JP5677152B2 - Holographic radar device - Google Patents
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Description
本発明は、ホログラフィックレーダ装置に関し、特に複数の物標の検出を行うホログラフィックレーダ装置に関する。 The present invention relates to a holographic radar device, and more particularly to a holographic radar device that detects a plurality of targets.
車両等に搭載され、車両の前方を走行する他の車両等を検知するレーダ装置としてホログラフィックレーダ装置が知られている。ホログラフィックレーダ装置においては、受信アンテナの数を増やすことによって測定精度を高めることができるが、車載機等に応用する場合に小型化するために送信アンテナ及び受信アンテナを複数配置して、実質的に複数の受信アンテナを備えたのと等価な構成とするものが報告されている（例えば、特許文献１）。そのような従来のホログラフィックレーダは、図１に示すように、複数の送信アンテナ１０１〜１０３を順次切り換えて電波を送信し、各送信アンテナから送信された電波の物標からの反射波を複数の受信アンテナ１０４、１０５で受信するものである。
2. Description of the Related Art A holographic radar device is known as a radar device that is mounted on a vehicle and detects other vehicles traveling in front of the vehicle. In the holographic radar device, the measurement accuracy can be increased by increasing the number of reception antennas, but in order to reduce the size when applied to an in-vehicle device or the like, a plurality of transmission antennas and reception antennas are arranged substantially. A structure equivalent to that having a plurality of receiving antennas is reported (for example, Patent Document 1). As shown in FIG. 1, such a conventional holographic radar transmits a radio wave by sequentially switching a plurality of
図１の従来のホログラフィックレーダ１００の送信アンテナ１０１〜１０３には、高周波信号を発振出力する発振器１１０及び、分配器１１２を介して１入力３切換出力の送信側スイッチ１１４が接続されている。スイッチ１１４を切り換えることにより、発振器１１０から出力された高周波信号が、送信アンテナ１０１〜１０３へ時分割で供給される。
The
一方、受信アンテナ１０４、１０５には、１入力２切換出力の受信側スイッチ１１６が接続されている。スイッチ１１６を切り換えることによって、２つの受信アンテナ１０４、１０５で得られた受信信号が時分割でミキサ１１８に供給される。
On the other hand, the
ミキサ１１８には、分配器１１２からの送信高周波信号の一部が供給されるとともに、Ａ／Ｄコンバータ１２０が接続されており、ミキサ１１８から供給されたビート信号がデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄコンバータ１２０に接続された信号処理回路１２２は、ビート信号についてデータ処理を行い、物標までの距離、相対速度、角度など所望の情報を得る。
A part of the transmission high-frequency signal from the
ここで、３つの送信アンテナ１０１〜１０３を切り替え、各送信アンテナに対応させて受信アンテナ１０４、１０５を切り換えることにより、送信アンテナと受信アンテナのペアの関係を６通りの位置関係で配置したのと等価のデータを得ることができる。
Here, by switching the three transmitting
ホログラフィックレーダを用いて物標の存在する角度を算出する場合、送信用アンテナから送信され、物標から反射されて受信アンテナにより受信した電波の信号処理方法として、ホログラフィック合成法と、ホログラフィック空間平均法とがある。 When calculating the angle at which a target exists using a holographic radar, the holographic synthesis method and the holographic signal processing method for radio waves transmitted from the transmitting antenna, reflected from the target and received by the receiving antenna There is a spatial averaging method.
まず、ホログラフィック合成法について図面を用いて説明する。ホログラフィック合成法は、ホログラフィックレーダを構成する複数の送信アンテナ及び複数の受信アンテナを切り換えて受信した信号を合成することにより、電波の経路を考慮した送信アンテナの配置により、仮想的に受信アンテナの数を増やす方法である。図２に、ホログラフィックレーダを構成する送信アンテナ及び受信アンテナの構成図を示す。図２（ａ）は、間隔３ｄを置いて配置した２つの送信アンテナTx1、Tx2と、間隔ｄを置いて配置した４つの受信アンテナRx1〜Rx4を示している。ホログラフィック合成を行うことより、図２（ｂ）に示すように、１つの受信アンテナTx1と７つの受信アンテナRx1〜Rx7を配置したのと等価なデータを得ることができる。このような構成により、２つの送信アンテナと４つの受信アンテナからなる合計６つのアンテナを用いて、仮想的に１つの送信アンテナと７つの受信アンテナからなる合計８つのアンテナを備えたレーダと等価なデータを得ることができ、レーダ装置の小型化が実現できるというものである。受信アンテナを仮想的に増やすことにより、物標の分離可能数、分離性能、物標の位置の角度精度を向上させることができる。
First, a holographic synthesis method will be described with reference to the drawings. In the holographic synthesis method, a plurality of transmission antennas constituting a holographic radar and a plurality of reception antennas are switched to synthesize the received signals, thereby virtually receiving antennas by arranging transmission antennas in consideration of radio wave paths. Is a way to increase the number of. FIG. 2 shows a configuration diagram of a transmission antenna and a reception antenna constituting the holographic radar. FIG. 2A shows two transmission antennas Tx1 and Tx2 arranged at an
次に、ホログラフィック合成の方法について図３を用いて説明する。図３（ａ）、（ｂ）は２つの送信アンテナ及び４つの受信アンテナを配置した例を示す。図３（ａ）では、送信アンテナTx1から電波が送信され、図３（ｂ）では、送信アンテナTx2から電波が送信されている様子を示している。まず、図３（ａ）に示すように、送信アンテナTx1から矢印２１１の方向へ電波２１２を送信し、物標（図示せず）からの反射波２１３〜２１６をそれぞれ受信アンテナRx1〜Rx4で受信する。次に、図３（ｂ）に示すように、送信アンテナTx2から矢印２１１と同じ方向である矢印２１８の方向へ電波２１９を送信し、物標（図示せず）からの反射波２２０〜２２３をそれぞれ受信アンテナRx1〜Rx4で受信する。ここでは、物標は静止していると仮定する。
Next, a holographic synthesis method will be described with reference to FIG. FIGS. 3A and 3B show an example in which two transmitting antennas and four receiving antennas are arranged. FIG. 3A shows a state in which radio waves are transmitted from the transmission antenna Tx1, and FIG. 3B shows a state in which radio waves are transmitted from the transmission antenna Tx2. First, as shown in FIG. 3A, the
