JP6029287B2 - Distance measuring method and radar device - Google Patents

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Description

本発明は、対象物までの距離を測定する距離測定方法及びレーダー装置に関する。   The present invention relates to a distance measuring method and a radar apparatus for measuring a distance to an object.

対象物までの距離を測定する技術として、レーダー技術が知られている。対象物に送信レーダー信号を送信し、対象物から反射レーダー信号を受信し、送信レーダー信号に対する反射レーダー信号の遅延時間を測定し、対象物までの距離を測定する。レーダー信号の伝搬速度c及び送信レーダー信号に対する反射レーダー信号の遅延時間τに基づいて、対象物までの距離をL=cτ/2と測定することができる。   Radar technology is known as a technology for measuring the distance to an object. A transmission radar signal is transmitted to the object, a reflection radar signal is received from the object, a delay time of the reflection radar signal with respect to the transmission radar signal is measured, and a distance to the object is measured. Based on the propagation speed c of the radar signal and the delay time τ of the reflected radar signal with respect to the transmitted radar signal, the distance to the object can be measured as L = cτ / 2.

具体的には、レーダー信号送信の1周期中に、まずパルス状の送信レーダー信号を送信し、次に残りの期間で反射レーダー信号を受信する。ここで、レーダー信号送信の1周期をTとし、送信レーダー信号のパルス幅をwとする。   Specifically, during one period of radar signal transmission, a pulsed transmission radar signal is first transmitted, and then a reflected radar signal is received in the remaining period. Here, it is assumed that one period of radar signal transmission is T, and the pulse width of the transmission radar signal is w.

測定距離の遠距離側の限界は、Lmax=cT/2である。測定距離が遠距離側の限界を超えると、あるレーダー信号送信の1周期において、反射レーダー信号を受信しているときには、次のレーダー信号送信の1周期において、送信レーダー信号を既に送信しており、レーダー信号送信の2つの周期が重なるためである。   The limit on the far side of the measurement distance is Lmax = cT / 2. When the measurement distance exceeds the limit on the long distance side, when a reflected radar signal is received in one cycle of a certain radar signal transmission, the transmission radar signal has already been transmitted in one cycle of the next radar signal transmission. This is because the two periods of radar signal transmission overlap.

測定距離の近距離側の限界は、Lmin=cw/2である。測定距離が近距離側の限界を超えると、あるレーダー信号送信の1周期において、反射レーダー信号の受信を開始するときには、そのレーダー信号送信の1周期において、送信レーダー信号の送信を完了しておらず、パルスの末尾の一部しか受信できないためである。   The limit on the short distance side of the measurement distance is Lmin = cw / 2. When the measurement distance exceeds the limit on the short distance side, when the reception of the reflected radar signal is started in one cycle of a certain radar signal transmission, the transmission of the transmission radar signal is completed in the one cycle of the radar signal transmission. This is because only the last part of the pulse can be received.

信号対雑音比を高くするためには、パルスのエネルギーを高くすればよい。ここで、パルスのエネルギーを高くするためには、パルスのピークパワーを高くすることが考えられるが、パルスのピークパワーは最大送信電力で制限される。そこで、パルスのエネルギーを高くするためには、パルス幅wを広げることが望ましい。   In order to increase the signal-to-noise ratio, the pulse energy may be increased. Here, in order to increase the energy of the pulse, it is conceivable to increase the peak power of the pulse, but the peak power of the pulse is limited by the maximum transmission power. Therefore, in order to increase the pulse energy, it is desirable to increase the pulse width w.

しかし、パルス幅wを広げれば、遠距離にある対象物までの距離を測定するには、好都合であるが、近距離にある対象物までの距離を測定するには、測定距離の近距離側の限界のため不都合である。そして、送信レーダー信号に対する反射レーダー信号の遅延時間τがあいまいにしか測定できないため、レーダー画像がぼやけるという問題がある。   However, if the pulse width w is widened, it is convenient to measure the distance to the object at a long distance, but to measure the distance to the object at a short distance, the short distance side of the measurement distance It is inconvenient because of its limitations. Further, since the delay time τ of the reflected radar signal with respect to the transmission radar signal can only be measured indefinitely, there is a problem that the radar image is blurred.

パルス幅wを広げても、レーダー画像を鮮明にする技術として、パルス圧縮技術が知られている。パルス圧縮方式によるレーダーでは、一般に送信信号に無相関信号を使用する。無相関信号とは、その信号波形そのものと、その信号波形を時間シフトした信号波形と、の間で相関値の低いものであり、擬似ランダムノイズ信号などがその性質を持つことが知られている。従来のパルス圧縮技術のレーダー装置の構成及びタイムチャートを図1及び図2に示す。   A pulse compression technique is known as a technique for sharpening a radar image even when the pulse width w is widened. In a radar using a pulse compression method, an uncorrelated signal is generally used as a transmission signal. An uncorrelated signal is a signal having a low correlation value between the signal waveform itself and a signal waveform obtained by time-shifting the signal waveform, and it is known that a pseudo-random noise signal has the property. . A configuration and a time chart of a conventional radar device using a pulse compression technique are shown in FIGS.

従来のパルス圧縮技術のレーダー装置Rは、無相関信号生成部1、レーダー信号送信部2、スピーカー3、マイクロホン4、レーダー信号受信部5、相関処理実行部6、送信タイミングスイッチ7T、受信タイミングスイッチ7R及び動作タイミング切替部8から構成される。   A conventional radar device R of pulse compression technology includes an uncorrelated signal generation unit 1, a radar signal transmission unit 2, a speaker 3, a microphone 4, a radar signal reception unit 5, a correlation processing execution unit 6, a transmission timing switch 7T, and a reception timing switch. 7R and an operation timing switching unit 8.

無相関信号生成部1は、擬似ランダム信号としての無相関信号を生成する。レーダー信号送信部2は、対象物Oに送信レーダー信号を送信する。スピーカー3は、対象物Oに送信レーダー信号を照射する。マイクロホン4は、対象物Oから反射レーダー信号を収集する。レーダー信号受信部5は、対象物Oから反射レーダー信号を受信する。   The uncorrelated signal generation unit 1 generates an uncorrelated signal as a pseudo random signal. The radar signal transmission unit 2 transmits a transmission radar signal to the object O. The speaker 3 irradiates the object O with a transmission radar signal. The microphone 4 collects a reflected radar signal from the object O. The radar signal receiving unit 5 receives a reflected radar signal from the object O.

相関処理実行部6は、送信レーダー信号及び反射レーダー信号の相関処理を実行することにより、対象物Oまでの距離を測定する。具体的には、相関処理実行部6は、送信レーダー信号T(t)及び反射レーダー信号R(t)に基づいて、送信レーダー信号T(t)に対する反射レーダー信号R(t)の遅延時間τに関する相関関数d(τ)を計算する。

Figure 0006029287
The correlation processing execution unit 6 measures the distance to the object O by executing correlation processing between the transmission radar signal and the reflected radar signal. Specifically, the correlation processing execution unit 6 determines the delay time τ of the reflected radar signal R (t) with respect to the transmitted radar signal T (t) based on the transmitted radar signal T (t) and the reflected radar signal R (t). The correlation function d (τ) for is calculated.
Figure 0006029287

送信タイミングスイッチ7Tは、レーダー信号送信部2の動作タイミングを決定する。受信タイミングスイッチ7Rは、レーダー信号受信部5の動作タイミングを決定する。動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信部2及びレーダー信号受信部5に対して、レーダー信号送信の1周期中に1回のみ、動作タイミングを切り替える。   The transmission timing switch 7T determines the operation timing of the radar signal transmission unit 2. The reception timing switch 7R determines the operation timing of the radar signal receiving unit 5. The operation timing switching unit 8 switches the operation timing for the radar signal transmission unit 2 and the radar signal reception unit 5 only once during one period of radar signal transmission.

つまり、動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの送信期間WTにおいて、動作タイミング信号“1”を出力し、送信タイミングスイッチ7TをONにする一方で、受信タイミングスイッチ7RをOFFにし、レーダー信号送信部2を動作させる一方で、レーダー信号受信部5を動作させない。   That is, the operation timing switching unit 8 outputs the operation timing signal “1” and turns on the transmission timing switch 7T in the transmission period WT in one cycle T of radar signal transmission, while turning the reception timing switch 7R on. The radar signal transmission unit 2 is operated while the radar signal transmission unit 2 is operated while the radar signal reception unit 5 is not operated.

