動きが位相情報の大きな変化を引起すように、充分小さくなければならない。

この両方の条件は、他のタイプのレーダーとは異なって、サブミリ波レーダーで満足される。数センチメートルの空間分解能は、個々の葉、衣類部分および車両部分の識別を可能とする。通常、ミリメートルよりも小さい波長は、結果としてミリメートルのほんの一部分のオーダーの小さな動きをもたらし、シフト定常波率、即ち、古典的なスペックルパターンとして、見えるようになる。

スペックルパターンのようなこれらの周期的成分を除去する代わりに、それらの周波数コンテンツを評価することができる。調査中のオブジェクトの微視的な動きの典型的な周波数範囲に起因して、オブジェクトクラスからオブジェクトクラスに顕著なマイクロ運動スペクトルの利用可能性につながる。

木の葉は、通常、スペックル周波数１０ｓから１００Ｈｚにつながる、数ｍｍ／ｓの振動スペクトルを有している。衣類は、結果的にサブＨｚスペクトルとなる、２、３ｍｍ／ｓの振動スペクトルを有している。従来のレーダーシステムは数１０Ｈｚのフレームレートを有し、これらのスペックルパターンを見ることはできない。時間ウインドウに渡って選択されたピクセル上で一連の測定を行うことによって、周波数分解能を数ｋＨｚに上げることができる。数ピクセルの情報を取り、且つ、ＦＦＴ解析または類似のタイプのその他の変換を実行することによって、自動車の事例に対する植物の影響のような、ある雑音の除去が可能となる。

以下にさらに詳細に説明するように、さらに多くが実行される。
相関解析は、単一周波数レーダーによって得られる２Ｄ映像に、更に２つの次元を追加することができる。

全ての所定のピクセルの相関時間を“過去に戻って”計算することができ、且つ、全ての隣接するピクセルの相関長を“同時に”計算することができる。この方法の全出力は、如何なるピクセルであってもそのピクセルの相関を、以前の時間にとられたその他のピクセルに関して計算することにより、明らかとなる。この“全”相関は、時間および空間に似た特性、例えば、シナリオフレームに対するオブジェクト移動、オブジェクトの他の部分に対するオブジェクト部分の移動、オブジェクトのサイズおよび持続情報、を含む。このような特性の全ては、コンテンツに特有であり、種々のタイプのオブジェクトの識別および分類を可能とする。

結像システムに対して、フレーム速度は、バックグラウンドおよびオブジェクト両者の相関時間がフレーム速度よりも遅くなるように、充分早く選択されるべきである。それぞれのピクセルポイントの“時間をさかのぼった”自身との相関（自動相関時間）の計算は、コントラスト強調映像を生じ、このオブジェクトは、通常、風によって生じる小さな移動に基づく、バックグラウンドにおける植物エコー信号の持続時間よりも長い相関時間に変換できる、持続時間を有している。オブジェクト（例えば、歩行者）は、通常、道路施設の一片、または、例えば広告に使用される人間の厚紙映像よりも遥かに速い、相関時間を有している。

同じ測定情報を取り且つ隣接するピクセルに対するピクセルの相関を計算することによって、オブジェクトの特定のクラスに対する典型的な相関長が得られる。植物は小さな動きによって生じた、比較可能な小さな相関長を有し、人間はその人間のサイズによって決まるより長い相関長を有し、道路施設は、そのサイズによって往々にして最も長い相関長を有する。

次に、時間および空間類似の相関を計算すると、新しい２つの次元が測定データに追加された。即ち、オブジェクトのサイズのみならず、レーダーシステムに対するオブジェクトの持続時間および典型的な動きを、検出ツールとして使用できる。

これらの“フル”相関スペクトルは更に、オブジェクトが連続したフレームのセットにおいて可視であるピクセルに関連する、明白な相関ピークによって、速度情報（レーダーシステムに対して垂直）を含んでいる。レーダービームの方向における速度情報は、フレームを以前のものと相関させる場合、変位またはターゲットのサイズを同定することによって、種々の方法で得ることができる。

複数のサブミリ波バンドの使用
使用可能なサブミリ波バンド間の周波数距離が比較的大きいために、所定の障害物のレーダー断面は、その障害物の材料の物理的特性に原因して、異なる周波数バンドでは異なったものとなる。人間の体はほぼ同じようにして全てのＴＨｚ波を反射する。即ち、人間の皮膚によって生じる損失は、放射周波数に依存しない殆ど完全なミラーとして作用する。０．５ｍｍ、・・・、１ｍｍの厚さを有する通常の木の葉は、ファブリ−ペロー共鳴効果を示し、レーダービームに垂直に投影された木の葉の厚さが、材料中での波長の半分の奇数倍である場合、相殺的干渉を引起す結果となる。他の周波数では、同じ木の葉は、材料中での波長の半分の偶数倍に一致する厚さを有しており、その結果、建設的干渉を引起す。相殺的干渉は結果的にレーダーの断面を０とし、従って木の葉を見えなくする。建設的干渉周波数はレーダー断面を最大にする。

これらの特性を有効に利用するために、多重周波数レーダーシステムを使用し、獲得した映像をコヒーレントに評価することができる。あるバンド内で得られたレーダー映像のそれぞれについて１個以上（例えば３個）の周波数バンドを選択することは、予め決定された“ＴＨｚカラー”の属性である。その後に、特定のシナリオ（情景）からある時間において得られた全ての映像（“ＴＨｚカラーを抽出する”）を重ね合わせてフォールスカラー（偽色）映像を形成する。これによって、レーダーリスポンスの周波数依存性が、映像処理により適したカラー映像へ変換される。カラーに関係する周波数バンドは、結果として人間の身体から“白色”映像を生じ、葉っぱから“カラフルな”エコーを生じる。これは、草の葉がより高い周波数を有し、樹木の葉に比べて最初に相殺的干渉が起こるためである。樹木の葉は、次に、針葉樹の葉よりも周波数が高い。ボール紙の壁と交通標識ははっきりした非白色を有し、これは映像の大部分で高速で変わらない（水面上の油のスポットに良く似ている）。舗道上の黒い氷の層も、典型色のゆっくりと変化する外観を有している。反対に、雪は完全に黒色である。これは、雪面上の多重反射が、入射する放射線を完全に吸収するからである。

そのため、フォールスカラーサブミリ波およびＴＨｚ映像化は、オブジェクトの物理的表面構造に基づいてオブジェクトを判別する働きをする。全周波数バンドにおいて得られた合計の信号振幅は、最終的にレーダー断面を象徴する。このデータセットにおいて、判別パラメータを“ＴＨｚカラー”に基づいてマップすることができる。例えば、３個の周波数バンド映像を取ることができる。“赤”のカラーエッセンスは３５０ＧＨｚで取得され、“緑”は４５０ＧＨｚで取得され、更に、“青”は５００ＧＨｚで取得される。人間のエコーは、全周波数バンドに共通である。葉と低木のエコーは強く周波数に依存する。これらの３つのカラー映像を重ね合わせることにより、結果としてフォールスカラー映像を生成する。ここで、人間のエコーは“白色”であり、葉のエコーは色の着いたものとなる。それ故、コヒーレントレーダーシステムにおいて、多重バンド結像を、コントラストを強化し且つオブジェクトの分類を可能とするために使用することができる。

