JP3719220B2 - レーダシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、探知すべき物標に対する電波の送受信を行うレーダ装置を備えたレーダシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車などの車載機器用に、ＣＡＮなどのバス規格が提唱されており、車載用レーダについても、このようなバスに接続することが望まれている。しかしながら、このような汎用性を持たせたバスには、レーダ以外に様々な機器が接続され得るために、レーダがそのバスを専有する割合はできる限り小さくする必要がある。例えば所定の方位角度範囲についてビームの走査を行い、その全領域に亘るレーダセンサのデータをそのまま全て転送するようなことは、バスの帯域の制限上不可能である。
【０００３】
そこで、伝送すべきデータ量を削減することを目的として、次のようなレーダ装置が提案されている。
【０００４】
▲１▼特開平９−１３３７６５、▲２▼特許２５４６０１０、▲３▼特許２５９１２４４、▲４▼特許２７６６１６６。
【０００５】
▲１▼のレーダ装置は、ＦＭＣＷレーダで、ＡＤ変換されたビート信号にデジタルフィルタを施した後、データを間引く。
【０００６】
▲２▼のレーダ装置は、非等間隔でサンプリングしたレーダビデオ信号を等間隔で読み出すことによってレーダビデオ信号を圧縮する。
【０００７】
▲３▼のレーダ装置は、所定パターンを原信号から減算し、データをしきい値で分けて多重化する。
【０００８】
▲４▼のレーダ装置は、時間軸方向の平均値にオフセットを加えたしきい値でデータを分け、しきい値以下のクラッタデータを時間軸方向に圧縮する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、▲１▼のレーダ装置では、ビート信号の高周波成分がなくなるため、遠方に存在する物標に関する情報が得られない。▲２▼のレーダ装置では、サンプリング間隔の粗い領域（遠方領域）の分解能が劣化してしまう。▲３▼，▲４▼のレーダ装置では、時間軸方向（距離方向）のみの圧縮であるため、高いデータ圧縮率が期待できない。
【００１０】
この発明の目的は、上述の各種問題を解消して、必要な情報を含むデータを、少ないデータ量で伝送できるようにし、帯域幅の限られたバスを介してレーダ装置からホスト装置へデータ伝送を行えるようにしたレーダシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明のレーダシステムは、周波数変調した送信信号を送信するとともに、物標からの反射信号と送信信号の一部とのビート信号を生成する手段と、該ビート信号の信号強度に関するスペクトルを求める手段と、該スペクトルの冗長分を除去して、データ圧縮するデータ圧縮手段と、該圧縮されたデータを通信路へ伝送する手段と、を備えたレーダ装置と，前記通信路を介して前記圧縮されたデータを受け、該圧縮されたデータを伸長し、伸長後のデータを処理して、前記物標の探知を行う手段を備えたホスト装置とから構成し、前記レーダ装置が送信信号のビーム方位を所定角度範囲で走査させる手段を備え、前記データ圧縮手段は、方位方向に互いに隣接するビームのビート信号についてのスペクトルの差分を求めることを特徴とする。
また，この発明のレーダシステムは、周波数変調した送信信号を送信するとともに、物標からの反射信号と送信信号の一部とのビート信号を生成する手段と、該ビート信号の信号強度に関するスペクトルを求める手段と、該スペクトルの冗長分を除去して、データ圧縮するデータ圧縮手段と、該圧縮されたデータを通信路へ伝送する手段と、を備えたレーダ装置と，前記通信路を介して前記圧縮されたデータを受け、該圧縮されたデータを伸長し、伸長後のデータを処理して、前記物標の探知を行う手段を備えたホスト装置とから構成し、前記データ圧縮手段が、スペクトルの周波数軸上の隣接する信号強度の差分を求めることを特徴とする。
また、この発明のレーダシステムは、周波数変調した送信信号を送信するとともに、物標からの反射信号と送信信号の一部とのビート信号を生成する手段と、該ビート信号の信号強度に関するスペクトルを求める手段と、該スペクトルの冗長分を除去して、データ圧縮するデータ圧縮手段と、該圧縮されたデータを通信路へ伝送する手段と、を備えたレーダ装置と，前記通信路を介して前記圧縮されたデータを受け、該圧縮されたデータを伸長し、伸長後のデータを処理して、前記物標の探知を行う手段を備えたホスト装置とから構成し、所定角度範囲をフレーム単位として送信信号のビーム方位を繰り返し走査させる手段を備え、前記データ圧縮手段は、フレームの異なった同一方位方向のビームのビート信号についてのスペクトルの差分を求めることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明のレーダシステムは、前記データ圧縮手段が、スペクトルの周波数軸上の隣接する信号強度の差分を求めることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明のレーダシステムは、前記レーダ装置が、所定角度範囲をフレーム単位として送信信号のビーム方位を繰り返し走査させる手段を備え、前記データ圧縮手段は、フレームの異なった同一方位方向のビームのビート信号についてのスペクトルの差分を求めることを特徴とする。
【００１５】
また、この発明のレーダシステムは、前記差分をとる前の元の信号強度が第１のしきい値以下で、且つ差分値が第２のしきい値以下であるデータを０などの固有値に置換した後に符号化を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明のレーダシステムは、前記レーダ装置が、前記ビート信号のスペクトルに基づいて物標の探知データを求める手段と、その探知データまたは前記圧縮されたデータを通信路を介してホスト装置へ選択的に伝送する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態に係るレーダシステムの構成を各図を参照して順に説明する。
