JPWO2005121833A1 - レーダ信号処理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ところで、通常、自動車は複数のレーン(対向レーンを含む)を有する道路を走行しており、自車走行レーンを走行する他の車両に関する情報と、自車走行レーンとは異なるレーンを走行する他の車両に関する情報とでは、異なる処理を行う必要がある。このため、自動車に搭載するレーダには、他の車両の距離や速度の観測だけでは足りず、他の車両の方位角も観測することが要求される。
ここで、相対距離や相対速度を算出することのできるレーダ方式としては、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式やパルスドップラー方式などの方式が知られている。また目標の方位を算出することのできるレーダ方式としては、1個のアンテナを送信と受信とで共用し、このアンテナから照射されるビームによって複数方向を走査して、得られた信号の振幅差に基づいて目標の方位を検出するシーケンシャルロービング方式、目標によって反射された反射波を複数の受信アンテナで受信し、これら受信アンテナの信号間の位相差に基づいて目標の方位を検出する振幅モノパルス方式などが知られている。
ここで、道路上においては、互いに同じような速度で併走する複数の自動車を分離して、それぞれの位置と速度を算出する必要がある。このようなレーダに関する従来の技術としては、日本国特開平11−271430号公報「自動車レーダ装置」に示されるように、複数の目標が異なるビームに含まれる場合に、それぞれの目標の方位角を検出するものがある。
しかし、従来の技術による方位角の測定方法では、互いにほぼ同一の速度で併走する複数の目標が同一のビーム内に含まれてしまう場合に、偽像が発生してしまうために、それぞれの目標の方位角を正しく測定することができない、という問題がある。
この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、方位角の算出に適するビームの組をマルチビームから選択することを目的とする。
複数個の目標物に対してマルチビームを照射し、照射したマルチビームから得られる受信信号から複数個の目標物の方位角を算出するレーダ信号処理装置において、
上記マルチビームに含まれるビームの組の受信信号からそのビームの組における上記方位角を算出する方位角算出器と、
上記ビームの組における上記方位角の分布から上記ビームの組と上記目標物との対応関係の評価値を算出する評価値算出器と、
上記評価値算出器が算出した評価値に基づいて上記マルチビームから上記複数の目標物の方位角を分離するのに適するビームの組を選択するビーム選択器と、
を備えたものである。
このように、この発明に係るレーダ信号処理装置によれば、マルチビームの中から複数の目標物の方位角の算出に適するビームの組を選択するので、位置と速度が近い複数の目標物を効果的に分離し、測定精度の低下を防止することができる。
第2図は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の分解斜視図、
第3図は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の構成を示すブロック図、
第4図は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の信号処理部分の構成を示すブロック図、
第5図は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の処理のフローチャート、
第6図は、この発明の実施の形態1によるビームの組の選択原理を説明するための図、
第7図は、この発明の実施の形態1による別のビームの組の選択原理を説明するための図、
第8図は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置の処理のフローチャート、
である。
第1図は、この発明の実施の形態1によるレーダ装置の斜視図である。この図に示されたレーダ装置は自動車に搭載されることを想定した小型のレーダ装置であって、図が示すように、レーダ装置1は、レドーム11、フレーム12、レドーム13によって内部の構成部品が保護し、固着した状態となっている。
第2図は、レーダ装置1の分解斜視図である。図において、アンテナ14は、空中を飛来して到来してくる電波を受信し、かつ自らも電波を放射するアンテナである。アクチュエータ15(アンテナ駆動器)は、アンテナ14の照射方向が予め定められた複数の方向の何れかに設定されるようにアンテナ14の向きを駆動する部位である。例えばここでは、磁気反発式シーソー型アクチュエータが採用され、磁気の反発力をコイルの電流で制御することで、シーソーのようにアンテナ14の向きを制御するようになっており、その結果として、複数の方向にビームを照射するように構成されているのである。
