JP7011305B2 - Separation frequency synthesis radar device, distance estimation method and program - Google Patents
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特許法第30条第2項適用 平成29年11月16日公開 http://www.ieice.org/ken/program/index.php?mode=program&tgs_regid=1492363d98741916c2ed704a5baa635bf9baf6b2979a963220bc39e7ac871325&tgid=IEICE-SANE&layout=&lang=eng 平成29年12月7日公開 http://www.ieice.org/ken/program/index.php?tgs_regid=875ab377fb0bdbdd982b074a3b88beaad904c5ecf593aa4fae1348ee21cf41a0&tgid=IEICE-WBS&lang=Application of Article 30,
本発明は、複数の離隔した周波数帯の信号を合成することで、高性能な計測を可能とする離隔周波数合成レーダ装置、距離推定方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a separated frequency synthesis radar device, a distance estimation method, and a program that enable high-performance measurement by synthesizing signals in a plurality of separated frequency bands.
近年、ミリ波帯の利用による車載レーダ装置やインフラとして設置されたレーダ装置の高分解能化や高信頼性化が求められている。すなわち、既存の車載レーダ装置であっても、車両などの比較的大きな物体の検知は可能であるが、歩行者やさらに小さな対象物の検知を可能とする必要があり、ミリ波レーダのさらなる高分解能化や高信頼性化が求められている。 In recent years, there has been a demand for higher resolution and higher reliability of in-vehicle radar devices and radar devices installed as infrastructure by using the millimeter wave band. That is, even with the existing in-vehicle radar device, it is possible to detect a relatively large object such as a vehicle, but it is necessary to be able to detect a pedestrian or a smaller object, and the millimeter wave radar is even higher. Higher resolution and higher reliability are required.
レーダ装置の高分解能化を図るためには、例えば使用する周波数帯を増やして、それぞれの周波数帯域での受信信号を合成することが考えられる。
例えば特許文献1には、2つの周波数の信号を送信し、その反射信号の受信信号を時間積分して平均化した信号の周波数成分から目標を検出する技術についての記載がある。この特許文献1に記載された技術は、受信信号に含まれる不要成分を抑圧するために行うものである。
In order to increase the resolution of the radar device, for example, it is conceivable to increase the frequency bands used and synthesize the received signals in each frequency band.
For example,
ところで、レーダ装置が利用できる周波数帯域は、使用する国での法規などにより制約があり、例えば車載レーダ装置がミリ波帯全てを使用することは困難である。例えば、日本においては、60GHz帯や76GHz帯などがレーダ装置に使用可能な周波数帯域として割り当てられ、これらの周波数帯の間の帯域をレーダ装置が使用することはできない。このため、レーダ装置が使用する周波数帯を増やすためには、使用可能な離隔した複数の周波数帯域を使って、それぞれの周波数帯域の受信信号を合成することが考えられる。 By the way, the frequency band that can be used by the radar device is restricted by the regulations of the country in which it is used, and it is difficult for the in-vehicle radar device to use the entire millimeter wave band, for example. For example, in Japan, a 60 GHz band, a 76 GHz band, or the like is assigned as a frequency band that can be used by a radar device, and a band between these frequency bands cannot be used by a radar device. Therefore, in order to increase the frequency band used by the radar device, it is conceivable to combine the received signals of each frequency band by using a plurality of available separated frequency bands.
ここで、特許文献1に記載されたように、従来から複数の周波数の受信信号を合成することは提案されているが、その合成処理としては、それぞれの周波数の信号を時間積分して平均化する比較的単純な処理であり、平均化による精度の向上は(1/√2)が限度で、高性能化に限界があった。
Here, as described in
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、使用可能な複数の周波数帯域を使って、従来よりも高分解能化や信頼性の向上を図ることができる離隔周波数合成レーダ装置、距離推定方法及びプログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and is an isolated frequency synthetic radar device capable of improving resolution and reliability by using a plurality of available frequency bands, and distance estimation. The purpose is to provide methods and programs.
本発明の離隔周波数合成レーダ装置は、離隔周波数帯レーダ群1の受信信号が供給される位相差推定処理部3と、コヒーレント距離推定処理部4とを備える。
位相差推定処理部3は、離隔周波数帯レーダ群1より得た各周波数帯域の受信信号に基づいて、離隔した複数の周波数帯の受信信号の位相差を推定する。
コヒーレント距離推定処理部4は、位相差推定処理部で得た位相差を用いて得た信号から最適評価値を判定して、最適評価値から目標の距離を得る。ここで、位相差推定処理部での位相差の推定と、その推定した位相差を使ったコヒーレント距離推定処理部での最適評価値の判定とを複数回繰り返して、最大となる最適評価値を探索して、最大となる最適評価値での推定距離を、目標の距離として出力する。
また、本発明の距離推定方法は、離隔した複数の周波数帯を用いる離隔周波数帯レーダ群より得た各周波数帯域の受信信号に基づいて、離隔した複数の周波数帯の受信信号の位相差を推定する位相差推定処理と、位相差推定処理で得た位相差を用いて得た信号から最適評価値を判定し、最適評価値から目標の距離を得るコヒーレント距離推定処理と、位相差推定処理での位相差の推定と、その推定した位相差を使ったコヒーレント距離推定処理での最適評価値の判定とを複数回繰り返して、最大となる最適評価値を探索して、最大となる最適評価値での推定距離を、目標の距離として出力する目標距離探索処理と、を含む。
また、本発明のプログラムは、上記距離推定方法の位相差推定処理と、コヒーレント距離推定処理と、目標距離探索処理とをコンピュータに実行させるものである。
The separation frequency synthesis radar device of the present invention includes a phase difference
The phase difference
The coherent distance
Further, the distance estimation method of the present invention estimates the phase difference of the received signals of a plurality of separated frequency bands based on the received signals of each frequency band obtained from the separated frequency band radar group using a plurality of separated frequency bands. In the coherent distance estimation process and the phase difference estimation process, the optimum evaluation value is determined from the signal obtained by using the phase difference estimated process and the phase difference obtained in the phase difference estimation process, and the target distance is obtained from the optimum evaluation value. The estimation of the phase difference of the above and the determination of the optimum evaluation value in the coherent distance estimation process using the estimated phase difference are repeated multiple times to search for the maximum optimum evaluation value and the maximum optimum evaluation value. Includes a target distance search process that outputs the estimated distance in. As the target distance.
Further, the program of the present invention causes a computer to execute the phase difference estimation process, the coherent distance estimation process, and the target distance search process of the distance estimation method.
本発明によると、複数の周波数帯域で得た信号を単純に平均化した場合よりも高分解能化を図ることができ、目標を検出する上で信頼性を向上させることができるようになる。 According to the present invention, it is possible to achieve higher resolution than when signals obtained in a plurality of frequency bands are simply averaged, and it is possible to improve reliability in detecting a target.
以下、本発明の各実施の形態例を、図面を参照して順に説明する。各実施の形態例を説明する図面において、同一の部分には同一の符号を付し、別の実施の形態例で既に説明した構成や処理についての重複説明は省略する。 Hereinafter, examples of each embodiment of the present invention will be described in order with reference to the drawings. In the drawings illustrating the examples of each embodiment, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description of the configurations and processes already described in the examples of the other embodiments will be omitted.
