JPH05142338A - ミリ波レーダ距離速度測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は連続波レーダの送信信号に周波数変
調を施し同時に目標からの反射信号を受信して距離、速
度を測定するに際し、ノイズ等により測定されるビート
信号のピーク周波数がバラツキ、このため距離及び速度
が不安定になるのを防止することを目的をする。特に本
発明では複数の目標に対する信号処理装置に言及する。 【構成】 ミリ波レーダ距離速度測定装置において、ビ
ート信号を周波数分析して周波数変調の周波数の上昇側
及び下降側でそれぞれピーク周波数を求め、今回のピー
ク周波数が前回のピーク周数波数を中心とする所定幅の
範囲にあるときには、今回のピーク周波数を距離及び速
度を、今回のピーク周波数が上記所定幅の範囲にないと
きには、前回のピーク周波数を距離及び速度を導出する
ために用いる。複数の目標に対する上昇側及び下降側で
のピーク周波数について、同様にして求める。測定する
間の速度を一定として、今回の周波数を予測し、これを
前回のピーク周波数として用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続波レーダの送信信号
に周波数変調を施し同時に目標からの反射信号を受信し
て距離、速度を測定するためのミリ波レーダ距離速度測
定装置に関する。特に本発明ではノイズ等により測定さ
れるビート信号のピーク周波数がバラツキ、このため距
離及び速度が不安定になるのを防止することを目的をす
る。

【０００２】

【従来の技術】従来このような分野のミリ波レーダ距離
速度測定装置に関する技術としては、「レーダ技術」
（社団法人：電子情報通信学会）に記載されたものがあ
った。連続波レーダの送信信号の送信信号に周波数変調
を施して適当に繰り返して行い、受信信号とビートをと
ると、ビート周波数ｆは、 ｆ＝４Ｒ・ｆｍ・Δｆ／ｃ …（１） として表せる。ここにＲは目標までの距離、ｆｍは周波
数変調の繰り返し周波数、Δｆは周波数偏移幅、ｃは光
速を表す。従ってビート周波数ｆが得られると目標まで
の距離が求められる。

【０００３】次に目標が移動している場合には、ドップ
ラ効果により送信信号と受信信号との関係では、ビート
信号周波数ｆは、固定した目標の場合のビート信号周波
数ｆにドップラ周波数ｆｐが重畳し、その方向が各変調
サイクル毎に上昇（ｕｐ）又は降下（ｄｏｗｎ）を交互
に変わり、ドップラ周波数ｆｐを、 ｆｐ＝２・ｆ０・Ｖ／ｃ …（２） ここでｆ０は送信中心周波数でｆ０＝Ｎ／ｆｓ、Ｎ：Ｆ
ＦＴ（高速フーリエ変換器）のポイント数、ｆｓ：サン
プリング周波数、Ｖ：目標との相対速度と表し、とする
と、すなわち目標に対してビート信号の上昇側及び下降
がわの周波数は下記のように表せる。

【０００４】ｆｕ（ｕｐ）＝ｆ−ｆｐ …（３） ｆｄ（ｄｏｗｎ）＝ｆ＋ｆｐ …（４） したがって変調の各半サイクル毎に、ｆｕ（ｕｐ）とｆ
ｄ（ｄｏｗｎ）を別々に測定すれば、 ｆ＝｛ｆｕ（ｕｐ）＋ｆｄ（ｄｏｗｎ）｝／２ …（５） ｆｐ＝｛ｆｕ（ｕｐ）−ｆｄ（ｄｏｗｎ）｝／２ …（６） として信号を処理して、すなわちこのｆ、ｆｐから目標
の距離と速度をそれぞれ別々に求めることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来のミリ波
レーダ距離速度測定装置では目標が単一の場合には、上
述のビート信号の波形が正弦波をなすため、このビート
信号をパルスカウントして距離等が数十msec毎に計測さ
れていた。しかしながら従来のミリ波レーダ距離速度測
定装置を、例えば自動車に搭載して使用し計測結果を出
すのに瞬間、瞬間の実データのみで計算すると移動する
目標の数による上記正弦波が歪みや、目標での反射状態
により、該ビート信号の計測結果にバラツキが生じて速
度及び距離表示が不安定になるという問題がる。

