JP6473450B2 - レーダーにおける角度分解能 - Google Patents
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Description
ここで、wxは方位角周波数であり、Aは障害物に対応する複素振幅である。項Ψは、付加的なアンテナb1における位相であり、下記式によって得られる。
ここで、wzは仰角周波数である。項wx及びwzは次のように定義される。
ここで、ra1,k ra2,k ra3,k rb1,kは、それぞれアンテナa1、a2、a3、及びb1において、フレームkにおいて受信した信号である。項ra1,k ra2,k ra3,k rb1,kは、信号処理ユニット215における処理後のそれぞれのアンテナにおいて受信した信号を表す。例えば、一実施形態において、信号ra1,kは、2D FFTの実施後フレームkに対してアンテナa1において障害物「m」255及び「n」260から受け取った信号を表す。項Am,k及びAn,kは、フレームkにおける、それぞれ2つの障害物「m」255及び「n」260の複素振幅である。項wxmは、障害物「m」255に関連する方位角周波数であり、項wxnは、障害物「n」260に関連する方位角周波数である。項Ψmは、付加的なアンテナb1における障害物「m」255に起因する位相を指し、項Ψnは、付加的なアンテナb1における障害物「n」260に起因する位相を指す。また、e−jΨmは、付加的なアンテナb1における障害物「m」255に関連する複素フェーザを指し、e−jΨnは、付加的なアンテナb1における障害物「n」260に関連する複素フェーザを指す。方位角周波数wxm及びwxnは次のように定義される。
ここで、θm265は、障害物「m」255に関連する方位角であり、φm270は、障害物「m」255に関連する仰角である。同様に、θn275は、障害物「n」260に関連する方位角であり、φn280は、障害物「n」260に関連する仰角である。
から、各障害物に関連する複素振幅を推定する。従って、信号処理ユニット215は、それぞれ2つの障害物「m」255及び「n」260の複素振幅であるAm,k及びAn,kを、式(4)を用いて次のように推定する。
ここで、pinv(S)はSの疑似逆数である。一実施形態において、pinv(S)は次のように定義される。
pinv(S)=(SHS)−1SH
ここで、Hは共軛転置を指す。pinv(S)を推定することは、式(14)に示すように、2×2行列(SHS)を逆にすることを含む。Sはフレーム「k」に依存しない。従って、推定の後、pinv(S)は全ての後続フレームに対して用いられる。項ra1,kはフレームkにおいてアンテナa1で受信される信号を表す。同様にra2,kは、フレームkにおいてアンテナa2で受信される信号を表す。信号処理ユニット215は、各障害物に関連する複素振幅を推定するために、アンテナのリニアアレイa1、a2、及びa3において受信される信号のフレームを用いる。複素振幅は、各フレームに対して推定される。各フレームに対して、アンテナのリニアアレイa1、a2、及びa3で障害物「m」255及び「n」260から受信された信号である、rk(1:3)の値が測定される。一実施形態において、フレームkに対して、それぞれ障害物「m」255及び「n」260に関連する複素振幅Am,k及びAn,kの推定は、最小二乗推定である。別の実施形態において、フレームkに対して、それぞれ障害物「m」255及び「n」260に関連する複素振幅Am,k、及びAn,kの推定は、アンテナのリニアアレイの各アンテナにおけるSNR(信号対雑音比)が異なる場合(a1、a2、及びa3におけるSNRが異なる場合、又は、アンテナのリニアアレイa1、a2、及びa3の任意のアンテナにおけるSNRがフレームにわたって変化する場合等)、加重最小二乗推定である。複素振幅の推定は、各フレームに対して、障害物「m」255及び「n」260の各々に関連する推定複素振幅を提供する。
ここで、pinv(T)はTの疑似逆数である。一実施形態において、pinv(T)は次のように定義される。
pinv(T)=(THT)−1TH
