JPH063443A - マルチスロープ周波数変調波形レーダシステムの距離測定、検知、および解像方法 - Google Patents

マルチスロープ周波数変調波形レーダシステムの距離測定、検知、および解像方法

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JPH063443A
JPH063443A JP5037037A JP3703793A JPH063443A JP H063443 A JPH063443 A JP H063443A JP 5037037 A JP5037037 A JP 5037037A JP 3703793 A JP3703793 A JP 3703793A JP H063443 A JPH063443 A JP H063443A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、誤警報やゴーストを増加せずに多
数の目標反射波の解像を行うマルチスロープ線形周波数
変調波形レーダシステムにおける最大尤度評価方法を提
供することを目的とする。を得ることを目的とする。 【構成】 周波数変調波形の各位相に対して観測された
一組の検知を含む大きさの検知された目標信号の重心を
決定し(31)、前の全位相観測に基づく計画された目標ド
ップラフィルタ位置のゲート範囲内にヒットがあること
を予想して各位相からの検出をグループ化し(32)、最大
尤度評価過程を用いて重心目標信号を関連付け(33)、選
択された数の共通のヒットで全パスをグループ化して位
相の相関する候補の目標の数を減少させてゴーストを増
加せずに目標数を減少し、残りの検知目標の速度および
距離を計算する(34)ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーダシステム、特に
マルチスロープ線形周波数変調波形レーダシステムに使
用される最大尤度評価および距離測定専用初期化法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】現在のマルチスロープ線形周波数変調波
形レーダ処理技術はゴースト（誤警報）の著しい増加な
しに少ない数（４つ以下）の目標に解像するように制限
されている。線形周波数変調波形を使用するレーダによ
って多重目標を解像するために現在幾つかの技術が存在
する。ある技術は反射波の全ての可能な組合わせに対し
て目標距離測定値を計算し、別の技術は目標距離測定値
およびドップラ測定値を別々に与える。
【０００３】目標検知に必要な全ての可能な組合わせを
計算することは非常に多量の信号処理能力を要求し、多
数のゴーストを生じる。高処理能力の要求により、高価
なレーダシステムが必要であり、多数のゴーストは危険
な状態を引き起こす。距離測定専用のシステムに関し
て、速度推定値は連続する距離測定値の差を出すか或い
はフィルタを使用することから得られる。いずれにせ
よ、これらの推定値は非常に正確な距離測定値を必要と
し、許容できない潜在性を導入する。
【０００４】クルーズ制御システムのような自動車用に
対して、例えば大きい潜在性は自動車の「割込み（cut-
in）」または危険な状態の付加的なリスクを導入する。
距離およびドップラを別々に測定するシステムは距離お
よびドップラ測定値が同じ目標から得られることを保証
することはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、高価な信号処理を行うことなく、また、誤警報
（ゴースト）が顕著に生じることなく多数の目標反射波
の解像を行うマルチスロープ線形周波数変調波形レーダ
システムにおいて使用される最大尤度評価および距離専
用の初期化法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述およびその他の目的
を満足させるために、本発明は例えば自動車クルーズ制
御装置用の周波数変調連続波レーダのようなマルチスロ
ープ線形周波数変調波形レーダの目標を検知し解像する
ために使用される最大尤度評価および距離測定専用初期
化過程または方法を提供する。本発明は多量の信号処理
を必要とすることなく、また誤警報またはゴーストを数
多く生成することなしに典型的に道路環境において遭遇
される多数の目標反射波を解像する。本発明の方法はま
た各目標に対して距離およびドップラを同時に推定す
る。目標を解像するのに加えて、本発明の方法はまた目
標領域に折り重なる不所望の長距離目標を排除し、最も
近い目標周辺の領域のような関係する目標領域を処理す
る（信号処理能力の要求を減少する）能力を有する。Ｎ
個の中からＫ個を検知する検知規則を使用することによ
って、本発明の方法は主ローブ雨クラッタ、主ローブ地
面クラッタ、および受信機漏洩と競合する目標を検知す
る能力を与える。
【０００７】さらに、本発明は大きさの検知された目標
信号を生成するためにレーダ信号を送受信し、受信され