図１はレーダシステム全体の構成を示すブロック図である。図１において１００は、レーダセンサ１０と信号処理部２０とからなるレーダ装置である。ＢＵＳはバスラインであり、例えばＣＡＮ(Control Area Network)やデバイスネットなどのバスラインである。このバスラインには、レーダ装置１００以外の周辺装置１０１，１０２およびホスト装置１１０を接続している。ホスト装置１１０はバスラインＢＵＳに接続されているレーダ装置１００を含む複数の周辺装置との間で必要なデータ伝送を行い、車両制御部１１１を制御することによって車両の制御を行う。
【００１８】
図２は、図１に示したレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。ここで、１０はレーダセンサ、２０は信号処理部である。レーダセンサ１０は、レーダ測定用の電波を送受信し、送信波と受信波とのビート信号を信号処理部２０へ出力する。信号処理部２０の変調カウンタ２１は、マイクロプロセッサ２６からの制御により、カウント値を三角波状に変化させるカウンタである。Ｄ／Ａコンバータ２２は、変調カウンタ２１からの出力値をアナログ信号に変換して、レーダセンサ１０のＶＣＯ１１へ与える。その結果、ＶＣＯ１１は、上り変調区間と下り変調区間からなる三角波状に、発振信号をＦＭ変調する。
【００１９】
ＶＣＯ１１の発振信号は、アイソレータ１２、カプラ１３、サーキュレータ１４を介して１次放射器１５へ供給される。この１次放射器１５は、誘電体レンズ１６の焦点面または焦点面付近にあって、誘電体レンズ１６は、１次放射器１５から放射されるミリ波信号を鋭いビームとして送信する。車両などの物標からの反射波が誘電体レンズ１６を介して１次放射器１５へ入射されると、受信信号がサーキュレータ１４を介してミキサ１７へ導かれる。ミキサ１７は、この受信信号とカプラ１３からの送信信号の一部であるローカル信号とを入力して、その差の周波数信号であるビート信号を、中間周波信号として、信号処理部２０のＡ／Ｄコンバータ２３へ出力する。
【００２０】
Ａ／Ｄコンバータ２３は、これをデジタルデータに変換する。ＤＳＰ（デジタル信号処理装置）２４は、Ａ／Ｄコンバータ２３から入力したデータ列をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して、ビート信号のパワースペクトルを求める。また、そのパワースペクトルに含まれる、物標の反射に起因するパワーの突出した部分（以下単に「突出部」という。）を抽出し、上り変調区間と下り変調区間における突出部のピーク周波数のペアから、物標の相対位置および相対速度を検知する。通信インタフェース２５は、その検知した結果をホスト装置へ伝送する。
【００２１】
レーダセンサ１０内の１８で示す部分は、１次放射器１５を誘電体レンズ１６の焦点面内またはそれに平行な面内を平行移動させるスキャンユニットである。この１次放射器１５が設けられている可動部と固定部とで０ｄＢカプラを構成している。Ｍで示す部分は、その駆動用モータである。マイクロプロセッサ２６は、このモータＭを駆動制御することによって、ビームの走査を行う。
【００２２】
図３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。送信信号の上り変調区間における送信信号と受信信号との周波数差がアップビート周波数ｆBUであり、送信信号の下り変調区間における送信信号と受信信号との周波数差がダウンビート周波数ｆBDである。この送信信号と受信信号の三角波の時間軸上のずれ（時間差）が、アンテナから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プラシフト量であり、これはアンテナに対する物標の相対速度に起因して生じる。この時間差とドップラシフト量によっ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。すなわち、このアップビートとダウンビートの周波数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。
【００２３】
図４は、レーダの送受信ビームの方位と複数の物標との関係の例を示している。ここでＢｏは自車に搭載されたレーダの正面方向である。Ｂ+1，Ｂ+2・・・は、正面から右方向にビーム方位を変位させた時の各ビーム方位を示している。同様に，Ｂ-1，Ｂ-2・・・は、正面から左方向にビーム方位を変位させた時の各ビーム方位を示している。四角く表している物標ＯＢ１，ＯＢ２は、自車の前方に存在する他車である。矢印はそれらの走行方向を示している。
【００２４】
図５は方位の異なるビーム毎のパワースペクトル（以下、単に「スペクトル」と言う。）を示す図であり、横軸にビーム方位、縦軸に周波数をとって直角座標で表している。但し、各周波数での信号強度（以降に示す例ではパワー）は所定ビット数の値をとるが、図の煩雑化を避けるため、図５では強度の強い箇所のみを丸印で表している。なお、このようなビーム毎のスペクトルは、上り変調区間と下り変調区間についてそれぞれ求める。図５では、そのうちの一方についてのみ示している。
【００２５】
図６は、図５に示した２つの所定の隣接するビームについてのスペクトルと、その差について示している。ここで、（Ａ）は第ｎビームのスペクトル、（Ｂ）は第ｎ＋１ビームのスペクトルである。（Ｃ）はその両者のスペクトルの差分である。
【００２６】
一般に、探知すべき物標は複数のビーム本数に相当する方位角度範囲を占めているため、所定本数分のビームについて類似したスペクトルを示す。言い換えると、隣接するビームのスペクトル同士は相関が高いため、両者の差分値は０近傍の値を多くとることになる。従って、この差分値を例えばハフマン符号化法のようなエントロピー符号化法によりデータ圧縮する。
【００２７】
図７は、上記差分値を基にして、中間段階で更にデータ圧縮をする例を示している。ここで（Ａ）は、隣接する第ｎビームとｎ＋１ビームのスペクトルの差分である。（Ｂ）の破線は、その差分値に対して適用するしきい値（第２のしきい値）を示している。このしきい値を下回る差分値を０に置き換え（以下、「０置換」という。）た後に、上記ハフマン符号化法などのエントロピー符号化法によりデータ圧縮することによって、データの圧縮率を更に向上させることができる。
