KR20060035804A - Radar device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이더 장치에 관한 것이며, 특히 레이더를 이용하여 목표물이 존재하는 방향을 측정하는 것에 관한 것이다. The present invention relates to a radar device, and more particularly, to measuring the direction in which the target exists using the radar.
일반적으로 레이더 시스템에서는, 수신 신호가 검출 가능해지는 빔의 지향 방향을 구하는 것에 의해, 목표의 존재 방향을 취득할 수 있다. 목표의 방향을 계측하는 정밀도는, 빔폭이 좁을수록 향상된다. 그러나, 레이더의 송신 파장을 일정하게 하여 빔폭을 좁게 하고자 하면, 보다 큰 개구 직경을 갖는 안테나가 필요하게 된다. 그래서, 계측 정밀도가 빔폭에 의존하는 방법 대신에, 약간 다른 빔 방향을 갖는 복수의 빔으로부터 얻어진 수신 신호간의 진폭이나 위상의 차이 등의 정보를 이용하여, 목표의 방향을 계측하는 방법이 종래부터 이용되고 있다. 이러한 방법에 의하면, 빔폭으로부터 결정되는 계측 정밀도보다도 높은 각도 분해능을 달성할 수 있다. In general, in the radar system, the direction in which the target exists can be obtained by obtaining the direction in which the received signal can be detected. The precision of measuring the direction of a target improves so that beam width is narrow. However, in order to narrow the beam width by making the radar transmission wavelength constant, an antenna having a larger aperture diameter is required. Therefore, instead of a method in which measurement accuracy depends on the beam width, a method of measuring a target direction using information such as amplitude or phase difference between received signals obtained from a plurality of beams having slightly different beam directions is conventionally used. It is becoming. According to this method, an angular resolution higher than the measurement accuracy determined from the beam width can be achieved.
이러한 방법의 예로서는, 순차로빙 방식(sequential-lobing), 모노펄스 방식(monopulse)이 공지이다. 이것들의 방법에서는, 우선 복수의 빔 방향으로부터 서 로 인접한 2개의 방향의 빔을 선택하고, 이들 2개의 빔으로부터 관측된 수신 신호의 진폭이나 위상 사이의 차(Δ 신호라고 불린다)와 합(Σ 신호)을 구한다. 다음에, Δ 신호와 Σ 신호의 비를 산출한다. 이 비를 Δ/Σ 값이라고 부르는 것으로 하면, Δ/Σ 값은 목표의 각도와 유일하게 대응하기 때문에, Δ/Σ 값으로부터 목표의 방향을 추정할 수 있는 것이다. As an example of such a method, sequential-lobing and monopulse methods are known. In these methods, first, beams in two adjacent directions are selected from a plurality of beam directions, and a difference between the amplitude and phase of a received signal observed from these two beams (called a Δ signal) and sum (Σ signal) are obtained. ) Next, the ratio of the Δ signal and the Σ signal is calculated. If this ratio is called Δ / Σ value, the Δ / Σ value corresponds only to the angle of the target, so that the target direction can be estimated from the Δ / Σ value.
그러나, 이것들의 방법에서는, 목표의 개수는 1에 제한된다. 즉, 동일한 빔내에 복수의 목표가 존재하는 경우는 정확히 방향을 산출할 수가 없다고 하는 문제가 있다. 예컨대, 도 17에 도시하는 바와 같이 안테나(100)로부터 방향(101)∼105에 대하여 방사되는 빔(방향(101과 102), 방향(102와 103), 방향(103과 104), 방향(104와 105)은 각각 인접하고 있는 것으로 하고, 또한 각 방향의 빔을 빔(101∼105)이라고 부르는 것으로 한다)을 이용하여 목표(110)의 방향을 추정하는 레이더 시스템을 생각하여 보면, 서로 인접하고 있는 빔1과 빔2, 빔2과 빔3, 빔3과 빔4, 빔4과 빔5의 각각의 조합으로부터는, 참된 목표의 유무에 관계없이, 어떤 각도값이 산출되는 것으로 된다. 도 18에 나타낸 화살표(111, 112, 113, 114)는, 도 17의 빔(101∼105)으로부터 얻어지는 수신 신호간의 차이에 근거하여 산출한 각도값의 방향(이미지)의 예이다. 도면에서, 방향(111)은 빔(101과 102)와의 조합으로부터 구해진 것이며, 방향(112)은 빔(102와 103)와의 조합으로부터 구해진 것이다. 또한, 방향(113)은 빔(103과 104)와의 조합으로부터 구해진 것이며, 방향(114)은 빔(104와 105)와의 조합으로부터 구해진 것이다. 방향(113)과 방향(114)은, 빔(103∼105)에 의한 송신파를 목표(110)에 조사하여 반사된 수신파와 상관이 있지만, 방 향(111)과 방향(112)은 목표(110)와 상관이 없고, 참된 목표에 대응하지 않는 가상(false image)이다. However, in these methods, the number of targets is limited to one. In other words, when a plurality of targets exist in the same beam, there is a problem that the direction cannot be calculated accurately. For example, as shown in FIG. 17, beams radiated from the
여기서, 목표가 하나만인 경우, 수신 신호의 진폭이나 전력에 근거하여 가상을 기각할 수도 있지만, 목표가 복수로 되면, 빔의 조합으로 얻어지는 방향과 목표와의 상관이 복잡하게 되고, 단순한 임계값에 의한 기각으로서는 대응할 수 없다. Here, if there is only one target, the virtual may be rejected based on the amplitude or power of the received signal. However, when there are a plurality of targets, the correlation between the direction obtained by the combination of the beams and the target becomes complicated, and the rejection by a simple threshold value is required. It can't cope with.
복수의 목표의 방향을 계측하는 하나의 방법으로서, I.Ziskind and M. Wax, "Maximum likelihood localization of multiple sources by alternating projection, IEEE Transaction on Acoustics Speech and Signal processing, vol.36, no.10, pp.1553-1560, Oct.1988 등에 개시되어 있는 최우추정법(Maximum likelihood localization)이 있다. 이 수법에 의하면, 복수의 목표가 빔내에 존재하고 있더라도 방향의 분리가 가능하지만, 이 방법에서는, 많은 연산량을 필요로 하고, 그 때문에 높은 연산 성능의 신호 처리 장치를 요구한다. 특히 목표수가 많아지면, 연산량이 증대하게 된다. As a method of measuring the direction of multiple targets, I. Ziskind and M. Wax, "Maximum likelihood localization of multiple sources by alternating projection, IEEE Transaction on Acoustics Speech and Signal processing, vol. 36, no. 10, pp. There is a maximum likelihood localization method disclosed in .1553-1560, Oct.1988, etc. According to this method, the direction can be separated even if a plurality of targets exist in the beam, but this method requires a large amount of computation. For this reason, a signal processing device with high computational performance is required, and in particular, when the target number increases, the computation amount increases.
이상과 같이, 순차로빙 방식, 모노펄스 방식에서는, 복수 목표의 방향을 분리할 수 없고, 또한 최우추정법에서는 복수 목표의 방향을 분리하는 것은 가능해지지만, 연산부하가 높다고 하는 문제가 있었다. As described above, in the sequential roving method and the monopulse method, the directions of the plurality of targets cannot be separated, and in the maximum likelihood estimation method, the directions of the plurality of targets can be separated, but there is a problem that the computation load is high.
본 발명은, 빔을 복수 조합하여 목표의 방향을 산출하는 기존의 수법이 갖는 상기한 바와 같은 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것이다. An object of the present invention is to solve the problems as described above with the conventional method of combining a plurality of beams to calculate a target direction.
본 발명에 따른 레이더 장치는, 복수의 방향으로 빔을 방사하고, 또한, 목표에 의해 반사된 상기 빔을 수신파로서 수신하는 안테나와, The radar device according to the present invention includes an antenna for emitting a beam in a plurality of directions and receiving the beam reflected by a target as a reception wave;
상기 안테나가 수신한 수신파에 검파 처리를 실시하여 수신 신호를 출력하는 수신기와, A receiver for detecting the received wave received by the antenna and outputting a received signal;
상기 수신기가 출력한 수신 신호로부터 상기 수신파의 특징량을 추출하는 신호 검출기와, A signal detector for extracting a feature of the received wave from the received signal output by the receiver;
상기 복수의 방향으로 방사된 빔 중, 일부가 겹치는 적어도 2개의 빔의 수신파로부터 상기 신호 검출기가 산출한 특징량의 조합으로부터, 상기 목표 방향인 일차 방향을 산출하는 방향 산출기를 구비하는 레이더 장치에 있어서, A radar device having a direction calculator for calculating a primary direction that is the target direction from a combination of feature quantities calculated by the signal detector from reception waves of at least two beams partially overlapping among the beams radiated in the plurality of directions. In
상기 방향 산출기가 산출한 일차 방향이 복수 존재하는 경우에, 복수의 상기 일차 방향의 분포가 소정의 밀도 이상으로 되는 영역으로부터 그 영역에 속하는 일차 방향에 근거하여 참된 목표의 방향인 통합 방향을 산출하는 방향 통합기를 구비한 것이다. When there are a plurality of primary directions calculated by the direction calculator, an integrated direction that is a true target direction is calculated based on the primary direction belonging to the area from a region where the distribution of the plurality of primary directions becomes equal to or greater than a predetermined density. It has a direction integrator.
이와 같이, 이 레이더 장치에서는, 일차 방향의 분포 밀도가 일정값 이상으로 되는 영역의 각각으로부터 참된 목표의 방향을 추출하도록 했다. 이에 따라, 복수개의 목표가 존재하는 경우에도, 각각의 목표의 방향을 분리할 수 있는 것이다. In this manner, in this radar apparatus, the true target direction is extracted from each of the regions where the distribution density in the primary direction becomes equal to or greater than a predetermined value. Accordingly, even when a plurality of targets exist, the directions of the respective targets can be separated.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 레이더 장치의 구성을 나타내는 블럭도, 1 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus according to
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 레이더 장치의 신호 처리기의 상세한 구성을 나타내는 블럭도, 2 is a block diagram showing a detailed configuration of a signal processor of a radar apparatus according to
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 레이더 장치의 신호 처리기의 동작을 나타내는 흐름도, 3 is a flowchart illustrating an operation of a signal processor of a radar apparatus according to
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 레이더 장치의 빔과 목표와의 관계를 설명하기 위한 도면, 4 is a view for explaining the relationship between the beam and the target of the radar apparatus according to the first embodiment of the present invention,
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 레이더 장치의 빔과 일차 방향과의 관계를 설명하기 위한 도면, 5 is a view for explaining the relationship between the beam and the primary direction of the radar apparatus according to the first embodiment of the present invention,
도 6은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 클러스터 형성 처리의 흐름도, 6 is a flowchart of cluster formation processing in the first embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 레이더 장치의 구성을 나타내는 블럭도, 7 is a block diagram showing the configuration of a radar device according to a second embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 레이더 장치의 신호 처리기의 상세한 구성을 나타내는 블럭도, 8 is a block diagram showing a detailed configuration of a signal processor of a radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention;
도 9는 본 발명의 실시예 2의 레이더 장치에 있어서의 주파수 해석을 설명하기 위한 도면, 9 is a diagram for explaining frequency analysis in the radar device according to the second embodiment of the present invention;
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 레이더 장치의 구성을 나타내는 블럭도, 10 is a block diagram showing the configuration of a radar device according to a third embodiment of the present invention;
도 11은 본 발명의 실시예 3에 따른 레이더 장치의 신호 처리기의 상세한 구성을 나타내는 블럭도, 11 is a block diagram showing a detailed configuration of a signal processor of a radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention;
도 12는 본 발명의 실시예 3의 레이더 장치에 있어서의 송수 전환기의 동작 타이밍차트, 12 is an operation timing chart of a handset switch in the radar apparatus according to the third embodiment of the present invention;
도 13은 본 발명의 실시예 4의 레이더 장치가 자동차에 탑재된 상태를 도시한 도면, FIG. 13 is a view showing a state in which the radar apparatus of
도 14는 본 발명의 실시예 4에 따른 레이더 장치의 구성을 나타내는 블럭도, 14 is a block diagram showing the configuration of a radar device according to a fourth embodiment of the present invention;
도 15는 본 발명의 실시예 4에 따른 레이더 장치의 신호 처리기의 상세한 구성을 나타내는 블럭도, 15 is a block diagram showing a detailed configuration of a signal processor of a radar apparatus according to
도 16은 본 발명의 실시예 4의 레이더 장치에 있어서의 모델 피팅 처리기의 동작을 나타내는 흐름도, 16 is a flowchart showing the operation of the model fitting processor in the radar apparatus according to the fourth embodiment of the present invention;
도 17은 종래의 기술에 있어서의 빔 패턴과 목표와의 관계를 도시한 도면, 17 is a diagram showing a relationship between a beam pattern and a target in the related art;
도 18은 종래의 기술에 있어서의 빔 패턴과 그것에 의하여 산출된 방향과의 관계를 도시하는 도면이다. 18 is a diagram showing a relationship between a beam pattern and a direction calculated by the conventional technology.