た周波数変調波形レーダ信号を処理する手段を備えてい
るマルチスロープ線形周波数変調波形レーダシステムで
使用される。大きさの検知された目標信号に対応する目
標を解像するために大きさの検知された目標信号を処理
する本発明の方法は次のステップを含む。
【０００８】大きさの検知された目標信号は重心決定目
標信号を供給するための重心決定であり、周波数変調波
形の各位相（スロープセグメント）に対して観測された
一組の検知を含む。重心決定目標信号は次の位相に対し
てフィルタ位置を予測するために最大尤度評価過程を用
いることによって関連付けられており、関連付けステッ
プはヒットが計画した目標ドップラフィルタ位置のゲー
トの大きさの範囲内にあることを予想することによって
各位相からの検知をグループ化し、計画したドップラフ
ィルタ位置およびゲートの大きさは前の全ての位相観測
に依存する。多くの目標は予め定められた数の位相にお
いて相関する候補の目標の数を減少し、選択された数の
共通のヒットでパスをグループ化することによってゴー
ストの数を最小にするために消去される。それから残り
の検知された目標の速度および距離が計算される。
【０００９】上述のように、通常の処理技術はゴースト
を顕著に増加しないように少ない数の目標に対して解像
するように制限される。しかしながら、本発明の方法は
目標パラメータを推定し、任意の数の目標を最適に（最
小自乗程度で）解像する。結果的に、本発明の方法は周
波数変調距離測定スロープの数、スロープ値、およびレ
ーダ波形設計によって設定されたドップラフィルタ解像
によってのみ制限される。さらに、本発明の方法は関係
する距離およびドップラ領域における目標（例えば最も
近い目標）を適応的に検知して解像するので、システム
により要求される信号処理の量を減少する。さらに、本
発明の方法は例えば大きいトラックのような長い目標を
処理および検知する能力を有する。
【００１０】周波数変調連続波形レーダを使用する自動
車用長距離適応クルーズ制御システムは本発明によって
構成されることができる。従来のシステムは短距離適応
クルーズ制御システムのみを構成し、割込み状態にタイ
ムリーに応答することはできない。さらに、瞬時距離お
よびドップラ測定を行う本発明の方法の能力は応答時間
を短くするので、衝突警告システムを構成することがで
きる。例えば、航空機搭載レーダへの適用において、本
発明は同じ信号帯域幅を有する現在の周波数変調波形処
理技術より正確な測定を行うことができる。
【００１１】
【実施例】図を参照すると、ホモダイン周波数変調連続
波（ＦＭＣＷ）レーダシステム10が図１に示されてい
る。レーダシステム10は本発明の原理にしたがった最大
尤度評価および距離測定専用初期化法を用いるように構
成されている。レーダシステム10は通常と同様の設計で
あり、そのようなシステムは従来技術においてよく知ら
れているのでここでは詳細には説明しない。レーダシス
テム10は２つの基本的な構成装置であるレーダ前端部分
11およびレーダデジタル信号プロセッサ12を有する。レ
ーダ前端部分11は送信アンテナ13a からアナログ−デジ
タル（Ａ／Ｄ）変換器14の出力までのレーダシステム10
の部分を含む。特に、レーダ前端部分11は送信アンテナ
13a および局部発振器16に結合される送信装置15を具備
する。送信装置15は通常のタイミング制御およびランプ
発生回路17をさらに含む。
【００１２】システム10は混合器18によって前置増幅器
回路19に結合される受信アンテナ13b を含む受信機23を
具備する。混合器18は局部発振器16に結合され、それら
は受信されたレーダ信号をビデオ周波数に周波数逓降変
換するように協力する。前置増幅器回路19は混合器18の
出力に結合され、ビデオ信号の感度制御および反エーリ
アジングのためにフィルタ処理するローパスおよびハイ
パスフィルタ回路20に結合される。増幅器21および自動
利得制御（ＡＧＣ）回路22はローパスおよびハイパスフ
ィルタ回路20の出力とＡ／Ｄ変換器14の間に直列に接続
されている。
【００１３】デジタル信号プロセッサ12は振幅加重およ
びドップラフィルタ処理過程25と、大きさ検知を行う処
理過程26と、目標検知を行うしきい値過程26と、本発明
の原理によるマルチスロープ周波数変調目標解像過程30
を実行する。さらに、具体的に説明すると、レーダデジ
タル信号プロセッサ12は連続波線形周波数変調波形から
目標情報を抽出し、２つの主要な処理過程を実行する。
目標検知過程26は周波数変調距離測定（ＦＭＲ）波形の
各ＦＭ位相内の目標検知を行う。検知した後、本発明の
目標解像過程30は周波数変調距離測定波形の各位相（ス
ロープセグメント）に対して観測された一連の検知から
目標検知過程26によって供給された各検知目標に対する
距離およびドップラ信号を関連付けて距離を解像する。
この目標検知過程30は本発明の本質である。
【００１４】マルチスロープ周波数変調距離測定目標解