ここで、Hは共軛転置を指す。pinv(T)を推定することは、式(18)の2×2行列(THT)を逆にすることを含む。式(16)は、フレーム「k」における式(15)を表し、ここで、k=1、2...Nfrであり、NfrはN番目のフレームである。信号処理ユニット215は、各障害物に関連する複素フェーザを推定するために、フレームにわたって、付加的なアンテナb1において受信される信号を用いる。信号処理ユニット215は、また、各障害物に関連する複素フェーザを推定するために、フレームにわたって、障害物に関連する推定複素振幅を用いる。従って、式(16)のAm,1及びAn,1は、それぞれ、フレーム1における障害物mに起因する複素振幅、及び、フレーム1における障害物nに起因する複素振幅を表す。また、rb1,1は、フレーム1において、付加的なアンテナb1において受信される信号を表す。同様に、式(16)のAm,Nfr及びAn,Nfrは、それぞれ、フレームNfrにおける障害物mに起因する複素振幅、及びフレームNfrにおける障害物nに起因する複素振幅を表す。また、rb1,Nfrは、フレームNfrにおいて、付加的なアンテナb1において受信される信号を表す。一実施形態において、それぞれ障害物「m」255及び「n」260に関連する複素フェーザe−jΨm及びe−jΨnの推定は、最小二乗推定である。別の実施形態において、付加的なアンテナにおけるSNRがフレームにわたって変化する場合、それぞれ障害物「m」255及び「n」260に関連する複素フェーザe−jΨm及びe−jΨnの推定は、加重最小二乗推定である。
となる。
となる。
Claims (15)
- 複数の障害物の位置を推定するためのレーダー装置であって、
アンテナのリニアアレイと、前記アンテナのリニアアレイの少なくとも1つのアンテナから所定のオフセットにある付加的なアンテナとを含む、受信アンテナユニットと、
信号処理ユニットと、
を含み、
前記信号処理ユニットが、
前記アンテナのリニアアレイにおいて前記複数の障害物から受信される信号から前記障害物の各々に関連する方位角周波数を推定し、
前記複数の障害物に関連する前記推定された方位角周波数と前記アンテナのリニアアレイにおいて前記複数の障害物から受信された前記信号とから各障害物に関連する複素振幅を推定し、
前記複数の障害物に関連する前記推定された複素振幅と前記付加的なアンテナにおいて前記複数の障害物から受信された信号とから各障害物に関連する複素フェーザを推定し、
各障害物に関連する前記推定された複素フェーザと各障害物に関連する前記推定された方位角周波数とから各障害物に関連する方位角と仰角とを推定する、
ように構成される、レーダー装置。 - 請求項1に記載のレーダー装置であって、
前記複数の障害物が、前記レーダー装置に対して固定距離と固定相対速度とを有する、レーダー装置。 - 請求項1に記載のレーダー装置であって、
前記アンテナのリニアアレイにおいて前記複数の障害物から受信された前記信号が前記方位角周波数を推定するために用いられ、
前記複数の障害物から受信された信号が複数のフレームを含み、前記複素振幅が前記複数のフレームの各フレームに対して推定される、レーダー装置。 - 請求項1に記載のレーダー装置であって、
前記付加的なアンテナにおいて前記複数の障害物から受信された前記信号が、各障害物に関連する前記複素フェーザを推定するために用いられる、レーダー装置。 - 請求項1に記載のレーダー装置であって、
各障害物に関連する複素振幅の前記推定が、最小二乗推定と加重最小二乗推定の一方である、レーダー装置。 - 請求項1に記載のレーダー装置であって、
各障害物に関連する前記複素フェーザの前記推定が、最小二乗推定と加重最小二乗推定の一方である、レーダー装置。 - 請求項1に記載のレーダー装置であって、
複数の送信アンテナを含む送信アンテナユニットを更に含み、
前記複数の送信アンテナが、第1のレンジにおいて各障害物の位置を推定するように共に動作し、第2のレンジにおいて各障害物の位置を推定するように順次動作し、
前記第1のレンジが前記第2のレンジより大きい、レーダー装置。 - 請求項1に記載のレーダー装置であって、
車両に設置され、前記車両のモーションが前記レーダー装置における無相関化を改善する、レーダー装置。 - アンテナのリニアアレイと、前記アンテナのリニアアレイの少なくとも1つのアンテナから所定のオフセットにある付加的なアンテナとを含む受信アンテナユニットを含むレーダー装置を用いて複数の障害物の位置を推定する方法であって、
前記アンテナのリニアアレイにおいて前記複数の障害物から受信される信号から前記障害物の各々に関連する方位角周波数を推定することと、
前記複数の障害物に関連する前記推定された方位角周波数と前記アンテナのリニアアレイにおいて前記複数の障害物から受信された前記信号とから各障害物に関連する複素振幅を推定することと、