なお、以下の説明において、異なるビームとは、異なる方向に照射されたビームを意味するものとする。したがって照射方向が一致するビームは同一のビームとして取り扱う。
続いて、信号送受信器16は、アンテナ14が放射する送信信号(基準信号)を生成するとともに、生成した基準信号を給電により増幅してアンテナ14に出力し、目標物に照射させる一方で、目標物に反射されアンテナ12が受信波として受信した信号を検波処理する回路又は素子である。信号処理器17は、請求の範囲第1項に記載したレーダ信号処理装置に相当する部位であって、信号送受信器16によって処理された受信信号を取得して、外部目標の相対距離・相対速度と方位角とを算出する回路または素子である。符号17−aで示される部位は、信号処理器17が算出する相対距離と相対速度と方位角とを、電気信号として外部の装置に出力するためのバスコネクタである。なお、ここに示したアンテナ14、アクチュエータ15、信号送受信器16、信号処理器17、という部品構成は一例にすぎないものであって、全体を一体不可分的に構成してもよいし、各部品をさらに詳細な部品に分割して構成してもよい。
またアクチュエータ15は、機械的にアンテナ14の向きを変更するように構成しているが、アンテナ14をアレーアンテナとして構成し、それぞれのアレー素子の送信波の位相を変化させることで、電子的に電波の指向性を制御する、所謂電子的にビームを走査させるような構成とすることも可能である。
さらに、アンテナ14や信号送受信器16といった部位は、公知の技術によって構成することができるので、それらの構成の詳細については説明を省略する。
続いて第3図は、レーダ装置1をFMCWレーダ方式によって構成した場合の詳細なブロック図である。FMCWレーダ方式は、大まかにいえば、
(1)基準信号の周波数を徐々に上昇させる期間であるアップフェーズと基準信号の周波数を徐々に下降させる期間であるダウンフェーズとを繰り返すように信号送受信器16が基準信号を生成し、
(2)このように周波数変調を施した基準信号に基づいた送信波をアンテナ14が目標物に照射して、反射された電波を受信し、
(3)アンテナ14が受信波(受信信号)とその時点での信号送受信器16が発生している基準信号とを混合してビート信号を生成させ、
(4)アップフェーズのビート信号の周波数とダウンフェーズのビート信号の周波数の対に基づいて目標物の相対距離及び相対速度を算出する、
レーダ方式である。FMCWレーダ方式は、例えば“Introduction to Radar Systems”M.I.SKOLNIK,McGRAW−HILL BOOK COMPANY,INC.(1962)に詳しい。レーダ装置1はビームの方向を変化させるマルチビーム方式をも組み合わせており、ビーム毎にビート信号周波数の対を算出して、目標物の相対距離及び相対速度を算出するようになっている。
さらにレーダ装置1は、例えばシーケンシャルロービング方式などによる方法を用いてアンテナ14から放射されるビームを用いて目標物の方位角を算出するようになっている。シーケンシャルロービング方式は、例えば“Introduction to Aitborne Radar(second edition)”GEORGE W.STIMSON,SciTec Publishing Inc.(1998)などの刊行物に詳しい。
なお目標物の相対距離や相対速度を算出するレーダ方式としては、他にもパルスドップラー方式などがあり、また方位角を算出するレーダ方式としては、他にも位相モノパルス方式、振幅モノパルス方式などがあることはすでに説明した。
第3図において、信号送受信器16はVCO161、送信機162、サーキュレータ163、受信器164を備えている。
VCO161は電圧制御発信器(Voltage Controlled Oscillator)であって、電圧の変動に伴ってアップフェーズとダウンフェーズからなる周波数変調を伴った基準信号を発生させる素子又は回路である。VCO161によって生成された基準信号は2つに分けられ、一方は送信器162に出力される。またもう一方は信号処理器17に出力される。
送信器162は、VCO161が発生した基準信号を増幅してサーキュレータ163を介してアンテナ14に出力する。
