JP7426697B2 - Target detection device, target detection method and program - Google Patents
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Description
本発明は、レーダにより高性能な計測を可能とする目標検知装置、目標検知方法及びプログラムに関する。 The present invention relates to a target detection device, a target detection method, and a program that enable high-performance measurement using radar.
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 using the millimeter wave band. In other words, existing in-vehicle radar devices can detect relatively large objects such as vehicles, but they need to be able to detect pedestrians and even smaller objects. 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。
例えば本出願は先に、離隔した複数の周波数帯のレーダ群の受信信号を取得して、それぞれの離隔した複数の周波数帯の受信信号の位相差を推定し、推定した位相差を使って、コヒーレント距離推定処理で最適評価値を判定して、目標の距離を得る離隔周波数合成レーダ装置を提案した（特許文献１）。
In order to improve the resolution of a radar device, for example, it is possible to increase the number of frequency bands used and synthesize the received signals in each frequency band.
For example, the present application first obtains received signals from a radar group in a plurality of separated frequency bands, estimates the phase difference between the received signals in each separated frequency band, and uses the estimated phase difference to proposed a remote frequency synthesis radar device that determines the target distance by determining the optimal evaluation value through coherent distance estimation processing (Patent Document 1).
特許文献１に記載されたように、複数の周波数帯を使用することで、実質的に受信周波数帯が広がり、目標の検出精度が向上する。
しかしながら、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、使用できる周波数帯は限られている。また、複数の周波数帯を使用するためには、レーダ装置で複数の周波数帯を受信する受信回路が必要になり、それだけレーダ装置の構成が複雑化してしまうという問題がある。
As described in
However, the frequency bands that can be used by radar devices are restricted by the laws and regulations of the country in which they are used, and the frequency bands that can be used are limited. Furthermore, in order to use a plurality of frequency bands, the radar device requires a receiving circuit that receives the plurality of frequency bands, which causes the problem that the configuration of the radar device becomes complicated accordingly.
本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、使用する周波数帯域を適切な帯域に設定した上で、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目標検知装置、目標検知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 provides a target detection device and a target that can achieve higher resolution and improved reliability than before by setting the frequency band to be used at an appropriate band. The purpose is to provide a detection method and program.
本発明の目標検知装置は、レーダ受信部より得たそれぞれ同じ周波数帯又は異なる周波数帯の複数単位の観測時間の受信信号を取得し、取得した複数単位の観測時間の受信信号を記憶する記憶部と、記憶部が記憶した複数単位の観測時間の受信信号に基づいて、各受信信号の位相差を推定する位相差推定処理部と、位相差推定処理部で得た位相差を用いて、複数単位の観測時間の受信信号を連結した１つの受信信号を得て、得られた１つの受信信号について、目標の距離を得るための評価関数の最大値である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る。
そして、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評価関数が最大となる目標の距離を得る演算とを複数回繰り返して、最大となる評価関数値での距離を、目標の距離として出力するようにした。
The target detection device of the present invention has a storage unit that acquires received signals of multiple units of observation time in the same frequency band or different frequency bands obtained from a radar receiving unit, and stores the received signals of acquired multiple units of observation time. and a phase difference estimation processing section that estimates the phase difference of each received signal based on the received signals of the plurality of observation time units stored in the storage section ; Obtain one received signal by concatenating the received signals of the unit observation time, and obtain the target distance from the optimal evaluation value, which is the maximum value of the evaluation function for obtaining the target distance, for the obtained one received signal. A coherent distance estimation processing section.
Then, the estimation of the phase difference in the phase difference estimation processing section and the operation of obtaining the distance of the target that maximizes the evaluation function in the coherent distance estimation processing section using the estimated phase difference are repeated multiple times. The distance with the evaluation function value is output as the target distance.
また、本発明の目標検知方法は、レーダ受信部より得たそれぞれ同じ周波数帯又は異なる周波数帯の複数単位の観測時間の受信信号に基づいて、各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、複数単位の観測時間の受信信号を連結した１つの受信信号を得て、得られた１つの受信信号について、目標の距離を得るための評価関数の最大値である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前記コヒーレント距離推定処理での評価関数が最大となる目標の距離を得る演算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。 Further, the target detection method of the present invention includes a phase difference estimation process of estimating the phase difference of each received signal based on the received signals of the same frequency band or different frequency bands in multiple units of observation time obtained from the radar receiving unit. Then, using the phase difference obtained in the phase difference estimation process , one received signal is obtained by concatenating the received signals of multiple units of observation time. A coherent distance estimation process that obtains the target distance from the optimal evaluation value that is the maximum value of the evaluation function , estimation of the phase difference in the phase difference estimation process, and evaluation in the coherent distance estimation process using the estimated phase difference. A target distance search process that searches for the maximum optimal evaluation value by repeating the calculation to obtain the target distance where the function is maximum multiple times, and outputs the distance at the maximum optimal evaluation value as the target distance. and, including.
また、本発明のプログラムは、目標検知方法の各処理をコンピュータに実行させるものである。 Further, the program of the present invention causes a computer to execute each process of the target detection method.
本発明によると、レーダ受信部より得た受信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。 According to the present invention, it is possible to achieve higher resolution than when simply averaging the received signals obtained from the radar receiver, 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, each embodiment of the present invention will be described in order with reference to the drawings. In the drawings explaining each embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant explanations of the configurations and processes already explained in other embodiments will be omitted.
＜第１の実施の形態例＞
まず、本発明の第１の実施の形態例の多周波ステップレーダ装置を、図１～図６を参照して説明する。ここでの多周波ステップレーダ装置は、周囲の物体を検知する目標検知装置として使用するものである。
図１は、第１の実施の形態例のレーダ装置の受信信号を得るまでの構成を示す。
第１の実施の形態例のレーダ装置は、レーダ受信素子１０１、アナログ／デジタル変換器１０２、パルス圧縮部１０３ａ～１０３ｎ、パルスドップラフィルタ１０４ａ～１０４ｎ、及び位相補償部１０５ａ～１０５ｎを備える。
<First embodiment example>
First, a multi-frequency step radar device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6. The multi-frequency step radar device here is used as a target detection device for detecting surrounding objects.
FIG. 1 shows the configuration of a radar device according to a first embodiment up to obtaining a received signal.
