JP5352959B2 - 直接シーケンススペクトル拡散方式のレーダー、レーダーで使用される方法及びコンピュータプログラム - Google Patents
直接シーケンススペクトル拡散方式のレーダー、レーダーで使用される方法及びコンピュータプログラム Download PDFInfo
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Description
目標体に対応するピークが検出されると、遅延部130はそのピークを与える値に遅延量を固定し(同期タイミングの検出)、その目標体についての同期が確保される。目標体が複数個存在する場合(k=1,...,K)は、目標体毎に同期タイミングが検出され、同期タイミングの各々について復調部126で、上記と同様な処理が行われる。図中、復調部126に関して「×K」と示されているのは、動作の把握を容易にする為、復調部126のような処理ブロックをK個並列に利用していることを示す(従って、1台の復調装置を時分割で利用する様な実装を妨げるものでは無い)。
dk=(cτk)/2≒(cmTc)/2
従って、距離の分解能はTcに比例する。
Masahiro WATANABE,et al.,"A 60.5GHz Millimeter Wave Spread Spectrum Radar and the Test Data in Several Situations", Proc. on IEEE Intelligent Vehicle Symposium, 2002pp.87-91
従って高速且つ高精度な測定の実現といった観点からは、長時間のデータ収集を要するFFTに基づくドップラ周波数測定法の採用は好ましくない。
直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーであって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信する手段と、
1以上の目標体により反射された信号を受信する手段と、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、差信号を和信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする正接関数により表現されることに基づいて、前記ドップラ周波数偏移を求める手段と、
を有することを特徴とするDSSS方式のレーダーである。
この時、相関値のピークが検出器526で検出され、ピークを与えた時に遅延部520に設定されていた遅延量がカウンタ528を経て信号処理部532に与えられる。以後、検出対象の目標体からの反射波は符号同期が確立された状態で復調され、受信信号(基本的には、目標速度に対応するドップラー周波数を持つ正弦波となる)がドップラ周波数推定部530に入力される。
v(t2)=exp(jωdt2)+n(t2) ・・・(5)
但し、t2=t1+δtである。δtは適切な如何なる値に設定されてもよいが、一例として、1符号長の期間(Tf)の整数倍に設定されてもよい。また、δtは、目標の視線角度や視線速度が変化する時間に比べて十分に短い時間間隔として定義されてもよい。
である。よって、|δt|がπ/2ωd kの奇整数倍から十分に離れた値になる様に選んでおけば(cos(ωdδt/2)が0にならないように、また、tan(ωdδt/2)が発散しないようにしておけば)、SN比が十分に大きい場合、目標体の速度に由来するドップラー角周波数は、次式により得られる。
本実施例による効果を確認するため、次の諸元でシミュレーションが行われた。
符号長=9ビット
1フレーム期間(Tf)=2.0×10−7(秒)
第1の目標体(T1)までの距離=10m
第1の目標体(T1)の速度=6km/h
第2の目標体(T2)までの距離=11m
第2の目標体(T2)の速度=12km/h
各目標体により反射された信号の相関出力は図3に示されるように得られ、同期捕捉後の受信信号は図4に示されるように得られる。このような送信信号及び受信信号に対して、従来のようにフーリエ変換によりドップラ周波数fdを見出すには、第2の目標体(T2)に対して3431個のフレームが必要であった。これは、3431×2.0×10−7=0.68×10−3(秒)に相当するほど長い期間である。第1の目標体(T1)は更に低速なので、更に長い期間を要することになる。これに対して本実施例によれば、目標体の速度を5.77km/h(T1)及び12.03km/h(T2)のように高精度に求めるのに、300個のフレームしか必要とせずに済んだ。これは、300×2.0×10−7=0.06×10−3(秒)しか要しないことに相当し、10倍以上演算時間を短縮できる。原理的には更に少ないフレーム数で短期間にドップラ周波数を求めることができる。
本発明の第2実施例では、このようにして求められた行列Rを、NP×NP行列R 1と、(NA−NP)×NP行列R2とに分割し、(RRH)−1が計算される。上付き文字の「H」は共役転置を表す。なお(RRH)−1は、逆行列に関する定理から、A=R1R1 H(勿論、(16)式で定義したAとは別の物である)、B=R1R2 H、及びD=R2R2 Hとおくと(24)式の様に書きなおせる。
具体的には、(27)式の(RRH)−1の代わりに、(24)式の最右辺に現れる第2項QS-1QHを用いて、新たな擬スペクトラム(29)式を定義し、これについて上記と同様にしてピークサーチを行う。なお、(28)式はS-1の特異値分解表現であり、σiは信号パワーの逆数を、eiは対応する固有ベクトルを示す。
(付記1)
直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーであって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信する手段と、