サーキュレータ163はアンテナ14の送受信を切り替える回路又は素子であり、送信時には送信器162をアンテナ14に導通し、受信時にはアンテナ14と受信器164とを導通する。サーキュレータ163の切り替え周期は検出対象となる目標物の存在する距離によって決定される。自動車搭載用途のレーダ装置の場合、この距離は100m〜200m程度となるから、切り替え周囲は数マイクロ秒〜数十マイクロ秒単位となる。
受信器164は、アンテナ14が受信した受信波の検波処理を行う回路又は素子である。受信器164の出力した受信信号は信号処理器17に出力される。
またアンテナ14の照射方向を制御するアクチュエータ15は、ビーム切り替え信号を信号処理器17に出力するようになっている。これによって信号処理器17は、ビーム毎に信号処理を行えるようになる。ただしアクチュエータ15によるビーム切替信号の出力は必須ではなく、例えばレーダ装置1全体を制御するようなクロック信号をそれぞれの部位(アクチュエータ15や信号処理器17など)に供給し、クロック信号に基づいてそれぞれが同期をとるように構成してもよい。
第4図は、信号処理器17の詳細な構成を示すブロック図である。ミキサ171(混合器)は基準信号と受信信号とをミキシングしてビート信号を生成する回路又は素子である。
A/D変換器172は、ミキサ171が生成したビート信号を、各観測時刻(サンプリング時刻)における観測値としてディジタル信号に変換する回路又は素子である。
記憶器173は、A/D変換器172によってディジタル信号に変換された各ビームの出力ビート信号を1サンプリングの間記憶する記憶素子又は回路である。
セレクタ174は、アクチュエータ15が出力するビーム切替信号(あるいはレーダ装置1がクロック同期する場合はクロック信号)、さらには後述するビーム選択器183から送出されてくるビーム選択信号に基づいて、記憶器173によって記憶されているディジタル化された観測値を各ビームの距離・速度算出用の処理系統に振り分けるセレクタである。アクチュエータ15が出力するビーム切替信号は、観測値を振り分けるビームの処理系統を決定するために用いられ、ビーム選択信号は各ビームの観測値の出力可否を決定するために用いられる。
距離・速度算出器175−1〜175−Nは、アンテナ14が照射するN個(ただしNは2以上の自然数とする。以下、同じ)のビームから得られる観測値をそれぞれ処理し、目標物までの相対距離と相対速度とを算出する回路又は素子である。なお第4図では、説明の便宜上、各ビームの処理系統は独立しており、並列処理するように表されているが、複数のビーム間で一つの処理系統を時分割により処理するように構成してもよいことはいうまでもない。距離・速度算出器175−1〜175−Nは、アップフェーズのビート信号周波数とダウンフェーズのビート信号周波数の対を目標物毎に求めて、その目標までの相対距離及び相対速度を算出するようになっている。
A/D変換器176は、各観測時刻における受信信号を直接ディジタル信号に変換する回路又は素子である。
記憶器177は各ビームの出力信号を1サンプリングの間記憶する記憶素子又は回路である。
セレクタ178は、アクチュエータ15が出力するビーム切替信号(あるいはレーダ装置1がクロック同期する場合はクロック信号)、さらには後述するビーム選択器183から送出されてくるビーム選択信号に基づいて、記憶器177に記憶されているディジタル化された観測値を各ビームの方位角算出用の処理系統に振り分けるセレクタであって、セレクタ174と同一の構成としても構わない。
方位角算出器179−1〜179−N−1は、アンテナ14が照射するN個のビームから、互いに隣接あるいはビームパターンが一部重複するビームを組み合わせて、目標物の方位を算出する回路又は素子である。第4図の例では、隣接するビームiとビームi+1(ただし、iはN未満の自然数)とを組み合わせて、目標物の方位角を算出することとしている。
位置・速度算出器180は、距離・速度算出器175−1〜175−Nと方位角算出器179−1〜179−N−1との算出結果を統合して、目標物の位置と速度とを算出する回路又は素子である。位置・速度算出器180の算出結果は、バスコネクタ17−aに接続されたバスを経由して外部に出力され、他の制御処理や情報表示等に利用されるようになっている。
なお、上述の構成では、距離・速度算出器175−1〜175−Nと方位角算出器179−1〜179−N−1とを並列に配置し、セレクタ174とセレクタ178を用いて、各ビームの処理を振り分けることとしているが、複数のビーム間で同じ距離・速度算出器や方位角算出器を時分割により共有するように構成することもできることはいうまでもない。この場合もビーム切替信号やクロック信号に基づいて各距離・速度算出器や各方位角算出器が別のビームの処理を行うようにすればよいのである。