そして、動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの受信期間WRにおいて、動作タイミング信号“0”を出力し、送信タイミングスイッチ7TをOFFにする一方で、受信タイミングスイッチ7RをONにし、レーダー信号送信部2を動作させない一方で、レーダー信号受信部5を動作させる。   Then, the operation timing switching unit 8 outputs the operation timing signal “0” and turns off the transmission timing switch 7T in the reception period WR of one cycle T of the radar signal transmission, while the reception timing switch 7R is turned off. The radar signal transmission unit 2 is operated while the radar signal transmission unit 2 is not operated.

無相関信号生成部1は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの全期間において、無相関信号を生成しているが、スピーカー3は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの送信期間WTのみにおいて、無相関信号を抽出して照射している。   The uncorrelated signal generation unit 1 generates an uncorrelated signal in all periods of one period T of radar signal transmission, but the speaker 3 only transmits the transmission period WT in one period T of radar signal transmission. In FIG. 3, a non-correlated signal is extracted and irradiated.

ここで、レーダー信号送信の1周期Tのうちの送信期間WTを広げても、送信レーダー信号T(t)に対する反射レーダー信号R(t)の遅延時間τに関する相関関数d(τ)は、対象物Oまでの距離に対応する遅延時間τにおいて鋭いピークを有する。よって、パルス圧縮技術では通常のレーダー技術より、レーダー画面を鮮明にすることができる。   Here, even if the transmission period WT of one period T of radar signal transmission is extended, the correlation function d (τ) regarding the delay time τ of the reflected radar signal R (t) with respect to the transmission radar signal T (t) is the target. It has a sharp peak at the delay time τ corresponding to the distance to the object O. Therefore, the pulse compression technique can make the radar screen clearer than the ordinary radar technique.

パルス圧縮技術の具体的形態が、特許文献1及び特許文献2に開示されている。特許文献1では、上記に加えてさらに、測距周期を周囲の状況に応じて可変にすることにより、センシング領域を周囲の状況に応じて可変にすることができる。特許文献2では、上記に加えてさらに、対象物が送信レーダー信号及び受信レーダー信号の方向と同一の方向に速度成分を有していても、送信レーダー信号に対する受信レーダー信号のドップラーシフトを補償することにより、レーダー画面を鮮明にすることができる。   Specific forms of the pulse compression technique are disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2. In Patent Document 1, in addition to the above, the sensing area can be made variable according to the surrounding situation by making the distance measurement cycle variable according to the surrounding situation. In Patent Document 2, in addition to the above, even if the object has a velocity component in the same direction as the direction of the transmission radar signal and the reception radar signal, the Doppler shift of the reception radar signal with respect to the transmission radar signal is compensated. As a result, the radar screen can be made clear.

特開平9−21869号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-21869 特開2010−197241号公報JP 2010-197241 A

パルス圧縮方式によるレーダーでは、パルス幅wを広くすれば、パルスのエネルギーを高くすることができるため、遠距離にある対象物Oを高精度に測定することはできるが、測定距離の近距離側の限界を長くしてしまうため、近距離にある対象物Oを効率よく測定することはできない。一方で、パルス幅wを狭くすれば、測定距離の近距離側の限界を短くすることができるため、近距離にある対象物Oを効率よく測定することはできるが、パルスのエネルギーを低くしてしまうため、遠距離にある対象物Oを効率よく測定することはできない。   In radar using the pulse compression method, if the pulse width w is increased, the energy of the pulse can be increased, so that the object O at a long distance can be measured with high accuracy, but the short distance side of the measurement distance. Therefore, the object O at a short distance cannot be measured efficiently. On the other hand, if the pulse width w is narrowed, the limit on the short distance side of the measurement distance can be shortened, so that the object O at a short distance can be measured efficiently, but the pulse energy is reduced. Therefore, the object O at a long distance cannot be measured efficiently.

ところで、パルス圧縮技術を利用したレーダー技術は、超音波や電磁波などを利用したレーダー技術に適用することができる。以下の説明では、空中超音波を利用したレーダー技術において、パルス圧縮技術を利用したレーダー技術の解決課題を説明する。   By the way, radar technology using pulse compression technology can be applied to radar technology using ultrasonic waves, electromagnetic waves, or the like. In the following description, a problem to be solved in radar technology using pulse compression technology in radar technology using airborne ultrasonic waves will be described.

空中超音波を利用したレーダー技術においては、電磁波を利用したレーダー技術と比較して、レーダー信号の伝搬速度cが遅く、レーダー信号の減衰が大きく、そのため5m程度の測定距離でしか実用的でない。そこで、レーダー信号の減衰を補償するため、パルス圧縮技術によりパルスの実効エネルギーを高くしたいが、以下の解決課題が発生する。   In the radar technology using airborne ultrasonic waves, the propagation speed c of the radar signal is slow and the radar signal is greatly attenuated as compared with the radar technology using electromagnetic waves, so that it is practical only at a measurement distance of about 5 m. Therefore, in order to compensate for the attenuation of the radar signal, it is desired to increase the effective energy of the pulse by the pulse compression technique, but the following problem arises.

空中超音波を利用したレーダー技術においては、通常40kHz〜60kHzの発音/受音素子が利用される。ここで、発音/受音素子は、共鳴体であるため、駆動を開始しても簡単には鳴り出さず、駆動を停止しても簡単には止まらない。そこで、パルス幅wとして、w=2ms内外に設定することが通常であり、このパルス幅wには、40kHzの波動が80波入り、60kHzの波動が120波入る。   In radar technology using airborne ultrasonic waves, a sounding / receiving element of 40 kHz to 60 kHz is usually used. Here, since the sound generation / sound receiving element is a resonator, it does not sound easily even if driving is started, and does not stop easily even if driving is stopped. Therefore, it is normal to set the pulse width w within or outside of w = 2 ms. The pulse width w includes 80 waves of 40 kHz and 120 waves of 60 kHz.

そこで、パルス幅wとして、w=2msに設定し、パルスのピークパワーとして、1Wに設定する。すると、測定距離の近距離側の限界は、Lmin=340m/s×2ms/2=0.34mとなる。そして、パルスのエネルギーは1W×2ms=2mJとなる。しかし、この程度のエネルギーでは、レーダー信号の減衰のため、遠距離物体の測定能力は、上記の5m程度でしかない。   Therefore, the pulse width w is set to w = 2 ms, and the pulse peak power is set to 1 W. Then, the limit on the short distance side of the measurement distance is Lmin = 340 m / s × 2 ms / 2 = 0.34 m. The energy of the pulse is 1 W × 2 ms = 2 mJ. However, at this level of energy, the measurement capability of a long-distance object is only about 5 m because of the attenuation of the radar signal.

そこでパルス幅wを拡大し、w=32msに設定し、パルスのピークパワーとして、1Wに設定する。すると、測定距離の近距離側の限界は、Lmin=340m/s×32ms/2=5.44mとなる。そして、パルスのエネルギーは1W×32ms=32mJとなる。5m程度の距離の物体をこのエネルギーで観測できるため、w=32msのパルスを用いるときにはw=2msのパルスを用いるときより効率がよい。   Therefore, the pulse width w is expanded, w = 32 ms is set, and the peak power of the pulse is set to 1 W. Then, the limit on the short distance side of the measurement distance is Lmin = 340 m / s × 32 ms / 2 = 5.44 m. The energy of the pulse is 1 W × 32 ms = 32 mJ. Since an object having a distance of about 5 m can be observed with this energy, when using a pulse with w = 32 ms, it is more efficient than using a pulse with w = 2 ms.