【０００６】したがって本発明は上記課題に鑑みビート
信号の計数測定にバラツキを防止して距離及び速度を安
定に表示できるミリ波レーダ距離速度測定装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、連続波レーダの送信信号の送信信号に周
波数変調を施して適当に繰り返して行い、受信信号と送
信信号とのビート信号から距離及び速度を求めるミリ波
レーダ距離速度測定装置において、前記ビート信号を高
速フーリエ変換器（ＦＦＴ）を用いて周波数分析して前
記周波数変調の周波数の上昇側及び下降側でそれぞれピ
ーク周波数を求める。このピーク周波数分析は変調周期
毎に連続的に行われる。今回のピーク周波数が前回のピ
ーク周数波数を中心とする所定幅の範囲にあるときに
は、該今回のピーク周波数を距離及び速度を導出するた
めに用い、該今回のピーク周波数が上記所定幅の範囲に
ないときには、該前回のピーク周波数を距離及び速度を
導出するために用いる。また、複数の目標に対する上昇
側及び下降側でのピーク周波数についても同様に、該今
回のピーク周波数が該前回のピーク周数波数を中心とす
る所定幅の範囲にあるときには、該今回のピーク周波数
を距離及び速度を導出するために用い、該今回のピーク
周波数が上記所定幅の範囲にないときには、該前回のピ
ーク周波数を距離及び速度を導出するために用いる。さ
らに、該今回のピーク周波数と該前回のピーク周数波数
とを測定する間の速度を一定として、該今回の周波数を
予測し、該今回の周波数と該予測値を比較して、該今回
のピーク周波数が該前回のピーク周数波数を中心とする
該所定幅の範囲にあるときには、該今回のピーク周波数
を距離及び速度を導出するために用い、該今回のピーク
周波数が上記所定幅の範囲にないときには、該前回のピ
ーク周波数を距離及び速度を導出するために用いる。逆
に過去の複数の距離及び速度からそれぞれ線型予測によ
り今回の距離及び速度を求め、この距離及び速度から今
回の上昇側及び下降側のピーク周波数を予測するように
してもよい。

【０００８】

【作用】本発明のミリ波レーダ距離速度測定装置によれ
ば、今回のピーク周波数が前回のピーク周数波数を中心
とする所定幅の範囲にあるときには、該今回のピーク周
波数を距離及び速度を導出するために用い、該今回のピ
ーク周波数が上記所定幅の範囲にないときには、該前回
のピーク周波数を距離及び速度を導出するために用いる
ことにより、ビート信号のＦＦＴの結果がノイズ等の影
響でバラツイテも一度目標を捕らえると、それを基準に
ピーク周波数を対応をとるため安定した距離及び速度を
得ることができる。また同一目標を捕らえているという
情報も得ることができる。複数の目標に対する上昇側及
び下降側でのピーク周波数についても同様にすることに
より、ＦＦＴで捕らえられた全てのピーク周波数に対し
て安定した距離及び速度を導出できる。さらに、該今回
のピーク周波数と該前回のピーク周数波数とを測定する
間の速度を一定として、該今回の周波数を予測し、該今
回の周波数と該予測値を比較するようにしたので、前回
のピーク周波数がノイズ等で連続してバラツイテも予測
値により安定して、その後にノイズ等がなくなってもそ
の間のピーク周波数を予測しているので今回のピーク周
波数を上記所定幅の範囲に捕らえてその後も安定して距
離及び速度を提供できる。過去の複数の距離及び速度か
ら今回の上昇側及び下降側のピーク周波数を予測するこ
とによって予測精度が向上する。

