JPH11337635A - スキャン用のfm−cw方式レーダの信号処理装置 - Google Patents

スキャン用のfm−cw方式レーダの信号処理装置

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JPH11337635A
JPH11337635A JP10145647A JP14564798A JPH11337635A JP H11337635 A JPH11337635 A JP H11337635A JP 10145647 A JP10145647 A JP 10145647A JP 14564798 A JP14564798 A JP 14564798A JP H11337635 A JPH11337635 A JP H11337635A
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scanning
target
scan
pairing
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Masayuki Kishida
正幸 岸田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 全ビームの情報を用いてミスペアリングの減
少を図る。 【解決手段】 送信信号と受信信号とのビート信号を形
成するレーダ1と、レーダを一定角度毎にスキャンさせ
るスキャン制御部7と、スキャン毎に且つ上昇時及び下
降時毎にビート信号を周波数分析しピーク周波数を示す
周波数分析部4と、前回のスキャンで得られたピーク周
波数と今回のスキャンで得られたピーク周波数とが一致
し又は近いもの同士を探して逐次グループ化するグルー
プ化部5Aと、グループ化されたピーク周波数のパワー
をスキャンの角度でパワー分布を形成し、基準スキャン
の角度を算出する角度算出部5Bと、基準スキャンの角
度が上昇時又は下降時で一致するグループ同士のピーク
周波数のペアリングを優先的に行うペアリング形成部5
Cと、ペアリングされたピーク周波数に基づいて距離、
相対速度を計算してターゲットを認識するターゲット認
識部6とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はスキャン用のFM
(周波数変調)−CW(連続波)方式レーダの信号処理
装置に関し、特に、上昇時、下降時のピーク周波数のス
キャン角に対するパワー分布に基づいて上昇時、下降時
のピーク周波数のペアリングを行う装置に関する。
【0002】
【従来の技術】上記スキャン用のFM−CW方式レーダ
は車両に搭載され、三角状の周波数変調された連続波を
出力して前方の車両(ターゲット)との距離、相対速度
を求めている。すなわち、レーダからの送信波が前方の
ターゲットで反射されと、反射波の受信号は送信信号と
周波数の差が生じ、この差の大きさがターゲットとの距
離に対応する。このため、受信信号と反射信号とのビー
ト信号が形成され、ビート信号は高速フ−リエ変換によ
り周波数分析される。ビート信号の周波数分析ではター
ゲットに対してパワーが大きくなってピークが発生し、
このピークに対応する周波数はピーク周波数と呼ばれ
る。ピーク周波数は、前述のように、ターゲットに対す
る距離情報に関する情報を有し、前方車両との相対速度
によるドプラ効果に起因して、三角状の周波数変調の上
昇時、下降時で異なる。この上昇時、下降時のピーク周
波数の対からターゲットとの距離が得られる。
【0003】さらに、ターゲットが複数ある場合には、
各ターゲットに対して上昇、下降時に1対のピーク周波
数が発生する。各ターゲットクに対して1対の上昇時と
下降時とのピーク周波数を形成することをペアリングと
呼ぶ。特に、過去にターゲットが無い場合には、上昇、
下降時の低いピーク周波数から順にペアリングが行われ
る。過去にターゲットが有る場合には、過去にペアリン
グされたピーク周波数に近いもの同士について優先的に
ペアリングが行われる。ペアリングされたピーク周波数
のピークパワーを比較して所定値以上の差ができれば、
