JPH07234275A - 周波数変調連続波および階段周波数レーダシステム用の近距離マイクロ波検出 - Google Patents

周波数変調連続波および階段周波数レーダシステム用の近距離マイクロ波検出

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JPH07234275A
JPH07234275A JP6285247A JP28524794A JPH07234275A JP H07234275 A JPH07234275 A JP H07234275A JP 6285247 A JP6285247 A JP 6285247A JP 28524794 A JP28524794 A JP 28524794A JP H07234275 A JPH07234275 A JP H07234275A
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Charles J Mott
チャールズ・ジェイ・モット
Trung T Nyugen
トラング・ティー・ヌグエン
Edmond E Ii Griffin
エドモンド・イー・グリフィン、ザ・セカンド
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、ＦＭ連続波レーダを使用して従来
不可能とされていた近距離ターゲットの検出を行う方法
およびシステムを提供することを目的とする。 【構成】 基準傾斜波信号を送信し、基準傾斜波の反射
信号を受信するトランシーバ手段10と、信号処理手段12
と、ディスプレイ40とを備え、この信号処理手段12は、
受信された基準傾斜波反射信号をＡ／Ｄ変換器15でデジ
タルに変換した後に32でそのコヒーレント平均を決定
し、33で連続するグループの基準傾斜波反射信号の次の
グループにおける各信号から送信された基準傾斜波信号
のコヒーレント平均を減算し、36で近接位置のターゲッ
トの検出を行うために基準傾斜波反射信号の結果的なグ
ループを非コヒーレントに積分を行い、ディスプレイ40
は検出されたターゲットを表示することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にレーダシステム
に関し、特に周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）および階段
周波数レーダシステムに使用される近距離マイクロ波検
出のためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】既知の近距離ＦＭＣＷ検出問題に関して
はいくつかの部分的な解決法が存在する。これらは、分
離を改善するための送信および受信アンテナの物理的分
離、アナログハードウエア方法による漏洩の相殺、シス
テム内の内部反射の最小化、およびＦＭ傾斜帯域幅の増
加を含む。物理的に異なる送信および受信アンテナによ
り、ハードウエア相殺を行うときにハードウエアの複雑
さ、大きさおよびコストは増加する。ハードウェア相殺
および内部反射の最小化は、大量生産に関して魅力的な
ものではない。これらの技術は利用可能であるが、コス
ト、大きさおよび大量生産の難しさのために自動生産に
おいては実行できない。ＦＭ傾斜帯域幅の増加は、ＦＣ
Ｃ規則によってしばしば禁止され、または、マイクロ波
成分があまり再生できない別の周波数における動作を要
求される。
【０００３】
【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、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）あるいは階段周
波数レーダを使用して近距離ターゲットの検出を行い、
上記問題および限定を克服する波形設計およびデジタル
信号処理に基づいたシステムおよび方法を提供すること
である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記および別の目的を達
成するため、本発明は、近距離ターゲットを検出するた
めに使用されているレーダシステムのデジタル信号プロ
セッサにおいて実施される相殺手順を使用する。ＦＭＣ
Ｗ波形の反射波を処理することによって形成された「第
１の距離ビン」においてはターゲットを検出することが
不可能であると従来考えられていた。本発明は、この方
式内でのターゲットの検出を可能にし、所定の近い障害
物の距離のために狭帯域幅システムの使用を可能にす
る。
【０００５】本発明のシステムおよび方法は、通常送信
機漏洩および内部反射によって不明瞭なターゲットを検