像過程30は重心決定過程31、最大尤度評価装置を使用す
る関連付け過程32、ゴーストの数を最小にする消去過程
33、および速度および距離計算過程34からなる。これら
の過程を以下詳細に説明する。周波数変調距離測定目標
解像過程30の入力は各ＦＭＲ位相（Ｎ位相）に対する大
きさ検知およびしきい値処理過程26の出力である。目標
解像過程30の出力は関係する各距離領域およびドップラ
領域の目標に対して設定された目標距離および目標速度
である。
【００１５】目標解像過程30の距離および速度データ出
力は例えば航空機搭載レーダ追跡およびミサイル誘導シ
ステムにおいて利用されている適応性クルーズ制御シス
テム40または追跡装置50に対する入力として使用される
ことができる。クルーズ制御システム40において、距離
および速度データはエアバックを展開させ、アンチロッ
クブレーキ制御装置を通して自動車の制動動作を生じさ
せるか、或いは衝突警告信号を自動車の運転者に送るた
めに使用されることができる。航空機搭載レーダシステ
ムにおいて、追跡装置50は通常の目標解像過程を用いる
追跡システムと比較するとき潜在的目標をより正確に追
跡するために距離および速度データを使用する。
【００１６】目標を解像するほかに、目標解像過程30は
また不所望のエーリアジング長距離目標を排除し、例え
ば最も近い目標のような関係する目標領域のみを処理す
る（信号処理能力要求を減少する）ように適応されるこ
とができる。さらに、Ｎ個の中からＫ個の検知規則が目
標解像過程30に用いられるとき主ローブの雨によるクラ
ッタ、主ローブの地面によるクラッタ、および受信機23
の漏洩と競合する目標を検知する能力を与える。Ｎ個の
中からＫ個の検知規則は上述の雑音条件が存在する状態
において用いられる。
【００１７】重心決定過程31はドップラフィルタ25のフ
ィルタ内に目標位置を生成し、以下説明するように延長
された重複した目標を処理する手段を備える。重心決定
過程31は目標位置および次のような範囲を推定する判別
式を形成するように各位相に対する隣接するフィルタの
目標反射波をグループ化する。
【００１８】
【数３】
【００１９】上記式において、Ｐf は周波数ｆの信号パ
ワーであり、指標ｆmin 〜ｆmax は重心決定されるべき
隣接のフィルタのグループを特定する。目標範囲（ＥＸ
Ｔ）判別式は目標判別に使用される周波数拡がりを測定
する。図２を参照すると、隣接する検知フィルタは局部
最小値から別の局部最小値にグループ化される。図２は
図１の目標解像過程に用いられたフィルタグループ化を
示す。結果的に、隣接する検知フィルタがＮ個の局部ピ
ークを有するならば、図２に示されているように重心決
定されるＮ個のグループが存在する。
【００２０】重心決定はゴーストを減少することによっ
て関連付け過程32の目標関連特性を高める正確な目標位
置を与える。目標範囲判別式は延長された或いは多重に
重複する目標によって生じる隣接するヒットを破壊する
ために利用される。これは例えばトラックのような大き
い延長された目標を観察する高い確率があることにより
自動車用に必要である。目標の破壊は目標のフィルタ処
理が重複するときゴーストを生成する可能性を増加する
危険を冒しても目標を見失う可能性を減少する。重心決
定過程31の範囲論理装置はまた隣接するフィルタの数に
依存する。ＦＭＲ解像過程30全体の１部分としての重心
決定過程31は特性の観点からして最も重要である。
【００２１】関連付け過程32は計画された実行可能な目
標ドップラフィルタ位置のゲートの大きさの範囲内にヒ
ットがあることを予想することによって各位相からの検
知をグループ化する。関連付け過程32は初期化のために
所望の距離情報を使用し、次の位相に対するフィルタ位
置を予想するために最大尤度評価装置を使用する。
【００２２】まず、関連付け過程32は同じ符号を有する
スロープによって２つの位相から検知目標フィルタを関
連付ける。第１の関連付けのためのゲートの大きさは所
望の最小および最大目標距離によって設定される。これ
はこれらの２つの位相における潜在的関連の数を最小に
し、さらに最大距離よりも長い距離におけるすべての目
標を消去する。スロープ値（同じ符号スロープは互いに
素である）を適切に選択することによって、長距離排除
は波形からの最大距離よりもはるかに大きくてもよい
（１０倍であってもよい）。システム10が距離によって
整理された最も近い目標を与えるように調整されるなら
ば、システム10は２つの同じ符号スロープを有する可能
な関連付けられた目標のリストを分類するように適応さ
れる。関連付け過程32およびＦＭＲスロープ値の選択の
この第１のステップではシステム10の信号処理要求を決
定する。第１の２つのスロープ関連付けからの測定によ
って、最大尤度評価装置は次のように位相反射波の位置
を予想するために使用される。
【００２３】
【数４】
【００２４】ここで、ｆN+1 est は位相反射波の位置で
あり、（／ω）は目標反射波の平均であり、ωi はスロ