1以上の目標体により反射された信号を受信する手段と、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、和信号及び差信号間の位相差から目標体のドップラ周波数偏移を求める手段と、
を有することを特徴とするDSSS方式のレーダー。
(付記2)
前記異なる時点は、前記所定の符号系列の1符号長に相当する期間以上離れている
ことを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記3)
前記ドップラ周波数偏移が、前記差信号を前記和信号で除算した数の虚数部分を逆正接関数の引数にすることで導出される
ことを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記4)
前記ドップラ周波数偏移が、前記和信号を前記差信号で除算した数の虚数部分を逆余接関数の引数にすることで導出される
ことを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記5)
前記ドップラ周波数偏移が、前記差信号を前記和信号で除算した数の虚数部分を引数にした逆正接関数と、前記和信号を前記差信号で除算した数の虚数部分を引数にした逆余接関数との線形結合で導出される
ことを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記6)
前記異なる時点で得た受信信号の各々が複数の受信サンプルを平均することで導出される
ことを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記7)
受信信号と前記所定の符号系列との相関を計算し、1以上の目標体の各々について同期タイミングを導出する手段を更に有する
ことを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記8)
1以上の目標体の各々について異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、和信号及び差信号間の位相差から目標体毎にドップラ周波数偏移が導出される
ことを特徴とする付記7記載のレーダー。
(付記9)
逆三角関数が、パデ(Pade)展開により計算される
ことを特徴とする付記3乃至4の何れか1項に記載のレーダー。
(付記10)
互いに異なる時刻t1,…,tNに於ける受信信号のサンプル値からベクトルv=(v(t1),…,v(tN))Tを構成し、前記ベクトル及び互いに異なる時刻の受信信号から相関ベクトルrv1及びrv2を計算する手段と、
相関ベクトルを組み合わせて擬空間平均共分散行列Rを構成する手段と、
(RRH)−1を用いて擬スペクトラム若しくは代数方程式から前記ドップラ周波数偏移を計算する手段と、
を備えることを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記11)
互いに異なる時刻t1,…,tNに於ける受信信号のサンプル値からベクトルv=(v(t1),…,v(tN))Tを構成し、前記ベクトル及び互いに異なる時刻の受信信号から相関ベクトルrv1及びrv2を計算する手段と、
相関ベクトルを組み合わせて擬空間平均共分散行列Rを構成する手段と、
到来信号数NSを推定する手段と、
NSに応じてRから射影行列Qを構成する手段と、
Rの部分行列からスケール行列Sを計算する手段と、
前記QとSとを適当に組み合わせて生成した行列、例えば、QS−1QHを用いて擬スペクトラム若しくは代数方程式からドップラ周波数偏移を計算する手段と
を備えることを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記12)
互いに異なる時刻t1,…,tNに於ける受信信号のサンプル値からベクトルv=(v(t1),…,v(tN))Tを構成し、前記ベクトル及び互いに異なる時刻の受信信号から相関ベクトルrv1及びrv2を計算する手段と、
相関ベクトルを組み合わせて擬空間平均共分散行列Rを構成する手段と、
事前に設定した到来信号数NSに応じてRから射影行列Qを構成する手段と、
Rの部分行列からスケール行列Sを計算する手段と、
前記QとSとを適当に組み合わせて生成した行列、例えば、QS−1QHを用いて擬スペクトラム若しくは代数方程式からドップラ周波数偏移を計算する手段と、
を備えることを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記13)
目標体までの距離を推定する手段と、
当該目標体と自装置との相対関係から速度推定の優先順位を決定し、この優先順位に基づいてドップラ周波数偏移を計算する手段と、
を更に備えることを特徴とする付記1記載のレーダー。
(付記14)
付記10乃至13の何れか1項に記載のレーダーにおいて、QS−1QHを、(RRH)−1からその信号部分空間に対応する要素から成る部分行列A−1とゼロ行列から構成される行列を差し引いて求めることにより、ドップラ周波数偏移の粗推定と詳細推定とを同一の装置内で切り替えることを特徴とする探知測距装置。
(付記15)
付記10乃至14の何れか1項に記載のレーダーにおいて、(RRH)−1若しくはQS−1QHの代わりにQQHを用いて擬スペクトラム或いは代数方程式からドップラ周波数偏移を計算する手段を更に備えることを特徴とするレーダー。
(付記16)
付記10乃至14の何れか1項に記載のレーダーにおいて、S−1の代わりにD−1、(BHA−1B)−1、(BHB)−1、(D−BHB)−1、若しくはS−1(QHQ)−1を用いて擬スペクトラム或いは代数方程式からドップラ周波数偏移を計算する手段を備えることを特徴とするレーダー。
(付記17)