ここで、図３（ａ）、（ｂ）の場合の各受信アンテナにおける電波の経路長差をそれぞれ図３（ｃ）、（ｄ）に示す。図３（ｃ）に示すように、アンテナの間隔ｄあたりの経路長差をαとすると、送信アンテナTx1から電波を送信した際の受信アンテナRx1〜Rx4の経路長差は全て０αである。一方、送信アンテナTx1を基準とした受信アンテナ間の距離はそれぞれ４ｄ、５ｄ、６ｄ、７ｄであるので、等位相面２１７を考慮して、受信時における経路長差は、それぞれ４α、５α、６α、７αである。ここで、受信アンテナRx1〜Rx4と物標までの距離をｒとすれば、受信アンテナRx1〜Rx4の総経路長差は、それぞれ２ｒ＋４α、２ｒ＋５α、２ｒ＋６α、２ｒ＋７αとなる。
Here, the path length difference of the radio wave in each receiving antenna in the case of FIG. 3 (a), (b) is shown to FIG. 3 (c), (d), respectively. As shown in FIG. 3C, if the path length difference per antenna interval d is α, the path length differences of the receiving antennas Rx1 to Rx4 when radio waves are transmitted from the transmitting antenna Tx1 are all 0α. On the other hand, since the distances between the receiving antennas with respect to the transmitting antenna Tx1 are 4d, 5d, 6d, and 7d, respectively, the path length differences at the time of reception are 4α, 5α, and 6α in consideration of the
一方、図３（ｄ）に示すように、送信アンテナTx2から電波を送信した際の受信アンテナRx1〜Rx4における経路長差は、送信アンテナTx1とTx2との間の距離が３ｄであるので全て３αである。また、送信アンテナTx1を基準とした受信アンテナ間の距離はそれぞれ４ｄ、５ｄ、６ｄ、７ｄであるので、等位相面２２４を考慮して、受信時における経路長差は、それぞれ４α、５α、６α、７αである。ここで、受信アンテナRx1〜Rx4と物標までの距離をｒとすれば、受信アンテナRx1〜Rx4の総経路長差は、それぞれ２ｒ＋７α、２ｒ＋８α、２ｒ＋９α、２ｒ＋１０αとなる。
On the other hand, as shown in FIG. 3D, the path length difference between the receiving antennas Rx1 to Rx4 when radio waves are transmitted from the transmitting antenna Tx2 is all 3α because the distance between the transmitting antennas Tx1 and Tx2 is 3d. It is. Further, since the distances between the receiving antennas with respect to the transmitting antenna Tx1 are 4d, 5d, 6d, and 7d, respectively, the path length differences at the time of reception are 4α, 5α, and 6α in consideration of the
ここで、送信アンテナTx1から電波を送信したときに受信アンテナRx4で受信した反射波の総経路長差と、送信アンテナTx2から電波を送信したときに受信アンテナRx1で受信した反射波の総経路長差は共に２ｒ＋７αとなっているので、総経路長差の大きさを順に並べれば、（２ｒ＋４α）〜（２ｒ＋１０α）までαずつ大きくなるように総経路長差を並べることができる。 Here, the total path length difference of the reflected wave received by the receiving antenna Rx4 when the radio wave is transmitted from the transmitting antenna Tx1, and the total path length of the reflected wave received by the receiving antenna Rx1 when the radio wave is transmitted from the transmitting antenna Tx2. Since both the differences are 2r + 7α, if the magnitudes of the total path length differences are arranged in order, the total path length differences can be arranged so as to increase by α from (2r + 4α) to (2r + 10α).
一方、図４（ａ）のように１つの送信アンテナTx1と間隔４ｄを離隔した位置に、間隔ｄの７つの受信アンテナRx1〜Rx7を配置したときの総経路長差は図４（ｂ）のようになり、（２ｒ＋４α）〜（２ｒ＋１０α）までαずつ大きくなるように総経路長差が並ぶ。このことは、図３（ａ）、（ｂ）のように２つの送信アンテナTx1、Tx2と４つの受信アンテナRx1〜Rx4からなるレーダの受信データが、図４（ａ）のように１つの送信アンテナTx1と７つの受信アンテナRx1〜Rx7を配置したレーダの受信データと一致することを示している。このようにして、図３に示した構成を備えたレーダにおいて、送信アンテナを切り換えることにより、受信アンテナ数を仮想的に増やすことができる。
On the other hand, as shown in FIG. 4A, the total path length difference when seven receiving antennas Rx1 to Rx7 having a distance d are arranged at a distance from one transmitting antenna Tx1 and the
次に、ホログラフィック空間平均法について説明する。ホログラフィック空間平均法は、受信電波を理想的な状態に近づける方法である。ここで、理想的な状態とは、角度推定において、アンテナ間の相互相関がないこと、及びノイズがないことをいう。なかでも、ホログラフィック空間平均法は、特に「相互相関」の抑制を目的としており、ノイズは結果的に抑制されていると考えられる。 Next, the holographic space averaging method will be described. The holographic space averaging method is a method for bringing received radio waves close to an ideal state. Here, the ideal state means that there is no cross-correlation between antennas and no noise in angle estimation. Among them, the holographic space averaging method is particularly aimed at suppressing “cross-correlation”, and it is considered that noise is suppressed as a result.
次に、ホログラフィック空間平均法の相互相関の抑制方法について説明する。ホログラフィック空間平均法では、相関のある波の位相関係は受信位置により異なることを利用して、受信点を平行移動させて相関値を求めれば平均効果により相互相関値が低下する点に着目している。即ち、ホログラフィック空間平均法では、アンテナの配置が同一のアンテナの受信信号を平均化することにより相互相関値を抑制している。 Next, a method for suppressing cross-correlation in the holographic space averaging method will be described. In the holographic space averaging method, taking advantage of the fact that the phase relationship of correlated waves differs depending on the reception position, we focus on the fact that the cross-correlation value decreases due to the average effect if the correlation value is obtained by translating the reception point. ing. That is, in the holographic space averaging method, the cross-correlation value is suppressed by averaging received signals of antennas having the same antenna arrangement.