予測器181は、位置・速度算出器180が算出した今回観測時の目標物の位置と速度を用いて、次回観測時の目標物の位置と速度とを予測する回路又は素子である。
評価値算出器182は、予測器181の予測結果に基づいて、ビーム1〜ビームNの各ビームが次回観測時の方位角算出に適する度合いを示す評価値を算出あるいは設定する回路又は素子である。
ビーム選択器183は、評価値算出器182が算出した各ビームの評価値に基づいてビーム選択信号を出力する回路又は素子である。ビーム選択信号はセレクタ174及びセレクタ178に送出されるようになっている。ビーム選択信号は、セレクタ174と178の制御信号であって、各ビームの処理系統への出力可否を決定する信号となっている。
なおこの他に、セレクタ174、距離・速度算出器175−1〜175−N、セレクタ178、方位角算出器179−1〜179−N−1、位置・速度算出器180、予測器181、評価値算出器182、ビーム選択器183(以下、セレクタ174〜ビーム選択器183とする)を制御するための制御器を設けることも可能である。例えば、このような制御器は、中央演算装置(CPU:Central Processing Unit)を用いて実現できる。さらにこの場合には、セレクタ174〜ビーム選択器183により行われる処理を行うコンピュータプログラムを準備し、このコンピュータプログラムと中央演算装置との組み合わせで、セレクタ174〜ビーム選択器183を置き換えることができる。しかしながら、以下においては、セレクタ174〜ビーム選択器183が、それぞれ別体の素子又は回路として構成されているものとして説明する。
次に、レーダ装置1の動作について説明する。FMCWレーダ方式の原理に基づいて、ビーム1〜ビームNの観測値から目標物の相対距離及び相対速度を得る処理、さらには、シーケンシャルロービング方式などを初めとする方位角を得る処理については公知の技術であるため、詳細な説明を行わないこととし、ここでは、あるサンプリング時刻(観測時刻)において得られた観測値から、すでに各目標物の相対距離及び相対速度、方位角が得られているものとする。
位置・速度算出器180は、距離・速度算出器175−1〜175−Nが算出したアンテナ14から各目標物までの相対距離と相対速度、そして方位角算出器179−1〜179−N−1が算出した方位角とを組み合わせて、各目標物の位置と速度とが求められる。位置と速度が確定した目標物の位置と速度は予測器181に出力される。
予測器181は、過去の各目標物の位置と速度とから外挿法(extrapolation)を用いて次回観測時の各目標物の位置と速度とを算出する。このような外挿法の例としては、a−bフィルタやカルマンフィルタ,PDA(Probabilistic Data Association)フィルタなどの各種追尾フィルタが知られている。なお、例えば目標物の相対速度に対してサンプリング間隔が十分短く、予測器181による予測処理を省略して、次回観測時の値として今回観測時の値を代用してもよい。すなわち、そのような場合には、位置・速度算出器180の結果を直接的に用いることもできる。したがってこの場合には、予測器181は必須の構成要素ではなくなる。
以降、予測器179の予測結果(各目標物の位置と速度)に基づいて、次の観測時刻におけるビームの選択処理が行われる。このビームの選択処理は、同一のビーム内に複数の目標が含まれてしまうことによって偽像が発生してしまい、その結果として各目標の方位角の測定精度が劣化することを防止する目的でなされるものである。
そのためには、まず方位角の算出に用いるビームの組についての評価値を算出し、続いて評価値に基づいてビームの選択処理を行う。さらに選択されたビームにおいて適切な観測値が得られない場合に、観測値を他の値で代用するといった処理を行う。第5図はこれらの処理のフローチャートである。
まずビームの組の評価値を算出する(ステップS1)。以下に、ビームの組の評価値を算出する方法を詳述する。ここで、説明を簡略化するためにビームの組をビーム対として説明する。しかしビーム対をビームの組に拡張することは極めて容易であり、特に説明を要するものではない。
(ビームの組の評価値を算出する方法)
評価値算出器182は、次回観測時の各目標物の位置と速度と各ビームの方向とに基づいて、各ビームの評価値を算出する。そこで次に、評価値算出器182における各ビームの評価値の算出方法について説明する。第6図は、各ビームの評価値算出方法を説明するための図である。
