JP6611981B2 - レーダ信号処理装置及びレーダシステム - Google Patents

Description

本発明は、レーダ信号処理装置及びレーダシステムに関する。

従来、時間に対して周波数が線形に上昇又は下降する信号（いわゆる「チャープ信号」）を送信信号に用いて、物体までの距離（以下、単に「距離」ということがある。）及び当該物体の相対的な移動速度（以下、単に「物体の移動速度」又は「速度」ということがある。）を計測するレーダシステムが開発されている。このレーダシステムは、送信信号と受信信号とを混合することによりビート信号を生成し、距離方向に対する周波数分析によりビート信号を周波数複素スペクトルに変換し、速度方向に対する周波数分析により周波数複素スペクトルを２次元周波数パワースペクトルに変換し、２次元周波数パワースペクトルにおけるピークを検出し、当該ピークに対応する距離方向の周波数から距離を算出し、当該ピークに対応する速度方向の周波数から速度を算出するものである。

チャープ信号を送信信号に用いたレーダシステムにおいては、チャープ信号の繰り返し周期が短いほど速度方向に対応する周波数の折り返し周波数が高くなるため、曖昧さを排して計測可能な速度範囲が広くなる。しかしながら、送信系の制約、特に送信する電波の周波数帯における高周波回路特性などの制約により繰り返し周期を短くすることができない場合、物体の移動速度が大きくなると速度方向に対応する周波数において折り返しが発生するため、速度の計測における曖昧さが発生する。

これに対して、特許文献１のレーダシステムは、精度は高いが曖昧さが発生する方法により速度を計測する手段（第１処理手段）と、精度は低いが曖昧さが発生しない方法により速度を計測する手段（第２処理手段）とを有している。特許文献１のレーダシステムは、これらの方法を組み合わせることにより曖昧さを排除している。

また、特許文献２のレーダシステムは、周波数範囲が僅かに異なる２種類のチャープ信号を生成して、各チャープ信号に対応する電波を交互に送信する。特許文献２のレーダシステムは、これらの電波による観測結果から得られた位相差の情報を用いることにより、速度の計測における曖昧さを排除している。

特開２０１６−３８７３号公報 国際公開第２０１３／１５６０１２号

特許文献１のレーダシステムは、互いに異なる２種類の方法により速度を計測するものである。したがって、各方法に対応する電波を送受信して、各方法に対応する周波数分析等を実行することが求められる。このため、最終的な計測結果を得るまでに時間がかかるという問題があった。

特許文献２のレーダシステムは、周波数範囲が僅かに異なる２種類のチャープ信号を用いるものである。したがって、各チャープ信号に対応する電波の周波数範囲の精度を確保する観点から、高周波用の周波数補償回路などを追加する必要があるという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、速度の計測にかかる時間が増加するのを回避しつつ、また周波数補償回路などの追加の回路を不要として、速度の計測における曖昧さを排除することができるレーダ信号処理装置及びレーダシステムを提供することを目的とする。

本発明のレーダ信号処理装置は、チャープ信号による送信信号と送信信号に対応する電波の反射波に対応する受信信号とを混合することにより得られた電圧データを用いて、電波を反射した物体の移動速度を計測するレーダ信号処理装置であって、電圧データのうちの第１電圧データに対する周波数分析を実行する第１周波数分析部と、電圧データのうちの第２電圧データに対する周波数分析を実行する第２周波数分析部と、第１周波数分析部による周波数分析の結果と第２周波数分析部による周波数分析の結果とを用いて物体の移動速度を算出する速度算出部と、を備え、第１電圧データと第２電圧データとは、送信信号のうちの変調中心周波数が互いに異なる範囲にそれぞれ対応するものであり、速度算出部は、第１電圧データに対応する範囲における変調中心周波数と第２電圧データに対応する範囲における変調中心周波数との差分値に基づく参照用速度を算出して、複数の速度候補を参照用速度と比較することにより物体の移動速度を算出するものである。

本発明によれば、上記のように構成したので、速度の計測にかかる時間が増加するのを回避しつつ、また周波数補償回路などの追加の回路を不要として、速度の計測における曖昧さを排除することができる。

本発明の実施の形態１に係るレーダシステムの要部を示すシステム構成図である。 図２Ａは、本発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の要部を示すハードウェア構成図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の要部を示す他のハードウェア構成図である。 本発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の要部を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の動作を示すフローチャートである。 図５Ａは、本発明の実施の形態１に係る送信信号の波形、受信信号の波形及び第１電圧データを示す説明図である。図５Ｂは、図５Ａに示す第１電圧データから変換された複素スペクトルを示す説明図である。図５Ｃは、図５Ｂに示す複素スペクトルから変換されたパワースペクトルを示す説明図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態１に係る送信信号の波形、受信信号の波形及び第２電圧データを示す説明図である。図６Ｂは、図６Ａに示す第２電圧データから変換された複素スペクトルを示す説明図である。図６Ｃは、図６Ｂに示す複素スペクトルから変換されたパワースペクトルを示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る速度算出部の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るレーダシステムの要部を示すシステム構成図である。 図９Ａは、本発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の要部を示すハードウェア構成図である。図９Ｂは、本発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の要部を示す他のハードウェア構成図である。 本発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の要部を示す機能ブロック図である。 図１１Ａは、本発明の実施の形態２に係る送信信号の波形、受信信号の波形及び第１電圧データを示す説明図である。図１１Ｂは、図１１Ａに示す第１電圧データから変換された複素スペクトルを示す説明図である。図１１Ｃは、図１１Ｂに示す複素スペクトルから変換されたパワースペクトルを示す説明図である。 図１２Ａは、本発明の実施の形態２に係る送信信号の波形、受信信号の波形及び第２電圧データを示す説明図である。図１２Ｂは、図１２Ａに示す第２電圧データから変換された複素スペクトルを示す説明図である。図１２Ｃは、図１２Ｂに示す複素スペクトルから変換されたパワースペクトルを示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係る速度算出部の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係るレーダシステムの要部を示すシステム構成図である。 図１５Ａは、本発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の要部を示すハードウェア構成図である。図１５Ｂは、本発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の要部を示す他のハードウェア構成図である。 本発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の要部を示す機能ブロック図である。 図１７Ａは、本発明の実施の形態３に係る送信信号の波形、受信信号の波形及び第１電圧データを示す説明図である。図１７Ｂは、図１７Ａに示す第１電圧データから変換された複素スペクトルを示す説明図である。図１７Ｃは、図１７Ｂに示す複素スペクトルから変換されたパワースペクトルを示す説明図である。 図１８Ａは、本発明の実施の形態３に係る送信信号の波形、受信信号の波形及び第２電圧データを示す説明図である。図１８Ｂは、図１８Ａに示す第２電圧データから変換された複素スペクトルを示す説明図である。図１８Ｃは、図１８Ｂに示す複素スペクトルから変換されたパワースペクトルを示す説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るレーダシステムの要部を示すシステム構成図である。図１を参照して、実施の形態１のレーダシステム１００について説明する。

電圧生成回路１は、所定の電圧を生成し、当該生成した電圧を電圧制御発振器２に出力するものである。電圧制御発振器２は、電圧生成回路１から入力された電圧に応じた周波数の信号を生成し、当該生成した信号（以下「送信信号」という。）を分配回路３に出力するものである。ここで、電圧生成回路１の出力電圧が時間に対して変化することにより、送信信号の周波数が時間に対して線形に上昇又は下降するようになっている。すなわち、電圧生成回路１及び電圧制御発振器２は、送信信号を変調することにより送信信号をチャープ信号にするものである。

分配回路３は、電圧制御発振器２から入力された送信信号を増幅回路４及び混合器７に分配して出力するものである。増幅回路４は、分配回路３から入力された送信信号を増幅し、当該増幅した送信信号をアンテナ５に出力するものである。アンテナ５は、増幅回路４から入力された送信信号に対応する電波をレーダシステム１００の外部に放射するものである。

アンテナ５から放射された電波は、レーダシステム１００の外部に存在する物体により反射又は散乱（以下、総称して「反射」という。）される。反射された電波のうちのレーダシステム１００に戻ってきた電波（以下「反射波」という。）は、アンテナ６により受信される。アンテナ６は、受信した反射波に対応する信号（以下「受信信号」という。）を混合器７に出力するものである。