次に、ホログラフィック空間平均法について、図面を用いて説明する。図５はホログラフィック空間平均法で用いるアンテナの配置について説明するための図である。図５（ａ）に示すように、２つの送信アンテナTx1とTx2とを距離３ｄだけ離して配置し、受信アンテナRx1〜Rx4を距離ｄだけ離して配置した例を考える。送信アンテナTx1から物標に向かって電波を送信した場合は、図５（ｂ）に示すように、送信アンテナTx1から４ｄ離れた受信アンテナRx1〜Rx4によって、物標からの反射波が受信される。一方、送信アンテナTx2から物標に向かって電波を送信した場合は、図３に示した位相差を考慮して、図５（ｃ）に示すように、送信アンテナTx2から４ｄ離れた受信アンテナRx1〜Rx4によって、物標からの反射波が受信されたものと考えることができる。
Next, the holographic space averaging method will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram for explaining the arrangement of antennas used in the holographic space averaging method. As shown in FIG. 5A, consider an example in which two transmission antennas Tx1 and Tx2 are arranged with a
ここで、送信アンテナをTx1としたときの受信アンテナの配置と、送信アンテナをTx2としたときの受信アンテナの配置は同一と考えられる。そこで、ホログラフィック空間平均法では、送信アンテナをTx1としたときに受信アンテナRx1〜Rx4で受信した受信信号と、送信アンテナをTx2としたときに受信アンテナRx1〜Rx4で受信した受信信号とを平均化し、平均化した受信信号に基づいて物標の角度推定を行っている。 Here, the arrangement of the reception antenna when the transmission antenna is Tx1 and the arrangement of the reception antenna when the transmission antenna is Tx2 are considered to be the same. Therefore, in the holographic space averaging method, the reception signals received by the reception antennas Rx1 to Rx4 when the transmission antenna is Tx1 and the reception signals received by the reception antennas Rx1 to Rx4 when the transmission antenna is Tx2 are averaged. The target angle is estimated based on the averaged received signal.
ここで、ホログラフィック合成法と、ホログラフィック空間平均法とを対比すると、ホログラフィック合成法はホログラフィック空間平均法に比べて、高精度で物標の角度を算出することができる一方で、物標が複数存在して、それぞれが異なる速度で移動しているような場合には基準とする受信アンテナにおける受信信号の位相差にズレが生じ、ホログラフィック合成が成立しない場合があり、常にホログラフィック合成法を用いることは難しいという問題があった。一方、ホログラフィック空間平均法は、複数の受信アンテナの受信データを平均化しているため、常にホログラフィック空間平均法を用いることとすると物標の検出データの精度が低くなるという問題が生じていた。 Here, if the holographic synthesis method is compared with the holographic space averaging method, the holographic synthesis method can calculate the angle of the target with higher accuracy than the holographic space averaging method. If there are multiple marks and each is moving at a different speed, the phase difference of the received signal at the receiving antenna used as a reference may be shifted, and holographic synthesis may not be established. There was a problem that it was difficult to use the synthesis method. On the other hand, since the holographic space averaging method averages the received data of a plurality of receiving antennas, there is a problem that the accuracy of the detection data of the target is lowered when the holographic space averaging method is always used. .
本発明のホログラフィックレーダ装置は、物標に向けて電波を送信する複数の送信アンテナと、物標によって反射された電波を受信する複数の受信アンテナと、受信した電波に基づいてホログラフィック合成法により、物標が存在する第１の角度を算出する第１角度推定部と、受信した電波に基づいてホログラフィック空間平均法により、物標が存在する第２の角度を算出する第２角度推定部と、受信した電波に基づいてホログラフィック合成法が成立している度合いを表すホログラフィック合成信頼性定数を算出するホログラフィック合成信頼性定数算出部と、を備え、第１の角度及び第２の角度の少なくともいずれか一方と、ホログラフィック合成信頼性定数とに基づいて、物標の角度を算出することを特徴とする。 A holographic radar device according to the present invention includes a plurality of transmission antennas that transmit radio waves toward a target, a plurality of reception antennas that receive radio waves reflected by the target, and a holographic synthesis method based on the received radio waves. The first angle estimation unit for calculating the first angle at which the target exists and the second angle estimation for calculating the second angle at which the target exists by the holographic space averaging method based on the received radio wave And a holographic synthesis reliability constant calculation unit that calculates a holographic synthesis reliability constant that represents a degree to which the holographic synthesis method is established based on the received radio wave, the first angle and the second angle The angle of the target is calculated based on at least one of the angles and a holographic synthesis reliability constant.
本発明のホログラフィックレーダ装置は、ホログラフィック合成が成立している度合いが低い場合においても物標の検知を行うことができるという利点がある。 The holographic radar device of the present invention has an advantage that it can detect a target even when the degree of holographic synthesis is low.
さらに、本発明のホログラフィックレーダ装置は、ホログラフィック合成法を単独で用いた場合に比べて、物標の角度推定精度が大幅に向上するという利点がある。 Further, the holographic radar device of the present invention has an advantage that the angle estimation accuracy of the target is greatly improved as compared with the case where the holographic synthesis method is used alone.
また、本発明のホログラフィックレーダ装置は、ホログラフィック空間平均法を単独で用いた場合に比べて、分離可能な物標の数が大幅に向上するという利点がある。 In addition, the holographic radar device of the present invention has an advantage that the number of separable targets is greatly improved as compared with the case where the holographic spatial averaging method is used alone.
以下、図面を参照して、本発明に係るホログラフィックレーダ装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。 A holographic radar device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. However, it should be noted that the technical scope of the present invention is not limited to these embodiments, but extends to the invention described in the claims and equivalents thereof.