<第1の実施の形態例>
まず、本発明の第1の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置を、図1~図5を参照して説明する。
図1は、第1の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10aの構成を示す。
離隔周波数合成レーダ装置10aは、離隔周波数帯レーダ群1と、ノンコヒーレント距離推定処理部2と、位相差推定処理部3と、コヒーレント距離推定処理部4とを備える。
<Example of the first embodiment>
First, the separation frequency synthesis radar device of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
FIG. 1 shows the configuration of the separation frequency
The separation frequency
離隔周波数帯レーダ群1は、離隔した複数の周波数帯を使用しているレーダ群であり、合成帯域レーダの帯域合成前の周波数方向信号もしくはパルス圧縮レーダの出力信号と、周波数領域で参照関数の複素共役とを乗算したものである。離隔周波数帯レーダ群1は、送信周波数と目標距離に依存した信号を出力する。ここでは、離隔した複数の周波数帯として、60GHz帯と76GHz帯の2つの周波数帯を使用する例とする。
なお、離隔周波数帯レーダ群1は、離隔した複数の周波数帯を使用しているレーダ群であれば、様々な方式のものが適用可能である。また、離隔した複数の周波数帯として、3つ以上の周波数帯を使用してもよい。
The separated frequency
The separated frequency
離隔周波数帯レーダ群1の出力は、各帯域fcmの搬送波周波数、帯域内周波数fnからなる。
このとき、各周波数帯域のレーダでの計測される周波数軸上信号Xは、次の[数1]式で示される。この[数1]式において、f0は基準送信周波数、fcは搬送波周波数、Δfは周波数方向のサンプルの刻み幅、mは周波数帯域の番号、nは各帯域内の周波数番号、sは計測回数を示すスナップショット番号(CPI番号)、Kは目標の数、kは目標番号(個々の目標に設定した番号)、Rkは目標の周波数(目標の距離)である。
The output of the separated frequency
At this time, the frequency axis signal X measured by the radar in each frequency band is represented by the following equation [Equation 1]. In this equation [Equation 1], f 0 is the reference transmission frequency, f c is the carrier frequency, Δf is the step size of the sample in the frequency direction, m is the frequency band number, n is the frequency number in each band, and s is the measurement. The snapshot number (CPI number) indicating the number of times, K is the number of targets, k is the target number (number set for each target), and R k is the target frequency (target distance).
[数1]式では、目標反射電力に帯域間での周波数依存と帯域内での周波数依存を考慮した場合を示す。もし、目標の反射電力に帯域間周波数が存在しない場合には、周波数軸上信号Xは、次の[数2]式で示される。[数2]式において、αkは目標の形状等で決まる定数である。 In the equation [Equation 1], the case where the frequency dependence between the bands and the frequency dependence within the band are taken into consideration for the target reflected power is shown. If there is no interband frequency in the target reflected power, the frequency axis signal X is expressed by the following equation [Equation 2]. In the equation [Equation 2], α k is a constant determined by the shape of the target and the like.
ここで、
を、αm,kとおけば、周波数軸上信号Xは、次の[数3]式で示される。
here,
If is set to α m, k , the frequency axis signal X is represented by the following equation [Equation 3].
以下の説明では、簡単のため、目標反射電力に帯域間、帯域内の周波数異存はないものとし、離隔周波数の数を2(ここでは60Ghz帯と76Ghz帯の2つ)であり、目標数を2として説明する。
このとき、それぞれの周波数帯域のレーダでの計測される周波数軸上信号X60及びX76は、次の[数4]式及び[数5]式で示される。この[数4]式及び[数5]式は、[数1]式を行列式の形式で示したものであり、2つの目標の距離R0,R1が存在している例を示す。この2つの目標の距離R0,R1が、最終的に求めたい値である。
In the following explanation, for the sake of simplicity, it is assumed that there is no difference in frequency between and within the band in the target reflected power, the number of separated frequencies is 2 (here, 2 in the 60 Ghz band and the 76 Ghz band), and the target number is set. It will be described as 2.
At this time, the frequency axis signals X 60 and X 76 measured by the radar in each frequency band are represented by the following equations [Equation 4] and [Equation 5]. The [Equation 4] and [Equation 5] equations show the [Equation 1] equation in the form of a determinant, and show an example in which the distances R 0 and R 1 of two targets exist. The distances R 0 and R 1 of these two targets are the values that we want to finally obtain.
このようにして、離隔周波数帯レーダ群1において、各周波数帯域のレーダでの計測される周波数軸上信号X60,X76が、ノンコヒーレント距離推定処理部2に供給される。
In this way, in the separated frequency
ノンコヒーレント距離推定処理部2は、図1に示すように、各帯域での評価値(ここでは評価値を尤度とする)を算出する尤度算出部21と、尤度算出部21で得た各帯域の尤度の和が最大となる最大尤度(最適評価値)を探索する最大尤度探索部22とを有する。なお、尤度算出部21が評価値として尤度を算出し、最大尤度探索部22が最適評価値として最大尤度を探索するのは一例であり、その他の評価値及び最適評価値を算出するようにしてもよい。すなわち、最尤推定における尤度を探索する場合の他に、最小二乗法における二乗誤差を評価値として最適評価値を探索する場合、MAP推定における事後確率を評価値として最適評価値を探索する場合、モーメント法におけるモーメントの一致性を評価値として最適評価値を探索する場合などがある。
As shown in FIG. 1, the non-coherent distance
ノンコヒーレント距離推定処理部2の尤度算出部21は、[数4]式及び[数5]式で示される周波数軸上信号X60,X76を入力としたとき、次の[数6]式及び[数7]式に示す演算を行い、それぞれの帯域での尤度を算出する。これら[数6]式及び[数7]式に示すAは、[数8]式に示す。[数6]式及び[数7]式において、Hは複素共役転置、traceは行列の対角項の和を示す。
When the frequency axis signals X 60 and X 76 represented by the equations [Equation 4] and [Equation 5] are input to the
そして、最大尤度探索部22が、帯域ごとの周波数軸上信号X60,X76と各関数m,n,sとの尤度が最大となる最大尤度を探索する。例えば、2つの周波数軸上信号X60,X76の尤度の和を、次の[数9]式に示すように求める。[数9]式において、arg maxは、評価関数の値(ここでは尤度の値)を最大とする引数を返す関数である。
Then, the maximum
そして、最大尤度探索部22は、尤度の和が最大となる距離R0,R1を、準ニュートン法,レーベンバーグ・マーカート法などの非線形探索で求め、その探索結果を最大尤度探索部22での探索結果として、2つの目標の距離R0,R1を得る。なお、[数9]式は尤度の和が最大となる距離を求めるようにしたが、これは一例であり、例えば算術平均値、調和平均値の最大探索、算術平均値の逆数、調和平均値の逆数の最小探索などに置き換えることも可能である。
ノンコヒーレント距離推定処理部2は、得られた2つの目標の距離R0,R1を出力する。
Then, the maximum
The non-coherent distance
ノンコヒーレント距離推定処理部2が出力する距離R0,R1の情報は、位相差推定処理部3に供給する。
位相差推定処理部3は、ノンコヒーレント距離推定処理部2の出力である距離R0,R1を入力として、距離R0の目標に対応する以下の複素振幅
及び、距離R1の目標に対応する以下の複素振幅
を、最小二乗法等によりそれぞれ推定する。
The information of the distances R 0 and R 1 output by the non-coherent distance
The phase difference
And the following complex amplitudes corresponding to the goal of distance R 1
Are estimated by the least squares method or the like.
ここで、距離R0,R1に対応する各スナップショットの目標の離隔周波数帯間の振幅位相差α0,s,α1,sは、次の[数10]式に示すように求める。 Here, the amplitude phase difference α 0, s , α 1, s between the target separation frequency bands of each snapshot corresponding to the distances R 0 and R 1 is obtained as shown in the following equation [Equation 10].