混合器７は、分配回路３から入力された送信信号とアンテナ６から入力された受信信号とを混合し、当該混合した信号（以下「混合信号」という。）を増幅回路８に出力するものである。増幅回路８は、混合器７から入力された混合信号を増幅し、当該増幅した混合信号をフィルタ回路９に出力するものである。フィルタ回路９は、増幅回路８から入力された混合信号のうちの不要な周波数成分を抑圧し、当該抑圧後の信号（以下「観測信号」という。）をアナログデジタル変換器１０に出力するものである。

アナログデジタル変換器（以下「ＡＤ変換器」という。）１０は、フィルタ回路９から入力された観測信号をデジタルの電圧データに変換するものである。ＡＤ変換器１０は、変換した電圧データをレーダ信号処理装置１１に出力するものである。

レーダ信号処理装置１１は、ＡＤ変換器１０から入力された電圧データを用いて、レーダシステム１００に対する上記電波を反射した物体（以下「電波反射物体」という。）の相対的な移動速度を計測するものである。以下、レーダシステム１００に対する電波反射物体の相対的な移動速度を単に「電波反射物体の移動速度」又は「速度」ということがある。また、レーダシステム１００から電波反射物体までの距離を単に「距離」ということがある。レーダ信号処理装置１１の詳細については、図２及び図３を参照して後述する。

制御装置１２は、電圧生成回路１、ＡＤ変換器１０及びレーダ信号処理装置１１の動作タイミングなどを制御するものである。すなわち、制御装置１２は、図３に示す第１周波数分析部３０、第２周波数分析部４０及び速度算出部５０の各部の動作タイミングなどを制御するものである。

電圧生成回路１、電圧制御発振器２、分配回路３、増幅回路４及びアンテナ５により、送信機１３が構成されている。アンテナ６、混合器７、増幅回路８及びフィルタ回路９により、受信機１４が構成されている。ＡＤ変換器１０、レーダ信号処理装置１１、制御装置１２、送信機１３及び受信機１４により、レーダシステム１００が構成されている。

図２Ａは、本発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の要部を示すハードウェア構成図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の要部を示す他のハードウェア構成図である。図３は、本発明の実施の形態１に係るレーダ信号処理装置の要部を示す機能ブロック図である。図２及び図３を参照して、レーダ信号処理装置１１について説明する。

図２Ａに示す如く、レーダ信号処理装置１１はコンピュータにより構成されており、プロセッサ２１及びメモリ２２，２３を有している。メモリ２２には、当該コンピュータを図３に示す第１周波数分析部３０、第２周波数分析部４０及び速度算出部５０として機能させるためのプログラムが記憶されている。メモリ２２に記憶されたプログラムをプロセッサ２１が読み出して実行することにより、第１周波数分析部３０、第２周波数分析部４０及び速度算出部５０の機能が実現される。

メモリ２３は、ＡＤ変換器１０から入力された電圧データを記憶するものである。そのほか、メモリ２３は、レーダ信号処理装置１１の各処理に係る各種データを記憶するものである。

プロセッサ２１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、マイクロコントローラ又はマイクロプロセッサなどにより構成されている。メモリ２２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）若しくはＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）などの半導体メモリにより構成されている。メモリ２３は、例えば、ＲＡＭなどの半導体メモリにより構成されている。

なお、図２Ｂに示す如く、第１周波数分析部３０、第２周波数分析部４０及び速度算出部５０の機能は専用の処理回路２４により実現されるものであっても良い。処理回路２４は、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）若しくはシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）又はこれらを組み合わせたものである。

また、第１周波数分析部３０、第２周波数分析部４０及び速度算出部５０の各部の機能それぞれを処理回路２４で実現しても良いし、各部の機能をまとめて処理回路２４で実現しても良い。また、第１周波数分析部３０、第２周波数分析部４０及び速度算出部５０のうちの一部の機能をプロセッサ２１及びメモリ２２により実現し、残余の機能を処理回路２４により実現しても良い。

第１周波数分析部３０及び第２周波数分析部４０の各々は、メモリ２３から電圧データを取得し、当該取得した電圧データに対する周波数分析等を実行するものである。速度算出部５０は、第１周波数分析部３０による周波数分析等の結果と第２周波数分析部４０による周波数分析等の結果とを用いて、電波反射物体の移動速度を算出するものである。

ここで、第１周波数分析部３０による周波数分析等の対象となる電圧データ（以下「第１電圧データ」という。）と第２周波数分析部４０による周波数分析等の対象となる電圧データ（以下「第２電圧データ」という。）とは、同一の送信信号のうちの変調中心周波数が互いに異なる範囲にそれぞれ対応するものである。

すなわち、実施の形態１において、第１周波数分析部３０は、メモリ２３に記憶された電圧データのうち、送信信号における各周期の略１周期分に対応する電圧データを取得する。第２周波数分析部４０は、メモリ２３に記憶された電圧データのうち、送信信号における各周期の略前半２分の１周期分に対応する電圧データを取得する。これにより、同一の送信信号において、第１電圧データに対応する範囲の変調中心周波数と第２電圧データに対応する範囲の変調中心周波数とが互いに異なる値となる。

第１周波数分析部３０は、第１距離方向周波数分析部３１、第１速度方向周波数分析部３２、第１ピーク検出部３３及び第１ピークデータ生成部３４により構成されている。第２周波数分析部４０は、第２距離方向周波数分析部４１、第２速度方向周波数分析部４２、第２ピーク検出部４３及び第２ピークデータ生成部４４により構成されている。これらの各部による処理の詳細については、図４〜図６を参照して後述する。

また、速度算出部５０は、送信信号のうちの第１電圧データに対応する範囲の変調中心周波数と送信信号のうちの第２電圧データに対応する範囲の変調中心周波数との差分値に基づく参照用速度を算出して、複数の速度候補を参照用速度と比較することにより電波反射物体の移動速度を算出するようになっている。より具体的には、速度算出部５０は、複数の速度候補のうちの参照用速度に最も近い速度候補を電波反射物体の移動速度として選択するようになっている。速度算出部５０による処理の詳細については、図７を参照して後述する。

第１周波数分析部３０、第２周波数分析部４０及び速度算出部５０により、レーダ信号処理装置１１が構成されている。

次に、図４〜図６を参照して、レーダ信号処理装置１１の動作について説明する。

図５Ａ及び図６Ａにおいて、Ｔ_１〜Ｔ_ｎ（ｎは２以上の整数）はｎ周期分の送信信号の波形を示しており、Ｒ_１〜Ｒ_ｎは各周期の送信信号に対応する受信信号の波形を示している。すなわち、図５Ａに示す送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎと図６Ａに示す送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎとは同一の信号であり、図５Ａに示す受信信号Ｒ_１〜Ｒ_ｎと図６Ａに示す受信信号Ｒ_１〜Ｒ_ｎとは同一の信号である。図５Ａ及び図６Ａに示す如く、各周期における送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎの周波数は時間に対して線形に上昇しており、受信信号Ｒ_１〜Ｒ_ｎの周波数は送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎの周波数と同様に変化している。

全ての送信が完了しかつ受信が完了したとみなせる時点で、メモリ２３には、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎと受信信号Ｒ_１〜Ｒ_ｎとを混合することにより得られた電圧データが予め記憶されている。レーダ信号処理装置１１は、制御装置１２による制御の下、図４に示すステップＳＴ１〜ＳＴ９の処理を実行する。

まず、ステップＳＴ１にて、第１距離方向周波数分析部３１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうちの第１電圧データＶ１_１〜Ｖ１_ｎを取得する。図５Ａに示す如く、第１電圧データＶ１_１〜Ｖ１_ｎは、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の略１周期分に対応する電圧データである。第１距離方向周波数分析部３１は、第１電圧データＶ１_１〜Ｖ１_ｎの各々に対して高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ。以下「ＦＦＴ」という。）などの周波数分析を実行することにより、第１電圧データＶ１_１〜Ｖ１_ｎを複素スペクトルＣ１_１〜Ｃ１_ｎに変換する。第１距離方向周波数分析部３１は、複素スペクトルＣ１_１〜Ｃ１_ｎをメモリ２３に記憶させる。

