JP7028715B2 - Arrival direction estimation device and arrival direction estimation method - Google Patents
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Description
本発明は、電波の到来方向を推定する技術に関する。 The present invention relates to a technique for estimating the arrival direction of radio waves.
レーダ装置は、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)法等により電波(物体からの反射波)の到来方向を推定する。到来方向の推定方法は、複数のアンテナで受信された信号から到来方向(角度)を算出する方法である。アンテナの間隔によって角度算出性能が大きく変わる。また、アンテナの間隔全てが到来電波の半波長よりも広ければ、位相折り返しが発生する。 The radar device estimates the arrival direction of radio waves (reflected waves from an object) by the ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) method or the like. The method of estimating the direction of arrival is a method of calculating the direction of arrival (angle) from signals received by a plurality of antennas. The angle calculation performance changes greatly depending on the distance between the antennas. Further, if the entire distance between the antennas is wider than the half wavelength of the incoming radio wave, phase folding occurs.
角度スペクトラムのメインローブの半値幅MWを細くして角度分離性能を高くするには、一般的に両端アンテナの間隔L1を長くすることで対処することができる。 In order to reduce the half width MW of the main lobe of the angle spectrum and improve the angle separation performance, it can generally be dealt with by increasing the distance L1 between the antennas at both ends.
例えば図10(a)に示す一次元配置アンテナ群を用いた場合には図10(b)に示す角度算出結果(角度スペクトラム)が得られるのに対して、図11(a)に示す一次元配置アンテナ群を用いた場合には図11(b)に示す角度算出結果(角度スペクトラム)が得られる。図10(b)に示す角度算出結果及び図11(b)に示す角度算出結果はともに0degから到来する電波の角度算出結果である。 For example, when the one-dimensional antenna group shown in FIG. 10 (a) is used, the angle calculation result (angle spectrum) shown in FIG. 10 (b) can be obtained, whereas the one-dimensional antenna shown in FIG. 11 (a) can be obtained. When the arranged antenna group is used, the angle calculation result (angle spectrum) shown in FIG. 11B can be obtained. The angle calculation result shown in FIG. 10B and the angle calculation result shown in FIG. 11B are both the angle calculation result of the radio wave arriving from 0deg.
図10(a)に示す一次元配置アンテナ群及び図11(a)に示す一次元配置アンテナ群はともにアンテナの間隔が等間隔L0である。図11(a)に示す一次元配置アンテナ群は、図10(a)に示す一次元配置アンテナ群よりもアンテナ数が多いため両端アンテナの間隔L1が長くなっている。そのため、図11(b)に示す角度算出結果は、図10(b)に示す角度算出結果よりもメインローブの半値幅MWが細くなっている。 In both the one-dimensionally arranged antenna group shown in FIG. 10A and the one-dimensionally arranged antenna group shown in FIG. 11A, the antenna spacing is equal to L0. Since the one-dimensionally arranged antenna group shown in FIG. 11A has a larger number of antennas than the one-dimensionally arranged antenna group shown in FIG. 10A, the distance L1 between the antennas at both ends is longer. Therefore, the angle calculation result shown in FIG. 11B has a narrower half-value width MW of the main lobe than the angle calculation result shown in FIG. 10B.
しかしながら、両端アンテナの間隔L1を長くするためにアンテナ数を増やすとコストアップにつながる。この傾向は、2軸での角度推定が可能となる二次元配置アンテナ群(例えば特許文献1参照)、3軸での角度推定が可能となる三次元配置アンテナ群においてより顕著になる。 However, increasing the number of antennas in order to lengthen the distance L1 between the antennas at both ends leads to an increase in cost. This tendency becomes more remarkable in the two-dimensionally arranged antenna group (see, for example, Patent Document 1) in which the angle can be estimated in two axes, and in the three-dimensionally arranged antenna group in which the angle can be estimated in three axes.
位相折り返しが発生しないようにしつつ、アンテナ数の増大をできるだけ抑えて両端アンテナの間隔L1を長くするためには、図12(a)に示す一次元配置アンテナ群のようにアンテナの間隔を不等間隔(間隔L0≠間隔L0’≠間隔L0”)にすればよい。 In order to suppress the increase in the number of antennas as much as possible and lengthen the distance L1 between the antennas at both ends while preventing phase wrapping, the distance between the antennas is unequal as in the one-dimensional arrangement antenna group shown in FIG. 12 (a). The interval (interval L0 ≠ interval L0'≠ interval L0 ") may be set.