サブミリ波映像レーダーは、映像化された部分の全てが使用した放射線の波長よりも遥かに大きい情景（シナリオ）を処理する。これは、従来のレーダーとは反対であって、従来のレーダーでは典型的な映像化オブジェクトは幾つかの波長の典型的な大きさを有する。その結果、ＴＨｚレーダー映像は、映像化オブジェクトの表面特性の細部を、従来のレーダーよりも多く含んでいる。自然オブジェクトの表面上では、数ミリメートルの特徴的な長さを有する典型的な構造がしばしば見られる。これは、樹皮、葉、衣類、および交通標識上の反射面を含んでいる。従って、障害物上のある点の遭遇したレーダー断面は、マイクロ波レーダー映像に比べて狭帯域路において、使用したレーダー映像により強く依存する。この情報を抽出し取り扱うことは、それをオブジェクトまたは障害物の検出と分類に使用することができること、を意味している。

上述のように、レーダー信号からの最大の情報は、空間スペクトル（オブジェクトがどの程度大きく、どの程度小さいか）、低周波数スペクトル（オブジェクトの小部分がオブジェクトに対してどのぐらい速く動くか）、ＩＦ周波数スペクトル（オブジェクト全体がレーダーシステムに対してどの程度速く動くか）および色、ＲＦ周波数スペクトル（オブジェクトの反射率がＴＨｚ周波数に伴ってどのように変化するか）、のような周期的成分における変動を用いることによって、抽出することができる。

この情報と以前に取得したフレームを考慮することにより、レーダーシステムに対して高速のオブジェクト判別ツールが提供される。このようなツールによって、システムノイズに最もネガティブな影響を与える、例えばＩＦ周波数スペクトルを使用して、ドップラーレーダーに匹敵する情報を備える連続波レーダーに到達することを、避けることができる。

反射を受信する全てのレーダーシステムは、そのノイズ等価反射率差（ＮＥＲＤ）によって制限される。これよりも小さな反射率差を検出することはできない。ＮＥＲＤを減少させることは実際のレーダーシステムを強化するために極めて重要である。

ＮＥＲＤを強化するために、２つの基本的に異なる戦略がある。
１：所定の反射率差において獲得された測定信号の差を増加させること。単一の周波数上で動作させる代わりに、周波数バンドセット上で動作させることにより、所定の反射率差で受信した信号の差が、反射率それ自身が周波数依存性であり次第、強化される。
２：測定システムのノイズを減少すること。反射率が周波数依存性でない場合であっても、単一の周波数上で動作させる代わりに、一組の周波数バンド上で動作させることにより、その結果として獲得したデータ量が二倍となり、従って、測定データ量を二倍以上に集積化し、ノイズを実質的に減少させて、オブジェクトの識別を可能とする。これは、ノイズはより集積化されることによってキャンセルされる傾向があるためである。

測定システムのノイズのみならず、雨および雪によって生じたノイズを考慮することによって、周波数セットでの測定によってこのノイズの減少が可能となる。即ち、測定において相関する部分はオブジェクトのみである。雨による散乱および吸収は、強くランダムに周波数依存性である。

周波数バンドのセット上で動作させることは、全てのスペックル効果を実質的に取り除く。スペックルは、送信器とオブジェクトと受信器間の定常波によって生じる、全てのコヒーレントレーダーシステムの悪名の高い副産物である。スペックルフィルタリングは、通常、信号対ノイズ比と測定信号のダイナミックスに、相当な損失を与える。多重レーダーシステムは、充分に大きな数の周波数で動作する場合、如何なるスペックルフィルタをも必要としない。

同じサブミリ波バンド内の多重設定の使用
フォールスカラー成分は、同様に、例えば、ピクセル解像度、集積時間および異なる設定で取られた映像および比較映像のＩＦビン設定を変化させることによって、得ることができる。これから、より正確なドップラー情報が、映像中の数点において入手可能である。より高い分解能で実施された等高線の抽出の後、この速度情報は高分解能等高線で区切られたオブジェクト全体に割り振られる。

システム部品：Ｔｘユニット
多色ＴＨｚレーダーは複数セットの周波数乗算器または、周波数バンドセット内でオブジェクト照明のために大きな出力パワーを生成することができる、１個の乗算器セットを必要とする。自動車応用のために適切な周波数バンドは、大気ウインドウによって決定された、３５０ＧＨｚ、４５０ＧＨｚおよび５１５ＧＨｚである。連続波送信器は、位相ロックが使用された場合、より実用的である。何故なら、如何なるパルス応答もＳＡＲ技術を用いて得られたＣＷ結果に基づいて計算することができ、如何なる位相ロックも送信器周波数をパルス化することによって擾乱させることができるから。

システム部品：Ｒｘユニット
多色ＴＨｚレーダーの受信器側に対して、分数調波のミキサーステージが適切である。必要なＬＯ周波数は、通常、２または３倍だけ低く、ミキサーをポンプするために利用できるパワーはより簡単に生成することができる。異なるカラーチャンネルの分離は、光学ビームスプリッター中のファブリペロー共鳴装置ステージを用いて、行うことができる。ここで、信号の３０％のみが測定信号を生成するために使用できる、吸収力のあるソルーションに比べて、入力多重周波数信号の殆ど８０％を使用することができる。ＬＯおよびＦＲ部を３個の独立したユニットに分割することによって、全体のＴＨｚ放射パワーは３倍だけ増加し、これによって、システムの信号対ノイズを３の平方根、即ち、１．７だけ増加させる。その他のソルーションは、それぞれのＲＦバンドに対するそれぞれのＲＦソース信号上での単一のサイドバンドアップコンバータに基づいて、サイドバンド生成器を使用することである。それぞれのＲＦバンドに対して異なるサイドバンド変位を用いると、従来のミキサーのみが必要であり、種々のＲＦバンドは周波数多重化によってＩＦ信号中に含まれる。

ここでも、Ｒｘユニットは周波数乗算器の複数のセットまたは、周波数バンドの１セット内でオブジェクト照明のためのかなりの出力パワーを発生することができる、単一の乗算器セットを必要とする。分数調波ミックスのための適切な周波数バンドは、１７５ＧＨｚ、２２５ＧＨｚおよび２５７．５ＧＨｚである。これらの周波数バンドの何れも、互いに高調波ではなく、そのためＲＦクロストークは問題とはならない。

２Ｄ映像レーダーシステムは、利用可能な瞬間的ＩＦバンド幅における非常に難しい要求を有しているので、信号−ノイズ比は問題となる。（ＲＦバンド幅における制約はもっと緩やかである。）ＴＨｚ周波数セットにおいての同時測定によってのみ、これは満足することができ、それによって、バンド幅増加変調技術の使用を回避することができる。一方、周波数の１セットでの同時測定は、得られた直交データ量を乗算し、システムのノイズをさらに減少させる。

オブジェクトの反射率のＲＦ周波数依存性を考慮すると、従来のレーザシステムよりも多くの情報が得られるので、更なる分類パワーが発生する。典型的なＲＦ周波数スペクトルのライブラリを使用することによって、レーダーオブジェクトの分類が可能となる。特に、植物（葉っぱ）はＴＨｚ波長のオーダーの厚さを有している。従って、それらのエコーは周波数においてランダムとなる。数個の周波数チャンネル間の如何なる相関分析も、葉っぱによる全てのエコーを効果的に除去する。

コヒーレントベースとしてのみオブジェクト情報を有する数個の独立した周波数チャンネルによって、雨および雪に対する更なる抵抗を得ることができる。如何なる大気追加のノイズおよび雨／雪ノイズも、ランダム反射（時間および周波数において）として動作する。従って、周波数チャンネル対の間の相関関数は、レーダー信号から雪および雨を効果的に除去する。従来のレーダーシステムは、法的規制によって非常に制限されたバンド幅を有している。これは、サブミリ波レーダーには適用されない。完全な周波数空間を、ノイズを減少させるために使用することができる。

