KR100645771B1 - 레이더 - Google Patents

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가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 상대 속도가 큰 타겟에 대해서도 적절한 그룹핑(grouping)이 가능하고, 다수의 타겟이 존재하는 경우에도 정확한 페어링(pairing)이 가능한 레이더를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은 외래 잡음이나 장치 내부에서의 잡음에 의한 문제를 해소하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 구성에 따르면, FM-CW 레이더에 있어서의 비트 신호의 주파수 스펙트럼에 나타나는 돌출부에 대해서, 소정의 주파수차 이내에서 빔(beam) 방위방향으로 연속하는 돌출부 그룹을 동일 타겟으로부터의 반사파에 기인하는 것으로 간주하고, 상향 변조 구간에서의 돌출부 그룹과 하향 변조 구간에서의 돌출부 그룹의 조합으로부터 타겟의 상대 거리 및 상대 속도를 구한다.
레이더, 상대 속도, 상대 거리, 페어링, 그룹핑

Description

레이더 {Radar}
도 1은 레이더의 구성을 나타내는 블럭도.
도 2는 타겟의 상대 거리 및 상대 속도에 의해 변화하는 송신 신호와 수신 신호의 주파수 변화의 예를 나타내는 도면.
도 3은 탐지 범위의 빔과 타겟과의 관계를 나타내는 도면.
도 4는 빔 방위 마다의 피크 주파수 스펙트럼의 예를 나타내는 도면.
도 5는 빔 방위 마다의 피크 주파수 스펙트럼에서 잡음 성분을 제거한 예를 나타내는 도면.
도 6은 빔 방위 마다의 피크 주파수 스펙트럼에서 잡음 성분을 제거한 예를 나타내는 도면.
도 7은 상향 변조 구간과 하향 변조 구간에 있어서의 빔 방위 마다의 피크 주파수 스펙트럼으로부터 방위의 일치성에 근거하여 페어링을 실행하는 예를 나타내는 도면.
도 8은 상향 변조 구간과 하향 변조 구간에 있어서의 빔 방위 마다의 피크 주파수 스펙트럼으로부터 신호 강도의 일치성에 근거하여 페어링을 실행하는 예를 나타내는 도면.
도 9는 상향 변조 구간과 하향 변조 구간에 있어서의 빔 방위 마다의 피크 주파수 스펙트럼으로부터 상대 속도의 개연성에 근거하여 페어링을 실행하는 예를 나타내는 도면.
도 10은 상향 변조 구간과 하향 변조 구간에 있어서의 빔 방위 마다의 피크 주파수 스펙트럼으로부터 방위방향의 신호 강도 프로파일의 일치성에 근거하여 페어링을 실행하는 예를 나타내는 도면.
도 11은 레이더 제어부의 처리 순서를 나타내는 플로우 차트.
<도면내 주요부호의 설명>
1: 프론트엔드 2: 레이더 제어부
13: 룩업 테이블 101: 신호 처리부
102: 변조·빔 방위 검출 제어부 103: 주사·통신 제어부
본 발명은 연속파를 주파수 변조한 전파를 송수신하여 타겟을 탐지하는 레이더에 관한 것이다.
연속파(CW)를 주파수 변조(FM)한 전파를 송수신하여 타겟을 탐지하는 FM-CW 레이더는, 주파수가 점점 상승하는 상향 변조 구간과 주파수가 점점 하강하는 하향 변조 구간이 시간적으로 삼각파 형상으로 반복 변화하는 송신 신호를 송신하고 타겟으로부터의 반사 신호를 포함하는 수신 신호를 수신하도록 하여, 송신 신호와 수신 신호의 주파수차 신호인 비트 신호의 주파수 스펙트럼에 근거하여 타겟의 상대 거리 및 상대 속도를 구하는 것이다. 또한, 상기 동작을 소정 방위를 향하는 1개의 빔에 대하여 실행하고, 그 빔 방위를 순차적으로 변화시킴으로써 소정의 방위각 범위에 대하여 분포하는 타켓을 탐지한다.
타겟이 단일일 경우에는, 상향 변조 구간과 하향 변조 구간에 있어서 타겟으로부터의 반사파에 근거하는 비트 신호의 주파수 스펙트럼에 각각 단일 돌출부가 생긴다. 따라서, 그 돌출부의 피크 주파수를 상향 변조 구간의 비트 신호 주파수(이하, '업비트 주파수'라 한다)와 하향 변조 구간의 비트 신호 주파수(이하, '다운비트 주파수'라 한다)에 근거하여 타겟의 상대 거리 및 상대 속도를 구할 수 있다.
그런데, 탐지 범위 내에 복수의 타겟이 존재하는 경우에는, 동일 빔에 대하여 상향 변조 구간과 하향 변조 구간 각각에서 주파수 스펙트럼에 다수의 돌출부가 생긴다. 그 때문에 복수의 업비트 주파수와 복수의 다운비트 주파수의 조합(이하 '페어링'이라 한다)에 오류가 생길 우려가 있었다.
일본국 특허 공개 2000-65921에는, 주파수 스펙트럼 상에 나타나는 동일 주파수의 돌출부끼리를 그룹핑하고, 대표 빔 방위가 동일한 것끼리를 페어링하도록 한 레이더가 개시되어 있다.
그런데, 본원 발명자들의 연구에 의하면 다음과 같은 문제가 있다는 것을 발견하였다.