The radar device of the first embodiment includes a
レーダ受信素子１０１は、不図示の送信系から特定の周波数Ｆ０で送信された信号の反射波を受信するアンテナ素子である。ここでの周波数Ｆ０は、２４GHｚ帯，６０GHｚ帯，７６GHｚ帯，７９GHｚ帯などの周波数帯域が使用される。ここでの送信信号としては、例えば相補の関係にある２つのパルス（Ｃｏｄｅ１、２）を、１単位の観測時間内にＭ回繰り返し送信する。
The
レーダ受信素子１０１で得られたレーダ受信信号は、アナログ／デジタル変換器１０２でデジタル信号に変換される。なお、図１では説明を簡単にするために、レーダ受信素子１０１を直接アナログ／デジタル変換器１０２に接続してあるが、実際にはレーダ受信素子１０１に受信系回路が接続され、受信系回路で処理された特定の周波数ｆ０の受信信号が、アナログ／デジタル変換器１０２でデジタル信号に変換される。
A radar reception signal obtained by the
アナログ／デジタル変換器１０２で変換されたデジタル信号は、１単位の観測時間の信号ごとに個別のパルス圧縮部１０３ａ～１０３ｎに供給される。すなわち、ｎ個（ｎは２以上の整数）のパルス圧縮部１０３ａ～１０３ｎを備え、１単位の観測時間（１ＣＰＩ：Coherent Pulse Interval）の受信信号ごとに、それぞれ別のパルス圧縮部１０３ａ～１０３ｎに供給される。それぞれのパルス圧縮部１０３ａ～１０３ｎでは、送信信号に含まれるパルス（Ｃｏｄｅ１、２）に対してパルス圧縮が行われる。
The digital signals converted by the analog/
各パルス圧縮部１０３ａ～１０３ｎでパルス圧縮された受信信号は、パルスドップラフィルタ（ＰＤＦ）１０４ａ～１０４ｎを介して位相補償部１０５ａ～１０５ｎに供給されて位相補償処理が行われ、各単位の観測時間の受信信号ｆ０－０，ｆ０－１，・・・，ｆ０－ｎ，・・・，ｆ０－N-１が得られる。
The received signals pulse-compressed by each
本実施の形態例では、各単位の観測時間の受信信号ｆ０－１，ｆ０－２，・・・，ｆ０－ｎが、次に説明する構成にて、図２に示すように１つの受信信号に接続される。
すなわち、図２の上側に示すように、各位相補償部１０５ａ～１０５ｎでは、観測時間が順に異なる各単位の観測時間の受信信号ｆ０－０，ｆ０－１，・・・，ｆ０－ｎ，・・・，ｆ０－N-１が得られる。各単位の観測時間の受信信号ｆ０－０，ｆ０－１，・・・，ｆ０－ｎ，・・・，ｆ０－N-１は、それぞれ異なる観測時間の１点の信号である。この１点の受信信号ｆ０－０，ｆ０－１，・・・，ｆ０－ｎ，・・・，ｆ０－N-１のデータ点を並べることで、図２の上段に示すように、レーダ装置の出力波形が得られる。この図２の上段に示すひとまとまりの波形の信号は、スナップショット（ＳＳ）と称される。それぞれのスナップショット間では不連続点がある。なお、大文字で「ＳＳ」と示したとき、スナップショットの総数を示し、小文字で「ｓｓ」と示したとき、各スナップショットの番号を示す。すなわち、図２の上段に記載したように、各スナップショットは、ｓｓ＝０からｓｓ＝ＳＳ－１までの番号を持つ。それぞれのスナップショットは、各点の受信信号ｆ０－０，ｆ０－１，・・・などを１つに繋げたものである。
さらに、本実施の形態例では、以下に説明する処理にて、図２の下側に示すように、それぞれのスナップショットが、１つの周波数軸上の受信信号ｆ０－Ｘ１に接続される。
このように接続された受信信号ｆ０－Ｘ１から目標物までの距離が検出される。
In this embodiment, the received signals f 0 -1, f 0 -2, ..., f 0 -n of each unit of observation time are 1 as shown in FIG. 2 in the configuration described below. connected to one received signal.
That is, as shown in the upper part of FIG. 2, in each
Furthermore, in this embodiment, each snapshot is connected to the received signal f 0 -X1 on one frequency axis, as shown in the lower part of FIG. 2, in the process described below.
The distance to the target object is detected from the thus connected received signal f 0 -X1.
図３は、レーダ装置１０ａの構成を示す。
レーダ装置１０ａは、レーダ受信部１、ＣＰＩデータ記憶部２、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を備える。
FIG. 3 shows the configuration of the
The
レーダ受信部１は、図１に示す構成にて、それぞれのスナップショットの信号、すなわち図２の上側に示す各正弦波信号を得る。このレーダ受信部１で得られたスナップショットの信号は、ＣＰＩデータ記憶部２に供給され、ＣＰＩデータ記憶部２で各単位のスナップショットの信号が記憶される。
The
ＣＰＩデータ記憶部２に記憶された各単位のスナップショットの信号は、位相差推定処理部３に供給され、各単位の観測時間の信号の位相差が推定される。各単位の観測時間の信号の位相差が推定されることで、図２に示すように、各単位のスナップショットの信号は、その推定した位相差を持って連結した１つの受信信号ｆ０－Ｘ１として扱えるようになる。
The snapshot signal of each unit stored in the CPI
そして、位相差推定処理部３で得た位相差を用いて得た信号から、コヒーレント距離推定処理部４が最適評価値を判定し、最適判定値から目標の距離を得る。
ここで、位相差推定処理部３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４での最適評価値の判定は、複数回繰り返し行い、最大となる最適評価値を探索する。そして、レーダ装置１０ａは、コヒーレント距離推定処理部４で得られた最大となる最適評価値を、目標の距離として出力する。
Then, the coherent distance
Here, the estimation of the phase difference in the phase difference
ここで、レーダ装置１０ａで行われる処理を、数式を用いて説明する。
ＣＰＩデータ記憶部２に記憶される各スナップショットの出力zss(n)は次式で表される。
この［数１］式において、ｆは搬送波周波数、Δｆは周波数方向のサンプルの刻み幅、ｎは周波数番号、ｓｓは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。なお、図２の説明でも述べたように、小文字の「ｓｓ」との表記は、スナップショットの番号であり、大文字の「ＳＳ」との表記（数７式以降に記載）は、スナップショットの数（総数）である。
Here, the processing performed by the
The output z ss (n) of each snapshot stored in the CPI
In this formula [Equation 1], f is the carrier frequency, Δf is the sample step size in the frequency direction, n is the frequency number, ss is the snapshot number (CPI number), K is the number of targets, and k is the target number (individual (the number set for the target), R k is the target frequency (target distance). As mentioned in the explanation of Figure 2, the notation "ss" in lowercase is the snapshot number, and the notation "SS" in uppercase (written after Equation 7) is the number of the snapshot. number (total number).
ここで、次の［数２］式に示すように設定すると、［数３］式のように表される。 Here, if the settings are set as shown in the following equation [Math. 2], it is expressed as the equation [Math. 3].
このとき、位相差推定処理部３では、以下の［数４］式より［数５］に示すあるスナップショットssにおける各目標の位相差（ベクトル）が求められる。
At this time, the phase difference
ここでは、（＾）Ａｓｓを以下の［数６］式のように定義する。 Here, (^)A ss is defined as in the following formula [Equation 6].
そして、コヒーレント距離推定処理部４では、位相差推定処理部３において求めた複素振幅を用いて、次の［数７］式の演算で、距離推定対象外の波形が減算される。
Then, the coherent distance
ここで、［数７］式におけるXk,ssは、以下［数８］式で表現される。
Here, X k,ss in the formula [Math. 7] is expressed by the formula [Math. 8] below.
コヒーレント距離推定処理部４では、目標ｋについて、各スナップショットの分離信号ｘｋ，ｓｓを、推定複素振幅（^）αｋ，ｓｓで除算することで、各スナップショットのモードベクトル位相と等しくなるように揃える。なお、本明細書において、（^）は、その直後の記号の上に^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。
除算して得られた信号ベクトルをスナップショット数であるSS個連結して拡張したベクトルを、［数９］式に示すと、このベクトルは、［数１０］式のように求められる。
The coherent distance
When a vector obtained by concatenating and expanding the signal vector obtained by division by the number of snapshots, SS, is shown in equation [Equation 9], this vector is obtained as shown in equation [Equation 10].
各スナップショットのステアリングベクトルa ｓｓ （ｒ）を、スナップショットＳＳ個連結拡張したステアリングベクトルａｃｋ∈ＣSS×Ｎとして、［数１１］式に示すようになる。 The steering vector a ss (r) of each snapshot is concatenated and extended by the snapshots SS as a steering vector ack∈CSS×N, as shown in equation [Equation 11].