【０００９】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の実施例に係るミリ波レーダ距
離速度測定装置の全体構成を示す図である。本図に示す
ミリ波レーダ距離速度測定装置は、三角波変調の連続波
信号を送信しこれと目標で反射した受信信号とを混合し
てビート信号を形成するセンサ１と、サンプリングした
ときに該センサ１の信号が折り返しをおこさないように
高域信号を除去する低域通過フィルタ２と、該低域通過
フィルタ２からのアナログ信号をディジタル信号に変換
するＡ／Ｄ（Analog to Digital Converter)変換器３
と、該Ａ／Ｄ変換器３からのディジタル信号に変換され
たビート信号を周波数分析し、距離及び速度の信号に処
理するためにＤＳＰ（Digital Signal Processor) で構
成される信号処理部４と、該信号処理部４で得られた距
離及び速度データを表示するための制御を行うコントロ
ーラ５と、該コントローラ５で制御されたデータを表示
する表示部６とを含む。

【００１０】図２は図１のセンサの出力信号の形成を示
す図である。本図（ａ）の実線で示すように、センサ１
から３角波変調の連続の送信信号が送信され、点線で示
すように目標で反射された信号がセンサ１で受信され
る。さらに本図（ｂ）に示すように、３角波変調の上昇
側でビート信号ｆｕと下降側でビート信号ｆｄが図示し
ない混合器で形成される。なお、本図に用いられている
記号、符号は従来技術で説明したものと同様である。

【００１１】図３は図１に示す信号処理部の構成を示す
図である。本図に示すように、該信号処理部４は、周波
数変調の繰り返し周波数ｆｍに関して単位時間１／ｆｍ
とした間隔で該Ａ／Ｄ変換器３からのビート信号の周波
数をＦＦＴ（高速フーリエ変換器）で分析する周波数分
析部４１と、該周波数分析部４１で分析されて求められ
たビート信号の分析結果である上昇側及び下降側のピー
ク周波数Ａｕ及びＡｄを記憶する記憶部４２と、該周波
数分析部４１からのピーク周波数と該記憶部４２からの
前回のピーク周波数を比較する比較部４３と、通常は該
周波数分析部４１からの信号を出力し該比較部４３から
の制御信号があったときに該記憶部４２からの出力信号
を出力するスイッチ部４４とを含む。

【００１２】図４は図３に示す信号処理部による信号処
理のフローチャートである。本図に示すように、該周波
数分析部４１でピーク周波数が求められ（ステップ
１）、該記憶部４２で該ピーク周波数が記憶更新される
（ステップ２）。該比較部４３では、該周波数分析部４
１からの今回入力したＡｕ（Ｔ）及びＡｄ（Ｔ）と該記
憶部４２からの前回入力したＡｕ（Ｔ−１）及びＡｄ
（Ｔ−１）とを比較して、下記式が満たされるか否かを
判断する。

【００１３】 Ａｕ（Ｔ−１）−Δ≦Ａｕ（Ｔ）≦ Ａｕ（Ｔ−１）＋Δ …（７） Ａｄ（Ｔ−１）−Δ≦Ａｄ（Ｔ）≦ Ａｄ（Ｔ−１）＋Δ …（８） ここでＴは上述の単位時間１／ｆｍにより計測される時
間である。さらにΔは該単位時間１／ｆｍの間に目標が
相対的に移動するとによって変化し得る該Ａｕ（Ｔ）及
びＡｄ（Ｔ）の変化量やノイズを考慮して決定され、例
えばΔを距離に換算すれば約２ｍに設定してもよい（ス
テップ３）。これは自動車間の相対速度を例えば１００
Ｋｍ／、１／ｆｍ＝５０ｍｓｅｃとしてこの間に目標が
移動する距離が約１．４ｍに相当することに対応する。
上記式が満たされれば、後段に今回入力したＡｕ
（Ｔ）、Ａｄ（Ｔ）が送出される（ステップ４）。逆に
上記式が満たされなければ、今回入力したＡｕ（Ｔ）、
Ａｄ（Ｔ）に代わって前回入力したＡｕ（Ｔ−１）、Ａ
ｄ（Ｔ−１）が該スイッチ部４４によって後段に送出さ
れる（ステップ５）。この場合には、該記憶部４２では
該Ａｕ（Ｔ）、Ａｄ（Ｔ）に代わってＡｕ（Ｔ−１）、
Ａｄ（Ｔ−１）が記憶されつぎの比較の基準になる。