(실시예 1)(Example 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 레이더 장치의 구성을 나타낸 블럭도이다. 도면에서, 레이더 장치(1)는 순차로빙 방식에 의한 펄스 레이더 장치로서, 기준 신호 발생기(2), 송신기(3), 안테나(4-a, 4-b), 수신기(7), 신호 처리기(8)를 갖고 있다. 기준 신호 발생기(2)는, 국부발신기(로컬 오실레이터)에 의해서 주파수가 일정한 미약한 기준 신호를 발생하는 부위이다. 또, 이 설명 및 이하의 설명에 있어서, 부위는 전용의 회로 또는 소자를 가리키는 것으로 한다. 단지 경우에 따라서는, 범용적인 기능을 갖는 중앙 연산 장치를 탑재한 컴퓨터에, 컴퓨터 프로그램을 통하여 상당의 처리를 실행시키는 구성을 채용하고 있더라도 좋다. 1 is a block diagram showing the configuration of a radar apparatus according to
송신기(3)는 증폭기와 펄스 변조기로 구성되어 있고, 증폭기에 의해서 기준 신호 발생기(2)가 발생한 기준 신호를 증폭하고, 또한 펄스 변조기에 의해서 기준 신호로부터 펄스파를 발생하는 부위이다. 안테나(4-a)는 송신기(3)가 발생한 펄스파를 소정의 방향으로 빔으로서 방사하는 안테나이다. 빔(5-a)은 안테나(4-a)에 의해 방사되는 빔이다. 목표(6)는 레이더 장치(1)의 외부에 존재하여, 레이더 장치(1)의 측정 대상으로 되고 있는 물체이다. 전파(5-b)는, 빔(5-a)의 일부가 목표(6)에 의해 반사되어 발생한 전파이다. 안테나(4-b)는 빔(5-b)을 수신하는 안테나이다. 수신기(7)는 안테나(4-b)가 수신한 수신파에 대하여 검파 처리를 하여, 수신 신호를 출력하는 부위이다. 신호 처리기(8)는, 수신기(7)가 출력한 수신 신호에 대하여 신호 처리를 실시하여, 목표(6)가 존재하는 방향을 산출하는 부위이다. 안테나 구동기(9)는 안테나(4-a, 4-b)의 방향을 기계적 또는 전자적으로 제어하는 부위로서, 안테나(4-a, 4-b)는 동일한 방향을 향하도록 안테나 구동기(9)에 의해서 제어되도록 되어 있다. The transmitter 3 is composed of an amplifier and a pulse modulator. The transmitter 3 amplifies the reference signal generated by the reference signal generator 2 by the amplifier, and generates a pulse wave from the reference signal by the pulse modulator. The antenna 4-a is an antenna that emits pulse waves generated by the transmitter 3 as beams in a predetermined direction. The beam 5-a is a beam radiated by the antenna 4-a. The target 6 is an object which exists outside the
도 2는 신호 처리기(6)의 상세한 구성을 나타내는 블럭도이다. 도면에서, 신호 검출기(11)는 입력된 신호로부터 진폭 등의 신호 특징량을 구하는 부위이다. 또한 Δ/Σ 측각기(12)는, 신호 검출기(11)가 구한 특징량의 Δ/Σ 값을 구하고, Δ/Σ 값으로부터 각 빔에 근거하는 목표의 방향을 산출한다. 또, 이후의 설명에 있어서, Δ/Σ 측각기(12)가 산출하는 목표의 방향을 일차 방향이라고 부르는 것으 로 한다. 클러스터 분리기(13)는, Δ/Σ 측각기(12)가 출력한 일차 방향이 집중적으로 분포하고 있는 각도 범위를, 클러스터로서 추출하는 부위이다. 일차 방향이 집중적으로 분포하고 있는 각도 범위가 복수 있는 경우는, 복수의 각도 범위에 있어서 클러스터를 형성하게 되어 있다. 분포 중심 산출기(14)는, 클러스터 분리기(13)가 형성한 클러스터의 각각에서, 일차 방향의 분포 중심을 구하여, 클러스터마다 참된 목표의 방향을 산출하는 부위이다. 여기서 「분포 중심」이란, 일차 방향이 소정의 분포 밀도 존재하는 영역에 속하는 단수 또는 복수의 일차 방향을 통계적으로 처리하여 얻어지는 값을 말하는 것으로 한다. 또한, 이후의 설명에 있어서, 참된 목표의 방향을 「통합 방향」으로 부르는 것으로 한다. 2 is a block diagram showing the detailed configuration of the signal processor 6. In the figure, the
또, Δ/Σ 측각기(12)는 방향 산출기의 예이며, 또한 클러스터 분리기(13)와 분포 중심 산출기(14)는 방향 통합기의 예이다. Incidentally, the Δ /
다음에, 레이더 장치(1)의 동작에 대하여 설명한다. 우선 기준 신호 발생기(2)는 미약한 기준 신호를 발생시키고, 그 미약 신호에 근거하여, 송신기(3)는 펄스 송신파를 발생시킨다. 안테나(4-a)는 이 펄스 송신파를 빔(5-a)으로서 방사한다. 상술한 바와 같이, 안테나(4-a, 4-b)는, 안테나 구동기(9)의 제어에 의해서 기계적 또는 전자적으로 빔을 방사 또는 수신하는 방향을 전환하게 되어 있다. 이것에 의해서, 안테나(4-a)는 빔의 일부가 겹치도록 복수의 방향을 향하게 되고, 각각의 방향을 향하여 순차적으로 2개 이상의 안테나 빔을 방사한다. Next, the operation of the
각각의 시간에 있어서 안테나(4-a)로부터 방사된 빔(5-a)은, 목표(6)에 반사되고, 그 일부가 안테나(4-b)에 수신파로서 수신된다. 안테나(1)에 수신된 수신파 는 수신기(7)에 출력되고, 아날로그 신호로부터 디지털 신호로 변환되며(A/D 변환), 그 변환 결과가 수신 신호로서 신호 처리기(8)에 출력된다. 레이더 장치(1)는 순차로빙 방식에 의한 펄스 레이더 장치이기 때문에, 다른 시간에 있어서 방사된 안테나 빔을 조합시키는 것에 따라, 신호 처리기(8)를 이용하여 목표(6)의 방향을 산출하는 것이다. The beams 5-a radiated from the antenna 4-a at each time are reflected by the target 6, and a part thereof is received by the antenna 4-b as a reception wave. The received wave received at the
(Δ/Σ 값으로부터 각도를 산출하는 방법)(Method for calculating angle from Δ / Σ value)
도 3은 신호 처리기(6)의 처리를 나타낸 흐름도이다. 단계 S101에 있어서, 신호 처리기(6)의 신호 검출기(11)에 의해 입력 신호의 특징량이 검출된 후, Δ/Σ 측각기(12)는 입력 신호의 특징량의 Δ/Σ 값을 구하고, 일차 방향을 더 산출한다. Δ/Σ 값의 예로서는, 입력 신호의 진폭을 특징량으로 하여, 복수의 빔 패턴에 있어서의 진폭을 비교하여 얻는 Δ/Σ 값(진폭 비교 방식)과, 입력 신호의 위상을 특징량으로 하여, 복수의 빔 패턴에 있어서의 위상을 비교하여 얻는 Δ/Σ 값 등이 있고, 어느 하나의 Δ/Σ 값을 이용하여도 목표의 방향의 산출을 하는 것이 가능하다. 예컨대, 진폭 비교 방식이면, 인접하는 2개의 빔에 대한 수신 신호에 있어서, 목표의 방향에 기인하는 오차 전압 ε은, 이들 양 빔의 수신 신호의 진폭의 차(Δ)를 진폭의 합(Σ)으로 나눈 값으로 표시된다. 즉 ε=Δ/Σ의 관계가 성립한다. 3 is a flowchart showing processing of the signal processor 6. In step S101, after the characteristic amount of the input signal is detected by the
그리고, 안테나(4-a, 4-b)의 정면 방향을 θa라고 하면, 목표의 방향 θo는 And if the front direction of antenna 4-a, 4-b is (theta) a, the target direction (theta) o will be
(1) (One)
으로 주어진다. 이것에 의해서, 목표의 일차 방향을 산출할 수 있다. 또, 식(1)에 있어서, 함수 f는, 오차 전압ε과, 목표 방향의 θa로부터의 어긋남의 량과의 관계를 나타내는 함수이다. Given by As a result, the primary direction of the target can be calculated. Moreover, in Formula (1), the function f is a function which shows the relationship between the error voltage (epsilon) and the amount of the deviation from (theta) a of a target direction.