全てのコヒーレントレーダーシステムにおいて、送信器とオブジェクトと受信アンテナ間の定常波によって生じるスペックル効果を減少させることができる。この定常波パターンは極度に周波数依存性である。従って、数個の周波数チャンネルで操作することによって、全ての望ましくないスペックル効果を実質的に除去することができ、且つ、スペック除去フィルタを必要としなくなる。

図１Ａ〜１Ｃ：レーダーシステムの実施例の概略図
図１Ａは、送信器１０、第２の送信器１５および１個の受信器２０を有するシステムを示している。この送信器はオブジェクト７０を異なる角度から照射し、そのため、受信器は２つの異なる信号を受信する。２個の送信器が示されているが、アプリケーションに依存してより多くの送信器があっても良い。この場合の角度は、送信器または受信器がそれぞれの視野を横断して走査されるビームを有する場合、受信器の視野のセンターラインと送信器の照射場のセンターラインとの間の角度と見做すことができる。受信器は、多くの方法で、異なる送信器からの信号を区別することができる。例えば、異なるサブミリ波バンドを使用することができ、或いは、異なる変調または時分割多重化を使用することができる。それぞれが異なる角度を有するダウンコンバートされた信号が、信号処理部３０に供給される。これらの部分は、コンテンツに関する情報を決定するための部分３５と、コンテンツの場所または方向を決定するために、決定された情報を使用する部分３８と、を含むことができる。ある場合には、これは、多くの目的のために使用することが可能なコンテンツのよりはっきりした映像を作るために用いられる。それは、以下でその詳細を説明する他の技術を使用して導出した情報と、組み合わせることができる。

図１Ｂは、図１Ａと類似の実施例を示しているが、この場合は、第２の受信器２５と単一の送信器がある。これは、我々が、レーダー断面における差を、観察点の関数として、コヒーレントな方法で測定することを可能とし、この方法は、結果として、表面の法線角度の位置を計算する方法をもたらす。更に、完全な相関関係を有する２個の観察点において、同時に、スペックルパターンの空間位置に関する情報がある。更に、２個の異なる信号が受信され、２つの異なる角度からのダウンコンバートされた信号が信号処理部に送出される。

図１Ｃは図１Ａと類似の実施例を示すが、この場合、１個の受信器２０と１個の送信器１０がある。異なる角度から２個の信号を得るために、受信器（または送信器）は、時間Ｔ１における第１の位置から、時間Ｔ２における第２の位置まで移動する。これによって、レーダー断面における差を、分かりやすい方法で、観察点の関数として測定することが可能となり、その結果として、ターゲットの持続時間内にソースが移動すると仮定して、表面の垂直角の位置を計算する方法をもたらす。更に、部分的な相関関係を有する２個の点において、スペックルパターンの空間位置に関する情報が同時に存在する。更に、２個の異なる信号が受信され、且つ、２個の異なる角度からのダウンコンバート信号が信号処理部に送信される。その原理を一般化すると、多くの信号を異なる角度で得て、相関するステージに入力として使用することができる。より直交し且つ相関する情報が信号処理に対して利用可能となり、映像識別がよりよくなる。

図１Ｄ：操作ステップ
図１Ｄは、１実施例に係るシステムの操作におけるステップを示す。ステップ４０において、第１の送信器−受信器対の第１の角度で、走査が実施される。ステップ４２において第２の走査が異なる角度で実施される。２個の信号は、ステップ４４においてダウンコンバートされ、もし情報を抽出するために必要ならば、ステップ４６で周波数スペクトルを生成するように変換される。ステップ４８で相関処理が実施され、コンテンツに特有の情報が抽出される。ステップ５２で、これを用いて、視野の映像のどの部分が、鏡面反射を与えるコンテンツ表面を表すか、を決定する。これは、ステップ５４において、レーダーの２次元走査の場合、そのｘ、ｙ位置から表面の実際の位置の推定を可能とする。これは、走査の中心ラインからのオフセット、従って、オフセット角度を与え、この角度は、それぞれのセンターライン間の角度に加算され、あるいは減算される。

距離（ｚ）の推定は、レーダーの焦点を変えることおよび映像のシャープさを検出することなどの、種々の方法で行うことができる。ステップ５６は、異なる角度からの表面の映像を、類似の位置にある表面または、例えば表面特性または類似の揺らぎ(フラター）のようなその他の類似性を有する表面にグループ化するために、マッチングさせることを含む。

ステップ５８において、オブジェクトの３−Ｄ表現は、異なる角度で見ることができる表面部分の情報と表面に対する法線の方向とから、構成することができる。例えば、送信器と受信器との間、または、異なる走査における異なる角度との間の、三角測量によって距離情報を確認し、調整することができる。３−Ｄ表現は、既知のポイント間の補間によって埋めることができ、そしてこのプロセスは、どのようなタイプのオブジェクトが検出されるかを決定することによって、例えば、既知のタイプのオブジェクトのライブラリと比較することによって、支援され得る。

図１Ｅは、オブジェクト７０の曲面からの２個のビームの反射の平面図を示す。この図は、２個のビームの反射ポイントにおける表面法線と、送信器８０および受信器９０に対する中心線を示している。さらに、点線で、反射ポイント間の表面の一部分を示し、ここからの全ての鏡面反射は、検出されない角度であるため、これらは検出されない。この部分は、２個の反射ポイントの位置と方向が確立されると、補間されることができる。

受信器で受信された２個の信号は、映像として分解することができる。映像の最初において、ピークの鏡面反射は、中央の左側で、一領域、ラインまたはスポットとして現れる。映像の第２において、ピークの鏡面反射は、映像の中央近くで、一領域、ラインまたはスポットとして現れる。

図２：レーダーシステムの実施例の概略図
図２は、送信および受信部分と、および送信器に対して位相ロックされたコヒーレントな復調器と、を含むシステムの一部分を示す。これは、ダウンコンバートされた信号を作りだし、このダウンコンバート信号は、時変位相と、与えられたピクセルに対して、そのレーダーシステムの視野内のそのポイントにおけるコンテンツに依存する、周期的成分を含む振幅成分と、を有する。原理上、受信器および送信器は、例えば１Ｄ，２Ｄまたは３Ｄの走査タイプまたはその他の如何なるタイプのものであって良い。その範囲は、応用に適した如何なる範囲であっても良く、従って、自動車用の応用に対しては１００ｍあるいはそれ以上の範囲を必要とし、一方、医療用走査または材料分析のための応用には数メートルあるいは１メートル以下の範囲を有する。位相ロックは種々の方法で実施することができ、以下に、幾つかの事例を詳細に説明する。

信号処理部３０は、ダウンコンバート信号中の位相および振幅情報から、コンテンツに関する情報を識別することができる。この信号処理は、多少なりとも、オフラインでまたはリアルタイムで、汎用プロセッサに対するソフトウエアで、または、プログラマブルまたは専用ハードウエアで、またはその他の、それぞれの応用のコスト、スピード、電力消費およびその他の範疇に適した従来型の技術によって、実施することができる。

図２は、オブジェクト７０を照射する送信器を示し、その反射は受信器９０によって受信される。多重の狭帯域走査が、ＲＦ１、ＲＦ２およびＲＦ３として示す異なるサブミリ波長バンドで行われる。復調器１１０は、両方の部分に入力されるローカル発振器１００によって、送信器に対して位相ロックされる。この復調器１１０は種々のバンドを選択的に復調することができ、且つ、中間周波数ＩＦ信号を、平行ストリームとして、または、例えば一連のライン、コラムまたはフレームにおいて連続的に出力する。