【００２８】
なお、差分をとる元データの値（パワー）が所定のしきい値（第１のしきい値）より大きいデータについては、上記の０置換は行わない。これによりノイズ成分のみを除去して、有効な情報を保存することができる。
【００２９】
図８は、所定ビーム方位のスペクトルを、周波数軸上で隣接するデータ間で差分を求める例について示している。図８の（Ａ）は第ｎビームのスペクトル、（Ｂ）は、そのスペクトルをＦＦＴレンジビンの番号をｊとした時、Ａ(j+1) −Ａ(j) という差分値を、ｊが０から最大値までについて順に求めた例である。
【００３０】
このように周波数軸上の隣接データ間で差分をとると、差分値の採りうる最大値が抑えられる。従って、この差分値をハフマン符号化法などのエントロピー符号化法により圧縮すれば、高い圧縮率でデータ圧縮を行うことができる。
【００３１】
図９は、上記差分値を基にして、中間段階で更にデータ圧縮をする例を示している。ここで（Ａ）は、周波数軸上で隣接するデータ間で順に差分（Ａ(j+1) −Ａ(j) ）を求めたもの。（Ｂ）の破線は、その差分値に対して適用するしきい値（第２のしきい値）を示している。このしきい値を下回る差分値を０置換した後に、上記ハフマン符号化法などのエントロピー符号化法によりデータ圧縮することによって、データの圧縮率を更に向上させることができる。
【００３２】
なお、差分をとる元データの値（パワー）が所定のしきい値（第１のしきい値）より大きいデータについては、上記の０置換は行わない。
【００３３】
図１０は、時間軸上で隣接する２つのフレームについての、各ビーム毎のスペクトルを示している。図４に示したように、所定ビーム方位の角度範囲で走査を行うが、その一回分の走査を１フレームとし、前回のフレームと今回のフレームとで、各ビーム毎にスペクトルの差分を求める。
【００３４】
図１１はその例について示している。（Ａ）は第ｍフレームの第ｎビームのスペクトル、（Ｂ）は第ｍ＋１フレームの第ｎビームのスペクトルをそれぞれ示している。（Ｃ）はその両者の差分である。
【００３５】
１フレームに掛かる時間程度の短い時間では、物標の相対位置または相対距離は、ある範囲内に収まるため、隣接するフレーム間での、同一方位のビームにおけるスペクトル同士の相関は高い。そのため、両者の差分は０近傍のデータとなる。従って、この差分値をハフマン符号化法などのエントロピー符号化法により符号化することによって、高い圧縮率でデータ圧縮を行うことができる。
【００３６】
図１２は、上記差分値を基にして、中間段階で更にデータ圧縮をする例を示している。ここで（Ａ）は、第ｍフレームの第ｎビームのスペクトルと第ｍ＋１フレームの第ｎビームのスペクトルとの差分である。（Ｂ）の破線は、その差分値に対して適用するしきい値（第２のしきい値）を示している。このしきい値を下回る差分値を０置換した後に、上記ハフマン符号化法などのエントロピー符号化法によりデータ圧縮することによって、データの圧縮率を更に向上させることができる。
【００３７】
なお、差分をとる元データの値（パワー）が所定のしきい値（第１のしきい値）より大きいデータについては、上記の０置換は行わない。これによりノイズ成分のみを除去して、有効な情報を保存することができる。
【００３８】
さて、以上に述べたデータ圧縮およびその伸長を行うレーダ装置とホスト装置での処理手順をフローチャートを基に説明する。
図１３〜図１５は、レーダ装置側の処理手順を示すフローチャートである。まず図１３に示すように、ホスト装置のデータ処理能力またはバスラインの許容されるデータ転送レート等に応じて、圧縮データを伝送するか、探知データを伝送するかの判定を行う。
【００３９】
図１４は圧縮データ伝送処理の手順を示すフローチャートである。まず、ビーム方位の初期化を行う（ｓ１）。例えばビーム方位を走査範囲の一方の端に向くようにスキャンユニットのモータを駆動する。その後、ビート信号を取得し、ＦＦＴ演算を行う（ｓ２→ｓ３）。その後、上述したいくつかの圧縮法のうち、所定の圧縮法により、またはそれらを組み合わせた圧縮法によりデータ圧縮を行い一時保存する（ｓ４）。このステップｓ２〜ｓ４の処理を、ビーム方位を順次変化させると共に繰り返し実行する（ｓ５→ｓ６→ｓ２→・・・）。走査範囲の端まで達すると、すなわち１フレーム分の圧縮データが求まると、そのデータをバスラインを介してホスト装置へ伝送する（ｓ７）。その後、再びビーム方位を初期化し、以降同様の処理を繰り返す（ｓ７→ｓ１→・・・）。
【００４０】
図１５は、レーダ装置側で探知処理も行う場合についてのフローチャートである。まず、ビーム方位の初期化を行い、ビート信号を取得し、ＦＦＴ演算を行う（ｓ１１→ｓ１２→ｓ１３）。その後、ＦＦＴにより求められたスペクトルからパワーの突出部を検出し、そのピーク周波数におけるパワーを抽出する（ｓ１４）。
【００４１】
上記ステップｓ１２〜ｓ１４の処理を、ビーム方位を変化させると共に繰り返し実行する（ｓ１５→ｓ１６→ｓ１２→・・）。
【００４２】
１フレーム分のビーム走査を完了した後、ビームの方位方向に広がる、各ビーム毎に抽出した突出部のうち、同一物標に起因して生じたものと見なせる突出部同士をグループ化し、各グループの代表信号強度を求める（ｓ１７）。その後、上り変調区間と下り変調区間における、同一物標に起因すると見なせるグループ同士のペアリングを行う（ｓ１８）。そして、ペアとなるグループの代表方位および代表ビート周波数からその物標の方位相対速度および相対距離を算出する（ｓ１９）。そして、１フレーム分について求めた各物標毎の方位、相対速度、相対距離をバスラインを介してホスト装置へ転送する（ｓ２０）。
以上の処理をフレームごとに繰り返す（ｓ２０→ｓ１１→・・・）。
【００４３】
図１６はホスト装置側の処理手順を示すフローチャートである。