다음에 단계 S102에 있어서, 클러스터 분리기(13)는, Δ/Σ 측각기(12)에 의해서 산출된 일차 방향의 분포에 근거하여 클러스터를 형성한다. 도 4와 도 5는, 참된 목표와 Δ/Σ 측각기(12)에 의해서 산출되는 일차 방향, 그리고 클러스터 분리기(13)에 의해서 형성되는 클러스터와의 관계를 개념적으로 도시하는 도면이다. 도 4는, 참된 목표(35, 36)로 이루어지는 복수의 목표가 존재하고 있는 경우에, 안테나(4-a, 4-b)에 의한 빔 주사를 이용하여 참된 목표(35, 36)의 존재하는 방향을 산출하는 경우를 나타내고 있다. 도면에 도시하는 바와 같이, 안테나(1)는 빔 패턴(41∼47)을 방사하지만, 빔 패턴(41과 42, 42와 43, 43과 44, 44와 45, 45와 46, 46과 47)은 각각 일부가 겹치고 있다. Next, in step S102, the
계속해서 도 5는, 빔 패턴(41∼47)을 이용하여 참된 목표(35, 36)가 존재하는 방향을 일차 방향으로서 산출한 결과를 도시하는 도면이다. 도면에서, 일차 방향(51)은 빔 패턴(42와 43)에 근거하여, Δ/Σ 측각기(12)가 산출한 일차 방향이다. 마찬가지로 해서, 일차 방향(52)은 빔 패턴(43과 44)에 근거하여 산출된 것이며, 일차 방향(53)은 빔 패턴(44와 45)에 근거하여 산출된 것이다. 또한, 일차 방향(54)은 빔 패턴(45와 46)에 근거하여 산출된 것이며, 일차 방향(55)은 빔 패턴(46과 47)에 근거하여 산출된 것이다. 5 is a diagram showing a result of calculating, as the primary direction, the direction in which the
도 6으로부터 밝혀지는 것은 이하와 같다. What is revealed from FIG. 6 is as follows.
(1) 빔 패턴의 조합의 각각으로부터, 하나씩의 일차 방향이 산출되어 있다. (1) One primary direction is calculated from each of the combinations of the beam patterns.
(2) 예컨대 일차 방향(51, 52)와 같이, 어떤 참된 목표를 대상으로 하는 일 차 방향이 복수 산출되어 있었다고 해도, 그들의 일차 방향은 다른 값으로 될 수 있다. (2) Even if a plurality of primary directions for a certain true target are calculated, for example,
(3) 빔 패턴(44와 45)으로부터 산출된 일차 방향(53)과 같이, 경우에 따라서는, 참된 목표가 존재하지 않는 방향임에도 불구하고, 마치 어떠한 목표가 존재하는 것처럼 일차 방향을 산출해 버린다. 이와 같이 참된 목표가 존재하지 않음에도 불구하고, 산출되어 버리는 일차 방향을 「가상에 대한 일차 방향」(또는 단, 「가상에 대한 방향」)이라고 부른다. (3) As in the
그래서, 특히(2)의 문제를 해결하기 위해서, 클러스터 분리기(13)는 일차 방향을 클러스터링한다. 또한 중심 분포 산출기(14)에서는, 클러스터 분리기(13)가 형성한 클러스터의 각각으로부터 참된 목표에 대한 방향을 산출하고, 또한 가상에 대한 방향을 배제한다. Thus, in order to solve the problem in particular (2), the
(클러스터 형성 처리의 상세)(The details of the cluster formation processing)
도 6은 단계 S102에 있어서의 클러스터 형성 처리의 상세한 흐름도이다. 이것들의 처리는 클러스터 분리기(13)에 의해서 실행되는 것이다. 도면의 단계 S111에 있어서, 카운터 변수 N의 초기값으로서 1을 설정한다. 이 카운터 변수는, Δ/Σ 측각기(12)가 산출한 복수의 일차 방향 중의 하나를 지시하기 위해서 이용되는 것이다. 다음에 단계 S112에 있어서, 변수 E에 N 번째의 일차 방향을 대입한다. 이 처리의 전제로서, Δ/Σ 측각기(12)가 산출한 복수의 일차 방향은 일정한 순서로 배열되어 있는 것으로 하고, 선두로부터의 순서에 의해서 유일하게 어느 하나의 일차 방향이 정해지는 것으로 한다. 즉 N 번째의 일차 방향, N+1번째의 일차 방향 이라는 호칭에 의해서, 각각의 요소가 유일하게 결정된다. 6 is a detailed flowchart of the cluster formation process in step S102. These processes are executed by the
단계 S113에 있어서, 또 하나의 카운터 변수 M의 초기값으로서 마찬가지로 1을 설정한다. 이 카운터 변수는, 이미 생성되어 있는 클러스터가 있는 경우에, 그들의 클러스터 중 하나를 지시하는 것으로 하여 이용된다. 일차 방향과 같이, 클러스터도 일정한 순서로 배열되어 있고, 선두로부터의 순서에 의해서 유일하게 정하는 것으로 한다. 단계 S114에 있어서, M 번째의 클러스터의 최대값을 변수 MAX에 저장하고, 또한 M 번째의 클러스터의 최소값을 변수 MIN에 저장한다. 클러스터의 최대값이란, 그 클러스터에 속하는 일차 방향의 최대값을 의미하는 것으로 한다. 한편, 클러스터의 최소값이란, 그 클러스터에 속하는 일차 방향의 최소값을 의미하는 것으로 한다. In step S113, 1 is similarly set as the initial value of another counter variable M. FIG. This counter variable is used to indicate one of those clusters when there are already created clusters. Like the primary direction, the clusters are also arranged in a constant order, and shall be uniquely determined by the order from the head. In step S114, the maximum value of the Mth cluster is stored in the variable MAX, and the minimum value of the Mth cluster is stored in the variable MIN. The maximum value of a cluster shall mean the maximum value of the primary direction which belongs to the cluster. In addition, the minimum value of a cluster shall mean the minimum value of the primary direction which belongs to the cluster.
다음에 단계 S115에 있어서, 변수 E(N 번째의 일차 방향)가, 변수 MAX(M 번째의 클러스터의 최대값)에 소정값 D를 더한 값보다도 작은지 여부(조건 1이라고 부른다)를 조사한다. 그와 함께, 변수 E(N 번째의 일차 방향이, 변수 MIN(M 번째의 클러스터의 최소값)에서 소정값 D를 감한 값보다도 큰지 여부(조건 2라고 부른다)를 조사한다. 조건 1과 조건에 의한 선택의 결과, 일차 방향의 값의 크기 순서대로 각 일차 방향을 나열한 경우에, 인접하는 2개의 일차 방향으로서, 또한 일정값 이상 떨어져 있는 일차 방향은 다른 클러스터에 소속하게 된다. 즉, 이웃하는 일차 방향까지의 거리가 가까우면 일차 방향의 분포 밀도가 높다고 말하고, 그 거리가 멀면 일차 방향의 분포 밀도는 낮다고 생각되는 것이다. Next, in step S115, it is checked whether the variable E (the N-th primary direction) is smaller than the value obtained by adding the predetermined value D to the variable MAX (the maximum value of the M-th cluster) (called condition 1). In addition, it is examined whether the variable E (the N-th primary direction is larger than the value obtained by subtracting the predetermined value D from the variable MIN (the minimum value of the M-th cluster) (called condition 2). As a result of the selection, when each primary direction is arranged in the order of the value of the primary direction, the primary directions as two adjacent primary directions, which are separated by a predetermined value or more, belong to different clusters, that is, the neighboring primary directions. If the distance is near, the distribution density in the primary direction is said to be high. If the distance is far, the distribution density in the primary direction is considered to be low.
또, 클러스터의 형성은 일차 방향의 분포 밀도가 큰 점을 중심으로 실행하면 충분하므로, 이와 같이 일차 방향 사이의 거리값에 근거하여 클러스터를 형성하는 방법 이외에도, 표준편차 등 다른 통계지표를 이용하여 클러스터 형성하더라도 좋은 것은 물론이다. In addition, it is sufficient to form the clusters around the point where the distribution density in the primary direction is large. Therefore, in addition to the method of forming clusters based on the distance values between the primary directions, clusters may be formed using other statistical indicators such as standard deviation. Of course it is good to form.
조건 1과 조건 2의 양쪽이 만족된 경우는, 단계 S116에 진행한다(단계 S115:예). 이 경우에는, 단계 S116에 있어서 변수 E(N 번째의 일차 방향)을 M 번째의 클러스터에 포함시킨다. 그 후 단계 S120에 진행하지만, 이후의 처리에 대해서는 후술한다. If both
한편, 단계 S115에 있어서, 조건 1과 조건 2중 어느 한쪽, 또는 쌍방이 만족되지 않는 경우에는, 단계 S117에 진행한다(단계 S115:아니오). 단계 S117에서는, 카운터 변수 M에 1을 더하여, 단계 S118에서 카운터 변수 M이 현재 형성되어 있는 클러스터의 총수보다 큰지 여부를 판정한다. M이 클러스터의 총수보다 큰 경우에는, 벌써 더 이상 처리해야 할 클러스터가 존재하지 않는 것을 뜻하고 있기 때문에, 단계 S119에 진행한다(단계 S118:예). 단계 S119에서는, 변수 E(N 번째의 일차 방향)가 소속해야 할 클러스터는, 또한 존재하지 않기 때문에, 새로운 클러스터를 생성하고, 이 클러스터에 변수 E(N 번째의 일차 방향)을 소속시킨다. 그 후 단계 S120에 진행하지만, 이후의 처리에 대해서는 후술한다. On the other hand, in step S115, when either or both of
또한, 단계 S118에서 카운터 변수 M이 현재 형성되어 있는 클러스터의 총수 이하인 경우에는, 단계 S114에 되돌아가, 그 이후의 처리를 반복한다. 이에 따라, 변수 E(N 번째의 일차 방향)가, 이미 존재하고 있는 어느 하나의 클러스터에 소속해야 할 것이면, 단계 S114∼단계 S118, 또는 단계 S114∼단계 S116의 반복에 의 해, 변수 E(N 번째의 일차 방향)를 그 클러스터에 소속시킬 수 있다. If the counter variable M is equal to or less than the total number of clusters currently formed in step S118, the process returns to step S114 to repeat the processing thereafter. Accordingly, if the variable E (the N-th primary direction) should belong to one of the existing clusters, the variable E (N) may be repeated by repeating steps S114 to S118 or steps S114 to S116. First primary direction) can belong to the cluster.
다음에, 단계 S120 이후의 처리에 대하여 설명한다. 단계 S120에 있어서, 카운터 변수 N에 1을 더한다. 단계 S121에 있어서 N이 일차 방향의 총수를 초과하지 않는 경우에는, 단계 S112에 되돌아가, 다음 일차 방향의 처리를 한다(단계 S121:아니오). 한편, 단계 S121에 있어서 N이 일차 방향의 총수를 초과한 경우에는, 더 이상 처리해야 할 일차 방향은 존재하지 않기 때문에, 처리를 종료한다. 이상으로 단계 S102에 의한 클러스터의 형성 처리를 끝낸다. Next, the processing after step S120 will be described. In step S120, 1 is added to the counter variable N. If N does not exceed the total number of primary directions in step S121, the process returns to step S112 to perform the process of the next primary direction (step S121: NO). On the other hand, when N exceeds the total number of primary directions in step S121, since the primary directions to be processed no longer exist, the process ends. The cluster formation process by step S102 is complete | finished above.
