JP4353184B2 - レーダ - Google Patents
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Description
また、ドップラシフト周波数分の移動距離が、将来の予測時間における相対速度による移動距離に一致するように、上り変調と下り変調の傾きを設定することが特許文献2に開示されている。この構成によれば、ペアリングせずに距離の算出が可能となる。
また、特許文献2の方法によれば、距離算出のためにはペアリングが不要となるが、相対速度の算出ができないという問題があった。
所定タイミングでの第1の突出部のピーク周波数から、該所定タイミングより一定時間nT後のタイミングでの第1・第2の突出部のピーク周波数の中心周波数(すなわち距離遅延に基づく成分)を予測し、前記一定時間nT後のタイミングで得られた突出部のペアを前記中心周波数を基に抽出する手段を設けたものであり、
nTは、任意の自然数をn、前記周波数分析を行う測定周期をT、前記上り変調区間とそれに隣接する下り変調区間とを一周期とする変調周期を1/fm、前記送信信号の中心周波数をfo、前記上り変調区間と下り変調区間での周波数変位幅をΔFとするとき、nT≒fo/(2ΔF・fm)とする。
前記送信信号と前記受信信号とのビート信号の周波数スペクトルに関するデータを求める周波数分析手段と、
前記上り変調区間の前記ビート信号の周波数スペクトルに現れる複数の第1突出部と、前記下り変調区間の前記ビート信号の周波数スペクトルに現れる複数の第2突出部とから、同一物標による前記送信信号の反射に起因して生じた突出部のペアを抽出するペア抽出手段と、
該ペアをなす2つの突出部の周波数に基づいて、物標までの距離と物標との相対速度を検知する手段とを備えたレーダにおいて、
前記ペア抽出手段は、所定タイミングでの第2の突出部のピーク周波数から該所定タイミングより一定時間nT前のタイミングでの第1・第2の突出部のピーク周波数の中心周波数を予測し、前記一定時間nT前のタイミングで得られた突出部のペアを前記中心周波数を基に抽出する手段を設けたものであり、
nTは、任意の自然数をn、前記周波数分析を行う測定周期をT、前記上り変調区間とそれに隣接する下り変調区間とを一周期とする変調周期を1/fm、前記送信信号の中心周波数をfo、前記上り変調区間と下り変調区間での周波数変位幅をΔFとするとき、nT≒fo/(2ΔF・fm)とする。
このレーダは、図1に示すようにRFブロック1と信号処理ブロック2とから構成している。RFブロック1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ブロック2へ出力する。信号処理ブロック2の変調カウンタ11は、結果的にDAコンバータ10から三角波信号を発生させるためのカウントを行い、その値をDAコンバータ10へ出力する。DAコンバータ10は、それをアナログ電圧信号に変換してRFブロック1のVCO(電圧制御発振器)8へ与える。これにより送信波をFM変調する。すなわち、VCO8の発振信号はアイソレータ7、カプラ6、サーキュレータ5を介して1次放射器4へ供給される。この1次放射器4は、誘電体レンズ3の焦点面または焦点面付近にあって、誘電体レンズ3は、1次放射器4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。物標(車両など)からの反射波が誘電体レンズ3を介し1次放射器4へ入射されると、受信信号がサーキュレータ5を介してミキサ9へ導かれる。ミキサ9には、この受信信号とカプラ6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、その周波数差の信号に相当するビート信号を中間周波信号として信号処理ブロック2のADコンバータ12へ出力する。ADコンバータ12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)13は、ADコンバータ12から入力したデータ列をFFT(高速フーリエ変換)処理して、後述するように、物標の相対距離および相対速度を算出する。
信号処理ブロック2内のマイクロプロセッサ14は、変調カウンタ11およびスキャンユニット16を制御する。このマイクロプロセッサ14は、スキャンユニット16に対してビーム方位を所定角度に向けるとともに、三角波でVCO8を変調するように、変調カウンタ11を制御する。マイクロプロセッサ14は、DSP13が求めた上り変調区間の周波数スペクトルに現れる突出部と、下り変調区間の周波数スペクトルに現れる突出部とのペアを抽出(ペアリング)する。また、マイクロプロセッサ14は、後述する方法によって物標の相対距離と相対速度を求め、それを図外のホスト装置へ出力する。