図６に本発明の実施例１のホログラフィックレーダ装置の構成図を示す。送信部Ｓは、発振器５と、三角波である変調信号を出力する信号生成部１５を備えており、信号生成部１５が出力する三角波で発振器５の発振信号を周波数変調し送信波として出力する。この送信波はスイッチＳＷを介して第１の送信アンテナ１ａまたは第２の送信アンテナ１ｂに供給され、第１の送信アンテナ１ａから第１の送信波２ａを送信し、第２の送信アンテナ１ｂから第２の送信波２ｂを送信する。送信アンテナ群１、即ち、第１の送信アンテナ１ａ及び第２の送信アンテナ１ｂからの電波の送信の切り換えはスイッチＳＷによって行われ、スイッチＳＷは送受信制御手段５０からの信号によって制御される。例えば、図７（ａ）に示すように信号生成部１５が出力する三角波の１周期毎に第１の送信アンテナ１ａと第２の送信アンテナ１ｂが切り換えられ、第１の送信波２ａと第２の送信波２ｂが交互に送信される。第１の送信波２ａの物標（図示せず）からの反射波４ａ、４ｂ、・・・、４ｎと、第２の送信波２ｂの物標からの反射波４ａ、４ｂ、・・・、４ｎとを受信アンテナ部Ｒに設けられた受信アンテナ３ａ、３ｂ、・・・、３ｎからなる受信アンテナ群３で受信する。発振器５でＦＭ−ＣＷ波である送信信号が形成され、送信アンテナ１ａ、１ｂから出力される。
FIG. 6 shows a configuration diagram of the holographic radar device according to the first embodiment of the present invention. The transmission unit S includes an
受信アンテナ群３で受信した信号は、受信部Ｒに入力される。受信部Ｒは、ローノイズアンプ（図示せず）、ミキサ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎ、及びＡ／Ｄ変換器８ａ、８ｂ、・・・、８ｎを備えている。ローノイズアンプは、受信した反射波４ａ、４ｂ、・・・、４ｎを電力増幅し、ミキサ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎは、ローノイズアンプで増幅された信号を発振器５からの送信信号と混合して図７（ｂ）に示すように送信信号と受信信号との差信号であるビート信号を生成する。Ａ／Ｄ変換器８ａ、８ｂ、・・・、８ｎは、ミキサ７ａ、７ｂ、・・・、７ｎからのビート信号をデジタル受信信号に変換し、デジタル受信信号は信号処理部１０に供給される。
A signal received by the receiving
信号処理部１０は、高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform：ＦＦＴ）回路９、方位演算部１１、距離・相対速度演算部１２を備えている。ＦＦＴ回路９に供給された各アンテナのデジタル受信信号は、各受信アンテナ毎に、かつ三角波のＵＰ区間、ＤＯＷＮ区間毎にＦＦＴ処理即ち高速フーリエ変換により周波数分析されて図８（ａ）、（ｂ）に示すようなＵＰ側とＤＯＷＮ側の周波数スペクトラムが得られる。他の受信アンテナについては同じ物標の反射波が受信されるため、周波数スペクトラムの形、ピーク周波数はＵＰ側、ＤＯＷＮ側共に図８（ａ）、（ｂ）と同じであり、同じピーク周波数の位置に同じ電力値を持つ周波数スペクトラムが得られる。但し、受信アンテナに応じて物標の反射波の位相が異なるため受信アンテナ間で同じ周波数に位置するピークは位相情報が異なる。
The
ＦＦＴ回路９で得られた受信アンテナ毎の各ピーク情報、即ち周波数、電力、位相等の情報が、方位演算部１１に供給される。通常、図８（ａ）、（ｂ）に示す各ピークには複数の物標の情報が含まれている。方位演算部１１は周波数ピーク情報から物標を分離して角度を推定する。即ち、各受信アンテナから得られた各周波数スペクトラムにおいて周波数が等しいｎ個のピーク情報を基に所定の角度推定方式により図８（ｃ）に示すような角度スペクトラムを演算により求める。そして角度スペクトラムにおいて所定レベル以上のピークの角度を物標の角度として算出し、物標情報（角度スペクトラムにおける角度と電力、および周波数スペクトラムにおけるピーク周波数）を距離・速度算出部１２に供給する。図８（ｃ）はダウン側ピークＰｄ１にθ1、θ2の角度に位置する２つの物標が存在することを示している。
Each peak information obtained by the
本実施例では、角度推定に用いる周波数ピーク情報として図７（ａ）に示す連続する第１の送信波２ａおよび第２の送信波２ｂに対して得られた２周期分の周波数ピーク情報を用いて図２および図５で説明したホログラフィック合成法またはホログラフィック空間平均法により物標の角度を推定する。
In this embodiment, the frequency peak information for two periods obtained for the continuous
以上の処理により、ＵＰ側およびＤＯＷＮ側の周波数ピークそれぞれが１または複数の物標に分離され角度、電力、周波数を持つ物標情報として距離・速度算出部１２に出力される。 Through the above processing, each of the UP-side and DOWN-side frequency peaks is separated into one or a plurality of targets, and is output to the distance / speed calculator 12 as target information having an angle, power, and frequency.
距離・速度算出部１２ではＵＰ側の物標情報とＤＯＷＮ側の物標情報から角度、電力の近いもの同士ペアリングが行なわれ、そのＵＰ周波数とＤＯＷＮ周波数から物標の距離及び速度が、ＵＰ側の角度とＤＯＷＮ側の角度の平均値から物標の角度が求められ、目標物標情報として出力される。 The distance / velocity calculation unit 12 performs pairing between the target information on the UP side and the target information on the DOWN side, and those that are close in angle and power, and the distance and speed of the target are determined from the UP frequency and the DOWN frequency. The angle of the target is obtained from the average value of the angle on the side and the angle on the DOWN side, and is output as target target information.
