JP6843568B2 - レーダ装置および到来方向推定方法 - Google Patents
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Description
実施形態に係るレーダ装置は、アレーアンテナを備え、かかるアレーアンテナを用いて受信した複数の反射波を解析することによってかかる複数の反射波の到来方向を推定する到来方向推定処理を実行する。実施形態に係る到来方向推定処理は、最尤推定に基づく推定方法であり、例えば、KR(Khatri-Rao)−EM(Expectation Maximization)−DBF(Digital Beam Forming)法による推定処理方法である。
図2は、実施形態に係るレーダ装置1の構成例を示す図である。図2に示すように、レーダ装置1は、送信部10と、受信部20と、信号処理部30とを備える。かかるレーダ装置1は、車両に搭載された車載レーダ装置であり、車両の挙動を制御する車両制御装置2と接続される。
送信部10は、信号生成部11と、発振器12と、送信アンテナ13とを備える。信号生成部11は三角波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発振器12に供給する。発振器12は、信号生成部11で生成された変調信号に基づいて、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号STを生成して、送信アンテナ13へ出力する。
受信部20は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ211〜214(以下、受信アンテナ21と総称する場合がある)と、複数のミキサ22と、複数のA/D変換器23とを備える。ミキサ22およびA/D変換器23は、受信アンテナ21毎に設けられる。複数の受信アンテナ211〜214は、所定間隔dで等間隔に並べて配置されており、受信アンテナ211〜214によってアレーアンテナとして4素子等間隔アレーが形成されている。
信号処理部30は、図2に示すように、送信制御部31と、フーリエ変換部32と、ピーク抽出部33と、測角処理部34と、距離・相対速度演算部35とを備える。かかる信号処理部30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポート等を含むマイクロコンピュータであり、レーダ装置1全体を制御する。
送信制御部31は、送信部10の信号生成部11を制御し、信号生成部11から三角波状に電圧が変化する変調信号を発振器12へ出力させる。これにより、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号STが発振器12から送信アンテナ13へ出力される。
フーリエ変換部32は、複数のA/D変換器23のそれぞれから出力されるビート信号SBに対してそれぞれ高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を行う。これにより、フーリエ変換部32は、複数のA/D変換器23のそれぞれから出力されるビート信号SBを周波数スペクトルのデータにそれぞれ変換する。
ピーク抽出部33は、フーリエ変換部32で変換された周波数スペクトルにおいて、所定の信号レベルを超えるピークを、送信信号STの周波数が上昇するアップ区間と、送信信号STの周波数が下降するダウン区間とのそれぞれの区間で抽出する。以下、このように抽出される周波数を「ピーク周波数」という。
測角処理部34は、複数の受信アンテナ21からそれぞれ出力される複数の受信信号SRに対応する信号に基づき、各反射波RWの到来方向を推定する。
拡張信号生成部41は、複数の受信アンテナ21それぞれから出力される受信信号SRに基づくピーク信号x1〜x4から相関行列Rxxを生成し、かかる相関行列Rxxの非重複要素によって拡張信号zを生成する。
パラメータ初期値演算部42は、ピーク信号x1〜x4または拡張信号生成部41によって演算された拡張信号zから各反射波RWの到来方向の推定値を演算する。かかる到来方向の推定値は、後述する推定拡張信号z^、zk^の演算パラメータの初期値として到来方向推定部43において用いられる。
到来方向推定部43は、拡張信号zと推定拡張信号z^との差Δzに基づいて、演算パラメータΘ(l)を更新する推定処理を繰り返す。到来方向推定部43は、停止条件が満たされる場合に、演算パラメータΘ(l)に含まれる最新の到来方向の推定値θk^(l)を到来方向の確定推定値θkとして出力する。なお、「(l)」は、あるタイミングで取得された1組のピーク信号x1〜x4に基づく推定処理の演算回数を示し、「k」は、反射波の到来方向や相関成分などのパラメータを区別するための番号である。
推定拡張信号生成部51は、各反射波RWの到来方向の推定値と反射波RW間の相関成分の推定値を演算パラメータとして、拡張信号zとして推定される推定拡張信号z^を生成する。
最尤推定値演算部52は、拡張信号zと推定拡張信号z^との差に基づいて反射波RWの到来方向および反射波RW間の相関成分のそれぞれについての推定拡張信号zk^の最尤推定値を求める。