즉, 레이더를 탑재한 자동차가 고속으로 주행하고 있을 때의 도로측 물건이나 대향차(對向車) 등의 상대 속도가 큰 타겟에 대해서는, 업비트 주파수와 다운비 트 주파수의 차가 커지기 때문에 적절한 그룹핑이 불가능하다.
또한, 교통량이 많은 경우나 도로측 물건이 다수 존재할 경우에는, 상기 대표 빔 방위가 동일한 그룹이 다수 검출되기 때문에, 정밀도가 양호한 페어링이 불가능하다.
또한, 레이더 외부로부터 날아드는 잡음 전파나 레이더 내부에서 발생되는 노이즈의 영향에 의해, 주파수 스펙트럼 상에 동일 주파수의 돌출부가 업비트 주파수와 다운비트 주파수로서 나타나는 경우가 있다. 그 결과, 실제로는 존재하지 않는 타겟의 상대 거리나 상대 속도를 구해버려서 페어링에 악영향을 끼칠 우려도 있었다.
본 발명의 목적은 상대 속도가 큰 타겟에 대해서도 적절한 그룹핑이 가능하고, 다수의 타겟이 존재하는 경우에도 정확한 페어링을 가능하게 하는 레이더를 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 외래 잡음이나 장치 내부에서의 잡음에 의한 문제를 해소한 레이더를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 주파수가 점점 상승하는 상향 변조 구간과 주파수가 점점 하강하는 하향 변조 구간이 시간적으로 삼각파 형상으로 반복 변화하는 송신 신호를 송신하고 타겟으로부터의 반사 신호를 포함하는 수신 신호를 수신하는 송수신 수단과, 상기 송신 신호의 빔 방위를 소정의 방위각에 걸쳐 변화시키는 주사 수단과, 상기 송신 신호와 상기 수신 신호의 주파수차 신호인 비트 신호의 주파수 스펙트럼에 관한 데이터를 구하는 주파수 분석 수단과, 상기 상향 변조 구간의 상기 비트 신호의 주파수와 상기 하향 변조 구간의 상기 비트 신호의 주파수에 근거하여 타겟의 상대 거리 또는 상대 속도를 검출하는 수단,을 구비한 레이더로, 상기 주파수 스펙트럼에 나타나는 돌출부에 대하여 소정의 주파수차 이내에서 상기 빔 방위방향으로 연속하는 돌출부 그룹을, 동일 타겟으로부터의 반사파에 기인하는 것으로 간주하고, 상향 변조 구간에서의 상기 돌출부 그룹과 하향 변조 구간에서의 상기 돌출부 그룹의 쌍을 대조하는 수단을 설치한 것을 특징으로 한다.
이렇게 비트 신호의 주파수 스펙트럼에 나타나는 돌출부가 소정의 주파수차 이내에서 빔을 방위방향으로 연속하는 돌출부 그룹을, 동일 타겟으로부터의 반사파에 기인하는 것으로 간주함으로써, 상대 속도가 큰 타겟에 대해서도 정확한 그룹핑을 가능하게 한다. 또한, 타겟이 다수 존재하는 경우에도 1개의 타겟 당 1개의 돌출부 그룹을 검출할 수 있도록 하여 페어링 오류를 억제한다.
또한, 본 발명은 상기 돌출부의 빔 방위방향으로의 연속수가 소정의 수 이상인 돌출부 그룹에 대해서만 상기 대조를 실행하도록 한다. 이것에 의해 무작위적인 잡음 등 지속 시간이 짧은 잡음 성분을 돌출부 그룹으로서 잘못 추출하는 것을 방지한다.
또한, 본 발명은 상기 돌출부가 빔 방위방향의 모든 방향에 걸쳐서 연속하고, 또한 상기 돌출부의 신호 강도가 거의 일정한 돌출부 그룹을 특이 그룹으로 간주하여 상기 특이 그룹을 제외하고 상기 대조를 실행한다. 이것에 의해 실제 타겟으로부터의 반사파에 기인하여 생긴 비트 주파수 이외의 신호 성분은 대조의 대상으로는 하지 않는다. 이것에 의해 페어링에 악영향을 끼치지 않도록 한다.
또한, 상기 특이 그룹이 상향 변조 구간과 하향 변조 구간의 양쪽에 대해서 나타났을 때에, 그 특이 그룹을 제외하고 대조를 실행하도록 한다.
또한, 본 발명은 빔 방위 변화의 반복에 동반하여 특이 그룹이 반복하여 나타났을 때에 그 특이 그룹을 제외한다.
또한, 본 발명은 상기 주사 수단이 빔 방위의 변화 속도를 변경 가능하게 하고, 또한 상기 송수신 수단이 상향 변조 구간과 하향 변조 구간의 반복 속도를 변경 가능하게 하며, 빔 방위의 변화 속도의 변경에 관계없이 또는 상기 반복 속도의 변경에 관계없이, 상기 특이 그룹의 주파수가 거의 일정한 경우에 상기 특이 그룹을 제외하도록 구성한다.
이렇게 지속적으로 나타나는 잡음 성분을 제외함으로써 페어링에 끼치는 영향을 없앤다.
또한, 본 발명은 상기 돌출부 그룹 중, 중심 방위가 동일한 돌출부 그룹끼리에 대해서 상기 대조를 실행하도록 구성한다. 이것에 의해 빔 방위방향으로 확산을 갖는 다수의 타겟이 존재하고 있어도 대조를 용이하게 한다.