図９に、本発明のホログラフィックレーダ装置の信号処理装置１０内の方位演算部１１の構成図を示す。方位演算部１１は、ピーク抽出部２１、第１角度推定部２２、第２角度推定部２３、ホログラフィック合成信頼性定数算出部２４、角度算出部２５を有する。
FIG. 9 shows a configuration diagram of the
ピーク抽出部２１は、ＦＦＴ回路９で得られたビート信号のピーク情報を抽出する。第１角度推定部２２は、ピーク情報に基づきホログラフィック合成法により、物標の第１の角度を算出する。第２角度推定部２３は、ピーク情報に基づきホログラフィック空間平均法により、物標の第２の角度を算出する。
The
ホログラフィック合成信頼性定数算出部２４は、受信した電波に基づいてホログラフィック合成法が成立している度合いを表すホログラフィック合成信頼性定数を算出する。ホログラフィック合成信頼性定数は、例えば、所定の期間において、複数の受信アンテナのうちの特定の受信アンテナが受信した電波の電力値の最大値から最小値を減算した値を、複数の受信アンテナが受信した電波の電力値の最大値で除算して算出することができる。
The holographic synthesis reliability
角度算出部２５は、ホログラフィック合成法により算出した第１の角度及びホログラフィック空間平均法により算出した第２の角度の少なくともいずれか一方と、ホログラフィック合成信頼性定数とに基づいて、物標の角度を算出する。
The
次に、本発明の実施例１に係るホログラフィックレーダ装置の角度算出方法について図１０のフローチャートを用いて説明する。図１０のフローチャートは、図３に示した信号処理装置１０内に設けられたメモリ（図示せず）に格納されたプログラムに従ってプロセッサ（図示せず）によって実行される。
Next, an angle calculation method of the holographic radar device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 10 is executed by a processor (not shown) according to a program stored in a memory (not shown) provided in the
まず、ステップＳ１０１において、ピーク抽出部２１（図９参照）が、ビート信号のFFTピーク情報を抽出する。次に、ステップＳ１０２において、第１角度推定部２２が、ピーク情報に基づいてホログラフィック合成法により、物標が存在する第１の角度を算出する。次に、ステップＳ１０３において、第２角度推定部２３が、ピーク情報に基づいてホログラフィック空間平均法により、物標が存在する第２の角度を算出する。
First, in step S101, the peak extraction unit 21 (see FIG. 9) extracts FFT peak information of the beat signal. Next, in step S <b> 102, the first
次に、ステップＳ１０４において、ホログラフィック合成信頼性定数算出部２４が、ホログラフィック合成法が成立している度合いを表すホログラフィック合成信頼性定数を算出する。ホログラフィック合成信頼性定数は、例えば、所定の期間において、複数の受信アンテナのうちの特定の受信アンテナが受信した電波の電力値の最大値から最小値を減算した値を、複数の受信アンテナが受信した電波の電力値の最大値で除算して算出することができる。
Next, in step S104, the holographic synthesis reliability
図１１を用いて、ホログラフィック合成信頼性定数の算出方法について説明する。ここでは、図３に示したアンテナの配置を備えたホログラフィックレーダ装置を例にとって説明する。図１１に送信波の送信順序とホログラフィック合成を行う受信波の受信アンテナの位置関係について示す。「ＦＭ１」は送信アンテナTx1（図３）から送信された１周期分の第１の送信波２ａ（図７（ａ））に基づく第１の反射波を受信アンテナRx1〜Rx4で受信する様子を示している。「ＦＭ２」は送信アンテナTx2（図３）から送信された１周期分の第２の送信波２ｂ（図７（ａ））に基づく第２の反射波を受信アンテナRx1〜Rx4で受信する様子を示している。ここで、本実施例においては、第１の反射波のRx4における位相と、第２の反射波のRx1における位相とを比較し位相差に基づいてホログラフィック合成が成立しているか否かを表すホログラフィック合成信頼性定数を算出する。そこで、図１１においてはＦＭ１におけるRx4とＦＭ２におけるRx1とが重なるように図示している。ここで、上述の位相差には誤差が含まれている場合が考えられるため、ホログラフィック合成信頼性定数の算出は複数の受信データに基づいて行うことが望ましい。そこで、本実施例ではホログラフィック合成信頼性定数の算出を２回分の受信データに基づいて行う例を示している。即ち、「ＦＭ３」はＦＭ２の次にＦＭ１と同様に、送信アンテナTx1（図３）から送信された１周期分の第１の送信波に基づく第１の反射波を受信アンテナRx1〜Rx4で受信する様子を示し、「ＦＭ４」はＦＭ３の次に送信アンテナTx2（図３）から送信された１周期分の第２の送信波に基づく第２の反射波を受信アンテナRx1〜Rx4で受信する様子を示している。
A method of calculating the holographic synthesis reliability constant will be described with reference to FIG. Here, a holographic radar device having the antenna arrangement shown in FIG. 3 will be described as an example. FIG. 11 shows the positional relationship between the transmission order of the transmission waves and the reception antennas of the reception waves for holographic synthesis. “FM1” is a state in which the reception antennas Rx1 to Rx4 receive the first reflected wave based on the
次に、ホログラフィック合成信頼性定数の算出手順について説明する。まず、図１１において、「ＦＭ１」で示すように送信アンテナTx1（図３）から送信された１周期分の第１の送信波２ａ（図７（ａ））に基づく第１の反射波を受信アンテナRx1〜Rx4で受信して電波の受信電力を検出し、基準とするRx4の特定の周波数における受信電力をBE1とする。次に、図１１において、「ＦＭ２」で示すように送信アンテナTx2（図３）から送信された１周期分の第２の送信波２ｂ（図７（ａ））に基づく第２の反射波を受信アンテナRx1〜Rx4で受信して電波の受信電力を検出し、基準とするRx1の特定の周波数における受信電力をBE2とする。さらに、図１１において、「ＦＭ３」で示すようにＦＭ１と同様に、送信アンテナTx1（図３）から送信された１周期分の第１の送信波に基づく第１の反射波を受信アンテナRx1〜Rx4で受信して電波の受信電力を検出し、基準とするRx4の特定の周波数における受信電力をBE3とする。次に、図１１において、「ＦＭ４」で示すようにＦＭ２と同様に、送信アンテナTx2（図３）からから送信された１周期分の第２の送信波２ｂ（図７（ａ））に基づく第２の反射波を受信アンテナRx1〜Rx4で受信して電波の受信電力を検出し、基準とするRx1の物標からの反射波の受信電力をBE4とする。
Next, a procedure for calculating the holographic synthesis reliability constant will be described. First, as shown by “FM1” in FIG. 11, the first reflected wave based on the
ここでホログラフィック合成が成立するか否かは、位相差を判断するために基準とする基準アンテナ８０における受信信号、即ち、ＦＭ１のRx4における受信信号と、ＦＭ２のRx1における受信信号との位相差が小さいこと（例えば位相差が６０°以下）が必要であり、この位相差は受信信号の電力差で検出できる。これは、受信電力は位相によって変化するため、位相が同じであれば受信電力も同じであるということに基づく。従って、受信電力の差が小さければ位相差が小さいと考えることができる。受信データの信頼性を高めるためには、サンプル数が多い方が有利なため、上述のように本実施例ではＦＭ３のRx4における受信信号及びＦＭ４のRx1における受信信号も用いている。ここで、ＦＭ１〜ＦＭ４の全チャンネルの受信電力の最大値をＢmaxとし、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃを以下の式で定義する。
Here, whether or not the holographic synthesis is established is determined by the phase difference between the received signal at the
式（１）からわかるように、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃは０〜１の値を有する。また、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃの値が小さいほど、ＦＭ１及びＦＭ３と、ＦＭ２及びＦＭ４の受信信号の電力差が小さい、即ち、位相差が小さいこととなり、ホログラフィック合成が成立している可能性、すなわちホログラフィック合成の信頼性が高いといえる。 As can be seen from Equation (1), the holographic synthesis reliability constant C has a value of 0-1. Further, the smaller the value of the holographic synthesis reliability constant C, the smaller the power difference between the received signals of FM1 and FM3 and FM2 and FM4, that is, the smaller the phase difference, and holographic synthesis can be established. That is, the reliability of holographic synthesis is high.