スペクトル分析器１５０は、全ＩＦバンドの選択された部分に対するそれぞれのピクセルに対して、多くのスペクトルを出力する。このスペクトルは、周波数変換またはその他の変換を受けても良い。スペクトルに対して、３個の“ビン”が示されており、そこには数千または数万のピクセルが存在し得るので、明確化のためにその内の数個が示されている。スペクトル１５０は、ＲＦバンド１とＩＦバンド１のためである。スペクトル１６０は、ＲＦバンド１とＩＦバンド２のためである。スペクトル１７０は、ＲＦバンド２とＩＦバンド１のためであり、以下同様である。

部分１８０はこれらのスペクトルを処理して、コンテンツの揺れ、スペックルパターンおよび表面層干渉効果によって生じる、コンテンツに特有の特徴を抽出する。複数の等高線マップの形状の未加工の結果が、記憶装置２２０に格納され、部分２００によるオブジェクト検出および分類を受ける。これは、オブジェクトモデルライブラリ２００に従って、それらの特徴または閾値を比較することができる。望ましいコンテンツオブジェクトは強化され、望ましくないノイズ（反射波）は縮小されあるいは取り除かれる。この結果として、映像２３０がコンテンツを示すようになる。

図３は、視野ＦＯＶを走査するための走査ステップ２４０から始まる、動作ステップを示す。次に、受信された信号はステップ２５０において、コヒーレントに復調される。ステップ２６０において、ダウンコンバート信号は、時間ドメインから変換されて周波数または類似のスペクトルを生成し、周期成分における変化を強調する。ステップ２７０において、コンテンツに特有の周期成分の特徴は、例えば、種々のタイプの相関によって抽出される。オブジェクトは、ステップ２９０においてモデルと比較することによって分類され、その特徴および分類は、ステップ３００において出力され、全ての目的のために使用される。幾つかの事例としては、例えば、映像出力、警報、運転者が車両を制御することを支援する制御信号がある。

図４：他の実施例に係るシステム図
図４は、トップラインに伝送チェーンを有するサブミリ波システムを示す。これは、ＲＦ発生器３１０を含み、この発生器は、異なるサブミリ波バンドに対して１１−１４ＧＨｚオーダーの種々の異なる発振周波数を受信し、送信アンテナ３１５を駆動するために３５０から５１５ＧＨｚの駆動信号を出力するように構成されている。送信アンテナ３１５は、例えばホーンアンテナか、または、当業者にとって既知である他のアンテナであっても良い。部分３２０は、視野をカバーするように伝送ビームを方向付けし且つ走査する。原則として、送信または受信部の何れかは広角であって走査されなくても良い。

部分３４０は受信ビームをＦＯＶ上で成形し且つ走査する。受信アンテナ３３５は、３５０から５１５ＧＨｚで受信した信号をダウンコンバートし、これをミキサー３４５に供給する。このミキサーは分数調波ミキサーであっても良く、ＬＯ発生器部分３３０からのローカル発振信号が供給される。このローカル発振信号は、周波数およびタイミング制御部分３２５によって、送信器で使用される同じ発振信号に位相ロックされている。ＬＯ発生器部分は、１１から１４ＧＨｚの位相ロック発振信号をとり入れ、１７５から２５８ＧＨｚの周波数をミキサーに出力することができる。このミキサーは、０から１１．８ＧＨｚの範囲のダウンコンバートＩＦ信号を、ＩＦ処理部分３５０に出力することができる。これは、映像処理部分３５５に供給され、映像処理部分３３５はユーザインターフェースまたは更なる処理部分に信号を供給する。

図５，６および７：周波数およびタイミング制御の概略図
図５は、図１，２，３または４のシステムの実施例またはその他の実施例において使用するために、図４の周波数およびタイミング制御部分３２５をどのようにして実現するかの一例を示す。共通または基準発振信号が、安定源から部分Ｍ／Ｎ位相ロックループ３７５に供給され、このループ３７５は安定源の周波数Ｍ／Ｎの信号であって安定源と固定された位相関係にある信号を出力する。この出力は分岐され、一方の経路は他の位相ロックループＭ１／Ｎ１・３８０を介してＲＦ発振部分３１０に向かい、１１から１４ＧＨｚの信号を供給する。他方の経路は、他の位相ロックループ発生器Ｍ２／Ｎ２・３８５を介してＬＯ発生器３３０に向かい、１１から１４ＧＨｚの信号を供給する。この信号は、コヒーレントな復調を生じるために、共通源と送信器に供給される信号とに対して固定位相関係にある。ＬＯ発生器に向う信号は、僅かに異なった周波数であり、そのため、その相違がミキサー出力バンドを生じる。この相違は、値Ｎ１，Ｍ１，Ｎ２，Ｍ２の選択に依存し、その相違が変化するステップサイズは、ＮおよびＭに依存する。図示しないレーダーシステムに対する制御コンピュータを、これらの値を設定しあるいは変更するために使用することができる。部分３７５は、ＬＯおよびＲＦ出力間の相違を変化させることができるステップを設定する。実際のＲＦ周波数は、部分３７５と３８０の積であり、ＬＯは部分３７５と３８５の積である。Ｍ、Ｎの選択は、周波数発生器の出力３８０と３８５間の周波数差を測ることができる、目盛りを与える。（このＭ／Ｎ＊Ｆｏｓｃは、ＰＬＬにおいて使用されている通常固定されているクオーツ基準に取って代わり、より柔軟でプログラム可能なＲＦバンド構造を可能とする。）３１０および３３０に伝送される周波数は、従って、
Ｍ＊Ｍ１／（Ｎ＊Ｎ１）＊Ｆｏｓｃ、および
Ｍ＊Ｍ２／（Ｎ＊Ｎ２）＊Ｆｏｓｃ
によって与えられる。

ＬＯおよびＲＦ源によって最終的に発生する周波数は、その結果、
Ｍ＊Ｍ１／（Ｎ＊Ｎ１）＊Ｑ＊Ｆｏｓｃ、および
Ｍ＊Ｍ２／（Ｎ＊Ｎ２）＊Ｑ＊Ｆｏｓｃ
によって決定される。
ここで、入力周波数はＦｏｓｃであり、因子Ｑは周波数乗算器ブロックにおける固定されたハードウエア構造によって与えられる。

“位相チェック時間”は可能な限り同調していないので、因子Ｍ，Ｎ，Ｍ１，Ｎ１，Ｍ２，Ｎ２を一対の素数として選択することにより、非常に効率的な方法で位相ノイズを減らすことができる。さらに、これによって、同一のまたは分数調波周波数における信号のクロストークによって引起される、実態のない応答を避けることができる。この構成は特に興味深い。何故なら、これは、少なくとも幾つかの主要な周波数（上記ＰＬＬで使用される）がＩＦ周波数として使用される場合に、大きなＩＦ範囲にわたってＩＦ相関を計算するために、有用である。主要周波数Ｍ＊Ｍ１／（Ｎ＊Ｎ１）＊Ｆｏｓｃ、Ｍ＊Ｍ２／（Ｎ＊Ｎ２）＊Ｑ＊Ｆｏｓｃ、Ｍ＊Ｍ１／（Ｎ＊Ｎ１）＊Ｑ＊Ｆｏｓｃ、Ｍ＊Ｍ２／（Ｎ＊Ｎ２）＊ＦｏｓｃおよびＭ／Ｎ＊Ｆｏｓｃを解析ＩＦ領域の外に移動させることは、システムのダイナミックレンジを増加させる。