또한, 본 발명은 상기 돌출부의 신호 강도가 거의 동일한 돌출부 그룹끼리 대조를 실행하도록 한다. 이것에 의해 동일 타겟에 기인하여 생긴 돌출부 그룹끼리의 대조를 확실하게 실행한다.
또한, 본 발명은 이동체에 탑재된 레이더로, 상기 이동체의 이동 속도 정보를 받아들이는 수단을 구비하고, 상기 상향 변조 구간에서의 상기 돌출부와, 상기 하향 변조 구간에서의 상기 돌출부의 조합에서 채택할 수 있는 주파수 범위를 상기 이동 속도로부터 결정하고, 상기 주파수 범위에 대해서 상기 대조를 실행하도록 한다.
이렇게 통상적으로 있을 수 없는 상대 거리 및 상대 속도로 이루어지는 조합을 피하고, 대조해야 할 후보수를 제한함으로써 대조에 필요한 시간을 단축하고, 동시에 많은 타겟을 취급할 수 있도록 한다. 또한, 잘못된 페어링이 될 확율을 억제한다.
또한, 본 발명은 상기 돌출부 그룹의 방위방향의 신호 강도 프로파일끼리의 상관도를 구하고, 상기 상관도가 높은 것을 우선하여 상기 대조를 실행하도록 한다. 이것에 의해 동일 타겟에 기인하는 돌출부 그룹끼리의 페어링 정밀도를 높인다.
(발명의 실시 형태)
본 발명의 실시 형태에 따른 레이더의 구성을 각 도면을 참조하여 이하에 설명하겠다.
도 1은 레이더의 구성을 나타낸 블럭도이다. 도 1에 있어서, 참조번호 1은 밀리파 신호의 송수신을 실행하는 프론트엔드(front-end), 참조번호 2는 프론트엔드(1)에 접속한 레이더 제어부이다. 레이더 제어부(2) 내에 있어서, 참조번호 101은 비트 신호의 신호 처리부, 참조번호 102는 송신 신호의 변조 및 빔 방위의 검출을 실행하는 제어부, 참조번호 103은 빔 주사 및 통신 제어를 실행하는 부분이다. 타이밍 생성부(11)는 송신 신호의 변조를 위한 타이밍 신호를 생성한다. 변조 제어부(12)는 타이밍 신호에 동기하여 각 시점에서 필요한 송신 주파수의 밀리파 신호 를 송신하기 위한 제어 데이터(값)를 LUT(13)로 출력한다. 이 LUT(13)는 룩업 테이블(lookup table)이며, 미리 입력값에 대한 출력값의 관계를 테이블화한 것이다. DA 컨버터(14)는 룩업 테이블(13)에서 출력된 값에 따른 아날로그 전압 신호를 프론트엔트(1)로 보낸다. 프론트엔드(1)에는 전압 제어 발진기(VCO)를 구비하고 있고, DA 컨버터(14)로부터 출력된 전압을 VCO에 대한 제어 전압으로서 입력하여, 그 전압에 따른 주파수의 밀리파 신호를 송신한다.
프론트엔드(1)에는 송신 신호에 커플링하여 도출한 로컬 신호와 수신 신호를 믹싱하여 비트 신호를 출력하는 믹싱 회로가 구비되어 있다. AD 컨버터(15)는 그 비트 신호를 소정의 샘플링 주기로 샘플링함과 동시에 디지털 데이터열로 변환한다. 신호 처리부(101)는 디지털 신호 처리 회로(DSP)로 구성되어 있고, 이 신호 처리부(101) 내부에서의 신호 처리는 주로 승가산(sum of products) 연산을 프로그램 처리함으로써 실행된다.
FFT 처리부(16)에서는 입력한 소정의 샘플링 데이터 수의 데이터를 고속 푸리에 변환하여, 이산(離散) 주파수의 각 주파수 마다 신호 강도를 나타내는 주파수 스펙트럼을 구한다. 예를 들면 파워 스펙트럼을 구한다.
돌출부 검출부(17)는 주파수 스펙트럼에 나타나는 신호 강도의 돌출부의 피크 주파수 및 피크 주파수의 신호 강도를 검출한다. 그룹핑부(18)는 주파수 스펙트럼에 나타나는 돌출부가 소정의 주파수차 이내에서 빔을 방위방향으로 연속하는 그룹을 돌출부 그룹으로서 추출한다.
페어링부(19)는 상향 변조 구간에서의 복수의 돌출부 그룹과, 하향 변조 구 간에서의 복수의 돌출부 그룹의 쌍을 대조하여, 동일 타겟에 기인하여 생긴 돌출부 그룹끼리의 조합을 결정한다.
거리·속도 산출부(20)는 페어링한 돌출부 그룹에 대하여, 상향 변조 구간에서의 피크 주파수와 하향 변조 구간에서의 피크 주파수로부터, 돌출부 그룹을 생성시킨 타겟의 상대 거리 및 상대 속도를 산출한다.
모터(빔 방위) 제어부(22)는 프론트엔드(1)에 대하여 빔 방위의 제어 데이터를 보낸다. 프론트엔트(1)에는 빔 방위를 변화시키는 모터를 구비하고 있고, 모터(빔 방위) 제어부(22)로부터의 제어 데이터에 근거하여 지정된 방위에 빔을 향한다. 또한, 프론트엔드(1)에는 빔 방위의 검출용 신호를 출력하는 수단을 구비하고 있고, 각도 판독부(23)는 그 신호를 판독하여 현재의 빔 방위를 구한다.