コヒーレント距離推定処理部４は、このスナップショット間の位相を揃えた分離信号と対応するステアリングベクトルを連結拡張して、以下の目標距離推定処理を行うことでコヒーレント距離推定を行う。
例えば、最尤推定法にもとづいて評価関数Pk(r)を用いた探索で目標距離推定を行う。目標kの推定距離（^）Rkは、評価関数Pk(r)が最大となるrを探索することで得られる。
The coherent distance
For example, the target distance is estimated by a search using the evaluation function P k (r) based on the maximum likelihood estimation method. The estimated distance (^) R k of the target k can be obtained by searching for r for which the evaluation function P k (r) is maximum.
得られた目標kの推定距離（^）Rkによって、繰り返し処理で推定距離を更新する。 The estimated distance is updated in an iterative process using the obtained estimated distance (^)R k of the target k.
図４のフローチャートは、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で行う処理の流れを示す。まず、目標数の更新により目標数（（^）K）が１として設定される（ステップＳ１０）。
The flowchart in FIG. 4 shows the flow of processing performed by the phase difference
位相差推定処理部３は、位相差を推定する（ステップＳ１１）。ここでは、位相差推定処理部３は、距離Rk（k=0,1,…K-1）を入力として、距離Rkの目標に対する複素振幅を、最小二乗法（一般化逆行列）等にてそれぞれ推定する。
［数１３］式に示すＡは、上述の［数２］式に示すＡである。
The phase difference
A shown in the formula [Math. 13] is A shown in the above-mentioned formula [Math. 2].
複素振幅（^）ａが入力されたコヒーレント距離推定処理部４は、減算波形生成処理を行う（ステップＳ１２）。ここでは、［数１４］式に示す減算目標波形をスナップショットごとに生成する。
The coherent distance
そして、コヒーレント距離推定処理部４は、減算処理を行う（ステップＳ１３）。ここでは、次の［数１５］式に示すように、i（i=0,1…（^）K-1）番目の目標を推定するため、元信号（それぞれのスナップショットのレーダで計測される周波数軸上信号）から減算波形を減算する。
Then, the coherent distance
さらに、コヒーレント距離推定処理部４は、目標距離推定・更新処理を行う（ステップＳ１４）。ここでは、ステップＳ１３で得た［数１５］式に示す周波数軸上信号（^）Ｘssを縦に結合し、［数１３］式に示す（^）αにて、スナップショット間の位相差補正した（^）Ｘを入力とする。このとき、［数２］式で示すステアリングベクトルａss（Ｒ）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［数１６］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。［数１６］式のＴＲは、［数１７］式で示される。
Furthermore, the coherent distance
ここで、ｂおよび（（^）Ｘ′）は、ａssおよび（（^）Ｘ）の要素を縦に結合したベクトルである。 Here, b and ((^)X') are vectors that vertically combine the elements of a ss and ((^)X).
そして、コヒーレント距離推定処理部４は、試行回数tr1が、設定回数（（^）K）に到達したか否かを判断する（ステップＳ１５）。ここで、試行回数tr1が、設定回数未満のとき（ステップＳ１５のＮＯ）、ステップＳ１２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（（^）K）になったとき（ステップＳ１５のＹＥＳ）、ステップＳ１６の初期値更新の回数判定処理に移る。
Then, the coherent distance
ステップＳ１６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Ｓ１６のＮＯ）、ステップＳ１１に戻り、目標距離（^）Ｒｊを格納する。
そして、ステップＳ１６で試行回数tr2が、設定回数になったとき（ステップＳ１６のＹＥＳ）、格納した目標距離（^）ＲｊとＴＲを出力する。
As the process for determining the number of initial value updates in step S16, it is determined whether the number of trials tr2 has reached a set number of times. Here, when the number of trials tr2 is less than the set number of times (NO in step S16), the process returns to step S11 and the target distance (^)Rj is stored.
Then, when the number of trials tr2 reaches the set number in step S16 (YES in step S16 ), the stored target distance (^)Rj and TR are output.
さらに、コヒーレント距離推定処理部４は、ステップＳ１６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Ｓ１７）。
次に、以下の式による終了判定を実施する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８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Ｓ１８のＹＥＳ）。すなわち、［数１８］式に示すように、設定値εより小さいとき終了する。
Further, the coherent distance
Next, a termination determination is performed using the following formula (step S18). In the end determination in step S18, the process ends when it is smaller than the set value ε (YES in step S18). That is, as shown in equation [18], the process ends when it is smaller than the set value ε.
ステップＳ１８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Ｓ１８のＮＯ）、ステップＳ１０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、ステップＳ１１での位相差推定処理時において、入力距離値が入っていないループの１回目では、複素振幅を１などの値に初期化する。 In the end determination of step S18, if the condition of being smaller than the set value ε is not satisfied (NO in step S18), the process returns to step S10 to update the target number, and the target number plus 1 is newly set. . Note that during the phase difference estimation process in step S11, the complex amplitude is initialized to a value such as 1 in the first loop in which no input distance value is entered.
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。
もし、各観測時間の受信信号から個別に距離を算出した場合には、例えば図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、この状態では、受信信号が短い観測時間から得た信号であり、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１点に定まらず、明確でない状態である。すなわち、図５Ａに示すように、尤度値の変化が非常になだらかであり、特定の１点を尤度値が最も高い点に決めることが困難な状態である。
FIG. 5 shows an outline of a state in which the detection accuracy of the estimated distance is improved by repeatedly executing distance estimation processing in the phase difference
In each of FIGS. 5A, B, and C, the vertical axis represents the likelihood value, and the horizontal axis represents the estimated distance.
If the distance is calculated individually from the received signal at each observation time, the likelihood value is detected in the state shown in FIG. 5A, for example, and the distance of the point with the highest likelihood value is determined. However, in this state, the received signal is a signal obtained from a short observation time, and the accuracy of the estimated distance is low. Here, the state in which the accuracy of the estimated distance is low is a state in which the peak of the estimated distance (the point with the highest likelihood value) is not fixed at one point and is not clear, as shown in FIG. 5A. That is, as shown in FIG. 5A, the likelihood value changes very gradually, making it difficult to determine one particular point as the point with the highest likelihood value.
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４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 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 repeatedly fluctuates. In this state, even if a state with a high likelihood value is searched for, there is a possibility that a state different from the maximum likelihood value will be searched for. In other words, as shown in FIG. 5B, the peak position of one specific wave within a waveform that repeats undulating fluctuations is searched as the maximum likelihood, and a position different from the original maximum likelihood value is searched. There is a possibility that it will be stored away.
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 this embodiment, as explained 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 globally 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, and there is no wavy fluctuation in the likelihood value as shown in FIG. 5B, and the estimated distance with the maximum likelihood value is selected. , the optimal estimated distance can be obtained.
具体的には、各観測時間の信号の平均化を行うことを想定すると、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、個別の観測時間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。
Specifically, assuming that the signals at each observation time are averaged, the distance measurement accuracy is expressed as 1/√2 when the number of samples is doubled. On the other hand, when distance estimation is performed by the phase difference
図６は、本実施の形態例のレーダ装置１０ａによって各観測時間の信号を連結して距離推定を行った場合の特性α１を、各観測時間の信号の平均化で距離推定を行った場合の特性α０と比較したものである。図６の縦軸は、推定距離の誤差を示し、横軸は得られた受信信号の数を示す。推定距離の誤差は値が小さいほどよく、各観測時間の信号を連結して距離推定を行った場合の特性α１は、平均化による特性α０よりも誤差が小さいことが分かる。したがって、本実施の形態例のレーダ装置１０ａによると、使用する周波数帯域を広げることなく、高精度かつ高分解能な測距性能が得られるようになる。
FIG. 6 shows the characteristic α1 when distance estimation is performed by connecting the signals of each observation time using the
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レーダ装置１０ａ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。
Obtaining high-precision and high-resolution ranging performance means that, for example, when the
＜第２の実施の形態例＞
次に、本発明の第２の実施の形態例のレーダ装置を、図７～図９を参照して説明する。
図７は、第２の実施の形態例のレーダ装置で、受信信号を得るまでの構成を示す。
第２の実施の形態例のレーダ装置は、受信素子１１１，１２１，・・・，１９１を備えたアレーアンテナ構成としたものである。ここでは、それぞれの受信素子１１１～１９１が受信する周波数は、同じ周波数ｆ０としてある。
<Second embodiment example>
Next, a radar device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 9.