ところが、図12(a)に示す一次元配置アンテナ群を用いた場合に得られる図12(b)に示す角度算出結果では、図11(b)に示す角度算出結果に比べてサイドローブSHの高さが高くなり、ゴースト検出の原因となってしまうという問題がある。 However, in the angle calculation result shown in FIG. 12 (b) obtained when the one-dimensionally arranged antenna group shown in FIG. 12 (a) is used, the side lobe SH is higher than the angle calculation result shown in FIG. 11 (b). There is a problem that the height becomes high and it causes ghost detection.
本発明は、上記課題に鑑みて、少ないアンテナ数の二次元配置アンテナ群又は三次元配置アンテナ群で角度分離性能を向上しつつ、角度算出結果のサイドローブを抑圧できる到来方向推定技術を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides an arrival direction estimation technique capable of suppressing the side lobe of the angle calculation result while improving the angle separation performance with a two-dimensionally arranged antenna group or a three-dimensionally arranged antenna group having a small number of antennas. The purpose is.
本発明に係る到来方向推定装置は、実在する受信アンテナと実在しない仮想受信アンテナとが二次元配置されたアンテナ群によって受信された受信信号に基づく前記受信アンテナ毎の信号を取得する取得部と、前記取得部によって取得された前記受信アンテナ毎の信号に基づく相関行列を生成する生成部と、前記相関行列に第1の補間処理を施して第1の拡張相関行列を生成する第1の補間部と、前記第1の拡張相関行列に第2の補間処理を施して第2の拡張相関行列を生成する第2の補間部と、前記第2の拡張相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する推定部と、を備え、前記アンテナ群の第1の軸方向に沿って隣接するアンテナは一定の間隔で配置され、前記アンテナ群の第2の軸方向に沿って隣接するアンテナは前記一定の間隔で配置され、前記第1の軸方向と前記第2の軸方向とは互いに異なる方向であり、前記第1の補間処理は、前記第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数×前記第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数で構成されるブロック行列を1単位とし、前記相関行列を複数の前記ブロック行列に区分する区分処理と、前記仮想受信アンテナに関連しない行列要素を含む前記ブロック行列において、前記仮想受信アンテナに関連する行列要素をアンテナ間隔の等しい前記仮想受信アンテナに関連しない行列要素で補間する行列要素補間処理と、を有し、前記第2の補間処理は、前記第1の拡張相関行列において、前記ブロック行列を行列要素とみなして前記行列要素補間処理と同様の補間を行うブロック行列補間処理を有する構成(第1の構成)である。 The arrival direction estimation device according to the present invention includes an acquisition unit that acquires a signal for each reception antenna based on a reception signal received by an antenna group in which an existing reception antenna and a non-existent virtual reception antenna are two-dimensionally arranged. A generation unit that generates a correlation matrix based on the signal for each receiving antenna acquired by the acquisition unit, and a first interpolation unit that performs a first interpolation process on the correlation matrix to generate a first extended correlation matrix. The arrival direction of the radio wave is estimated based on the second interpolation unit that generates the second extended correlation matrix by performing the second interpolation processing on the first extended correlation matrix and the second extended correlation matrix. The estimation unit is provided, and the adjacent antennas of the antenna group along the first axial direction are arranged at regular intervals, and the adjacent antennas of the antenna group along the second axial direction are constant. The first axial direction and the second axial direction are arranged at intervals and are different from each other, and the first interpolation process is the number of antennas arranged along the first axial direction × the said. A block matrix composed of the number of antennas arranged along the first axial direction is set as one unit, a division process for dividing the correlation matrix into a plurality of the block matrices, and a matrix element not related to the virtual receive antenna. In the block matrix including, the matrix element interpolation process of interpolating the matrix elements related to the virtual receive antenna with the matrix elements not related to the virtual receive antenna having the same antenna spacing is included, and the second interpolation process includes. In the first extended correlation matrix, there is a configuration (first configuration) having a block matrix interpolation process in which the block matrix is regarded as a matrix element and the same interpolation as the matrix element interpolation process is performed.
上記第1の構成の到来方向推定装置において、前記受信アンテナが最小冗長配置される構成(第2の構成)であってもよい。 In the arrival direction estimation device of the first configuration, the receiving antenna may be arranged in a minimum redundant manner (second configuration).