次に、角度算出部２５が、第１の角度と、第２の角度と、ホログラフィック合成信頼性定数とに基づいて、物標の角度を算出する。具体的には、角度算出部２５は、ホログラフィック合成信頼性定数に基づいて、第１の角度に重み付けする第１の係数と、第２の角度に重み付けする第２の係数とを決定し、第１の角度と、第２の角度と、第１の係数と、第２の係数とを用いて物標の角度を算出する。例えば、ホログラフィック合成信頼性定数をＣとした場合に、重み付けのための係数Ckを以下の式で定義する。
Next, the
式（２）、（３）からわかるように、物標の角度θの算出において、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃが大きい場合ほど、第１の係数（1-Ck）は小さくなり、第２の係数Ckは大きくなっている。即ち、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃが大きい場合は、ホログラフィック合成法が成立している度合いが低いので、ホログラフィック合成法によって算出した第１の角度θ1の比重を低くし、ホログラフィック空間平均法により算出した第２の角度θ2の比重を高くして角度θの算出を行うようにしている。これにより、ホログラフィック合成法が成立している度合いに応じて、適切な物標の角度の算出を行うことができる。 As can be seen from the equations (2) and (3), in the calculation of the angle θ of the target, the larger the holographic composite reliability constant C, the smaller the first coefficient (1-Ck) becomes. The coefficient Ck is large. That is, when the holographic synthesis reliability constant C is large, because of the low degree of holographic synthesis is satisfied, to lower the first angle theta 1 specific gravity calculated by the holographic synthesis, the holographic space The angle θ is calculated by increasing the specific gravity of the second angle θ 2 calculated by the averaging method. Accordingly, an appropriate target angle can be calculated according to the degree to which the holographic synthesis method is established.
また、上記の式（２）においては、Ck = C とせずに、Ck = 0.3 + C×0.7 としている。これは、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃはノイズの影響により変動する場合がるため、Ｃが小さい値を示した場合でもホログラフィック空間平均法を完全に排除せずにある程度考慮に入れておくためである。これにより、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃが小さく、ホログラフィック合成法が成立している度合いが高いことを示している場合であっても、ホログラフィック合成法に比重が偏りすぎないため、物標の角度推定精度が大幅に向上するという利点がある。本実施例では、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃが小さく、ホログラフィック合成法が成立している度合いが高い場合であっても、ホログラフィック空間平均法を加味することが重要であり、上記の実施例で示した0.3や0.7という数値は単なる一例に過ぎず、他の値であっても良い。 Further, in the above equation (2), Ck = 0.3 + C × 0.7 instead of Ck = C. This is because the holographic synthesis reliability constant C may fluctuate due to the influence of noise, so even if C shows a small value, the holographic space averaging method is not excluded completely but is taken into consideration to some extent. It is. As a result, even if the holographic synthesis reliability constant C is small and the degree of establishment of the holographic synthesis method is high, the specific gravity is not too biased for the holographic synthesis method. There is an advantage that the angle estimation accuracy is significantly improved. In this embodiment, it is important to consider the holographic space averaging method even when the holographic synthesis reliability constant C is small and the degree of establishment of the holographic synthesis method is high. The numerical values of 0.3 and 0.7 shown in the example are merely examples, and other values may be used.
以上のように、本発明の実施例１に係るホログラフィックレーダ装置によれば、ホログラフィック合成が成立している度合いに応じて適切に物標の検知を行うことができる。また、ホログラフィック合成法を単独で用いた場合に比べて、物標の角度推定精度を大幅に向上させることができる。 As described above, according to the holographic radar device according to the first embodiment of the present invention, it is possible to appropriately detect a target according to the degree to which holographic synthesis is established. Moreover, the angle estimation accuracy of the target can be greatly improved as compared with the case where the holographic synthesis method is used alone.