出するために周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）あるいは階
段周波数波形を使用する。相殺手順は、１つ以上の基準
傾斜波信号を送信し、１グループの次の送信され受信さ
れた傾斜波信号における各信号から送信された基準傾斜
波信号のコヒーレント平均を減算することによって実行
される。ＦＭ傾斜波反射信号の結果的なグループは、さ
らに安定したターゲット検出統計値を達成し、近くのタ
ーゲットの検出を行うために非コヒーレントに積分され
る。
【０００６】最も簡単な形態において、本発明は、周波
数変調連続波（ＦＭＣＷ）および階段周波数波形を使用
して近距離ターゲットを検出する方法を提供する。その
方法は、基準傾斜波信号を送信するステップと、基準傾
斜波反射信号を受信するステップと、受信された基準傾
斜波反射信号のコヒーレント平均を決定するステップ
と、相殺された傾斜波信号を生成するために基準傾斜波
反射信号グループの次のグループにおける各信号から送
信された基準傾斜波信号のコヒーレント平均を減算する
ステップと、近接位置のターゲットの検出を行うために
結果的な相殺された傾斜波信号を非コヒーレントに積分
するステップと、距離が予め定められた距離より短いタ
ーゲットに関するターゲットデータを表示するステップ
とを含む。
【０００７】特に、本発明による周波数変調連続波（Ｆ
ＭＣＷ）および階段周波数レーダシステムを使用してタ
ーゲットの近距離検出を行う１つの詳細な方法は、予め
定められた数の基準傾斜波信号を生成するステップと、
基準平均信号を生成するために時間ドメインにおける送
信された基準傾斜波信号に対応しているターゲット反射
信号をコヒーレントに平均するステップと、結果的な基
準平均信号を記憶するステップと、付加的な数の傾斜波
信号を送信するステップと、受信されるときに各傾斜波
信号から基準平均信号を減算するステップと、各傾斜波
信号に関するフーリエ変換信号を生成するステップと、
フーリエ変換された信号の大きさを検出するステップ
と、大きさが検出された信号を非コヒーレントに積分す
るステップと、積分された信号をしきい値処理するステ
ップと、重心位置がターゲットまでの距離を示している
しきい値信号の重心を決定するステップと、距離が予め
定められたカットオフ距離より短いターゲットに関する
ターゲットデータを表示するステップとを含む。
【０００８】最も簡単な実施例において、本発明は、周
波数変調連続波（ＦＭＣＷ）および階段周波数波形を使
用するターゲットの近距離検出を行うレーダシステムに
関する。このシステムは、基準傾斜波信号を送信し、基
準傾斜波信号を受信するトランシーバを具備する。信号
処理装置はトランシーバに結合され、（ａ）受信された
基準傾斜波信号のコヒーレント平均を決定し、（ｂ）基
準傾斜波信号グループの次のグループにおける各信号か
ら送信された基準傾斜波信号のコヒーレント平均を減算
し、（ｃ）近接位置のターゲットの検出を行うために基
準傾斜波反射信号の結果的なグループを非コヒーレント
に積分する。ディスプレイは、検出されたターゲットを
表示する信号プロセッサに結合される。
【０００９】本発明によるターゲットの近距離検出を行
うレーダシステムの詳細な実施例は、アンテナ／トラン
シーバ装置、アナログ−デジタル変換回路、およびデジ
タル信号プロセッサを具備する。アンテナ／トランシー
バ装置は通常のものであり、送信アンテナと、受信アン
テナと、電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力と送
信アンテナの間で結合された入力を有する電力分割器
と、受信アンテナの出力に結合された低雑音増幅器と、
低雑音増幅器の出力および電力分割器の第２の出力に結
合されたホモダインミキサとを具備する。アナログ−デ
ジタル変換回路は、電圧制御された発振器に結合された
入力を有するＤ／Ａ変換器と、ミキサの出力に結合され
た入力を有するＡ／Ｄ変換器とを具備する。
【００１０】デジタル信号プロセッサは、本発明によっ
て行われる改善を実行し、Ｄ／Ａ変換器に結合されて傾
斜波信号を生成するように構成されている波形制御回路
を具備する。コヒーレント平均基準信号発生器および相
殺アルゴリズムは、Ａ／Ｄ変換器から受信されたデータ
に対して動作する。コヒーレント平均基準信号発生器
は、受信されたターゲット反射信号からの基準平均信号
を発生し、記憶するように構成されている。コヒーレン
ト平均基準信号発生器データは、相殺回路に結合され、
それぞれ受信された傾斜波信号からの減算のためにそれ
に基準平均信号を結合するように構成されている。ゼロ
パッド高速フーリエ変換（ＦＦＴ）フィルタは、各傾斜