図６および７は、図５において使用するための位相ロックループ発生器３８０または３８５を実現するための代替的な実施例を示す。図６は位相ロックループを示す。周波数分割器４００は入力の周波数を因子Ｎによって分割する。これは、位相比較器４０５の１入力に供給される。その出力は位相誤差であって、これは電圧制御発振器４１０を調整するために供給される。この出力は、周波数分割器４１５に供給されてその周波数を因子Ｍによって分割し、それを位相比較器の他の入力に供給する。このことは、ＶＣＯ４１０の出力が安定で且つ入力信号の位相ロック周波数Ｍ／Ｎを有することを意味している。ＭとＮは、それらが互いにロックしあわないように、共通の因子を持たず且つ互いに対して素数であるように選択されるべきである。個別の電力を異なる部分に対して供給し、多くの更新ポイントは時間上で等しく広がっているため、ＬＯおよび送信器間で良い位相関係を維持するために、個別の電力を提供すべきである。

図７は、図６の位相ロックループと同様の構成を有するが、しかし、ＶＣＯ４１０の後の周波数乗算器４１１が制御ループの一部である、代替例を示している。この乗算器は周波数を、一例では３６である、因子Ｑだけ乗算する。乗算器の出力は全体の出力であり、この出力は、さらに、ファブリペローの“シャープ”バンドパスフィルタ４１２、電力検出器４１３、フィルタされた電力とフィルタされない電力との比を検出するための部分４１４およびその後に続くＶＣＯ４１６のチェーンを介して、位相比較器の第２の入力にフィードバックされる。第２の電力（パワー）検出器４１７は、バンドパスフィルタの前に電力を検出するために設けられている。全体の出力は、入力の周波数ＱＭ／Ｎにおける位相ロック信号である。これは、ＲＦまたはＬＯ発生器の幾つかの増倍ステージを、分数周波数発生器に実質的に組み込む。これは、乗算器によって導入された位相誤差を減らす助けをするが、より複雑な分数周波数発生器を製作するという犠牲を払う。図６または７において、値ＭおよびＮは制御コンピュータによってプログラム可能であり、フレームを異なるＲＦ周波数で連続的にとる必要がある、単一周波数レーダーを使用した場合、サブミリ波バンドのどの部分が現在の映像に使用されているかを決定する。真の多色システムに対して、数個の送信器および受信器が、異なるＲＦ周波数で映像を同時に得るために、必要である。

ＭおよびＮの実際の値は、特定のフレームの測定設定に対するレシピを受けて、レーダーシステムの制御コンピュータによってプログラム可能である。“単純な”位相ロックループ（ＰＬＬ）構造が図６に見られる。位相比較器４０５から開始する。この位相比較器は、入力信号の位相差に比例した信号を生成する。従ってそれは、両方の入力における信号が同じ周波数を有し、従って一定の位相差を有する場合、一定電圧を生成する。両方の入力の周波数が異なる場合、入力における位相差は時間と共に直線的に増大する（または減少する）（実際に、位相差を、２πを法としてとった場合、結果として鋸歯状信号となる）。この位相検出器出力においてフィルタを使用することにより、高いチャンネルよりも、低い入力チャンネルが低い（高い）周波数を搬送している場合、位相検出器出力の平均値がポジティブ（ネガティブ）となることを確認する必要がある。この信号を電圧制御発振器（ＶＣＯ）４１０に供給することにより、大きな（小さな）入力電圧は結果として高い（低い）周波数を生じ、その結果（分割器４１５を用いてプログラム可能な因子Ｍによって分割した後）、位相検出器４０５の低入力側において周波数が増加（減少）し、第１の場所で見出された周波数不一致が実質的に修正される。安定している場合、ＶＣＯ４１０によって生成された周波数は、位相検出器４０５の上部入力において見出される周波数よりもＭ倍大きい。この上部の入力周波数は、それ自身で、周波数分割器４００を用いてＮによって分割された入力周波数Ｆｉｎによって与えられる。従って、ＰＬＬがロックされた、即ち、位相検出器の出力周波数がスムースでより長い時間に対して鋸歯列を含まないという仮定の下に、出力周波数はＭ／Ｎ＊Ｆｉｎとなる。出力Ｍ／Ｎ＊Ｆｉｎにおける周波数が、（今日の周波数分割器技術を用いて）数１０ＧＨｚに制限される。サブミリ波周波数を作り出すために、このＰＬＬの出力に因子Ｑによる固定乗算器チェーンを追加する必要がある。これによって、乗算器によって生成された位相ノイズが“ループ外”となり、従って、ＰＬＬフィルタによって減衰されることはない。

図７の代替的な方法は、実質的に、周波数ロックループ（ＦＬＬ）である。何故なら、位相は直接的にロックされることはなく、周波数ロッキングを通して間接的にロックされるのみであるから。このようなＦＬＬ発生器構成を使用した場合、入力周波数と出力周波数との間の位相関係は、長い時間にわたって、ゆっくりと滑ることに注意すべきである。従って、基準チャンネルを用意する必要があり、ダウンコンバータステージを二重にする必要がある。その結果、基準位相と測定位相が入手可能となり、その差がターゲットへの位相遅延を生成する。ここで、ＶＣＯ４１０の出力は、乗算器４１１において因子Ｑだけ乗算される。この出力信号は、興味のあるＲＦ周波数の間隔の外に中心を有する、シャープなバンドパスフィルタを使用して分析することができる。電力検出器４１７を用いて、シャープなバンドパスフィルタからの信号を全体の出力と比較すると、“シャープ”と“ワイド”即ちフィルタされていない出力間の比は、ＲＦ周波数の増加と共に増加する制御電圧を生成する。この周波数依存電圧は、第２のＶＣＯ４１４に配送され、そこで、より低い基準周波数が生成され、これによって図６に示すのと類似の方法でループがクローズされる。

一連の基本的な相違がある。吸収された全電力にのみ依存する、ローパスフィルタされた変数を使用すること（４１３において）は、入力および出力周波数間の位相関係を破壊する。

図８、９：ＲＦ発生器部分およびＬＯ発生器部分システム実施例
図８は、図４またはその他の実施例において使用するための、ＲＦ発生器部分３１０の可能な実装を示す。位相ロック発振器信号は、１２ＧＨｚ入力増幅器４５０に供給される。これは、１０−１６ＧＨｚ信号を直列に接続した、ｘ２ｘ２乗算器と増幅器４５５および乗算器４６０に供給され、ｘ２の３段階の更なる周波数乗算を与える。最後に、導波フィルタ４６５は、３２０−５１２ＧＨｚ信号を取得し、３５０ＧＨｚにカットオフを適用する。他の値を、その他のサブミリ波バンドを生成するために使用することができる。

図９は、ＬＯ発生器部分の概略図を示し、このＬＯ発生器部分は、類似のチェーンにおいて対応する部分を有するが、しかし、分数調波ミキサーが使用された場合に適している周波数の半分のエンド出力を有している。位相ロック発振器信号が１２ＧＨｚ入力増幅器４８０に供給される。これは、１０−１６ＧＨｚ信号を、直列に接続されたｘ２ｘ２乗算器と増幅器４８５および乗算器４９０に供給して、更なるｘ２の２段階周波数乗算を実現する。最後に、導波フィルタ４９５は１６０−２５６ＧＨｚ信号を取得し、１７５ＧＨｚのカットオフを適用する。他の値を他のサブミリ波バンドを復調するために用いることができる。

図１０および１１：同じシステム実施例に対するＩＦ処理部３５０
図１０は、ＩＱミキサー５０５に給電するＬＯ２発生器５００を含む実装を示している。このミキサーの第２の入力には、同様に、入力増幅器５１５およびそれに直列に続く入力フィルタ５１０を介した、ミキサー３４５からの信号が供給される。ＩＱミキサーの出力は、６５ＭＨｚの複合信号であり、図１１にその詳細を示すＩＦ２プロセッサ５２０に供給される。図１０および１１に示す部分は、サンプラーが回路の適切な点に含まれていた場合、デジタルドメインにおいて実装することができる。