本発明に係る到来方向推定方法は、実在する受信アンテナと実在しない仮想受信アンテナとが二次元配置されたアンテナ群によって受信された受信信号に基づく前記受信アンテナ毎の信号を取得する取得工程と、前記取得工程によって取得された前記受信アンテナ毎の信号に基づく相関行列を生成する生成工程と、前記相関行列に第1の補間処理を施して第1の拡張相関行列を生成する第1の補間工程と、前記第1の拡張相関行列に第2の補間処理を施して第2の拡張相関行列を生成する第2の補間工程と、前記第2の拡張相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する推定工程と、を備え、前記アンテナ群の第1の軸方向に沿って隣接するアンテナは一定の間隔で配置され、前記アンテナ群の第2の軸方向に沿って隣接するアンテナは前記一定の間隔で配置され、前記第1の軸方向と前記第2の軸方向とは互いに異なる方向であり、前記第1の補間処理は、前記第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数×前記第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数で構成されるブロック行列を1単位とし、前記相関行列を複数の前記ブロック行列に区分する区分処理と、前記仮想受信アンテナに関連しない行列要素を含む前記ブロック行列において、前記仮想受信アンテナに関連する行列要素をアンテナ間隔の等しい前記仮想受信アンテナに関連しない行列要素で補間する行列要素補間処理と、を有し、前記第2の補間処理は、前記第1の拡張相関行列において、前記ブロック行列を行列要素とみなして前記行列要素補間処理と同様の補間を行うブロック行列補間処理を有する構成(第3の構成)である。 The arrival direction estimation method according to the present invention includes an acquisition step of acquiring a signal for each receiving antenna based on a receiving signal received by an antenna group in which an existing receiving antenna and a non-existing virtual receiving antenna are two-dimensionally arranged. A generation step of generating a correlation matrix based on the signal for each receiving antenna acquired by the acquisition step, and a first interpolation step of performing a first interpolation process on the correlation matrix to generate a first extended correlation matrix. The arrival direction of the radio wave is estimated based on the second interpolation step of performing the second interpolation process on the first extended correlation matrix to generate the second extended correlation matrix and the second extended correlation matrix. The estimation process is provided, and the adjacent antennas along the first axial direction of the antenna group are arranged at regular intervals, and the adjacent antennas along the second axial direction of the antenna group are constant. The first axial direction and the second axial direction are arranged at intervals and are different from each other, and the first interpolation process is the number of antennas arranged along the first axial direction × the said. A block matrix composed of the number of antennas arranged along the first axial direction is set as one unit, a division process for dividing the correlation matrix into a plurality of the block matrices, and a matrix element not related to the virtual receive antenna. In the block matrix including, the matrix element interpolation process of interpolating the matrix elements related to the virtual receive antenna with the matrix elements not related to the virtual receive antenna having the same antenna spacing is included, and the second interpolation process includes. In the first extended correlation matrix, there is a configuration (third configuration) having a block matrix interpolation process in which the block matrix is regarded as a matrix element and the same interpolation as the matrix element interpolation process is performed.
本発明に係る到来方向推定技術によると、少ないアンテナ数の二次元配置アンテナ群又は三次元配置アンテナ群で角度分離性能を向上しつつ、角度算出結果のサイドローブを抑圧できる。 According to the arrival direction estimation technique according to the present invention, it is possible to suppress the side lobe of the angle calculation result while improving the angle separation performance with the two-dimensionally arranged antenna group or the three-dimensionally arranged antenna group having a small number of antennas.