直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーで使用される方法であって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、和信号及び差信号間の位相差から目標体のドップラ周波数偏移を求めるステップと、
を有することを特徴とする方法。
(付記18)
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、和信号及び差信号間の位相差から目標体のドップラ周波数偏移を求めるステップと、
を直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーに実行させるコンピュータプログラム。
(付記19)
直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーで使用される方法であって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
互いに異なる時刻t1,…,tNに於ける受信信号のサンプル値からベクトルv=(v(t1),…,v(tN))Tを構成し、前記ベクトル及び互いに異なる時刻の受信信号から相関ベクトルrv1及びrv2を計算するステップと、
相関ベクトルを組み合わせて擬空間平均共分散行列Rを構成するステップと、
(RRH)−1を用いて擬スペクトラム若しくは代数方程式から前記ドップラ周波数偏移を計算するステップと、
を直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーに実行させるコンピュータプログラム。
(付記20)
直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーで使用される方法であって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
互いに異なる時刻t1,…,tNに於ける受信信号のサンプル値からベクトルv=(v(t1),…,v(tN))Tを構成し、前記ベクトル及び互いに異なる時刻の受信信号から相関ベクトルrv1及びrv2を計算するステップと、
相関ベクトルを組み合わせて擬空間平均共分散行列Rを構成するステップと、
到来信号数NSを推定するステップと、
NSに応じてRから射影行列Qを構成するステップと、
Rの部分行列からスケール行列Sを計算するステップと、
前記QとSとを適当に組み合わせて生成した行列、例えば、QS−1QHを用いて擬スペクトラム若しくは代数方程式からドップラ周波数偏移を計算するステップと、
を直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーに実行させるコンピュータプログラム。
(付記21)
直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーで使用される方法であって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
互いに異なる時刻t1,…,tNに於ける受信信号のサンプル値からベクトルv=(v(t1),…,v(tN))Tを構成し、前記ベクトル及び互いに異なる時刻の受信信号から相関ベクトルrv1及びrv2を計算するステップと、
相関ベクトルを組み合わせて擬空間平均共分散行列Rを構成するステップと、
事前に設定した到来信号数NSに応じてRから射影行列Qを構成するステップと、
Rの部分行列からスケール行列Sを計算するステップと、
前記QとSとを適当に組み合わせて生成した行列、例えば、QS−1QHを用いて擬スペクトラム若しくは代数方程式からドップラ周波数偏移を計算するステップと、
を直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーに実行させるコンピュータプログラム。
104 発振器
105 キャリア分配部
106 ミキサ
108 ハイパワーアンプ(HPA)
110,116 遅延部
112 ドップラ周波数設定部
114 ミキサ
118,120 加法性ガウシアンノイズ導入部
122 ローノイズアンプ(LNA)
124 ミキサ
126 復調部
130 遅延調整部
132 ミキサ
134 積分器
136 ピーク検出器
138 カウンタ
140 高速フーリエ変換部(FFT)
502 コード生成部
504 発振器
506 キャリア分配部
508 ミキサ
510 ハイパワーアンプ(HPA)
512 ローノイズアンプ(LNA)
514 ミキサ
516 復調部
520 遅延調整部
522 ミキサ
524 積分器
526 ピーク検出器
528 カウンタ
530 ドップラ周波数推定部
532 信号処理部
Claims (10)
- 直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーであって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信する手段と、
1以上の目標体により反射された信号を受信する手段と、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、差信号を和信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする正接関数により表現されることに基づいて、前記ドップラ周波数偏移を求める手段と、
を有することを特徴とするDSSS方式のレーダー。 - 直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーであって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信する手段と、
1以上の目標体により反射された信号を受信する手段と、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、和信号を差信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする余接関数により表現されることに基づいて、前記ドップラ周波数偏移を求める手段と、