ープｉに対する目標反射波の値であり、（／ρ）はスロ
ープ値と目標反射波の間の相関の平均であり、Ｎは使用
されたスロープの数であり、ｓi はスロープｉの値であ
り、ｓ2 i はスロープ値の２乗であり、ＥN （Ｓ2 ）は
スロープ値の第２のモーメントであり、ＥN （ｓ）はス
ロープ値の平均であり、σ2 s （Ｎ）はスロープ値の変
動であり、さらにｓN+1 は次の位相のスロープ値であ
る。
【００２５】Ｎ＝２のとき、ｓi はｉ番目の位相スロー
プであり、ωi はｉ番目の位相における目標に対する周
波数測定である。位相３反射波が非常に高い確率でゲー
ト（例えば３シグマゲート）内にあるようにゲートを設
定する評価の変動は次の通りである。
【００２６】
【数５】 ここで、σ2 M は測定の変動である。
【００２７】例えば位相３において関連付けがあるなら
ば、図３に示されているように次に続く位相反射波（位
相番号４乃至位相番号Ｎ）の全てに対して上述のステッ
プを繰返す。さらに具体的に説明すると、図３は図１の
目標解像過程30に用いられた関連付け過程32を示す。
【００２８】上述の関連付け過程32はＮ個中からＮ個の
検知規則に対して適用できるものである。同様の過程は
Ｎ個中のＫ個の検知規則に適用されることができる。Ｎ
個中のＫ個の検知規則は目標反射波が領域内にあること
が予想されるとき目標検知を行うために使用されること
ができ、それに対して幾つかのＦＭＲ位相において受信
機漏洩、主ローブクラッタ、または主ローブ雨クラッタ
と競合しなければならない。この例において、関連付け
過程32は目標反射波が妨害信号によってマスクされるこ
とを予想する位相をスキップする。
【００２９】消去過程33は３つの共通のヒットで全ての
パスをグループ化することによって４つのＦＭＲ位相を
相関する候補の目標の数を減少する。各グループ外から
選択された目標は最小推定エラーをもつ。消去過程33は
目標検知確率をわずかに減少するがゴーストの数を大い
に減少することによって特性を最適にする。判別機能は
延長された目標を個々の目標に分割するので、評価過程
32はこれらの部分を単一の目標に再びグループ化する。
これは同じドップラおよび例えば自動車の長さのような
特定長より短い距離差で目標をグループ化することによ
って行われる。距離（Ｒ）および速度（Ｒ´）の計算過
程34は目標、距離（Ｒest ）および速度（Ｒ´est ）は
次の式を用いて推定する。
【００３０】
【数６】
【００３１】ここで、ｃは光の速度であり、λは波長で
あり、Ｎは関連するスロープの数に等しい。距離および
速度計算過程34の出力は各目標に対する目標距離および
速度である。
【００３２】上述の本発明は自動車クルーズ制御用に対
する非走査６０ＧＨｚレーダおよび２つの走査６０ＧＨ
ｚレーダの形態で実行するためにまとめられた。非走査
レーダの目的は複雑な道路シナリオで動作するレーダシ
ステム10の能力を示すことである。試験は、レーダシス
テム10が多重目標の状態において同じ目標の距離および
速度測定を正確に行うことを示している。レーダシステ
ム10は波形処理によって大きいが離れた目標を排除する
能力を有することが証明される。試験は、重心決定過程
31が２つの接近した目標を有効に弁別することが示して
いる。適応性クルーズ制御システムの試験では、高速道
路の条件下で適応性クルーズ制御システムの性能が証明
される。距離および速度を同時に測定する能力は自動車
の割込み状態において本発明のシステム10の性能を著し
く高める。
【００３３】以上、マルチスロープ線形周波数変調波形
レーダシステムに使用される新しい改良された最大尤度
評価および距離専用初期化法を説明した。適応性クルー
ズ制御システムおよび衝突警告システムの製造は本発明
によって可能である。改良された航空機搭載レーダシス
テムは同じ信号帯域幅を有する現在の周波数変調波形処
理技術よりも正確な距離および速度測定を行うために本
発明を用いることによって構成されることができる。
【００３４】上述の実施例は本発明の原理の適用を示す
多くの特定の実施例を単に例示したものである。明らか
に、多くの他の装置は本発明の技術的範囲から逸脱する
ことなく当業者によって容易に工夫されることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理にしたがった最大尤度評価および
距離測定専用初期化法を用いるホモダイン周波数変調連
続波レーダシステムの図。
【図２】図１の方法に使用されるフィルタグループ化を
示す図。
【図３】図１の方法に使用される関連付け過程を示す
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トラング・ティー・ヌグエン アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92646、ハンテイントン・ビーチ、スパー ネイ・レーン 21222