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
<1.レーダ装置の構成>
図1は本実施形態に係るレーダ装置1の構成を示す図である。レーダ装置1は、例えば自動車などの車両に搭載されている。レーダ装置1が自車両の前端に搭載されている場合、レーダ装置1は、送信波を用いて、自車両の前方に存在する物標に係る物標データを取得する。物標データは、物標までの距離、レーダ装置1に対する物標の相対速度等を含む。しかしながら、本実施形態に係るレーダ装置1を到来方向推定装置の一例として説明するため、以下の説明においては到来方向推定に関する部分についてのみ説明を行う。
<1. Radar device configuration>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図1に示すように、レーダ装置1は、送信部2と、受信部3と、信号処理装置4と、を主に備えている。
As shown in FIG. 1, the
送信部2は、信号生成部21と発信器22とを備えている。発信器22は、信号生成部21で生成された信号を変調して送信信号を生成する。送信アンテナ23は、送信信号を送信波TWに変換して出力する。
The
受信部3は、複数の仮想受信アンテナとともに二次元配置アンテナ群を形成する複数の受信アンテナ31と、その複数の受信アンテナ31に接続された複数の個別受信部32とを備えている。仮想受信アンテナは実在しないアンテナであり、受信アンテナ31は実在するアンテナである。本実施形態では、受信部3は、例えば、12個の受信アンテナ31と12個の個別受信部32とを備えている。12個の個別受信部32は、12個の受信アンテナ31にそれぞれ対応している。各受信アンテナ31は物体からの反射波RWを受信して受信信号を取得し、各個別受信部32は対応する受信アンテナ31で得られた受信信号を処理する。
The
図2は、二次元配置アンテナ群におけるアンテナ配置の一例を示す図である。図2に示す配置例では、一辺が送信波TWの半波長(λ/2)である正方格子の格子点上に4×3個の受信アンテナ(ch1、ch2、ch5、ch7、ch8、ch9、ch12、ch14、ch22、ch23、ch26、ch28の受信アンテナ)が最小冗長配置されている。そして、受信アンテナが配置されていない格子点に仮想受信アンテナが配置される。 FIG. 2 is a diagram showing an example of antenna arrangement in a two-dimensional arrangement antenna group. In the arrangement example shown in FIG. 2, 4 × 3 receiving antennas (ch1, ch2, ch5, ch7, ch8, ch9, The receiving antennas of ch12, ch14, ch22, ch23, ch26, and ch28) are arranged in a minimum redundant manner. Then, the virtual receiving antenna is arranged at the grid point where the receiving antenna is not arranged.
図3は、二次元配置アンテナ群におけるアンテナ配置の一例を示す図である。図3に示す配置例では、一辺が送信波TWの半波長(λ/2)であるひし形格子の格子点上に4×3個の受信アンテナ(ch1、ch2、ch5、ch7、ch8、ch9、ch12、ch14、ch22、ch23、ch26、ch28の受信アンテナ)が最小冗長配置されている。そして、受信アンテナが配置されていない格子点に仮想受信アンテナが配置される。 FIG. 3 is a diagram showing an example of antenna arrangement in a two-dimensional arrangement antenna group. In the arrangement example shown in FIG. 3, 4 × 3 receiving antennas (ch1, ch2, ch5, ch7, ch8, ch9, The receiving antennas of ch12, ch14, ch22, ch23, ch26, and ch28) are arranged in a minimum redundant manner. Then, the virtual receiving antenna is arranged at the grid point where the receiving antenna is not arranged.
図1に戻って、各個別受信部32は、ミキサ33とA/D変換器34とを備えている。受信アンテナ31で得られた受信信号は、ローノイズアンプ(図示省略)で増幅された後にミキサ33に送られる。ミキサ33には送信部2の発信器22からの送信信号が入力され、ミキサ33において送信信号と受信信号とがミキシングされる。これにより、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差となるビート周波数を有するビート信号が生成される。ミキサ33で生成されたビート信号は、A/D変換器34でデジタルの信号に変換された後に、信号処理装置4に出力される。
Returning to FIG. 1, each individual receiving
レーダ装置1がFMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)方式のレーダ装置である場合、送信波TWと受信波RWとの周波数差が物標とレーダ装置との距離に比例して増減するため、この周波数差が距離の変動成分となる。一方、レーダ装置1がFCM(First Chirp Modulation)方式のレーダ装置である場合、送信波TWと受信波RWとの位相差(フェーズシフト)が物標とレーダ装置との距離に比例して増減するため、この位相差によるビート信号の変動成分が距離の変動成分となる。また、物標で反射した際に受信波RWが物標の速度による影響を受け、物標とレーダ装置との相対速度(ドップラ周波数)に比例してパルス間の周波数の差が増減するため、このパルス間の周波数差によるビート信号の変動成分が速度の変動成分となる。なお、相対速度や距離の異なる物標が複数存在する場合、各受信アンテナ31にはフェーズシフト量やドップラシフト量の異なる反射波が複数受信され、ミキサ33から得られるビート信号には各物標に対応した様々な成分が含まれることになる。