통신 제어부(21)는 빔 방위와 빔 방위에 있어서의 각 타겟의 상대 거리 및 상대 속도의 데이터를 상위 시스템(호스트 장치)으로 출력한다. 또한, 통신 제어부(21)는 상위 시스템으로부터 제어 데이터를 수취하여, 변조·빔 방위 검출 제어부(102)로 보낸다. 예를 들면 빔 방위의 변화 속도의 설정이나 상향 변조 구간과 하향 변조 구간의 반복 속도의 설정 등을 실행한다.
또한, 상위 시스템에는 레이더를 탑재한 이동체의 이동 속도를 계측하는 수단을 구비하고 있고, 통신 제어부(21)는 이동 속도 정보를 판독한다.
도 2는 타겟까지의 거리와 상대 속도에 기인하는 송신 신호와 수신 신호의 주파수 변화의 편차의 예를 나타내고 있다. 송신 신호의 주파수 상승시에 있어서의 송신 신호와 수신 신호의 주파수차가 업비트 주파수 fBU이고, 송신 신호의 주파수 하강시에 있어서의 송신 신호와 수신 신호의 주파수차가 다운비트 주파수 fBD이다. 이 송신 신호와 수신 신호의 삼각파의 시간축 상의 편차(시간차)가 안테나로부터 타겟까지 전파의 왕복 시간에 해당한다. 또한, 송신 신호와 수신 신호의 주파수축 상의 편차가 도플러 시프트량이고, 이것은 안테나에 대한 타겟의 상대 속도에 기인하여 생긴다. 이 시간차와 도플러 시프트량에 따라 업비트 fBU와 다운비트 fBD의 값이 변화한다. 즉, 업비트와 다운비트의 주파수를 검출함으로써 레이더로부터 타겟까지의 거리 및 레이더에 대한 타겟의 상대 속도를 산출한다.
도 3은 레이더의 송수신 빔의 방위와 복수의 타겟과의 관계의 예를 나타내고 있다. 여기에서, Bo는 자동차에 탑재된 레이더의 정면 방향이다. B+1, B+2…는 정면에서 오른쪽 방향으로 빔 방위를 변이시켰을 때의 각 빔 방위를 나타내고 있다. 마찬가지로, B-1, B-2…는 정면에서 왼쪽 방향으로 빔 방위를 변이시켰을 때의 각 빔 방위를 나타내고 있다.
도 3에서 둥글게 나타낸 타겟 OB2, OB5는 고정된 도로측 물건이다. 또한, 사각으로 나타낸 타겟 OB1, OB3, OB4는 자동차 전방에 존재하는 다른 자동차이다. 화살표는 그들의 주행 방향을 나타낸다.
도 4는 방위가 다른 빔 마다의 상향 변조 구간에서의 돌출부의 피크 주파수를 나타내는 도면이고, 횡축에 빔 방위, 종축에 주파수 스펙트럼에 포함되는 돌출 부의 피크 주파수를 취하여 직각좌표로 나타내고 있다. 여기에서 G1∼G5는 도 3에 있어서의 OB1∼OB5의 각 타겟에 기인하여 생긴 주파수 스펙트럼 상의 돌출부의 피크 주파수가 빔 방위방향으로 나란히 늘어서 있는 돌출부 그룹이다. 예를 들면, 자동차의 전방을 자동차보다 저속으로 주행하는 타겟 OB1에 기인한 주파수 스펙트럼 상의 돌출부의 위치는 B-4에서 B+1까지 5개의 빔에 걸쳐서 연속하여 소정의 주파수차 이내에서 나타나고 있다. 또한, 도로측 물건인 타겟 OB2에 기인하는 피크 주파수는 B-5에서 B-2까지 4개의 빔에 나타나고 있다.
이렇게 인접한 빔 사이에서 피크 주파수가 소정의 주파수 범위 내에서 늘어서 있는 것끼리를 순차적으로 이어서, 이것을 돌출부 그룹으로서 그룹화(그룹핑)한다.
예를 들면, 빔 폭이 3.0도인 신호를 0.5도 단위로 조사(照射)한 경우, 1개의 타겟으로부터의 반사에 의한 수신 신호는 약 7개의 빔에 의해 관측되게 된다. 이 때문에 1개의 타겟에 기인하는 피크 주파수는 인접하는 약 7개의 빔에 의해 나타난다. 이것을 1개의 돌출부 그룹으로(이하, 그룹이라고 한다) 취급함으로써, 페어링 정밀도의 향상을 도모한다. 또한, 그것과 동시에 취급해야 하는 데이터량을 삭감한다. 즉, 그룹화한 그 그룹을 나타내는 데이터는, 빔 방위방향으로 연속하여 분포하는 확산을 갖는 방위의 중심 방위를 그 그룹의 대표 방위, 피크 주파수의 중심 주파수를 그 그룹의 대표 주파수, 신호 강도의 평균값 또는 최대값을 그 그룹의 신호 강도로서 취급한다.