まず、バスラインを介してレーダ装置から圧縮データまたは探知データを受信する（ｓ３１）。圧縮データを受信した場合には、その圧縮化手法とは逆の方法でデータ伸長を行い、１フレーム分について各ビーム毎のスペクトルデータを再生する（ｓ３３）。その後、処理すべきビームの方位データを初期化し、そのビームについて、再生したスペクトルを読み出し、そのスペクトル上の突出部を検出する（ｓ３４→ｓ３５→ｓ３６）。ステップｓ３５，ｓ３６の処理を各ビームについて順に実行する（ｓ３７→ｓ３８→ｓ３５→・・・）。
【００４４】
その後、前述した方法と同様にしてグルーピングを行い、各グループの信号強度を抽出し、ペアリングを行う（ｓ３９→ｓ４０）。そして各物標の方位、相対速度、相対距離を求め、それに応じて車両制御処理を行う（ｓ４１→ｓ４２）。
【００４５】
以上の処理を、レーダ装置からデータを受信する毎に繰り返し行う。
なお、受信データが、レーダ装置側で既に求められた探知データであれば、その探知データ（各物標の方位、相対速度、相対距離）に基づいて車両制御処理を行う（ｓ３２→ｓ４２）。
【００４６】
【発明の効果】
この発明によれば、ビート信号のスペクトルに含まれる冗長分を除去してデータ圧縮を行い、その圧縮データをバスラインなどの通信路を介してホスト装置へ伝送するようにしたので、情報量を低下させることなく、帯域幅の狭い通信路を介して探知のためのデータをホスト装置へ伝送できるようになる。
【００４７】
また、この発明によれば、方位方向に隣接するビームのビート信号についてスペクトルの差分を求めるようにしたことにより、または、ビート信号のスペクトルの周波数軸上の隣接するデータ間で差分を求めるようにしたことにより、少なくともビーム１本分のスペクトルデータを一時記憶するだけで差分が求められるので、データ圧縮のために大容量のメモリを必要としない。そのため、大容量のメモリを必要とせずコストアップになることも無い。さらに、周波数分解能が低下することも無い。
【００４８】
また、この発明によれば、ビームの走査範囲であるフレームを単位として時間軸上の隣接フレーム間でスペクトルの差分を求めるようにしたことにより、同一方位の時間軸上の相関度の高い物標について効率よくデータ圧縮を行えるようになる。
【００４９】
また、この発明によれば、ビート信号のスペクトルに含まれるランダム性ノイズ成分を除去してデータ圧縮を行うようにしたことにより、情報量を低下させることなく、しかもノイズ成分の影響を受けずに物標の探知処理を確実に行えるようになる。
【００５０】
また、この発明によれば、前記ランダム性ノイズ成分の除去を、差分をとる前の元のデータが所定のしきい値以下で、且つ差分値が所定のしきい値以下であるデータのみを０などの固有値に置換するようにしたことにより、物標からの反射波に起因して生じた信号成分が除去されること無く、確実に物標の探知を行えるようになる。
【００５１】
また、この発明によれば、条件によってレーダ装置側で物標の探知までを行えるようにし、その探知データまたは圧縮データのいずれかを選択的にホスト装置へ伝送できるようにしたことにより、伝送路の帯域や、ホスト装置の処理能力などに応じて、より適切なデータを伝送できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーダシステム全体の構成を示すブロック図
【図２】レーダ装置の構成を示すブロック図
【図３】物標の相対距離および相対速度により変化する送信信号と受信信号の周波数変化の例を示す図
【図４】ビームの走査による探知範囲を示す図
【図５】ビーム方位毎のスペクトルの例を示す図
【図６】隣接ビーム間で差分をとる例を示す図
【図７】ランダム性ノイズ成分を除去する例を示す図
【図８】スペクトルの周波数軸上に隣接するデータ間で差分をとる例を 示す図
【図９】ランダム性ノイズ成分を除去する例を示す図
【図１０】時間軸上の隣接フレームのビーム方位毎のスペクトルの例を示す図
【図１１】隣接フレーム間で差分とる例を示す図
【図１２】ランダム性ノイズ成分を除去する例を示す図
【図１３】レーダ装置側の処理手順を示すフローチャート
【図１４】レーダ装置側の圧縮データ伝送処理の手順を示すフローチャート
【図１５】レーダ装置側の探知データ伝送処理の手順を示すフローチャート
【図１６】ホスト装置側の処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１１−ＶＣＯ
１２−アイソレータ
１３−カップラ
１４−サーキュレータ
１５−一次放射器
１６−誘電体レンズ
１７−ミキサ
１８−スキャンユニット
１００−レーダ装置
ＢＵＳ−バス
【発明の属する技術分野】
この発明は、探知すべき物標に対する電波の送受信を行うレーダ装置を備えたレーダシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車などの車載機器用に、ＣＡＮなどのバス規格が提唱されており、車載用レーダについても、このようなバスに接続することが望まれている。しかしながら、このような汎用性を持たせたバスには、レーダ以外に様々な機器が接続され得るために、レーダがそのバスを専有する割合はできる限り小さくする必要がある。例えば所定の方位角度範囲についてビームの走査を行い、その全領域に亘るレーダセンサのデータをそのまま全て転送するようなことは、バスの帯域の制限上不可能である。
【０００３】
そこで、伝送すべきデータ量を削減することを目的として、次のようなレーダ装置が提案されている。
【０００４】
▲１▼特開平９−１３３７６５、▲２▼特許２５４６０１０、▲３▼特許２５９１２４４、▲４▼特許２７６６１６６。
【０００５】
▲１▼のレーダ装置は、ＦＭＣＷレーダで、ＡＤ変換されたビート信号にデジタルフィルタを施した後、データを間引く。
【０００６】
▲２▼のレーダ装置は、非等間隔でサンプリングしたレーダビデオ信号を等間隔で読み出すことによってレーダビデオ信号を圧縮する。
【０００７】
▲３▼のレーダ装置は、所定パターンを原信号から減算し、データをしきい値で分けて多重化する。
【０００８】