このようにして、位相差推定処理部3は、距離R0,R1に対応する目標の離隔周波数帯間の振幅位相差α0,s,α1,sを得、得られた振幅位相差α0,s,α1,sを、コヒーレント距離推定処理部4に供給する。
In this way, the phase difference
コヒーレント距離推定処理部4は、位相差推定処理部3で得た振幅位相差α0,s,α1,sを初期位相として、最大尤度探索処理を行い、その最大尤度探索処理結果から、距離R0,R1の推定を行う。ここで、最大尤度探索処理は、予め設定された回数だけ繰り返し実行する。また、予め設定された回数だけ繰り返し最大尤度探索処理を行った後、さらに予め設定されたグローバル試行回数だけ、位相差推定処理部3での位相差推定から繰り返して、最大尤度探索処理を実行する。
The coherent distance
図2のフローチャートは、位相差推定処理部3での位相差推定と、コヒーレント距離推定処理部4での最大尤度探索処理の流れを示す。なお、図1に示す離隔周波数合成レーダ装置10aは、位相差推定処理部3及びコヒーレント距離推定処理部4での処理動作を統括する制御部(不図示)を備え、この制御部による制御下で、図2のフローチャートに示す手順で、位相差推定処理部3での位相差推定と、コヒーレント距離推定処理部4での最大尤度探索処理が行われる。
まず、位相差推定処理部3は、距離R0,R1から位相差を推定処理する(ステップS11)。ここでの位相差推定処理は、上述した[数10]式に示す演算で実行される。
The flowchart of FIG. 2 shows the flow of the phase difference estimation in the phase difference
First, the phase difference
位相差推定処理部3で得た離隔周波数間の位相差φαは、コヒーレント距離推定処理部4に初期位相として設定する(ステップS12)。そして、コヒーレント距離推定処理部4は、格納された位相差φαと、その位相差φαの推定に使用した距離R0,R1とから、最大尤度の探索処理を行う(ステップS13)。
ここでは、コヒーレント距離推定処理部4が、[数4]式に示す周波数軸上信号X60と、[数5]式に示す周波数軸上信号X76を縦に結合したXを入力とする、[数11]式及び[数12]式に示す演算を行う。
The phase difference φ α between the separation frequencies obtained by the phase difference
Here, the coherent distance
を用いることも可能であり。これにより、より高分解能化が期待される。 It is also possible to use. As a result, higher resolution is expected.
コヒーレント距離推定処理部4は、この周波数軸上信号X60,X76を入力として、尤度が最大となる距離R0,R1を、準ニュートン法やレーベンバーグ・マーカート法などで非線形探索を行い、距離R0,R1の推定値を得る(ステップS13)。ここで、コヒーレント距離推定処理部4は、得られた尤度値と推定した距離R0,R1を一旦記憶し(ステップS14)、ステップS13での推定値を得る試行を予め決められたローカル設定回数だけ実行したか否かを判断する(ステップS15)。
ステップS15で、試行回数がローカル設定回数未満であると判断したとき(ステップS15のNO)、コヒーレント距離推定処理部4は、ステップS13に戻り、探索初期値である距離R0,R1に対して乱数値を付与して探索初期値を更新し、再度、尤度が最大となる距離R0,R1の非線形探索を行う。
The coherent distance
When it is determined in step S15 that the number of trials is less than the number of local settings (NO in step S15), the coherent distance
また、ステップS15で、試行回数がローカル設定回数になったと判断したとき(ステップS15のYES)、コヒーレント距離推定処理部4は、ステップS14で格納した結果の中から最大尤度となる距離R0,R1を取り出して、最大尤度判定結果として記憶する(ステップS16)。
Further, when it is determined in step S15 that the number of trials has reached the locally set number (YES in step S15), the coherent distance
その後、コヒーレント距離推定処理部4は、ステップS16で最大尤度となる距離R0,R1を取り出す試行を予め決められたグローバル設定回数だけ実行したか否かを判断する(ステップS17)。
ステップS17で、試行回数がグローバル設定回数未満であると判断したとき(ステップS17のNO)、コヒーレント距離推定処理部4は、ステップS16で格納した最大尤度判定結果の推定距離R0,R1を位相差推定処理部3に供給し、その最大尤度判定結果の推定距離R0,R1を使ったステップS11での位相差推定から、再度処理を実行させる。
After that, the coherent distance
When it is determined in step S17 that the number of trials is less than the number of global settings (NO in step S17), the coherent distance
また、ステップS17で、試行回数がグローバル設定回数になったと判断したとき(ステップS17のYES)、コヒーレント距離推定処理部4は、ステップS16で格納した結果の中から最大尤度となる距離R0,R1を取り出し、取り出した最大尤度となる距離R0,R1を、コヒーレント距離推定処理部4での推定結果として出力する(ステップS18)。
Further, when it is determined in step S17 that the number of trials has reached the global set number (YES in step S17), the coherent distance
図3及び図4は、本実施の形態例による位相差推定が行われる概要を説明する図である。
位相差推定処理部3で位相差推定を行い、その結果を使ってコヒーレント距離推定処理部4で距離推定を行うことで、2つの帯域を繋げることができ、それぞれの帯域で求めた距離の平均を単純に求めるよりも高い距離分解能や精度が得られるようになる。
すなわち、例えば図3Aに示すように、第1周波数帯Band1の受信信号と、第2周波数帯Band2の受信信号とが離れた周波数で存在し、その2つの周波数帯Band1,Band2の受信信号の位相があっていない場合には、図3Bに示すように、第1周波数帯Band1と第2周波数帯Band2とを破線で示すようにそのまま接続しても、2つの受信信号の位相が一致せず、破線で示す2つの帯域の間の情報を距離推定に使用することができない。
3 and 4 are diagrams illustrating an outline of phase difference estimation according to the embodiment of the present embodiment.
Two bands can be connected by performing phase difference estimation in the phase difference
That is, for example, as shown in FIG. 3A, the received signal of the first
一方、位相差推定処理部3で2つの帯域の位相差αを推定することで、2つの周波数帯Band1,Band2の信号の位相のずれが補償され、図4Aに示すように、第1周波数帯Band1の受信信号と、第2周波数帯Band2の受信信号とが離れた周波数で存在した場合でも、その2つの周波数帯Band1,Band2の受信信号は、図4Bに破線で示すように位相がほぼ一致して接続されるようになる。したがって、破線で示す2つの帯域の間の情報が、距離推定に使用できるようになり、高い距離分解能や精度が得られるようになる。
On the other hand, by estimating the phase difference α of the two bands by the phase difference
図5は、位相差推定処理部3及びコヒーレント距離推定処理部4で距離推定の処理を繰り返し実行することで、推定距離R0,R1の検出精度が上がる状態の概要を示す。
図5A,B,Cは、いずれも縦軸が尤度値、横軸が推定距離を示す。
このノンコヒーレント距離推定処理部2でそれぞれの帯域毎に距離を算出した場合には、図5Aに示す状態で尤度値が検出され、その尤度値が最も高い点の距離が定まる。但し、ノンコヒーレント距離推定処理部2でそれぞれの帯域毎に距離を推定した場合、推定距離の精度が低い状態である。ここでの推定距離の精度が低い状態とは、図5Aに示すように、推定距離のピーク(尤度値が最も高い点)が明確でない状態である。
FIG. 5 shows an outline of a state in which the detection accuracy of the estimated distances R 0 and R 1 is improved by repeatedly executing the distance estimation process in the phase difference
In FIGS. 5A, B, and C, the vertical axis represents the likelihood value and the horizontal axis represents the estimated distance.
When the non-coherent distance
一方、図5B及び図5Cは、位相差推定処理部3及びコヒーレント距離推定処理部4で距離推定を行った場合の例である。図5Bは、複素振幅係数の推定精度が悪い場合であり、図2のフローチャートでの試行回数が少ない状態(すなわち、ステップS17でグローバル設定回数が設定回数未満と判断される状態)に相当する。
図5Bに示すように、複素振幅係数の推定精度が悪い場合には、推定距離と尤度値とが一定の関係にはならず、尤度値が変動を繰り返してしまう。この状態では、尤度値が高い状態が探索されたとしても、最大の尤度値とは異なる状態が探索される可能性がある。すなわち、図5Bに示すように波打って変動を繰り返す波形内の、特定の1つの波のピーク位置が最大尤度として探索されて、本来の最大の尤度値とは異なる位置が探索されてしまう可能性がある。
On the other hand, FIGS. 5B and 5C are examples in which the distance estimation is performed by the phase difference
As shown in FIG. 5B, when the estimation accuracy of the complex amplitude coefficient is poor, the estimated distance and the likelihood value do not have a constant relationship, and the likelihood value fluctuates repeatedly. In this state, even if a state having a high likelihood value is searched, a state different from the maximum likelihood value may be searched. That is, as shown in FIG. 5B, the peak position of a specific wave in the waveform that undulates and repeats fluctuations is searched for as the maximum likelihood value, and a position different from the original maximum likelihood value is searched for. There is a possibility that it will end up.