그룹핑의 대상으로 해야 하는 인접 빔의 피크 주파수의 주파수 범위는, 빔 1개분의 주사 시간(빔이 인접 빔으로 이동할 때까지의 시간) 내에 타겟이 이동할 수 있는 거리에 대응하는 주파수로 하면 된다. 다만, 이산 주파수를 취급하기 때문에 FFT1 레인지빈(range bin)에 대응하는 주파수분 만큼 넓게 결정하면 된다. 이것에 의해 타겟의 빔 주사 중에 있어서의 상대 거리 변화에 대응한 그룹핑이 가능하게 된다. 예를 들면, 소정의 탐지 범위에 걸친 빔의 주사 시간을 0.1s, 그 탐지 범위에 형성하는 빔의 개수를 40개로 한 경우에, 상대 속도 400km/h인 타겟이 1빔의 조사 중에 이동하는 거리는,
0.1[s]/40[개]*400[km/h]*1000[m]/3600[s]=0.28[m]
가 된다.
따라서, 타겟이 6개의 빔에 걸쳐 포착되고 있는 사이에, 타겟은 0.28[m]×6[개]=1.68[m]만큼 이동하게 된다. 가령, FFT1 레인지빈(FFT에 의한 이산 주파수의 간격)에 해당하는 거리가 0.5m라면, 6개의 빔 사이에 3개에서 4개의 레인지빈에 걸쳐서 피크 주파수가 이동하는 것이 된다.
상기 주파수 스펙트럼 상의 돌출부의 피크 주파수를 구한 후에는 그 주파수 스펙트럼 데이터는 불필요하다. 더욱이 그룹핑을 실행한 후에는 그 그룹의 대표 방위 및 대표 신호 강도만을 페어링에서 사용하기 때문에, 그룹핑 이후에는 빔 마다의 피크 주파수 및 신호 강도의 데이터도 불필요하게 된다. 그 때문에 큰 메모리 용량을 필요로 하지 않으며, 또한 데이터 처리량을 삭감할 수 있다.
도 5는 잡음의 영향으로 생긴 외관상의 돌출부 그룹의 취급에 대하여 나타내 고 있다. 도 5(A)에 나타낸 예에서는 G1∼G3, 및 N1에서 나타내는 그룹이 검출되는데, N1에서 나타내는 그룹은 2개분의 빔에만 피크 주파수가 나타난다.
상술한 바와 같이 1개의 타겟으로부터의 반사에 의한 수신 신호는 빔 방위방향의 폭이 매우 좁아도 빔 폭 상당의 각도에 대응하는 방위방향으로 확산을 갖는 그룹이 될 것이다. 따라서, 그 범위보다 방위방향의 폭이 좁은 그룹은 현실의 타겟으로부터의 반사에 의한 것이 아니라고 간주한다. 도 5(A)에 나타낸 그룹 N1은 잡음에 의해 외관상에 생긴 특이 그룹으로서 취급한다. 즉, 도 5(B)에 나타낸 바와 같이, G1, G2, G3의 그룹에 대하여 뒤에 서술할 페어링의 대상으로 한다.
예를 들면, 안테나의 사이드로브(side lobe)에 의해 검출된 빔 방위방향의 폭은 메인로브에 의해 검출된 빔 방위방향의 폭의 절반 정도가 된다. 그 때문에 타겟으로부터의 반사파를 사이드로브로 수신한 경우에는, 도 5(A)에 나타낸 그룹 N1과 같이 빔 방위방향으로 연속하는 빔의 개수가 적은 그룹이 생긴다. 이러한 사이드로브에 의한 영향을 받지 않도록 하여, 타겟 방위 오검출의 회피 및 페어링 정밀도의 향상을 도모한다.
도 6은 다른 잡음 성분의 취급에 대하여 나타낸 도면이다. 이 예에서는 반대로 통상적인 타겟으로서 있을 수 없는 빔 방위방향으로 길게 연속하여 돌출부가 나타나는 그룹을 특이 그룹이라 하여 제외한다.
예를 들면, 안테나 특성 등에 의해 생긴 신호 강도 차의 요인을 제거하여도 탐지 범위의 모든 방위에 걸쳐서 거의 동일 신호 강도의 돌출부가 나타나는 신호 성분은 정상적으로 존재하고 있는 잡음 성분인 것으로 간주한다.
단지, 레이더의 바로 정면에 벽 등이 넓게 위치하고 있는 경우에 모든 방위에 걸쳐서 돌출부가 나란히 늘어서 있는 그룹이 생기기 때문에, 이것을 특이 그룹으로서 간주하지 않기 위해서는 상향 변조 구간과 하향 변조 구간의 양쪽에 동일 주파수·동일 신호 강도의 돌출부가 관측되었을 때에 그것을 특이 그룹으로서 판정하면 된다. 또한, 상향 변조 구간과 하향 변조 구간의 쌍을 1프레임으로 하고, 이것을 복수 프레임 반복하여 송신 신호의 변조를 실행하는데, 연속한 프레임 사이에서 동일 주파수·동일 신호 강도의 돌출부가 관측되었을 때에 그것을 특이 그룹으로서 판정하면 된다.
또한, 후술하는 페어링 정밀도를 향상시키기 위하여 빔 방위의 변화 속도 또는 상기 프레임의 반복 속도를 변화시키는 경우, 다른 빔 방위의 변화 속도 사이에서 또는 다른 프레임의 반복 속도 사이에서, 동일 주파수·동일 신호 강도의 돌출부가 모든 방위에 걸쳐서 관측될 때에 그것을 특이 그룹으로서 제외하도록 하여도 된다.
다음으로 페어링의 몇 개의 방법에 대하여 순서대로 설명하겠다.