波信号をフーリエ変換する相殺回路に結合される。フー
リエ変換された傾斜波信号は、大きさ検出装置、非コヒ
ーレント積分器、しきい値処理装置、重心決定装置、お
よび距離カットオフ装置によって連続的に処理される。
ディスプレイは、距離が予め定められた距離よりも短い
ターゲットデータを表示する距離カットオフ装置の出力
に結合される。
【００１１】
【実施例】図１を参照すると、本発明による近距離マイ
クロ波検出処理を使用している周波数変調連続波（ＦＭ
ＣＷ）レーダシステム10のシステムブロック図が示され
ている。システム10は、３つの主部分、アンテナ／トラ
ンシーバ装置11、デジタル信号プロセッサ12、およびＤ
／ＡおよびＡ／Ｄ変換器14、15から成るアナログ／デジ
タル変換部分13から構成されている。
【００１２】アンテナ／トランシーバ装置11は一般に典
型的なものであり、Ｄ／Ａ変換器14に結合された入力お
よび電力分割器22に結合される出力を有する電圧制御発
振器（ＶＣＯ）23を具備する。電力分割器22の１つの出
力は、レーダ信号を送信するように構成されている送信
アンテナ21に結合される。受信アンテナ24は、電力分割
器22に結合されているホモダインミキサ26に低雑音増幅
器25によって結合される。ミキサ26の出力は、Ａ／Ｄ変
換器15に結合される。
【００１３】デジタル信号プロセッサ12は、Ｄ／Ａ変換
器14に結合され、連続的に送信アンテナ21によって送信
される傾斜波信号を生成するように構成されている波形
制御回路31を具備している。Ａ／Ｄ変換器15は、コヒー
レント平均基準信号発生器32および相殺装置33に結合さ
れる。コヒーレント平均基準発生器32は、基準平均信号
を生成するために複数の受信された基準傾斜波信号を処
理するように構成されている。コヒーレント平均基準信
号発生器32の出力は、相殺装置33に結合される。相殺回
路33は、それぞれ処理されたターゲット反射信号から基
準平均信号を減算するように構成されている。相殺装置
33の出力は、ゼロパッド高速フーリエ変換（ＦＦＴ）フ
ィルタ34、大きさ検出装置35、および非コヒーレント積
分器36を通って直列に結合される。非コヒーレント積分
器36からの出力信号は、しきい値装置37と、重心決定装
置38と、予め定められたカットオフ距離より短いターゲ
ット位置に対して出力がディスプレイ40に結合されてい
る距離カットオフ装置39とによって直列的に処理され
る。
【００１４】本発明の特徴は、近距離ＦＭＣＷ検出問題
を解決するためのデジタル信号処理および波形制御の適
用にある。デジタル信号プロセッサ12は、Ｄ／Ａ変換器
14、ＶＣＯ23、および電力分割器22によって伝達される
傾斜波信号を生成し、アンテナ／トランシーバ装置11に
おける送信アンテナに供給する。デジタル信号プロセッ
サ12は、Ａ／Ｄ変換器15を使用してホモダインミキサ26
から受信されたレーダターゲット反射データを捕捉す
る。説明を明瞭にするために、信号プロセッサ12によっ
て生成された送信された傾斜波は図２に示されている。
図２を参照すると、１乃至複数の基準傾斜波信号（Ｍで
示されている）が送信され、ターゲットから反射された
反射傾斜波信号は時間ドメインにおいてコヒーレントに
平均され、その結果（基準平均）は相殺回路33において
次の処理のために記憶される。付加的な数の傾斜波信号
（Ｎで示されている）は送信され、基準平均は受信され
るときに各傾斜波信号から減算される。離散（ゼロパッ
ド比Ｐに関する）フーリエ変換は、各傾斜波信号のＦＦ
Ｔフィルタ34において生成され、続いて大きさ検出装置
35および非コヒーレント積分装置36を使用しているフー
リエ変換フィルタ34の出力の大きさ検出および非コヒー
レント積分される。所定距離の長さにわたるしきい値を
越えるＦＦＴフィルタの出力のしきい値処理および重心
決定は、しきい値処理装置37および重心決定装置38にお
いて行われる。重心位置は、最も近いターゲットの距離
を与える。ターゲットの距離が距離カットオフ装置39に
よって決定された予め定められたカットオフ距離より短
い場合、ターゲットデータはディスプレイ40上に表示さ
れる。
【００１５】上記の説明から、本発明が図３においてフ
ロー図で詳細に示され、以下説明される処理方法50を提
供することは明らかにすべきである。第１のステップに
おいては、ステップ51に示されているように、予め定め
られた数の基準傾斜波信号を生成する。次のステップで
は、ステップ52に示されているように、基準平均信号を
生成するために時間ドメインにおける基準傾斜信号から
得られるターゲット反射信号をコヒーレントに平均す
る。次のステップでは、ステップ53に示されているよう