FIG. 7 shows a configuration of a radar device according to a second embodiment up to obtaining a received signal.
The radar device of the second embodiment has an array antenna configuration including receiving
受信素子１１１～１９１の出力は、アナログ／デジタル変換器１１２，１２２，・・・，１９２に個別に供給され、各受信素子で得た受信信号が個別にデジタル信号に変換される。
なお、図７に示す構成の場合にも、図１の例と同様に、受信素子１１１～１９１とアナログ／デジタル変換器１１２～１９２との間に、不図示の受信系回路が接続され、受信系回路で処理された特定の周波数ｆ０の受信信号が、アナログ／デジタル変換器１１２～１９２でデジタル信号に変換される。
The outputs of the receiving
Note that in the case of the configuration shown in FIG. 7 as well, a receiving circuit (not shown) is connected between the receiving
各アナログ／デジタル変換器１１２～１９２の出力は、１単位の観測時間ごとに個別のパルス圧縮部１１３ａ～１１３ｎ，１２３ａ～１２３ｎ，・・・，１９３ａ～１９３ｎに供給され、パルス圧縮される。
パルス圧縮部１１３ａ～１１３ｎ，１２３ａ～１２３ｎ，・・・，１９３ａ～１９３ｎの出力は、パルスドップラフィルタ１１４ａ～１１４ｎ，１２４ａ～１２４ｎ，・・・，１９４ａ～１４３ｎに供給され、フィルタ処理が行われる。
パルスドップラフィルタ１１４ａ～１１４ｎ，１２４ａ～１２４ｎ，・・・，１９４ａ～１４３ｎの出力は、位相補償部１１５ａ～１１５ｎ，１２５ａ～１２５ｎ，・・・，１９５ａ～１９５ｎに供給され、位相補償処理が行われる。
The outputs of the analog/
The outputs of the
The outputs of the
本実施の形態例では、受信素子１１１～１９１で得た全ての受信信号は、次に説明する構成にて、図８に示すように１つの受信信号に接続される。
すなわち、位相補償部１１５ａ～１１５ｎ，１２５ａ～１２５ｎ，・・・，１９５ａ～１９５ｎでは、図８の左側に示すように、各受信素子（Ch=0,1,…L‐1）１１１～１９１の受信信号ｆ０－０，ｆ０－１，・・・，ｆ０－Ｎ-１がL個（０～L－１まで）得られる。
それぞれの受信素子（Ch=0,1,…L‐1）の受信信号は、例えば図２に示した受信信号ｆ０－０，ｆ０－１，・・・，ｆ０－Ｎ-１を並べて受信波形としたものである。
但し、この段階の受信信号ｆ０－０，ｆ０－１，・・・，ｆ０－Ｎ-１は、図８の左側に示すようにコヒーレントにつながっていない（スナップショット間で不連続点がある）状態である。
In this embodiment, all the received signals obtained by the receiving
That is, in the
The received signal of each receiving element (Ch=0,1,...L-1) is, for example, the received signal f 0 -0, f 0 -1,..., f 0 -N-1 shown in FIG. The received waveforms are arranged side by side.
However, the received signals f 0 -0, f 0 -1, ..., f 0 -N-1 at this stage are not coherently connected as shown on the left side of Fig. 8 (there are discontinuous points between snapshots). ).
図７に示すアレーアンテナ構成で、１つの周波数軸上の受信信号ｆ０－Ｘ２を得る際には、例えばある同じ観測時間における全ての受信素子１１１～１９１の受信信号を連結し、その後、次の観測時間における全ての受信素子１１１～１９１の受信信号を連結するようにして、１つの周波数軸上の受信信号ｆ０－Ｘ２とする。但し、この連結順序は一例であり、その他の連結順序としてもよい。
そして、図８に示すように連結された受信信号ｆ０－Ｘ２を使って、図９に示すレーダ装置１０ｂで目標物までの距離を検出する処理が行われる。
In the array antenna configuration shown in FIG. 7, when obtaining the received signal f 0 -X2 on one frequency axis, for example, the received signals of all the receiving
Then, using the coupled received signals f 0 -X2 as shown in FIG. 8, the
図９は、レーダ装置１０ｂの構成を示す。
図９に示すレーダ装置１０ｂは、図３に示すレーダ装置１０ａとの相違点として、図３に示すＣＰＩデータ記憶部２の代わりに、アレーアンテナデータ記憶部２′を用意した。
アレーアンテナデータ記憶部２′は、図７に示す全ての位相補償部１１５ａ～１１５ｎ，１２５ａ～１２５ｎ，・・・，１９５ａ～１９５ｎが出力する受信信号を記憶するものである。
すなわち、図８の左側に示す各スナップショットの信号ｆ０－Ａ，ｆ０－Ｂ，・・・ｆ０－Ｎが供給される。
そして、位相差推定部３は、このアレーアンテナデータ記憶部２′が記憶した全ての信号を読み出し、各信号の間の位相差を推定する。
FIG. 9 shows the configuration of the
The
The array antenna data storage section 2' stores received signals output from all the
That is, signals f 0 -A, f 0 -B, . . . f 0 -N of each snapshot shown on the left side of FIG. 8 are supplied.
Then, the phase
レーダ装置１０ｂの位相差推定部３での処理と、コヒーレント距離推定処理部４での処理は、第１の実施の形態例で説明したレーダ装置１０ａの位相差推定部３及びコヒーレント距離推定処理部４での処理と同じである。
The processing in the phase
ここで、図７～図９に示す構成にて行われる処理を、数式を用いて説明する。
まず、各受信素子１１１～１９１の帯域合成前の出力を、出力ｃｈとすると、この出力ｃｈは、次の［数１９］式で表される。
Here, the processing performed in the configuration shown in FIGS. 7 to 9 will be explained using mathematical formulas.
First, assuming that the output of each of the receiving
この信号ｚch（ｎ）が、アレーアンテナデータ記憶部２′に記憶される。
ここで、次の［数２０］式に示すように各データを定義したとき、信号ｚchは、［数２１］式のように表すことができる。
This signal z ch (n) is stored in the array antenna data storage section 2'.
Here, when each data is defined as shown in the following equation [20], the signal z ch can be expressed as in the equation [21].
このとき、位相差推定部３では、以下の［数２２］式より位相差が求められる。
At this time, the phase
この［数２２］式において、（^）ａch（Ｒ）と（^）ａchは、以下のように定義する。 In this formula [22], (^) a ch (R) and (^) a ch are defined as follows.
コヒーレント距離推定処理部４では、位相差推定部３において求めた複素振幅を用いて、［数２４］式に示すように距離推定対象外の波形が減算される。
The coherent distance
ここで［数２４］式におけるＸk,chは、以下の［数２５］式のとおり表される。 Here, X k,ch in the formula [Math. 24] is expressed as the following formula [Math. 25].
