WO2006123500A1

WO2006123500A1 - レーダ

Info

Publication number: WO2006123500A1
Application number: PCT/JP2006/308201
Authority: WO
Inventors: Motoi Nakanishi
Original assignee: Murata Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2005-05-16
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2006-11-23
Also published as: US20110050484A1; JPWO2006123500A1; JP4544304B2; US8125375B2; DE112006001113T5

Abstract

　送信信号と受信信号とのビート信号の周波数スペクトルを求め、その周波数スペクトルにノイズしきい値を超えるピークの数が所定数を超えるか否かを判定し、その判定結果に応じて、ビート信号の干渉の有無を検知する。「干渉有り」の場合、周波数スペクトル上に表れるターゲットピーク抽出のためのしきい値を上昇させる。これによりビート信号に重畳されるスパイクノイズの有無の検知をより確実に行い、干渉の有無に応じた処理を可能とする。

Description

明細書

レーダ

技術分野

[0001] この発明は、電磁波ビームの送受信によって物標を探知する FM— CWレーダに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、車載用レーダとしてミリ波の電波を用いる FM— CW方式のレーダにおいては、他車に搭載されているレーダとの干渉の問題がある。すなわち図 4の（A)に示すように、ビームを方位方向に走査するタイプのレーダが搭載されている自車 MMと他車 OM1とが向かい合つているとき、他車 OM1側からの送信信号を直接受信して自車 MMの送信信号とのビートが生じるタイミングでビート信号にスパイクノイズが重畳（混入）される。また、図 4の（B)に示すようにビームスキャンを行うタイプのレーダを搭載した自車 MMと、モノパルスレーダ方式のレーダを搭載した他車 OM2とが向力ヽ合っているような場合にも、送信信号と受信信号とのビート信号にスパイクノイズが重畳される。さらに図 4の（C)に示すように、自車 MMの前方を走行する他車 OM4が存在し、この他車 OM4に対して電波を送信する他車 OM3が存在する場合、他車 OM 3の搭載レーダから送信されて、他車 OM4で反射した信号が自車 MMのレーダの受信信号に重畳されて、やはりビート信号にスパイクノイズが重畳される。

[0003] このようなスパイクノイズの検知を行う方法に関して特許文献 1が開示されている。

特許文献 1 :特開 2002— 168947号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] 特許文献 1に示されてヽる方法は、受信信号の振幅レベルが予め定められたしき

Vヽ値を超える場合に干渉があるものと判定することが示されて、る。

[0005] ところが、想定される最大の反射信号 (受信信号)の振幅より大きなスパイクノイズが混入して!/ヽる場合以外は干渉を検知できなヽとヽぅ問題があった。

[0006] また、別の特定局面では、信号の周波数が所定値よりも高力つた場合に、それを干渉波と見なすことが記載されている。しかし、物標検知に不必要な高い周波数成分を物標検知の対象から除外すればよぐこれは元々問題とはならない。

[0007] また、別の特定局面では、上り変調区間と下り変調区間とで 1フレームを構成し、そのフレームを繰り返す場合に、前回のフレームで求めたビート信号と今回のフレームで求めたビート信号との相関が得られなければ「干渉有り」と判断することが述べられている。しかし、自車または物標である他車の相対速度が大きい場合には、上記相関がとれずに「干渉有り」と誤判断するおそれがある。

[0008] そこで、この発明の目的は、ビート信号に重畳されるスパイクノイズの有無の検知をより確実に行えるようにして干渉の有無に応じた処理を確実に行えるようにしたレーダを提供することにある。

課題を解決するための手段

[0009] 前記課題を解決するために、この発明のレーダは次のように構成する。

[0010] (1)変調区間で時間経過にともない周波数が次第に変化する電磁波の送信を行うとともに、該電磁波の物標からの反射波を受信する電磁波送受信手段と、送信信号と受信信号とのビート信号の周波数スペクトルを求める手段と、前記周波数スぺタトルを構成するデータのうちノイズしきヽ値を超えるピークに基づヽて前記物標の情報を検出する手段とを備えたレーダにおいて、前記ノイズしきい値を超えるピークの数が所定数を超えるか否かに応じて、前記ビート信号の干渉の有無 (前記ビート信号へのスパイクノイズの重畳有無）を検知する手段と、前記干渉の有無に応じて前記ビート信号に対する処理を行う信号処理手段と、を備えたことを特徴として!ヽる。