(분포 중심의 산출 처리) (Distribution-oriented output processing)
다음에, 단계 S103∼S104에 있어서, 분포 중심 산출기(14)는 각 클러스터의 분포 중심의 산출을 한다. 우선 단계 S103에 있어서, 분포 중심 산출기(14)는, 카운터 변수 M에 1을 대입하여 초기화한다. 다음에 단계 S104에 있어서, M 번째의 클러스터의 분포 중심을 계산하여, 이 클러스터의 통합 방향으로 한다. 클러스터의 분포 중심의 계산은 다음과 같이 하여 실행한다. 지금, M 번째의 클러스터에, 다른 빔의 조합에 의하여 얻은 N개의 일차 방향 θi(i=1, 2, …. N)이 속해 있는 것으로 한다. 또한, 일차 방향 θi의 산출에 이용한 수신 신호의 진폭값을 ai로 한다. 이때, 분포 중심 산출기(14)는, M 번째의 클러스터의 분포 중심 WM을, 식(2)에 의해서 산출한다. Next, in steps S103 to S104, the
(2) (2)
식(2)에 의해서 인가되는 분포 중심은, 일차 방향 θi에 수신 신호의 진폭값에 의한 가중치 부여를 실시한 값의 총합을, 수신 신호의 진폭값의 총합으로 제산함으로써 정규화한 값이다. 즉, 펄스 레이더에 있어서는, 목표가 존재하는 거리 부근에 수신 신호의 진폭값의 피크가 존재하고, 이 피크가 크면 클수록, 목표의 존재 확률이 커진다. 따라서, 그 수신 신호에 근거하여 산출된 일차 방향의 평가를 크게 함으로써 분포 중심과 참된 목표의 방향의 일치도가 높게 되어, 측각 정밀도를 향상시킬 수 있다. The distribution center applied by Formula (2) is a value normalized by dividing the total weighted value by the amplitude value of the received signal in the primary direction θ i by the total sum of the amplitude values of the received signal. That is, in the pulse radar, a peak of the amplitude value of the received signal exists near the distance where the target exists, and the larger the peak, the greater the probability of the target's existence. Therefore, by increasing the evaluation of the primary direction calculated on the basis of the received signal, the degree of agreement between the distribution center and the direction of the true target becomes high, and the angle measurement accuracy can be improved.
계속해서, 단계 S105에 있어서, 분포 중심 산출기(14)는, 식(3)을 이용하여 M 번째의 클러스터의 강도 acM을 산출한다. Subsequently, in step S105, the
(3) (3)
단계 S106에 있어서, 분포 중심 산출기(14)는, 카운터 변수 M에 1을 더하고, 또한 단계 S107에 있어서, M이 클러스터의 총수를 초과했는지 여부를 조사한다. M이 클러스터의 총수 이하인 경우에는, 또한 처리해야 할 클러스터가 존재하기 때문에, 단계 S104에 되돌아간다(단계 S107:아니오). 한편, M이 클러스터의 총수를 초과한 경우에는, 단계 S108에 진행한다(단계 S107:예). In step S106, the
단계 S108에 있어서, 분포 중심 산출기(14)는, 식(3)에 의해서 산출된 각 클러스터의 강도를 비교하여, 강도가 가장 강한 클러스터로부터 강도가 강한 순서대로 소정수의 클러스터를 선택한다. 그리고 선택한 클러스터의 분포 중심을 통합 방향으로서 각각 산출한다. 도 5의 가상(53)과 같이, 가상은 일반적으로 다른 이 미지로부터 독립한다. 그 때문에, 클러스터 분리기(13)가 가상(53)에 대응하여 형성한 클러스터(57)에 속하는 일차 방향의 개수는 작아진다. 식(3)에 의한 강도는, 각 일차 방향을 산출하는 데 이용한 수신 전력의 진폭값의 총합에 근거하여 결정되기 때문에, 클러스터에 속하는 일차 방향의 개수가 적으면, 강도도 작아진다고 생각된다. 이것으로부터, 각 클러스터 사이에서 강도가 큰 통합 방향을 선택함으로써, 가상을 배제할 수 있다. In step S108, the
마찬가지로 해서, 클러스터(57)에 속하는 일차 방향의 개수에 근거하여 강도를 산출하도록 하더라도 좋다. 예컨대, 개수 그 자체를 클러스터의 강도로 해도 좋다. Similarly, the strength may be calculated based on the number of primary directions belonging to the
또한, 가상(53)은 참된 목표에 대응한 이미지가 아니고, 가상(53)을 형성한 수신 신호의 진폭은, 참된 목표에 의해 반사되어 수신된 수신파의 수신 신호의 진폭보다도 작다. 따라서 클러스터에 속하는 일차 방향의 개수에 영향을 받는 식(3)이 아니라, 각 클러스터에 속하는 일차 방향의 산출에 이용한 빔 단체의 수신 신호의 진폭의 평균값에 근거하여 강도를 정하도록 하더라도 좋다. In addition, the virtual 53 is not an image corresponding to a true target, and the amplitude of the received signal which formed the virtual 53 is smaller than the amplitude of the received signal of the received wave reflected and received by the true target. Therefore, the intensity may be determined based on the average value of the amplitude of the received signal of the beam unit used to calculate the primary direction belonging to each cluster, rather than the equation (3) affected by the number of primary directions belonging to the cluster.
또한, 진폭에 근거하여 강도를 산출하는 것 대신, 각 빔의 수신파의 수신 신호의 전력값에 근거하여 강도를 산출하도록 하더라도 좋다. Instead of calculating the intensity based on the amplitude, the intensity may be calculated based on the power value of the received signal of the received wave of each beam.
이상으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1의 레이더 장치에 의하면, 순차로빙 방식의 레이더 장치와 같이, 본래 단일 목표의 측각에 사용되는 레이더를 이용하여 복수의 목표의 측각을 할 수 있다. As is apparent from the above, according to the radar apparatus of the first embodiment of the present invention, similarly to the radar apparatus of the sequential roving system, it is possible to measure a plurality of target angles by using a radar originally used for the single angle measurement angle.
또한, 가상의 발생을 억제하여, 정밀도가 높은 측각을 할 수 있다는 효과를 나타낸다. In addition, it is possible to suppress the generation of imaginary and to achieve an accurate angle measurement.
또, 본 발명의 실시예 1에 있어서는, 식(5)에 의해 클러스터의 분포 중심값을 구하여, 분포 중심값을 각 클러스터의 통합 방향으로 했다. 이것에 의해서, 각 빔에 근거하여 산출된 일차 방향을 가중치 부여하여 평균하는 것이며, 각 측각값의 오차를 저감하는 효과를 기대할 수 있다. 그러나, 이러한 방법 대신에, 각 클러스터의 일차 방향을 산출하는 기초로 된 빔 중, 최대 진폭 또는 최대 전력을 갖는 빔으로부터 산출된 일차 방향을 그대로 통합 방향으로 해도 좋다. 수신 신호의 SN 비가 충분히 높은 경우에는, 클러스터에 있어서 가장 높은 수신 진폭 또는 전력을 갖는 수신 신호로부터 산출된 일차 방향을 그대로 클러스터 측각값으로서 채용하더라도, 충분한 측각 정밀도를 얻을 수 있다. Moreover, in Example 1 of this invention, the distribution center value of the cluster was calculated | required by Formula (5), and the distribution center value was made into the integration direction of each cluster. By this, the primary direction calculated based on each beam is weighted and averaged, and the effect of reducing the error of each angle value can be expected. However, instead of this method, the primary direction calculated from the beam having the maximum amplitude or the maximum power among the beams based on calculating the primary direction of each cluster may be used as the unifying direction. When the SN ratio of the received signal is sufficiently high, even if the primary direction calculated from the received signal having the highest reception amplitude or power in the cluster is used as the cluster angle value as it is, sufficient side angle accuracy can be obtained.
또한, 이 실시예 1에 있어서는, 순차로빙 방식의 펄스 레이더 장치를 예로 설명했다. 그러나, 모노펄스 방식에 의한 펄스 레이더 장치에 있어서도, 안테나의 구성이나 급전 방법이 다른 것뿐이고, 수신 신호를 처리하는 부위의 구성에 있어서는 순차로빙의 경우와 조금도 다른 것이 없고, 본 발명의 실시예 1의 동작 원리를 적용할 수 있다. 따라서, 본 발명이 미치는 범위는 순차로빙 방식의 펄스 레이더 장치에 한정되는 것이 아니다. In addition, in the first embodiment, the pulse radar apparatus of the sequential roving method was described as an example. However, even in the pulse radar device according to the monopulse method, only the configuration of the antenna and the power feeding method are different, and the configuration of the site for processing the received signal is no different from that of the sequential roving.
또한, 본 발명의 실시예 1에서 표시되는 발명의 특징은, 펄스 방식 이외의 펄스 레이더 장치이더라도 적용할 수 있는 것은 물론이지만, 특히 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식의 레이더 장치와 같이, 거리 정보까지 취득할 수 있는 경우에는, 클러스터를 형성하는 경우에 각도값(일차 방향)이 근사하는 상 이라는 조건만으로 클러스터를 형성하는 것은 아니고, 각 이미지의 거리가 근사한다고 하는 조건도 조합하여 클러스터를 형성하도록 하면, 정밀도를 더 향상시킬 수 있다. In addition, the features of the present invention shown in the first embodiment of the present invention can be applied to a pulse radar device other than the pulse method, but, in particular, such as a radar device of a frequency modulation continuous wave (FMCW) method, up to distance information In the case of obtaining a cluster, if the cluster is formed, the cluster is not formed only on the condition that the angle value (primary direction) is an approximation, but the cluster is formed by combining the condition that the distance of each image is approximated. , The precision can be further improved.