ここで、各複素スペクトルＣ１_１〜Ｃ１_ｎの離散周波数は距離に対応しており（図５Ｂ参照）、各複素スペクトルＣ１_１〜Ｃ１_ｎは距離方向に対応する周波数複素スペクトルである。すなわち、第１距離方向周波数分析部３１は、距離方向に対する周波数分析（以下「距離方向周波数分析」という。）により電圧データを周波数複素スペクトルに変換するものである。

次いで、ステップＳＴ２にて、第１速度方向周波数分析部３２は、全周期分（図５に示す例においてはｎ周期分）の複素スペクトルＣ１_１〜Ｃ１_ｎをメモリ２３から取得する。第１速度方向周波数分析部３２は、複素スペクトルＣ１_１〜Ｃ１_ｎのうちの離散周波数が互いに同じ距離に対応する各部位に対してＦＦＴなどの周波数分析を実行することにより、複素スペクトルＣ１_１〜Ｃ１_ｎをパワースペクトルＰ１_１〜Ｐ１_ｍ（ｍは２以上の整数）に変換する。第１速度方向周波数分析部３２は、パワースペクトルＰ１_１〜Ｐ１_ｍを２次元パワースペクトルとしてメモリ２３に記憶させる。

ここで、各パワースペクトルＰ１_１〜Ｐ１_ｍの離散周波数は速度に対応しており（図５Ｃ参照）、パワースペクトルＰ１_１〜Ｐ１_ｍによる２次元パワースペクトルは距離方向及び速度方向に対応する２次元周波数パワースペクトルである。すなわち、第１速度方向周波数分析部３２は、速度方向に対する周波数分析（以下「速度方向周波数分析」という。）により周波数複素スペクトルを２次元周波数パワースペクトルに変換するものである。

また、第１速度方向周波数分析部３２は、速度方向周波数分析を実行するとき、変換対象となるデータ（すなわち、複素スペクトルＣ１_１〜Ｃ１_ｎのうちの離散周波数が互いに同じ距離に対応する各部位を示すデータ）の後端部に零値のデータを付加し、当該付加後のデータに対してＦＦＴなどの周波数分析を実行するようになっている。これにより、速度に対応する離散周波数の周波数刻みを小さくすることができる。

次いで、ステップＳＴ３にて、第１ピーク検出部３３は、パワースペクトルＰ１_１〜Ｐ１_ｍによる２次元周波数パワースペクトルをメモリ２３から取得し、当該取得した２次元周波数パワースペクトルにおけるピークを検出する。より具体的には、第１ピーク検出部３３は、２次元パワースペクトルのパワーをしきい値と比較する。このしきい値は、２次元パワースペクトルのパワーから逐次算出されるものであっても良く、又は予め設定されたものであっても良い。第１ピーク検出部３３は、２次元パワースペクトルのうち、パワーがしきい値よりも大きく、かつ、パワーが極大となる部位をピークとして検出する。

第１ピーク検出部３３は、検出したピークに対応する距離方向の離散周波数（以下「距離方向離散周波数」という。）と、検出したピークに対応する速度方向の離散周波数（以下「速度方向離散周波数」という。）とを第１ピークデータ生成部３４に出力する。ここで、検出されたピークの個数をＮ＿１とする。

次いで、ステップＳＴ４にて、第１ピークデータ生成部３４は、第１ピーク検出部３３から入力された距離方向離散周波数Ｆ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝を用いて、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダの原理式に基づき、以下の式（１）により距離Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝を算出する。

Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］＝（Ｃ×Ｔ＿１×Ｆ＿１［ｋ＿１］）
／（２×Ｂ＿１）｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝ （１）

ここで、Ｃは電波の速度を示している。Ｔ＿１は、送信信号のうちの第１電圧データに対応する範囲の変調時間幅、すなわち各周期の略１周期分に対応する変調時間幅を示している。Ｂ＿１は、送信信号のうちの第１電圧データに対応する範囲の変調周波数幅、すなわち各周期の略１周期分に対応する変調周波数幅を示している。

第１ピークデータ生成部３４は、算出した距離Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝と第１ピーク検出部３３から入力された速度方向離散周波数Ｆｖ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝とを示すデータ（以下「第１ピークデータ」という。）を生成する。第１ピークデータ生成部３４は、第１ピークデータをメモリ２３に記憶させる。

また、ステップＳＴ５にて、第２距離方向周波数分析部４１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうちの第２電圧データＶ２_１〜Ｖ２_ｎを取得する。図６Ａに示す如く、第２電圧データＶ２_１〜Ｖ２_ｎは、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の略前半２分の１周期分に対応する電圧データである。第２距離方向周波数分析部４１は、第２電圧データＶ２_１〜Ｖ２_ｎの各々に対してＦＦＴなどの周波数分析を実行することにより、第２電圧データＶ２_１〜Ｖ２_ｎを複素スペクトルＣ２_１〜Ｃ２_ｎに変換する。第２距離方向周波数分析部４１は、複素スペクトルＣ２_１〜Ｃ２_ｎをメモリ２３に記憶させる。

ここで、各複素スペクトルＣ２_１〜Ｃ２_ｎの離散周波数は距離に対応しており（図６Ｂ参照）、各複素スペクトルＣ２_１〜Ｃ２_ｎは距離方向に対応する周波数複素スペクトルである。すなわち、第２距離方向周波数分析部４１は、距離方向周波数分析により電圧データを周波数複素スペクトルに変換するものである。

次いで、ステップＳＴ６にて、第２速度方向周波数分析部４２は、全周期分（図６に示す例においてはｎ周期分）の複素スペクトルＣ２_１〜Ｃ２_ｎをメモリ２３から取得する。第２速度方向周波数分析部４２は、複素スペクトルＣ２_１〜Ｃ２_ｎのうちの離散周波数が互いに同じ距離に対応する各部位に対してＦＦＴなどの周波数分析を実行することにより、複素スペクトルＣ２_１〜Ｃ２_ｎをパワースペクトルＰ２_１〜Ｐ２_ｍに変換する。第２速度方向周波数分析部４２は、パワースペクトルＰ２_１〜Ｐ２_ｍを２次元パワースペクトルとしてメモリ２３に記憶させる。

ここで、各パワースペクトルＰ２_１〜Ｐ２_ｍの離散周波数は速度に対応しており（図６Ｃ参照）、パワースペクトルＰ２_１〜Ｐ２_ｍによる２次元パワースペクトルは距離方向及び速度方向に対応する２次元周波数パワースペクトルである。すなわち、第２速度方向周波数分析部４２は、速度方向周波数分析により周波数複素スペクトルを２次元周波数パワースペクトルに変換するものである。

また、第２速度方向周波数分析部４２は、速度方向周波数分析を実行するとき、変換対象となるデータ（すなわち、複素スペクトルＣ２_１〜Ｃ２_ｎのうちの離散周波数が互いに同じ距離に対応する各部位を示すデータ）の後端部に零値のデータを付加し、当該付加後のデータに対してＦＦＴなどの周波数分析を実行するようになっている。これにより、速度に対応する離散周波数の周波数刻みを小さくすることができる。

次いで、ステップＳＴ７にて、第２ピーク検出部４３は、パワースペクトルＰ２_１〜Ｐ２_ｍによる２次元周波数パワースペクトルをメモリ２３から取得し、当該取得した２次元周波数パワースペクトルにおけるピークを検出する。より具体的には、第２ピーク検出部４３は、第１ピーク検出部３３と同様の方法によりピークを検出する。第２ピーク検出部４３は、検出したピークに対応する距離方向離散周波数と、検出したピークに対応する速度方向離散周波数とを第２ピークデータ生成部４４に出力する。ここで、検出されたピークの個数をＮ＿２とする。

次いで、ステップＳＴ８にて、第２ピークデータ生成部４４は、第２ピーク検出部４３から入力された距離方向離散周波数Ｆ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝を用いて、ＦＭＣＷレーダの原理式に基づき、以下の式（２）により距離Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝を算出する。

Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］＝（Ｃ×Ｔ＿２×Ｆ＿２［ｋ＿２］）
／（２×Ｂ＿２）｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝ （２）