페어링이란, 상향 변조 구간과 하향 변조 구간의 각각에 나타난 동일 타겟에 기인하는 돌출부 그룹끼리의 조합을 결정하는 것이다. 그 조합은 동일 타겟에 기인하여 생긴 돌출부 그룹이 갖는 특징을 이용하여 결정한다.
그 특징의 하나는 각 그룹의 중심 방위이다. 도 7은 각 그룹의 중심 방위가 동일한 것끼리의 페어링을 나타내고 있다. 도 7(A)는 상향 변조 구간에 대해서, 도 7(B)는 하향 변조 구간에 대해서 각각 돌출부 그룹을 나타내고 있다. 이렇게 각 그 룹의 대표 방위끼리가 거의 동일한 그룹끼리를 페어링한다. 예를 들면, 상향 변조 구간에 있어서의 그룹 Gu1의 대표 주파수와 하향 변조 구간에 있어서의 그룹 Gd1의 중심 주파수로부터 이 그룹을 생기게 한 타겟의 상대 거리 및 상대 속도를 산출한다. 다른 그룹에 대해서도 동일하다.
도 8은 동일 타겟에 기인하여 생긴 그룹의 신호 강도가 상향 변조 구간과 하향 변조 구간에서 거의 동일하다는 것을 이용하여 페어링을 실행한 예이다. 도 8에 나타낸 예에서는 상향 변조 구간에 있어서의 그룹 Gu1과 Gu2는 거의 동일 방위에 존재하고, 하향 변조 구간에 있어서의 그룹 Gd1과 Gd2는 거의 동일 방위에 존재하는데, 그룹 Gu1과 Gd1의 신호 강도가 거의 동일하고, Gu2와 Gd2의 신호 강도가 거의 동일할 때, 도 8(A), 도 8(B)에 나타낸 바와 같이 Gu1과 Gd1을 페어링하고, Gu2와 Gd2를 페어링한다.
도 8(C)는 상향 변조 구간에 있어서의 2개 그룹의 신호 강도, 도 8(D)는 하향 변조 구간에 있어서의 2개 그룹의 신호 강도를 나타내고 있다. 여기에서 횡축은 주파수, 종축은 신호 강도이다.
도 9는 상대 속도의 계산 결과가 타겟이 상정(想定)된 상대 속도 범위 내인 것에 대하여 페어링을 실행한 예이다. 상향 변조 구간에서 검출된 그룹의 주파수와 하향 변조 구간에서 검출된 그룹의 주파수의 차가, 그 타겟의 상대 속도에 비례하고 있다. 예를 들면, 자동차의 주행 속도가 100km/h일 때 타겟의 절대 속도가 200km/h이내라면, 어떤 타겟의 상대 속도는 -100에서 +300km/h가 된다. 즉, 자동차의 전방을 자동차와 같은 방향으로 200km/h로 주행하고 있을 때, 상대 속도는 - 100km/h이다. 또한, 역방향으로 자동차를 향해서 200km/h로 주행하고 있는 경우의 상대 속도는 +300km/h이다. 따라서, 상향 변조 구간에서의 주파수와 하향 변조 구간에서의 주파수의 차가 이 범위 내인 것끼리를 페어링한다. 도 9에 나타낸 예에서는 Gu1과 Gd1을 페어링하고, Gu2와 Gd2를 페어링한다.
도 10은 돌출부 그룹의 빔 방위방향의 신호 강도 프로파일끼리의 유사도에 근거하여 페어링을 실행한 예이다. 타겟의 신호 반사 위치의 변화는 타겟 반사면의 형상이나 재질에 의해 정해지기 때문에, 동일 타겟에 기인하여 생긴 그룹은 빔 방위방향의 신호 강도의 변화는 상향 변조 구간에서도 하향 변조 구간에서도 동일한 변화를 나타낸다.
도 10은 상향 변조 구간과 하향 변조 구간에 있어서, 각각 2개 그룹의 빔 방위방향의 신호 강도 프로파일의 예를 나타내고 있다. 그룹 Gu1과 Gd1의 신호 강도 프로파일이 유사하기 때문에, 이 쌍을 페어링한다. 마찬가지로 Gu2와 Gd2의 신호 프로파일이 유사하기 때문에 이 쌍을 페어링한다.
상기 유사도의 판정을 수치적으로 실행하기 위하여, 상기 신호 강도 프로파일끼리의 상관 계수를 구하여, 그 값이 큰 것에 대하여 우선적으로 페어링을 실행한다.
상술한 그룹핑과 페어링을 포함하는 도 1에 나타낸 레이더 제어부(2)의 처리순서를 플로우 차트로서 도 11에 나타낸다. 우선 모터(빔 방위) 제어부(22)의 제어에 의해 빔을 초기 방위로 향한다(n1). 그 상태에서 AD 컨버터(15)에 의해 변환된 비트 신호의 디지털 데이터를 소정의 샘플링 수만큼 얻어, 그것에 대하여 FFT처리 한다(n2→n3).
이어서 돌출부의 검출을 실행한다(n4). 즉, 주파수 스펙트럼의 신호 강도가 산형으로 돌출된 부분을 검출하고, 그 피크 주파수 및 피크 주파수에 있어서의 신호 강도를 추출한다.