ここで、目標kについて、各受信素子の分離信号ｘｋ，ｃｈを、推定複素振幅（^）ａk,chで除算することで、各素子のモードベクトル位相と等しくなるように揃える。除算して得られた信号ベクトルを受信素子の個数だけ連結して拡張したベクトルｘｃk∈ＣCH×Nを、次の［数２６］式に示すように求める。 Here, for the target k, the separated signal x k,ch of each receiving element is divided by the estimated complex amplitude (^) a k,ch to align it to be equal to the mode vector phase of each element. A vector xc k εC CH×N , which is obtained by connecting and expanding the signal vector obtained by the division by the number of receiving elements, is obtained as shown in the following formula [Equation 26].
各素子のステアリングベクトルaiF(r)を、受信素子のCH個連結拡張したステアリングベクトルをａｃk∈ＣCH×Nとしたとき、次の［数２７］式に示すように表される。 When the steering vector a iF (r) of each element is concatenated and expanded by CH number of receiving elements, ac k εC CH×N , it is expressed as shown in the following formula [Equation 27].
この受信素子の間の位相を揃えた分離信号と対応するステアリングベクトルを連結拡張して、目標距離推定処理を行うことでコヒーレント距離推定を行う。
例えば、最尤推定法にもとづいて、次の［数２８］式による評価関数Pk(r)を用いた探索で目標距離推定を行う。目標kの推定距離（^）Ｒkは、評価関数Pk(r)が最大となるrを探索することで得られる。
Coherent distance estimation is performed by connecting and expanding the separated signals whose phases are aligned between the receiving elements and the corresponding steering vector, and performing target distance estimation processing.
For example, based on the maximum likelihood estimation method, the target distance is estimated by searching using the evaluation function Pk(r) according to the following equation [28]. The estimated distance (^) Rk of the target k can be obtained by searching for r for which the evaluation function Pk(r) is maximum.
このようにして推定距離（^）Ｒkを得る処理を繰り返して、推定距離を更新する。
この図９に示す構成のレーダ装置１０ｂによっても、第１の実施の形態例のレーダ装置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。
なお、コヒーレント距離推定処理部４は、第1の実施の形態例と同様に図４のフローチャートに示す処理が行われる。
The process of obtaining the estimated distance (^) R k in this way is repeated to update the estimated distance.
The
Note that the coherent distance
＜第３の実施の形態例＞
次に、本発明の第３の実施の形態例のレーダ装置を、図１０及び図１１を参照して説明する。
図１０は、第３の実施の形態例のレーダ装置で、受信信号を得るまでの構成を示す。
第３の実施の形態例のレーダ装置は、複数のアレーアンテナ２１１，２２１，・・・，２９１を備えて、それぞれのアレーアンテナ２１１～２９１に、複数個の受信素子が配置され、複数個の受信素子を使って複数の受信信号を同時に得るようにした。例えば９組のアレーアンテナ２１１～２９１のそれぞれが１０個のレーダ受信素子を備える場合、合計で９×１０の９０個の受信素子を配置する。
<Third embodiment example>
Next, a radar device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 10 and 11.
FIG. 10 shows the configuration of a radar device according to a third embodiment up to obtaining a received signal.
The radar device of the third embodiment includes a plurality of
各アレーアンテナ２１１～２９１の出力は、アナログ／デジタル変換器１１２ａ～１１２ｎ，１２２ａ～１２２ｎ，・・・，１９２ａ～１９２ｎに個別に供給され、各受信素子で得た受信信号が個別にデジタル信号に変換される。各アレーアンテナ２１１～２９１では、全て同じ受信周波数ｆ０の信号が得られる。
なお、図１０の構成においても、図１の例と同様に、各アレーアンテナ２１１～２９１と各アナログ／デジタル変換器１１２ａ～１１２ｎ，１２２ａ～１２２ｎ，・・・，１９２ａ～１９２ｎとの間に、不図示の受信系回路が接続され、受信系回路で処理された特定の周波数ｆ０の受信信号が、アナログ／デジタル変換器１０２でデジタル信号に変換される。
The output of each array antenna 211-291 is individually supplied to analog/
Note that in the configuration of FIG. 10, similarly to the example of FIG. 1, there are A receiving circuit (not shown) is connected, and a received signal of a specific frequency f 0 processed by the receiving circuit is converted into a digital signal by an analog/
アナログ／デジタル変換器１１２ａ～１１２ｎ，１２２ａ～１２２ｎ，・・・，１９２ａ～１９２ｎの出力は、パルス圧縮部１１３ａ～１１３ｎ，１２３ａ～１２３ｎ，・・・，１９３ａ～１９３ｎに個別に供給され、パルス圧縮される。
パルス圧縮部１１３ａ～１１３ｎ，１２３ａ～１２３ｎ，・・・，１９３ａ～１９３ｎの出力は、パルスドップラフィルタ１１４ａ～１１４ｎ，１２４ａ～１２４ｎ，・・・，１９４ａ～１４３ｎに個別に供給され、フィルタ処理が行われる。
パルスドップラフィルタ１１４ａ～１１４ｎ，１２４ａ～１２４ｎ，・・・，１９４ａ～１４３ｎの出力は、位相補償部１１５ａ～１１５ｎ，１２５ａ～１２５ｎ，・・・，１９５ａ～１９５ｎに個別に供給され、位相補償処理が行われる。
位相補償部１１５ａ～１１５ｎ，１２５ａ～１２５ｎ，・・・，１９５ａ～１９５ｎの出力は、合成帯域部１１６ａ～１１６ｎ，１２６ａ～１２６ｎ，１９６ａ～１９６ｎにより１つの帯域の信号に合成される。
The outputs of the analog/
The outputs of the
The outputs of the
The outputs of the
図１１は、本実施の形態例のレーダ装置１０ｃの構成を示す。
図１１に示すレーダ装置１０ｃは、図９に示すレーダ装置１０ｂとの相違点として、受信信号を得るアレーアンテナごとのレーダ受信部１ａ～１ｎを備え、その複数のレーダ受信部１ａ～１ｎに得られる受信信号が、複数アレーアンテナデータ記憶部２″に記憶されるようにした。
複数アレーアンテナデータ記憶部２″は、図１０に示す全ての合成帯域部１１６ａ～１１６ｎ，１２６ａ～１２６ｎ，１９６ａ～１９６ｎが出力する全アレーアンテナの受信信号を記憶するものである。そして、位相差推定部３は、このアレーアンテナデータ記憶部２′が記憶した全ての信号を読み出し、各信号の間の位相差を推定する。
FIG. 11 shows the configuration of a
The
The multiple array antenna data storage section 2'' stores the received signals of all the array antennas output by all the
レーダ装置１０ｂの位相差推定部３での処理と、コヒーレント距離推定処理部４での処理は、第１の実施の形態例で説明したレーダ装置１０ａの位相差推定部３及びコヒーレント距離推定処理部４での処理と同じである。
The processing in the phase
ここで、図１０～図１１に示す構成にて行われる処理を、数式を用いて説明する。
ここでは、図１０に示す合成帯域部１１６ａ～１１６ｎ，１２６ａ～１２６ｎ，１９６ａ～１９６ｎでの各レーダをｍとし、そのレーダｍの出力（帯域合成後）は、
次の［数２９］式で表される。
Here, the processing performed in the configuration shown in FIGS. 10 and 11 will be explained using mathematical formulas.
Here, each radar in the
It is expressed by the following formula [Equation 29].