[0011] (2)前記ノイズしき!、値を超えるピークの数の基準数を定める手段と、前記ノイズしきい値を超えるピークの数が前記基準数より所定数または所定比率を超える力否かに応じて、前記ビート信号の干渉の有無（前記ビート信号へのスパイクノイズの重畳有無）を検知する手段と、前記干渉の有無に応じて前記ビート信号に対する処理を行う信号処理手段とを備えたことを特徴として、る。

[0012] (3)前記電磁波送受信手段は、前記電磁波のビームの方位方向への走査を繰り返すとともに、前記基準数は、前回の走査とは異なった過去の走査での同方位へのビームについて求めた前記しきい値を超えるピークの数を基にして定めるものとする [0013] (4)前記電磁波送受信手段は、前記電磁波のビームの方位方向への走査を繰り返すとともに、前記基準数は、着目ビームに近接するビームについて求めた前記しき Vヽ値を超えるピークの数を基にして定めるものとする。

[0014] (5)前記基準数は、近接する変調区間について求めた前記しきい値を超えるピークの数を基にして定めるものとする。

発明の効果

[0015] (1)干渉が生じた状態ではビート信号にスパイクノイズが重畳され、それに応じて周波数スペクトルのノイズフロアが上昇するため、ノイズしき!、値を超えるピークの数が定常時より大幅に増大する。したがって、周波数スペクトルに現れる、ノイズしきい値を超えるピークの数が所定数を超えるか否かに応じて干渉の有無を検知する手段を設けたことにより、干渉有無を確実に検知できるようになる。

[0016] (2)周波数スペクトル上に現れる、ノイズしきい値を超えるピークの数が基準数より所定数または所定比率を超える力否かに応じて干渉の有無を検知する手段を設けたことにより、干渉有無を確実に検知できるようになる。

[0017] (3)前記基準数を、前回の走査とは異なった走査での同方位へのビームについて求めたしきい値を超えるピークの数を基にして定めることによって、定常時のノッタグラウンドノイズ成分に基づく適正なノイズしき、値が容易に設定できる。

[0018] (4)前記基準数を、着目ビームに近接するビームについて求めたしきい値を超えるピークの数を基にして定めることによって、定常時のバックグラウンドノイズ成分に基づく適正なノイズしき、値が容易に設定できる。

[0019] (5)前記基準数を、近接する変調区間について求めたしきい値を超えるピークの数を基にして定めることによって、定常時のバックグラウンドノイズ成分に基づく適正なノィズしき!/、値が容易に設定できる。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]第 1の実施形態に係るレーダの全体の構成を示すブロック図である。

[図 2]同レーダの物標までの距離と物標の相対速度により変化する受信信号と送信信号の周波数変化の例を示す図である。 [図 3]干渉信号とスパイクノイズの発生タイミングの例を示す図である。

[図 4]干渉が生じる各種パターンの例を示す図である。

[図 5]ビート信号に重畳されるスパイクノイズの例と、それによる周波数スペクトルの変化の例を示す図である。

[図 6]同レーダにおける周波数分析の処理手順を示すフローチャートである。

[図 7]同レーダにおけるターゲットピーク抽出に関する処理手順を示すフローチャートである。

[図 8]同レーダにおけるターゲット検知に関する処理手順を示すフローチャートである

[図 9]電磁波のビームを方位方向に走査した場合の各ビームと各ビームについて求めた周波数スペクトル上に現れたピーク位置をビーム上の距離方向の位置として黒丸で表した図である。

[図 10]第 2の実施形態に係るレーダにおけるターゲットピーク抽出に関する処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

[0021] 17-DSP

ADC—ADコンバータ

DAC—DAコンバータ

VCO—電圧制御発振器

発明を実施するための最良の形態

[0022] 第 1の実施形態に係るレーダの構成を図 1〜図 8を参照して説明する。

図 1はレーダの全体の構成を示すブロック図である。送信波変調部 16は、 DAコンバータ 15に対して変調信号のディジタルデータを順次出力する。 VCOlは、 DAコンバータ 15より出力される制御電圧に応じて発振周波数を変化させる。これにより、 VC Olの発振周波数を三角波状に連続して FM変調させる。アイソレータ 2は、 VCOl 力ゝらの発振信号を力ブラ 3側へ伝送し、 VCOlへ反射信号が入射するのを阻止する。カプラ 3は、アイソレータ 2を経由した信号をサーキユレータ 4側へ伝送するとともに、所定の分配比で送信信号の一部をローカル信号 Loとしてミキサ 6へ与える。サーキユレータ 4は、送信信号をアンテナ 5側へ伝送し、また、アンテナ 5からの受信信号をミキサ 6へ与える。アンテナ 5は、 VCOlの FM変調された連続波の送信信号を送信し、同方向からの反射信号を受信する。また、そのビームの方向を所定の探知角度範囲に亘つて周期的に変化させ、ビームのスキャンを行う。