When the
信号処理装置4は、CPU(Central Processing Unit)及びメモリ41などを含むマイクロコンピュータを備えている。信号処理装置4は、演算の対象とする各種のデータを、記憶装置であるメモリ41に記憶する。メモリ41は、例えばRAM(Random Access Memory)などである。信号処理装置4は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部42、フーリエ変換部43、及び、データ処理部44を備えている。送信制御部42は、送信部2の信号生成部21を制御する。データ処理部44は、ピーク抽出部45、拡張演算部46、及び、方位演算部47を備えている。
The
フーリエ変換部43は、複数の物標からの反射波が重なり合った状態で受信アンテナ31において受信されるため、受信信号に基づいて生成されたビート信号から、各物標の反射波に基づく周波数成分を分離する処理(例えば、FFT(Fast Fourier Transfer)処理)を行う。FFT処理では、所定の周波数間隔で設定された周波数ポイント(周波数ビンという場合がある)ごとに受信レベルや位相情報が算出される。
Since the
ピーク抽出部45は、フーリエ変換部43によるFFT処理等の結果からピークを検出する。拡張演算部46は、ピークを生じた周波数ビンの信号に基づいて拡張相関行列を算出する。方位演算部47は、拡張相関行列に基づいて物標の存在する方位(角度)を推定する。方位演算部47は、推定した物標の存在する方位(角度)をメモリ41や車両制御ECU51等に出力する。
The
<2.信号処理装置の動作>
次に、信号処理装置4の動作について説明する。図4は、信号処理装置4の動作を示すフローチャートである。信号処理装置4は、図4に示す処理を一定時間ごとに周期的に繰り返す。
<2. Operation of signal processing device>
Next, the operation of the
信号処理装置4は、所定数のビート信号を取得する(ステップS10)。次に、フーリエ変換部43は、ビート信号を対象にFFT演算を実行する(ステップS20)。
The
次に、ピーク抽出部45は、FFT演算の結果からピークを抽出する(ステップS30)。そして、拡張演算部46は、ピークを生じた周波数ビンの信号に基づいて拡張相関行列を算出する(ステップS40)。最後に、方位演算部47は、拡張相関行列に基づいて角度スペクトラムを算出し、算出した角度スペクトラムに基づいて物標の存在する方位(角度)を推定する(ステップS50)。
Next, the
<3.拡張相関行列の算出>
拡張演算部46は仮想受信アンテナの受信信号を0とする。
<3. Calculation of extended correlation matrix>
The extended
拡張演算部46は、28行1列の受信信号ベクトルXを定義する。受信信号ベクトルXの各成分は、各受信アンテナ及び各受信アンテナのピーク抽出部45で抽出されたピーク値である。受信信号ベクトルXの行成分はch1からch28の順で並んでいる。
The
拡張演算部46は、受信信号の相関行列を生成する。相関行列RXXは次のように表される。ここで[・]Hは、複素共役転置を表す。相関行列RXXは28行28列の行列となる。
RXX=XXH
The extended
R XX = XX H
拡張演算部46は、相関行列に第1の補間処理を施して第1の拡張相関行列を生成する。第1の補間処理は、区分処理と、行列要素補間処理と、を有する。区分処理は、第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数(受信アンテナと仮想受信アンテナの総数)×第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数(受信アンテナと仮想受信アンテナの総数)のブロック行列を1単位とし、相関行列を複数のブロック行列に区分する処理である。ここでは、ch1の受信アンテナ、ch2の受信アンテナ、ch5の受信アンテナ、及びch7の受信アンテナを繋ぐ直線の方向を第1の軸方向とする。なお、本実施形態とは異なり、ch1の受信アンテナ、ch8の受信アンテナ、及びch22の受信アンテナを繋ぐ直線の方向を第1の軸方向としてもよい。
The
図5は、相関行列を示す概念図である。7×7の各太枠が各ブロック行列である。各マスが相関行列の各行列要素である。無地の行列要素は、仮想受信アンテナに関連する行列要素を示しており、値が0である。 FIG. 5 is a conceptual diagram showing a correlation matrix. Each thick frame of 7 × 7 is each block matrix. Each cell is each matrix element of the correlation matrix. The plain matrix element represents a matrix element associated with the virtual receive antenna and has a value of 0.
行列要素補間処理は、仮想受信アンテナに関連しない行列要素を含むブロック行列(図5において無地でない行列要素を含むブロック行例)において、仮想受信アンテナに関連する行列要素をアンテナ間隔の等しい仮想受信アンテナに関連しない行列要素で補間する処理である。図6は、第1の拡張相関行列を示す概念図である。 In the matrix element interpolation processing, in a block matrix containing matrix elements not related to the virtual receiving antenna (a block row example including a non-plain matrix element in FIG. 5), the matrix elements related to the virtual receiving antenna are subjected to virtual receiving antennas having the same antenna spacing. It is a process of interpolating with matrix elements that are not related to. FIG. 6 is a conceptual diagram showing the first extended correlation matrix.