を有することを特徴とするDSSS方式のレーダー。 - 直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーであって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信する手段と、
1以上の目標体により反射された信号を受信する手段と、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、差信号を和信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする正接関数により表現されることに基づいて求めた第1のドップラ周波数偏移と、和信号を差信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする余接関数により表現されることに基づいて求めた第2のドップラ周波数偏移との線形結合により、前記目標対のドップラ周波数偏移を求める手段と、
を有することを特徴とするDSSS方式のレーダー。 - 受信信号と前記所定の符号系列との相関を計算し、1以上の目標体の各々について同期タイミングを導出する手段を更に有する
ことを特徴とする請求項1ないし3の何れか1項に記載のレーダー。 - 直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーで使用される方法であって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、差信号を和信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする正接関数により表現されることに基づいて、前記ドップラ周波数偏移を求めるステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーで使用される方法であって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、和信号を差信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする余接関数により表現されることに基づいて、前記ドップラ周波数偏移を求めるステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーで使用される方法であって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、差信号を和信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする正接関数により表現されることに基づいて求めた第1のドップラ周波数偏移と、和信号を差信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする余接関数により表現されることに基づいて求めた第2のドップラ周波数偏移との線形結合により、前記目標対のドップラ周波数偏移を求めるステップと、
を有することを特徴とする方法。 - 直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーに推定方法を実行させるコンピュータプログラムであって、前記推定方法は、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、差信号を和信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする正接関数により表現されることに基づいて、前記ドップラ周波数偏移を求めるステップと、
を有することを特徴とするコンピュータプログラム。 - 直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーに推定方法を実行させるコンピュータプログラムであって、前記推定方法は、
直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーで使用される方法であって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、和信号を差信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする余接関数により表現されることに基づいて、前記ドップラ周波数偏移を求めるステップと、
を有することを特徴とするコンピュータプログラム。 - 直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーに推定方法を実行させるコンピュータプログラムであって、前記推定方法は、
直接シーケンススペクトル拡散(DSSS)方式のレーダーで使用される方法であって、
所定の符号系列を含む送信信号を1以上の目標体に送信するステップと、
1以上の目標体により反射された信号を受信するステップと、
異なる時点で得た受信信号の和及び差を算出し、差信号を和信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする正接関数により表現されることに基づいて求めた第1のドップラ周波数偏移と、和信号を差信号で除算して得られる数の虚数部が、目標体のドップラ周波数偏移に比例する数を引数とする余接関数により表現されることに基づいて求めた第2のドップラ周波数偏移との線形結合により、前記目標対のドップラ周波数偏移を求めるステップと、
を有することを特徴とするコンピュータプログラム。
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