図１１はＩＦ２プロセッサ５２０の可能な実装を示す。入力は６５ＭＨｚレンジセレクタ５６０に供給され、次に、入力フィルタ５５５を介して別のＩＱミキサー５８０に供給される。このミキサーへのその他の入力は、ＬＯ２発生器５５０からであって、この発生器５５０は０−６５ＭＨｚレンジの信号を供給する。このミキサーは、デシメーションおよびスムージングによるノイズ低減のために使用される有限応答フィルタ５６５に、出力範囲（レンジ）４４．１ｋＨｚの信号を出力する。適切な集積回路の一例は、Ａｎａｌｏｇ Ｄｅｖｉｃｅｓ ＡＤ６６２０チップである。これは、入力信号の完全な直交復調を達成するために必要とされる、有限応答フィルタ５７０に給電し、次に、データデシメーションおよびノイズ抑制のために使用される自動相関器５７５に給電する。この構成は非常に伝統的なものであり、例えば、ＧＳＭモービルステーションにおいて使用されている。データデシメーションの目的は、ＡＤコンバータによって提供されるビットの実際的な数を増加させることである。この三重フィルタ構造を使用することにより、１２ビットコンバータが物理的に２２ビット複合データを生成することが可能となる。これらのＦＩＲフィルタの第３番目のものは、サイドバンド(側波帯）が相関されるや否や（植物の微小な動きにおいて、エコーは正味の周波数変位が０である）、上部および下部サイドバンド信号を相関解除するためにも使用することができる。

図１２および１３：映像処理部の実装
図１２および１３は、図４のシステムまたはその他の実施例に対する、映像プロセッサ３５５の実装の部分を示す。ＩＦ２プロセッサからの加工されていないＩＦ信号は、シーケンスのそれぞれのピクセルにおけるスペクトルを表す、周波数ドメイン信号列である。加工されていないＩＦ信号は、ターゲットの“フレーム”映像を構成するために、２Ｄフレーム発生器６００に供給される。この目的のために、フレーム発生器６００は、所定の時間にレーダービームがどこを志向しているか、および、そのレーダーが“ｓｙｎｃおよびｓｔａｔｅチャンネル”を介してどのＲＦ周波数で動作しているかを示す、タイミングおよび同期信号を受信する。これにより、ＩＦ２プロセッサから到来する測定データにピクセル座標を割当てることが可能となる。送信器および受信器ビームの完全なスィープのために、ターゲットの完全なフレームが入手可能である。

このように、２Ｄフレーム発生器は、フレームメモリ６１０中の関連する場所に、それぞれのピクセルに対するスペクトル情報を充填する。それぞれのスペクトルは、所定数のフレームの時間ウインドウに渡って決定され、そして、この時間フレームは、次のフレームのスペクトルを決定するために、１フレーム時間だけ時間をスライドする。フレームメモリは、以下で説明するように、関連する多くのデバイスによってアクセスされる。全ての動きの期間がフレーム間隔よりも遅いと仮定して、ＩＦ相関器６１５は、ビーム軸中のオブジェクトの動きを示すであろう、ＩＦ中のドップラーシフトを探す。これは、以前のフレームからの同じピクセルのスペクトルとの自動相関を含み、それによって、スペクトル中のピークの周波数を決定し、且つ、このピークがコンテンツフラターの周波数特性を伴って移動しているか否かを決定する。これは、一旦全てのピクセルが処理されるとフォールスカラーを形成して、共通の特徴的フラター周波数を有する映像エリアを示すために、アダプティブフィルタ６３５を介して送られる、出力を提供する。

確立された映像フィルタリング実践に続いて、現在のピクセルの周りで移動する６４×６４グリッドのピクセルを用いて、空間相関を、ピクセル相関器６２０によって実行するが、この場合、これは、各ピクセルにおけるスペクトルの空間フィルタリングであり、それぞれのピクセルの単なる振幅情報ではない。全てのピクセルが処理されると、次に、アダプティブフィルタ６４０が他のフォールスカラー映像を作成して、スペクトルにおける共通する特徴的な空間バリエーションを有する映像エリアを示す。このデータフィールドは、その結果、隣接するピクセル間の比較を可能とし、且つ、人間の視角系における網膜と類似の方法で動作することを可能とする。

フレーム相関部６２５によって時間的相関関係が提供され、これは、所定のピクセルのスペクトルが時間上で変化するに伴う、時間的繰り返しまたはパターンを探す。その後、一旦全てのピクセルが処理されると、アダプティブフィルタ６４５が、別のフォールスカラー映像を形成して、スペクトルにおける共通で且つ特徴的な時間的変化を有する、映像エリアを示す。このようなオペレーションは、このユニットに対してニックネーム“メモリ”を生じる、以前のフレームと実際のものとの間の相関関係が必要である。種々のフレームを時間上で比較する場合に見られる時間的変化は、スペックルによって生じ、このスペックルは、所定の距離にありある特定の速度を有するオブジェクトに特有の速度で変化する傾向があり、その結果、時間間隔の所定の範囲内で相関ピークを生じる。時間依存性の変化の他の原因は、所定期間において風になびく、葉っぱのような薄い層からの干渉縞である。その他の相関は、外部フレーム相関器６３０によって実行され、用語“３Ｄカメラ”によって要約され、もし送信器がこれを達成するなら、異なるサブミリ波バンド、ＩＦ範囲の異なる部分、異なる照射深度または照射方向、および、例えば図１Ａから１Ｅの実施例に示す異なる焦点位置、を用いて、フレーム間の相関を含むことができる。一旦全てのピクセルが処理されると、その後、アダプティブフィルタ６５０によって別のフォールスカラー映像を形成し、スペクトルにおける共通で特徴的な変化を有する映像のエリアをこれらのファクターの全てと共に示す。

図１３において、映像プロセッサのこの可能な実装の部分Ｂを示す。この図は、種々のフォールスカラー２Ｄ映像を使用する種々の方法を示している。等高線抽出部６６５には、多くのフォールスカラー映像が、重み関数部６６０を経由して供給される。重み付けされたフォールスカラー映像は、オーバーレイされまたは結合され、且つ、閾値またはその他のフィルタリングが強化された２Ｄ映像を出力するために適用され、あるいは映像に加えるためにメタデータを単に提供する。例えば、等高線抽出のために、最も大きな重みを“網膜”映像に与えることができ、ある程度の重みをドップラー映像に与え、メモリおよび３−Ｄ映像に殆ど重みを与えないようにすることができる。等高線抽出によって適用される処理は、コンテンツ特徴ライブラリからの入力に依存するようにすることができ、このライブラリは、例えば、ギャップを充填し、形状を識別することを可能とするテンプレートとして、既知の形状を提供することができる。

領域抽出部分６７０は類似の方法で動作することができるが、しかし、例えば車両のようなオブジェクトを識別するために、トップラー映像からの大きな重みを有することが可能で、且つ、例えば表面変化および形状を識別するために、コンテンツ特徴ライブラリからの情報を使用することができる。環境パラメータ抽出部６７５は、例えば、雨を識別し、その他の映像においてそれを相殺し、あるいは道路表面上の氷を識別するために適切な重みを有している。

さらに、距離抽出部６８０が示されており、これは、確認できるオブジェクトのサイズのような距離を決定する種々の方法、焦点が最もシャープである場所を決定するために、受信ビームの異なる焦点位置における応答を比較する種々の方法、送信器に適用され且つ受信信号中で検出可能なノイズ変調との相関によって、飛行時間を測定することにより、測距する種々の方法、からの情報を結合することができる。ノイズ変調は、異なるサブミリ波バンド間でジャンプして、ランダム化することができる。これは、例えば、交通渋滞中の異なる車両上の類似のレーダー間での干渉を避けるために、有用である。