fr=(f1+f2)/2 …(1)
fd=(f2−f1)/2 …(2)
の関係にある。
fr=(4fmΔF・R)/C …(3)
の関係にあるので、距離Rは
R=Cfr/(4fmΔF) …(4)
として求められる。またビート信号に含まれるドップラシフトに基づく周波数成分fdは
fd=(2Vfo)/C …(5)
の関係にあるので、相対速度Vは
V=Cfd/(2fo) …(6)
として求めることができる。
δR=C/2ΔF …(7)
δV=fm・C/fo …(8)
となる。
f1=fr−fd …(9)
f2=fr+fd …(10)
と表されるため、次の関係で表される時間をτとすると、物標が等速直線運動をしている場合に、ある時刻で得られたf1,f2は、それぞれその時刻に対しτ後にまたはτ前のfrに一致する。
この関係を図4および図5を用いて説明する。
今、測定周期をTとし、nT=τの関係を満たすように測定周期Tを定めると、任意のタイミングでn回後の測定タイミングにおける物標の距離遅延に基づく周波数成分frを予測することができる。例えば、時刻tでのfrは時刻t−nTでの上り変調区間のビート周波数f1に等しい。
(f1prd −ε)<(f1+f2)/2 <(f1prd +ε)を満たすf1とf2のペア候補を求める。但しεは生じうる誤差に基づき適宜設定する定数である。
また図5は物標がレーダから遠ざかる場合のアップビート信号の周波数f1とダウンビート信号の周波数f2の変化の例を示している。この場合も時刻tにおけるfrは時刻t−nTでのf1に略等しい。
ここで、tは何回目の測定であるかを表す変数である。まず、tに初期値0を代入し(S1)、ビート信号のサンプリングデータを入力し、FFT演算する(S2→S3)。その後、FFT演算により求めたアップビート信号の周波数スペクトルに現れる突出部のピーク周波数(以下単に「アップビート信号のピーク周波数」という。)とダウンビート信号の周波数スペクトルに現れる突出部のピーク周波数(以下単に「ダウンビート信号のピーク周波数」という。)とを2次元配列変数f1[t][ ],f2[t][ ]に代入する。(S4)。但し、以降の説明では各タイミングでのアップビート信号とダウンビート信号の周波数スペクトルに現れる複数の突出部のピーク周波数のデータ列をまとめて表すために1次元配列の形式で表す。
第1の実施形態では時刻t−nTでのf1,f2から時刻tでのfrを推定するようにしたが、この第2の実施形態では時刻tでのf2から時刻t−nTでのfrを推定する。
fr[t] =(f1[t] +f2[t] )/2
fd[t] =(f2[t] −f1[t] )/2
により今回の測定タイミングにおける相対距離と相対速度を求める(S18)。
第1・第2の実施形態では測定周期Tが(11)式を満たすように定めた場合について示したが、この第3の実施形態では、任意の測定周期に対応するものである。
fr[t] =(f1[t] +f2[t] )/2
fd[t] =(f2[t] −f1[t] )/2
により今回の測定タイミングにおける距離と相対速度を求めればよい。
2−信号処理ブロック
3−誘電体レンズ
4−1次放射器
5−サーキュレータ
6−カプラ
7−アイソレータ
8−VCO
9−ミキサ
13−デジタル信号処理装置
14−マイクロプロセッサ
16−スキャンユニット
Claims (6)
- 周波数が次第に上昇する上り変調区間と、周波数が次第に下降する下り変調区間とを交互に繰り返す送信信号を送信するとともに、該送信信号の物標での反射信号である受信信号を受信する送受信手段と、
前記送信信号と前記受信信号とのビート信号の周波数スペクトルに関するデータを求める周波数分析手段と、
前記上り変調区間の前記ビート信号の周波数スペクトルに現れる複数の第1突出部と、前記下り変調区間の前記ビート信号の周波数スペクトルに現れる複数の第2突出部とから、同一物標による前記送信信号の反射に起因して生じた突出部のペアを抽出するペア抽出手段と、
該ペアをなす2つの突出部の周波数に基づいて、物標までの距離と物標との相対速度を検知する手段とを備えたレーダにおいて、
前記ペア抽出手段は、所定タイミングでの第1の突出部のピーク周波数から該所定タイミングより一定時間nT後のタイミングでの第1・第2の突出部のピーク周波数の中心周波数を予測し、前記一定時間nT後のタイミングで得られた突出部のペアを前記中心周波数を基に抽出する手段を設けたレーダ。