図において、実線で表された曲線は、ビームi(iは1以上N−1以下の自然数)のゲイン曲線であって、点線で表された曲線は、ビームi+1のゲイン曲線である。また、図の中央部に破線によって表された直線はビームiとビームi+1からなるビーム対の中心角Bmであって、thB1とthB2とにより指し示された直線の間の領域は、このビーム対が検出する対象となる領域を表している。この領域は、レーダ装置1を設計する際に決定されるものである。また方位角θの数値軸上の点X1はこのビーム対で検出しようとしている目標物X1の方位角予測値δθ1を表すものとし、点X2は目標物X1とは異なる目標物X2の方位角予測値δθ2を表すものとする。
この場合において、ビームiとビームi+1からなるビーム対が目標物X1の方位角を測定するために適しているといえるためには、式(1)と式(2)が同時に満たされる必要がある。
|δθ1|<|thB1−Bm| (1)
|δθ2|>|Bm−thB2| (2)
すなわち、ビームiとビームi+1からなるビーム対の中に目標物X1だけが存在し、他の目標物が存在しない状況であれば、複数の目標物がビームパターン内に存在するために、偽像(本来、存在するはずのない方向に目標物があるように方位角が算出されてしまう現象)を回避することが可能となる。式(1)と式(2)とが同時に満たされる場合とは、このような場合に相当する。評価値算出器182は、このような条件が満たされるビーム対の組に対する評価値を、そうでない評価値よりも高い値に設定する。例えば、式(1)と式(2)とを満たすビーム対が1つのみ存在する場合には、そのビーム対の評価値を例えば1.0とし、そうでないビーム対、すなわち、式(1)と式(2)を満たさないビーム対については評価値を例えば0.0に設定する。なおここでは、式(1)と式(2)とを満たすビーム対であるかどうかさえ識別できれば十分なので、1.0と0.0のビームの組以外の値を用いてもよいことはいうまでもない。
このように、ビームパターン内に単一の目標物だけを含むビームの組を、偽像が発生するおそれのないビームの組として抽出し、ビームパターン内に複数の目標物を含むビームの組に比べて、高い評価値を付与することによって、信頼性の高い方位角を算出する上で利用可能なビームの組を選択できるようになるのである。
(式(1)と式(2)とを同時に満たすビームの組が複数ある場合)
式(1)と式(2)とを同時に満たすビーム対が複数ある場合に、さらにそれらのビーム対の間で評価値に上下の関係を与えるようにしてもよい。そうするためには、次のような方法が考えられる。まずδθ1が小さい順、すなわちビームパターン内に含まれる単一の目標物の方位角がビームパターンの中心角Bmに近いビーム対に、より高い評価値を与えるようにする方法が考えられる。
また、またδθ1の信頼性や測定精度、予測精度に基づいて評価値を決定する方法も考えられる。例えば、カルマンフィルタを用いて予測器179を構成している場合には、カルマンフィルタを実行する過程において予測誤差の分散を算出することになる。そこで、目標物X1の予測誤差の分散をδS1とし、Wθ1とWS1をそれぞれδθ1とδS1の重み係数として、式(3)によってWkを求める。
Wk=Wθ1δθ1+WS1δS1 (3)
そして、このWkが小さいほど高い評価値を付与するようにする。そのためには例えば、Wkの逆数を算出して、その逆数を直接的に評価値としてもよいし、基準値からWkを減じて、その減算結果を評価値としてもよい。あるいは、式(1)と式(2)を満たすビーム対の式(3)によるWkの最大値をWkmaxとして、式(4)により評価値を算出するようにしてもよい。
評価値=1.0+Wkmax−Wk (4)
式(4)において、1.0を加算している理由は、式(1)と式(2)を満たすビーム対が1つのみ存在する場合において、その評価値を1.0としたことと整合をとるためである。したがって式(1)と式(2)を満たすビーム対が1つのみ存在する場合においてその評価値を他の値としたときには、式(4)において他の値をWkmax−Wkに加算するようにすればよい。また式(3)や式(4)は、評価値を算出する一つの方法にすぎず、ビーム対の性質に合致する評価値を算出しうるものであるならば、他の方法で算出しても構わない。
このように、ビームパターン内に単一の目標物だけを含むビームの組が複数ある場合には、さらにそれぞれの優劣を評価値として数値化することで、後に用途や装置の処理能力に応じて適切なビームの組を選択することが可能となるのである。
(式(1)と式(2)とを同時に満たすビームの組が存在しない場合)
また、式(1)と式(2)とを同時に満たすビーム対が存在しない場合、すなわち、目標物X1の方位角と目標物X2の方位角が第7図に示すようにthB2とthB1との間に含まれる場合は、次のようにしてビーム対の評価値を算出する。