より高精度の検出のため、さらにパルス幅wを拡大し、w=64msに設定し、パルスのピークパワーとして、1Wに設定する。すると、パルスのエネルギーは1W×64ms=64mJとなる。そして、測定距離の近距離側の限界は、Lmin=340m/s×64ms/2=10mとなる。しかし、5m程度の距離の物体からの反射波は、w=64msの半分の32msが経過した時点で戻ってくるため、送信機と受信機を同時駆動できない理由により、受信機においては、w=64msの場合もw=32msの場合と、同等のエネルギーしか受信できず、物体検出能力も同等となる。よって、5m程度の距離の物体の検出能力を単にパルス幅の拡大によって向上させる方法には一定の限界がある。   In order to perform detection with higher accuracy, the pulse width w is further expanded, w = 64 ms is set, and the peak power of the pulse is set to 1 W. Then, the energy of the pulse is 1 W × 64 ms = 64 mJ. The limit on the short distance side of the measurement distance is Lmin = 340 m / s × 64 ms / 2 = 10 m. However, since a reflected wave from an object having a distance of about 5 m returns when 32 ms, which is half of w = 64 ms, has passed, the transmitter and the receiver cannot be driven simultaneously. Even in the case of 64 ms, only the same energy can be received as in the case of w = 32 ms, and the object detection capability is also equivalent. Therefore, there is a certain limit to the method of improving the detection capability of an object having a distance of about 5 m simply by increasing the pulse width.

パルス圧縮レーダーでは、近接物体の検出能力を重視してパルス幅を小さくすると、遠方物体を検出できない。逆に遠方物体の検出能力を重視してパルス幅を大きくとると、近接物体は一定以上の能力では検出できない。この課題を解決するために、本発明は、パルス圧縮技術を利用したレーダー技術において、遠距離にある対象物を高精度に測定するとともに、近距離にある対象物も高精度に測定することを目的とする。   Pulse compression radar cannot detect distant objects if the pulse width is reduced with an emphasis on the ability to detect near objects. Conversely, if the pulse width is increased with emphasis on the ability to detect a distant object, a close object cannot be detected with a certain capacity. In order to solve this problem, the present invention provides a radar technique using a pulse compression technique that measures an object at a long distance with high accuracy and also measures an object at a short distance with high precision. Objective.

上記目的を達成するために、レーダー信号送信及びレーダー信号受信に対して、レーダー信号送信の1周期中に複数回に渡って、動作タイミングを切り替えることとした。   In order to achieve the above object, the operation timing is switched multiple times during one period of radar signal transmission for radar signal transmission and radar signal reception.

具体的には、本発明は、レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、送信状態及び非送信状態の間で状態を切り替えながら、無相関信号を対象物に送信することを特徴とする距離測定方法である。   Specifically, the present invention is characterized in that an uncorrelated signal is transmitted to an object while switching a state between a transmission state and a non-transmission state over a plurality of times during one period of radar operation. This is a distance measurement method.

また、本発明は、レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、送信状態及び非送信状態の間で状態を切り替えながら、無相関信号を対象物に送信し、レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、前記送信状態において非受信状態になる一方で、前記非送信状態において受信状態になるように、前記受信状態及び前記非受信状態の間で状態を切り替えながら、反射レーダー信号を前記対象物から受信して、送信した前記無相関信号及び受信した前記反射レーダー信号の相関処理を実行することにより、前記対象物までの距離を測定することを特徴とする距離測定方法である。   In addition, the present invention transmits an uncorrelated signal to an object while switching a state between a transmission state and a non-transmission state over a plurality of times during one cycle of the radar operation. While switching the state between the reception state and the non-reception state so as to be in the reception state in the non-transmission state while switching to the non-reception state in the transmission state over a plurality of times, the reflected radar signal The distance measuring method is characterized in that the distance to the object is measured by executing correlation processing between the uncorrelated signal transmitted and received from the object and the received reflected radar signal.

また、本発明は、レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、送信状態及び非送信状態の間で状態を切り替えながら、無相関信号を対象物に送信するレーダー信号送信部、を備えることを特徴とするレーダー装置である。   In addition, the present invention includes a radar signal transmission unit that transmits an uncorrelated signal to an object while switching a state between a transmission state and a non-transmission state over a plurality of times during one period of radar operation. Is a radar device characterized by

また、本発明は、レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、送信状態及び非送信状態の間で状態を切り替えながら、無相関信号を対象物に送信するレーダー信号送信部と、レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、前記送信状態において非受信状態になる一方で、前記非送信状態において受信状態になるように、前記受信状態及び前記非受信状態の間で状態を切り替えながら、反射レーダー信号を前記対象物から受信するレーダー信号受信部と、前記レーダー信号送信部が送信した前記無相関信号及び前記レーダー信号受信部が受信した前記反射レーダー信号の相関処理を実行することにより、前記対象物までの距離を測定する相関処理実行部と、を備えることを特徴とするレーダー装置である。   The present invention also provides a radar signal transmission unit that transmits an uncorrelated signal to an object while switching a state between a transmission state and a non-transmission state over a plurality of times during one period of the radar operation, and a radar operation. While switching the state between the reception state and the non-reception state so as to be in the non-reception state in the transmission state and the reception state in the non-transmission state over a plurality of times during one cycle of By executing a correlation process between the radar signal receiving unit that receives the reflected radar signal from the object, the uncorrelated signal transmitted by the radar signal transmitting unit, and the reflected radar signal received by the radar signal receiving unit. And a correlation processing execution unit that measures a distance to the object.

この構成によれば、遠距離にある対象物を高精度に測定するとともに、近距離にある対象物も高精度に測定することができる。   According to this configuration, an object at a long distance can be measured with high accuracy, and an object at a short distance can also be measured with high accuracy.

また、本発明は、前記送信状態及び前記非送信状態の間の状態切替パターンを変更することにより、前記対象物までの距離の測定感度特性を変更することを特徴とする距離測定方法である。   Further, the present invention is a distance measuring method characterized by changing a measurement sensitivity characteristic of the distance to the object by changing a state switching pattern between the transmission state and the non-transmission state.

また、本発明は、前記レーダー信号送信部は、前記送信状態及び前記非送信状態の間の状態切替パターンを変更することにより、前記対象物までの距離の測定感度特性を変更することを特徴とするレーダー装置である。   Further, the present invention is characterized in that the radar signal transmission unit changes a measurement sensitivity characteristic of a distance to the object by changing a state switching pattern between the transmission state and the non-transmission state. It is a radar device.

この構成によれば、あらゆる距離にある対象物を高精度に測定することができる。   According to this configuration, an object at any distance can be measured with high accuracy.

また、本発明は、レーダー動作の1周期中における前記送信状態の合計時間を、レーダー動作の1周期に対して略50%に設定することを特徴とする距離測定方法である。   The present invention is also the distance measurement method characterized in that the total time of the transmission state in one cycle of the radar operation is set to approximately 50% with respect to one cycle of the radar operation.

また、本発明は、前記レーダー信号送信部は、レーダー動作の1周期中における前記送信状態の合計時間を、レーダー動作の1周期に対して略50%に設定することを特徴とするレーダー装置である。   Further, the present invention is the radar device characterized in that the radar signal transmission unit sets the total time of the transmission state during one cycle of the radar operation to approximately 50% with respect to one cycle of the radar operation. is there.

この構成によれば、最も効率よく送信電力を受信回収することができる。   According to this configuration, it is possible to receive and collect transmission power most efficiently.

本発明は、パルス圧縮技術を利用したレーダー技術において、遠距離にある対象物を高精度に測定するとともに、近距離にある対象物も高精度に測定することができる。   According to the present invention, in a radar technique using a pulse compression technique, an object at a long distance can be measured with high accuracy, and an object at a short distance can also be measured with high accuracy.

従来のパルス圧縮技術のレーダー装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radar apparatus of the conventional pulse compression technique. 従来のパルス圧縮技術のレーダー装置のタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the time chart of the radar apparatus of the conventional pulse compression technique. 本願発明のレーダー装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the radar apparatus of this invention. 本願発明のレーダー装置のタイムチャートを示す図である。It is a figure which shows the time chart of the radar apparatus of this invention. 比較例における測定距離の感度特性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the sensitivity characteristic of the measurement distance in a comparative example. 本願発明における第1の測定距離の感度特性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the sensitivity characteristic of the 1st measurement distance in this invention. 本願発明における第2の測定距離の感度特性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the sensitivity characteristic of the 2nd measurement distance in this invention. 本願発明における第1及び第2の測定距離の感度特性のシミュレーション結果を比較する図である。It is a figure which compares the simulation result of the sensitivity characteristic of the 1st and 2nd measurement distance in this invention. 比較例における測定距離の感度特性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the sensitivity characteristic of the measurement distance in a comparative example. 本願発明における第1の測定距離の感度特性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the sensitivity characteristic of the 1st measurement distance in this invention. 本願発明における第2の測定距離の感度特性のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the sensitivity characteristic of the 2nd measurement distance in this invention.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In the present specification and drawings, the same reference numerals denote the same components.