▲４▼のレーダ装置は、時間軸方向の平均値にオフセットを加えたしきい値でデータを分け、しきい値以下のクラッタデータを時間軸方向に圧縮する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、▲１▼のレーダ装置では、ビート信号の高周波成分がなくなるため、遠方に存在する物標に関する情報が得られない。▲２▼のレーダ装置では、サンプリング間隔の粗い領域（遠方領域）の分解能が劣化してしまう。▲３▼，▲４▼のレーダ装置では、時間軸方向（距離方向）のみの圧縮であるため、高いデータ圧縮率が期待できない。
【００１０】
この発明の目的は、上述の各種問題を解消して、必要な情報を含むデータを、少ないデータ量で伝送できるようにし、帯域幅の限られたバスを介してレーダ装置からホスト装置へデータ伝送を行えるようにしたレーダシステムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明のレーダシステムは、周波数変調した送信信号を送信するとともに、物標からの反射信号と送信信号の一部とのビート信号を生成する手段と、該ビート信号の信号強度に関するスペクトルを求める手段と、該スペクトルの冗長分を除去して、データ圧縮するデータ圧縮手段と、該圧縮されたデータを通信路へ伝送する手段と、を備えたレーダ装置と，前記通信路を介して前記圧縮されたデータを受け、該圧縮されたデータを伸長し、伸長後のデータを処理して、前記物標の探知を行う手段を備えたホスト装置とから構成し、前記レーダ装置が送信信号のビーム方位を所定角度範囲で走査させる手段を備え、前記データ圧縮手段は、方位方向に互いに隣接するビームのビート信号についてのスペクトルの差分を求めることを特徴とする。
また，この発明のレーダシステムは、周波数変調した送信信号を送信するとともに、物標からの反射信号と送信信号の一部とのビート信号を生成する手段と、該ビート信号の信号強度に関するスペクトルを求める手段と、該スペクトルの冗長分を除去して、データ圧縮するデータ圧縮手段と、該圧縮されたデータを通信路へ伝送する手段と、を備えたレーダ装置と，前記通信路を介して前記圧縮されたデータを受け、該圧縮されたデータを伸長し、伸長後のデータを処理して、前記物標の探知を行う手段を備えたホスト装置とから構成し、前記データ圧縮手段が、スペクトルの周波数軸上の隣接する信号強度の差分を求めることを特徴とする。
また、この発明のレーダシステムは、周波数変調した送信信号を送信するとともに、物標からの反射信号と送信信号の一部とのビート信号を生成する手段と、該ビート信号の信号強度に関するスペクトルを求める手段と、該スペクトルの冗長分を除去して、データ圧縮するデータ圧縮手段と、該圧縮されたデータを通信路へ伝送する手段と、を備えたレーダ装置と，前記通信路を介して前記圧縮されたデータを受け、該圧縮されたデータを伸長し、伸長後のデータを処理して、前記物標の探知を行う手段を備えたホスト装置とから構成し、所定角度範囲をフレーム単位として送信信号のビーム方位を繰り返し走査させる手段を備え、前記データ圧縮手段は、フレームの異なった同一方位方向のビームのビート信号についてのスペクトルの差分を求めることを特徴とする。
【００１３】
また、この発明のレーダシステムは、前記データ圧縮手段が、スペクトルの周波数軸上の隣接する信号強度の差分を求めることを特徴とする。
【００１４】
また、この発明のレーダシステムは、前記レーダ装置が、所定角度範囲をフレーム単位として送信信号のビーム方位を繰り返し走査させる手段を備え、前記データ圧縮手段は、フレームの異なった同一方位方向のビームのビート信号についてのスペクトルの差分を求めることを特徴とする。
【００１５】
また、この発明のレーダシステムは、前記差分をとる前の元の信号強度が第１のしきい値以下で、且つ差分値が第２のしきい値以下であるデータを０などの固有値に置換した後に符号化を行うことを特徴とする。
【００１６】
また、この発明のレーダシステムは、前記レーダ装置が、前記ビート信号のスペクトルに基づいて物標の探知データを求める手段と、その探知データまたは前記圧縮されたデータを通信路を介してホスト装置へ選択的に伝送する手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態に係るレーダシステムの構成を各図を参照して順に説明する。
図１はレーダシステム全体の構成を示すブロック図である。図１において１００は、レーダセンサ１０と信号処理部２０とからなるレーダ装置である。ＢＵＳはバスラインであり、例えばＣＡＮ(Control Area Network)やデバイスネットなどのバスラインである。このバスラインには、レーダ装置１００以外の周辺装置１０１，１０２およびホスト装置１１０を接続している。ホスト装置１１０はバスラインＢＵＳに接続されているレーダ装置１００を含む複数の周辺装置との間で必要なデータ伝送を行い、車両制御部１１１を制御することによって車両の制御を行う。
【００１８】
図２は、図１に示したレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。ここで、１０はレーダセンサ、２０は信号処理部である。レーダセンサ１０は、レーダ測定用の電波を送受信し、送信波と受信波とのビート信号を信号処理部２０へ出力する。信号処理部２０の変調カウンタ２１は、マイクロプロセッサ２６からの制御により、カウント値を三角波状に変化させるカウンタである。Ｄ／Ａコンバータ２２は、変調カウンタ２１からの出力値をアナログ信号に変換して、レーダセンサ１０のＶＣＯ１１へ与える。その結果、ＶＣＯ１１は、上り変調区間と下り変調区間からなる三角波状に、発振信号をＦＭ変調する。
【００１９】
ＶＣＯ１１の発振信号は、アイソレータ１２、カプラ１３、サーキュレータ１４を介して１次放射器１５へ供給される。この１次放射器１５は、誘電体レンズ１６の焦点面または焦点面付近にあって、誘電体レンズ１６は、１次放射器１５から放射されるミリ波信号を鋭いビームとして送信する。車両などの物標からの反射波が誘電体レンズ１６を介して１次放射器１５へ入射されると、受信信号がサーキュレータ１４を介してミキサ１７へ導かれる。ミキサ１７は、この受信信号とカプラ１３からの送信信号の一部であるローカル信号とを入力して、その差の周波数信号であるビート信号を、中間周波信号として、信号処理部２０のＡ／Ｄコンバータ２３へ出力する。