ペアリングを破棄する。
【0004】このようにして得られたペアリングを形成
する周波数ピークからターゲットまでの距離、相対速度
が算出される。上記スキャン用のFM−CW方式レーダ
ではビームを一定角度毎にスキャンさせて、各ビーム毎
に算出される距離、相対速度が算出される。さらに、距
離、相対速度が近いデータをグループ化して、グループ
化されたデータの各ビーム角度からターゲットの角度を
算出している。これらの距離、角度からターゲットが自
車レーンにいるか、隣接レーンにいるかを判断してい
る。
【0005】例えば、スキャン用のFM−CW方式レー
ダの信号処理装置は、クルーズ走行を行っている場合に
は、ターゲットが自車レーンにいると、一定の車間距離
を保って走行するが、自車レーンにターゲットが無けれ
ば一定速度を保つように走行を切り換えるのに用いられ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記スキャン用のFM
−CW方式レーダの信号処理装置では各ビーム毎にペア
リングの処理を行うために、ノイズ等によりミスペアリ
ングが発生し易いとの問題がある。このため、ペアリン
グ時に過去のピーク周波数を優先的に使用するため、一
度誤ったペアリングを行うと復帰が困難となる。
【0007】例えば、トラック等の長い車体の検知を行
う場合、周波数変調の上昇時にトラックの最後面と側面
を検知し、その下降時にトラックの最後面を検知したと
き、一度誤って最後面と側面とをペアリングすると、そ
の後は常に最後面と側面とのペアリングが行われる。こ
のような場合、本来の距離よりも計測距離は遠くなり、
正しい相対速度より計測相対速度は大きなる。
【0008】このように情報が少ない状況では、ミスペ
アリングの減少は余り見込めない。したがって、本発明
は、上記問題点に鑑み、全ビームの情報を用いてペアリ
ングにおける情報量を増やすることにより、ミスペアリ
ングの減少を図ることが可能なスキャン用のFM−CW
方式レーダの信号処理装置を提供することを目的とす
る。
【0009】
【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、3角波状に周波数変調された連続波の
ビームを送信し且つターゲットの反射波を受信し送信信
号と受信信号とのビート信号を形成するレーダと、前記
レーダを一定角度毎にスキャンさせるスキャン制御部
と、スキャン毎に且つ周波数変調の上昇時及び下降時毎
に前記レーダからのビート信号を周波数分析しターゲッ
トに対してピーク周波数を示す周波数分析部と、上昇時
及び下降時毎に前回のスキャンで得られたピーク周波数
と今回のスキャンで得られたピーク周波数とが一致し又
は近いもの同士を探して逐次グループ化するグループ化
部と、前記グループ化部によりグループ化されたピーク
周波数のパワーをスキャンの角度でパワー分布に形成
し、パワーのピーク値に対する基準スキャンの角度を算
出する角度算出部と、前記角度算出部により算出された
基準スキャンの角度が上昇時又は下降時で一致するグル
ープ同士についてピーク周波数のペアリングを優先的に
行うペアリング形成部と、前記ペアリング形成部により
ペアリングが行われたピーク周波数に基づいて距離、相
対速度を計算してターゲットを認識するターゲット認識
部とを備えることを特徴とするスキャン用のFM−CW
方式レーダの信号処理装置を提供する。
【0010】この手段により、互いに一致し又は近いピ
ーク周波数をスキャンを通じてグループ化し、ピーク周
波数のパワーが最大となる基準スキャンの角度を算出し
て、上昇時、下降時で基準スキャンの角度が一致するも
の同士についてペアリングを行うようにしたので、ペア
リングの判断を行う情報量が増え、ミスペアリングの減
少を図ることが可能となった。
【0011】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。図1は本発明に係るスキャン
用のFM−CW方式レーダの信号処理装置を説明する例
である。本図(a)に示す如く、スキャン用のFM−C
W方式レーダの信号処理装置は自動車に搭載され、レー