【００１４】図５は図４のフローチャートで処理される
信号の状態を示す図である。本図は上記信号処理を理解
し易くするため上昇側についてのみ説明するものであ
り、本図を参照しながら要約すれば、前回の信号と比較
して今回の信号が所定幅にあれば、今回の信号が正しい
と判断これを用いるが今回の信号が所定幅になければノ
イズの影響を受けているとして除外する。したがって、
目標が一度捕らえられると、それを基準に周波数のピー
クの対応をとるため結果を安定して捕らえることができ
かつ同じ目標をとらえているという情報をも得ることが
できる。

【００１５】以上の説明では目標が単一の場合を対象と
したが、目標が複数の場合であっても適用できる。以下
にその説明を行う。ｔ＝Ｔのとき目標Ａ、Ｂがとらえら
れ、そのピーク周波数を（Ａｕ、Ａｄ）、（Ｂｕ、Ｂ
ｄ）であったとする。図６は複数の目標の場合に処理さ
れる信号の状態を示す図である。本図では上昇側のピー
ク周波数について示し、ｔ＝Ｔ＋１でのピーク周波数ａ
１、ｂ１が得られ、Ａｕ（Ｔ）−Δ≦ａ１≦ Ａｕ
（Ｔ）＋Δを満たすのでピーク周波数ａ１は目標Ａに対
応する。同様に、ｂ１も目標Ｂに対応する。以下ｔ＝Ｔ
＋２、Ｔ＋３のとき、ａ２は目標Ａ、ｃ２は目標Ｂ、ａ
３は目標Ａ、ｃ３は目標Ｂに対応する。下降側について
も同様の処理を行い、目標Ａに対応するものが順にｘ
１、ｘ２、ｙ３、目標Ｂに対応するものがｙ１、ｚ２、
ｚ３であったとすると下記のようになる。

【００１６】 ｔ ： Ｔ Ｔ＋１ Ｔ＋２ Ｔ＋３ 目標Ａ：（Ａｕ、Ａｄ）（ａ１、ｘ１）（ａ２、ｘ２）（ａ３、ｙ３） 目標Ｂ：（Ｂｕ、Ｂｄ）（ｂ１、ｙ１）（ｃ２、ｚ２）（ｃ３、ｚ３） 上式（５）、（６）により、それぞれの組み合わせで
ｆ、ｆｐを求め、これより距離、速度が安定して得られ
る。図６において上昇側にあるｂ１、ｂ２は目標Ａ、Ｂ
にも属さず、新たな目標とも解されるが、下降側に対応
するピーク周波数がないのでノイズと判断される。かく
して従来では測定された複数のピーク周波数がある場合
にはどの目標に属するか否か判断が困難であったが本実
施例により同一目標に対するものであることが安定して
認識できるようになった。

【００１７】以上の説明では今回のピーク周波数と前回
のピーク周波数とを直接比較したが、今回のピーク周波
数が連続してノイズによると判断され、前回のピーク周
波数が更新されないため、次に今回のピーク周波数がノ
イズによるものではなく真のものでも上記Δの範囲に入
らなくなる虞がある。したがって前回のピーク周波数か
ら下記のように今回のピーク周波数を予測して、該予測
値と今回のピーク周波数とを比較する。

【００１８】上記式（５）、（６）より、直接距離、速
度を求めると下記のようになる。 Ｒ＝（ｃ／（４・Δｆ））・（Ｎ／ｆｓ）・（ｆｕ＋ｆｄ） …（９） Ｖ＝（ｃ・ｆｓ）／（４・ｆ０・Ｎ）・（Ｎ／ｆｓ）・（ｆｕ−ｆｄ） …（１０） なお下線部分はＦＦＴ周波数分解能で正規化される。