[0023] ミキサ 6は、カプラ 3からのローカル信号 Loとサーキユレータ 4からの受信信号とをミキシングしてビート信号（中間周波信号 IF)を出力する。ローパスフィルタ 7は IF信号のうち不要な高周波成分を除去し、 ADコンバータ 8はその信号をサンプリングデータ列に変換して DSP (ディジタルシグナルプロセッサ） 17へ与える。

[0024] DSP17は、 ADコンバータ 8により変換されたサンプリングデータ列を少なくとも 1スキャン分 (所定の探知角度範囲内での複数本のビーム走査分)だけ一時蓄積し、後述する処理によって、物標の方位 '距離'速度を算出する。

[0025] 上記 DSP17において、窓関数処理部 9は、サンプリングデータ列に対して所定の窓関数の重み付け (切り出し)を行う。 FFT演算部 10は、窓関数を掛けられた上記サンプリング区間のデータについて FFT演算により周波数成分を分析する。

[0026] しきい値処理'ピーク検出部 11は、周波数スペクトルのうち所定のノイズしきい値を超えるピークをターゲットピークと見なして、それらのピークの周波数およびピーク値を抽出する。

[0027] ターゲット検知部 12は、検出されたターゲットピークのピーク周波数に基づいて物標までの距離および速度を算出する。

[0028] 図 2は、物標までの距離と相対速度に起因する、送信信号と受信信号の周波数変化のずれの例を示している。送信信号 TXは、周波数が上昇する上り変調区間と、周波数が下降する下り変調区間とからなるフレーム Fを繰り返す。送信信号 TXの周波数上昇時における送信信号と受信信号 RXとの周波数差がアップビートの周波数 fB Uであり、送信信号の周波数下降時における送信信号と受信信号との周波数差がダゥンビートの周波数 fBDである。この送信信号 TXと受信信号 RXの三角波の時間軸上のずれ (時間差) DL力アンテナ力物標までの電波の往復時間に相当する。また、送信信号と受信信号の周波数軸上のずれがドッブラシフト量 DSであり、これはァンテナに対する物標の相対速度に起因して生じる。この時間差とドッブラシフト量によつてアップビート周波数 fBUとダウンビート周波数 fBDの値が変化する。逆に、このァップビート周波数 fBUとダウンビート周波数 fBDを検出することによって、レーダから物標までの距離およびレーダに対する物標の相対速度を算出する。

[0029] 図 3は、前記送受信信号、干渉信号およびスパイクノイズの発生につ!、て示して!/ヽる。すでに図 4を用いて述べたように、他車からの干渉信号が存在する場合、他車からの干渉信号は、自車の送信信号の変調周波数および変調位相のいずれからも通常大きくずれているので、図中丸印で示すような、自車の送信信号 TXと干渉信号との周波数がほぼ一致するタイミングでビート信号にスパイクノイズが重畳されることになる。

[0030] 図 5はスパイクノイズとその有無による周波数スペクトルの変化の例を示している。 ( A) , (B)は共にビート信号の時間波形であり、横軸は時間的に切り出された 1〜102 4番目のサンプリングデータを表し、縦軸は信号レベル (dB)である。図 3に示したような干渉信号が存在しなヽ場合や、送信信号と干渉信号との周波数が大きく離れてヽるタイミングでは、図 5の (A)に示すようなビート信号が得られる。送信信号と干渉信号との周波数差が中間周波信号の周波数帯域に入ると、図 5の (B)に示すように、ビート信号にスパイクノイズ SPNが重畳されることになる。

[0031] 図 5 (C)は (A)に示したビート信号の周波数スペクトル、 (D)は（B)に示したビート信号の周波数スペクトルである。いずれも横軸は周波数 (FFTの周波数ビン）、縦軸は正規化したパワーである。ビート信号にスパイクノイズ SPNが重畳されて!、な!/ヽ定常状態では、（C)のように相対的に低ゾィズレベル (バックグラウンドノイズ）にピーク値の高いターゲットピーク PI, P2等が現れる。

[0032] これに対し、（B)に示したようにビート信号にスパイクノイズ SPNが重畳されていると、その周波数スペクトルは（D)に示すようにノイズレベルが全体に上昇する。