ここで、相関行列の1~7行目且つ1~7列目のブロック行列B1を例に挙げて、上記の補間について説明する。ブロック行列B1は下記に示す数1のように表される。ここで[・]*は、複素共役を表す。
ブロック行列B1において、斜めに並ぶ行列要素はアンテナ間隔が等しい行列要素に相当する。このため、斜めに並ぶ行列要素において「0である行列要素」を「0でない行列要素」に置換することで、仮想受信アンテナに関連する行列要素をアンテナ間隔の等しい仮想受信アンテナに関連しない行列要素で補間することができる。 In the block matrix B1, the diagonally arranged matrix elements correspond to the matrix elements having the same antenna spacing. Therefore, by replacing "matrix elements that are 0" with "matrix elements that are not 0" in the matrix elements that are arranged diagonally, the matrix elements related to the virtual receiving antenna are replaced with the matrix elements not related to the virtual receiving antenna having the same antenna spacing. Can be interpolated with.
なお、ブロック行列B1において、点線で示した対角のラインでは「0でない行列要素」が複数存在するので、補間の手法が複数考えられる。 In the block matrix B1, since there are a plurality of "non-zero matrix elements" in the diagonal lines shown by the dotted lines, a plurality of interpolation methods can be considered.
例えば、複数の「0でない行列要素」の平均値aを求め、点線で示した対角のラインの行列要素を全てaにしてもよい。この場合、ブロック行列B1に対応する第1の拡張相関行列のブロック行列B11は下記に示す数2のように表される。
また例えば、複数の「0でない行列要素」の平均値aを求め、点線で示した対角のラインの「0である行列要素」をaに置換してもよい。この場合、ブロック行列B1に対応する第1の拡張相関行列のブロック行列B11は下記に示す数3のように表される。
また例えば、複数の「0でない行列要素」のうち一つを選択し、点線で示した対角のラインの「0である行列要素」をその選択した「0でない行列要素」に置換してもよい。この場合、ブロック行列B1に対応する第1の拡張相関行列のブロック行列B11は下記に示す数4のように表される。
最後に、拡張演算部46は、第1の拡張相関行列に第2の補間処理を施して第2の拡張相関行列を生成する。第2の補間処理は、ブロック行列補間処理を有する。ブロック行列補間処理は、第1の拡張相関行列において、ブロック行列を行列要素とみなして行列要素補間処理と同様の補間を行う処理である。図7は、第2の拡張相関行列を示す概念図である。第2の拡張相関行列は、上述したステップS40で最終的に算出される拡張相関行列である。
Finally, the
到来方向の推定処理において第2の拡張相関行列を適用することで、隣接するアンテナの間隔が不等間隔から擬似的に等間隔になったため、少ないアンテナ数の二次元配置アンテナ群で角度分離性能を向上しつつ、角度算出結果のサイドローブを抑圧できる。 By applying the second extended correlation matrix in the estimation process of the arrival direction, the intervals between adjacent antennas have changed from unequal intervals to pseudo-equal intervals. It is possible to suppress the side lobe of the angle calculation result while improving.
図8は第2の拡張相関行列(図7参照)を適用した場合の角度スペクトルを示しており、図9は比較例として相関行列(図5参照)を適用した場合の角度スペクトルを示している。図8及び図9において、網掛け部分は信号レベルが-7[dB]以上の領域を示している。第2の拡張相関行列(図7参照)を適用することで角度算出結果のサイドローブを抑圧できる。 FIG. 8 shows an angle spectrum when the second extended correlation matrix (see FIG. 7) is applied, and FIG. 9 shows an angle spectrum when a correlation matrix (see FIG. 5) is applied as a comparative example. .. In FIGS. 8 and 9, the shaded area indicates a region where the signal level is −7 [dB] or higher. By applying the second extended correlation matrix (see FIG. 7), the side lobe of the angle calculation result can be suppressed.