ここで。本実施の形態例では、位相差推定処理部3及びコヒーレント距離推定処理部4で、図2のフローチャートで説明したように、最大の尤度の探索処理として、ローカル設定回数の繰り返し及びグローバル設定回数の繰り返しを行うことで、徐々に真の最大の尤度値に近い値が探索されるようになる。
図5Cは、最大の尤度の探索をグローバル設定回数繰り返したときの尤度値と推定距離との関係の例を示す。
この図5Cに示す状態は、複素振幅係数の推定精度が良い状態であり、図5Bに示すような尤度値の波打った変動がなく、最大の尤度値での推定距離を選ぶことで、最適な推定距離が得られるようになる。
here. In the present embodiment, as described in the flowchart of FIG. 2, the phase difference
FIG. 5C shows an example of the relationship between the likelihood value and the estimated distance when the search for the maximum likelihood is repeated a global set number of times.
The state shown in FIG. 5C is a state in which the estimation accuracy of the complex amplitude coefficient is good, there is no wavy fluctuation of the likelihood value as shown in FIG. 5B, and the estimated distance with the maximum likelihood value is selected. , The optimum estimated distance can be obtained.
具体的には、各周波数帯域の信号の平均化を行うノンコヒーレント距離推定処理部2では、測距精度は、サンプル数を2倍としたとき1/√2で示される。これに対して、位相差推定処理部3及びコヒーレント距離推定処理部4で距離推定を行った場合には、ベクトル長が2倍となり測距精度は1/2√2が見込まれ、個別周波数帯の処理結果の平均処理では得られないような、高精度かつ高分解能な測距性能を達成することができる。
高精度かつ高分解能な測距性能が得られるということは、例えば本実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置を自動車などの移動体に搭載して、その移動体の周囲の近接した位置に2つの目標(車、人、自転車など)が存在するとき、その2つの目標を正確に分離してそれぞれの位置を推定できることになる。
例えば、図15に示すように、車両100の前方に近接して二人の人物(目標)P1,P2がいる状況のとき、従来のレーダ装置での距離を推定するための信号S1(図15の左下)では、2つの目標P1,P2が合成されたピークが検出されて、それぞれの目標P1,P2の距離を分離して検出することは困難であった。これに対して、本実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10aを車両100に搭載した場合に得られる信号S2(図15の右下)では、近接した2つの目標P1,P2のピークが個別に検出され、それぞれの目標P1,P2の距離を正確に推定できるようになる。
Specifically, in the non-coherent distance
The fact that high-precision and high-resolution ranging performance can be obtained means that, for example, the separation frequency synthesis radar device of the present embodiment is mounted on a moving body such as an automobile, and the distance measuring performance is located close to the moving body. When there are two targets (car, person, bicycle, etc.), the two targets can be accurately separated and their positions can be estimated.
For example, as shown in FIG. 15, when two people (targets) P1 and P2 are in close proximity to the front of the
<第2の実施の形態例>
次に、本発明の第2の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置を、図6を参照して説明する。
図6は、第2の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10bの構成を示す。
離隔周波数合成レーダ装置10bは、離隔周波数帯レーダ群1と、位相差推定処理部3と、コヒーレント距離推定処理部4とを備える。すなわち、第1の実施の形態例で説明した離隔周波数合成レーダ装置10a(図1)では、ノンコヒーレント距離推定処理部2を備えて、それぞれの周波数帯ごとに距離推定を行った後、位相差推定処理部3での位相差推定及びコヒーレント距離推定処理部4でのコヒーレント距離推定処理を行うようにした。
<Example of the second embodiment>
Next, the separation frequency synthesis radar device of the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 shows the configuration of the separation frequency
The separation frequency
これに対して、図6に示す離隔周波数合成レーダ装置10bでは、離隔周波数帯レーダ群1で得た各帯域fcmの搬送波周波数、帯域内周波数fnを、位相差推定処理部3に供給して、位相差αの推定処理を行う。例えば、第1の実施の形態例と同様に、位相差推定処理部3は、距離R0,R1に対応する目標の離隔周波数帯間の振幅位相差α0,α1を得る。そして、得られた振幅位相差α0,α1を、コヒーレント距離推定処理部4に供給する。この位相差推定処理部3での位相差推定処理と、コヒーレント距離推定処理部4での距離推定処理は、図2のフローチャートで説明したように、最大の尤度の探索時に、ローカル設定回数の繰り返し及びグローバル設定回数の繰り返しを行うようにする。
On the other hand, in the separation frequency
この図6に示す構成の離隔周波数合成レーダ装置10bによっても、第1の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10aと同様に、高精度かつ高分解能な測距性能を達成できる。
The separation frequency
<第3の実施の形態例>
次に、本発明の第3の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置を、図7及び図8を参照して説明する。
図7は、第3の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10cの構成を示す。
離隔周波数合成レーダ装置10cは、離隔周波数帯レーダ群1と、ノンコヒーレント距離推定処理部2と、推定対象選択距離推定部5と、位相差推定処理部3と、コヒーレント距離推定処理部4とを備える。
<Example of the third embodiment>
Next, the separation frequency synthesis radar device of the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
FIG. 7 shows the configuration of the separation frequency synthesis radar device 10c of the third embodiment.
The separation frequency synthesis radar device 10c includes a separation frequency
離隔周波数帯レーダ群1及びノンコヒーレント距離推定処理部2は、第1の実施の形態例(図1)で説明した離隔周波数帯レーダ群1及びノンコヒーレント距離推定処理部2と同じである。また、位相差推定処理部3と、コヒーレント距離推定処理部4についても、第1の実施の形態例で説明した位相差推定処理部3及びコヒーレント距離推定処理部4と同じである。
The separation frequency
そして、離隔周波数合成レーダ装置10cは、ノンコヒーレント距離推定処理部2で得た目標の距離の情報を、推定対象選択距離推定部5に供給する。推定対象選択距離推定部5は、射影行列を使って、対象となる目標以外の情報を除く処理を行った上で、距離を推定する処理を行う。例えば2つの目標距離R0,R1が存在するとき、目標距離R0を推定する際には、目標距離R1についての情報を除去(抑圧)して推定し、目標距離R1を推定する際には、目標距離R0についての情報を除去(抑圧)して推定することを行うものである。推定対象選択距離推定部5が行う処理の詳細については後述する(図8)。
Then, the separation frequency synthesis radar device 10c supplies the information of the target distance obtained by the non-coherent distance
そして、推定対象選択距離推定部5で不要成分が抑圧された目標の距離の情報を、位相差推定処理部3に供給する。その他の構成については、第1の実施の形態例に示した離隔周波数合成レーダ装置10aと同様に構成する。
Then, the information of the target distance in which the unnecessary component is suppressed by the estimation target selection
図8のフローチャートは、推定対象選択距離推定部5で行う処理の流れを示す。
推定対象選択距離推定部5は、まずノンコヒーレント距離推定処理部2で得た目標の距離R0,R1に対して、微少な値を付加して初期値をランダムにシフトした値とする(ステップS21)。
ここで付加する微少な値としては、例えば距離の探索範囲に対して1/100程度の値とする。
そして、推定対象選択距離推定部5は、初期値の更新処理を行う(ステップS22)。試行回数1回目ではステップS21で付与した初期値を、そのままステップS22での更新値として使用する。
The flowchart of FIG. 8 shows the flow of processing performed by the estimation target selection
The estimation target selection
The minute value added here is, for example, a value of about 1/100 with respect to the search range of the distance.