[0033] ここで、ノイズレベルを所定量超えるノイズしきヽ値 THを設定すると、スパイクノイズが重畳されていない場合には (C)に示すように、そのノイズしきい値 THを超えるピーク PI, P2を抽出できる。し力し、スパイクノイズが重畳されている場合にこのノイズしきい値 THをそのまま適用すると、（D)に示すように、ノイズレベルの上昇にともなって、ノイズしきい値 THを超えるピークの数が急増する。これらのピークのうちピーク PI, P 2はターゲットピークである力その他はノイズによるピークである可能性が高い。これらのノイズによるピークは、ターゲットピークに比べて非常に多いことが特徴である。そこで、この第 1の実施形態では、ピークが所定数を超える状態を「干渉有り」の状態と見なして、適正なしきい値を設定し、ターゲットピークのみを抽出できるようにする。

[0034] 図 6〜図 8は図 1に示した DSP17の処理内容をフローチャートとして表したものである。

図 6はその周波数分析に関する処理内容である。先ず ADコンバータ 8によって変換されたディジタルデータ列のうち処理対象の範囲をサンプリングし、窓関数を適用する（S1→S2)。続いてその所定数分のデータについて FFT演算を行う（S3)。その後、求まった各周波数ビンの実部と虚部の自乗和の平方根を求めてパワースぺタトルを求める（S4)。

[0035] 図 7はターゲットピークの抽出に関する処理手順を示すフローチャートである。先ず周波数スペクトル (前記パワースペクトル)から、定常しき、値として設定したノイズしきい値を超えるピークを検出する（S11→S12)。そして、この検出したピークの数が定常最大数として定めた数 (例えば 10)を超えて、る力否かを判定する（S13)。もし超えていれば、その状態を「干渉有り」と見なして、干渉時に対応するノイズしきい値を設定する（S13→S14)。例えば図 5に示したように、ノイズフロアレベルが上昇することに伴って、多数のノイズによるピークを誤って抽出しないように、ノイズフロアレベルより所定値分だけ高いしきい値を設定する。そして、そのノイズしきい値を超えるピークをターゲットピークとして抽出する（S 15)。

[0036] もしピークの数が所定数に満たな、場合は定常しき、値のままで、そのノイズしきヽ値を超えるピークをターゲットピークとして抽出する（S 13→S 15)。

[0037] 図 8はターゲット検知処理の手順である。まず上り変調区間と下り変調区間について抽出したターゲットピークの周波数及びピーク値を基にしてペアリングを行う（S21) 。その後、ペアとなったピークのピーク値及びピーク周波数力各物標の距離及び速度を算出し、これらを出力する（S22)。

[0038] 次に、第 2の実施形態に係るレーダについて図 9 ·図 10を基に説明する。

第 2の実施形態に係るレーダの全体の構成をブロック図で表せば図 1に示したものと同様であるので、この第 2の実施形態でも図 1を参照する。

[0039] 図 9は、電磁波のビームを方位方向に走査した場合の各ビームと、各ビームについて求めた周波数スペクトル上に現れた (抽出した)ピーク位置をビーム上の距離方向の位置として黒丸で表したものである。（A)はあるスキャンで検出されたピーク、 (B) はその次のスキャンで検出されたピークである。

[0040] V、ま、（B)に示したスキャンでのビーム Baにつ!/ヽて着目すると、前回のスキャンでのビーム Baのピーク数は（A)に示したとおり「3」である。今回のスキャンでのビーム Ba のピーク数は「 15」であり、わず力 1スキャン分の時間でピーク数が 12個も増加して!/ヽる。これは、（B)に示したスキャン時点でビーム Baに干渉が生じている力もである。このように検出されたピーク数が基準数より所定数以上増カロした場合に「干渉有り」と見なし、しき、値処理 ·ピーク検出部 11で用いるノイズしき!、値を高めに設定する。

[0041] その結果、 (C)に示すように、ビーム Baにつ、ても干渉によるノイズのピークが誤つてターゲットピークとして抽出されずに、本来のターゲットピーク Pa, Pb, Pcを的確に抽出できるようになる。

[0042] また、前回のスキャンにおける同一ビームでのピーク数を基にして干渉有無を検知する方法以外に、今回のスキャンでの隣接するビームでのピーク数との比較によって干渉有無を検知する。例えば図 9の（B)に示したビームを、図における左から右方向へ走査する場合、ビーム Baの直前の隣接ビーム Bzでのピーク数を基準数として設定する。

[0043] この場合、ビーム Bzのピーク数は（B)に示したとおり「2」である。今回のスキャンでのビーム Baのピーク数は「15」であり、わず力 1ビーム分の方位変化でピーク数が 13 個も増加している。これは、ビーム Baに干渉が生じている力もである。このように検出されたピーク数が基準数より所定数以上増カロした場合に「干渉有り」と見なし、しきい値処理 ·ピーク検出部 11で用いるノイズしき、値を高めに設定する。