目標物X1の方位角と目標物X2の方位角の両方がthB1とthB2との間に存在する場合、目標物X1がビーム対の中心角Bmに近いほど高いゲインが得られるので、方位角を求めやすい。一方、目標物X2は、ビーム対の中心角Bmから離れているほど目標物X1の方位角の算出に与える影響が小さくなると考えられる。したがって目標物X1について高いゲインが求められ、目標物X2が中心角Bmから離れているビーム対に高い評価値が設定されるようにする。ここで、目標物X1がビーム中心Bmに近い場合とは、δθ1が小さい値となる場合であり、目標物X2がビーム対の中心角Bmから離れている場合とは、δθ2が大きい値となる場合であるから、例えば式(5)のようにして、評価値を算出する。
評価値=1.0−Wθ1δθ1+Wθ2δθ2 (5)
ここでWθ1とWθ2は、δθ1とδθ2との重み係数である。なお、式(5)においても、式(1)と式(2)を満たすビーム対が1つのみ存在する場合においてその評価値を1.0としたことと整合をとるために、1.0からδθ1の項を減じ(δθ1が小さいほど評価値が1.0に近づく)、δθ2の項だけ値を増加することとした。
また、式(5)において、重み係数Wθ1とWθ2は負でない値であり、さらにWθ1とWθ2の何れか一方のみを0としてもよい。
例えば、Wθ1=0とすれば、δθ2が最大となるビーム対,すなわち観測対象とはなっていない目標物X2がビーム対の範囲に含まれているものの、その観測対象外の目標物X2が最もビーム対の中心方向から離れているものを最優先のビーム対として選択することとなる。またWθ2=0とすれば、δθ1が最小となるビーム対、すなわち観測対象となっている目標物X1の方位角が最もビーム対の中心方向に近いものを最優先のビーム対として選択することとなる。
さらに、式(3)のように予測値の予測精度を採り入れて評価値を算出するようにしてもよい。例えば式(6)に基づいて評価値を算出する。
評価値=1.0−(Wθ1δθ1−WS1δS1)+(Wθ2δθ2−WS2δS2) (6)
なお、上式においてWS1とWS2は目標物X1とX2とのカルマンフィルタで算出される予測誤差の分散である。
このように、ビームパターン内に複数の目標物を含むビームの組に対しても、方位角の算出に適する程度(信頼性の高い方位角を算出できる期待の程度)を評価値として数値化した。このため、ビームパターン内に単一の目標物だけを含むビームの組が得られない場合であっても、ここで算出した評価値に基づいて次善のビームの組を客観的に選択することができる。
以上が、ビームの組の評価値を算出する方法である。なお、ビーム対をビームの組に拡張するには、式(1)〜式(6)においてthB1とthB2、さらにBmを調整すればよい。
続いて、ビーム選択器183は、目標物の組み合わせ毎に(例えば目標物としてX1、X2、X3がある場合は、X1とX2、X2とX3、X3とX1それぞれについて)、ビームの組の評価値に基づいて、ビームの組を選択し、観測値の取得と距離・方位角の算出を行う(ステップS2〜ステップS10)。まずビームの組の評価値に基づいて、ビームの組の選択を行う。まず予め定められた値を上回る評価値を有するビームの組があるかどうかを調べる(ステップS3)。次いで定められた値を上回る評価値を有するビームの組がある場合は、その評価値が高い順に所定の個数のビームの組を選択する(ステップS4)。ビーム選択器183は、ビームの組を選択すると、セレクタ173とセレクタ176にビーム選択信号を送信する。セレクタ1773とセレクタ176は、ビーム選択信号を受信すると、選択されたビームの組を構成するビームについてのみ、A/D変換器172やA/D変換器175の出力をそれぞれの距離・速度算出器や方位角算出器に接続して、選択されたビームの観測値のみを処理するように設定する。
このように方位角の算出に適したビームの組のみを選択して、方位角の算出や距離・速度の算出を行うこととしたので、不適切なビームの選択による偽像の発生や測定精度の劣化を防止するとともに、特にビーム間で距離・速度算出器や方位角算出器を共用している場合、あるいは一つの中央演算装置を用いて時分割で各ビームの処理を行っている場合に、計算量の削減が可能となるのである。
一方、ステップS3において、選択対象となるビームの組が存在しない場合は、ステップS5に進む(ステップS3:NO)。ステップS5の処理については後述する。
ステップS4において選択されたビームの組を構成するビームの受信信号は、距離・速度算出器175−1〜175−Nや方位角算出器179−1〜179−N−1のうちの各ビームに対応する距離・速度算出器や方位角算出器に出力され、次回観測時における観測値が算出される(ステップS6)。すなわち、距離・速度算出器175−1〜175−Nや方位角算出器179−1〜179−N−1のうちの各ビームに対応する距離・速度算出器や方位角算出器で、距離と速度、方位角が算出され、さらに位置・速度算出器180で、算出された距離と速度、方位角から、この観測時における位置と速度とが算出される。