Then, the estimation target selection
その後、更新された目標距離(後述するステップS27で更新された目標距離)を、減算対象目標距離として更新する(ステップS23)。試行回数1回目ではステップS21で付与した初期値を、そのままステップS23での減算対象目標距離として使用する。
次に、推定対象選択距離推定部5は、減算目標の振幅推定処理を行う(ステップS24)。ここでは、目標推定距離
が入力される。そして、減算対象目標距離
に対応する複素振幅am,kをフーリエ変換等により求める。
離隔周波数帯レーダ群1で得られる2つの周波数軸上信号X60及びX76での複素振幅am,kを、[数13]式及び[数14]式に示す。
After that, the updated target distance (target distance updated in step S27 described later) is updated as the subtraction target target distance (step S23). In the first trial, the initial value given in step S21 is used as it is as the target distance to be subtracted in step S23.
Next, the estimation target selection
Is entered. And the target distance to be subtracted
The complex amplitudes a m and k corresponding to are obtained by Fourier transform or the like.
The complex amplitudes am and k of the two frequency axis signals X 60 and X 76 obtained by the separated frequency
ここで、a(R)は、次式で定義される。 Here, a (R) is defined by the following equation.
次に、推定対象選択距離推定部5は、減算対象目標(例えば目標距離R0,R1)に対応する各周波数帯における減算波形を生成する(ステップS25)。各周波数帯における減算目標波形は、次の[数16]式及び[数17]式で示される。
Next, the estimation target selection
そして、推定対象選択距離推定部5は、元信号(それぞれの周波数帯域のレーダで計測される周波数軸上信号(X60,X76))から、減算波形を減算する減算処理を行い(ステップS26)、次の[数18]式及び[数19]式に示すように減算された信号に更新する。
Then, the estimation target selection
減算された信号を得た後、推定対象選択距離推定部5は、各帯域でのステアリングベクトルをB60_1,B76_1として、準ニュートン法やレーベンバーグ・マーカート法等を用いて、目標距離(^)Rjを推定し、推定結果で目標距離を更新する(ステップS27)。なお、本明細書において、(^)は、その後の記号の上に^が付与されることを意味する。イメージデータとして記載した数式では、^を本来の位置に記載する。
以下の[数20]式~[数25]式は、目標距離の推定処理を示し、[数25]式に示す評価式の最大探索より目標距離を推定する。
After obtaining the subtracted signal, the estimation target selection
The following equations [Equation 20] to [Equation 25] show the estimation process of the target distance, and the target distance is estimated from the maximum search of the evaluation equation shown in the equation [Equation 25].
なお,[数20]式から[数21]式は、特に目標間距離が近接しているとき、上記に対して、
を用いることで距離推定精度の向上が期待される。
It should be noted that the equations [Equation 20] to [Equation 21] are different from the above when the distances between the targets are particularly close.
Is expected to improve the distance estimation accuracy.
また、減算目標数が既知の場合は,[数16]式および[数17]式における減算波形の複素振幅a0,k,a1,kは、は以下の式により求められる。
When the number of subtraction targets is known, the complex amplitudes a 0, k , a 1, k of the subtraction waveforms in the [Equation 16] and [Equation 17] equations are obtained by the following equations.
上式を用いた場合、[数20]式および[数21]式のB60_1およびB76_1
はそれぞれ、B60_1=B76_1=a(R)となる。上記により同様に距離推定精度の向上が期待される。
When the above equation is used, B60_1 and B76_1 of the equations [Equation 20] and [Equation 21]
Is B60_1 = B76_1 = a (R), respectively. The above is also expected to improve the distance estimation accuracy.
次に、推定対象選択距離推定部5は、ステップS27での目標距離の推定及び更新が行われた試行回数tr1が、予め設定された試行回数であるか、あるいは試行回数未満かを判断する(ステップS28)。ここで、試行回数が設定された試行回数未満であるとき(ステップS28のNO)、推定対象選択距離推定部5は、ステップS23の処理に戻り、ステップS27で得た目標距離の推定値で減算目標距離を更新させる。
Next, the estimation target selection
また、ステップS28で、試行回数tr1が予め設定された試行回数に到達したとき(ステップS28のYES)、推定対象選択距離推定部5は、ステップS22での初期値を更新した試行回数tr2が、予め設定された試行回数であるか、あるいは試行回数未満かを判断する(ステップS29)。ここで、試行回数が設定された試行回数未満であるとき(ステップS29のNO)、推定対象選択距離推定部5は、ステップS22の初期値の更新処理に戻り、試行回数ごとに初期値の更新処理として得た目標距離を得る。
Further, when the number of trials tr1 reaches the preset number of trials in step S28 (YES in step S28), the estimation target selection
また、ステップS29で、試行回数tr2が予め設定された試行回数に到達したとき(ステップS29のYES)、推定対象選択距離推定部5は、ステップS21で初期値を生成した試行回数tr3が予め設定された試行回数であるか、あるいは試行回数未満かを判断する(ステップS30)。ここで、初期値を生成した試行回数が設定された試行回数未満であるとき(ステップS30のNO)、推定対象選択距離推定部5は、ステップS21の初期値の生成処理に戻り、初期値の生成処理から繰り返す。
Further, when the number of trials tr2 reaches the preset number of trials in step S29 (YES in step S29), the estimation target selection
また、ステップS30で、試行回数tr3が予め設定された試行回数に到達したとき(ステップS20のYES)、推定対象選択距離推定部5は、ステップS27で格納した目標距離の組を使って、目標距離を決定する(ステップS31)。ここでは、例えば入力される目標距離の組の中央値もしくは最頻値により、目標距離(^)Rjを決定する。
推定対象選択距離推定部5は、このようにして決定した目標距離を、位相差推定処理部3に出力する。
Further, when the number of trials tr3 reaches the preset number of trials in step S30 (YES in step S20), the estimation target selection
The estimation target selection
この推定対象選択距離推定部5を備えることで、離隔周波数帯レーダ群1の出力に多数の目標の信号が含まれる場合であっても、ターゲットとなる目標の信号を取り出して、位相差推定処理部3での位相差推定及びコヒーレント距離推定処理部4で距離推定を行うことができ、高精度かつ高分解能な測距性能を達成できる。
By providing the estimation target selection
<第4の実施の形態例>
次に、本発明の第4の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置を、図9を参照して説明する。
図9は、第4の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10dの構成を示す。
離隔周波数合成レーダ装置10dは、離隔周波数帯レーダ群1と、ノンコヒーレント距離推定処理部2と、推定対象選択距離推定部5と、位相差推定処理部3′と、推定対象選択距離推定部5′とを備える。
ノンコヒーレント距離推定処理部2、及び推定対象選択距離推定部5での処理については、第3の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10cと同じである。
<Example of the fourth embodiment>
Next, the separation frequency synthesis radar device of the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 9 shows the configuration of the separation frequency synthesis radar device 10d of the fourth embodiment.
The separation frequency synthesis radar device 10d includes a separation frequency
The processing by the non-coherent distance
そして、本実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10dでは、推定対象選択距離推定部5で得た推定距離から、位相差推定処理部3′が位相差を推定し、位相差推定処理部3′が推定した位相差を使って、推定対象選択距離推定部5′が距離を推定する際に、推定対象選択距離推定部5と同様に対象となる目標以外の情報を減算しながら、それぞれの目標の距離を推定する処理を行う。
Then, in the separation frequency synthesis radar device 10d of the present embodiment, the phase difference estimation processing unit 3'estimates the phase difference from the estimated distance obtained by the estimation target selection
図10のフローチャートは、位相差推定処理部3′及び推定対象選択距離推定部5′で行う処理の流れを示す。
まず、位相差推定処理部3′は、位相差を推定する(ステップS41)。
ここでは、位相差推定処理部3′は、距離R0,R1を入力として、距離R0,R1の目標に対する複素振幅
及び
を、最小二乗法(一般化逆行列)等にてそれぞれ推定する。この複素振幅において、Sはスナップショット数、sはスナップショット番号である。
ここで、α60′<S>及びα76′<S>は、次の[数26]式及び[数27]で定義される。[数26]式及び[数27]に示すAは、[数8]式に示すAである。
The flowchart of FIG. 10 shows the flow of processing performed by the phase difference estimation processing unit 3'and the estimation target selection distance estimation unit 5'.