この信号ｚｍ（ch）が、複数アレーアンテナデータ記憶部２″に記憶される。
ここで、次の［数３０］式に示すように各データを定義したとき、信号ｚｍ（ch）は、［数３１］式のように表すことができる。
This signal z m (ch) is stored in the multiple array antenna data storage section 2''.
Here, when each data is defined as shown in the following equation [30], the signal z m (ch) can be expressed as in the equation [31].
このとき、位相差推定部３では、以下の［数３２］式より位相差が求められる。
At this time, the phase
この［数３２］式において、（^）Ａｍ（θ）と（^）ａｍは、以下のように定義する。 In this formula [32], (^) A m (θ) and (^) a m are defined as follows.
コヒーレント距離推定処理部４では、位相差推定部３において求めた複素振幅を用いて、以下［数３４］式に示すように、下の距離推定対象外の波形［数３６］式が減算される。
In the coherent distance
ここで、［数３４］におけるＸk,mは、以下の［数３５］式のとおり表される。 Here, X k,m in [Equation 34] is expressed as in the following [Equation 35].
ここで、目標kについて、各受信素子の分離信号ｘｋ，ｍを、推定複素振幅（^）ａk,ｍで除算することで、各素子のモードベクトル位相と等しくなるように揃える。除算して得られた信号ベクトルをレーダの個数だけ連結して拡張したベクトルｘｃk∈ＣM×Lを、次の［数３６］式に示すように求める。 Here, for the target k, the separated signal x k,m of each receiving element is divided by the estimated complex amplitude (^) a k,m to align it to be equal to the mode vector phase of each element. A vector xc k εC M×L is obtained by connecting and expanding the signal vector obtained by the division by the number of radars, as shown in the following equation [36].
各レーダのステアリングベクトルaｍ(θ)を、レーダの数（アレーアンテナ２１１～２９１の数）だけ連結拡張したステアリングベクトルをａｃk∈ＣM×Lとしたとき、次の［数３７］式に示すように表される。
When the steering vector a m (θ) of each radar is concatenated and extended by the number of radars (the number of
この受信素子の間の位相を揃えた分離信号と対応するステアリングベクトルを連結拡張して、目標距離推定処理を行うことでコヒーレント距離推定を行う。
例えば、最尤推定法にもとづいて、次の［数３８］式による評価関数Pk(r)を用いた探索で目標距離推定を行う。目標kの推定距離（^）θkは、評価関数Pk(θ)が最大となるθを探索することで得られる。
Coherent distance estimation is performed by connecting and expanding the separated signals whose phases are aligned between the receiving elements and the corresponding steering vector, and performing target distance estimation processing.
For example, based on the maximum likelihood estimation method, the target distance is estimated by searching using the evaluation function Pk(r) according to the following equation [38]. The estimated distance (^) θ k of the target k can be obtained by searching for θ for which the evaluation function Pk(θ) is maximum.
このようにして推定距離（^）θkを得る処理を繰り返して、推定距離を更新する。
この図１１に示す構成のレーダ装置１０ｃによっても、第１の実施の形態例のレーダ装置１０ａや第２の実施の形態例のレーダ装置１０ｂと同様に、高精度かつ高分解能な測距性能を達成できる。
なお、コヒーレント距離推定処理部４は、第1の実施の形態例と同様に図４のフローチャートに示す処理が行われる。
The process of obtaining the estimated distance (^) θ k in this way is repeated to update the estimated distance.
Similarly to the
Note that the coherent distance
＜第４の実施の形態例＞
次に、本発明の第４の実施の形態例のレーダ装置を、図１２を参照して説明する。
図１２は、第４の実施の形態例のレーダ装置１０ｄの構成を示す。
図１２に示すレーダ装置１０ｄは、離隔周波数レーダ受信部１′を備え、離隔周波数レーダ受信部１′で得られる複数単位の受信信号が、離隔した異なる周波数帯の信号としたものである。離隔した異なる周波数帯の信号は、例えば異なる観測時間の複数単位の受信信号とするが、同じ観測時間の複数単位の受信信号でもよい。
図１２に示すレーダ装置１０ｄのその他の構成は、図３に示すレーダ装置１０ａと同じである。
<Fourth embodiment example>
Next, a radar device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12.
FIG. 12 shows the configuration of a radar device 10d according to the fourth embodiment.
A radar device 10d shown in FIG. 12 includes a remote frequency radar receiving section 1', and a plurality of units of received signals obtained by the remote frequency radar receiving section 1' are signals in different frequency bands separated from each other. The signals in separate frequency bands may be, for example, multiple units of received signals at different observation times, but may also be multiple units of received signals at the same observation time.
The other configuration of the radar device 10d shown in FIG. 12 is the same as the
図１２に示すように、離隔した異なる周波数帯の信号を複数単位の受信信号として取得して、位相差推定処理部３での各信号の位相差の推定と、コヒーレント距離推定処理部４での距離推定を行うことでも、第１の実施の形態例のレーダ装置１０ａと同様に精度の高い距離推定が可能になる。
As shown in FIG. 12, signals in separate frequency bands are acquired as multiple units of received signals, and the phase difference
＜第５の実施の形態例＞
次に、本発明の第５の実施の形態例のレーダ装置を、図１３を参照して説明する。
図１３は、第５の実施の形態例のレーダ装置１０ｅの構成を示す。
レーダ装置１０ｅは、レーダ受信部１と、ＣＰＩデータ記憶部２と、ノンコヒーレント距離推定処理部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。
<Fifth embodiment example>
Next, a radar device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 13.
FIG. 13 shows the configuration of a
The
レーダ受信部１は、ここまで説明した第１～第４の実施の形態例のレーダ受信部１，１ａ～１ｎや離隔周波数レーダ群受信部１′のいずれを適用してもよい。
そして、レーダ受信部１で得た受信信号を、ＣＰＩデータ記憶部２が記憶し、ＣＰＩデータ記憶部２が記憶した各スナップショットの信号をノンコヒーレント距離推定処理部５に供給する。
As the
Then, the CPI
ノンコヒーレント距離推定処理部５は、各帯域又は信号での評価値（ここでは評価値を尤度とする）を算出する尤度算出部５１と、尤度算出部５１で得た各信号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５２とを有する。なお、尤度算出部５１が評価値として尤度を算出し、最大尤度探索部５２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。
The non-coherent distance
そして、ノンコヒーレント距離推定処理部５で推定した距離を、位相差推定部３に供給する。さらに、位相差推定部３で推定した位相差に基づいて、コヒーレント距離推定処理部４が距離を推定する。この位相差推定部３での位相差推定と、ノンコヒーレント距離推定処理部４での距離推定は、所定回繰り返し実行する。
Then, the distance estimated by the non-coherent distance
本実施の形態例のように、ノンコヒーレント距離推定処理部５で距離を推定した後、位相差推定部３での位相差の推定と、コヒーレント距離推定処理部４での距離推定を繰り返すことでも、目標の距離を得ることができる。
As in the present embodiment, after estimating the distance in the non-coherent distance
＜第６の実施の形態例＞
次に、本発明の第６の実施の形態例のレーダ装置を、図１４及び図１５を参照して説明する。
図１４は、第６の実施の形態例のレーダ装置１０ｆの構成を示す。
レーダ装置１０ｆは、レーダ受信部１と、ＣＰＩデータ記憶部２と、ノンコヒーレント距離推定処理部５と、推定対象選択距離推定処理部６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。
<Sixth embodiment example>
Next, a radar device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 14 and 15.