ここで、Ｃは電波の速度を示している。Ｔ＿２は、送信信号のうちの第２電圧データに対応する範囲の変調時間幅、すなわち各周期の略前半２分の１周期分に対応する変調時間幅を示している。Ｂ＿２は、送信信号のうちの第２電圧データに対応する範囲の変調周波数幅、すなわち各周期の略前半２分の１周期分に対応する変調周波数幅を示している。

第２ピークデータ生成部４４は、算出した距離Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝と第２ピーク検出部４３から入力された速度方向離散周波数Ｆｖ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝とを示すデータ（以下「第２ピークデータ」という。）を生成する。第２ピークデータ生成部４４は、第２ピークデータをメモリ２３に記憶させる。

次いで、ステップＳＴ９にて、速度算出部５０は、ステップＳＴ４で生成された第１ピークデータとステップＳＴ８で生成された第２ピークデータとをメモリ２３から取得する。速度算出部５０は、取得した第１ピークデータ及び第２ピークデータを用いて電波反射物体の移動速度を算出する。

次に、図７のフローチャートを参照して、速度算出部５０によるステップＳＴ９の処理の詳細について説明する。

ステップＳＴ１１にて、速度算出部５０は、第１ピークデータにおけるピークに対応するカウンタｋ＿１の値を１に初期化する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ１２に進む。

ステップＳＴ１２にて、速度算出部５０は、第２ピークデータにおけるピークに対応するカウンタｋ＿２の値を１に初期化する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ１３に進む。

ステップＳＴ１３にて、速度算出部５０は、以下の式（３）により、第１ピークデータにおけるｋ＿１番目のピークに対応する距離Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］と第２ピークデータにおけるｋ＿２番目のピークに対応する距離Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］との差分値の絶対値ｄＤを算出する。絶対値ｄＤを算出後、速度算出部５０はステップＳＴ１４に進む。

ｄＤ＝｜Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］−Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］｜ （３）

ステップＳＴ１４にて、速度算出部５０は、以下の式（４）により距離差Ｄｗを算出する。この距離差Ｄｗは、送信信号のうちの第１電圧データに対応する範囲の変調周波数幅Ｂ＿１と送信信号のうちの第２電圧データに対応する範囲の変調周波数幅Ｂ＿２とが互いに異なるために生ずるものである。

Ｄｗ＝Ｃ／（２×Ｂ＿２） （４）

速度算出部５０は、絶対値ｄＤと距離差Ｄｗとを比較する。絶対値ｄＤが距離差Ｄｗ以下の値である場合（ステップＳＴ１４“ＹＥＳ”）、速度算出部５０はステップＳＴ１５に進む。他方、絶対値ｄＤが距離差Ｄｗよりも大きい値である場合（ステップＳＴ１４“ＮＯ”）、速度算出部５０はステップＳＴ２７に進む。

ステップＳＴ１５にて、速度算出部５０は、速度方向に対応する周波数において折り返しが発生しない方法により参照用速度Ｓｒｅｆを算出する。すなわち、速度算出部５０は以下のように参照用速度Ｓｒｅｆを算出する。

第１ピークデータが示す速度方向離散周波数Ｆｖ＿１［ｋ＿１］について、電波反射物体の移動速度をＳｐｄ＿１［ｋ＿１］とし、送信信号のうちの第１電圧データに対応する範囲の変調中心周波数をＦｃ＿１とすると、ドップラー効果の原理式により以下の式（５）が成立する。

Ｆｖ＿１［ｋ＿１］＝２×Ｆｃ＿１×Ｓｐｄ＿１［ｋ＿１］／Ｃ （５）

第２ピークデータが示す速度方向離散周波数Ｆｖ＿２［ｋ＿２］について、電波反射物体の移動速度をＳｐｄ＿２［ｋ＿２］とし、送信信号のうちの第２電圧データに対応する範囲の変調中心周波数をＦｃ＿２とすると、ドップラー効果の原理式により以下の式（６）が成立する。

Ｆｖ＿２［ｋ＿２］＝２×Ｆｃ＿２×Ｓｐｄ＿２［ｋ＿２］／Ｃ （６）

式（５）に係る電波反射物体と式（６）に係る電波反射物体とが同一の物体である場合、Ｓｐｄ＿１［ｋ＿１］＝Ｓｐｄ＿２［ｋ＿２］である。ここで、Ｓｐｄ＿１［ｋ＿１］＝Ｓｐｄ＿２［ｋ＿２］＝Ｓｐｄとすると、式（５）を変形することにより以下の式（７）が得られる。また、式（６）を変形することにより以下の式（８）が得られる。

Ｆｖ＿１［ｋ＿１］＝２×Ｆｃ＿１×Ｓｐｄ／Ｃ （７）

Ｆｖ＿２［ｋ＿２］＝２×Ｆｃ＿２×Ｓｐｄ／Ｃ （８）

このとき、式（７）の左辺と式（８）の左辺との差及び式（７）の右辺と式（８）の右辺との差は、以下の式（９）により表される。

Ｆｖ＿１［ｋ＿１］−Ｆｖ＿２［ｋ＿２］
＝２×（Ｆｃ＿１−Ｆｃ＿２）×Ｓｐｄ／Ｃ （９）

式（９）は、Ｆｃ＿１又はＦｃ＿２よりも低い周波数（Ｆｃ＿１−Ｆｃ＿２）にて電波を送信した場合に、ドップラーシフト周波数が（Ｆｖ＿１［ｋ＿１］−Ｆｖ＿２［ｋ＿２］）である状態を表している。ここで、（Ｆｖ＿１［ｋ＿１］−Ｆｖ＿２［ｋ＿２］）は周波数の差であるため値は小さく、折り返しが発生しない値である。そこで、速度算出部５０は、式（９）を変形してなる以下の式（１０）により参照用速度Ｓｒｅｆを算出する。

Ｓｒｅｆ＝Ｃ×（Ｆｖ＿１［ｋ＿１］−Ｆｖ＿２［ｋ＿２］）
／（２×（Ｆｃ＿１−Ｆｃ＿２）） （１０）

なお、式（１０）により参照用速度Ｓｒｅｆを算出する場合、速度方向に対応する周波数において折り返しが発生しないものの、送信信号の周波数が低い状態と等価であるため速度の計測精度が低い。そこで、上記のとおり、第１速度方向周波数分析部３２及び第２速度方向周波数分析部４２の各々にて、変換対象となるデータに零値のデータを付加してからＦＦＴなどの周波数分析を実行する。これにより、速度に対応する離散周波数の周波数刻みを小さくすることができるため、速度の計測精度を向上することができる。

参照用速度Ｓｒｅｆを算出後、速度算出部５０はステップＳＴ１６に進む。

ステップＳＴ１６にて、速度算出部５０は、第１ピークデータが示す速度方向離散周波数Ｆｖ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝を用いて、チャープ信号の繰り返し周期による折り返しが最大Ｍ回発生し得るとして、ドップラー効果の原理式により複数の速度候補Ｓｃａｎｄ［ｍ］｛ｍ＝０〜Ｍ｝を算出する。

このとき、速度算出部５０は、ステップＳＴ１５で算出した参照用速度Ｓｒｅｆの値に応じて速度候補の算出方法を切り替える。参照用速度Ｓｒｅｆが０以上の値である場合（Ｓｒｅｆ≧０）、速度算出部５０は以下の式（１１）により速度候補Ｓｃａｎｄ［ｍ］を算出する。他方、参照用速度Ｓｒｅｆが０未満の値である場合（Ｓｒｅｆ＜０）、速度算出部５０は以下の式（１２）により速度候補Ｓｃａｎｄ［ｍ］を算出する。ここで、Ｔｒｐｔはチャープ信号の繰り返し周期を示している。

Ｓｃａｎｄ［ｍ］＝Ｃ×（Ｆｖ＿１［ｋ＿１］＋ｍ／Ｔｒｐｔ）
／（２×Ｆｃ＿１）｛ｍ＝０〜Ｍ｝ （１１）

Ｓｃａｎｄ［ｍ］＝Ｃ×（Ｆｖ＿１［ｋ＿１］−ｍ／Ｔｒｐｔ）
／（２×Ｆｃ＿１）｛ｍ＝０〜Ｍ｝ （１２）

速度候補Ｓｃａｎｄ［ｍ］を算出後、速度算出部５０はステップＳＴ１７に進む。

ステップＳＴ１７にて、速度算出部５０は、速度候補Ｓｃａｎｄ［ｍ］に対応するカウンタｍの値を０に初期化する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ１８に進む。