First, the phase difference estimation processing unit 3'estimates the phase difference (step S41).
Here, the phase difference estimation processing unit 3'takes the distances R 0 and R 1 as inputs, and the complex amplitude with respect to the target of the distances R 0 and R 1 .
as well as
Are estimated by the least squares method (generalized inverse matrix) or the like. In this complex amplitude, S is the number of snapshots and s is the snapshot number.
Here, α60 ′ <S> and α76 ′ <S> are defined by the following [Equation 26] equation and [Equation 27]. The A shown in the [Equation 26] and [Equation 27] is the A shown in the [Equation 8].
このとき、距離R0,R1に対する目標の離隔周波数帯域間の振幅位相差α0,α1は、次の[数28]式で表される。 At this time, the amplitude phase difference α 0 and α 1 between the target separation frequency bands with respect to the distances R 0 and R 1 are expressed by the following equation [Equation 28].
なお、ステップS41での位相差推定処理時において、入力距離R0,R1に値が入っていないループの1回目では、位相差を1などの値に初期化する。
位相差推定処理部3′は、このように算出される振幅位相差α0,α1と、複素振幅α60′,α76′を出力とする。
この振幅位相差α0,α1と、複素振幅α60′,α76′が入力された推定対象選択距離推定部5′は、減算波形生成処理を行う(ステップS42)。ここでは、[数29]式及び[数30]式に示す減算目標波形を周波数帯ごとに生成する。
In the phase difference estimation process in step S41, the phase difference is initialized to a value such as 1 in the first loop in which the input distances R 0 and R 1 are not entered.
The phase difference
The estimation target selection
そして、推定対象選択距離推定部5′は、減算処理を行う(ステップS43)。ここでは、次の[数31]式及び[数32]式に示すように、元信号(それぞれの周波数帯域のレーダで計測される周波数軸上信号(X60,X76))から減算波形を減算する。 Then, the estimation target selection distance estimation unit 5'performs the subtraction process (step S43). Here, as shown in the following equations [Equation 31] and [Equation 32], the subtraction waveform is subtracted from the original signal (frequency axis signal (X 60 , X 76 ) measured by the radar of each frequency band). Subtract.
さらに、推定対象選択距離推定部5′は、目標距離推定・更新処理を行う(ステップS44)。ここでは、ステップS43で得た[数31]式に示す周波数軸上信号(^)X60と、[数32]式に示す周波数軸上信号(^)X76を縦に結合した(^)Xを入力とする。
このとき、ステアリングベクトルをB60_1,B76_1を縦に結合したBをステアリングベクトルとして、準ニュートン法やレーベンバーグ・マーカット法などを用いて、以下の[33]式の評価式の最大探索より、目標距離(^)Rjを推定し、更新する。[33]式のTRは、[数34]式で示される。
Further, the estimation target selection distance estimation unit 5'performs the target distance estimation / update process (step S44). Here, the frequency axis signal (^) X 60 shown in the equation [Equation 31] obtained in step S43 and the frequency axis signal (^) X 76 shown in the equation [Equation 32] are vertically coupled (^). Enter X.
At this time, the target distance is obtained from the maximum search of the evaluation formula of the following formula [33] by using the quasi-Newton method, the Lebenberg-Marquat method, etc., with B as the steering vector obtained by vertically connecting the steering vectors B60_1 and B76_1. (^) Estimate R j and update it. The TR of the formula [33] is represented by the formula [Equation 34].
なお、特に目標間距離が近接しているとき、
としてステアリングベクトルを、各帯域のbifを縦に結合したBをステアリングベクトルとして用いることも可能であり、これにより、より高分解能化が期待される。
Especially when the distance between targets is close.
It is also possible to use the steering vector as the steering vector and B, which is a vertically connected bi if of each band, as the steering vector, which is expected to have higher resolution.
また、減算波形の複素振幅(^)a0,k,(^)a1,kは以下の式でも求められる。
上式を用いた場合、Bはaifを縦に結合したものとなる。
The complex amplitude (^) a 0, k , (^) a 1, k of the subtraction waveform can also be obtained by the following equation.
When the above equation is used, B is a vertically connected a if .
そして、推定対象選択距離推定部5′は、試行回数tr1が、設定回数に到達したか否かを判断する(ステップS45)。ここで、試行回数tr1が、設定回数未満のとき(ステップS45のNO)、ステップS42に戻り、減算対象目標距離の更新を繰り返す。また、試行回数tr1が設定回数になったとき(ステップS45のYES)、ステップS46の初期値更新の回数判定処理に移る。
ステップS46での初期値更新の回数判定処理としては、試行回数tr2が、設定回数に到達したか否かを判断する。ここで、試行回数tr2が、設定回数未満のとき(ステップS45のNO)、ステップS41に戻り、目標距離(^)Rjを格納して、位相差推定処理部3′への入力距離R0,R1にランダム値を付与して、位相差推定処理部3′での位相差推定処理を再度実行させる。
そして、ステップS46で試行回数tr2が、設定回数になったとき(ステップS46のYES)、格納した目標距離(^)RjとTRを出力する。
Then, the estimation target selection distance estimation unit 5'determines whether or not the number of trials tr1 has reached the set number of times (step S45). Here, when the number of trials tr1 is less than the set number of times (NO in step S45), the process returns to step S42, and the update of the target distance to be subtracted is repeated. Further, when the number of trials tr1 reaches the set number of times (YES in step S45), the process proceeds to the process of determining the number of times of initial value update in step S46.
In the process of determining the number of initial value updates in step S46, it is determined whether or not the number of trials tr2 has reached the set number of times. Here, when the number of trials tr2 is less than the set number (NO in step S45), the process returns to step S41, the target distance (^) R j is stored, and the input distance R 0 to the phase difference estimation processing unit 3'. , R 1 is given a random value, and the phase difference estimation processing unit 3'is executed again.
Then, when the number of trials tr2 reaches the set number of times in step S46 (YES in step S46), the stored target distance (^) R j and TR are output.
さらに、推定対象選択距離推定部5′は、ステップS46で出力される目標距離(^)RjとTRの内で、TRの最大値をとる目標距離(^)Rjを出力する(ステップS47)。このステップS47で出力される目標距離(^)Rjが、本実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10dが出力する目標距離になる。
本実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10dの場合にも、離隔周波数帯レーダ群1の出力に多数の目標の信号が含まれる場合であっても、ターゲットとなる目標の信号を取り出して距離推定を行うことができ、高精度かつ高分解能な測距性能を達成できる。
Further, the estimation target selection distance estimation unit 5'outputs the target distance (^) R j that takes the maximum value of TR among the target distance (^) R j and TR output in step S46 (step S47). ). The target distance (^) R j output in step S47 is the target distance output by the separation frequency synthesis radar device 10d of the present embodiment.
Even in the case of the separation frequency synthesis radar device 10d of the present embodiment, even if the output of the separation frequency
<第5の実施の形態例>
次に、本発明の第5の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置を、図16を参照して説明する。
図16は、第5の実施の形態例の離隔周波数合成レーダ装置10iの構成を示す。
離隔周波数合成レーダ装置10iは、離隔周波数帯レーダ群1と、位相差推定処理部3″と、推定対象選択距離推定部5″とを備える。
<Example of the fifth embodiment>
Next, the separation frequency synthesis radar device of the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 16 shows the configuration of the separation frequency
The separation frequency
図17のフローチャートは、位相差推定処理部3″および推定対象選択距離推定部5″で行う処理の流れを示す。
まず,目標数の更新により目標数が1として設定される(ステップS40)。その後、既に説明した第4の実施の形態におけるステップS41~S47までの処理(図10)を実施し、さらに、以下の式による終了判定を実施する(ステップS48)。ステップS48の終了判定では、設定値εより小さいとき終了する(ステップS48のYES)。
The flowchart of FIG. 17 shows the flow of processing performed by the phase difference
First, the target number is set as 1 by updating the target number (step S40). After that, the processes from steps S41 to S47 (FIG. 10) in the fourth embodiment already described are carried out, and further, the end determination by the following formula is carried out (step S48). In the end determination of step S48, the process ends when the value is smaller than the set value ε (YES in step S48).