【００２０】
Ａ／Ｄコンバータ２３は、これをデジタルデータに変換する。ＤＳＰ（デジタル信号処理装置）２４は、Ａ／Ｄコンバータ２３から入力したデータ列をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して、ビート信号のパワースペクトルを求める。また、そのパワースペクトルに含まれる、物標の反射に起因するパワーの突出した部分（以下単に「突出部」という。）を抽出し、上り変調区間と下り変調区間における突出部のピーク周波数のペアから、物標の相対位置および相対速度を検知する。通信インタフェース２５は、その検知した結果をホスト装置へ伝送する。
【００２１】
レーダセンサ１０内の１８で示す部分は、１次放射器１５を誘電体レンズ１６の焦点面内またはそれに平行な面内を平行移動させるスキャンユニットである。この１次放射器１５が設けられている可動部と固定部とで０ｄＢカプラを構成している。Ｍで示す部分は、その駆動用モータである。マイクロプロセッサ２６は、このモータＭを駆動制御することによって、ビームの走査を行う。
【００２２】
図３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。送信信号の上り変調区間における送信信号と受信信号との周波数差がアップビート周波数ｆBUであり、送信信号の下り変調区間における送信信号と受信信号との周波数差がダウンビート周波数ｆBDである。この送信信号と受信信号の三角波の時間軸上のずれ（時間差）が、アンテナから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プラシフト量であり、これはアンテナに対する物標の相対速度に起因して生じる。この時間差とドップラシフト量によっ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。すなわち、このアップビートとダウンビートの周波数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。
【００２３】
図４は、レーダの送受信ビームの方位と複数の物標との関係の例を示している。ここでＢｏは自車に搭載されたレーダの正面方向である。Ｂ+1，Ｂ+2・・・は、正面から右方向にビーム方位を変位させた時の各ビーム方位を示している。同様に，Ｂ-1，Ｂ-2・・・は、正面から左方向にビーム方位を変位させた時の各ビーム方位を示している。四角く表している物標ＯＢ１，ＯＢ２は、自車の前方に存在する他車である。矢印はそれらの走行方向を示している。
【００２４】
図５は方位の異なるビーム毎のパワースペクトル（以下、単に「スペクトル」と言う。）を示す図であり、横軸にビーム方位、縦軸に周波数をとって直角座標で表している。但し、各周波数での信号強度（以降に示す例ではパワー）は所定ビット数の値をとるが、図の煩雑化を避けるため、図５では強度の強い箇所のみを丸印で表している。なお、このようなビーム毎のスペクトルは、上り変調区間と下り変調区間についてそれぞれ求める。図５では、そのうちの一方についてのみ示している。
【００２５】
図６は、図５に示した２つの所定の隣接するビームについてのスペクトルと、その差について示している。ここで、（Ａ）は第ｎビームのスペクトル、（Ｂ）は第ｎ＋１ビームのスペクトルである。（Ｃ）はその両者のスペクトルの差分である。
【００２６】
一般に、探知すべき物標は複数のビーム本数に相当する方位角度範囲を占めているため、所定本数分のビームについて類似したスペクトルを示す。言い換えると、隣接するビームのスペクトル同士は相関が高いため、両者の差分値は０近傍の値を多くとることになる。従って、この差分値を例えばハフマン符号化法のようなエントロピー符号化法によりデータ圧縮する。
【００２７】
図７は、上記差分値を基にして、中間段階で更にデータ圧縮をする例を示している。ここで（Ａ）は、隣接する第ｎビームとｎ＋１ビームのスペクトルの差分である。（Ｂ）の破線は、その差分値に対して適用するしきい値（第２のしきい値）を示している。このしきい値を下回る差分値を０に置き換え（以下、「０置換」という。）た後に、上記ハフマン符号化法などのエントロピー符号化法によりデータ圧縮することによって、データの圧縮率を更に向上させることができる。
【００２８】
なお、差分をとる元データの値（パワー）が所定のしきい値（第１のしきい値）より大きいデータについては、上記の０置換は行わない。これによりノイズ成分のみを除去して、有効な情報を保存することができる。
【００２９】
図８は、所定ビーム方位のスペクトルを、周波数軸上で隣接するデータ間で差分を求める例について示している。図８の（Ａ）は第ｎビームのスペクトル、（Ｂ）は、そのスペクトルをＦＦＴレンジビンの番号をｊとした時、Ａ(j+1) −Ａ(j) という差分値を、ｊが０から最大値までについて順に求めた例である。
【００３０】
このように周波数軸上の隣接データ間で差分をとると、差分値の採りうる最大値が抑えられる。従って、この差分値をハフマン符号化法などのエントロピー符号化法により圧縮すれば、高い圧縮率でデータ圧縮を行うことができる。
【００３１】
図９は、上記差分値を基にして、中間段階で更にデータ圧縮をする例を示している。ここで（Ａ）は、周波数軸上で隣接するデータ間で順に差分（Ａ(j+1) −Ａ(j) ）を求めたもの。（Ｂ）の破線は、その差分値に対して適用するしきい値（第２のしきい値）を示している。このしきい値を下回る差分値を０置換した後に、上記ハフマン符号化法などのエントロピー符号化法によりデータ圧縮することによって、データの圧縮率を更に向上させることができる。
【００３２】
なお、差分をとる元データの値（パワー）が所定のしきい値（第１のしきい値）より大きいデータについては、上記の０置換は行わない。
【００３３】
図１０は、時間軸上で隣接する２つのフレームについての、各ビーム毎のスペクトルを示している。図４に示したように、所定ビーム方位の角度範囲で走査を行うが、その一回分の走査を１フレームとし、前回のフレームと今回のフレームとで、各ビーム毎にスペクトルの差分を求める。