ステップＳＴ１８にて、速度算出部５０は、最小速度差Ｓｍｉｎの初期値を、計測対象となる範囲内にて絶対値が最大の速度Ｓｉｎｉｔと同じ値に設定する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ１９に進む。

ステップＳＴ１９にて、速度算出部５０は、選択番号Ｍｓｌｃｔを−１に初期化する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ２０に進む。

ステップＳＴ２０にて、速度算出部５０は、ｍ番目の速度候補Ｓｃａｎｄ［ｍ］と参照用速度Ｓｒｅｆとの差分値の絶対値ｄＳを算出する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ２１に進む。

ステップＳＴ２１にて、速度算出部５０は、絶対値ｄＳと最小速度差Ｓｍｉｎとを比較する。絶対値ｄＳが最小速度差Ｓｍｉｎよりも小さい値である場合（ステップＳＴ２１“ＹＥＳ”）、速度算出部５０はステップＳＴ２２に進む。他方、絶対値ｄＳが最小速度差Ｓｍｉｎ以上の値である場合（ステップＳＴ２１“ＮＯ”）、速度算出部５０はステップＳＴ２４に進む。

ステップＳＴ２２にて、速度算出部５０は、最小速度差Ｓｍｉｎを絶対値ｄＳと同じ値に更新する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ２３に進む。

ステップＳＴ２３にて、速度算出部５０は、選択番号Ｍｓｌｃｔをカウンタｍと同じ値に更新する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ２４に進む。

ステップＳＴ２４にて、速度算出部５０は、カウンタｍの値をインクリメントする。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ２５に進む。

ステップＳＴ２５にて、速度算出部５０は、カウンタｍの値をＮ＿ｍと比較する。カウンタｍがＮ＿ｍよりも大きい値を示している場合（ステップＳＴ２５“ＹＥＳ”）、速度算出部５０はステップＳＴ２６に進む。他方、カウンタｍがＮ＿ｍ以下の値を示している場合（ステップＳＴ２５“ＮＯ”）、速度算出部５０はステップＳＴ２０に戻る。

ステップＳＴ２６にて、速度算出部５０は、速度候補Ｓｃａｎｄ［Ｍｓｌｃｔ］を第１ピークデータにおけるｋ＿１番目のピークに対応する速度、すなわち電波反射物体の移動速度として選択する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ２７に進む。

ステップＳＴ２７にて、速度算出部５０は、カウンタｋ＿２の値をインクリメントする。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ２８に進む。

ステップＳＴ２８にて、速度算出部５０は、カウンタｋ＿２の値をＮ＿２と比較する。カウンタｋ＿２がＮ＿２よりも大きい値を示している場合（ステップＳＴ２８“ＹＥＳ”）、速度算出部５０はステップＳＴ２９に進む。他方、カウンタｋ＿２がＮ＿２以下の値を示している場合（ステップＳＴ２８“ＮＯ”）、速度算出部５０はステップＳＴ１３に戻る。

ステップＳＴ２９にて、速度算出部５０は、カウンタｋ＿１の値をインクリメントする。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ３０に進む。

ステップＳＴ３０にて、速度算出部５０は、カウンタｋ＿１の値をＮ＿１と比較する。カウンタｋ＿１がＮ＿１よりも大きい値を示している場合（ステップＳＴ３０“ＹＥＳ”）、速度算出部５０は処理を終了する。他方、カウンタｋ＿１がＮ＿１以下の値を示している場合（ステップＳＴ３０“ＮＯ”）、速度算出部５０はステップＳＴ１２に戻る。

このように、速度算出部５０は、送信信号のうちの第１電圧データに対応する範囲の変調中心周波数Ｆｃ＿１と送信信号のうちの第２電圧データに対応する範囲の変調中心周波数Ｆｃ＿２との差分値（Ｆｃ＿１−Ｆｃ＿２）に基づく参照用速度Ｓｒｅｆを算出し（ステップＳＴ１５）、複数の速度候補Ｓｃａｎｄ［ｍ］を参照用速度Ｓｒｅｆと比較し（ステップＳＴ１６〜ＳＴ２５）、複数の速度候補Ｓｃａｎｄ［ｍ］のうちの参照用速度Ｓｒｅｆに最も近い速度候補Ｓｃａｎｄ［Ｍｓｌｃｔ］を電波反射物体の移動速度として選択する（ステップＳＴ２６）。式（１０）に示す如く、速度方向に対応する周波数において折り返しが発生しない方法により参照用速度Ｓｒｅｆを算出することができるため、速度の計測における曖昧さを排除することができる。

また、第１周波数分析部３０による周波数分析等と第２周波数分析部４０による周波数分析等とは同一の送信信号に関する処理であり、並行して実行することが可能である。このため、特許文献１のレーダシステムに比して、速度の計測にかかる時間が増加するのを回避することができる。

また、第１周波数分析部３０による周波数分析等と第２周波数分析部４０による周波数分析等とは同一の送信信号に関する処理であり、送信信号に対応する電波の周波数範囲の切替えが不要である。このため、特許文献２のレーダシステムに比して、周波数補償回路などの追加の回路を不要とすることができる。

なお、レーダ信号処理装置１１は、電波反射物体の移動速度に加えて、レーダシステム１００から電波反射物体までの距離を計測するものであっても良い。すなわち、レーダ信号処理装置１１は、第１ピークデータが示す距離Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝と第２ピークデータが示す距離Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝とを用いてレーダシステム１００から電波反射物体までの距離を算出する距離算出部（不図示）を有するものであっても良い。

また、制御装置１２は、レーダ信号処理装置１１と一体に構成されたものであっても良い。すなわち、制御装置１２の機能を実現するためのプログラムがメモリ２２に記憶されており、メモリ２２に記憶されたプログラムをプロセッサ２１が読み出して実行することにより制御装置１２の機能が実現されるものであっても良い。または、専用の処理回路２４により制御装置１２の機能が実現されるものであっても良い。

また、メモリ２３は、レーダ信号処理装置１１の外部に設けられたものであっても良い。すなわち、レーダ信号処理装置１１はプロセッサ２１及びメモリ２２により構成されたものであっても良い。または、レーダ信号処理装置１１は処理回路２４により構成されたものであっても良い。

また、第１電圧データと第２電圧データとは、同一の送信信号のうちの変調中心周波数が互いに異なる範囲にそれぞれ対応するものであれば良い。すなわち、第１電圧データは、送信信号のうちの各周期の略１周期分に対応する電圧データに限定されるものではない。第２電圧データは、送信信号のうちの各周期の略前半２分の１周期分に対応する電圧データに限定されるものではない。

また、本願の請求の範囲に記載された「１周期分」の用語の意義は、完全な１周期分に限定されるものではなく、図５Ａに示すような略１周期分も包含するものである。本願の請求の範囲に記載された「前半２分の１周期分」の用語の意義は、完全な前半２分の１周期分に限定されるものではなく、図６Ａに示すような略前半２分の１周期分も包含するものである。

以上のように、実施の形態１のレーダ信号処理装置１１は、チャープ信号による送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎと送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎに対応する電波の反射波に対応する受信信号Ｒ_１〜Ｒ_ｎとを混合することにより得られた電圧データを用いて、電波を反射した物体の移動速度を計測するレーダ信号処理装置１１であって、電圧データのうちの第１電圧データＶ１_１〜Ｖ１_ｎに対する周波数分析を実行する第１周波数分析部３０と、電圧データのうちの第２電圧データＶ２_１〜Ｖ２_ｎに対する周波数分析を実行する第２周波数分析部４０と、第１周波数分析部３０による周波数分析の結果と第２周波数分析部４０による周波数分析の結果とを用いて物体の移動速度を算出する速度算出部５０と、を備え、第１電圧データＶ１_１〜Ｖ１_ｎと第２電圧データＶ２_１〜Ｖ２_ｎとは、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの変調中心周波数が互いに異なる範囲にそれぞれ対応するものであり、速度算出部５０は、第１電圧データＶ１_１〜Ｖ１_ｎに対応する範囲における変調中心周波数Ｆｃ＿１と第２電圧データＶ２_１〜Ｖ２_ｎに対応する範囲における変調中心周波数Ｆｃ＿２との差分値に基づく参照用速度Ｓｒｅｆを算出して、複数の速度候補Ｓｃａｎｄ［ｍ］を参照用速度Ｓｒｅｆと比較することにより物体の移動速度を算出する。式（１０）に示す如く、速度方向に対応する周波数において折り返しが発生しない方法により参照用速度Ｓｒｅｆを算出することができるため、速度の計測における曖昧さを排除することができる。また、速度の計測にかかる時間が増加するのを回避することができ、かつ、周波数補償回路などの追加の回路を不要とすることができる。