ダ1はビームで前方の車両(ターゲット)をスキャンす
る。レーダ1のビームは3角波状のFM(周波数変調)
−CW(連続波)の送信であり、ターゲットの反射波を
受信した受信信号と送信信号とのビート信号を形成す
る。
【0012】低域通過フィルタ(LPF)2はレーダ1
に接続されてビート信号に含まれ、且つサンプリング周
波数により決まるナイキスト周波数以上の信号を除去し
て折り返し歪みの発生を防止する。アナログ/デイジタ
ル(A/D)変換部3は低域通過フィルタ2のアナログ
信号についてサンプリング周波数でサンプリングを行っ
てデジタル信号に変換する。
【0013】高速フ−リエ変換部(FFT)4はA/D
3の出力に接続されて、3角波状の周波数変調の上昇
時、下降時のビート信号についてを周波数分析を行う。
ペアリング部5は高速フ−リエ変換部4から得られた上
昇時、下降時のピーク周波数に対して、後述するよう
に、ペアリングを行う。ターゲット認定部6はペアリン
グ部5によりペアリングが行われた結果に基づいて、後
述するように、ターゲットとの距離、相対速度を求める
と共に、前述のようにどの走行レーンにターゲットがあ
るかを認定する。
【0014】スキャン制御部7はターゲットに対して一
定の角度内でレーダ1のスキャンを制御する。本図
(b)に示す如く、レーダ1のアンテナ11はターゲッ
トに対して電波(中心周波数f0)を送信し、ターゲット
の反射波を受信する。送信機12はFMの3角波の信号
を繰り返しアンテナ11に出力する。混合器13はアン
テナ11からの受信信号と送信機12からの出力信号と
のビート信号(周波数fb ) を形成する。
【0015】図2はレーダ1の送信信号と受信信号の例
を説明する図である。本図(a)に示す如く、レーダ1
からは、実線で示すように、周期1/fm で、周波数偏
移幅Δfの3角波状の周波数変調が行われて送信波が送
信される。さらに、レーダ1では、点線で示すように、
ターゲットで反射された反射波が受信される。
【0016】本図(b)に示す如く、レーダ1では、3
角波の上昇時、下降時で受信信号と送信信号とのビート
信号を取る。上昇時と下降時とでビート信号の周波数が
異なるのは、ターゲットである前方の車両との相対速度
により生じるドプラ効果の影響である。なお、高速フ−
リエ変換部4においては、上昇時、下降時のビート信号
について周波数分析がスキャン時に逐次行われ、その結
果として、あるスキャン角に位置するターゲットに対し
て、上昇時、下降時のピーク周波数が検知され、それぞ
れのピーク周波数は、 fb (u) =fr −fd …(1) fb (d) =fr +fd …(2) となり、ここに、 で、Tは電波の往復時間で、fd はドプラ周波数であ
る。
【0017】(1)、(2)式より、 fr ={fb (u) +fb (d) }/2 …(4) として得られ、(3)式より、 R=fr ・c/(4fm ・Δf) …(5) となる。ここに、Rはターゲットと自車との間の距離、
cは光速である。
【0018】すなわち、上昇時と下降時とのピーク周波
数のペアリングにより前方車両の距離が得られる。前方
の車両との相対距離は得られた距離の時間変化又はドプ
ラ周波数(fd )により得られる。次に、図1のペアリ
ング部5を説明す。なお、ペアリング部5は、グループ
化部5Aと、角度算出部5Bと、ペアリング形成部5C
からなる。
【0019】図3はターゲットに対するスキャンの例を
説明する図である。本図に示す如く、レーダ1から、一
定スキャン角度(θ)毎に、例えば、ビーム(1)、
(2)、(3)、(4)、(5)がターゲットA、Bに
対して逐次送信されるとする。この場合、ターゲットA
は相対速度がほぼゼロの前方の車両であり、ターゲット
Bは一定の相対速度で追越しを行っている前方の車両と
する。
【0020】図4は図3のターゲットに対する上昇時、
下降時のスペクトル例を示す図である。ターゲットAに
対しては、上昇時、下降時共、ビーム(1)、(2)、
(3)、(4)、(5)に対してピーク周波数が出現
し、ターゲットAに向いているビーム(3)でパワーが