【００３４】
図１１はその例について示している。（Ａ）は第ｍフレームの第ｎビームのスペクトル、（Ｂ）は第ｍ＋１フレームの第ｎビームのスペクトルをそれぞれ示している。（Ｃ）はその両者の差分である。
【００３５】
１フレームに掛かる時間程度の短い時間では、物標の相対位置または相対距離は、ある範囲内に収まるため、隣接するフレーム間での、同一方位のビームにおけるスペクトル同士の相関は高い。そのため、両者の差分は０近傍のデータとなる。従って、この差分値をハフマン符号化法などのエントロピー符号化法により符号化することによって、高い圧縮率でデータ圧縮を行うことができる。
【００３６】
図１２は、上記差分値を基にして、中間段階で更にデータ圧縮をする例を示している。ここで（Ａ）は、第ｍフレームの第ｎビームのスペクトルと第ｍ＋１フレームの第ｎビームのスペクトルとの差分である。（Ｂ）の破線は、その差分値に対して適用するしきい値（第２のしきい値）を示している。このしきい値を下回る差分値を０置換した後に、上記ハフマン符号化法などのエントロピー符号化法によりデータ圧縮することによって、データの圧縮率を更に向上させることができる。
【００３７】
なお、差分をとる元データの値（パワー）が所定のしきい値（第１のしきい値）より大きいデータについては、上記の０置換は行わない。これによりノイズ成分のみを除去して、有効な情報を保存することができる。
【００３８】
さて、以上に述べたデータ圧縮およびその伸長を行うレーダ装置とホスト装置での処理手順をフローチャートを基に説明する。
図１３〜図１５は、レーダ装置側の処理手順を示すフローチャートである。まず図１３に示すように、ホスト装置のデータ処理能力またはバスラインの許容されるデータ転送レート等に応じて、圧縮データを伝送するか、探知データを伝送するかの判定を行う。
【００３９】
図１４は圧縮データ伝送処理の手順を示すフローチャートである。まず、ビーム方位の初期化を行う（ｓ１）。例えばビーム方位を走査範囲の一方の端に向くようにスキャンユニットのモータを駆動する。その後、ビート信号を取得し、ＦＦＴ演算を行う（ｓ２→ｓ３）。その後、上述したいくつかの圧縮法のうち、所定の圧縮法により、またはそれらを組み合わせた圧縮法によりデータ圧縮を行い一時保存する（ｓ４）。このステップｓ２〜ｓ４の処理を、ビーム方位を順次変化させると共に繰り返し実行する（ｓ５→ｓ６→ｓ２→・・・）。走査範囲の端まで達すると、すなわち１フレーム分の圧縮データが求まると、そのデータをバスラインを介してホスト装置へ伝送する（ｓ７）。その後、再びビーム方位を初期化し、以降同様の処理を繰り返す（ｓ７→ｓ１→・・・）。
【００４０】
図１５は、レーダ装置側で探知処理も行う場合についてのフローチャートである。まず、ビーム方位の初期化を行い、ビート信号を取得し、ＦＦＴ演算を行う（ｓ１１→ｓ１２→ｓ１３）。その後、ＦＦＴにより求められたスペクトルからパワーの突出部を検出し、そのピーク周波数におけるパワーを抽出する（ｓ１４）。
【００４１】
上記ステップｓ１２〜ｓ１４の処理を、ビーム方位を変化させると共に繰り返し実行する（ｓ１５→ｓ１６→ｓ１２→・・）。
【００４２】
１フレーム分のビーム走査を完了した後、ビームの方位方向に広がる、各ビーム毎に抽出した突出部のうち、同一物標に起因して生じたものと見なせる突出部同士をグループ化し、各グループの代表信号強度を求める（ｓ１７）。その後、上り変調区間と下り変調区間における、同一物標に起因すると見なせるグループ同士のペアリングを行う（ｓ１８）。そして、ペアとなるグループの代表方位および代表ビート周波数からその物標の方位相対速度および相対距離を算出する（ｓ１９）。そして、１フレーム分について求めた各物標毎の方位、相対速度、相対距離をバスラインを介してホスト装置へ転送する（ｓ２０）。
以上の処理をフレームごとに繰り返す（ｓ２０→ｓ１１→・・・）。
【００４３】
図１６はホスト装置側の処理手順を示すフローチャートである。
まず、バスラインを介してレーダ装置から圧縮データまたは探知データを受信する（ｓ３１）。圧縮データを受信した場合には、その圧縮化手法とは逆の方法でデータ伸長を行い、１フレーム分について各ビーム毎のスペクトルデータを再生する（ｓ３３）。その後、処理すべきビームの方位データを初期化し、そのビームについて、再生したスペクトルを読み出し、そのスペクトル上の突出部を検出する（ｓ３４→ｓ３５→ｓ３６）。ステップｓ３５，ｓ３６の処理を各ビームについて順に実行する（ｓ３７→ｓ３８→ｓ３５→・・・）。
【００４４】
その後、前述した方法と同様にしてグルーピングを行い、各グループの信号強度を抽出し、ペアリングを行う（ｓ３９→ｓ４０）。そして各物標の方位、相対速度、相対距離を求め、それに応じて車両制御処理を行う（ｓ４１→ｓ４２）。
【００４５】
以上の処理を、レーダ装置からデータを受信する毎に繰り返し行う。
なお、受信データが、レーダ装置側で既に求められた探知データであれば、その探知データ（各物標の方位、相対速度、相対距離）に基づいて車両制御処理を行う（ｓ３２→ｓ４２）。
【００４６】
【発明の効果】
この発明によれば、ビート信号のスペクトルに含まれる冗長分を除去してデータ圧縮を行い、その圧縮データをバスラインなどの通信路を介してホスト装置へ伝送するようにしたので、情報量を低下させることなく、帯域幅の狭い通信路を介して探知のためのデータをホスト装置へ伝送できるようになる。
【００４７】
また、この発明によれば、方位方向に隣接するビームのビート信号についてスペクトルの差分を求めるようにしたことにより、または、ビート信号のスペクトルの周波数軸上の隣接するデータ間で差分を求めるようにしたことにより、少なくともビーム１本分のスペクトルデータを一時記憶するだけで差分が求められるので、データ圧縮のために大容量のメモリを必要としない。そのため、大容量のメモリを必要とせずコストアップになることも無い。さらに、周波数分解能が低下することも無い。
【００４８】