一方、ＩＦチャンネルの周波数コンテンツは、他の低周波数源（例えば、超音波）をターゲットに適用することにより、幾つかの実施例において、意図的に操作することが可能であり、その結果として、ＩＦチャンネル中での周波数シフトとして可視となる、ＲＦ信号上でのサイドバンドが生成される。このような実施例は、例えば、隠れたクラックを検出するために、構造振動の分析を提供する。コヒーレントな復調の使用は、より良い深度分解能を提供し、ホログラフィックなデータを実質的に提供する。これは、全てのＲＦ変調の再構成を可能とする。

これらの相関関係を使用することによって、フォールスカラーを単に加えるよりもさらに多くの情報を生成することができる。例えば、変化の早いアイテム（葉っぱ、低木）はカラー映像中に“白色ノイズ”を生じ、オブジェクトの１エリア上で繰り返され安定な位相関係を有するその他のオブジェクトは、その位相安定性を示すカラー飽和を有する、安定し、変化しないカラーを持つ。

相関時間内（この時間において、オブジェクトは変化するための時間を有しない）に取得された部分映像をフォールスカラーペアリングすることによって、且つ、より大きな相関時間において取得された部分映像をペアリングすることによって、映像化された特定のオブジェクトに特有である“持続性”または“相関時間”パラメータが抽出される。

自動車レーダー応用に対して、コンピュータベースのパターン抽出に適しており、且つ、観察者に対して最適化する必要ない、映像を提供することが有用である。従って、“フォールスカラー”（これは可能性を提示するために使用されてきた）と言う概念は、３原色に限定されることはなく、同じ時間において且つあるタイムオフセットで取得された一連の（潜在的に＞１０）異なる部分映像を相互に関連付けるものである。

図１４：オフラインＩＦ処理および映像処理を使用する代替的実施例
この図は、図４にあるものと類似の部分を示し、上記の対応する記載を参照する。この場合、ＩＦおよび映像処理部分は、データ獲得部７００によって置き換えられており、データ獲得部７００はデータ格納部７１０にデータを供給する。オフライン映像処理部７５５は、図４のＩＦ処理および映像処理部の機能と類似の機能を実行する。

図１５および１６：レーダーシステムの実施例のためのビーム成形および走査部
図１５は、送信器のための機械的ビーム走査部を示す。これは、電気的ビーム走査によって置き換えることができる。第１の軸外パラボラミラー８００に続く送信ビーム経路上に、ｘ編位（球面座標では、ファイ偏位としても知られている）を提供するための回転平面ミラー８１０が設けられている。これに続いて、ｙ偏位（球面座標では、シータ偏位としても知られる）を与えるための波動円筒ミラー８２０があり、その次に、楕円ビームを提供するための固定２次パラボラミラー８３０がある。タイミング制御部８４０は、移動部分を制御するために設けられている。焦点制御が第１のミラーによって提供されている。複数のビームが提供されている場合、それらは、１個の可変ビームの効果を有するように、位相リンクさせることができる。典型的なビーム径は約１０ｃｍである。

図１６は、受信ビーム走査のための類似の部分を示す。ビーム経路上の第１の要素は、固定２次パラボラ８９０であり、その次に、ｙ偏位を与えるための波動平面ミラー８７０がある。その次に、ｘ偏位を与えるための回転面ミラー８６０が続き、その後、焦点制御を提供するために可動の軸外パラボラミラー８５０が続く。さらに、タイミング制御部９００が、３個の移動部分の動きを制御し且つ同期させるために設けられている。

図１７から２３：コンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトル中に検出可能な情報をどのようにして提供するか
図１７は、所定のオブジェクトに指向した場合の、所定のピクセルのＩＦ信号の時間的特徴（シグネチャー）の一例を示すグラフである。時間的特徴（シグネチャー）は、ＩＦ振幅がレーダー信号の実行時間における変化によって生成された準周期的方法で変化する、シーケンスを含んでいる。送信器と受信器アンテナ間に定常波があるので、半波長の実行時間における変化は、定常波を、建設的干渉ケースから相殺的干渉ケースに変化させる。レーダーシステムに対して一定の速度を有する全てのオブジェクトは、周期的スペックルを生じる。よりランダムな速度を有するオブジェクトは準周期的スペックルを生じ、この場合、準周期的シーケンスの時間的な長さは、速度の変化割合に依存している。シグネチャーの第１の部分はより遅い速度のオブジェクトの効果を示し、第２の部分はより早い速度のオブジェクトの効果を示す。

図１８は、オブジェクト分類に使用される周波数のウインドウを示す選択されたタイプのターゲットを指向する場合の、所定ピクセルの周波数コンテンツＩＦ信号のグラフを示す。ウインドウ１はバックグラウンド除去のために使用され、ウインドウ２は興味あるターゲットの識別のために使用され、ウインドウ３は植物除去目的に役立つ。

太い実線のカーブは、素早く移動するターゲット（例えば、植物）に対して得られたＩＦの周波数コンテンツを示す。太い点線のカーブは、ゆっくり移動するターゲット（例えば、歩行者）に対して得られたＩＦの周波数コンテンツを示す。これは、図１９に示す時間信号のスペクトルを表している。薄い点線のカーブは、固定されたバックグラウンドから戻ってくる信号に対して得られたＩＦの周波数コンテンツを表す。これは、図２０に示す時間信号の周波数スペクトルを表している。

表１は、図１８に示されたウインドウ上で取得されたＦＦＴの絶対値の平均値の表を示す。カッコ内の値は、ウインドウ１中のコンテンツに関する。

以下にこの表について説明する。
高速で移動するオブジェクトは勿論、ウインドウ３において最も大きな貢献を有している。バックグラウンドには何もなく、低速で移動するオブジェクトはそこでかなり小さい。相対値を考慮に入れると、ウインドウ２と３は類似の挙動を示す。植物に対して、且つ歩行者に対して、ウインドウ１および２は同様に挙動する。バックグラウンドに関しては、ウインドウ２および３で多くを見ることができない。

図２１は、フレーム内の全てのピクセルに対する未加工の振幅データのプロットを示し、これは、図２２および２３に示す処理映像との対比のためのものである。これは、図２２および２３に示すような処理映像を得るために、全てのピクセルに対してプロットされ得るそれぞれのピクセルに対して、周波数ウインドウ内で獲得された値の平均値である。図２２は、ウインドウ３に対応する処理された映像を示し、この映像は、図１８に関して上記で説明したように、高速で移動する植物を強調している。図２３は、ウインドウ２と３間の相違に対応する処理された映像を示しており、この映像は歩行者を強調し、且つ、高速で移動する植物と静的なバックグラウンドを最小化している。これは、図１８に示すように、歩行者がウインドウ２および３間で最も大きな差を有するためである。

図２２は、図２１と同じシナリオの最も高速の周波数ウインドウ（＃３）における振幅を表現している。図２３は、適切な定数によって重み付けされた低速（＃２）と高速の周波数ウインドウ（＃３）との間の差を示している。全てのプロットは、プロットの最大値および最小値間で正規化された、等高線プロットである。等高線の一つの横断は、値のスパンの１％の変化に対応する。

構造を区別するために、その他の処理映像を得ることができる。例えば、強調された“低速”成分の映像を、因子３またはその他の因子だけ、強度に掛け合わせることによって得ることができる。

図２４および２５：ＲＦにおいてファブリペロー効果を生じる誘電体薄膜層
図２４および２５は、誘電体薄膜層の存在がレーダー信号のＲＦ周波数依存性にどのように影響するかを示している。これらの図は、金属の、ＲＦにおけるファブリペロー効果を示すための、振幅対ＲＦ周波数のプロットを示している。これらの図において、実線は反射パワーの実数部を示している。点線は、反射パワーの虚数部分を示している。