続いて、予測器181において、算出されたこの観測時刻の観測値が相関する観測値かどうかを判断する(ステップS7)。すなわち、予測器181は前回の観測時刻で算出した今回観測時刻の予測値と実際に計算した今回観測時刻の観測値との相関を評価する。そしてここで予測値と観測値との差が所定の範囲にとどまっている場合は、この観測値を予測器181に出力して、次の観測時刻の予測値を算出する(ステップS7:YES)。このような処理は、一般の追尾フィルタにおける相関処理として広く知られているので、ここでは詳述しない。
一方、前回の観測時刻で算出した今回観測時刻の予測値と実際に計算した今回観測時刻の観測値とが相関するものではない場合は、ステップS4に進む(ステップS6:NO)。
ステップS7で今回観測時刻の観測値が相関するものではないと判断された場合、あるいはステップS3で選択対象となるビームの組が存在しないと判断された場合は、ステップS5において、方位角の観測値を予測値で代用する処理を行う。この処理を行うために、まずビーム選択器183は、位置・速度算出器180に所定の信号を送る。位置・速度算出器180は、この信号を受け取ると、予測器179が算出していた次回観測時における方位角の予測値を、次回観測値に替えて取得し、バスコネクタ17−aに接続されているバスを経由して外部に観測値を出力する。
このように、この発明の実施の形態1による信号処理器17では、方位角算出に適するビームの組が存在しない場合にあっては、不適切な観測値を用いて方位角を算出することを回避し、メモリトラックの技法を用いて予測器181が算出した予測値を観測値の代わりに出力することとした。このため、不適切な観測値を用いて方位角を算出することで方位角の算出精度を劣化させていた従来のレーダ信号処理装置よりも、信頼性の高い方位角算出処理を行うことができるのである。
続いて、ここまでで得られた観測値を予測器181に出力し(ステップS8)、次の目標物の組み合わせの処理に遷る(ステップS10)。ステップS10において、すべての目標物の処理が終了したと判断した場合は今回観測時における処理を終了する。
以上のように、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置によれば、各ビームの組が目標物の方位角を算出するのに適している程度を評価値として数値化し、その評価値に基づいてビームの組を選択することとした。このような原理は、複数の目標物の位置と速度とが近いものであっても、効果的にそれぞれを分離する上で用いることができる。したがってこのレーダ装置を用いることにより、測定精度の低下を防止することができる。
なお、このレーダ装置1は目標物の距離と速度とを求めるためにFMCW方式のレーダとして構成したが、パルスドップラーレーダなど距離と速度とが算出可能なレーダ方式であれば如何なるレーダ方式を用いてもよいことは明らかである。
ところで、複数個の目標物がある場合に、複数の目標で同一のビームの組を選択することとなる場合も考えられる。このような場合に、複数個の目標物の方位角の算出を同一のビームの組で行うと、目標物同士が近接している場合や、観測精度が劣化している場合において、目標物の分離が困難となる可能性がある。
そこで、このような場合には、それぞれの目標物同士でこのビームの組の評価値を比較し、ビームの組の評価値が高くなる目標物にこのビームの組を割り当てるようにしてもよい。こうすることで複数個の目標物の分離を確実に行うことができるようになる。
またビームの組の評価値に基づいて選択したビームの組を用いても、目標物の位置関係や観測状況によっては、方位角の算出に適さない場合も生じる。例えば同時に式(1)を満たすビームが複数ある場合に、δθ1が小さいものほど、方位角の算出により適していると考えられる。また式(1)と式(2)を満たすビームの組がない場合に、式(3)〜式(6)を適用してビームの組を選択した場合は、このビームの組が方位角の算出に適していないビームの組である可能性もある。方位角の算出に適さないビームの組を用いた場合には、観測精度が劣化することが多い。このような場合に、予測器181を追尾フィルタとして構成している場合には、評価値の異なるビームの組から得られた観測値を追尾フィルタで平滑する上で、同じゲインを用いるのは妥当でないことも考えられる。
そこで、方位角の算出に適している程度、例えば、評価値の大小やδθ1、δθ2の大小といった要素を組み合わせて追尾フィルタのゲインを調節するようにしてもよい。
実施の形態2.