FIG. 14 shows the configuration of a
The
レーダ受信部１は、上述した第１～第４の実施の形態例のレーダ受信部１，１ａ～１ｎや離隔周波数レーダ群受信部１′のいずれを適用してもよい。
そして、レーダ受信部１で得た受信信号を、ＣＰＩデータ記憶部２が記憶し、ＣＰＩデータ記憶部２が記憶した各スナップショットの信号をノンコヒーレント距離推定処理部５に供給する。ノンコヒーレント距離推定処理部５は、第５の実施の形態例のレーダ装置１０ｅが備えるノンコヒーレント距離推定処理部５と同じである。
The
Then, the CPI
そして、ノンコヒーレント距離推定処理部５が推定した距離を、推定対象選択距離推定処理部６に供給する。推定対象選択距離推定部６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。
Then, the distance estimated by the non-coherent distance
そして、推定対象選択距離推定部６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レーダ装置１０ａと同様に構成する。
Then, information on the distance to the target from which unnecessary components have been suppressed by the estimation target selection
図１５のフローチャートは、推定対象選択距離推定部６で行う処理の流れを示す。
推定対象選択距離推定部６は、まずノンコヒーレント距離推定処理部５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Ｓ３１）。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６は、初期値の更新処理を行う（ステップＳ３２）。試行回数１回目ではステップＳ３１で付与した初期値を、そのままステップＳ３２での更新値として使用する。
The flowchart in FIG. 15 shows the flow of processing performed by the estimation target selection
The estimation target selection
Then, the estimation target selection
その後、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Ｓ３３）。試行回数１回目ではステップＳ３１で付与した初期値を、そのままステップＳ３３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６は、減算目標の振幅推定処理を行う（ステップＳ３４）。ここでは、目標推定距離が入力され、減算対象目標距離に対応する複素振幅をフーリエ変換等により求める。
Thereafter, the updated target distance is updated as the target distance to be subtracted (step S33). In the first trial, the initial value assigned in step S31 is used as it is as the target distance to be subtracted in step S33.
Next, the estimation target selection
次に、推定対象選択距離推定部６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Ｓ３５）。
そして、推定対象選択距離推定部６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Ｓ３６）、減算された信号に更新する。
Next, the estimation target selection
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６は、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、目標距離を推定し、推定結果で目標距離を更新する（ステップＳ３７）。
After obtaining the subtracted signal, the estimation target selection
次に、推定対象選択距離推定部６は、ステップＳ３７での目標距離の推定及び更新が行われた試行回数が、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Ｓ３８）。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Ｓ３８のＮＯ）、推定対象選択距離推定部６は、ステップＳ３３の処理に戻り、ステップＳ３７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Ｓ３８で、試行回数が予め設定された試行回数に到達したとき（ステップＳ３８のＹＥＳ）、推定対象選択距離推定部６は、ステップＳ３２での初期値を更新した試行回数が、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Ｓ３９）。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Ｓ３９のＮＯ）、推定対象選択距離推定部６は、ステップＳ３２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, in step S38, when the number of trials reaches the preset number of trials (YES in step S38), the estimation target selection
また、ステップＳ３９で、試行回数が予め設定された試行回数に到達したとき（ステップＳ３９のＹＥＳ）、推定対象選択距離推定部６は、ステップＳ３１で初期値を生成した試行回数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Ｓ４０）。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Ｓ４０のＮＯ）、推定対象選択距離推定部６は、ステップＳ３１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, in step S39, when the number of trials reaches the preset number of trials (YES in step S39), the estimation target selection
また、ステップＳ４０で、試行回数が予め設定された試行回数に到達したとき（ステップＳ４０のＹＥＳ）、推定対象選択距離推定部６は、ステップＳ３７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Ｓ４１）。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、目標距離を決定する。
推定対象選択距離推定部６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, in step S40, when the number of trials reaches the preset number of trials (YES in step S40), the estimation target selection
The estimation target selection
この推定対象選択距離推定部６を備えることで、レーダ受信部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 this estimation target selection
＜変形例＞
なお、ここまで説明した各実施の形態例では、レーダ受信部１と、そのレーダ受信部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、既存のレーダ受信部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。
<Modified example>
Note that in each of the embodiments described so far, the
Further, the apparatus for estimating the distance 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 a computer.
また、図４や図１５のフローチャートなどで説明した処理の流れは一例であり、他の処理の流れを適用してもよい。
例えば、実施の形態例によっては、図１６のフローチャートに示す処理を適用してもよい。
図１６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別の例を示す。
まず、位相差推定処理部３は、各観測時間の信号の位相差を推定処理する（ステップＳ５１）。ここでの位相差推定処理は、例えば上述した［数４］式に示す演算で実行される。
Furthermore, the processing flows described using the flowcharts of FIGS. 4 and 15 are merely examples, and other processing flows may be applied.
For example, depending on the embodiment, the process shown in the flowchart of FIG. 16 may be applied.
The flowchart in FIG. 16 shows another example of phase difference estimation in the phase difference
First, the phase difference
位相差推定処理部３で得た各観測時間の信号の位相差は、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Ｓ５２）。そして、コヒーレント距離推定処理部４は、格納された位相差と、その位相差の推定に使用した距離とから、最大尤度の探索処理を行う（ステップＳ５３）。すなわち、コヒーレント距離推定処理部４は、この周波数軸上信号を入力として、尤度が最大となる距離を、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、距離の推定値を得る。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を一旦記憶し（ステップＳ５４）、ステップＳ５３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Ｓ５５）。
ステップＳ５５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Ｓ５５のＮＯ）、コヒーレント距離推定処理部４は、ステップＳ５３に戻り、探索初期値である距離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の非線形探索を行う。
The phase difference of the signals at each observation time obtained by the phase difference
When determining in step S55 that the number of trials is less than the locally set number (NO in step S55), the coherent distance
また、ステップＳ５５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Ｓ５５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Ｓ５６）。
Further, when it is determined in step S55 that the number of trials has reached the locally set number (YES in step S55), 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Ｓ５６で最大尤度となる距離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Ｓ５７）。
ステップＳ５７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Ｓ５７のＮＯ）、コヒーレント距離推定処理部４は、ステップＳ５６で格納した最大尤度判定結果の推定距離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を使ったステップＳ５１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 S57 that the number of trials is less than the globally set number (NO in step S57), the coherent distance
また、ステップＳ５７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Ｓ５７のＹＥＳ）、コヒーレント距離推定処理部４は、ステップＳ５６で格納した結果の中から最大尤度となる距離を取り出し、取り出した最大尤度となる距離を、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Ｓ５８）。
この図１６のフローチャートに示す処理によっても、距離の推定結果を得ることができる。
Further, when it is determined in step S57 that the number of trials has reached the globally set number (YES in step S57), the coherent distance
The distance estimation result can also be obtained by the process shown in the flowchart of FIG.