但し、nTは、任意の自然数をn、前記周波数分析を行う測定周期をT、前記上り変調区間とそれに隣接する下り変調区間とを一周期とする変調周期を1/fm、前記送信信号の中心周波数をfo、前記上り変調区間と下り変調区間での周波数変位幅をΔFとするとき、nT≒fo/(2ΔF・fm)とする。 - 前記ペア抽出手段は、前記一定時間後のタイミングでのペアをなす第1・第2の突出部のピーク周波数の差に略等しい周波数差を形成する、前記一定時間後のタイミングでの前記中心周波数の予測に用いた前記所定タイミングでの第1の突出部とペアをなす第2の突出部が無い場合に、前記一定時間後のタイミングでの第1・第2の突出部の組み合わせをペア候補から除外する請求項1に記載のレーダ。
- 周波数が次第に上昇する上り変調区間と、周波数が次第に下降する下り変調区間とを交互に繰り返す送信信号を送信するとともに、該送信信号の物標での反射信号である受信信号を受信する送受信手段と、
前記送信信号と前記受信信号とのビート信号の周波数スペクトルに関するデータを求める周波数分析手段と、
前記上り変調区間の前記ビート信号の周波数スペクトルに現れる複数の第1突出部と、前記下り変調区間の前記ビート信号の周波数スペクトルに現れる複数の第2突出部とから、同一物標による前記送信信号の反射に起因して生じた突出部のペアを抽出するペア抽出手段と、
該ペアをなす2つの突出部の周波数に基づいて、物標までの距離と物標との相対速度を検知する手段とを備えたレーダにおいて、
前記ペア抽出手段は、所定タイミングでの第2の突出部のピーク周波数から該所定タイミングより一定時間nT前のタイミングでの第1・第2の突出部のピーク周波数の中心周波数を予測し、前記一定時間nT前のタイミングで得られた突出部のペアを前記中心周波数を基に抽出する手段を設けたレーダ。
但し、nTは、任意の自然数をn、前記周波数分析を行う測定周期をT、前記上り変調区間とそれに隣接する下り変調区間とを一周期とする変調周期を1/fm、前記送信信号の中心周波数をfo、前記上り変調区間と下り変調区間での周波数変位幅をΔFとするとき、nT≒fo/(2ΔF・fm)とする。 - 前記ペア抽出手段は、前記一定時間前のタイミングでのペアをなす第1・第2の突出部のピーク周波数の差に略等しい周波数差を形成する、前記一定時間前のタイミングでの前記中心周波数の予測に用いた前記所定タイミングでの第2の突出部とペアをなす第1の突出部が無い場合に、前記一定時間前のタイミングでの第1・第2の突出部の組み合わせをペア候補から除外する請求項3に記載のレーダ。
- 周波数が次第に上昇する上り変調区間と、周波数が次第に下降する下り変調区間とを交互に繰り返す送信信号を送信するとともに、該送信信号の物標での反射信号である受信信号を受信する送受信手段と、
前記送信信号と前記受信信号とのビート信号の周波数スペクトルに関するデータを求める周波数分析手段と、
前記上り変調区間の前記ビート信号の周波数スペクトルに現れる複数の第1の突出部と、前記下り変調区間の前記ビート信号の周波数スペクトルに現れる複数の第2の突出部とから、同一物標による前記送信信号の反射に起因して生じた突出部のペアを抽出するペア抽出手段と、
該ペアをなす2つの突出部の周波数に基づいて、物標までの距離と物標との相対速度を検知する手段とを備えたレーダにおいて、
前記ペア抽出手段は、所定タイミングから一定時間前の第1の突出部のピーク周波数と前記所定タイミングから一定時間後の第2の突出部のピーク周波数との平均値を用いて、前記所定タイミングでの第1・第2の突出部のピーク周波数の中心周波数を予測し、前記所定タイミングで得られた突出部のペアを前記中心周波数を基に抽出する手段を設けたレーダ。 - 前記ペア抽出手段は、前記所定タイミングでのペアをなす第1・第2の突出部のピーク周波数の差に略等しい周波数差を形成する前記所定タイミングでの前記中心周波数の予測に用いた前記一定時間前のタイミングでの第1の突出部とペアをなす第2の突出部が無い場合に、または前記周波数差を形成する前記所定タイミングでの前記中心周波数の予測に用いた前記一定時間後のタイミングでの第2の突出部とペアをなす第1の突出部が無い場合に、前記所定タイミングでの第1・第2の突出部の組み合わせをペア候補から除外する請求項5に記載のレーダ。
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