次に、本発明の実施例２に係るホログラフィックレーダ装置について、図１２を用いて説明する。本発明の実施例２に係るホログラフィックレーダ装置を構成する信号処理装置の方位演算部１１は、ピーク抽出部２１、ホログラフィック合成信頼性定数算出部２４、ホログラフィック合成成立判定部２６、第１角度推定部２２、第２角度推定部２３を有する。実施例１と同一の構成には同じ符号を付している。本実施例のホログラフィックレーダ装置では、実施例１のようにホログラフィック合成法及びホログラフィック空間平均法により物標の角度を推定する前に、ホログラフィック合成成立判定部２６が、ホログラフィック合成信頼性定数に基づいてホログラフィック合成が成立しているか否かを判定する点を特徴としている。即ち、ホログラフィック合成信頼性定数に基づいて、ホログラフィック合成により算出した物標の角度である第１の角度及びホログラフィック空間平均法により算出した物標の角度である第２の角度のいずれか一方のみに基づいて物標の角度を算出する点を特徴としている。
Next, a holographic radar device according to
次に、本発明の実施例２に係るホログラフィックレーダ装置の角度算出方法について図１３のフローチャートを用いて説明する。図１３のフローチャートは、図３に示した信号処理装置１０内に設けられたメモリ（図示せず）に格納されたプログラムに従ってプロセッサ（図示せず）によって実行される。
Next, an angle calculation method of the holographic radar device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart of FIG. 13 is executed by a processor (not shown) according to a program stored in a memory (not shown) provided in the
まず、ステップＳ２０１において、ピーク抽出部２１が、ＦＦＴ回路９で得られたビート信号のFFTピーク情報を抽出する。次に、ステップＳ２０２において、ホログラフィック合成信頼性定数算出部２４が、ホログラフィック合成法が成立している度合いを表すホログラフィック合成信頼性定数を算出する。ホログラフィック合成信頼性定数は、例えば、所定の期間において、複数の受信アンテナのうちの特定の受信アンテナが受信した電波の電力値の最大値から最小値を減算した値を、複数の受信アンテナが受信した電波の電力値の最大値で除算して算出することができる。ホログラフィック合成信頼性定数の具体的な算出方法は、実施例１と同様であるので詳細な説明は省略する。
First, in step S201, the
次に、ステップＳ２０３において、ホログラフィック合成成立判定部２６がホログラフィック合成信頼性定数に基づいて、ホログラフィック合成が成立しているか否かを判定する。ホログラフィック合成が成立しているか否かは、ホログラフィック合成信頼性定数と所定のしきい値との大小関係に基づいて判断する。
Next, in step S203, the holographic synthesis
具体的には、ホログラフィック合成信頼性定数が所定のしきい値よりも小さい場合には、受信した電波の電力の最大値と最小値との差が小さく、位相差が小さいと考えられるため、ホログラフィック合成が成立していると判定する。一方、ホログラフィック合成信頼性定数が所定のしきい値以上の場合には、受信した電波の電力の最大値と最小値との差が大きく、位相差が大きいと考えられるため、ホログラフィック合成が成立していないものと判定する。 Specifically, when the holographic composite reliability constant is smaller than a predetermined threshold, the difference between the maximum and minimum values of the received radio wave power is small, and the phase difference is considered to be small. It is determined that holographic synthesis has been established. On the other hand, if the holographic synthesis reliability constant is greater than or equal to a predetermined threshold value, the difference between the maximum and minimum values of the received radio wave power is large and the phase difference is considered large. It is determined that it is not established.
ここで、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃは式（１）で示すように０〜１の値を取り、上記の所定のしきい値を例えば0.5とすることができる。これは、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃが0.5未満の場合は、基準アンテナ（図１０参照）の受信信号の電力差が小さく、ホログラフィック合成が成立している度合いが高く、ホログラフィック合成信頼性定数Ｃが0.5以上の場合は、基準アンテナの受信信号の電力差が大きく、ホログラフィック合成が成立している度合いが低いと考えられるためである。ただし、この値0.5は単なる一例であって、この値には限られない。 Here, the holographic synthesis reliability constant C takes a value of 0 to 1 as shown in the equation (1), and the predetermined threshold can be set to 0.5, for example. This is because, when the holographic synthesis reliability constant C is less than 0.5, the power difference of the received signals of the reference antenna (see FIG. 10) is small, and the degree that holographic synthesis is established is high. This is because when the constant C is 0.5 or more, it is considered that the power difference between the received signals of the reference antenna is large, and the degree of holographic synthesis is low. However, this value 0.5 is merely an example, and is not limited to this value.
ステップＳ２０３において、ホログラフィック合成が成立している度合いが高いと判定した場合には、ステップＳ２０４において、ホログラフィック合成法を用いて角度推定を行い、第１の角度を算出する。一方、ステップＳ２０３において、ホログラフィック合成が成立している度合いが低いと判定した場合には、ステップＳ２０５において、ホログラフィック空間平均法を用いて角度推定を行い、第２の角度を算出する。 If it is determined in step S203 that the degree of establishment of holographic synthesis is high, angle estimation is performed using the holographic synthesis method in step S204 to calculate the first angle. On the other hand, if it is determined in step S203 that the degree of establishment of holographic synthesis is low, angle estimation is performed using the holographic space averaging method to calculate the second angle in step S205.
以上のようにして、ホログラフィック合成信頼性定数が所定のしきい値より小さい場合は、ホログラフィック合成法により算出した第１の角度を物標の角度とし、ホログラフィック合成信頼性定数が所定のしきい値以上の場合は、ホログラフィック空間平均法により算出した第２の角度を物標の角度とする。即ち、ホログラフィック合成信頼性定数が所定のしきい値より小さい場合は、ホログラフィック合成法が成立している度合いが高いと考えられるため、そのような場合にはホログラフィック合成法により算出した第１の角度のみに基づいて物標の角度を算出する。一方、ホログラフィック合成信頼性定数が所定のしきい値以上の場合は、ホログラフィック合成法が成立している度合いが低いと考えられるため、そのような場合にはホログラフィック空間平均法により算出した第２の角度のみに基づいて物標の角度を算出するようにする。 As described above, when the holographic synthesis reliability constant is smaller than a predetermined threshold, the first angle calculated by the holographic synthesis method is set as the target angle, and the holographic synthesis reliability constant is a predetermined value. If it is equal to or greater than the threshold, the second angle calculated by the holographic space averaging method is used as the target angle. That is, when the holographic synthesis reliability constant is smaller than a predetermined threshold value, it is considered that the holographic synthesis method is highly established. The angle of the target is calculated based on only one angle. On the other hand, if the holographic synthesis reliability constant is greater than or equal to a predetermined threshold value, it is considered that the holographic synthesis method has not been established. In such cases, the holographic spatial averaging method was used. The angle of the target is calculated based only on the second angle.