最大となる。ターゲットBに対しては、上昇時、下降時
共、ターゲットBから離れているビーム(1)、
(2)、ではピーク周波数が出現せず、ビーム(3)、
(4)、(5)にピーク周波数が出現する。
【0021】ターゲットAとの相対速度がゼロであるの
で、ターゲットAに対してビーム(1)、(2)、
(3)、(4)、(5)の各々で上昇時、下降時のピー
ク周波数は同じ位置にある。これに対して、ターゲット
Bは一定の大きさの相対速度を持っているので、上昇
時、下降時でピーク周波数の位置が異なり、例えば、上
昇時ではターゲットBのピーク周波数はターゲットAの
ピーク周波数よりも大きく、下降時ではターゲットBの
ピーク周波数はターゲットAのピーク周波数よりも小さ
くなる場合がある。なお、スキャンからスキャンまでの
時間は非常に短いので、この間にターゲットBが進む距
離を無視することができるので、ターゲットBのピーク
周波数は、上昇時、下降時の各々ではスキャンに対して
同じ位置にある。
【0022】図1のペアリング部5のグループ化部5A
は、上昇時、下降時のスペクトルの各々において、同じ
又は近いピーク周波数について、隣接し且つ連続するビ
ームから、探してピーク周波数をグループ化する。図4
の例では、ターゲットA、Bにそれぞれ属するピーク周
波数をグループA、Bに分類する。図5はグループ化部
5Aによりグループ化されたピーク周波数のパワー分布
を説明する例である。本図に示すように、グループ化部
5Aによりグループ化されたグループA、Bに属するピ
ーク周波数のパワーはビーム(1)、(2)、(3)、
(4)、(5)のスキャン角に対してパワー分布をな
す。このパワー分布は、通常、上に凸の山の形となる。
図中、ビームを示す記号(1)、(2)、(3)、
(4)、(5)でスキャン角の位置が示される。
【0023】上昇時、下降時におけるパワー分布の山の
頂点のスキャン角(後述する)が一致する場合に、上昇
時、下降時のグループは同一とする。図6は図4のスペ
クトルの変形例を示す図であり、図7は図6においてグ
ループ化されたピーク周波数のパワー分布例を示す図で
ある。図6は従来技術に述べたターゲットがトラックで
ある場合の例であり、上昇時のスペクトルでは最後面と
側面が検知され、下降時のスペクトルでは最後面が検知
される。側面の検知はノイズを意味する。
【0024】図7に示す如く、ノイズのパワー分布は上
昇時にはできても、下降時にはできない。図8は図4の
スペクトルのピーク周波数の位置がばらつく場合の例を
示す図であり、図9は図8においてグループ化されたピ
ーク周波数のパワー分布例を示す図である。図8に示す
ように、スペクトルの分析精度等によりピーク周波数の
位置がばらつく場合にも、図9に示すように、互いに近
い周波数について、隣接し且つ連続するビームから、探
してピーク周波数をグループA、B、Cのようにグルー
プ化する。
【0025】図10は角度算出部5Bによりターゲット
に最も向いている基準スキャン角を算出する例を説明す
る図である。本図(a)に示す如く、スキャン角(1)
のパワーの大きさをx、スキャン角(2)のパワーの大
きさをy、スキャン角(3)のパワーの大きさをz、ス
キャン角(4)のパワーの大きさをw、スキャン角
(5)のパワーの大きさをvとして、スキャン角にパワ
ーで重み付け平均することにより基準スキャン角Sが以
下のように算出される。
【0026】 基準スキャン角S={((1)×x)+((2)×y)+((3)×z)+( (4)×w)+((5)×v)}/(x+y+z+w+v) …(6) このようにして得られた基準スキャン角のレーダがター
ゲットに最も向いている。このようにして、図4に示す
ような上昇時、下降時のスペクトルの場合、ターゲット
A、Bにそれぞれ属するピーク周波数の位置が入れ換っ
ても、上昇時、下降時の基準スキャン角Sが同一の場
合、上昇時、下降時の同一のグループを選択することが
可能になる。
【0027】本図(b)に示す如く、3点((1)、
x)、((2)、y)、((3)、z)の最も近くを通
る直線Mと、3点((3)、z)、((4)、w)、
((5)、v)の最も近くを通る直線Nとの交点のスキ