前記複数の障害物に関連する前記推定された複素振幅と前記付加的なアンテナにおいて前記複数の障害物から受信された信号とから各障害物に関連する複素フェーザを推定することと、
各障害物に関連する前記推定された複素フェーザと各障害物に関連する前記推定された方位角周波数とから各障害物に関連する方位角及び仰角を推定することと、
を含む、方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
各障害物に関連する複素振幅の前記推定が最小二乗推定と加重最小二乗推定の一方であり、
各障害物に関連する前記複素フェーザの前記推定が最小二乗推定と加重最小二乗推定の一方である、方法。 - 請求項9に記載の方法であって、
前記レーダー装置が送信アンテナユニットを含み、前記送信アンテナユニットが、第1のレンジにおいて各障害物の位置を推定するように共に動作し、第2のレンジにおいて各障害物の位置を推定するように順次動作する、複数の送信アンテナを含み、前記第1のレンジが前記第2のレンジより大きい、方法。 - 複数の障害物の位置を推定するためのレーダー装置であって、
送信アンテナユニットと、
前記送信アンテナユニットに結合され、アウトバウンドRF(無線周波数)信号を生成するように構成されるトランスミッタと、
アンテナのリニアアレイと前記アンテナのリニアアレイの少なくとも1つのアンテナから所定のオフセットにある付加的なアンテナとを含む受信アンテナユニットと、
前記受信アンテナユニットに結合され、前記受信アンテナユニットからインバウンドRF信号を受信するように構成されるレシーバであって、前記インバウンドRF信号を生成するように、前記アウトバウンドRF信号が前記複数の障害物によって散乱される、前記レシーバと、
前記レシーバと前記トランスミッタとに結合されるミキサーであって、復調信号を生成するために前記インバウンドRF信号を復調するように構成される、前記ミキサーと、
前記ミキサーに結合され、前記ミキサーから受信された前記復調信号に応答してデジタル信号を生成するように構成される、アナログデジタルコンバータ(ADC)と、
前記ADCに結合され、前記デジタル信号を時間ドメインから周波数ドメインに変換するように構成される、FFT(高速フーリエ変換)モジュールと、
前記FFTモジュールに結合される信号処理ユニットと、
を含み、
前記信号処理ユニットが、
前記アンテナのリニアアレイで受信された前記インバウンドRF信号に対応する前記デジタル信号から前記障害物の各々に関連する方位角周波数を推定し、
前記複数の障害物に関連する前記推定された方位角周波数と前記アンテナのリニアアレイで受信された前記インバウンドRF信号に対応する前記デジタル信号とから各障害物に関連する複素振幅を推定し、
前記複数の障害物に関連する前記推定された複素振幅と前記付加的なアンテナで受信された前記インバウンドRF信号に対応する前記デジタル信号とから各障害物に関連する複素フェーザを推定し、
各障害物に関連する前記推定された複素フェーザと各障害物に関連する前記推定された方位角周波数とから各障害物に関連する方位角と仰角とを推定する、
ように構成される、レーダー装置。 - 請求項12に記載のレーダー装置であって、
前記アウトバウンドRF信号が、前記トランスミッタによって生成されるRF信号の複数のフレームを含み、前記インバウンドRF信号が、前記複数の障害物から受信された前記信号の複数のフレームを含む、レーダー装置。 - 請求項13に記載のレーダー装置であって、
前記アンテナのリニアアレイにおいて前記複数の障害物から受信された前記信号の前記複数のフレームが、各障害物に関連する前記方位角周波数と前記複素振幅とを推定するために用いられ、
前記付加的なアンテナにおいて前記複数の障害物から受信された前記信号の前記複数のフレームが、各障害物に関連する前記複素フェーザを推定するために用いられる、レーダー装置。 - 請求項12に記載のレーダー装置であって、
前記送信アンテナユニットが、第1のレンジにおいて各障害物の位置を推定するように共に動作し、第2のレンジにおいて各障害物の位置を推定するように連続して動作する、複数の送信アンテナを含み、前記第1のレンジが前記第2のレンジより大きい、レーダー装置。
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