ステップS48の終了判定で、設定値εより小さいという条件を満たさないときは(ステップS48のNO)、ステップS40の目標数の更新に戻り、目標数に1を加えたものが新たに設定される。
なお、図17に示すフローチャートの場合についても、ステップS41での位相差推定処理時において、入力距離R0に値が入っていないループの1回目では、(^)a0,0,(^)a1,0を1などの値に初期化する。
第5の実施の形態による離隔周波数合成レーダ装置によると、位相差推定処理部と推定対象選択距離推定部は目標数が未知でよく、目標距離の初期値を必要としない。
If the condition that the set value is smaller than the set value ε is not satisfied in the end determination of step S48 (NO in step S48), the process returns to the update of the target number in step S40, and the target number plus 1 is newly set. ..
Also in the case of the flowchart shown in FIG. 17, in the first loop in which the input distance R 0 does not have a value during the phase difference estimation process in step S41, (^) a 0,0 , (^) Initialize a 1,0 to a value such as 1.
According to the separation frequency synthesis radar device according to the fifth embodiment, the target number of the phase difference estimation processing unit and the estimation target selection distance estimation unit may be unknown, and the initial value of the target distance is not required.
<変形例>
次に、本発明の各実施の形態例の変形例について、図11~図14を参照して説明する。
図11に示す離隔周波数合成レーダ装置10eは、離隔周波数帯レーダ群1と、コヒーレント位相差・距離推定処理部6を備える。コヒーレント位相差・距離推定処理部6は、離隔周波数帯レーダ群1で得られたそれぞれの周波数帯の信号を入力として、位相差αと、目標距離R0,R1を得るための最大となる尤度を探索する処理を同時の演算で行う。
ここで、離隔周波数帯レーダ群1が2つの周波数帯域を有する場合、位相差αの初期値は、入力信号から求める。また、離隔周波数帯レーダ群1が3つ以上の周波数帯域を有する場合には、位相差αは乱数値とする。
<Modification example>
Next, a modified example of each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 to 14.
The separation frequency
Here, when the separated frequency
図12に示す離隔周波数合成レーダ装置10fは、離隔周波数帯レーダ群1と、ノンコヒーレント距離推定処理部2と、コヒーレント位相差・距離推定処理部6を備える。
この図12の例では、コヒーレント位相差・距離推定処理部6は、ノンコヒーレント距離推定処理部2でそれぞれの周波数帯ごとに個別に算出された距離から得た値を入力とする。
The separation frequency
In the example of FIG. 12, the coherent phase difference / distance
図13に示す離隔周波数合成レーダ装置10gは、離隔周波数帯レーダ群1と、位相差推定処理部3と、コヒーレント位相差・距離推定処理部6を備える。
この図13の例では、位相差推定処理部3は、離隔周波数帯レーダ群1が出力する各周波数帯の信号から、位相差を推定処理する。
The separation frequency
In the example of FIG. 13, the phase difference
図14に示す離隔周波数合成レーダ装置10hは、離隔周波数帯レーダ群1と、位相差推定処理部3と、コヒーレント距離推定処理部4を備える。
この図14の例では、位相差推定処理部3は、離隔周波数帯レーダ群1が出力する各周波数帯の信号から、位相差を推定処理し、推定処理した位相差を使って、コヒーレント距離推定処理部4が距離の推定処理を行う。位相差推定処理部3での位相差の推定と、コヒーレント距離推定処理部4での距離の推定は、第1の実施の形態例などで説明したように繰り返し実行されるものである。
The separation frequency
In the example of FIG. 14, the phase difference
なお、ここまで説明した各実施の形態例では、離隔周波数帯として2つの周波数帯で、2つの目標の距離R0,R1を算出する例とした。これらの離隔周波数帯や目標の数は一例であり、本発明はより多数の周波数帯を使用する場合や、より多数の目標の距離を算出する場合にも適用が可能である。また、数式を用いて説明した演算処理は一例を示すものであり、例示した数式とは異なる数式を用いて算出するようにしてもよい。
また、各実施の形態例では、最適評価値の1つとして尤度を算出して、その尤度が最大になる処理を行うようにしたが、尤度以外の評価値を得て、その評価値が最大となる最適評価値を得るように処理してもよい。尤度以外の評価値としては、第1の実施の形態例で説明したように、例えば、最小二乗法における二乗誤差を評価値とする場合、MAP推定における事後確率を評価値とする場合、モーメント法におけるモーメントの一致性を評価値とする場合などがある。
In each of the embodiments described so far, the distances R 0 and R 1 of the two targets are calculated in two frequency bands as the separated frequency bands. The number of these separated frequency bands and targets is an example, and the present invention can be applied to the case of using a larger number of frequency bands and the case of calculating the distance of a larger number of targets. Further, the arithmetic processing described using the mathematical formula shows an example, and the calculation may be performed using a mathematical formula different from the illustrated mathematical formula.
Further, in each embodiment, the likelihood is calculated as one of the optimum evaluation values, and the process of maximizing the likelihood is performed. However, an evaluation value other than the likelihood is obtained and the evaluation is performed. Processing may be performed so as to obtain the optimum evaluation value having the maximum value. As the evaluation value other than the likelihood, as described in the first embodiment, for example, when the square error in the least squares method is used as the evaluation value, or when the posterior probability in the MAP estimation is used as the evaluation value, the moment In some cases, the consistency of moments in the method is used as the evaluation value.
さらに、ここまで説明した各実施の形態例では、離隔周波数帯レーダ群1と、そのレーダ群1から得られる信号で距離を推定する処理部(位相差推定部3,コヒーレント距離推定処理部4など)とを一体としたレーダ装置としたが、既存の離隔周波数帯レーダ群1から得た信号を処理する装置として構成してもよい。
さらに、ここまで説明した距離推定を行う装置は、各実施の形態例で説明した処理を演算により実行するコンピュータにより構成してもよい。この場合、各実施の形態例で説明したそれぞれの処理を実行するプログラムを作成して、そのプログラムをコンピュータに実装すればよい。
Further, in each embodiment described so far, a processing unit (phase
Further, the device for performing the distance estimation described so far may be configured by a computer that executes the processing described in each embodiment by calculation. In this case, a program for executing each process described in each embodiment may be created and the program may be implemented in the computer.
また、第4および第5の実施の形態において、各帯域における複素振幅(^)aifの精度が悪い(たとえば全周波数帯域の平均値からのずれが大きい)ものは除去して平均値を用いることにより離隔周波数合成レーダ装置の処理における収束の速度の向上が期待される。S/Nが小さい周波数帯域は閾値処理により除去する。
また、第4および第5の実施の形態のステップS41~S44において、ステップS23~S27(図8)を同時に実行し、ステップS27の出力をステップS44の探索の初期値とすることも探索の計算負荷軽減のために有効である。
第4および第5の実施の形態のステップS41~S44において、スナップショットが1のときに信号が縮退することへの対策としては、複数のスナップショットの活用が考えられる。
Further, in the fourth and fifth embodiments, those having poor accuracy of the complex amplitude (^) a if in each band (for example, a large deviation from the average value of all frequency bands) are removed and the average value is used. This is expected to improve the speed of convergence in the processing of the separation frequency synthesis radar device. The frequency band with a small S / N is removed by threshold processing.
Further, in steps S41 to S44 of the fourth and fifth embodiments, steps S23 to S27 (FIG. 8) are simultaneously executed, and the output of step S27 is set as the initial value of the search in step S44. It is effective for reducing the load.