(실시예 2) (Example 2)
실시예 1에서는, 펄스 레이더 장치를 예로 하여, 일차 방향의 분포 밀도에 근거하여 클러스터를 형성하고, 그들 클러스터의 분포 중심을 선별함으로써, 복수의 목표의 방향을 분리하는 방법에 대하여 설명했다. 그러나, 클러스터를 형성하는 방법 대신에, 수신 신호의 특징량이 극대로 되는(국소적으로 큰 값을 갖는) 일차 방향을 통합 방향으로서 선택하도록 해도 좋다. 본 발명의 실시예 2에 따른 레이더 장치는 이러한 특징을 갖는 것이다. In Example 1, a cluster radar was formed on the basis of the distribution density in the primary direction, and the centers of the clusters were sorted, and a method of separating the directions of the plurality of targets was described. However, instead of the method for forming a cluster, a primary direction in which the characteristic amount of the received signal is maximized (with a locally large value) may be selected as the integration direction. The radar device according to Embodiment 2 of the present invention has such a feature.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 레이더 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도면에서, 레이더(21)는 순차로빙 방식에 의한 도플러 레이더 장치로서, 그 구성 요소중, 도 1과 동일한 부합을 부여한 구성 요소는, 실시예 1의 레이더 장치에 있어서의 상당 부위와 마찬가지기 때문에, 설명을 생략한다. 수신기(22)는, 안테나(4-b)가 수신한 수신파(아날로그 신호)를, 기준 신호 발생기(2)로부터 출력되는 기준 신호를 이용하여 비디오 신호(또는 중간주파 신호)로 주파수 변환하는 부위이다. 또한 수신기(22)는, 주파수 변환한 수신 신호에 A/D 변환을 실시하여 디지털 신호로 변환하도록 되어 있다. 신호 처리기(23)는, 수신기(22)에 의해서 디지털화된 수신 신호에 대하여 신호 처리를 하도록 되어 있고, 그 상세한 구성은 도 8에 의해 표시된다. 7 is a block diagram showing the configuration of a radar device according to a second embodiment of the present invention. In the drawing, the
도면에서, 주파수 해석기(24)는, 수신기(22)가 출력하는 수신 신호를, 예컨대 고속퓨리에 변환(FFT) 등에 의해, 주파수 영역의 신호 즉 스펙트럼으로 변환하는 부위이다. 안테나(4-a)가 방사한 빔은 목표(6)에 반사되지만, 목표(6)가 이동하고 있는 경우에는, 도플러 효과에 의해서 주파수의 어긋남이 발생한다. 이 주파수의 어긋남을 추출하여 목표(6)의 속도를 측정하는 점이 도플러 레이더의 특징이다. 신호 검출기(25)는, 주파수 해석기(24)가 출력한 스펙트럼으로부터, 목표 반사파에 대응하는 신호 성분을 검출하여, 그 특징량(진폭이나 전력 등)을 검출하는 부위이다. Δ/Σ 측각기(12)는 실시예 1과 마찬가지로 수신 신호의 특징량으로부터 일차 방향을 산출하는 부위이다. In the figure, the
또한, 진폭 밀도 분포 산출기(26)는, Δ/Σ 측각기(12)가 산출한 일차 방향에 대한 진폭 밀도 분포를 산출하는 부위이다. 또한 극대값 산출기(27)는, 진폭 밀도 분포 산출기(26)가 산출한 진폭 밀도 분포의 극대값을 산출하는 부위이다. In addition, the amplitude
다음에, 레이더 장치(21)의 동작에 대하여 설명한다. 기준 신호 발생기(2)로부터 수신기(22)까지의 동작에 대해서는 실시예 1과 마찬가지기 때문에 설명을 생략한다. 단지 레이더 장치(21)는 도플러 레이더이므로, 목표(6)가 이동하고 있기 때문에 도플러 효과가 발생하여, 송신파(5-a)의 주파수와 반사된 수신파(5-b)의 주파수 사이에 어긋남이 발생하고 있는 점에 주의해야 한다. Next, the operation of the
계속해서, 수신기(22)는, 아날로그 신호로서 입력되는 수신파를, 기준 신호 발생기(2)가 출력하는 기준 신호를 이용하여 비디오 신호(또는 중간주파 신호)로 주파수 변환한다. 또한 주파수 변환에 의해 얻어진 수신 신호에 A/D 변환을 실시하여, 그 디지털 신호를 신호 처리기(23)에 출력한다. Subsequently, the
신호 처리기(23)의 내부에서, 주파수 해석기(24)는 수신 신호에 고속퓨리에 변환을 실시하고, 각 빔에 대하여 일정 주기마다의 수신 신호로부터 주파수의 어긋남과 수신 진폭과의 분포를 출력한다. 구체적으로는 도 9에 도시하는 바와 같이 수신 신호(도 9(a))를 일정 주기마다 잘라내어, 각각에 대하여 주파수 해석을 한다(도 9(b)). 또, 이 예에서는 주파수의 어긋남과 수신 진폭과의 분포를 출력하는 것으로 했지만, 주파수의 어긋남과 수신 전력과의 분포를 출력하도록 하더라도 되는 것은 물론이다. 또한, 수신 진폭이나 수신 전력은 수신 신호의 특징량의 예로서, 주파수가 어긋남과 그 외의 특징량의 분포로 해도 좋다. Inside the
계속해서, 신호 검출기(25)는, 주파수 해석기(24)가 소정의 간격마다 출력하는 주파수-수신 진폭 분포로부터, 수신 진폭이 피크로 되는 주파수(의 어긋남)와 그 수신 진폭을 추출하여, Δ/Σ 측각기(12)에 출력한다. Δ/Σ 측각기(12)에서는, 실시예 1과 마찬가지로 인접하는 빔 패턴의 조합에 있어서의 수신 진폭으로부터 Δ/Σ 값을 산출하여, 일차 방향을 출력한다. Subsequently, the
진폭 밀도 분포 산출기(26)는, Δ/Σ 측각기(12)가 산출한 복수의 일차 방향에 대하여 이산적으로 분포하는 진폭값을 평활화함으로써, 진폭 밀도 분포를 얻는다. 구체적으로는, 일차 방향 θk을 산출하는 데 이용한 안테나 빔의 수신 진폭값을 ak라고 하면, 진폭 밀도 분포 산출기(26)는 수신 진폭 밀도 분포 A(θ)를 식(4) 에 의해서 산출한다. The amplitude
(4) (4)
여기서, δ(θ)는 디스크의 δ 함수이며, W(θ)는 평활 처리에 이용하는 창 함수이다. Here, δ (θ) is the δ function of the disk, and W (θ) is the window function used for the smoothing process.
다음에 극대값 산출기(27)는 식(4)에 의해 산출된 수신 진폭 밀도 분포 A(θ)로부터 A(θ)의 극대값을 산출한다. 식(4)의 A(θ)는, 일차 방향이 집중하고 있는 방향의 근방에서 커진다. 또한 복수 목표로부터의 반사파가 간섭하지 않는 빔의 수신 신호로부터 산출된 일차 방향은, 빔의 조합에 상관없이, 참된 목표의 방향과 거의 같은 값으로 된다. 그것에 대하여, 복수의 목표로부터의 반사파가 간섭한 빔의 수신 신호로부터 산출된 일차 방향은, 산출에 이용하는 빔에 따라 값이 다르다. 이러한 방향은 가상의 방향으로 되고, 또한 가상에 있어서는 일차 방향의 분포가 드문드문해지기 때문에, A(θ)의 값은 작아진다. 가상 부근의 A(θ)는 극대값으로는 되지 않거나, 극대로 되더라도 그 극대값은 작다. 한편, 참된 목표의 방향에 대하여 일정값 이상의 값으로 된다. 이것에 의해서, 참된 목표에 관해서의 방향을 분리할 수 있는 것이다. Next, the local
계속해서, 극대값 산출기(27)는 A(θ)의 극대값(피크)을 소정수만큼 검출하고, 이것을 통합 방향으로서 출력한다. Subsequently, the
이상으로부터 분명한 바와 같이, 실시예 2의 레이더 장치에 의하면, 진폭 밀도 분포와 그 극대값을 산출함으로써, 참된 목표를 분리하면서, 가상의 분리를 방지할 수 있다. As is clear from the above, according to the radar apparatus of Example 2, virtual separation can be prevented, separating a true target by calculating amplitude density distribution and its maximum value.
또, 이 실시예 2에 있어서는, 클러스터 분리를 하지 않았지만, 실시예 1과 마찬가지로 클러스터 분리기(13)에 상당하는 구성 요소를 마련하여, 클러스터 분리를 하고, 클러스터마다 식(4)에 의한 진폭 밀도 분포를 산출하더라도 좋다. 또한 그 경우에는, 실시예 1과 마찬가지로 클러스터마다의 강도를 산출하고, 이 강도에 의해서 클러스터를 선별하고 나서, 진폭 밀도 분포를 산출하더라도 좋다. In addition, in this Example 2, although cluster separation was not carried out, similarly to Example 1, the component corresponding to the
(실시예 3)(Example 3)
실시예 1 및 2에 따른 레이더 장치는, 소정의 분포 밀도를 이루는 일차 방향 중에서 통합 방향을 선택하거나, 혹은, 분포 중심을 산출함으로써 통합 방향을 결정하여, 복수의 목표의 방향을 분리하는 것이었다. The radar apparatuses according to Examples 1 and 2 select the integration direction from the primary directions forming the predetermined distribution density, or determine the integration direction by calculating the distribution center to separate the directions of the plurality of targets.
이밖에, 지금까지 설명한 바와 같은 방법으로 통합 방향을 구한 후, 그 통합 방향에 대하여 모델 피팅 처리를 하는 것에 의해, 또한 목표의 방향의 산출 정밀도를 높이도록 하더라도 좋다. 본 발명의 실시예 3에 따른 레이더 장치는 이러한 특징을 갖는 것이다. In addition, after obtaining the integration direction by the method described so far, the model fitting process may be performed with respect to the integration direction, and the calculation precision of the target direction may be improved. The radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention has such a feature.