また、この発明によれば、ビームの走査範囲であるフレームを単位として時間軸上の隣接フレーム間でスペクトルの差分を求めるようにしたことにより、同一方位の時間軸上の相関度の高い物標について効率よくデータ圧縮を行えるようになる。
【００４９】
また、この発明によれば、ビート信号のスペクトルに含まれるランダム性ノイズ成分を除去してデータ圧縮を行うようにしたことにより、情報量を低下させることなく、しかもノイズ成分の影響を受けずに物標の探知処理を確実に行えるようになる。
【００５０】
また、この発明によれば、前記ランダム性ノイズ成分の除去を、差分をとる前の元のデータが所定のしきい値以下で、且つ差分値が所定のしきい値以下であるデータのみを０などの固有値に置換するようにしたことにより、物標からの反射波に起因して生じた信号成分が除去されること無く、確実に物標の探知を行えるようになる。
【００５１】
また、この発明によれば、条件によってレーダ装置側で物標の探知までを行えるようにし、その探知データまたは圧縮データのいずれかを選択的にホスト装置へ伝送できるようにしたことにより、伝送路の帯域や、ホスト装置の処理能力などに応じて、より適切なデータを伝送できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーダシステム全体の構成を示すブロック図
【図２】レーダ装置の構成を示すブロック図
【図３】物標の相対距離および相対速度により変化する送信信号と受信信号の周波数変化の例を示す図
【図４】ビームの走査による探知範囲を示す図
【図５】ビーム方位毎のスペクトルの例を示す図
【図６】隣接ビーム間で差分をとる例を示す図
【図７】ランダム性ノイズ成分を除去する例を示す図
【図８】スペクトルの周波数軸上に隣接するデータ間で差分をとる例を 示す図
【図９】ランダム性ノイズ成分を除去する例を示す図
【図１０】時間軸上の隣接フレームのビーム方位毎のスペクトルの例を示す図
【図１１】隣接フレーム間で差分とる例を示す図
【図１２】ランダム性ノイズ成分を除去する例を示す図
【図１３】レーダ装置側の処理手順を示すフローチャート
【図１４】レーダ装置側の圧縮データ伝送処理の手順を示すフローチャート
【図１５】レーダ装置側の探知データ伝送処理の手順を示すフローチャート
【図１６】ホスト装置側の処理手順を示すフローチャート
【符号の説明】
１１−ＶＣＯ
１２−アイソレータ
１３−カップラ
１４−サーキュレータ
１５−一次放射器
１６−誘電体レンズ
１７−ミキサ
１８−スキャンユニット
１００−レーダ装置
ＢＵＳ−バス
Claims (8)
- 周波数変調した送信信号を送信するとともに、物標からの反射信号と送信信号の一部とのビート信号を生成する手段と、該ビート信号の信号強度に関するスペクトルを求める手段と、該スペクトルの冗長分を除去して、データ圧縮するデータ圧縮手段と、該圧縮されたデータを通信路へ伝送する手段と、を備えたレーダ装置と、
前記通信路を介して前記圧縮されたデータを受け、該圧縮されたデータを伸長し、伸長後のデータを処理して、前記物標の探知を行う手段を備えたホスト装置と、からなるレーダシステムであって、
前記レーダ装置は、前記送信信号のビーム方位を所定角度範囲で走査させる手段を備え、前記データ圧縮手段は、方位方向に互いに隣接するビームのビート信号についての前記スペクトルの差分を求めることを特徴とするレーダシステム。 - 周波数変調した送信信号を送信するとともに、物標からの反射信号と送信信号の一部とのビート信号を生成する手段と、該ビート信号の信号強度に関するスペクトルを求める手段と、該スペクトルの冗長分を除去して、データ圧縮するデータ圧縮手段と、該圧縮されたデータを通信路へ伝送する手段と、を備えたレーダ装置と、
前記通信路を介して前記圧縮されたデータを受け、該圧縮されたデータを伸長し、伸長後のデータを処理して、前記物標の探知を行う手段を備えたホスト装置と、からなるレーダシステムであって、
前記データ圧縮手段は、前記スペクトルの周波数軸上の隣接する信号強度の差分を求めることを特徴とするレーダシステム。 - 周波数変調した送信信号を送信するとともに、物標からの反射信号と送信信号の一部とのビート信号を生成する手段と、該ビート信号の信号強度に関するスペクトルを求める手段と、該スペクトルの冗長分を除去して、データ圧縮するデータ圧縮手段と、該圧縮されたデータを通信路へ伝送する手段と、を備えたレーダ装置と、
前記通信路を介して前記圧縮されたデータを受け、該圧縮されたデータを伸長し、伸長後のデータを処理して、前記物標の探知を行う手段を備えたホスト装置と、からなるレーダシステムであって、
前記レーダ装置は、所定角度範囲をフレーム単位として、前記送信信号のビーム方位を繰り返し走査させる手段を備え、前記データ圧縮手段は、フレームの異なった同一方位方向のビームのビート信号についての前記スペクトルの差分を求めることを特徴とするレーダシステム。 - 前記データ圧縮手段は、前記スペクトルの周波数軸上の隣接する信号強度の差分を求めることを特徴とする請求項１に記載のレーダシステム。
- 前記レーダ装置は、所定角度範囲をフレーム単位として、前記送信信号のビーム方位を繰り返し走査させる手段を備え、前記データ圧縮手段は、フレームの異なった同一方位方向のビームのビート信号についての前記スペクトルの差分を求めることを特徴とする請求項１または２または４のいずれか 1 項に記載のレーダシステム。
- 前記データ圧縮手段は、前記スペクトルに含まれるランダム性ノイズ成分をさらに除去して、データを圧縮する請求項１〜５のいずれか 1 項に記載のレーダシステム。
- 前記ランダム性ノイズ成分の除去は、前記差分をとる前の元の信号強度が第１のしきい値以下で、且つ差分値が第２のしきい値以下となるデータを固有値に置換することにより行う、請求項６に記載のレーダシステム。
- 前記レーダ装置は、前記スペクトルに基づいて前記物標の探知データを求める手段と、該探知データまたは前記圧縮されたデータを前記通信路を介して、前記ホスト装置へ選択的に伝送する手段とを備えた請求項１〜７のいずれか１項に記載のレーダシステム。
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