実施の形態1によるレーダ装置においては、観測値が得られない場合や適切なビームの組が得られない場合に、予測値で代用することとした。しかしあるビームの組で適切な観測値が得られない場合には、そのビームの組の次に適切なビームの組を選択するようにしてもよい。この発明の実施の形態2によるレーダ装置はこのような特徴を有するものである。
この発明の実施の形態2によるレーダ装置の構成は実施の形態1によるレーダ装置と同様に第3図及び第4図によって示される。
続いて、この発明の実施の形態2によるレーダ装置の動作について説明する。第8図はこの発明の実施の形態2によるレーダ装置の動作のフローチャートである。図のフローチャートが第5図と異なる点は、ステップS7において、相関する観測値が得られない場合(ステップS7:NO)に、ステップS5に直接進むのではなく、その目標物に対して、次に評価値の高いビームの組を選択するようにした点にある(ステップS7−2)。そして次に評価値が高いビームの組がある場合には、ステップS4に戻る(ステップS7−2:YES)。一方、もうこれ以上評価値の高いビームがない場合は、ステップS5に進むのである(ステップS7−2:NO)。なおここで、所定値以上の評価値が残存していない場合は、次に評価値の高いビームの組はない、と判断するようにしてもよい。
このように、この発明の実施の形態2のレーダ装置によれば、予測精度等の影響により、評価値の高いビームの組を選択しても常に観測値が得られるとは限らない問題に対して、次善のビーム組を選択することで、今回観測時の観測値を取得することができる。
Claims (9)
- 複数個の目標物に対してマルチビームを照射し、照射したマルチビームから得られる受信信号から複数個の目標物の方位角を算出するレーダ信号処理装置において、
上記マルチビームに含まれるビームの組の受信信号からそのビームの組における上記方位角を算出する方位角算出器と、
上記ビームの組における上記方位角の分布から上記ビームの組と上記目標物との対応関係の評価値を算出する評価値算出器と、
上記評価値算出器が算出した評価値に基づいて上記マルチビームから上記複数の目標物の方位角を分離するのに適するビームの組を選択するビーム選択器と、
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求の範囲第1項記載のレーダ信号処理装置において、
上記評価値算出器は、ビームの組の中心方向を基準とする所定の角度範囲に単一の方位角を含むビームの組の評価値を、上記所定の角度範囲に複数の方位角を含むビームの組の評価値よりも高い値に設定することを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求の範囲第2項記載のレーダ信号処理装置において、
上記評価値算出器は、上記所定の角度範囲に同一の目標物の方位角を1つだけ含むビームの組が複数ある場合に、その目標物の方位角とビームの組の中心方向とのなす角がより小さいビームの組に、より高い評価値を付与することを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求の範囲第2項記載のレーダ信号処理装置において、
上記評価値算出器は、上記所定の角度範囲に複数の方位角を含むビームの組が2以上ある場合に、上記所定の角度範囲に含まれる各方位角とビームの組の中心方向とのなす角の大小関係に基づいて上記各方位角を重み付けし、重み付けされた方位角の和に基づいてそのビームの組の評価値を算出することを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求の範囲第1項のレーダ信号処理装置において、
現在観測時刻における方位角から次回観測時刻における予測方位角とその予測方位角の予測精度とを算出する予測器を備え、
上記方位角算出器は、現在観測時刻において得られた上記マルチビームに含まれるビームの組の受信信号から現在観測時刻の上記方位角を求めて上記予測器に出力し、
上記評価値算出器は、上記予測器により算出される予測方位角の予測精度と、上記ビームの組における上記方位角の分布から、上記ビームの組と上記目標物との対応関係の評価値を算出することを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求の範囲第5項記載のレーダ信号処理装置において、
上記評価値算出器は、ビームの組の中心方向を基準とする所定の角度範囲に同一の目標物の方位角を1つだけ含むビームの組が複数ある場合に、その目標物の方位角とビームの組の中心方向とのなす角と上記予測精度とを重み付け加算して上記ビームの組の評価値を算出することを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求の範囲第6項記載のレーダ信号処理装置において、
上記評価値算出器は、上記所定の角度範囲に複数の方位角を含むビームの組が2以上ある場合に、上記所定の角度範囲に含まれる各方位角とビームの組の中心方向とのなす角の大小関係と、上記予測精度と、に基づいて上記各方位角を重み付け加算してそのビームの組の評価値を算出することを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求の範囲第5項記載のレーダ信号処理装置において、
上記予測器は、現在観測時刻における方位角と前回観測時刻において算出した現在観測時刻における予測方位角とを比較して、次回観測時刻における予測方位角の算出に現在観測時刻における方位角を採用するか否かを判断するとともに、現在観測時刻における方位角を採用しない場合に、前回観測時刻において算出した現在観測時刻における予測方位角を現在観測時刻における方位角として出力することを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求の範囲第5項記載のレーダ信号処理装置において、
上記予測器は、現在観測時刻における方位角と前回観測時刻において算出した現在観測時刻における予測方位角とを比較して、次回観測時刻における予測方位角の算出に現在観測時刻における方位角を採用するか否かを判断し、
上記ビーム選択器は、現在選択されているビームの組から算出された現在観測時刻における方位角を採用しないと上記予測器が判断した場合に、現在選択されているビームの組の次に評価値が高いビームの組を選択することを特徴とするレーダ信号処理装置。
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