이어서 전 단계의 빔 방위에서 추출한 피크 주파수 및 그 신호 강호를 참조하여 금회의 빔 방위에 있어서의 피크 주파수와 그 신호 강도를 어느 그룹에 넣을지를 판정한다(n5). 즉, 피크 주파수의 주파수차가 일정 주파수 이내인 것을 그룹핑한다. 이 때, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같은 잡음 성분은 제외한다.
그 후, 빔 방위를 빔 1개분 변위시켜서 동일한 처리를 반복한다(n6→n7→n2→…).
이상의 처리를 최종 빔까지 반복 실행함으로써, 방위방향으로 소정의 폭 넓은 탐지 범위에 대하여, 예를 들면 도 7에 나타낸 바와 같은 상향 변조 구간과 하향 변조 구간에 대한 빔 방위 마다의 피크 주파수 스펙트럼을 구한다.
이어서 각 그룹의 신호 강도를 추출한다(n8). 예를 들면, 빔 방위방향으로 퍼진 중심의 피크 주파수에 있어서의 신호 강도를 그 그룹의 대표 신호 강도로 한다.
그 후, 상향 변조 구간과 하향 변조 구간에 있어서의 각 그룹의 대표 신호 강도로부터 페어가 될 수 있는 후보를 선별한다(n9). 여기에서, 방위각이 거의 일치하고 있는 것, 신호 강도가 거의 일치하고 있는 것, 주파수차가 상정 절대 속도 범위 내에 해당하는 범위 내인 것을 페어 후보의 선정 조건으로 한다.
그 후, 후보가 된 그룹의 방위방향 레벨 프로파일의 상호 상관 계수를 구하고(n10), 그 상관 계수가 큰 후보부터 순서대로 페어링한다(n11).
본 발명에 의하면 비트 신호의 주파수 스펙트럼에 나타나는 돌출부가 소정의 주파수차 이내에서 빔을 방위방향으로 연속하는 돌출부 그룹을 동일 타겟으로부터의 반사파에 기인하는 것으로 간주함으로써, 상대 속도가 큰 타겟에 대해서도 정확한 그룹핑이 가능해진다. 또한, 타겟이 다수 존재하는 경우에도 1개의 타겟 당 1개의 돌출부 그룹을 검출할 수 있게 되며, 페어링 오류가 억제된다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 돌출부의 빔 방위방향으로의 연속수가 소정수 이상인 돌출부 그룹에 대해서만 상기 조회를 실행함으로써, 무작위적인 잡음 등 지속 시간이 짧은 잡음 성분이 돌출부 그룹으로서 잘못 추출되지 않고, 페어링의 정밀도가 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면 상기 돌출부가 빔 방위방향의 모든 방향에 걸쳐서 연속하고, 또한 상기 돌출부의 신호 강도가 거의 일정한 돌출부 그룹을 특이 그룹으로 간주하여, 상기 특이 그룹을 제외하고 대조를 실행하도록 하였기 때문에 실제 타겟으로부터의 반사파에 기인하여 생긴 비트 주파수 이외의 신호 성분이 대조의 대상이 되지 않으며, 페어링 정밀도가 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면 특이 그룹이 상향 변조 구간과 하향 변조 구간의 양쪽에 대해서 나타났을 때에 그 특이 그룹이 제외되기 때문에 페어링 정밀도가 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면 빔 방위 변화의 반복에 동반하여 특이 그룹이 반복하여 나타났을 때에, 그 특이 그룹이 제외되기 때문에 페어링 정밀도가 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면, 주사 수단이 빔 방위의 변화 속도를 변경 가능하게 하고, 송수신 수단이 상향 변조 구간과 하향 변조 구간의 반복 속도를 변경 가능하게 하며, 빔 방위의 변화 속도의 변경에 관계없이, 또는 상기 반복 속도의 변경에 관계없이, 특이 그룹의 주파수가 거의 일정한 경우에 특이 그룹을 제외하도록 구성하였기 때문에 페어링 정밀도가 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면 돌출부 그룹 중, 중심 방위가 동일한 돌출부 그룹끼리에 대해서 대조를 실행함으로써, 빔 방위방향으로 확산을 갖는 다수의 타겟이 존재하고 있어도, 그 대조가 용이해 진다.
또한, 본 발명에 의하면 돌출부의 신호 강도가 거의 동일한 돌출부 그룹끼리 대조를 실행함으로써, 동일 타겟에 기인하여 생긴 돌출부 그룹끼리의 대조를 확실하게 실행할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상향 변조 구간에서의 돌출부와 하향 변조 구간에서의 돌출부의 조합에서 채택할 수 있는 주파수 범위를 레이더가 탑재된 이동체의 이동 속도로부터 정하고, 상기 주파수 범위에 대해서 대조를 실행함으로써 대조해야 할 후보수가 삭감되고, 대조에 필요한 시간이 단축화되며, 동시에 많은 타겟을 취급하게 된다. 또한, 페어링 정밀도가 향상된다.
또한, 본 발명에 의하면, 돌출부 그룹의 방위방향의 신호 강도 프로파일끼리의 상관도를 구하고, 상기 상관도가 높은 것을 우선하여 대조를 실행함으로써 동일 타겟에 기인하는 돌출부 그룹끼리의 페어링 정밀도를 높인다.