以上のように、本発明の実施例２に係るホログラフィックレーダ装置によれば、ホログラフィック合成が成立している度合いが低い場合においても物標の角度の検出を適切に行うことができる。さらに、ホログラフィック合成法とホログラフィック空間平均法のいずれか一方のみの演算を行うようにしているので、両方の演算を行う場合に比べて物標の角度の算出を高速で行うことができる。 As described above, according to the holographic radar device according to the second embodiment of the present invention, it is possible to appropriately detect the target angle even when the degree of holographic synthesis is low. Furthermore, since only one of the holographic synthesis method and the holographic space averaging method is calculated, the angle of the target can be calculated at a higher speed than when both calculations are performed.
１ 送信アンテナ群
１ａ 第１の送信アンテナ
１ｂ 第２の送信アンテナ
２ａ 第１の送信波
２ｂ 第２の送信波
３ 受信アンテナ群
３ａ、３ｂ、・・・、３ｎ 受信アンテナ
４ａ、４ｂ、・・・、４ｎ 反射波
５ 発振器
７ａ、７ｂ、・・・、７ｎ ミキサ
８ａ、８ｂ、・・・、８ｎ Ａ／Ｄ変換器
９ａ、９ｂ、・・・、９ｎ ＦＦＴ回路
１０ 信号処理部
１１ 方位演算部
１２ 距離・相対速度演算部
１５ 信号生成部
２１ ピーク抽出部
２２ 第１角度推定部
２３ 第２角度推定部
２４ ホログラフィック合成信頼性定数算出部
２５ 角度算出部
２６ ホログラフィック合成成立判定部
８０ 基準アンテナ
Ｒ 受信部
Ｓ 送信部
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記物標によって反射された電波を受信する複数の受信アンテナと、
前記受信した電波に基づいてホログラフィック合成法により、前記物標が存在する第１の角度を算出する第１角度推定部と、
前記受信した電波に基づいてホログラフィック空間平均法により、前記物標が存在する第２の角度を算出する第２角度推定部と、
前記受信した電波に基づいてホログラフィック合成法が成立している度合いを表すホログラフィック合成信頼性定数を算出するホログラフィック合成信頼性定数算出部と、を備え、
前記第１の角度及び前記第２の角度の少なくともいずれか一方と、前記ホログラフィック合成信頼性定数とに基づいて、前記物標の角度を算出し、
前記ホログラフィック合成信頼性定数は、所定の期間において、前記複数の受信アンテナのうちの特定の受信アンテナが受信した電波の電力値の最大値から最小値を減算した値を、前記複数の受信アンテナが受信した電波の電力値の最大値で除算した値であり、
前記第１の角度及び前記第２の角度の少なくともいずれか一方と、前記ホログラフィック合成信頼性定数とに基づいて、前記物標の角度を算出する角度算出部をさらに備え、前記角度算出部は、前記ホログラフィック合成信頼性定数に基づいて、前記第１の角度に重み付けする第１の係数と、前記第２の角度に重み付けする第２の係数とを決定し、前記第１の角度と、前記第２の角度と、前記第１の係数と、前記第２の係数とを用いて前記物標の角度を算出する、
ことを特徴とするホログラフィックレーダ装置。 Multiple transmitting antennas that transmit radio waves toward the target,
A plurality of receiving antennas for receiving radio waves reflected by the target;
A first angle estimator that calculates a first angle at which the target is present by holographic synthesis based on the received radio wave;
A second angle estimator for calculating a second angle at which the target is present by a holographic space averaging method based on the received radio wave;
A holographic synthesis reliability constant calculating unit that calculates a holographic synthesis reliability constant representing a degree of establishment of a holographic synthesis method based on the received radio wave, and
Calculating the angle of the target based on at least one of the first angle and the second angle and the holographic composite reliability constant ;
The holographic composite reliability constant is a value obtained by subtracting a minimum value from a maximum value of a power value of a radio wave received by a specific receiving antenna among the plurality of receiving antennas during a predetermined period. Is divided by the maximum value of the received radio wave power value,
An angle calculator that calculates an angle of the target based on at least one of the first angle and the second angle and the holographic composite reliability constant; Determining a first coefficient that weights the first angle and a second coefficient that weights the second angle based on the holographic composite reliability constant; and Calculating an angle of the target using the second angle, the first coefficient, and the second coefficient;
A holographic radar device characterized by that.
前記物標によって反射された電波を受信する複数の受信アンテナと、
前記受信した電波に基づいてホログラフィック合成法により、前記物標が存在する第１の角度を算出する第１角度推定部と、
前記受信した電波に基づいてホログラフィック空間平均法により、前記物標が存在する第２の角度を算出する第２角度推定部と、
前記受信した電波に基づいてホログラフィック合成法が成立している度合いを表すホログラフィック合成信頼性定数を算出するホログラフィック合成信頼性定数算出部と、を備え、
前記第１の角度及び前記第２の角度の少なくともいずれか一方と、前記ホログラフィック合成信頼性定数とに基づいて、前記物標の角度を算出し、
前記第１の角度及び前記第２の角度の少なくともいずれか一方と、前記ホログラフィック合成信頼性定数とに基づいて、前記物標の角度を算出する角度算出部をさらに備え、前記角度算出部は、前記ホログラフィック合成信頼性定数に基づいて、前記第１の角度に重み付けする第１の係数と、前記第２の角度に重み付けする第２の係数とを決定し、前記第１の角度と、前記第２の角度と、前記第１の係数と、前記第２の係数とを用いて前記物標の角度を算出する、
ことを特徴とするホログラフィックレーダ装置。 Multiple transmitting antennas that transmit radio waves toward the target,
A plurality of receiving antennas for receiving radio waves reflected by the target;
A first angle estimator that calculates a first angle at which the target is present by holographic synthesis based on the received radio wave;
A second angle estimator for calculating a second angle at which the target is present by a holographic space averaging method based on the received radio wave;
A holographic synthesis reliability constant calculating unit that calculates a holographic synthesis reliability constant representing a degree of establishment of a holographic synthesis method based on the received radio wave, and
Calculating the angle of the target based on at least one of the first angle and the second angle and the holographic composite reliability constant;
An angle calculator that calculates an angle of the target based on at least one of the first angle and the second angle and the holographic composite reliability constant; Determining a first coefficient that weights the first angle and a second coefficient that weights the second angle based on the holographic composite reliability constant; and Calculating an angle of the target using the second angle, the first coefficient, and the second coefficient;
A holographic radar device characterized by that .
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