도 10은 본 발명의 실시예 3에 따른 레이더 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도면에서, 레이더 장치(61)는 모노펄스 방식에 의한 도플러 레이더 장치이다. 기준 신호 발생기(2) 및 송신기(3)는 실시예 2의 상당 부위와 마찬가지기 때문에 설명을 생략한다. 분배기(62)는 송신기(3)가 발생한 송신 신호를 복수의 출력처에 분배하는 회로 또는 소자이다. 도면의 예에서는, 2개의 출력처에 분배되도록 구성되어 있다. 송수 전환기(63-a)는, 안테나(64-a)를 분배기(62)와 수신기 (22) 중 어느 하나에 직결하는 스위치이며, 가동 단자 A와 접점 B 및 C를 갖고 있어, 외부로부터의 제어 신호에 의해 접속처를 변경할 수 있도록 되어 있다. 송수 전환기(63-b)에 관해서도, 송수 전환기(63-a)와 같이, 안테나(64-b)를 분배기(62)와 수신기(22) 중 어느 하나에 접속하는 스위치이며, 마찬가지로 가동 단자 A와 접점 B 및 C를 갖고 있다. 또 여기서 말하는 가동 단자는 기계적으로 가동이라고 하는 것에 한정되지 않고, 전자적으로 접속 단자를 선택하게 되고 있더라도 좋다. 10 is a block diagram showing the configuration of a radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the
안테나(64-a, 64-b)는, 동시에 각각 송신파(65-1)와 송신파(65-2)를 방사하고, 또한, 반사파(65-3, 65-4)를 각각 수신하는 안테나이다. 송신파(65-1, 65-2)의 빔 패턴은, 그 일부가 겹치도록 방사되도록 되어 있다. 반사파(65-3)는 송신파(65-1)의 일부가 목표(6)에 반사되어 발생한 반사파이며, 반사파(65-4)는 송신파(65-2)의 일부가 목표(6)에 반사되어 발생한 반사파이다. 수신기(66-a, 66-b)는 실시예 2의 수신기(22)와 마찬가지기 때문에 설명을 생략한다. 신호 처리기(67)는, 안테나(64-a)와 수신기(66-a) 및 안테나(64-b)와 수신기(66-b)의 적어도 2 계통의 수신 신호를 조합시켜, 측각 처리를 하는 부위이며, 그 상세한 구성은 도 11의 블럭도에 의해 표시된다. The antennas 64-a and 64-b simultaneously radiate the transmission wave 65-1 and the transmission wave 65-2, respectively, and receive the reflected waves 65-3 and 65-4, respectively. to be. The beam patterns of the transmission waves 65-1 and 65-2 are radiated so that a part of them overlaps. The reflected wave 65-3 is a reflected wave generated by reflecting a portion of the transmission wave 65-1 to the target 6, and the reflected wave 65-4 is a portion of the transmitted wave 65-2 to the target 6; Reflected wave generated by reflection. Since the receivers 66-a and 66-b are the same as the
도 11에 있어서, 주파수 해석기(68)는 실시예 2에 있어서의 주파수 해석기(24)에 상당하는 부위이며, 도플러 효과에 의한 주파수의 어긋남을 해석하는 것이다. 신호 검출기(69)는, 주파수 해석기(68)가 해석한 주파수의 어긋남에 있어서의 수신 신호의 특징량을 추출하는 부위이다. 여기서, 레이더 장치(61)는 펄스 도플러 레이더 장치이므로, 주파수의 어긋남 뿐만 아니라, 펄스파의 도착 지연 시간을 고려해야 한다. 즉 안테나(64-a, 64-b)에서 방사된 펄스파는 목표(6)에 도달하고, 또한 목표(6)에 의해서 반사되어 다시 안테나(64-a, 64-b)에 되돌아오지만, 그 때 안테나(64-a, 64-b)와 목표(6)와의 왕복 거리를 전파가 이동하는 만큼 시간이 경과한다. 이와 같이, 펄스 도플러 레이더 장치에 있어서의 수신 신호에 있어서의 펄스파의 도착 시간에는 거리 정보도 포함되어 있기 때문에, 이들을 필요에 따라 추출하도록 한다. In FIG. 11, the
Δ/Σ 측각기(12), 클러스터 분리기(13), 분포 중심 산출기(14)는 실시예 1의 상당 부위와 마찬가지기 때문에 설명을 생략한다. 모델 피팅 처리기(70)는, 반사율과 방향, 수신 신호의 특징량과의 관계를 규정하는 모델과, 분포 중심 산출기(14)에 의해서 산출된 수신 신호의 특징량 및 통합 방향을 대조하여, 통합 방향의 정밀도를 향상시키는 부위이다. Since the Δ / Σ
또, 모델 피팅 처리기(70)도 방향 통합기의 일부를 구성하는 것이다. The model
다음에 레이더 장치(61)의 동작에 대하여 설명한다. 우선, 기준 신호 발생기(2)는, 자신이 내장하는 국소 발생기에 의해 주파수가 일정한 미약한 기준 신호를 발생한다. 송신기(3)는 이 미약한 기준 신호를 증폭하고, 또한 펄스 변조를 실시하여, 송신 신호를 발생시킨다. 이 송신 신호는 분배기(62)에 의해서 송수 전환기(63-a, 63-b)에 송신된다. Next, the operation of the
송수 전환기(63-a, 63-b)는 가동 단자 A를 접점 B에 접속시킨다. 이것에 의해서, 분배기(62)와, 안테나(64-a, 64-b)가 직결하기 때문에, 송신기(3)가 발생시킨 송신 신호(펄스 신호)는 안테나(64-a, 64-b)에 송신되어, 안테나(64-a, 64-b)로 부터 각각 송신파(65-1, 65-2)로서 동시에 방사된다. 레이더 장치(61)는 모노펄스 방식에 의한 레이더 장치이기 때문에, 동시에 적어도 2개의 빔 패턴에 의한 빔을 방사하는 것으로, 1회의 펄스파 방사만에 의해서도 빔의 조합을 얻을 수 있다. 그러나, 이것과 병행되어, 안테나 구동기(9)는, 안테나(64-a, 64-b)에 의한 소자 어레이의 개수보다도 많은 방향의 빔 패턴을 얻을 수 있도록 안테나(64-a, 64-b)가 빔을 방사하는 방향을 변경한다. Transmitters 63-a and 63-b connect the movable terminal A to the contact B. FIG. As a result, since the
안테나(64-a, 64-b)가 펄스파를 방사하면, 송수 전환기(63-a, 63-b)는 가동 단자 A를 접점 C에 접속시킨다. 이것에 의해서, 안테나(64-a)와 수신기(66-a), 그리고 안테나(64-b)와 수신기(66-b)가 직결한다. 이 사이에 빔(65-1, 65-2)은 목표(6)에 반사되어, 반사파(65-3, 65-4)로서 다시 안테나(64-a, 64-b)에 도래한다. 안테나(64-a, 64-b)는 각각의 반사파를 수신파로서 수신하고, 송수 전환기(63-a, 63-b)를 경유하여 수신기(66-a, 66-b)에 수신파를 출력한다. 이와 같이 레이더 장치(61)는, 송수 전환기(63-a, 63-b)에 의해서 안테나(64-a, 64-b)의 송수를 전환한다. 안테나(64-a, 64-b)가 펄스파를 방사하는 타이밍은 임의인 데 비하여, 안테나(64-a, 64-b)가 반사파를 수신하는 타이밍은 목표(6)와의 상대적인 위치 관계에 의해서 결정되고, 또한 목표(6)의 위치는 부정인 것이 많기 때문에, 송수 전환기(63-a, 63-b)가 가동 단자 A를 전환하는 타이밍은 접점 B에 접속하고 있는 시간에 비해서 접점 C에 접속하고 있는 시간쪽이 긴 경우가 많다. 도 12는 송수 전환기(63-a, 63-b)에서의 가동 단자 A를 전환하는 타이밍차트이다. When the antennas 64-a and 64-b emit pulsed waves, the hand-turn devices 63-a and 63-b connect the movable terminal A to the contact C. FIG. Thereby, the antenna 64-a and the receiver 66-a, and the antenna 64-b and the receiver 66-b are directly connected. In the meantime, the beams 65-1 and 65-2 are reflected by the target 6 and arrive at the antennas 64-a and 64-b again as the reflected waves 65-3 and 65-4. The antennas 64-a and 64-b receive the respective reflected waves as receive waves and output the received waves to the receivers 66-a and 66-b via the handset converters 63-a and 63-b. do. In this way, the
다음에, 수신기(66-a, 66-b)에서, 실시예 2에 있어서의 수신기(22)와 마찬가 지로 기준 신호와 수신파를 디지털 신호로 변환하여, 신호 처리기(67)에 출력한다. Next, similarly to the
신호 처리기(67)에 있어서, 주파수 해석기(68)는 수신 신호에 고속퓨리에 변환을 실시하여, 각 빔에 대하여 일정 주기마다의 수신 신호로부터 주파수의 어긋남과 수신 신호 진폭과의 분포를 출력한다. 그리고, 신호 검출기(69)에 있어서, 주파수의 어긋남과 수신 신호 진폭과의 분포에 있어서, 수신 신호 진폭이 피크로 되는 주파수를 추출한다. 또한, Δ/Σ 측각기(12)는, 신호 검출기(69)가 추출한 수신 신호 진폭에 근거하여 Δ/Σ 값을 구하고, Δ/Σ 값으로부터 일차 방향을 산출한다. 이것들의 처리에 대해서는 실시예 2에 있어서의 주파수 해석기(24) 및 신호 검출기(25), Δ/Σ 측각기(12)에 있어서의 처리와 마찬가지기 때문에 상세한 설명을 생략한다. In the
계속해서 클러스터 분리기(13)는 일차 방향의 분포에 근거하는 클러스터를 형성하고, 분포 중심 산출기(14)는 각 클러스터에 있어서의 분포 중심을 산출한다. 이것들의 처리에 대해서는 실시예 1과 마찬가지다. Subsequently, the
다음에 모델 피팅 처리기(70)는, 분포 중심 산출기(14)가 산출한 분포 중심(각 클러스터의 통합 방향)에 대하여 모델 피팅 처리를 실시한다. 이하에 있어서, 관측에 이용하는 빔의 수를 m, 참된 목표의 방향을 θ, j 번째(단 j=1, 2, … m)의 빔의 지향 특성을 αj(θ), j 번째의 빔에서 실제로 관측되는 수신 신호를 sj로 한다. 또한 목표수를 n으로 하고, i 번째(단 i=1, 2, …, n)의 목표의 반사율, 각도, 거리를 각각 γi, θi, ri로 가정하면, 수신 신호의 추정값 S'j는 식(5)로 표시 된다. Next, the
(5) (5)
단, C는 레이더 장치의 성능에 의해서 정해지는 계수이다. However, C is a coefficient determined by the performance of the radar device.
그래서, 최소자승법을 이용하여So, using the least square method
(6) (6)
가 최소가 되도록, γi, θi를 추정한다. 여기서, γi, θi를 동시에 추정하는 경우, 이 최소자승법은 비선형 최소자승법으로 되기 때문에, 반복개량에 의해서 γi, θi를 추정하는 것이 된다. 또, 식(6)의 값은 잔차(殘差) 자승합으로서 알려져 있는 것이다. Γ i , θ i are estimated so that is the minimum. Here, when γ i and θ i are simultaneously estimated, since the least square method is a nonlinear least square method, γ i and θ i are estimated by repeated improvement. In addition, the value of Formula (6) is known as a residual square sum.
반복개량에 의한 추정 처리에서는, 초기값의 선택 방법이 좋지 않으면, 추정 처리에 요하는 연산량이 증대하여, 처리 시간이 걸린다고 하는 문제가 있다. 그래서 레이더 장치(61)에서는, 분포 중심 산출기(14)가 산출한 클러스터의 분포 중심을 θi의 초기값으로서 이용하는 것으로 한다. 클러스터의 분포 중심의 오차는 작고, 정밀도는 충분히 높기 때문에, 클러스터의 분포 중심을 초기값으로서 사용하면 조기에 추정값이 수속한다. 따라서, 연산량을 삭감할 수 있어, 충분히 효율적인 계산을 실행할 수 있다. In the estimation process by the iterative improvement, if the initial value selection method is not good, there is a problem that the amount of calculation required for the estimation process increases and the processing time takes. Therefore, in the
한편, 반사율 γi는, 최소자승법에 있어서의 선형성(linearity)이 강하고, 추정 처리에 있어서의 초기값 의존성이 낮다. 그래서, 반사율 γi의 초기값에 대해서는, 참값에 너무 가까운 값을 부여할 필요는 없고, 예컨대 임의의 일정값을 반사율 γi의 초기값으로 하면 좋다. On the other hand, the reflectance γ i has a strong linearity in the least squares method and has a low initial value dependency in the estimation process. Therefore, the initial value of the reflectance γ i need not be given a value that is too close to the true value. For example, an arbitrary constant value may be used as the initial value of the reflectance γ i .
또한, 모델 피팅에 의해 γi와 θi를 추정하면, 실제로 목표가 존재하지 않는 방향에서는, 반사율이 거의 0으로 되기 때문에, 가상이 나타나는 방향에서는 반사율이 작아진다. 그래서, 소정값 이하의 반사율로 되는 클러스터의 분포 중심에 대해서는 기각하도록 하면, 가상을 채용해 버리는 것을 방지할 수 있다. In addition, when γ i and θ i are estimated by model fitting, since the reflectance becomes almost zero in the direction where the target does not actually exist, the reflectance decreases in the direction in which the imaginary appears. Therefore, if the distribution center of the cluster which has a reflectance of a predetermined value or less is rejected, the virtual can be prevented from being adopted.
최후에 모델 피팅 처리기(70)는, 이렇게 하여 추정한 θi를 통합 방향으로서 출력한다. Finally, the
이상으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 실시예 4의 레이더 장치에 의하면, 모델 피팅의 수법을 이용하여 고밀도인 방향 추정을 하는 한편으로, 클러스터의 분포 중심을 모델 피팅의 초기값에 이용하여, 방향의 추정을 하는 것으로 했기 때문에, 모델 피팅에 있어서의 반복개량의 회수를 적게 할 수 있어, 연산량을 삭감할 수 있는 것이다. As is apparent from the above, according to the radar apparatus of the fourth embodiment of the present invention, the high-density direction estimation is performed by using the model fitting method, while the center of distribution of the cluster is used as the initial value of the model fitting. Since the estimation is made, the number of iterations in the model fitting can be reduced, and the computation amount can be reduced.