ャン角Sを基準スキャン角としてもよい。次に、本図
(a)に示す如く、基準スキャン角Sを挟む2つスキャ
ン角(2)及び(3)の値から基準パワーPを、以下の
如く、算出する。
【0028】 基準パワーP={((3)×S)×z+(S×(2))×y)}/(c×b) …(7) もし、S=cとなった場合は、 基準パワーP=((2)+(3)+(4))/3 となる。
【0029】この基準パワーPは後述するようなペアリ
ング時に使用される。次に、ペアリング部5のペアリン
グ形成部5Cを説明する。ペアリング形成部5Cでは、
上昇時、下降時でそれぞれグループ化されたピーク周波
数について以下の条件でペアリングを行う。 a)上昇時のグループ内のピーク周波数の数と同じもし
くは1個差ぐらいの下降時のグループを検索する。
【0030】b)スキャン角度が同じもしくは近いピー
ク周波数を優先的にペアリングを行う。 c)b)のペアリングにて複数個のグループが同条件で
ある場合には基準パワーからのパワー差が最も小さいピ
ーク周波数同士がペアリングを行う。ターゲット認定部
6では、ペアリングされた上昇時、下降時のピーク周波
数の総数が所定値以上であれば、ターゲットと認識す
る。
【0031】さらに所定値以上に満たないピーク周波数
については、次のスキャン時に現れた場合にはピーク周
波数の数を合わせて所定値を越えた時ターゲットと認定
する。図11はスキャン用のFM−CW方式レーダの信
号処理装置の一連の動作を説明するフローチャートであ
る。
【0032】ステップS11において、ビート信号をサ
ンプリングしてA/D変換を行う。ステップS12にお
いて、デジタルのビート信号について高速フ−リエ変換
を行て、周波数スペクトルを求める。ステップS13に
おいて、上昇時(Up)のピーク周波数のデータが各ス
キャン角で一致し又は近いものをグループ化する。
【0033】ステップS14において、グループ化され
たピーク周波数のパワー分布から最大のパワーに対する
基準スキャン角を算出する。ステップS15において、
下降時(Down)のピーク周波数のデータが各スキャ
ン角で一致し又は近いものをグループ化する。ステップ
S16において、グループ化されたピーク周波数のパワ
ー分布から最大のパワーに対する基準スキャン角を算出
する。
【0034】ステップS17において、上昇、下降時で
同一の基準スキャン角を探して、グループ内のピーク周
波数のペアリングを行う。ステップS18において、ペ
アリングされたピーク周波数に基づいて、ターゲットま
での距離、相対距離を算出する。
【0035】
【発明の効果】以上の説明により本発明によれば、互い
に一致し又は近いピーク周波数をスキャンを通じてグル
ープ化し、ピーク周波数のパワーが最大となる基準スキ
ャンの角度を算出して、上昇時、下降時で基準スキャン
の角度が一致するもの同士についてペアリングを行うよ
うにしたので、ペアリングの判断を行う情報量が増え、
ミスペアリングの減少を図ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明に係るスキャン用のFM−CW方
式レーダの信号処理装置を説明する例である。
【図2】図2はレーダ1の送信信号と受信信号の例を説
明する図である。
【図3】図3はターゲットに対するスキャンの例を説明
する図である。
【図4】図4は図3のターゲットに対する上昇時、下降
時のスペクトル例を示す図である。
【図5】図5はグループ化部5Aによりグループ化され
たピーク周波数のパワー分布を説明する例である。
【図6】図6は図4のスペクトルの変形例を示す図であ
る。
【図7】図7は図6においてグループ化されたピーク周
波数のパワー分布例を示す図である。
【図8】図8は図4のスペクトルのピーク周波数の位置
がばらつく場合の例を示す図である。
【図9】図9は図8においてグループ化されたピーク周
波数のパワー分布例を示す図である。
【図10】図10は角度算出部5Bによりターゲットに
最も向いている基準スキャン角を算出する例を説明する
図である。
【図11】図11はスキャン用のFM−CW方式レーダ