まず、距離測定方法について、概略を説明する。レーダー信号送信処理及びレーダー信号受信処理は、同一の主体が行なってもよく、異なる主体が行ってもよい。   First, an outline of the distance measurement method will be described. The radar signal transmission process and the radar signal reception process may be performed by the same entity or different entities.

レーダー信号送信処理では、レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、送信状態及び非送信状態の間で状態を切り替えながら、無相関信号を対象物に送信する。ここで、送信状態とは、無相関信号を抽出して送信する状態であり、非送信状態とは、無相関信号を送信しないのみならず、波形信号を何ら送信しない状態である。   In the radar signal transmission process, an uncorrelated signal is transmitted to the object while switching the state between the transmission state and the non-transmission state over a plurality of times during one period of the radar operation. Here, the transmission state is a state in which a non-correlated signal is extracted and transmitted, and the non-transmission state is a state in which not only a non-correlated signal is transmitted but also a waveform signal is not transmitted.

レーダー信号受信処理では、レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、受信状態及び非受信状態の間で状態を切り替えながら、反射レーダー信号を対象物から受信する。ここで、送信状態において非受信状態になる一方で、非送信状態において受信状態になるように、受信状態及び非受信状態の間で状態を切り替える。   In the radar signal reception process, the reflected radar signal is received from the object while switching the state between the reception state and the non-reception state over a plurality of times during one period of the radar operation. Here, the state is switched between the reception state and the non-reception state so that the transmission state becomes the non-reception state while the non-transmission state becomes the reception state.

相関処理実行段階では、送信した無相関信号及び受信した反射レーダー信号の相関処理を実行することにより、対象物までの距離を測定する。   In the correlation processing execution stage, the distance to the object is measured by executing correlation processing between the transmitted uncorrelated signal and the received reflected radar signal.

ここで、送信状態及び非送信状態の間の状態切替パターンを変更することにより、対象物までの距離の測定感度特性を変更することもできる。   Here, the measurement sensitivity characteristic of the distance to the object can also be changed by changing the state switching pattern between the transmission state and the non-transmission state.

さらに、レーダー動作の1周期中における送信状態の合計時間を、レーダー動作の1周期に対して略50%に設定することもできる。   Furthermore, the total transmission state time during one period of radar operation can be set to approximately 50% with respect to one period of radar operation.

次に、レーダー装置について、詳細を説明する。レーダー信号送信部及びレーダー信号受信部は、同一の装置内に配置されていてもよく、異なる装置内に配置されていてもよい。以下の実施形態では、前者の場合について説明する。   Next, details of the radar device will be described. The radar signal transmission unit and the radar signal reception unit may be arranged in the same device or may be arranged in different devices. In the following embodiments, the former case will be described.

本願発明のレーダー装置の構成及びタイムチャートを図3及び図4に示す。本願発明のレーダー装置Rは、無相関信号生成部1、レーダー信号送信部2、スピーカー3、マイクロホン4、レーダー信号受信部5、相関処理実行部6、送信タイミングスイッチ7T、受信タイミングスイッチ7R、無相関信号スイッチ7C及び動作タイミング切替部8から構成される。本願発明においては、従来技術と比較して、動作タイミング切替部8が異なる処理を実行し、無相関信号スイッチ7Cが新たに追加される。   The configuration and time chart of the radar apparatus of the present invention are shown in FIGS. The radar apparatus R of the present invention includes an uncorrelated signal generation unit 1, a radar signal transmission unit 2, a speaker 3, a microphone 4, a radar signal reception unit 5, a correlation processing execution unit 6, a transmission timing switch 7T, a reception timing switch 7R, and nothing. It comprises a correlation signal switch 7C and an operation timing switching unit 8. In the present invention, compared with the prior art, the operation timing switching unit 8 executes a different process, and a non-correlated signal switch 7C is newly added.

無相関信号生成部1は、擬似ランダム信号としての無相関信号を生成する。無相関信号として、周波数チャープ信号、M(Maximal length)系列などの擬似ランダムパルスで変調された信号及びマルチキャリアOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)信号などが知られている。レーダー信号送信部2は、対象物Oに送信レーダー信号を送信する。スピーカー3は、対象物Oに送信レーダー信号を照射する。マイクロホン4は、対象物Oから反射レーダー信号を収集する。レーダー信号受信部5は、対象物Oから反射レーダー信号を受信する。   The uncorrelated signal generation unit 1 generates an uncorrelated signal as a pseudo random signal. As a non-correlated signal, a frequency chirp signal, a signal modulated with a pseudo random pulse such as an M (Maximum length) sequence, a multi-carrier OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) signal, and the like are known. The radar signal transmission unit 2 transmits a transmission radar signal to the object O. The speaker 3 irradiates the object O with a transmission radar signal. The microphone 4 collects a reflected radar signal from the object O. The radar signal receiving unit 5 receives a reflected radar signal from the object O.

相関処理実行部6は、送信レーダー信号及び反射レーダー信号の相関処理を実行することにより、対象物Oまでの距離を測定する。具体的には、相関処理実行部6は、送信レーダー信号T(t)及び反射レーダー信号R(t)に基づいて、送信レーダー信号T(t)に対する反射レーダー信号R(t)の遅延時間τに関する相関関数d(τ)を計算する。

Figure 0006029287
The correlation processing execution unit 6 measures the distance to the object O by executing correlation processing between the transmission radar signal and the reflected radar signal. Specifically, the correlation processing execution unit 6 determines the delay time τ of the reflected radar signal R (t) with respect to the transmitted radar signal T (t) based on the transmitted radar signal T (t) and the reflected radar signal R (t). The correlation function d (τ) for is calculated.
Figure 0006029287

送信タイミングスイッチ7Tは、レーダー信号送信部2の動作タイミングを決定する。受信タイミングスイッチ7Rは、レーダー信号受信部5の動作タイミングを決定する。動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信部2及びレーダー信号受信部5に対して、レーダー信号送信の1周期中に複数回に渡って、動作タイミングを切り替える。   The transmission timing switch 7T determines the operation timing of the radar signal transmission unit 2. The reception timing switch 7R determines the operation timing of the radar signal receiving unit 5. The operation timing switching unit 8 switches the operation timing for the radar signal transmission unit 2 and the radar signal reception unit 5 a plurality of times during one period of radar signal transmission.

つまり、動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの送信期間WT1、WT2、WT3において、動作タイミング信号“1”を出力し、送信タイミングスイッチ7TをONにする一方で、受信タイミングスイッチ7RをOFFにし、レーダー信号送信部2を動作させる一方で、レーダー信号受信部5を動作させない。   That is, the operation timing switching unit 8 outputs the operation timing signal “1” in the transmission periods WT1, WT2, and WT3 in one period T of radar signal transmission, and turns on the transmission timing switch 7T while receiving the signal. The timing switch 7R is turned OFF to operate the radar signal transmission unit 2, while the radar signal reception unit 5 is not operated.

そして、動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの送信期間WT1、WT2、WT3以外の受信期間において、動作タイミング信号“0”を出力し、送信タイミングスイッチ7TをOFFにする一方で、受信タイミングスイッチ7RをONにし、レーダー信号送信部2を動作させない一方で、レーダー信号受信部5を動作させる。   Then, the operation timing switching unit 8 outputs the operation timing signal “0” in the reception period other than the transmission periods WT1, WT2, and WT3 in one period T of the radar signal transmission, and turns off the transmission timing switch 7T. On the other hand, the reception timing switch 7R is turned ON, and the radar signal receiving unit 5 is operated while the radar signal transmitting unit 2 is not operated.