또, 모델 피팅 처리기(70)에서는, 반사율 γi을 추정하는 것으로 했지만, 반사율 γi 대신에, γ'i=γi/ri 4를 추정하도록 하더라도 좋다. 식(5)에 있어서, 반사율 γi와 방향 θi를 추정 파라미터로 하기 위해서는, 그 이외의 변수가 기지이어야 하지만, 이러한 가정에 반하여, 거리 ri는 미지인 것이 많다. 이러한 경우에도, γ'i=γi/ri 4을 추정하는 것으로 하여, γi와 ri를 독립된 변수로서 보지 않도록 하면, 거리 ri는 미지이더라도, 모델 피팅에 의한 추정 처리를 적용할 수 있다. In the
또한, 모델 피팅 처리기(70)는, 수신 신호 si(si는 진폭과 위상도 파라미터로서 갖는다)에 대하여 모델 피팅을 하는 것으로 했다. 그러나, 이밖에도, 수신 신호의 진폭값이나 전력값에 대하여 모델 피팅을 하도록 하더라도 좋다. 수신 신호의 진폭값을 이용하여 모델 피팅을 하기 위해서는, 식(6)에 있어서, si 및 s'i의 대신에 |si| 및 |s'i|을 이용하도록 하면 좋다. 또한 수신 신호의 전력값을 이용하여 모델 피팅을 하기 위해서는, 식(6)에 있어서, si 및 s'i 대신에 |si| 및 |s'i|를 이용하도록 하면 좋다. 수신 신호의 진폭값이나 전력값에 대하여 모델 피팅을 하도록 하는 것으로, 진폭이나 위상을 취급할 필요가 없어져, 연산량을 더 삭감할 수 있다. In addition, the
또한 방향의 초기값으로서 분포 중심을 이용했지만, 실시예 1에서 설명한 바와 같이 SN 비가 높은 경우에는, 클러스터 내에서 가장 높은 수신 진폭 또는 전력을 갖는 수신 신호로부터 산출된 일차 방향을 초기값으로 해도 좋다. 또한 실시예 2에서 설명한 바와 같이 일차 방향의 국소적 분포에 있어서 수신 신호의 특징량이 극대로 되는 일차 방향을 초기값으로 해도 좋다. In addition, although the distribution center was used as the initial value of the direction, when the SN ratio is high as described in the first embodiment, the primary direction calculated from the received signal having the highest reception amplitude or power in the cluster may be the initial value. In addition, as described in the second embodiment, the primary direction in which the characteristic amount of the received signal is maximum in the local distribution in the primary direction may be an initial value.
(실시예 4)(Example 4)
이상 설명한 실시예 3에 따르면, 모델 피팅에 의한 방향 추정을 한 경우에도, 클러스터의 분포 중심을 초기값으로 함으로써 반사율이나 방향의 추정에 요하는 연산량을 삭감할 수 있다. 그러나, 이밖에 방향의 초기값을 복수 부여하여 각각의 추정 연산을 조합시킴으로써 최소자승법에 의한 추정 연산의 총량을 삭감하도록 하더라도 좋다. 실시예 4에 따른 레이더 장치는 이러한 특징을 갖는 것이다. According to the third embodiment described above, even when the direction estimation by the model fitting is performed, the calculation amount required for the estimation of the reflectance and the direction can be reduced by setting the distribution center of the cluster as the initial value. However, the total amount of estimation operations by the least square method may be reduced by providing a plurality of initial values in the direction and combining the respective estimation operations. The radar device according to the fourth embodiment has this feature.
본 발명의 실시예 4에 따른 레이더 장치는 자동차에 탑재하는 레이더 장치(차량 탑재 레이더)로서, 예컨대 도 13에 도시하는 바와 같이 자동차의 전방에 장착된 탑재 레이더(71)는, 충돌 방지나 오토크루즈용의 차간 제어에 이용된다. 또한 측면에 장착된 차량 탑재 레이더(72, 73)는, 측돌(側突) 검지나 추월차 검지에 이용된다. 그리고 후방에 장착된 차량 탑재 레이더(74)는, 후방 장해물 검지에 이용되는 것이다. 이것들의 레이더 장치가 목표물의 방향을 검지할 수 있도록 되는 것에 따라, 예컨대 자동차의 전방에 장착된 차량 탑재 레이더(71)이면, 옆 차선을 주행하고 있는 차를 검지하여, 자동적으로 감속을 하는 것이 없어진다. 또한 측면에 장착된 차량 탑재 레이더(72, 73)이면, 추월차의 위치까지 정확히 판단하여 적절한 안전 제어를 할 수 있는 것이다. The radar device according to the fourth embodiment of the present invention is a radar device (vehicle mounted radar) mounted on an automobile. For example, as shown in Fig. 13, the mounted
차량 탑재 레이더는, 목표물의 위치뿐만 아니라, 속도도 측정해야 하는 것이 많기 때문에, 자차(自車)의 상대 거리와 상대 속도를 측정 가능한 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더 방식이 채용되는 것이 많다. 그래서, 본 발명의 실시예 4에 따른 레이더 장치는 FMCW 방식에 의한 레이더 장치인 것으로 하 고, FMCW 레이더에 있어서 본 발명을 적용하는 방법에 대하여 설명하는 것으로 한다. Since in-vehicle radars often need to measure not only the position of a target but also the speed, a frequency modulated continuous wave (FMCW) radar system capable of measuring the relative distance and the relative speed of the own vehicle is often adopted. Therefore, the radar apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is assumed to be a radar apparatus using the FMCW method, and the method of applying the present invention to the FMCW radar will be described.
도 14는 본 발명의 실시예 4에 따른 레이더 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도면에서, 레이더 장치(81)는 FMCW 레이더 장치이다. 레이더 장치(81)에 있어서, 기준 신호 발생기(82)는, VCQ(Voltage Controlled Oscillator)를 구비하고 있고, 일정 주기마다 서서히 주파수가 상승 또는 하강하는 미약 기준 신호를 발생하는 부위이다. 송신기(3)는, 실시예 1과 마찬가지로 증폭기를 갖고 있어, 미약한 기준 신호를 송신 신호에 증폭하는 부위이다. 송수 전환기(83)는, 송신기(3)로부터 출력된 송신 신호를 안테나(4-a)에 출력하여, 동시에 안테나(4-a)에서 출력된 반사파를 후술하는 수신기(85)에 출력하는 서큘레이터이다. 14 is a block diagram showing the configuration of a radar apparatus according to
안테나(4-a) 및 안테나 구동기(9)에 있어서는, 실시예 1과 마찬가지기 때문에 설명을 생략한다. 레이더 장치(81)는 FMCW 레이더이기 때문에, 업페이즈와 다운페이즈(또는 업첩(up chirp)과 다운첩(down chirp))로 되는 빔(84-a)을 목표(6)에 방사하여, 그 일부가 목표(6)에 반사되어 안테나(4-a)에 도래한 수신파(84-b)를 수신하게 되고 있다. 수신기(85)는 믹서(혼합기)를 구비하고 있고, 수신한 수신파와 기준 신호 발생기(82)가 생성한 기준 신호와의 비트 신호를 생성하고, 또한 그 비트 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 부위이다. 비트 신호는 각 국면에 있어서 목표마다 생성된다. 따라서 하나의 국면에 있어서, N개의 목표에 빔을 조사하여 반사된 수신파로부터 비트 신호를 얻은 경우, N개의 비트 신호가 생성되는 것으로 된다. 신호 처리기(86)는, 비트 신호를 처리하여, FMCW 레이더의 특징인 상대 거리 및 상대 속도를 산출하고, 또한, 본 발명의 목적인 목표의 방향을 측정하는 부위로서, 그 상세한 구성은 도 15의 블럭도에 의해서 표시된다. In the antenna 4-a and the antenna driver 9, since it is the same as that of
도 15에 있어서, 주파수 해석기(87)는 비트 신호의 주파수 분석을 하는 부위로서, 신호 검출기(88)는 주파수 해석기(87)가 분석한 주파수 분포로부터 비트 신호의 주파수, 및 진폭 등의 비트 신호의 특징량을 추출하는 부위이다. 업/다운첩 연결기(89)는, 업페이즈(업첩)에 있어서의 비트 신호와 다운페이즈(다운첩)에 있어서의 비트 신호의 쌍을 생성(coupling)하는 부위이다. In Fig. 15, the
이후, Δ/Σ 측각기(12), 클러스터 분리기(13), 분포 중심 산출기(14)는 실시예 1과 마찬가지기 때문에 설명을 생략한다. 최후에 모델 피팅 처리기(90)는 클러스터의 분포 중심에 대하여 모델 피팅을 하는 부위이다. 또, 도 15에서는 FMCW 레이더를 이용하여 목표의 방향을 산출하기 위해서 필요하게 되는 구성을 나타내고 있고, 상대 거리 또는 상대 속도를 산출하는 데에 있어서 필요하게 되는 구성에 대해서는 도시 및 설명을 생략하고 있다. Thereafter, the Δ /
다음에 레이더 장치(81)의 동작에 대하여 설명한다. 레이더 장치(81)는 FMCW 방식의 레이더 장치이지만, 기준 신호 발생기(82)로부터 수신기(85)까지의 동작은, 실시예 1에 나타낸 펄스 레이더 장치에 있어서의 상당 부위의 동작과 마찬가지기 때문에, 설명을 생략한다. 단 상술한 바와 같이, 수신기(85)는 비트 신호를 신호 처리기(86)에 출력하는 점에서 다르다. Next, the operation of the
신호 처리기(86)에 있어서, 주파수 해석기(87)는 고속퓨리에 변환 등에 의해서, 비트 신호의 주파수 분포를 생성하고, 신호 검출기(88)는 이 주파수 분포로부 터 비트 신호의 주파수를 추출한다. 업/다운첩 연결기(89)는, 신호 검출기가 추출한 업페이즈의 비트 신호 주파수와 다운페이즈의 비트 신호 주파수와의 쌍을 생성한다. 이것은 다음과 같은 이유에 의한다. In the
레이더 장치(81)는 FMCW 레이더 장치이지만, FMCW 레이더 장치에서는, 업페이즈의 비트 신호와 다운페이즈의 비트 신호의 쌍을 얻을 수 있었던 경우에, 상대 속도와 상대 거리를 산출한다고 말하는 것이다. 구체적으로 말하면, 업페이즈의 비트 신호 주파수를 U, 다운페이즈의 비트 신호 주파수를 D, 주파수 스위프폭을 B, 변조 시간을 T, 광속을 c, 송신파의 파장을 λ로 한 경우, 원하는 상대 거리 R, 상대 속도 V는 각각 식(7), 식(8)으로 주어진다. Although the
(7) (7)
(8) (8)
이와 같이 R와 V를 산출하기 위해서는, U와 D를 결정하는 것이 필요하다. 그런데, 목표가 N개 존재하고 있는 경우에는, 비트 신호가 업페이즈과 다운페이즈의 각각에서 N개씩 존재하는 것으로 되어, 어떤 업페이즈의 비트 신호와 어떤 다운페이즈의 비트 신호를 조합하여 식(7), 식(8)에 대입할지에 따라서, R와 V는 전혀 다른 값이 되는 것이 이해할 수 있다. 따라서, 목표가 복수 존재하는 경우에, 각각의 상대 거리와 상대 속도를 산출하기 위해서, 업페이즈의 비트 신호와 다운페이즈의 비트 신호와의 정확한 조합을 얻는 것이 중요하다. 업/다운첩 연결기(89)는 이러한 처리를 하는 것이다. 여기서 FMCW 레이더에 있어서, 목표가 복수 존재하는 경우에, 업페이즈의 비트 신호와 다운페이즈의 비트 신호와의 정확한 조합을 얻는 방법에 대해서는, 이미 몇가지 공지의 방법(예컨대, 일본 특허공개 평성 제5-142337호 공보 「밀리파(Millimeter-wave) 레이더 거리 속도 측정 장치」등)이 소개되어 있기 때문에, 여기서는 설명을 생략한다. Thus, in order to calculate R and V, it is necessary to determine U and D. By the way, when there are N targets, there are N bit signals in each of the upphase and the downphase, and the combination of the bit signals of some upphase and the bit signals of some downphase is expressed by Equation (7). It can be understood that R and V become completely different values depending on whether or not (8) is substituted. Therefore, when there are a plurality of targets, it is important to obtain an accurate combination of the upphase bit signal and the downphase bit signal in order to calculate the respective relative distance and the relative speed. The up / down
다음에, Δ/Σ 측각기(12)에 있어서, 비트 신호의 진폭값에 근거하여 Δ/Σ 값을 구하고, 목표의 일차 방향을 산출한다. 이후, 클러스터 분리기(13), 분포 중심 산출기(14)에 있어서의 처리는, 실시예 1과 마찬가지기 때문에 설명을 생략한다. Next, in the Δ /