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 주파수가 점점 상승하는 상향 변조 구간과 주파수가 점점 하강하는 하향 변조 구간이 시간적으로 삼각파 형상으로 반복 변화하는 송신 신호를 송신하고 타겟으로부터의 반사 신호를 포함하는 수신 신호를 수신하는 송수신 수단과,
    상기 송신 신호의 빔 방위를 소정의 방위각에 걸쳐 변화시키는 주사 수단과,
    상기 송신 신호와 상기 수신 신호의 주파수차 신호인 비트 신호의 주파수 스펙트럼에 관한 데이터를 구하는 주파수 분석 수단과,
    상기 상향 변조 구간의 상기 비트 신호의 주파수와 상기 하향 변조 구간의 상기 비트 신호의 주파수에 근거하여 타겟의 상대 거리 또는 상대 속도를 검출하는 수단,을 구비한 레이더로,
    상기 주파수 스펙트럼에 나타나는 돌출부에 대해서, 소정의 주파수차 이내에서 상기 빔 방위방향으로 연속하는 돌출부 그룹을, 동일 타겟으로부터의 반사파에 기인하는 것으로 간주하여, 상향 변조 구간에서의 상기 돌출부 그룹과 하향 변조 구간에서의 상기 돌출부 그룹의 쌍을 대조하는 수단을 설치하되,
    상기 소정의 주파수차는 하나의 빔에 대한 주사시간(scanning time)동안 단일 타겟이 이동할 수 있는 거리에 대응하고,
    상기 돌출부의 빔 방위방향으로의 연속수가 소정의 수 이상인 돌출부 그룹에 대해서만 상기 대조를 실행하는 것을 특징으로 하는 레이더.
  3. 주파수가 점점 상승하는 상향 변조 구간과 주파수가 점점 하강하는 하향 변조 구간이 시간적으로 삼각파 형상으로 반복 변화하는 송신 신호를 송신하고 타겟으로부터의 반사 신호를 포함하는 수신 신호를 수신하는 송수신 수단과,
    상기 송신 신호의 빔 방위를 소정의 방위각에 걸쳐 변화시키는 주사 수단과,
    상기 송신 신호와 상기 수신 신호의 주파수차 신호인 비트 신호의 주파수 스펙트럼에 관한 데이터를 구하는 주파수 분석 수단과,
    상기 상향 변조 구간의 상기 비트 신호의 주파수와 상기 하향 변조 구간의 상기 비트 신호의 주파수에 근거하여 타겟의 상대 거리 또는 상대 속도를 검출하는 수단,을 구비한 레이더로,
    상기 주파수 스펙트럼에 나타나는 돌출부에 대해서, 소정의 주파수차 이내에서 상기 빔 방위방향으로 연속하는 돌출부 그룹을, 동일 타겟으로부터의 반사파에 기인하는 것으로 간주하여, 상향 변조 구간에서의 상기 돌출부 그룹과 하향 변조 구간에서의 상기 돌출부 그룹의 쌍을 대조하는 수단을 설치하되,
    상기 소정의 주파수차는 하나의 빔에 대한 주사시간(scanning time)동안 단일 타겟이 이동할 수 있는 거리에 대응하고,
    상기 돌출부가 빔 방위방향의 모든 방향에 걸쳐서 연속하고, 또한 상기 돌출부의 신호 강도가 거의 일정한 돌출부 그룹을 특이 그룹으로 간주하여, 상기 특이 그룹을 제외하고 상기 대조를 실행하는 것을 특징으로 하는 레이더.
  4. 제3항에 있어서, 상기 특이 그룹이 상기 상향 변조 구간과 상기 하향 변조 구간의 양쪽에 대해서 나타났을 때에 상기 특이 그룹을 제외하도록 한 것을 특징으로 하는 레이더.
  5. 제3항에 있어서, 상기 변조 구간의 반복에 동반하여 상기 특이 그룹이 반복하여 나타났을 때에 상기 특이 그룹을 제외하도록 한 것을 특징으로 하는 레이더.
  6. 제3항에 있어서, 상기 주사 수단은 상기 빔 방위의 변화 속도를 변경 가능하게 하고, 또는 상기 송수신 수단은 상기 상향 변조 구간과 하향 변조 구간의 반복 속도를 변경 가능하게 하며,
    상기 빔 방위의 변화 속도의 변경에 관계없이, 또는 상기 반복 속도의 변경에 관계없이, 상기 특이 그룹의 주파수가 거의 일정한 경우에 상기 특이 그룹을 제외하도록 한 것을 특징으로 하는 레이더.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 돌출부 그룹 중, 중심 방위가 거의 동일한 돌출부 그룹끼리에 대해서 상기 대조를 실행하도록 한 것을 특징으로 하는 레이더.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 돌출부 그룹의 신호 강도가 거의 동일한 돌출부 그룹끼리 상기 대조를 실행하도록 한 것을 특징으로 하는 레이더.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 이동체에 탑재된 레이더로,
    상기 이동체의 이동 속도 정보를 받아들이는 수단을 구비하고, 상기 상향 변조 구간에서의 상기 돌출부와, 상기 하향 변조 구간에서의 상기 돌출부와의 조합에서 채택할 수 있는 주파수 범위를 상기 이동 속도로부터 결정하고, 상기 주파수 범위에 대해서 상기 대조를 실행하도록 한 것을 특징으로 하는 레이더.
  10. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 돌출부 그룹의 방위방향의 신호 강도 프로파일끼리의 상관도를 구하고, 상기 상관도가 높은 것을 우선하여 상기 대조를 실행하도록 한 것을 특징으로 하는 레이더.
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