なお、本実施形態とは異なり、実在する受信アンテナの配置が最小冗長配置でない場合でも、少ないアンテナ数の二次元配置アンテナ群で角度分離性能を向上しつつ、角度算出結果のサイドローブを抑圧できるが、第2の拡張相関行列において「0である行列要素」が残存することになる。このため、実在する受信アンテナの配置は最小冗長配置であることが望ましい。 In addition, unlike the present embodiment, even when the actual receiving antenna arrangement is not the minimum redundant arrangement, the side lobe of the angle calculation result can be suppressed while improving the angle separation performance with the two-dimensional arrangement antenna group having a small number of antennas. However, the "matrix element that is 0" remains in the second extended correlation matrix. Therefore, it is desirable that the arrangement of the existing receiving antennas is the minimum redundant arrangement.
<4.その他>
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
<4. Others>
In addition to the above embodiments, the various technical features disclosed herein can be modified in various ways without departing from the spirit of the technical creation. In addition, a plurality of embodiments and modifications shown in the present specification may be combined and implemented to the extent possible.
例えば、レーダ装置において、上述したFCM方式やFMCW方式の代わりに、例えばドプラシフトをビート信号の周波数ではなく複数のパルス信号間の位相変化として検出するパルスドップラー方式等を採用してもよい。 For example, in the radar device, instead of the FCM method and the FMCW method described above, for example, a pulse Doppler method that detects Doppler shift as a phase change between a plurality of pulse signals instead of the frequency of the beat signal may be adopted.
上述した実施形態では二次元配置アンテナ群で受信した受信信号を処理する到来方向推定装置であったが、三次元配置アンテナ群で受信した受信信号を処理する到来方向推定装置であってもよい。 In the above-described embodiment, the arrival direction estimation device processes the received signal received by the two-dimensional arrangement antenna group, but the arrival direction estimation device may process the reception signal received by the three-dimensional arrangement antenna group.
また上述した実施形態では車載レーダ装置について説明したが、本発明は、道路等に設置されるインフラレーダ装置、航空機監視レーダ装置等にも適用可能である。 Further, although the in-vehicle radar device has been described in the above-described embodiment, the present invention can also be applied to an infrastructure radar device, an aircraft surveillance radar device, etc. installed on a road or the like.
1 レーダ装置
2 送信部
3 受信部
31 受信アンテナ
4 信号処理装置
46 拡張演算部
47 方位演算部
1
Claims (3)
前記取得部によって取得された前記受信アンテナ毎の信号に基づく相関行列を生成する生成部と、
前記相関行列に第1の補間処理を施して第1の拡張相関行列を生成する第1の補間部と、
前記第1の拡張相関行列に第2の補間処理を施して第2の拡張相関行列を生成する第2の補間部と、
前記第2の拡張相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する推定部と、
を備え、
前記アンテナ群の第1の軸方向に沿って隣接するアンテナは一定の間隔で配置され、
前記アンテナ群の第2の軸方向に沿って隣接するアンテナは前記一定の間隔で配置され、
前記第1の軸方向と前記第2の軸方向とは互いに異なる方向であり、
前記第1の補間処理は、
前記第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数×前記第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数で構成されるブロック行列を1単位とし、前記相関行列を複数の前記ブロック行列に区分する区分処理と、
前記仮想受信アンテナに関連しない行列要素を含む前記ブロック行列において、前記仮想受信アンテナに関連する行列要素をアンテナ間隔の等しい前記仮想受信アンテナに関連しない行列要素で補間する行列要素補間処理と、を有し、
前記第2の補間処理は、
前記第1の拡張相関行列において、前記ブロック行列を行列要素とみなして前記行列要素補間処理と同様の補間を行うブロック行列補間処理を有する、
到来方向推定装置。 An acquisition unit that acquires a signal for each receiving antenna based on a receiving signal received by a group of antennas in which an existing receiving antenna and a non-existing virtual receiving antenna are two-dimensionally arranged.
A generation unit that generates a correlation matrix based on the signal for each receiving antenna acquired by the acquisition unit, and a generation unit.
A first interpolation unit that performs a first interpolation process on the correlation matrix to generate a first extended correlation matrix, and a first interpolation unit.
A second interpolation unit that performs a second interpolation process on the first extended correlation matrix to generate a second extended correlation matrix, and a second interpolation unit.
An estimation unit that estimates the arrival direction of radio waves based on the second extended correlation matrix, and
Equipped with
Adjacent antennas along the first axial direction of the antenna group are arranged at regular intervals.
Adjacent antennas along the second axial direction of the antenna group are arranged at the fixed intervals.