【００１９】したがって距離Ｒ、速度Ｖは下記のように
省略されて表せる。 Ｒ＝ａ・（ｆｕ＋ｆｄ） …（１１） Ｖ＝ｂ・（ｆｕ−ｆｄ） …（１２） ここでａ、ｂは（９）、（１０）式から得られる定数で
ある。 ａ＝（ｃ／（４・Δｆ））・（Ｎ／ｆｓ） …（１３） ｂ＝（ｃ・ｆｓ）／（４・ｆ０・Ｎ）（Ｎ／ｆｓ）…（１４） そこで速度Ｖを一定として、前回から今回までの測定時
間をΔｔとすると距離Ｒ０は下記式で表せる。

【００２０】Ｒ０＝Ｖ・Δｔ＋Ｒ …（１５） よって今回得られる上昇側及び下降側のピーク周波数を
それぞれｆｕ１及びｆｄ１とすると、Ｒ０、Ｖは下記式
になる。 Ｒ０＝ａ・（ｆｕ１＋ｆｄ１） …（１６） Ｖ＝ｂ・（ｆｕ１−ｆｄ１） …（１７） これより、 （ｆｕ１＋ｆｄ１）＝Ｒ０／ａ …（１８） （ｆｕ１−ｆｄ１）＝Ｖ／ｂ …（１９） ここで、 Ｒ０＝ａ・（ｆｕ＋ｆｄ）＋Δｔ・ｂ・（ｆｕ−ｆｄ）…（２０） したがって、（１８）、（１９）式より、 ｆｕ１＝１／２・（Ｒ０／ａ−Ｖ／ｂ） ＝１／２・（ｆｕ＋ｆｄ＋（ｂ／ａ）・Δｔ・（ｆｕ−ｆｄ） −（ｆｕ−ｆｄ）） ＝ｆｕ＋（ｂ／２ａ）・Δｔ・（ｆｕ−ｆｄ） …（２１） ｆｄ１＝１／２・（Ｒ０／ａ＋Ｖ／ｂ） ＝１／２・（ｆｕ＋ｆｄ＋（ｂ／ａ）・Δｔ・（ｆｕ−ｆｄ） ＋（ｆｕ−ｆｄ）） ＝ｆｄ＋（ｂ／２ａ）・Δｔ・（ｆｕ−ｆｄ） …（２２） この予測値ｆｕ１及びｆｄ１を図３の例えば比較部４３
で演算させて、これを前回のピーク周波数として今回の
ピーク周波数と比較するようにしてもよい。かくして目
標に対するピーク周波数の測定の安定性が増加する。

【００２１】次に予測値ｆｕ１及びｆｄ１の精度を向上
する手段について説明する。ビート信号のＦＦＴの結果
ではノイズ等の影響でバラツキがあり一方実際得られる
べき結果についてその変化が小さいものである。したが
って、過去のデータ又は結果を数ブロック分フィルタ処
理してその結果のデータを組み合わせて計測の安定を図
る手段について以下に説明する。

【００２２】図７は（１１）及び（１２）式から得られ
た速度信号Ｖから予測速度信号Ｖ０を推定する回路を示
す。本図（ａ）に示す回路は、ＦＩＲフィルタで構成さ
れ、例として単位時間１／ｆｍだけ信号をそれぞれ遅延
するために直列接続する４つの遅延器と、各該遅延器の
出力に接続され、各計数１／４を有する乗算器と、各該
乗算器の出力を加算する加算器からなり、これによって
本図（ｂ）に示すように、過去の時間Ｔ−４、Ｔ−３、
Ｔ−２及びＴ−１の速度信号からＴにおける速度信号Ｖ
０を予測できる。