また、第１周波数分析部３０及び第２周波数分析部４０の各々による周波数分析は、電圧データを周波数複素スペクトルに変換する距離方向周波数分析と、周波数複素スペクトルを２次元周波数パワースペクトルに変換する速度方向周波数分析と、を含み、速度方向周波数分析は、変換対象となるデータの後端部に零値のデータを付加し、当該付加後のデータに対する周波数分析を実行するものである。これにより、速度に対応する離散周波数の周波数刻みを小さくすることができる。この結果、レーダ信号処理装置１１による速度の計測精度を向上することができる。

また、第１電圧データＶ１_１〜Ｖ１_ｎは、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の１周期分に対応する電圧データであり、第２電圧データＶ２_１〜Ｖ２_ｎは、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の前半２分の１周期分に対応する電圧データである。これにより、同一の送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎにおいて、変調中心周波数Ｆｃ＿１と変調中心周波数Ｆｃ＿２とを互いに異なる値にすることができる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係るレーダシステムの要部を示すシステム構成図である。図９Ａは、本発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の要部を示すハードウェア構成図である。図９Ｂは、本発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の要部を示す他のハードウェア構成図である。図１０は、本発明の実施の形態２に係るレーダ信号処理装置の要部を示す機能ブロック図である。図８〜図１０を参照して、実施の形態２のレーダシステム１００ａ及びレーダ信号処理装置１１ａについて説明する。

なお、図８において、図１に示す実施の形態１のシステム構成図と同様のブロック等には同一符号を付して説明を省略する。図９において、図２に示す実施の形態１のハードウェア構成図と同様のブロックには同一符号を付して説明を省略する。図１０において、図３に示す実施の形態１の機能ブロック図と同様のブロックには同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態２において、第１距離方向周波数分析部３１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうち、送信信号における各周期の略前半２分の１周期分に対応する電圧データを取得するようになっている。第２距離方向周波数分析部４１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうち、送信信号における各周期の略後半２分の１周期分に対応する電圧データを取得するようになっている。これにより、同一の送信信号において、第１電圧データに対応する範囲の変調中心周波数と第２電圧データに対応する範囲の変調中心周波数とが互いに異なる値となる。

第１距離方向周波数分析部３１、第１速度方向周波数分析部３２、第１ピーク検出部３３及び第１ピークデータ生成部３４により、第１周波数分析部３０が構成されている。第２距離方向周波数分析部４１、第２速度方向周波数分析部４２、第２ピーク検出部４３及び第２ピークデータ生成部４４により、第２周波数分析部４０が構成されている。第１周波数分析部３０、第２周波数分析部４０及び速度算出部５０により、レーダ信号処理装置１１ａが構成されている。ＡＤ変換器１０、レーダ信号処理装置１１ａ、制御装置１２、送信機１３及び受信機１４により、レーダシステム１００ａが構成されている。

次に、図１１及び図１２を参照して、レーダ信号処理装置１１ａの動作について説明する。なお、フローチャートについては図４と同様であるため図示を省略する。

まず、第１距離方向周波数分析部３１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうちの第１電圧データＶ１_１’〜Ｖ１_ｎ’を取得する。図１１Ａに示す如く、第１電圧データＶ１_１’〜Ｖ１_ｎ’は、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の略前半２分の１周期分に対応する電圧データである。第１距離方向周波数分析部３１は、距離方向周波数分析により、第１電圧データＶ１_１’〜Ｖ１_ｎ’を複素スペクトルＣ１_１’〜Ｃ１_ｎ’に変換する。

次いで、第１速度方向周波数分析部３２は、速度方向周波数分析により、複素スペクトルＣ１_１’〜Ｃ１_ｎ’をパワースペクトルＰ１_１’〜Ｐ１_ｍ’に変換する。第１速度方向周波数分析部３２は、パワースペクトルＰ１_１’〜Ｐ１_ｍ’を２次元パワースペクトルとしてメモリ２３に記憶させる。

次いで、第１ピーク検出部３３は、パワースペクトルＰ１_１’〜Ｐ１_ｍ’による２次元周波数パワースペクトルをメモリ２３から取得し、当該取得した２次元周波数パワースペクトルにおけるピークを検出する。第１ピーク検出部３３は、検出したピークに対応する距離方向離散周波数と、検出したピークに対応する速度方向離散周波数とを第１ピークデータ生成部３４に出力する。ここで、検出されたピークの個数をＮ＿１とする。

次いで、第１ピークデータ生成部３４は、第１ピーク検出部３３から入力された距離方向離散周波数Ｆ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝を用いて、実施の形態１と同様の式（１）により距離Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝を算出する。ただし、実施の形態２において、Ｔ＿１は送信信号における各周期の略前半２分の１周期分に対応する変調時間幅を示すものであり、Ｂ＿１は送信信号における各周期の略前半２分の１周期分に対応する変調周波数幅を示すものである。

第１ピークデータ生成部３４は、算出した距離Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝と第１ピーク検出部３３から入力された速度方向離散周波数Ｆｖ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝とを示す第１ピークデータを生成する。第１ピークデータ生成部３４は、第１ピークデータをメモリ２３に記憶させる。

また、第２距離方向周波数分析部４１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうちの第２電圧データＶ２_１’〜Ｖ２_ｎ’を取得する。図１２Ａに示す如く、第２電圧データＶ２_１’〜Ｖ２_ｎ’は、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の略後半２分の１周期分に対応する電圧データである。第２距離方向周波数分析部４１は、距離方向周波数分析により、第２電圧データＶ２_１’〜Ｖ２_ｎ’を複素スペクトルＣ２_１’〜Ｃ２_ｎ’に変換する。

次いで、第２速度方向周波数分析部４２は、速度方向周波数分析により、複素スペクトルＣ２_１’〜Ｃ２_ｎ’をパワースペクトルＰ２_１’〜Ｐ２_ｍ’に変換する。第２速度方向周波数分析部４２は、パワースペクトルＰ２_１’〜Ｐ２_ｍ’を２次元パワースペクトルとしてメモリ２３に記憶させる。

次いで、第２ピーク検出部４３は、パワースペクトルＰ２_１’〜Ｐ２_ｍ’による２次元周波数パワースペクトルをメモリ２３から取得し、当該取得した２次元周波数パワースペクトルにおけるピークを検出する。第２ピーク検出部４３は、検出したピークに対応する距離方向離散周波数と、検出したピークに対応する速度方向離散周波数とを第２ピークデータ生成部４４に出力する。ここで、検出されたピークの個数をＮ＿２とする。

次いで、第２ピークデータ生成部４４は、第２ピーク検出部４３から入力された距離方向離散周波数Ｆ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝を用いて、実施の形態１と同様の式（２）により距離Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝を算出する。ただし、実施の形態２において、Ｔ＿２は送信信号における各周期の略後半２分の１周期分に対応する変調時間幅を示すものであり、Ｂ＿２は送信信号における各周期の略後半２分の１周期分に対応する変調周波数幅を示すものである。

第２ピークデータ生成部４４は、算出した距離Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝と第２ピーク検出部４３から入力された速度方向離散周波数Ｆｖ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝とを示す第２ピークデータを生成する。第２ピークデータ生成部４４は、第２ピークデータをメモリ２３に記憶させる。

次いで、速度算出部５０は、第１ピークデータ及び第２ピークデータをメモリ２３から取得する。速度算出部５０は、取得した第１ピークデータ及び第２ピークデータを用いて電波反射物体の移動速度を算出する。

次に、図１３のフローチャートを参照して、速度算出部５０による処理の詳細について説明する。なお、図１３において、図７に示す実施の形態１のフローチャートと同様のステップには同一符号を付して説明を省略する。