無相関信号生成部1は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの全期間において、無相関信号を生成しているが、スピーカー3は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの送信期間WT1、WT2、WT3において、無相関信号を抽出して照射している。   The uncorrelated signal generation unit 1 generates an uncorrelated signal in all periods of one period T of radar signal transmission, but the speaker 3 transmits a transmission period WT1 in one period T of radar signal transmission, In WT2 and WT3, an uncorrelated signal is extracted and irradiated.

無相関信号スイッチ7Cは、相関処理実行部6が送信レーダー信号及び反射レーダー信号の相関処理を実行するにあたり、送信レーダー信号と同一の信号を生成する。   The uncorrelated signal switch 7C generates the same signal as the transmission radar signal when the correlation processing execution unit 6 executes the correlation processing of the transmission radar signal and the reflected radar signal.

つまり、動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの送信期間WT1、WT2、WT3において、動作タイミング信号“1”を出力し、無相関信号スイッチ7CをONにし、無相関信号を相関処理実行部6に出力する。   That is, the operation timing switching unit 8 outputs the operation timing signal “1” in the transmission periods WT1, WT2, and WT3 in one period T of the radar signal transmission, turns on the uncorrelated signal switch 7C, and sets the uncorrelated signal. Is output to the correlation processing execution unit 6.

そして、動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信の1周期Tのうちの送信期間WT1、WT2、WT3以外の受信期間において、動作タイミング信号“0”を出力し、無相関信号スイッチ7CをOFFにし、無相関信号を相関処理実行部6に出力しない。   Then, the operation timing switching unit 8 outputs the operation timing signal “0” in the reception period other than the transmission periods WT1, WT2, and WT3 in one period T of the radar signal transmission, and turns off the uncorrelated signal switch 7C. The uncorrelated signal is not output to the correlation processing execution unit 6.

近距離にある対象物Oを測定するためには、送信レーダー信号を送信してから短時間後に、反射レーダー信号を受信すればよい。例えば、送信期間WT1に送信した送信レーダー信号に対応する反射レーダー信号を、送信期間WT1及び送信期間WT2の間の受信期間WR1に受信すればよい。または、送信期間WT2に送信した送信レーダー信号に対応する反射レーダー信号を、送信期間WT2及び送信期間WT3の間の受信期間WR2に受信すればよい。または、送信期間WT3に送信した送信レーダー信号に対応する反射レーダー信号を、送信期間WT3の後の受信期間WR3に受信すればよい。   In order to measure the object O at a short distance, the reflected radar signal may be received a short time after the transmission radar signal is transmitted. For example, a reflected radar signal corresponding to the transmission radar signal transmitted in the transmission period WT1 may be received in the reception period WR1 between the transmission period WT1 and the transmission period WT2. Alternatively, a reflected radar signal corresponding to the transmission radar signal transmitted in the transmission period WT2 may be received in the reception period WR2 between the transmission period WT2 and the transmission period WT3. Alternatively, a reflected radar signal corresponding to the transmission radar signal transmitted in the transmission period WT3 may be received in the reception period WR3 after the transmission period WT3.

遠距離にある対象物Oを測定するためには、送信レーダー信号を送信してから長時間後に、反射レーダー信号を受信すればよい。例えば、送信期間WT1に送信した送信レーダー信号に対応する反射レーダー信号を、送信期間WT2及び送信期間WT3の間の受信期間WR2に受信するか、送信期間WT3の後の受信期間WR3に受信すればよい。または、送信期間WT2に送信した送信レーダー信号に対応する反射レーダー信号を、送信期間WT3の後の受信期間WR3に受信するか、次のレーダー信号の送信周期における送信期間WT1の後の受信期間WR1に受信すればよい。   In order to measure the object O at a long distance, the reflected radar signal may be received a long time after transmitting the transmission radar signal. For example, if a reflected radar signal corresponding to the transmission radar signal transmitted in the transmission period WT1 is received in the reception period WR2 between the transmission period WT2 and the transmission period WT3 or received in the reception period WR3 after the transmission period WT3 Good. Alternatively, the reflected radar signal corresponding to the transmission radar signal transmitted in the transmission period WT2 is received in the reception period WR3 after the transmission period WT3, or the reception period WR1 after the transmission period WT1 in the transmission period of the next radar signal. Can be received.

つまり、レーダー信号送信の1周期Tにおいて、送信期間が送信期間WT1、WT2、WT3の合算分だけ確保されているため、パルスのエネルギーを高くすることができ、遠距離にある対象物Oを高精度に測定することができる。そして、レーダー信号送信の1周期Tにおいて、送信期間が送信期間WT1、WT2、WT3のように分割で確保されているため、測定距離の近距離側の限界を短くすることができ、近距離にある対象物Oも高精度に測定することができる。このように、本願発明のレーダー装置Rは、遠距離測定にも近距離測定にも合わせて適用することができる。   That is, in one period T of radar signal transmission, since the transmission period is secured by the sum of the transmission periods WT1, WT2, and WT3, the pulse energy can be increased, and the object O at a long distance can be increased. It can be measured with high accuracy. And in one cycle T of radar signal transmission, since the transmission period is ensured by division like the transmission periods WT1, WT2, and WT3, the limit on the short distance side of the measurement distance can be shortened, and the short distance A certain object O can also be measured with high accuracy. Thus, the radar apparatus R of the present invention can be applied to both long distance measurement and short distance measurement.

ここで、分割された送信期間の合計を、レーダー信号送信の1周期Tの50%とすると、分割された受信期間の合計も、レーダー信号送信の1周期Tの50%となる。このときには、最も効率よく送信電力を受信回収することができる。   Here, if the total of the divided transmission periods is 50% of one period T of radar signal transmission, the total of the divided reception periods is also 50% of one period T of radar signal transmission. At this time, transmission power can be received and collected most efficiently.

そして、レーダー信号送信の1周期Tにおいて、動作タイミングの切替パターンは、周期的であってもよく非周期的であってもよい。例えば、図4に示したタイムチャートで例示すれば、レーダー信号送信の1周期Tにおいて、送信期間WT1及び受信期間WR1の切替パターン、送信期間WT2及び受信期間WR2の切替パターン、並びに送信期間WT3及び受信期間WR3の切替パターンは、同一であってもよく異なっていてもよい。   In one cycle T of radar signal transmission, the operation timing switching pattern may be periodic or aperiodic. For example, in the time chart shown in FIG. 4, in one cycle T of radar signal transmission, a switching pattern of the transmission period WT1 and the reception period WR1, a switching pattern of the transmission period WT2 and the reception period WR2, and a transmission period WT3 and The switching pattern of the reception period WR3 may be the same or different.

ところで、遠距離及び近距離の中間の距離にある物体の検出において、送信期間WT1に送信した送信レーダー信号に対応する反射レーダー信号を、送信期間WT2と同一の期間である非受信期間wr12に受信することはできず、送信期間WT3と同一の期間である非受信期間wr23に受信することはできない。そして、送信期間WT2に送信した送信レーダー信号に対応する反射レーダー信号を、送信期間WT3と同一の期間である非受信期間wr23に受信することはできず、次のレーダー信号の送信周期における送信期間WT1と同一の期間である非受信期間wr31に受信することはできない。よって、測定距離によっては、測定感度が高い測定距離もあれば、測定感度が低い測定距離もある。   By the way, in the detection of an object at an intermediate distance between the long distance and the short distance, the reflected radar signal corresponding to the transmission radar signal transmitted in the transmission period WT1 is received in the non-reception period wr12 which is the same period as the transmission period WT2. Cannot be received, and cannot be received in the non-reception period wr23, which is the same period as the transmission period WT3. The reflected radar signal corresponding to the transmission radar signal transmitted in the transmission period WT2 cannot be received in the non-reception period wr23, which is the same period as the transmission period WT3, and the transmission period in the transmission period of the next radar signal It cannot be received in the non-reception period wr31 which is the same period as WT1. Therefore, depending on the measurement distance, there are measurement distances with high measurement sensitivity and measurement distances with low measurement sensitivity.