の信号処理装置の一連の動作を説明するフローチャート
である。
【符号の説明】
1…レーダ 4…高速フ−リエ変換部 7…スキャン制御部 5…ペアリング部 5A…グループ化部 5B…角度検出部 5C…ペアリング形成部 6…ターゲット認定部

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 3角波状に周波数変調された連続波のビ
    ームを送信し且つターゲットの反射波を受信し送信信号
    と受信信号とのビート信号を形成するレーダと、 前記レーダを一定角度毎にスキャンさせるスキャン制御
    部と、 スキャン毎に且つ周波数変調の上昇時及び下降時毎に前
    記レーダからのビート信号を周波数分析しターゲットに
    対してピーク周波数を示す周波数分析部と、 上昇時及び下降時毎に前回のスキャンで得られたピーク
    周波数と今回のスキャンで得られたピーク周波数とが一
    致し又は近いもの同士を探して逐次グループ化するグル
    ープ化部と、 前記グループ化部によりグループ化されたピーク周波数
    のパワーをスキャンの角度でパワー分布に形成し、パワ
    ーのピーク値に対する基準スキャンの角度を算出する角
    度算出部と、 前記角度算出部により算出された基準スキャンの角度が
    上昇時又は下降時で一致するグループ同士についてピー
    ク周波数のペアリングを優先的に行うペアリング形成部
    と、 前記ペアリング形成部によりペアリングが行われたピー
    ク周波数に基づいて距離、相対速度を計算してターゲッ
    トを認識するターゲット認識部とを備えることを特徴と
    するスキャン用のFM−CW方式レーダの信号処理装
    置。
  2. 【請求項2】 前記角度算出部で算出される基準スキャ
    ンの角度は、グループ化されたピーク周波数のパワーで
    スキャン角の重み平均をとることによって形成されるこ
    とを特徴とする、請求項1に記載のスキャン用のFM−
    CW方式レーダの信号処理装置。
  3. 【請求項3】 前記角度算出部で算出される基準スキャ
    ンの角度は、グループ化されたピーク周波数のパワー分
    布の最大値を境に左右の分布を2つの直線で近似し、こ
    の直線の交点のスキャンの角度を基準スキャンの角度と
    することを特徴とする、請求項1に記載のスキャン用の
    FM−CW方式レーダの信号処理装置。
  4. 【請求項4】 前記ペアリング形成部は、基準スキャン
    の角度が一致する場合でも、上昇時、下降時で各グルー
    プのピーク周波数の数がほぼ一致する場合にのみペアリ
    ングを行うことを特徴とする、請求項1に記載のスキャ
    ン用のFM−CW方式レーダの信号処理装置。
  5. 【請求項5】 前記角度算出部は基準スキャンの角度に
    対応する基準パワーを求め、前記ペアリング形成部は、
    上昇時、下降時で各グループのピーク周波数の数がほぼ
    一致するグループが複数存在する場合には、基準パワー
    の差が最も小さいグループとのペアリングを行うことを
    特徴とする、請求項4に記載のスキャン用のFM−CW
    方式レーダの信号処理装置。
  6. 【請求項6】 前記ターゲット認識部は前記ペアリング
    形成部により形成されたグループ内のペアリングの総数
    が所定値以上の場合にターゲットの認識を行うことを特
    徴とする、請求項1に記載のスキャン用のFM−CW方
    式レーダの信号処理装置。
  7. 【請求項7】 前記ターゲット認識部は前記ペアリング
    形成部により形成されたグループ内のペアリングの総数
    が所定値未満の場合には、次回のスキャン時に新たに出
    現したペアリングを加えた総数が所定値以上となった場
    合にターゲットの認識を行うことを特徴とする、請求項
    6に記載のスキャン用のFM−CW方式レーダの信号処
    理装置。
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