まず、速度算出部５０は、カウンタｋ＿１の値を１に初期化し（ステップＳＴ１１）、カウンタｋ＿２の値を１に初期化し（ステップＳＴ１２）、距離Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］と距離Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］との差分値の絶対値ｄＤを算出する（ステップＳＴ１３）。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ１４ａに進む。

ステップＳＴ１４ａにて、速度算出部５０は絶対値ｄＤを０と比較する。絶対値ｄＤが０である場合（ステップＳＴ１４ａ“ＹＥＳ”）、速度算出部５０はステップＳＴ１５ａに進む。他方、絶対値ｄＤが０よりも大きい値又は０よりも小さい値である場合（ステップＳＴ１４ａ“ＮＯ”）、速度算出部５０はステップＳＴ２７に進む。

ステップＳＴ１５ａにて、速度算出部５０は以下の式（１０ａ）により参照用速度Ｓｒｅｆを算出する。次いで、速度算出部５０はステップＳＴ１６に進む。

Ｓｒｅｆ＝Ｃ×（Ｆｖ＿２［ｋ＿２］−Ｆｖ＿１［ｋ＿１］）
／（２×（Ｆｃ＿２−Ｆｃ＿１）） （１０ａ）

以下、ステップＳＴ１６〜ＳＴ３０における処理の内容は、実施の形態１にて図７を参照して説明したものと同様であるため、説明を省略する。

なお、レーダシステム１００ａは、実施の形態１に係るレーダシステム１００と同様の種々の変形例を採用することができる。すなわち、レーダ信号処理装置１１ａは、レーダシステム１００ａから電波反射物体までの距離を算出する距離算出部（不図示）を有するものであっても良い。制御装置１２は、レーダ信号処理装置１１ａと一体に構成されたものであっても良い。メモリ２３は、レーダ信号処理装置１１ａの外部に設けられたものであっても良い。

また、本願の請求の範囲に記載された「前半２分の１周期分」の用語の意義は、完全な前半２分の１周期分に限定されるものではなく、図１１Ａに示すような略前半２分の１周期分も包含するものである。本願の請求の範囲に記載された「後半２分の１周期分」の用語の意義は、完全な後半２分の１周期分に限定されるものではなく、図１２Ａに示すような略後半２分の１周期分も包含するものである。

以上のように、実施の形態２において、第１電圧データＶ１_１’〜Ｖ１_ｎ’は、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の前半２分の１周期分に対応する電圧データであり、第２電圧データＶ２_１’〜Ｖ２_ｎ’は、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の後半２分の１周期分に対応する電圧データである。これにより、同一の送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎにおいて、変調中心周波数Ｆｃ＿１と変調中心周波数Ｆｃ＿２とを互いに異なる値にすることができる。

実施の形態３．
図１４は、本発明の実施の形態３に係るレーダシステムの要部を示すシステム構成図である。図１５Ａは、本発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の要部を示すハードウェア構成図である。図１５Ｂは、本発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の要部を示す他のハードウェア構成図である。図１６は、本発明の実施の形態３に係るレーダ信号処理装置の要部を示す機能ブロック図である。図１４〜図１６を参照して、実施の形態３のレーダシステム１００ｂ及びレーダ信号処理装置１１ｂについて説明する。

なお、図１４において、図１に示す実施の形態１のシステム構成図と同様のブロック等には同一符号を付して説明を省略する。図１５において、図２に示す実施の形態１のハードウェア構成図と同様のブロックには同一符号を付して説明を省略する。図１６において、図３に示す実施の形態１の機能ブロック図と同様のブロックには同一符号を付して説明を省略する。

実施の形態３において、第１距離方向周波数分析部３１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうち、送信信号における各周期の略１周期分に対応する電圧データを取得するようになっている。第２距離方向周波数分析部４１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうち、送信信号における各周期の略後半２分の１周期分に対応する電圧データを取得するようになっている。これにより、同一の送信信号において、第１電圧データに対応する範囲の変調中心周波数と第２電圧データに対応する範囲の変調中心周波数とが互いに異なる値となる。

第１距離方向周波数分析部３１、第１速度方向周波数分析部３２、第１ピーク検出部３３及び第１ピークデータ生成部３４により、第１周波数分析部３０が構成されている。第２距離方向周波数分析部４１、第２速度方向周波数分析部４２、第２ピーク検出部４３及び第２ピークデータ生成部４４により、第２周波数分析部４０が構成されている。第１周波数分析部３０、第２周波数分析部４０及び速度算出部５０により、レーダ信号処理装置１１ｂが構成されている。ＡＤ変換器１０、レーダ信号処理装置１１ｂ、制御装置１２、送信機１３及び受信機１４により、レーダシステム１００ｂが構成されている。

次に、図１７及び図１８を参照して、レーダ信号処理装置１１ｂの動作について説明する。なお、フローチャートについては図４と同様であるため図示を省略する。

まず、第１距離方向周波数分析部３１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうちの第１電圧データＶ１_１”〜Ｖ１_ｎ”を取得する。図１７Ａに示す如く、第１電圧データＶ１_１”〜Ｖ１_ｎ”は、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の略１周期分に対応する電圧データである。第１距離方向周波数分析部３１は、距離方向周波数分析により、第１電圧データＶ１_１”〜Ｖ１_ｎ”を複素スペクトルＣ１_１”〜Ｃ１_ｎ”に変換する。

次いで、第１速度方向周波数分析部３２は、速度方向周波数分析により、複素スペクトルＣ１_１”〜Ｃ１_ｎ”をパワースペクトルＰ１_１”〜Ｐ１_ｍ”に変換する。第１速度方向周波数分析部３２は、パワースペクトルＰ１_１”〜Ｐ１_ｍ”を２次元パワースペクトルとしてメモリ２３に記憶させる。

次いで、第１ピーク検出部３３は、パワースペクトルＰ１_１”〜Ｐ１_ｍ”による２次元周波数パワースペクトルをメモリ２３から取得し、当該取得した２次元周波数パワースペクトルにおけるピークを検出する。第１ピーク検出部３３は、検出したピークに対応する距離方向離散周波数と、検出したピークに対応する速度方向離散周波数とを第１ピークデータ生成部３４に出力する。ここで、検出されたピークの個数をＮ＿１とする。

次いで、第１ピークデータ生成部３４は、第１ピーク検出部３３から入力された距離方向離散周波数Ｆ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝を用いて、実施の形態１と同様の式（１）により距離Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝を算出する。ただし、実施の形態３において、Ｔ＿１は送信信号における各周期の略１周期分に対応する変調時間幅を示すものであり、Ｂ＿１は送信信号における各周期の略１周期分に対応する変調周波数幅を示すものである。

第１ピークデータ生成部３４は、算出した距離Ｄｓｔ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝と第１ピーク検出部３３から入力された速度方向離散周波数Ｆｖ＿１［ｋ＿１］｛ｋ＿１＝１〜Ｎ＿１｝とを示す第１ピークデータを生成する。第１ピークデータ生成部３４は、第１ピークデータをメモリ２３に記憶させる。

また、第２距離方向周波数分析部４１は、メモリ２３に記憶された電圧データのうちの第２電圧データＶ２_１”〜Ｖ２_ｎ”を取得する。図１８Ａに示す如く、第２電圧データＶ２_１”〜Ｖ２_ｎ”は、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の略後半２分の１周期分に対応する電圧データである。第２距離方向周波数分析部４１は、距離方向周波数分析により、第２電圧データＶ２_１”〜Ｖ２_ｎ”を複素スペクトルＣ２_１”〜Ｃ２_ｎ”に変換する。

次いで、第２速度方向周波数分析部４２は、速度方向周波数分析により、複素スペクトルＣ２_１”〜Ｃ２_ｎ”をパワースペクトルＰ２_１”〜Ｐ２_ｍ”に変換する。第２速度方向周波数分析部４２は、パワースペクトルＰ２_１”〜Ｐ２_ｍ”を２次元パワースペクトルとしてメモリ２３に記憶させる。

