JP4093885B2 - 異常検出機能を備えたレーダ装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常検出機能を備えたレーダ装置、特に、雑音ピークの検出機能を備えたＦＭ−ＣＷレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭ−ＣＷレーダでは、上り傾斜の区間と下り傾斜の区間からなる三角波が繰り返す変調信号で周波数変調された送信波を前方へ放射し、ターゲットからの反射波と送信波の一部とでビート信号を生成する。下り傾斜区間におけるビート信号の周波数をｆb （下）、上り傾斜区間におけるビート信号の周波数をｆb （上）とすると、ターゲットとの距離に起因するビート周波数ｆr とターゲットの相対速度に起因するビート周波数ｆd は
ｆr ＝（ｆb （下）＋ｆb （上））／２ （１）
ｆd ＝（ｆb （下）−ｆb （上））／２ （２）
により算出される。これらからさらに、ターゲットの距離Ｒとターゲットの相対速度Ｖは、
Ｒ＝ｃ・ｆr ・Ｔ／４ΔＦ （３）
Ｖ＝ｃ・ｆd ／２ｆo （４）
（ただし、ｃ：光速；Ｔ：三角波の周期；ΔＦ：周波数変調幅（周波数偏移幅）；ｆo ：中心周波数）
で計算することができる。したがって、ビート信号をフーリエ変換することによる周波数ドメイン上のビート信号のスペクトルに現われるピークから各ターゲットに対応するｆb （下）およびｆb （上）の値を決定し、（１）〜（４）式により、ターゲットとの距離および相対速度が決定される。
【０００３】
ＦＭ−ＣＷレーダでは、発振器、ミキサなどの素子の出力もしくは入出力特性に周波数特性（周波数依存性）があると、送信波のＦＭ変調により送信波やローカル信号はＡＭ変調されることになり、ＦＭ−ＡＭ変換雑音が発生する。このＦＭ−ＡＭ変換雑音がビート信号に含まれると、そのフーリエ変換結果に前述のｆb （下）、ｆb （上）に相当するピークと共に雑音ピークとして現われ、信号検出精度を低下させたり、誤認識の原因となったりする。したがって、何らかの手段によりこのＦＭ−ＡＭ変換雑音による雑音ピークをはじめとする雑音ピークを検出する必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の目的は、雑音ピークの検出機能を備えたレーダ装置を安価に提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１のレーダ装置は、周波数変調された送信波とその反射波のビート信号のフーリエ変換結果に現われるピークを解析することによって物標との距離および相対速度を計測する計測手段と、電気的もしくは機械的にビーム方向を走査する手段と、ビーム方向が走査される間のフーリエ変換結果の変化に基づき、雑音ピークを識別する手段とを具備する。
【０００６】
本発明の第２のレーダ装置は、周波数変調された送信波とその反射波のビート信号のフーリエ変換結果に現われるピークを解析することによって物標との距離および相対速度を計測する計測手段と、送信波の周波数変調を実質的に停止する手段と、周波数変調が実質的に停止されている間に所定の閾値よりも高い周波数の位置に出現するピークを雑音ピークと識別する手段とを具備する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係る異常検出機能を備えたＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示す。
【０００８】
図１において、変調信号発生器１０はＣＰＵ１２からの指令により、上り傾斜の区間と下り傾斜の区間からなる三角波が繰り返す変調信号を発生する。電圧制御発振器１４はこの三角波で周波数変調された連続信号からなる送信波を生成する。電圧制御発振器１４の出力の一部は分岐手段１６において分岐されて受信側へ供給され、大部分はアンテナ１８から前方へ放射される。前方に存在するターゲットで反射された反射波がアンテナ２０で受信され、ミキサ２２において送信波の一部と混合されてビート信号が生成される。ミキサ２２において生成されたビート信号はアンプ２４で増幅され、フィルタ２６で不要成分が除去され、Ａ／Ｄ変換器２８でディジタル信号に変換された後、ＣＰＵ１２へ供給される。ＣＰＵ１２ではディジタル化されたビート信号に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の演算を施して周波数ドメインに変換した後、例えば前述の式（１）〜（４）に従って、各ターゲットとの距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出する。
【０００９】
車載用のＦＭ−ＣＷレーダでは、図２に示すようにスイッチ３０と３２で送信アンテナ１８と受信アンテナ２０の方向を電子的に走査するかまたはモータを使って機械的に走査することによってターゲットの横位置Ｘ（＝Ｒｓｉｎθ）を決定できるものがある。
【００１０】
この場合に、図３に示すように、ターゲットからの反射による正常なピークでは、角度θを走査するとともにターゲットの方向で最大となり、その前後で減少する、特有のパターンを呈する。一方、ＦＭ−ＡＭ変換雑音などを原因とする雑音ピークでは、図４に示すように、ピークのレベルは角度θによらずほぼ一定値となる。そこで、閾値を図に示すように定め、角度θを走査したときに常に閾値以上のレベルを有するピークあるいは一定の割合以上で閾値を超えるピークを雑音ピークと判定する。
【００１１】