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 レーダ信号を送受信し、大きさの検知さ
    れた目標信号を生成するために受信された周波数変調さ
    れた波形レーダ信号を処理する手段を備えているマルチ
    スロープ線形周波数変調波形レーダシステムにおける大
    きさの検知された目標信号に対応して目標を解像するた
    めに大きさの検知された目標信号を処理する方法におい
    て、 重心目標信号を生成するために、周波数変調された波形
    の各位相（スロープセグメント）に対して観測された一
    組の検知を含む大きさの検知された目標信号の重心を決
    定し、 前の全ての位相観測に基づいて計画された目標ドップラ
    フィルタ位置のゲートの大きさの範囲内にヒットがある
    ことを予想することによって各位相からの検出をグルー
    プ化し、次の位相に対してフィルタ位置を予想するため
    に最大尤度評価過程を用いて重心目標信号を関連付け、 選択された数の共通のヒットで全てのパスをグループ化
    することによって予め定められた数の位相を相関する候
    補の目標の数を減少することによってゴーストの数を最
    小にして目標の数を消去し、 残りの検知目標の速度および距離を計算するステップを
    含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 関連付けステップは、 同じ符号を有するスロープによって２つの位相からの検
    知された目標フィルタを関連付け、 これらの２つの位相における潜在的関連の数を最小に
    し、最大距離よりも長い距離における全ての目標を消去
    するように所望の最小および最大目標距離に基づいた第
    １の関連に対してゲートの大きさを設定するステップを
    含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 目標距離によって整理された最も近い目
    標の位置を与えるために２つの同じ符号のスロープを有
    する可能な関連した目標のリストを分類するステップを
    さらに含む請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 関連付けステップはＮ個の中からのＮ個
    の検知規則を含む請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 関連付けステップは目標反射波が領域内
    にあることが予想されるとき目標検知を行い、それに対
    して幾つかのＦＭＲ位相において受信機漏洩、主ローブ
    クラッタ、および主ローブ雨クラッタと競合するＮ個の
    中からのＫ個の検知規則を含む請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 Ｎ個の中からのＫ個の検知規則は目標反
    射波が妨害信号によってマスクされることが予想される
    位相をスキップするステップをさらに含む請求項５記載
    の方法。
  7. 【請求項７】 重心決定ステップはＦＦＴのフィルタ内
    において目標位置を生成する請求項１記載の方法。
  8. 【請求項８】 重心決定ステップは目標位置および範囲
    を推定する判別式を形成するように各位相に対する隣接
    するフィルタの目標反射波をグループ化する請求項１記
    載の方法。
  9. 【請求項９】 消去ステップは最小推定エラーを有する
    各グループからの目標を選択することによってゴースト
    の数を最小にする請求項１記載の方法。
  10. 【請求項１０】 消去ステップは同じドップラおよび特
    定長よりも短い距離差を有する目標をグループ化するこ
    とによって個々の目標を単一目標にグループ化する請求
    項９記載の方法。
  11. 【請求項１１】 検知目標の速度および距離の計算ステ
    ップは次の式を用いて目標距離および速度を評価し、 【数１】 ここで、ｃは光の速度であり、λは波長であり、Ｎは関
    連するスロープの数に等しく、 【数２】 ここで、ｆN+1 est は位相反射波の位置であり、（／
    ω）は目標反射波の平均であり、ωi はスロープｉに対
    する目標反射波の値であり、（／ρ）はスロープ値と目
    標反射波の間の相関の平均であり、Ｎは使用されたスロ
    ープの数であり、ｓi はスロープｉの値であり、ｓ2 i
    はスロープ値の２乗であり、ＥN （Ｓ2 ）はスロープ値
    の第２のモーメントであり、ＥN （ｓ）はスロープ値の
    平均であり、σ2 s （Ｎ）はスロープ値の変動であり、
    さらにｓN+1 は次の位相のスロープ値である請求項１記
    載の方法。
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