しかし、動作タイミング切替部8は、動作タイミングの切替パターンを変更することにより、測定距離の感度特性を変更することができる。つまり、動作タイミング切替部8は、ある測定距離における測定感度を高くしても、他の測定距離における測定感度を低くする動作タイミングの切替パターンと、当該他の測定距離における測定感度を高くしても、当該ある測定距離における測定感度を低くする動作タイミングの切替パターンを、目標とする測定距離に応じて使い分ける。よって、本願発明のレーダー装置Rは、当該ある測定距離における測定感度を高くすることができ、当該他の測定距離における測定感度も高くすることができ、あらゆる距離にある対象物Oを高精度に測定することができる。   However, the operation timing switching unit 8 can change the sensitivity characteristic of the measurement distance by changing the operation timing switching pattern. In other words, even if the measurement sensitivity at a certain measurement distance is increased, the operation timing switching unit 8 increases the operation sensitivity switching pattern for decreasing the measurement sensitivity at another measurement distance and the measurement sensitivity at the other measurement distance. In addition, an operation timing switching pattern that lowers the measurement sensitivity at a certain measurement distance is selectively used according to the target measurement distance. Therefore, the radar apparatus R of the present invention can increase the measurement sensitivity at the certain measurement distance, can also increase the measurement sensitivity at the other measurement distance, and can accurately detect the object O at any distance. Can be measured.

ここで、測定距離の感度特性は、数式3のように表わされる。

Figure 0006029287
σ(t)は、レーダー信号送信部2の動作タイミング信号であり、σ(t)=1のときには、レーダー信号送信部2は動作し、σ(t)=0のときには、レーダー信号送信部2は停止する。ρ(t)は、レーダー信号受信部5の動作タイミング信号であり、ρ(t)=1−σ(t)が成立し、ρ(t)=1のときには、レーダー信号受信部5は動作し、ρ(t)=0のときには、レーダー信号受信部5は停止する。xは、測定距離である。Pは、送信電力である。U(x)は、測定距離の感度特性である。簡単のため、P=1かつc/2=1とすれば、測定距離の感度特性は、数式4のように表わされる。
Figure 0006029287
Here, the sensitivity characteristic of the measurement distance is expressed as Equation 3.
Figure 0006029287
σ (t) is an operation timing signal of the radar signal transmission unit 2. When σ (t) = 1, the radar signal transmission unit 2 operates, and when σ (t) = 0, the radar signal transmission unit 2. Stops. ρ (t) is an operation timing signal of the radar signal receiving unit 5, and ρ (t) = 1−σ (t) is established. When ρ (t) = 1, the radar signal receiving unit 5 operates. , Ρ (t) = 0, the radar signal receiver 5 stops. x is a measurement distance. P is transmission power. U (x) is a sensitivity characteristic of the measurement distance. For simplicity, if P = 1 and c / 2 = 1, the sensitivity characteristic of the measurement distance is expressed as Equation 4.
Figure 0006029287

レーダー信号送信は、1周期Tで繰り返されるため、U(x)、σ(t)及びρ(t)は、それぞれ、数式5、6、7のように、フーリエ級数u、σ、ρで展開することができる。ここで、ω=2π/Tである。

Figure 0006029287
Figure 0006029287
Figure 0006029287
フーリエ級数u、σ、ρは、数式8のように、関係付けることができる。ここで、ρ はρの複素共役を表す。
Figure 0006029287
Since radar signal transmission is repeated in one period T, U (x), σ (t), and ρ (t) are respectively Fourier series u k , σ k , ρ as shown in Equations 5, 6, and 7, respectively. k can be expanded. Here, ω 0 = 2π / T.
Figure 0006029287
Figure 0006029287
Figure 0006029287
The Fourier series u k , σ k , and ρ k can be related as shown in Equation 8. Here, ρ k * represents a complex conjugate of ρ k .
Figure 0006029287

ρ(t)=1−σ(t)であることから、フーリエ級数uは、数式9のように表わされる。ここで、ηは、レーダー信号送信の1周期Tに対する、分割された送信期間(例えば、図4の送信期間WT1、WT2、WT3)の合計のデューティ比率である。

Figure 0006029287
数式9の見通しを良くするため、単発の送信レーダー信号のみを取り出せば、U(x)は、数式10のように、フーリエ変換することができる。
Figure 0006029287
(ω)は、U(x)のフーリエ変換である。σ(ω)は、σ(t)のフーリエ変換である。δ(ω)は、ディラックのデルタ関数である。 because it is ρ (t) = 1-σ (t), the Fourier series u k is expressed as in Equation 9. Here, η is the total duty ratio of the divided transmission periods (for example, transmission periods WT1, WT2, and WT3 in FIG. 4) for one period T of radar signal transmission.
Figure 0006029287
If only a single transmission radar signal is extracted in order to improve the visibility of Equation 9, U (x) can be Fourier transformed as in Equation 10.
Figure 0006029287
U ~ (ω) is the Fourier transform of U (x). σ ~ (ω) is the Fourier transform of σ (t). δ (ω) is a Dirac delta function.

σ(t)からU(x)を計算するためには、数式4を適用するより、数式10を適用してU(ω)を計算して、U(ω)をU(x)に逆フーリエ変換する方が、効率が良い。数式9から、uは実数であることが分かり、数式5から、U(x)は偶関数であり0≦x≦cT/2においてx=cT/4に関して線対称になることが分かる。 To calculate the sigma (t) from U (x) is than applying Equation 4 calculates the U ~ (ω) by applying the equation 10, U ~ a (omega) to U (x) Inverse Fourier transform is more efficient. From Equation 9, it can be seen that uk is a real number, and from Equation 5, U (x) is an even function and is line symmetric with respect to x = cT / 4 when 0 ≦ x ≦ cT / 2.

次に、伝搬減衰を考慮しない場合において、測定距離の感度特性のシミュレーション結果を示す。比較例における測定距離の感度特性のシミュレーション結果を図5に示し、本願発明における第1及び第2の測定距離の感度特性のシミュレーション結果をそれぞれ図6及び図7に示す。   Next, the simulation result of the sensitivity characteristic of the measurement distance when the propagation attenuation is not taken into consideration will be shown. FIG. 5 shows the simulation result of the sensitivity characteristic of the measurement distance in the comparative example, and FIGS. 6 and 7 show the simulation result of the sensitivity characteristic of the first and second measurement distances in the present invention, respectively.

比較例について説明する。図5の上段に示したように、動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信部2及びレーダー信号受信部5に対して、レーダー信号送信の1周期中に1回のみ、動作タイミングを切り替える。T=250msとし、η=12.5%とした。   A comparative example will be described. As shown in the upper part of FIG. 5, the operation timing switching unit 8 switches the operation timing for the radar signal transmission unit 2 and the radar signal reception unit 5 only once during one period of radar signal transmission. T = 250 ms and η = 12.5%.

図5の中段に示したように、η=12.5%において、U(x)は、平坦な感度特性を示しており、最大感度は、U(x)〜15である。図5の下段に示したように、ηが12.5%から25%、37.5%、50%へと増加するに従って、最大感度のU(x)は増加しており、η=50%において、U(x)は、1個のみのピークを有する感度特性を示しており、最大感度は、U(x〜22m)〜60である。ηを増加させるだけでは、近接物体の検出能力は一定以上には向上しないことがわかる。   As shown in the middle part of FIG. 5, at η = 12.5%, U (x) indicates a flat sensitivity characteristic, and the maximum sensitivity is U (x) ˜15. As shown in the lower part of FIG. 5, the maximum sensitivity U (x) increases as η increases from 12.5% to 25%, 37.5%, and 50%, and η = 50% , U (x) indicates a sensitivity characteristic having only one peak, and the maximum sensitivity is U (x˜22 m) ˜60. It can be seen that simply increasing η does not improve the detection capability of the proximity object beyond a certain level.

本願発明について説明する。図6及び図7では、σ(t)が異なる。   The present invention will be described. 6 and 7, σ (t) is different.

図6の上段に示したように、動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信部2及びレーダー信号受信部5に対して、レーダー信号送信の1周期中に約3回に渡って、周期的に動作タイミングを切り替える。T=250msとし、η=50%とした。   As shown in the upper part of FIG. 6, the operation timing switching unit 8 periodically performs the radar signal transmission unit 2 and the radar signal reception unit 5 about three times during one period of radar signal transmission. Switch the operation timing. T = 250 ms and η = 50%.