【００２３】図８は（１１）及び（１２）式から得られ
た距離信号Ｒ０から予測距離信号Ｒ００を推定する回路
を示す。本図（ａ）に示す回路は、ＦＩＲフィルタで構
成され、例として単位時間１／ｆｍだけ信号をそれぞれ
遅延するために直列接続する４つの遅延器と、入力側か
ら第一段の遅延器の出力及び最終段の遅延器の出力に接
続され、各計数−１／３及び４／３を有する乗算器と、
各該乗算器の出力を加算する加算器とからなり、これに
よって本図（ｂ）に示すように、過去の距離信号による
データが短時間では直線性を有するものとして、過去の
時間Ｔ−４、Ｔ−３、Ｔ−２及びＴ−１の速度信号から
Ｔにおける距離信号Ｒ００を予測できる。こようにして
得られた速度信号Ｖ０及び距離信号Ｒ００について（１
６）及び（１７）からｆｕ１及びｆｄ１を求めることに
より、さらに予測値の精度が向上することになる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、今
回のピーク周波数が前回のピーク周数波数を中心とする
所定幅の範囲にあるときには、該今回のピーク周波数を
距離及び速度を導出するために用い、該今回のピーク周
波数が上記所定幅の範囲にないときには、該前回のピー
ク周波数を距離及び速度を導出するために用いるように
したので、安定した距離及び速度を得ることができる。
また複数の目標に対する上昇側及び下降側でのピーク周
波数についても同様にし各目標にたいしても同様の効果
がえられる。さらに、該今回のピーク周波数と該前回の
ピーク周数波数とを測定する間の速度を一定として、該
今回の周波数を予測し、該今回の周波数と該予測値を比
較するようにして前記と同様に距離及び速度を得るよう
にしたので、安定度が増加する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るミリ波レーダ距離速度測
定装置の全体構成を示す図である。

【図２】図１のセンサの出力信号の形成を示す図であ
る。

【図３】図１に示す信号処理部の構成を示す図である。

【図４】図３に示す信号処理部による信号処理のフロー
チャートである。

【図５】図４のフローチャートで処理される信号の状態
を示す図である。

【図６】複数の目標の場合に処理される信号の状態を示
す図である。

【図７】（１８）及び（１９）式に用いられている速度
信号Ｖを求める回路を示す。

【図８】（１８）及び（１９）式に用いられている距離
信号Ｒ０を求める回路を示す。

【符号の説明】

１…センサ ２…低域通過フィルタ ３…Ａ／Ｄ変換器 ４…信号処理部 ５…コントローラ ６…表示器 ４１…周波数分析部 ４２…記憶部 ４３…比較部 ４４…スイッチ部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続波レーダの送信信号の送信信号に周
   波数変調を施して適当に繰り返して行い、受信信号と送
   信信号とのビート信号から距離及び速度を求めるミリ波
   レーダ距離速度測定装置において、 前記ビート信号を周波数分析して前記周波数変調の周波
   数の上昇側及び下降側でそれぞれピーク周波数を求め、
   今回のピーク周波数が前回のピーク周波数を中心とする
   所定幅の範囲にあるときには、該今回のピーク周波数を
   距離及び速度を導出するために用い、該今回のピーク周
   波数が上記所定幅の範囲にないときには、該前回のピー
   ク周波数を距離及び速度を導出するために用いることを
   特徴とするミリ波レーダ距離速度測定装置。
2. 【請求項２】 複数の目標に対する上昇側及び下降側で
   のピーク周波数について、該今回のピーク周波数が該前
   回のピーク周数波数を中心とする所定幅の範囲にあると
   きには、該今回のピーク周波数を距離及び速度を導出す
   るために用い、該今回のピーク周波数が上記所定幅の範
   囲にないときには、該前回のピーク周波数を距離及び速
   度を導出するために用いる請求項１記載のミリ波レーダ
   距離速度測定装置。
3. 【請求項３】 該今回のピーク周波数と該前回のピーク
   周数波数とを測定する間の速度を一定として、該今回の
   周波数を予測し、該今回の周波数と該予測値を比較し
   て、該今回のピーク周波数が該前回のピーク周数波数を
   中心とする該所定幅の範囲にあるときには、該今回のピ
   ーク周波数を距離及び速度を導出するために用い、該今
   回のピーク周波数が上記所定幅の範囲にないときには、
   該前回のピーク周波数を距離及び速度を導出するために
   用いる請求項１記載のミリ波レーダ距離速度測定装置。
4. 【請求項４】 受信信号と送信信号とのビート信号から
   得られた過去の複数の距離及び速度からそれぞれ線型予
   測により今回の距離及び速度を求め、この距離及び速度
   から今回の上昇側及び下降側の予測ピーク周波数を推測
   する請求項３記載のミリ波レーダ距離速度測定装置。