[0044] また、各ビームについて、時間的に近接する変調区間（たとえば前回の上り変調区間または下り変調区間）について検出したピークの数と、今回の変調区間でのピークの数とを比較し、ピーク数が所定以上増カロした場合に「干渉有り」と見なし、しきい値処理 ·ピーク検出部 11で用いるノイズしき、値を高めに設定する。 [0045] 図 10は図 1に示した DSP17に相当する DSPの処理内容のうち、ターゲットピークの抽出に関する処理手順を示すフローチャートである。

先ず周波数スペクトル (前記パワースペクトル)から、定常しき、値として設定したノィズしきい値を超えるピークを検出する（S31→S32)。そして、この検出したピークの数が定常最大数として定めた数を超えて、る力否かを判定する（S33)。

[0046] ピーク数が定常最大数以下であれば、そのピーク数を基準数 (定常状態でのピーク数）として記憶する（S34)。

[0047] その後、時間的に近接するスキャン (たとえば前回のスキャン）における、着目ビームと同一方位のビームについて検出したピークの数と、今回のスキャンで検出した着目ビームでのピークの数とを比較する（S35)。または、近接ビーム (たとえば方位方向に隣接するビーム）について検出したピークの数と、着目ビームでのピークの数とを比較する。または、時間的に近接する変調区間 (たとえば前回の上り変調区間または下り変調区間）について検出したピークの数と、今回の変調区間でのピークの数とを比較する。

[0048] この比較によりピークの数が上記基準数より所定数以上増加していれば、その状態を「干渉有り」と見なして、干渉時に対応するノイズしきい値を設定する（S36→S37) 。例えば図 5に示したように、ノイズフロアレベルが上昇することに伴って、多数のノィズによるピークを誤って抽出しな、ように、ノイズフロアレベルより所定値分だけ高ゾィズしきい値を設定する。そして、そのノイズしきい値を超えるピークをターゲットピークとして抽出する（S38)。

[0049] もしピークの数が所定数に満たな、場合は定常しき、値のままで、そのノイズしきヽ値を超えるピークをターゲットピークとして抽出する（S36→S38)。

[0050] なお、上記ピーク数の増加有無の判定は、比較対象のピーク数に比べて所定量以上増加した力否かの判定以外に、所定比率以上増加したか否かによって判定するようにしてもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 変調区間で時間経過にともない周波数が次第に変化する電磁波の送信を行うとともに、該電磁波の物標からの反射波を受信する電磁波送受信手段と、送信信号と受信信号とのビート信号の周波数スペクトルを求める手段と、前記周波数スペクトルを構成するデータのうちノイズしき、値を超えるピークに基づ、て前記物標の情報を検出する手段とを備えたレーダにぉ、て、

前記ノイズしき、値を超えるピークの数が所定数を超えるカゝ否かに応じて、前記ビート信号の干渉の有無を検知する手段と、

前記干渉の有無に応じて前記ビート信号に対する処理を行う信号処理手段と、を備えたレーダ。

[2] 変調区間で時間経過にともない周波数が次第に変化する電磁波の送信を行うとともに、該電磁波の物標からの反射波を受信する電磁波送受信手段と、送信信号と受信信号とのビート信号の周波数スペクトルを求める手段と、前記周波数スペクトルを構成するデータのうちノイズしき、値を超えるピークに基づ、て前記物標の情報を検出する手段とを備えたレーダにぉ、て、

前記ノイズしきい値を超えるピークの数の基準数を定める手段と、

前記ノイズしきい値を超えるピークの数が前記基準数より所定数または所定比率を超える力否かに応じて、前記ビート信号の干渉の有無を検知する手段と、

[3] 前記電磁波送受信手段は、前記電磁波のビームの方位方向への走査を繰り返すとともに、前記基準数は、前回の走査とは異なった過去の走査での同方位へのビームについて求めた前記しきい値を超えるピークの数を基にして定めたものである請求項 2に記載のレーダ。

[4] 前記電磁波送受信手段は、前記電磁波のビームの方位方向への走査を繰り返すとともに、前記基準数は、着目ビームに近接するビームについて求めた前記しきい値を超えるピークの数を基にして定めたものである請求項 2に記載のレーダ。

[5] 前記基準数は、近接する変調区間について求めた前記しきい値を超えるピークの数を基にして定めたものである請求項 2に記載のレーダ。