The first axial direction and the second axial direction are different from each other.
The first interpolation process is
A block matrix composed of the number of antennas arranged along the first axial direction × the number of antennas arranged along the first axial direction is set as one unit, and the correlation matrix is divided into a plurality of the block matrices. Blocking process and
In the block matrix including the matrix element not related to the virtual receiving antenna, the matrix element interpolation processing for interpolating the matrix element related to the virtual receiving antenna with the matrix element not related to the virtual receiving antenna having the same antenna spacing is provided. death,
The second interpolation process is
The first extended correlation matrix has a block matrix interpolation process in which the block matrix is regarded as a matrix element and the same interpolation as the matrix element interpolation process is performed.
Arrival direction estimation device.
前記取得工程によって取得された前記受信アンテナ毎の信号に基づく相関行列を生成する生成工程と、
前記相関行列に第1の補間処理を施して第1の拡張相関行列を生成する第1の補間工程と、
前記第1の拡張相関行列に第2の補間処理を施して第2の拡張相関行列を生成する第2の補間工程と、
前記第2の拡張相関行列に基づいて電波の到来方向を推定する推定工程と、
を備え、
前記アンテナ群の第1の軸方向に沿って隣接するアンテナは一定の間隔で配置され、
前記アンテナ群の第2の軸方向に沿って隣接するアンテナは前記一定の間隔で配置され、
前記第1の軸方向と前記第2の軸方向とは互いに異なる方向であり、
前記第1の補間処理は、
前記第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数×前記第1の軸方向に沿って配置されるアンテナ数で構成されるブロック行列を1単位とし、前記相関行列を複数の前記ブロック行列に区分する区分処理と、
前記仮想受信アンテナに関連しない行列要素を含む前記ブロック行列において、前記仮想受信アンテナに関連する行列要素をアンテナ間隔の等しい前記仮想受信アンテナに関連しない行列要素で補間する行列要素補間処理と、を有し、
前記第2の補間処理は、
前記第1の拡張相関行列において、前記ブロック行列を行列要素とみなして前記行列要素補間処理と同様の補間を行うブロック行列補間処理を有する、
到来方向推定方法。 An acquisition process of acquiring a signal for each receiving antenna based on a receiving signal received by a group of antennas in which an existing receiving antenna and a non-existing virtual receiving antenna are two-dimensionally arranged, and
A generation step of generating a correlation matrix based on the signal for each receiving antenna acquired by the acquisition step, and a generation step.
The first interpolation step of applying the first interpolation process to the correlation matrix to generate the first extended correlation matrix, and
A second interpolation step of performing a second interpolation process on the first extended correlation matrix to generate a second extended correlation matrix.
An estimation process for estimating the arrival direction of radio waves based on the second extended correlation matrix, and
Equipped with
Adjacent antennas along the first axial direction of the antenna group are arranged at regular intervals.
Adjacent antennas along the second axial direction of the antenna group are arranged at the fixed intervals.
The first axial direction and the second axial direction are different from each other.
The first interpolation process is
A block matrix composed of the number of antennas arranged along the first axial direction × the number of antennas arranged along the first axial direction is set as one unit, and the correlation matrix is divided into a plurality of the block matrices. Blocking process and
In the block matrix including the matrix element not related to the virtual receiving antenna, the matrix element interpolation processing for interpolating the matrix element related to the virtual receiving antenna with the matrix element not related to the virtual receiving antenna having the same antenna spacing is provided. death,
The second interpolation process is
The first extended correlation matrix has a block matrix interpolation process in which the block matrix is regarded as a matrix element and the same interpolation as the matrix element interpolation process is performed.
Arrival direction estimation method.
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US20150253419A1 (en) | 2014-03-05 | 2015-09-10 | Delphi Technologies, Inc. | Mimo antenna with improved grating lobe characteristics |
JP2016180721A (en) | 2015-03-25 | 2016-10-13 | パナソニック株式会社 | Radar device |
JP2017090229A (en) | 2015-11-10 | 2017-05-25 | 富士通テン株式会社 | Arriving direction estimating device, arriving direction estimating method, and arriving direction estimating program |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US20150253419A1 (en) | 2014-03-05 | 2015-09-10 | Delphi Technologies, Inc. | Mimo antenna with improved grating lobe characteristics |
JP2016180721A (en) | 2015-03-25 | 2016-10-13 | パナソニック株式会社 | Radar device |
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