に、基準平均信号を記憶する。次のステップでは、ステ
ップ54に示されているように付加的な数の傾斜波信号を
送信する。次のステップでは、ステップ55に示されてい
るように、受信される各傾斜波信号から基準平均を減算
する。次のステップでは、ステップ56に示されているよ
うに、各傾斜波信号のフーリエ変換を生成する。次のス
テップでは、ステップ57に示されているようにフーリエ
変換信号の大きさを検出する。次のステップでは、ステ
ップ58に示されているように、大きさ検出信号を非コヒ
ーレントに積分する。次のステップでは、ステップ59に
示されているように、積分された信号をしきい値処理す
る。次のステップでは、ステップ60に示されているよう
に、しきい値処理された信号の重心を決定する。重心位
置は、最も近いターゲットの距離を与える。最後のステ
ップは、ステップ61に示されたように、距離が予め定め
られたカットオフ距離より短いターゲットに関するター
ゲットデータを表示することである。
【００１６】本発明の利点は、近距離ターゲットの検出
を可能にし、ＦＭＣＷ波形の本質的な特徴を使用して大
きいが離れたターゲットからの妨害を排除できることで
ある。所望の距離より離れた排除ターゲットは、自動車
に必要とされるような極めて近接した距離に対するレー
ダシステムにおいて使用されたブラインドゾーンセンサ
の決定的な手段である。さらに本発明の処理方法は、Ｆ
ＭＣＷ波形が遠くの目標物体を正確に距離測定するため
に使用されており、しかも近くの目標物体を検出するこ
とが望ましいシステムにおいて有効である。これは、シ
ステム10によって交通渋滞において動作し、および自動
車割込みシナリオのような潜在的に危険な状態の運転者
を警告することを可能にする。
【００１７】ここに記載された本発明の処理方法は、多
数の基準傾斜波信号、多数の検出傾斜波信号、ゼロパッ
ド比、および全体の処理期間を含んでいる多数の可変処
理パラメータを有する。個々の傾斜波信号は一様に間隔
が隔てられておらず、互いに隣接されてもいない。実際
に、傾斜波のジター間隔は、相互干渉に関して有効であ
る。しきい値処理および重心決定処理と共に処理パラメ
ータは、予測されたターゲット断面およびアンテナ／ト
ランシーバ装置11の特性に基づいて調整される。近いゾ
ーンのターゲット検出は、相対的な移動に依存する。し
かしながら、波形および処理パラメータ（特に、全体の
処理期間）は調整されるので、検出に必要とされる相関
的な移動量はわずかであり、多くの応用に十分である。
【００１８】上記された本発明は、パーソナルコンピュ
ータ、コンピュータ中に配置されたプロセッサ12を具備
しているデジタル信号処理カード、および１０．５ＧＨ
ｚのアンテナ／トランシーバ装置11を利用している試験
台の形で実行するために限定されている。この試験台
は、実験室環境において試験され、路上試験の目的のた
めにバンに取り付けられている。バンの試験の目的は、
自動車ブラインドゾーン検出に関する本発明の適切さを
評価することである。試験台は、バンと同じ方向に進行
する自動車の単一の間違った検出をすることなしに十分
に実行される。
【００１９】自動車の応用に関する複数のホモダインＦ
ＭＣＷレーダは、目下本発明の出願人によって開発中で
ある。これらの応用は、レーダの近距離動作を必要とす
る。１０．５ＧＨｚで５０ＭＨｚＦＦＣウインドウを利
用しているブラインドゾーン検出システムは、本発明に
よって実行可能とされる。２５０ＭＨｚＦＣＣウインド
ウを有する２４ＧＨｚシステムのような広範囲な帯域シ
ステムがこの目的のために必要であると従来考えられて
いた。本発明は、改善された信号処理と組合わせて１
０．５ＧＨｚで動作するシステムを提供することによっ
て、２４ＧＨｚでマイクロ波部品を製造することに関す
る危険を減少する。さらに、第１の複数の距離ビン内の
ターゲットの検出は非常に望ましい。近距離ターゲット
の検出に加えて、本発明は、間違った警報を除去するた
めに必要な検出論理回路（結合論理）を平易化する。
【００２０】このように、周波数変調連続波（ＦＭＣ
Ｗ）および階段周波数レーダシステムに使用されるター
ゲットの近距離検出を行う新しい改善されたシステムお
よび方法が記載されている。上記実施例が、単に本発明
の原理の応用を表す多くの特定の実施例を例示するもの
であることは理解されるべきである。明らかに、多数の
異なる構成は、本発明の技術的範囲から逸脱することな
しに当業者によって容易に工夫されることができる。例
えば、多数の基準傾斜波信号、多数の検出傾斜波信号、
ゼロパッド比、および処理間隔は変えられる。これらの
処理パラメータとしきい値および重心決定処理は、予測