図6の下段の実線で示したように、U(x)は、3個のピークを有する感度特性を示しており、極大感度は、U(x〜7m)〜U(x〜36m)〜60及びU(x〜22m)〜55である。図6の下段の破線によって、比較例かつη=48%の場合を示したが、x〜7m及びx〜36mにおいて、本願発明では比較例より測定感度が向上している。   As indicated by the solid line in the lower part of FIG. 6, U (x) indicates a sensitivity characteristic having three peaks, and the maximum sensitivity is U (x˜7 m) ˜U (x˜36 m) ˜60. And U (x to 22 m) to 55. Although the comparative example and the case of η = 48% are shown by the lower broken line in FIG. 6, the measurement sensitivity is improved in the present invention in comparison with the comparative example at x to 7 m and x to 36 m.

図7の上段に示したように、動作タイミング切替部8は、レーダー信号送信部2及びレーダー信号受信部5に対して、レーダー信号送信の1周期中に3回に渡って、非周期的に動作タイミングを切り替える。T=250msとし、η=50%とした。   As shown in the upper part of FIG. 7, the operation timing switching unit 8 performs the aperiodic operation on the radar signal transmission unit 2 and the radar signal reception unit 5 three times during one period of the radar signal transmission. Switch the operation timing. T = 250 ms and η = 50%.

図7の下段の実線で示したように、U(x)は、2個のピークを有する感度特性を示しており、極大感度は、U(x〜10m)〜U(x〜34m)〜55である。図7の下段の破線によって、比較例かつη=48%の場合を示したが、x〜10m及びx〜34mにおいて、本願発明では比較例より測定感度が向上している。   As shown by the solid line in the lower part of FIG. 7, U (x) represents a sensitivity characteristic having two peaks, and the maximum sensitivity is U (x-10 m) to U (x-34 m) to 55. It is. The lower broken line in FIG. 7 shows the comparative example and the case of η = 48%. However, in x to 10 m and x to 34 m, the measurement sensitivity is improved in the present invention compared to the comparative example.

図6及び図7を比較する。本願発明における第1及び第2の測定距離の感度特性のシミュレーション結果を図8で比較する。図6では、U(x)は、x〜7m、22m、36mにおいて、極大感度を有する。図7では、U(x)は、x〜10m、34mにおいて、極大感度を有する。このように、σ(t)を異なるパターンとしたときには、U(x)を異なる感度特性とすることができる。そして、適用するσ(t)は、目標とする測定距離に応じて、つまり、目標とするU(x)に応じて、選択することができる。   6 and 7 are compared. FIG. 8 compares the simulation results of the sensitivity characteristics of the first and second measurement distances in the present invention. In FIG. 6, U (x) has a maximum sensitivity at x to 7 m, 22 m, and 36 m. In FIG. 7, U (x) has maximum sensitivity at x to 10 m and 34 m. Thus, when σ (t) is a different pattern, U (x) can have different sensitivity characteristics. The σ (t) to be applied can be selected according to the target measurement distance, that is, according to the target U (x).

次に、伝搬減衰を考慮する場合において、測定距離の感度特性のシミュレーション結果を示す。比較例における測定距離の感度特性のシミュレーション結果を図9に示し、本願発明における第1及び第2の測定距離の感度特性のシミュレーション結果をそれぞれ図10及び図11に示す。   Next, the simulation result of the sensitivity characteristic of the measurement distance in the case of considering propagation attenuation will be shown. The simulation result of the sensitivity characteristic of the measurement distance in the comparative example is shown in FIG. 9, and the simulation result of the sensitivity characteristic of the first and second measurement distances in the present invention is shown in FIGS. 10 and 11, respectively.

ここで、伝搬減衰率は、数式11のように表わされる。

Figure 0006029287
Dは、伝搬距離である。a(D)は、伝搬減衰率である。Dに反比例する項は、球面波としての波動の拡散を表わしており、指数関数的に減衰する項は、空気による音響エネルギーの吸収を表わしている。数式11は、周波数50kHz、温度20℃、気圧100kPa及び相対湿度60%の条件を考慮して、作成したものである。 Here, the propagation attenuation factor is expressed as Equation 11.
Figure 0006029287
D is the propagation distance. a (D) is a propagation attenuation factor. Term inversely proportional to D 2 represents the diffusion of the wave as a spherical wave, terms exponentially decaying represents the absorption of acoustic energy by air. Formula 11 is created in consideration of the conditions of a frequency of 50 kHz, a temperature of 20 ° C., an atmospheric pressure of 100 kPa, and a relative humidity of 60%.

レーダー装置Rから5m及び8mの距離に、同一の反射能を有する対象物Oを置いた。信号帯域内で、SNR=1/6(−7.8dB)となるように、白色雑音を付加した。   The object O having the same reflectivity was placed at a distance of 5 m and 8 m from the radar device R. White noise was added so that SNR = 1/6 (−7.8 dB) within the signal band.

比較例について説明する。図5に示した、T=250ms及びη=50%であり、レーダー信号送信の1周期中に1回のみ動作タイミングを切り替えるσ(t)を利用した。無相関信号は、レーダー信号送信の半周期T/2の間に、(50−12.5)kHzから(50+12.5)kHzまで周波数偏移するチャープ信号である。   A comparative example will be described. As shown in FIG. 5, T = 250 ms and η = 50%, and σ (t) that switches the operation timing only once during one period of radar signal transmission was used. The uncorrelated signal is a chirp signal that shifts in frequency from (50-12.5) kHz to (50 + 12.5) kHz during a half period T / 2 of radar signal transmission.

レーダー装置Rから5mの距離に置いた対象物O(図9では“A”と示す)は、検出されたが、レーダー装置Rから8mの距離に置いた対象物O(図9では“B”と示す)は、伝搬減衰が大きいため、検出されなかった。   The object O placed at a distance of 5 m from the radar device R (shown as “A” in FIG. 9) is detected, but the object O placed at a distance of 8 m from the radar device R (“B” in FIG. 9). Was not detected due to the large propagation attenuation.

本願発明について説明する。図10及び図11では、σ(t)が異なる。   The present invention will be described. 10 and 11, σ (t) is different.

図10では、図6に示した、T=250ms及びη=50%であり、レーダー信号送信の1周期中に約3回に渡って周期的に動作タイミングを切り替えるσ(t)を利用した。図11では、図7に示した、T=250ms及びη=50%であり、レーダー信号送信の1周期中に3回に渡って非周期的に動作タイミングを切り替えるσ(t)を利用した。無相関信号は、PN符号で変調した搬送波である。PN符号は、12次M系列発生器により生成した。212−1=4095ビットの繰り返し長のうち、先頭の3125ビットを使用した。搬送波は、中心周波数を50kHzとした。変調方式は、BPSKを使用した。レーダー信号送信の1周期Tは、3125/(50/4)=250msとなる。 In FIG. 10, T = 250 ms and η = 50% shown in FIG. 6, and σ (t) that periodically switches the operation timing over about three times during one period of radar signal transmission is used. In FIG. 11, T = 250 ms and η = 50% shown in FIG. 7, and σ (t) that switches the operation timing aperiodically three times during one period of radar signal transmission is used. An uncorrelated signal is a carrier wave modulated by a PN code. The PN code was generated by a 12th order M-sequence generator. Of the repetition length of 2 12 −1 = 4095 bits, the first 3125 bits were used. The carrier wave had a center frequency of 50 kHz. BPSK was used as the modulation method. One period T of radar signal transmission is 3125 / (50/4) = 250 ms.

図10及び図11では、レーダー装置Rから5mの距離に置いた対象物O(図10及び図11では“A”と示す)も、検出されて、レーダー装置Rから8mの距離に置いた対象物O(図10及び図11では“B”と示す)も、伝搬減衰が大きいにも関わらず、検出された。   10 and 11, the object O (shown as “A” in FIGS. 10 and 11) placed at a distance of 5 m from the radar device R is also detected and placed at a distance of 8 m from the radar device R. The object O (shown as “B” in FIGS. 10 and 11) was also detected despite the large propagation attenuation.