図２４は、コーティングされていない金属表面からのグレージング反射（ほぼ表面に平行な、低い入射角における）を示している。図２５は、２ｍｍ厚さのプラスティック層でコーティングされ、その結果、その層を通過するビーム経路長が約６０ｍｍである、同様の金属表面からのグレージング反射を示している。グラフの比較から、図２５における応答は、主に、左手側での大きく且つ周期的な変動において、相違していることが分かる。この変動は、周波数によって変化する、建設的および相殺的干渉に対応する。従って、これを、オブジェクトが所定の厚さの表面層を有しているか、またはその厚さか既知であるか、入射角度に関する情報を引き出せるか、を見分けるために使用することができる。周期的変動が出現する周波数範囲は、２次効果のせいで変化することがあるが、しかし、周期的変動の存在は表面層に典型的である。

本発明の信号処理装置は、ハードウエア、コンピュータソフトウエア、またはこれらの組合せとして実現可能である。この信号処理装置は、汎用プロセッサ、埋め込みプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）またはその他のプログラム可能な論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウエア部品、または、ここで記載される機能を達成するように設計された全ての組合せ、を含むことができる。信号処理装置は、さらに、計算デバイスの組合せ、例えば、ＦＰＧＡとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、ＦＰＧＡと連結する１個またはそれ以上のマイクロプロセッサ、またはその他のこのような構成、を含むことができる。

本発明はさらに、関連するハードウエアと組み合わせて計算デバイス上で実行する場合に、本発明に係る全ての方法の機能を提供する、コンピュータプログラム製品を含む。処理エンジン上で実行された場合に、本発明に係るソフトウエアは、サブミリ波長のアクティブレーダーシステムを使用する方法を提供する、コードセグメントを含むことができる。このソフトウエアは送信器を使用して視野内を照射するシステムと共に使用され、このソフトウエアはシステムの視野内のコンテンツからの信号を受信し且つダウンコンバートが可能なように適応されており、ダウンコンバート信号は、複数の照射または受信位置を有することによって、異なる照射または受信各からの信号を含んでいる。このソフトウエアはさらに、コンテンツに関する情報を決定するように適応させ、且つ、コンテンツの位置または方向を決定するために、２個またはそれ以上の角度からの信号から決定された情報を使用するように適応させることが可能である。このソフトウエアは、異なる角度からのダウンコンバート信号のどの部分が、コンテンツ内の同じオブジェクトに対応するかを決定し、且つ、三角法によってそのオブジェクトの位置を決定するように、適応させることが可能である。

その他の変形も、本発明の特許請求の範囲内で想定可能である。

Claims (13)

1. サブミリ波長レーダーシステムにおいて、
   前記システムの視野内のコンテンツから信号を受信し且つダウンコンバートするための受信器であって、ダウンコンバートされた信号は、時間的に変化する振幅と、視野内の所定の点における前記コンテンツに依存する周期的成分を有する位相成分とを有する、前記視野内の所定の点に対応する、前記受信器と、
   前記周期的成分から前記コンテンツに関する情報を決定するように構成された信号処理装置と、を有し、
   前記レーダーシステムは、複数の照射または受信位置を有することによって異なる照射または受信角度から視野内の同じ点の信号を獲得するように構成され、且つ、
   前記信号処理装置は、前記コンテンツの位置または方向を決定するために２個またはそれ以上の角度からの信号から決定された情報を使用するように構成され、
   前記信号処理装置はさらに、前記ダウンコンバートされた信号の周期的成分のスペクトルの空間的または時間的特徴を抽出するために、１個またはそれ以上の演算子を前記周期的成分に適用することによって前記情報を区別するための部分を有し、
   前記周期的成分から決定された情報は、コンテンツフラター、コンテンツに特有のスペックルパターン、または無線周波数に依存する周期を生じるコンテンツ中の薄層からの干渉効果、の１個またはそれ以上の効果を含む、サブミリ波長レーダーシステム。
2. 請求項１に記載のシステムにおいて、１個の受信器と相隔たる複数の送信器とを有する、サブミリ波長レーダーシステム。
3. 請求項１に記載のシステムにおいて、異なる時間で異なる角度から信号を獲得するための移動可能な受信器または送信器を有する、サブミリ波長レーダーシステム。
4. 請求項１乃至３の何れか１項に記載のシステムにおいて、前記信号処理装置は、異なる角度からの前記ダウンコンバートされた信号のどの部分が前記コンテンツにおける同じオブジェクトに対応するかを決定するように構成されている、サブミリ波長レーダーシステム。
5. 請求項４に記載のシステムにおいて、前記オブジェクトの複数の点の表面方向を決定し、且つ、オブジェクト特徴のライブラリと比較することによって前記オブジェクトを分類するように構成されている、サブミリ波長レーダーシステム。
6. 請求項２または３に記載のシステムにおいて、前記送信器に位相ロックされた復調器を使用して前記信号をコヒーレントにダウンコンバートするように構成された、サブミリ波長レーダーシステム。
7. 請求項６に記載のシステムにおいて、前記ダウンコンバートされた信号はＩＦ信号であり、前記信号処理装置はＩＦスペクトルの２個またはそれ以上の領域を別々に分析するように構成されている、サブミリ波長レーダーシステム。
8. 請求項６または７に記載のシステムにおいて、前記ダウンコンバートされた信号は複数の異なるサブミリ波周波数において受信された別個の信号を備え、且つ、前記信号処理装置は異なるサブミリ波周波数に相当する前記ダウンコンバートされた信号を個別に分析するように構成されている、サブミリ波長レーダーシステム。
9. 請求項１に記載のシステムにおいて、前記演算子は、サブミリ波バンドに依存性を有する特徴または受信器の焦点位置に依存する特徴または偏光に依存する特徴の、何れか１個またはそれ以上の特徴を抽出するための演算子を含む、サブミリ波長レーダーシステム。
10. 請求項１乃至９の何れか１項に記載のレーダーシステムを有する車両。
11. サブミリ波長アクティブレーダーシステムの使用方法において、前記方法は、
    送信器を用いて視野を照射し、
    前記システムの視野内のコンテンツから信号を受信し且つダウンコンバートするステップを備え、
    ダウンコンバートされた信号は、時間変化振幅と所定の点におけるコンテンツに依存する周期的成分を有する位相成分とを有する視野内の所定の点に対応し、前記ダウンコンバートされた信号は、複数の照射または受信位置を有することによって、異なる照射または受信角度からの信号を含み、さらに、前記方法は、
    前記周期的成分からコンテンツに関する情報を決定するために前記ダウンコンバートされた信号を処理し、前記コンテンツの位置または方向を決定するために２個またはそれ以上の角度からの信号から決定された情報を使用し、さらに、前記ダウンコンバートされた信号の周期的成分のスペクトルの空間的または時間的特徴を抽出するために、１個またはそれ以上の演算子を前記周期的成分に適用することによって前記情報を区別するステップを含み、前記周期的成分から決定された情報は、コンテンツフラター、コンテンツに特有のスペックルパターン、または無線周波数に依存する周期を生じるコンテンツ中の薄層からの干渉効果、の１個またはそれ以上の効果を含む、サブミリ波アクティブレーダーシステムの使用方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、さらに、異なる角度からの前記ダウンコンバートされた信号のどの部分が、コンテンツ中の同じオブジェクトに対応するかを決定するステップを有する、サブミリ波アクティブレーダーシステムの使用方法。
13. コンピュータによって実行された場合、前記コンピュータに請求項１１または１２のステップを実行させるための記憶されたプログラムを有する、コンピュータ読取可能な媒体。

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