されたターゲット断面およびアンテナ／トランシーバ装
置の特徴に基づいて調整される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による近距離マイクロ波検出技術を使用
している周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダシステム
のシステムブロック図。
【図２】図１のシステムによって送信された波形を示す
図。
【図３】本発明による処理方法のフロー図。
───────────────────────────────────────────────────── 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、ハンティングトン・ビーチ、スパ ーニー・レーン 21222 (72)発明者 エドモンド・イー・グリフィン、ザ・セカ ンド アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90274、ランチョ・パロス・バーデス、ル ー・バロア 30939

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）および階
    段周波数波形を使用するターゲットの近距離検出を行う
    レーダシステムにおいて、 基準傾斜波信号を送信し、基準傾斜波の反射信号を受信
    するトランシーバ手段と、 信号処理手段と、 ディスプレイとを具備し前記信号処理手段は、 （ａ）受信された基準傾斜波反射信号のコヒーレント平
    均を決定し、 （ｂ）連続するグループの基準傾斜波反射信号の次のグ
    ループにおける各信号から送信された基準傾斜波信号の
    コヒーレント平均を減算し、 （ｃ）近接位置のターゲットの検出を行うために基準傾
    斜波反射信号の結果的なグループを非コヒーレントに積
    分を行い、 前記ディスプレイは検出されたターゲットを表示するこ
    とを特徴とするレーダシステム。
  2. 【請求項２】 周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）および階
    段周波数波形を使用して近距離ターゲットを検出する方
    法において、 基準傾斜波信号を送信するステップと、 基準傾斜波信号を受信するステップと、 受信された基準傾斜波反射信号のコヒーレント平均を決
    定するステップと、 相殺された傾斜波信号を生成するために連続する基準傾
    斜波反射信号グループの次のグループにおける各信号か
    ら送信された基準傾斜波信号のコヒーレント平均を減算
    するステップと、 近接位置のターゲットの検出を行うために結果的な相殺
    された傾斜波信号を非コヒーレントに積分するステップ
    と、 距離が予め定められた距離より短いターゲットに関する
    ターゲットデータを表示するステップとを具備している
    近距離ターゲットの検出方法。
  3. 【請求項３】 周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）および階
    段周波数波形を使用して近距離ターゲットを検出する方
    法において、 予め定められた数の基準傾斜波信号を送信するステップ
    と、 基準平均信号を生成するために送信された基準傾斜波信
    号から得られたターゲット反射信号をコヒーレントに平
    均するステップと、 付加的な傾斜波信号を送信するステップと、 相殺された傾斜波信号を生成するために付加的な傾斜波
    信号から得られた各ターゲット反射信号から基準平均信
    号を減算するステップと、 それぞれ相殺された傾斜波信号をフーリエ変換するステ
    ップと、 フーリエ変換された信号の大きさを検出するステップ
    と、 大きさが検出された信号を非コヒーレントに積分するス
    テップと、 非コヒーレントに積分された信号をしきい値処理するス
    テップと、 しきい値処理された信号の重心を決定し、その重心位置
    によって最も近いターゲットまでの距離を示すステップ
    と、 距離が予め定められたカットオフ距離より短いターゲッ
    トに関するターゲットデータを表示するステップとを具
    備している近距離ターゲット検出方法。
JP6285247A 1993-11-18 1994-11-18 周波数変調連続波および階段周波数レーダシステム用の近距離マイクロ波検出 Pending JPH07234275A (ja)

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