本方式に適用する切り替えタイミング波形を生成する方法について、具体例を一つ説明する。レーダー繰り返し周期を、一定の小区間にN分割する。T=250msについて、Nには16から24程度が適当である。分割した各々の区間を、送信期間又は受信期間と定める。生成したσ(t)の各波形について、数式6により複素フーリエ級数σを求め、数式9により複素フーリエ級数uを求め、複素フーリエ級数uを数式5に代入することにより、距離感度性能U(x)を求める。U(x)が所定の距離感度性能を満たすσ(t)が得られるまで、生成したσ(t)の各波形について上述の処理を繰り返す。フーリエ変換、逆フーリエ変換にFFTを使用することで、本法は十分高速に実施できる。 One specific example of the method for generating the switching timing waveform applied to this method will be described. The radar repetition period is divided into N small parts. For T = 250 ms, 16 to 24 is appropriate for N. Each divided section is defined as a transmission period or a reception period. For each waveform of the generated sigma (t), we obtain the complex Fourier series sigma k using Equation 6, obtains the complex Fourier series u k using Equation 9, by substituting the complex Fourier series u k in Equation 5, the distance sensitivity performance Find U (x). The above-described processing is repeated for each waveform of the generated σ (t) until σ (t) where U (x) satisfies the predetermined distance sensitivity performance is obtained. By using FFT for Fourier transform and inverse Fourier transform, this method can be implemented at a sufficiently high speed.

本方式で使用するのは略η=50%の波形である。また、あるσ(t)に対して時間原点をずらして周期Tで循環させたもの、あるσ(t)に対して時間順序を逆転させたもの、及びあるσ(t)に対して送受タイミングを逆転させたものは、当該あるσ(t)と同一の距離感度特性を有する。この性質を使用すると、σ(t)として比較する場合の数を制限することができる。N=16分割では257通り、N=20分割では2518通り、N=22分割では8359通り、N=24分割では28968通りの場合を比較すればよく、いずれもPCにて1秒以内の計算時間で実行できる。   A waveform of approximately η = 50% is used in this method. Also, the time origin is shifted with respect to a certain σ (t) and circulated with a period T, the time sequence is reversed with respect to a certain σ (t), and the transmission / reception timing with respect to a certain σ (t) In which the distance is reversed has the same distance sensitivity characteristic as the certain σ (t). Using this property, the number of comparisons as σ (t) can be limited. It is only necessary to compare 257 ways for N = 16 division, 2518 ways for N = 20 division, 8359 ways for N = 22 division, and 28968 cases for N = 24 division. It can be executed with.

本願発明の距離測定方法及びレーダー装置Rは、超音波や電磁波などを利用したレーダー技術に適用することができる。空中超音波を利用したレーダー技術として、例えば自動ドアの人感センサーや車両のバックセンサーなどが挙げられる。水中超音波を利用したレーダー技術として、例えば医療診断装置や魚群探知機などが挙げられる。   The distance measuring method and the radar apparatus R of the present invention can be applied to radar technology using ultrasonic waves, electromagnetic waves, or the like. Examples of radar technology using airborne ultrasonic waves include an automatic door human sensor and a vehicle back sensor. As a radar technique using underwater ultrasonic waves, for example, a medical diagnostic device, a fish detector, and the like can be given.

本発明の距離測定方法及びレーダー装置は、空中超音波や水中超音波や電磁波などを利用したレーダー技術に広く適用することができる。   The distance measuring method and radar apparatus of the present invention can be widely applied to radar technology using airborne ultrasonic waves, underwater ultrasonic waves, electromagnetic waves, and the like.

R:レーダー装置
O:対象物
1:無相関信号生成部
2:レーダー信号送信部
3:スピーカー
4:マイクロホン
5:レーダー信号受信部
6:相関処理実行部
7T:送信タイミングスイッチ
7R:受信タイミングスイッチ
7C:無相関信号スイッチ
8:動作タイミング切替部
R: Radar device O: Object 1: Uncorrelated signal generation unit 2: Radar signal transmission unit 3: Speaker 4: Microphone 5: Radar signal reception unit 6: Correlation processing execution unit 7T: Transmission timing switch 7R: Reception timing switch 7C : Uncorrelated signal switch 8: Operation timing switching unit

Claims (6)

測定距離の遠距離側の限界を定めるレーダー動作の1周期中に複数回に渡って、送信状態及び非送信状態の間で状態を切り替えながら、前記レーダー動作の1周期に等しい1周期を有する無相関信号を対象物に送信し、
前記レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、前記送信状態において非受信状態になる一方で、前記非送信状態において受信状態になるように、前記受信状態及び前記非受信状態の間で状態を切り替えながら、反射レーダー信号を前記対象物から受信して、
送信した前記無相関信号及び受信した前記反射レーダー信号の相関処理を実行することにより、前記対象物までの距離を測定することを特徴とする距離測定方法。
No change having one period equal to one period of the radar operation while switching the state between the transmission state and the non-transmission state over a plurality of times during one period of the radar operation that determines the far side of the measurement distance. Send the correlation signal to the object,
A state between the reception state and the non-reception state so as to be in a non-reception state in the transmission state and a reception state in the non-transmission state over a plurality of times during one period of the radar operation. , Receiving the reflected radar signal from the object,
A distance measurement method comprising measuring a distance to the object by executing a correlation process between the transmitted uncorrelated signal and the received reflected radar signal.
前記送信状態及び前記非送信状態の間の状態切替パターンを変更することにより、前記対象物までの距離の測定感度特性を変更することを特徴とする請求項に記載の距離測定方法。 By changing the state switching pattern between the transmitting state and the non-transmission state, the distance measuring method according to claim 1, characterized in that to change the measurement sensitivity of the distance to the object. 前記レーダー動作の1周期中における前記送信状態の合計時間を、前記レーダー動作の1周期に対して略50%に設定することを特徴とする請求項1又は2に記載の距離測定方法。 3. The distance measuring method according to claim 1, wherein a total time of the transmission state in one period of the radar operation is set to approximately 50% with respect to one period of the radar operation. 測定距離の遠距離側の限界を定めるレーダー動作の1周期中に複数回に渡って、送信状態及び非送信状態の間で状態を切り替えながら、前記レーダー動作の1周期に等しい1周期を有する無相関信号を対象物に送信するレーダー信号送信部と、
前記レーダー動作の1周期中に複数回に渡って、前記送信状態において非受信状態になる一方で、前記非送信状態において受信状態になるように、前記受信状態及び前記非受信状態の間で状態を切り替えながら、反射レーダー信号を前記対象物から受信するレーダー信号受信部と、
前記レーダー信号送信部が送信した前記無相関信号及び前記レーダー信号受信部が受信した前記反射レーダー信号の相関処理を実行することにより、前記対象物までの距離を測定する相関処理実行部と、
を備えることを特徴とするレーダー装置。
No change having one period equal to one period of the radar operation while switching the state between the transmission state and the non-transmission state over a plurality of times during one period of the radar operation that determines the far side of the measurement distance. A radar signal transmitter for transmitting a correlation signal to an object;
A state between the reception state and the non-reception state so as to be in a non-reception state in the transmission state and a reception state in the non-transmission state over a plurality of times during one period of the radar operation. A radar signal receiving unit that receives a reflected radar signal from the object,
A correlation processing execution unit that measures the distance to the object by executing correlation processing of the uncorrelated signal transmitted by the radar signal transmission unit and the reflected radar signal received by the radar signal reception unit;
A radar device comprising:
前記レーダー信号送信部は、前記送信状態及び前記非送信状態の間の状態切替パターンを変更することにより、前記対象物までの距離の測定感度特性を変更することを特徴とする請求項に記載のレーダー装置。 The radar signal transmitting unit, by changing the state switching pattern between the transmitting state and the non-transmission state, according to claim 4, characterized in that to change the measurement sensitivity of the distance to the object Radar equipment. 前記レーダー信号送信部は、前記レーダー動作の1周期中における前記送信状態の合計時間を、前記レーダー動作の1周期に対して略50%に設定することを特徴とする請求項4又は5に記載のレーダー装置。 The radar signal transmission unit, wherein the total time of the transmission state during one cycle of the radar operation, to claim 4 or 5, characterized in that set to approximately 50% relative to one period of the radar operation Radar equipment.
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