この判定処理は、ＣＰＵ１２（図１）に実行させるソフトウェアプログラムとして実現することができる。
【００１２】
なお、ＦＦＴ処理の結果は実部（Ｒｅ）と虚部（Ｉｍ）からなる複素数として出力され、√（Ｒｅ2＋Ｉｍ2）によりレベルの値が、ｔａｎ-1（Ｉｍ／Ｒｅ）により位相の値が計算される。前述のように、角度θを走査したときにレベルが実質的に変化しないことをもって雑音ピークと判定する代わりとして、そのピークの周波数における位相が角度θを走査しても実質的に変化しないものを雑音ピークと判定するようにしても良い。
【００１３】
特にＦＭ−ＡＭ変換雑音の検出を主眼とする場合、ＦＭ−ＡＭ変換雑音は低周波数の特定の領域に現われるので、そのような特定の領域に現われるピークのみを判定の対象としても良い。また、通常の使用時にはそのような特定の領域のアンプのゲインが低く設定されている場合にはその領域または全体のゲインを通常時よりも高くすれば精度の良い判定ができる。このゲインの変更は、使用するアンプを切り換えることにより、またはＡＧＣアンプの設定を変更することにより、実現できる。或いはまた、スペクトル内のピークの検出の閾値を、異常判定時に通常時よりも低く設定することにより、異常ピークの検出精度が向上する。スペクトル上で検出されるピークのレベルが高い場合に、レベルが飽和してしまって、ターゲットに基づくピークにも変化がなくなる場合があるが、そのときは逆にアンプのゲインを下げる。
【００１４】
上記の判定処理により雑音ピークが検出されるとき、その後数回（数スキャン分）の検出処理を行ない、任意の回数分連続して雑音ピークが検出された場合に、そのピークを雑音と判定することが望ましい。
【００１５】
判定処理により雑音ピークが検出された場合、その後数回（数スキャン分）の検出処理を行ない、その検出頻度が任意の値より大きかった場合に、そのピーク雑音と判定するようにしても良い。
【００１６】
通常処理において、雑音判定処理で雑音と判定されたピークと同等の周波数帯にピークが存在した場合にそのピークを雑音と判定するようにしても良い。
【００１７】
ＣＰＵ１２から変調信号発生器１０（図１、図４）の指令によりＦＭ変調を停止するかまたは変調幅を限りなく小さくすると、フーリエ変換結果のスペクトル上には相対速度に基づくドップラー周波数のピークのみが現われる。この相対速度の上限を４００km／ｈと見積ってもその周波数は４０kHz 以下となる。したがって、このときに例えば５０kHz 以上の領域に存在するピークは雑音ピークとみなすことができる。この様にして、ＦＭ−ＡＭ変換ノイズ以外の雑音ピークを検出することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、雑音ピークの検出機能を備えたレーダ装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されるＦＭ−ＣＷレーダの構成を示す図である。
【図２】放射方向の電子的走査の機能を備えたＦＭ−ＣＷレーダを示す図である。
【図３】放射方向を走査したときの正常ピークを表わす図である。
【図４】放射方向を走査したときの異常ピークを表わす図である。

Claims (11)

  1. 周波数変調された送信波とその反射波のビート信号のフーリエ変換結果に現れるピークを解析することによって物標との距離および相対速度を計測する計測手段と、
    電気的もしくは機械的にビーム方向を走査する手段と、
    ビーム方向が走査される間のフーリエ変換結果において、レベルが常に閾値以上であるかあるいは一定の割合以上で閾値を超えるピーク、または位相が変化しないピークを雑音ピークと判定することによって、ＦＭ−ＡＭ変換雑音によってフーリエ変換結果にピークとして現れる雑音ピークを識別する手段とを具備する、異常検出機能を備えたレーダ装置。
  2. 前記雑音ピーク識別手段は、所定の周波数領域を雑音ピーク判定の対象とする請求項１記載のレーダ装置。
  3. 前記雑音ピーク識別手段は、所定の周波数領域のアンプ特性を変更して雑音ピークの判定を行なう請求項１または２のいずれか１項記載のレーダ装置。
  4. 前記雑音ピーク識別手段は、アンプ利得が異なるようにアンプ特性を変更して雑音ピークの判定を行う請求項３記載のレーダ装置。
  5. 前記雑音ピーク識別手段は、ピーク検出の閾値を変更して雑音ピークの判定を行なう請求項１〜４のいずれか１項記載のレーダ装置。
  6. 前記雑音ピーク識別手段は、使用するアンプを切り換えることにより、アンプ特性を変更する請求項３または４記載のレーダ装置。
  7. 前記複雑ピーク識別手段は、ＡＧＣアンプの設定を変更することにより、アンプ特性を変更する請求項３または４記載のレーダ装置。
  8. 前記雑音ピーク識別手段は、検出されたピークのレベルが所定値よりも高いとき、アンプの利得を下げて雑音ピークの判定を行なう請求項１〜７のいずれか１項記載のレーダ装置。
  9. 前記雑音ピーク識別手段は、複数回連続して雑音ピークと判定されるピークを最終的に雑音ピークと判定する請求項１〜８のいずれか１項記載のレーダ装置。
  10. 前記雑音ピーク識別手段は、所定の頻度以上で雑音ピークと判定されるピークを最終的に雑音ピークと判定する請求項１〜８のいずれか１項記載のレーダ装置。
  11. 前記雑音ピーク識別手段は、雑音ピークと判定されたピークと同等の周波数帯に存在するピークを雑音ピークと判定する請求項１〜１０のいずれか１項記載のレーダ装置。
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