次いで、第２ピーク検出部４３は、パワースペクトルＰ２_１”〜Ｐ２_ｍ”による２次元周波数パワースペクトルをメモリ２３から取得し、当該取得した２次元周波数パワースペクトルにおけるピークを検出する。第２ピーク検出部４３は、検出したピークに対応する距離方向離散周波数と、検出したピークに対応する速度方向離散周波数とを第２ピークデータ生成部４４に出力する。ここで、検出されたピークの個数をＮ＿２とする。

次いで、第２ピークデータ生成部４４は、第２ピーク検出部４３から入力された距離方向離散周波数Ｆ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝を用いて、実施の形態１と同様の式（２）により距離Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝を算出する。ただし、実施の形態３において、Ｔ＿２は送信信号における各周期の略後半２分の１周期分に対応する変調時間幅を示すものであり、Ｂ＿２は送信信号における各周期の略後半２分の１周期分に対応する変調周波数幅を示すものである。

第２ピークデータ生成部４４は、算出した距離Ｄｓｔ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝と第２ピーク検出部４３から入力された速度方向離散周波数Ｆｖ＿２［ｋ＿２］｛ｋ＿２＝１〜Ｎ＿２｝とを示す第２ピークデータを生成する。第２ピークデータ生成部４４は、第２ピークデータをメモリ２３に記憶させる。

次いで、速度算出部５０は、第１ピークデータ及び第２ピークデータをメモリ２３から取得する。速度算出部５０は、取得した第１ピークデータ及び第２ピークデータを用いて電波反射物体の移動速度を算出する。

速度算出部５０による処理の詳細は、実施の形態１にて図７を参照して説明したものと同様であるため、図示及び説明を省略する。ただし、ステップＳＴ１５にて、速度算出部５０は以下の式（１０ｂ）により参照用速度Ｓｒｅｆを算出する。

Ｓｒｅｆ＝Ｃ×（Ｆｖ＿２［ｋ＿２］−Ｆｖ＿１［ｋ＿１］）
／（２×（Ｆｃ＿２−Ｆｃ＿１）） （１０ｂ）

なお、レーダシステム１００ｂは、実施の形態１に係るレーダシステム１００と同様の種々の変形例を採用することができる。すなわち、レーダ信号処理装置１１ｂは、レーダシステム１００ｂから電波反射物体までの距離を算出する距離算出部（不図示）を有するものであっても良い。制御装置１２は、レーダ信号処理装置１１ｂと一体に構成されたものであっても良い。メモリ２３は、レーダ信号処理装置１１ｂの外部に設けられたものであっても良い。

また、本願の請求の範囲に記載された「１周期分」の用語の意義は、完全な１周期分に限定されるものではなく、図１７Ａに示すような略１周期分も包含するものである。本願の請求の範囲に記載された「後半２分の１周期分」の用語の意義は、完全な後半２分の１周期分に限定されるものではなく、図１８Ａに示すような略後半２分の１周期分も包含するものである。

以上のように、実施の形態３において、第１電圧データＶ１_１”〜Ｖ１_ｎ”は、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の１周期分に対応する電圧データであり、第２電圧データＶ２_１”〜Ｖ２_ｎ”は、送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎのうちの各周期の後半２分の１周期分に対応する電圧データである。これにより、同一の送信信号Ｔ_１〜Ｔ_ｎにおいて、変調中心周波数Ｆｃ＿１と変調中心周波数Ｆｃ＿２とを互いに異なる値にすることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

本発明のレーダ信号処理装置は、例えば、海上用、陸上用又は車載用のレーダなどに用いることができる。

１ 電圧生成回路、２ 電圧制御発振器、３ 分配回路、４ 増幅回路、５ アンテナ、６ アンテナ、７ 混合器、８ 増幅回路、９ フィルタ回路、１０ アナログデジタル変換器（ＡＤ変換器）、１１，１１ａ，１１ｂ レーダ信号処理装置、１２ 制御装置、１３ 送信機、１４ 受信機、２１ プロセッサ、２２，２３ メモリ、２４ 処理回路、３０ 第１周波数分析部、３１ 第１距離方向周波数分析部、３２ 第１速度方向周波数分析部、３３ 第１ピーク検出部、３４ 第１ピークデータ生成部、４０ 第２周波数分析部、４１ 第２距離方向周波数分析部、４２ 第２速度方向周波数分析部、４３ 第２ピーク検出部、４４ 第２ピークデータ生成部、５０ 速度算出部、１００，１００ａ，１００ｂ レーダシステム。

Claims (8)

1. チャープ信号による送信信号と前記送信信号に対応する電波の反射波に対応する受信信号とを混合することにより得られた電圧データを用いて、前記電波を反射した物体の移動速度を計測するレーダ信号処理装置であって、
   前記電圧データのうちの第１電圧データに対する周波数分析を実行する第１周波数分析部と、
   前記電圧データのうちの第２電圧データに対する周波数分析を実行する第２周波数分析部と、
   前記第１周波数分析部による前記周波数分析の結果と前記第２周波数分析部による前記周波数分析の結果とを用いて前記物体の移動速度を算出する速度算出部と、を備え、
   前記第１電圧データと前記第２電圧データとは、前記送信信号のうちの変調中心周波数が互いに異なる範囲にそれぞれ対応するものであり、
   前記速度算出部は、前記第１電圧データに対応する前記範囲における前記変調中心周波数と前記第２電圧データに対応する前記範囲における前記変調中心周波数との差分値に基づく参照用速度を算出して、複数の速度候補を前記参照用速度と比較することにより前記物体の移動速度を算出する
   ことを特徴とするレーダ信号処理装置。
2. 前記速度算出部は、前記複数の速度候補のうちの他の速度候補よりも前記参照用速度に近い速度候補を前記物体の移動速度として選択することを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
3. 前記速度算出部は、前記複数の速度候補のうちの前記参照用速度に最も近い速度候補を前記物体の移動速度として選択することを特徴とする請求項２記載のレーダ信号処理装置。
4. 前記第１周波数分析部及び前記第２周波数分析部の各々による前記周波数分析は、前記電圧データを周波数複素スペクトルに変換する距離方向周波数分析と、前記周波数複素スペクトルを２次元周波数パワースペクトルに変換する速度方向周波数分析と、を含み、
   前記速度方向周波数分析は、変換対象となるデータの後端部に零値のデータを付加し、当該付加後のデータに対する周波数分析を実行するものである
   ことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
5. 前記第１電圧データは、前記送信信号のうちの各周期の１周期分に対応する前記電圧データであり、
   前記第２電圧データは、前記送信信号のうちの各周期の前半２分の１周期分に対応する前記電圧データである
   ことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
6. 前記第１電圧データは、前記送信信号のうちの各周期の１周期分に対応する前記電圧データであり、
   前記第２電圧データは、前記送信信号のうちの各周期の後半２分の１周期分に対応する前記電圧データである
   ことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
7. 前記第１電圧データは、前記送信信号のうちの各周期の前半２分の１周期分に対応する前記電圧データであり、
   前記第２電圧データは、前記送信信号のうちの各周期の後半２分の１周期分に対応する前記電圧データである
   ことを特徴とする請求項１記載のレーダ信号処理装置。
8. チャープ信号による送信信号を生成して、前記送信信号に対応する電波を放射する送信機と、前記電波の反射波を受信する受信機と、前記送信信号と前記反射波に対応する受信信号とを混合することにより得られた電圧データを用いて、前記電波を反射した物体の移動速度を計測するレーダ信号処理装置と、を含むレーダシステムであって、
   前記レーダ信号処理装置は、
   前記電圧データのうちの第１電圧データに対する周波数分析を実行する第１周波数分析部と、
   前記電圧データのうちの第２電圧データに対する周波数分析を実行する第２周波数分析部と、
   前記第１周波数分析部による前記周波数分析の結果と前記第２周波数分析部による前記周波数分析の結果とを用いて前記物体の移動速度を算出する速度算出部と、を備え、
   前記第１電圧データと前記第２電圧データとは、前記送信信号のうちの変調中心周波数が互いに異なる範囲にそれぞれ対応するものであり、
   前記速度算出部は、前記第１電圧データに対応する前記範囲における前記変調中心周波数と前記第２電圧データに対応する前記範囲における前記変調中心周波数との差分値に基づく参照用速度を算出して、複数の速度候補を前記参照用速度と比較することにより前記物体の移動速度を算出する
   ことを特徴とするレーダシステム。

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