계속해서, 모델 피팅 처리기(90)에 있어서, 클러스터의 분포 중심의 수신 신호 sj와 추정값 sj의 모델 피팅을 한다. 도 16은 모델 피팅 처리기(90)에 있어서의 모델 피팅 처리를 나타내는 흐름도이다. 우선, 도 16의 단계 S401에 있어서, 모델 피팅 처리기(90)는, 카운터 변수 M을 1로 초기화한다. 이후의 처리에 있어서, 카운터 변수 M은 클러스터를 식별하기 위해 이용된다. Subsequently, in the
다음에 단계 S402에 있어서, 모델 피팅 처리기(90)는, M 번째의 클러스터에 대하여, 그 클러스터의 분포 중심의 근방의 범위에서, 각도 추정값을 소정의 개수만큼 설정한다. 여기서는 N개(N은 자연수)의 각도 추정값을 선택하는 것으로 한다. 각도 추정값의 설정 방법으로서는, 예컨대 M 번째의 클러스터에 속하는 일차 방향 중 분포 중심과의 거리가 작은 순서대로 N개의 일차 방향을 각도 추정값으로서 선택하는 등의 방법이 생각된다. Next, in step S402, the
단계 S403에 있어서, 카운터 변수 I와 변수 MIN을 초기화한다. 카운터 변수 I의 초기값에는 1이 인가된다. 이 카운터 변수 I는, N개의 각도 추정값 중 어느 하나를 식별하기 위해서 이용된다. 변수 MIN은 최소값을 산출하기 위해서 이용되는 기억영역이며, 최소값으로서 취할 수 없는 어느 정도의 큰 값이면, 어떠한 값을 초기값으로 해도 좋다. 계속해서, 단계 S404에 있어서, I 번째의 각도 추정값을 θi로 하여, 식(5)에 의해 s'j를 산출하여, 식(6)에 의한 최소자승법에 있어서, 반사율 γj만을 반복개량하는 것으로, 모델 피팅을 한다. 실시예 3에서 설명한 바와 같이, 반사율 γj는 선형성이 강하기 때문에, 빠른 시기에 추정값이 수속한다. 그 결과, 반복개량에 의해서 식(6)의 값(잔차자승합)이 최소로 되는 반사율을 구하여 놓는다. 단계 S405에서는, 단계 S404에서 구한 최소값이 MIN보다 작은지 여부를 조사한다. 최소값이 MIN보다 작은 경우에는, 이 클러스터에 있어서 그 이전의 각도 추정값을 이용하여 구한 최소값보다도, 현재의 각도 추정값에 의한 최소값쪽이 작은 것을 뜻하고 있다. 그래서, 이 경우에는 단계 S406에 진행하여(단계 S405:예), 변수 MIN에 식(6)으로 계산한 현재의 잔차자승합을 설정하고, 또한 현재의 각도 추정값을 메모리에 기억해 놓는다. 또 식(6)의 최소값과, 그 최소값을 얻은 각도 추정값은 클러스터마다 기억영역이 확보되어, 보존된다. 그리고 그 후, 단계 S407에 진행한다. In step S403, the counter variable I and the variable MIN are initialized. 1 is applied to the initial value of the counter variable I. This counter variable I is used to identify any one of the N angle estimates. The variable MIN is a storage area used for calculating the minimum value, and any value may be used as the initial value as long as it is a certain large value that cannot be taken as the minimum value. Subsequently, in step S404, to the angle estimated value of the I-th θ i, to calculate the s' j by the equation (5), in the least square method using the equation (6), to improve only the reflection factor γ j repeat We do model fitting. As described in Example 3, since the reflectance γ j has a strong linearity, the estimated value converges at an early time. As a result, the reflectance which minimizes the value (residual square sum) of Formula (6) by repeating improvement is calculated | required. In step S405, whether the minimum value found in step S404 is smaller than MIN is checked. When the minimum value is smaller than MIN, it means that the minimum value by the current angle estimate value is smaller than the minimum value obtained by using the previous angle estimate value in this cluster. In this case, the process proceeds to step S406 (step S405: YES), the current residual square sum calculated by the formula (6) is set in the variable MIN, and the current angle estimated value is stored in the memory. In addition, the minimum value of Formula (6) and the angle estimation value which obtained the minimum value are reserved for each cluster, and are preserve | saved. After that, the flow advances to step S407.
한편, 단계 S405에서, 단계 S404에서 구한 최소값이 MIN보다 작지 않은 경우에는, 그 최소값은 그 클러스터 전체의 최소값으로서는 채용 가능하지 않기 때문 에, 직접 단계 S407에 진행한다(단계 S405:아니오). On the other hand, in step S405, if the minimum value obtained in step S404 is not smaller than MIN, since the minimum value is not applicable as the minimum value of the entire cluster, the process proceeds directly to step S407 (step S405: No).
다음에 단계 S407에 있어서, I에 1을 더한다. 계속되는 단계 S408에서, I가 N을 초과하는지 여부를 판정하여, N 이하인 경우에는 단계 S404에 되돌아간다(단계 S408:아니오). 한편, N을 초과한 경우에는 이 클러스터에는 더 이상 각도 추정값이 존재하지 않기 때문에, 다음 클러스터의 처리에 천이한다. 구체적으로는, 단계 S409에 진행하여(단계 S408:예), M에 1을 더한다. 단계 S410에 있어서, M이 클러스터의 총수를 초과했는지 여부를 판정한다. 그 결과, M이 클러스터의 총수 이하인 경우에는, 또한 미처리의 클러스터가 있으므로, 다음 클러스터의 처리를 하기 위해서 단계 S402에 되돌아간다(단계 S410:아니오). 또한, M이 클러스터의 총수를 초과한 경우에는, 미처리의 클러스터는 더이상 없기 때문에, 단계 S411에 진행한다(단계 S410:예). Next, in step S407, 1 is added to I. In a subsequent step S408, it is determined whether I exceeds N, and if it is equal to or less than N, the flow returns to step S404 (step S408: no). On the other hand, when N is exceeded, since there are no angle estimates in this cluster any more, the process transitions to the next cluster. Specifically, the process proceeds to step S409 (step S408: YES) and 1 is added to M. In step S410, it is determined whether M exceeds the total number of clusters. As a result, when M is equal to or less than the total number of clusters, there are also unprocessed clusters, and the flow returns to step S402 to process the next cluster (step S410: no). In addition, when M exceeds the total number of clusters, since there are no more unprocessed clusters, the process proceeds to step S411 (step S410: YES).
단계 S411에 있어서, 모델 피팅 처리기(90)는, 클러스터마다 요구된 식(6)을 최소로 하는 각도 추정값을 출력한다. In step S411, the
이상으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 실시예 5의 레이더 장치에 의하면, 비선형 최소자승법에 이용되지 않으면 추정하는 것이 곤란한 각도 성분을 복수의 각도 추정값에 고정함으로써, 각도 성분에 대한 반복개량 연산을 배제하는 것이 가능해져, 연산량을 더 삭감할 수 있는 것이다. As is apparent from the above, according to the radar apparatus of the fifth embodiment of the present invention, it is possible to eliminate the iterative improvement operation on the angular components by fixing the angular components that are difficult to estimate unless used in the nonlinear least-squares method to a plurality of angular estimated values. This makes it possible to further reduce the amount of computation.
또 상기의 각도 추정값의 개수 N을 1로 하여, 반사율만 모델 피팅하고, 그 결과, 소정의 조건에 적당한 클러스터만을 선택하도록 하더라도 좋다. 예컨대, 각 클러스터에 있어서 일차 방향을 하나만 선택하여(이것이 각도 추정값으로 된다), 식(5)의 각도 성분을 이 일차 방향에 고정해놓고, 반사율만 모델 피팅하여, 반사율이 기준값 이상으로 되는 경우만, 이 각도 추정값을 통합 방향으로서 채용하도록 해도 좋다. 또한 일차 방향이 아니라, 분포 중심으로 하더라도 되는 것은 물론이다. In addition, only the reflectance may be model-fitted by setting the number N of the angle estimation values to 1, and as a result, only the cluster suitable for the predetermined condition may be selected. For example, if only one primary direction is selected in each cluster (this is an angle estimate), the angular component of Equation (5) is fixed in this primary direction, and only the reflectance is model-fitted, and the reflectance becomes above the reference value. You may employ | adopt this angle estimation value as an integration direction. It goes without saying that the distribution center may be used instead of the primary direction.
또한 마찬가지로 분포 중심 또는 하나의 일차 방향을 각도 추정값으로서 하나만 선택하고, 반사율만 모델 피팅하여, 그 결과, 식(6)의 값이 소정값 이하로 되지 않는 경우에, 그 클러스터의 일차 방향을 기각하도록 하더라도 좋다. 식(6)(잔차자승합)이 충분히 작아지지 않는 경우에는, 가정한 목표의 방향, 즉 클러스터 측각값의 정밀도가 낮은 것을 의미하기 때문에, 이러한 값을 무효로 함으로써 측각 정밀도를 향상시킬 수 있다. Similarly, only one distribution center or one primary direction is selected as the angle estimate, and only the reflectance is model-fitted, so that when the value of equation (6) does not fall below a predetermined value, the cluster rejects the primary direction of the cluster. You may. When the formula (6) (residual square sum) is not sufficiently small, it means that the assumed direction, that is, the precision of the cluster angle value is low, so that the angle angle precision can be improved by invalidating the value.
이상과 같이, 본 발명에 따른 레이더 장치는 복수의 목표의 방향을 계측하는 용도에 유용하다. As mentioned above, the radar apparatus which concerns on this invention is useful for the use which measures the direction of several target.
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