１，１ａ～１ｎ…レーダ受信部、１′…離隔周波数レーダ受信部、２…ＣＰＩデータ記憶部、２′…アレーアンテナデータ記憶部、２″…複数アレーアンテナデータ記憶部、３…位相差推定処理部、４…コヒーレント距離推定処理部、５…ノンコヒーレント距離推定処理部、６…推定対象選択距離推定部、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ…レーダ装置、５１…尤度算出部、５２…最大尤度探索部、１０１，１１１，１２１，１９１…受信素子、１０２，１１２，１２２，１９２…アナログ／デジタル変換器、１０３ａ～１０３ｎ，１１３ａ～１１３ｎ，１２３ａ～１２３ｎ，１９３ａ～１９３ｎ…パルス圧縮部、１０４ａ～１０４ｎ，１１４ａ～１１４ｎ，１２４ａ～１２４ｎ，１９４ａ～１９４ｎ…パルスドップラフィルタ、１０５ａ～１０５ｎ，１１５ａ～１１５ｎ，１２５ａ～１２５ｎ，１９５ａ～１９５ｎ…位相補償部、１１６ａ～１１６ｎ，１２６ａ～１２６ｎ，１９６ａ～１９６ｎ…合成帯域部 1, 1a to 1n... Radar receiving section, 1'... Distant frequency radar receiving section, 2... CPI data storage section, 2'... Array antenna data storage section, 2''... Multiple array antenna data storage section, 3... Phase difference estimation Processing unit, 4... Coherent distance estimation processing unit, 5... Non-coherent distance estimation processing unit, 6... Estimation target selection distance estimation unit, 10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f... Radar device, 51... Likelihood calculation unit , 52... Maximum likelihood search unit, 101, 111, 121, 191... Receiving element, 102, 112, 122, 192... Analog/digital converter, 103a to 103n, 113a to 113n, 123a to 123n, 193a to 193n... Pulse compression section, 104a to 104n, 114a to 114n, 124a to 124n, 194a to 194n...Pulse Doppler filter, 105a to 105n, 115a to 115n, 125a to 125n, 195a to 195n...Phase compensation section, 116a to 116n, 126a to 126n, 196a to 196n...Synthesis band section
Claims (12)
前記記憶部が記憶した複数単位の観測時間の受信信号に基づいて、各受信信号の位相差を推定する位相差推定処理部と、
前記位相差推定処理部で得た位相差を用いて、前記複数単位の観測時間の受信信号を連結した１つの受信信号を得て、得られた１つの受信信号について、目標の距離を得るための評価関数の最大値である最適評価値から前記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前記評価関数が最大となる目標の距離を得る演算とを複数回繰り返して、最大となる評価関数値での距離を、目標の距離として出力する
目標検知装置。 a storage unit that acquires received signals of multiple units of observation time in the same frequency band or different frequency bands obtained from the radar receiving unit, and stores the acquired received signals of multiple units of observation time;
a phase difference estimation processing unit that estimates the phase difference of each received signal based on the received signals of a plurality of units of observation time stored in the storage unit;
Using the phase difference obtained by the phase difference estimation processing unit , obtaining one received signal by concatenating the received signals of the plurality of units of observation time, and obtaining the distance of the target with respect to the obtained one received signal. a coherent distance estimation processing unit that obtains the distance of the target from the optimum evaluation value that is the maximum value of the evaluation function ;
repeating the estimation of the phase difference in the phase difference estimation processing section and the operation of obtaining the target distance at which the evaluation function is maximum in the coherent distance estimation processing section using the estimated phase difference a plurality of times, A target detection device that outputs the distance at the maximum evaluation function 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、各受信信号の位相差を推定する
請求項１に記載の目標検知装置。 An evaluation function is calculated to obtain the distance to the target for each received signal from the received signals of the reception time of plural observation time units stored in the storage unit, and the maximum of the calculated evaluation function of each frequency band is calculated. further comprising a non-coherent distance estimation processing unit that searches for an evaluation function value with a maximum sum of values to obtain target distance information;
The target detection device according to claim 1, wherein the phase difference estimation processing section estimates the phase difference of each received signal from the target distance information obtained by the non-coherent distance estimation processing section.
前記位相差推定処理部は、前記推定対象選択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２に記載の目標検知装置。 further comprising an estimation target selection distance estimation processing unit that performs distance estimation excluding distance information other than the target from the target distance information obtained by the non-coherent distance estimation processing unit,
The target detection device according to claim 2, wherein the phase difference estimation processing section estimates a phase difference between received signals of a plurality of separated frequency bands from the target distance information obtained by the estimation target selection distance estimation processing section.
請求項１又は２に記載の目標検知装置。 The target detection device according to claim 1 or 2 , wherein the coherent distance estimation processing unit performs distance estimation excluding distance information other than the target.
請求項１～４のいずれか１項に記載の目標検知装置。 The target detection device according to any one of claims 1 to 4 , wherein the received signals of the plurality of units of observation time are received signals of the same frequency band and different times received by one receiving antenna.
前記複数単位の観測時間の受信信号は、前記アレーアンテナ受信信号記憶部が記憶した同じ周波数帯又は異なる周波数帯の同じ時間の受信信号である
請求項１～４のいずれか１項に記載の目標検知装置。 The storage unit is an array antenna reception signal storage unit,
The target according to any one of claims 1 to 4 , wherein the received signals of the plurality of units of observation time are received signals of the same frequency band or different frequency bands and the same time stored in the array antenna received signal storage unit. Detection device.
前記位相差推定処理で得た位相差を用いて、前記複数単位の観測時間の受信信号を連結した１つの受信信号を得て、得られた１つの受信信号について、目標の距離を得るための評価関数の最大値である最適評価値から前記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前記評価関数が最大となる目標の距離を得る演算とを複数回繰り返して、最大となる最適評価値での距離を、目標の距離として出力する目標距離探索処理と、を含む
目標検知方法。 a phase difference estimation process of estimating the phase difference of each received signal based on the received signals of multiple units of observation time in the same frequency band or different frequency bands obtained from the radar receiving unit;
Using the phase difference obtained in the phase difference estimation process , one received signal is obtained by concatenating the received signals of the plurality of units of observation time, and the distance of the target is obtained for the obtained one received signal. coherent distance estimation processing that obtains the distance of the target from the optimal evaluation value that is the maximum value of the evaluation function ;
Estimating the phase difference in the phase difference estimation process and calculating the distance to the target that maximizes the evaluation function in the coherent distance estimation process using the estimated phase difference are repeated multiple times to obtain the maximum value. A target detection method comprising: a target distance search process that outputs a distance with an optimal evaluation value as a target distance.
前記位相差推定処理では、前記ノンコヒーレント距離推定処理で得た目標の距離情報から、各受信信号の位相差を推定するIn the phase difference estimation process, the phase difference of each received signal is estimated from the target distance information obtained in the non-coherent distance estimation process.
請求項７に記載の目標検知方法。The target detection method according to claim 7.
請求項７又は８に記載の目標検知方法。The target detection method according to claim 7 or 8.
前記位相差推定処理ステップで得た位相差を用いて、前記複数単位の観測時間の受信信号を連結した１つの受信信号を得て、得られた１つの受信信号について、目標の距離を得るための評価関数の最大値である最適評価値から前記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前記評価関数が最大となる目標の距離を得る演算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 of estimating the phase difference of each received signal based on the received signals of multiple units of observation time in the same frequency band or different frequency bands obtained from the radar receiving unit;
Using the phase difference obtained in the phase difference estimation processing step , one received signal is obtained by concatenating the received signals of the plurality of units of observation time, and the distance of the target is obtained for the obtained one received signal. a coherent distance estimation processing step of obtaining the distance of the target from the optimum evaluation value that is the maximum value of the evaluation function ;
repeating the estimation of the phase difference in the phase difference estimation processing step and the calculation of obtaining the distance of the target at which the evaluation function is maximum in the coherent distance estimation processing step using the estimated phase difference multiple times, A program that causes a computer to execute a target distance search processing step of searching for the maximum optimal evaluation value and outputting the distance at the maximum optimal evaluation value as a target distance.
前記位相差推定処理ステップでは、前記ノンコヒーレント距離推定処理ステップで得た目標の距離情報から、各受信信号の位相差を推定するIn the phase difference estimation processing step, the phase difference of each received signal is estimated from the target distance information obtained in the non-coherent distance estimation processing step.
請求項１０に記載のプログラム。The program according to claim 10.
請求項１０又は１１に記載のプログラム。The program according to claim 10 or 11.
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