In steps S41 to S44 of the fourth and fifth embodiments, the use of a plurality of snapshots can be considered as a countermeasure against the signal degeneration when the snapshot is 1.
1…離隔周波数帯レーダ群、2…ノンコヒーレント距離推定処理部、3…位相差推定処理部、4…コヒーレント距離推定処理部、5,5′,5″…推定対象選択距離推定部、6…コヒーレント位相差・距離推定処理部、10a,10b,10c,10d,10e,10f,10g,10h,10i…離隔周波数合成レーダ装置、21…尤度算出部、22…最大尤度探索部 1 ... Separation frequency band radar group, 2 ... Non-coherent distance estimation processing unit, 3 ... Phase difference estimation processing unit, 4 ... Coherent distance estimation processing unit, 5, 5', 5 "... Estimating target selection distance estimation processing unit, 6 ... Coherent phase difference / distance estimation processing unit, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f, 10g, 10h, 10i ... Separation frequency synthesis radar device, 21 ... Probability calculation unit, 22 ... Maximum likelihood search unit
Claims (9)
前記位相差推定処理部で得た位相差を用いて得た信号から最適評価値を判定し、最適評価値から目標の距離を得るコヒーレント距離推定処理部とを備え、
前記位相差推定処理部での位相差の推定と、その推定した位相差を使った前記コヒーレント距離推定処理部での最適評価値の判定とを複数回繰り返して、最大となる最適評価値を探索して、最大となる最適評価値での推定距離を、目標の距離として出力する
離隔周波数合成レーダ装置。 A phase difference estimation processing unit that estimates the phase difference of the received signals of a plurality of separated frequency bands based on the received signals of each frequency band obtained from the separated frequency band radar group using a plurality of separated frequency bands.
It is provided with a coherent distance estimation processing unit that determines an optimum evaluation value from a signal obtained by using the phase difference obtained by the phase difference estimation processing unit and obtains a target distance from the optimum evaluation value.
The estimation of the phase difference by the phase difference estimation processing unit and the determination of the optimum evaluation value by the coherent distance estimation processing unit using the estimated phase difference are repeated a plurality of times to search for the maximum optimum evaluation value. Then, the separation frequency synthesis radar device that outputs the estimated distance at the maximum optimum evaluation value as the target distance.
前記位相差推定処理部は、前記ノンコヒーレント距離推定処理部で得た目標の距離情報から、離隔した複数の周波数帯の受信信号の位相差を推定する
請求項1に記載の離隔周波数合成レーダ装置。 From the received signal of each frequency band obtained from the separated frequency band radar group, the optimum evaluation value is calculated for each received signal of each frequency band, and the optimum evaluation value that maximizes the sum of the calculated optimum evaluation values of each frequency band is obtained. Further equipped with a non-coherent distance estimation processing unit that searches and obtains target distance information,
The separation frequency synthesis radar device according to claim 1, wherein the phase difference estimation processing unit estimates the phase difference of received signals in a plurality of separated frequency bands from the target distance information obtained by the non-coherent distance estimation processing unit. ..
前記位相差推定処理部は、前記推定対象選択距離推定部で得た目標の距離情報から、離隔した複数の周波数帯の受信信号の位相差を推定する
請求項2に記載の離隔周波数合成レーダ装置。 Further provided with an estimation target selection distance estimation unit that estimates the distance by excluding distance information other than the target from the target distance information obtained by the non-coherent distance estimation processing unit.
The separation frequency synthesis radar device according to claim 2, wherein the phase difference estimation processing unit estimates the phase difference of received signals in a plurality of separated frequency bands from the target distance information obtained by the estimation target selection distance estimation unit. ..
請求項3に記載の離隔周波数合成レーダ装置。 The separation frequency synthesis radar device according to claim 3, wherein the coherent distance estimation processing unit performs distance estimation excluding distance information other than the target.
請求項1に記載の離隔周波数合成レーダ装置。 The separation frequency synthesis radar according to claim 1, wherein the phase difference estimation processing by the phase difference estimation processing unit and the processing for searching for the maximum optimum evaluation value by the coherent distance estimation processing unit are performed by simultaneous calculation. Device.
乱数値とした
請求項5に記載の離隔周波数合成レーダ装置。 When the phase difference estimation process by the phase difference estimation processing unit and the process of searching for the maximum optimum evaluation value by the coherent distance estimation processing unit are performed at the same time, the initial value of the phase difference is set to
The separation frequency synthesis radar device according to claim 5, which is a random value.
前記位相差推定処理部は、前記離隔周波数帯レーダ群から受信信号を得るようにした
請求項1~6のいずれか1項に記載の離隔周波数合成レーダ装置。 Equipped with a group of separated frequency band radars that obtain the received signal reflected from the target in multiple separated frequency bands.
The separation frequency synthesis radar device according to any one of claims 1 to 6, wherein the phase difference estimation processing unit obtains a received signal from the separation frequency band radar group.
前記位相差推定処理で得た位相差を用いて得た信号から最適評価値を判定し、最適評価値から目標の距離を得るコヒーレント距離推定処理と、
前記位相差推定処理での位相差の推定と、その推定した位相差を使った前記コヒーレント距離推定処理での最適評価値の判定とを複数回繰り返して、最大となる最適評価値を探索して、最大となる最適評価値での推定距離を、目標の距離として出力する目標距離探索処理と、を含む
距離推定方法。 Phase difference estimation processing that estimates the phase difference of the received signals of multiple separated frequency bands based on the received signals of each frequency band obtained from the separated frequency band radar group using multiple separated frequency bands.
A coherent distance estimation process in which the optimum evaluation value is determined from a signal obtained by using the phase difference obtained in the phase difference estimation process and a target distance is obtained from the optimum evaluation value.
The estimation of the phase difference in the phase difference estimation process and the determination of the optimum evaluation value in the coherent distance estimation process using the estimated phase difference are repeated a plurality of times to search for the maximum optimum evaluation value. A distance estimation method that includes a target distance search process that outputs the estimated distance at the maximum optimum evaluation value as the target distance.
前記位相差推定処理ステップで得た位相差を用いた得た信号から最適評価値を判定し、
最適評価値から目標の距離を得るコヒーレント距離推定処理ステップと、
前記位相差推定処理ステップでの位相差の推定と、その推定した位相差を使った前記コヒーレント距離推定処理ステップでの最適評価値の判定とを複数回繰り返して、最大となる最適評価値を探索して、最大となる最適評価値での推定距離を、目標の距離として出力する目標距離探索処理ステップと、をコンピュータに実行させるプログラム。 A phase difference estimation processing step for estimating the phase difference of received signals in a plurality of separated frequency bands based on the received signals in each frequency band obtained from a group of separated frequency band radars using a plurality of separated frequency bands.
The optimum evaluation value is determined from the signal obtained by using the phase difference obtained in the phase difference estimation processing step.
A coherent distance estimation process step to obtain the target distance from the optimum evaluation value, and
The estimation of the phase difference in the phase difference estimation processing step and the determination of the optimum evaluation value in the coherent distance estimation processing step using the estimated phase difference are repeated a plurality of times to search for the maximum optimum evaluation value. Then, a program that causes a computer to execute a target distance search processing step that outputs the estimated distance at the maximum optimum evaluation value as the target distance.
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005180970A (en) | 2003-12-16 | 2005-07-07 | Fujitsu Ltd | Radar target identification system |
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JP2014016190A (en) | 2012-07-06 | 2014-01-30 | Mitsubishi Electric Corp | Radar device |
Non-Patent Citations (2)
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---|
山口 達輝 ほか,"BM法を用いた離隔周波数帯コヒーレント合成による高分解能測距手法の検討",電子情報通信学会技術研究報告,日本,2017年06月,Vol. 117, No. 107, SANE2017-19,pp. 37-41 |
渡辺 優人 ほか,"離隔周波数帯コヒーレント合成処理による高距離分解能化",電子情報通信学会2017年総合大会講演論文集 通信1 ,2017年03月,B-2-20,p.195 |
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