パラメータ推定部53は、反射波RWの到来方向についての推定拡張信号zk^の尤度をそれぞれ最大化する反射波RWの到来方向の推定値θk^(以下、到来方向推定値θk^と記載する)を演算する。また、パラメータ推定部53は、相関成分についての推定拡張信号zk^の尤度を最大化する相関成分の推定値φk^(以下、相関成分推定値φk^と記載する)を演算する。
停止条件判定部54は、停止条件が満たされるか否かを判定する。停止条件は、拡張信号zと推定拡張信号z^との差Δzが所定範囲内に収束するという条件や、到来方向推定値θk^の変化量Akおよび相関成分推定値φk^の変化量Bkが所定値以下になるという条件である。
パラメータ更新部55は、停止条件判定部54が停止条件を満たさないと判定した場合、パラメータ推定部53によって演算された最新の到来方向推定値θ1^(l+1)、θ2^(l+1)と相関成分推定値φ3^(l+1)とを演算パラメータΘ(l+1)として推定拡張信号生成部51へ通知する。このように、パラメータ更新部55は、演算パラメータを更新することができる。
距離・相対速度演算部35は、測角処理部34によって推定されたアップ区区間における到来方向の確定推定値とダウン区間における到来方向の確定推定値との一致度合い等に基づき、アップ区間のピークおよびダウン区間のピークを対応づけるペアリングを行う。
次に、フローチャートを用いて、測角処理部34が実行する処理の流れの一例を説明する。図6は、測角処理部34が実行する処理手順の一例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。
34測角処理部
41拡張信号生成部
42 パラメータ初期値演算部
43 到来方向推定部
51 推定拡張信号生成部
52 最尤推定値演算部
53 パラメータ推定部
54 停止条件判定部
55 パラメータ更新部
Claims (7)
- 複数の物標による複数の反射波を受信するアレーアンテナに含まれる複数のアンテナそれぞれから出力される受信信号に基づく前記アンテナ毎の信号から相関行列を生成し、当該相関行列の非重複要素によって拡張信号を生成する拡張信号生成部と、
前記拡張信号と当該拡張信号の推定値である推定拡張信号との差に基づいて前記各反射波の到来方向および前記反射波間の相関成分を推定する推定処理を、前記到来方向の探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う到来方向推定部と、を備え、
前記到来方向推定部は、
前記探索範囲を前記到来方向の推定値の変化量に応じて小さくする
ことを特徴とするレーダ装置。 - 前記到来方向推定部は、
前記推定拡張信号を生成する推定拡張信号生成部と、
前記反射波の到来方向と前記反射波間の相関成分とをパラメータとして、前記拡張信号と前記推定拡張信号との差に基づき、前記各到来方向および前記相関成分のそれぞれについての推定拡張信号の最尤推定値を演算する最尤推定値演算部と、
前記各到来方向の前記推定拡張信号の尤度を最大化する前記到来方向の推定値と前記相関成分の前記推定拡張信号の尤度を最大化する前記相関成分の推定値とを演算するパラメータ推定部と、を備え、
前記最尤推定値演算部は、
前記パラメータ推定部によって演算される前記到来方向の推定値と前記相関成分の推定値とを前記パラメータとして、前記各到来方向の前記推定拡張信号の最尤推定値と前記相関成分の前記推定拡張信号の最尤推定値を演算する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。 - 複数の物標による複数の反射波を受信するアレーアンテナに含まれる複数のアンテナそれぞれから出力される受信信号に基づく前記アンテナ毎の信号から相関行列を生成し、当該相関行列の非重複要素によって拡張信号を生成する拡張信号生成部と、
前記拡張信号と当該拡張信号の推定値である推定拡張信号との差に基づいて前記各反射波の到来方向および前記反射波間の相関成分を推定する推定処理を、前記到来方向の探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う到来方向推定部と、を備え、
前記到来方向推定部は、
前記探索範囲において前記到来方向の推定値を探索する探索間隔を、前記到来方向の推定値の変化量に応じて小さくする
ことを特徴とするレーダ装置。 - 前記到来方向推定部は、
前記推定拡張信号を生成する推定拡張信号生成部と、
前記反射波の到来方向と前記反射波間の相関成分とをパラメータとして、前記拡張信号と前記推定拡張信号との差に基づき、前記各到来方向および前記相関成分のそれぞれについての推定拡張信号の最尤推定値を演算する最尤推定値演算部と、
前記各到来方向の前記推定拡張信号の尤度を最大化する前記到来方向の推定値と前記相関成分の前記推定拡張信号の尤度を最大化する前記相関成分の推定値とを演算するパラメータ推定部と、を備え、
前記最尤推定値演算部は、
前記パラメータ推定部によって演算される前記到来方向の推定値と前記相関成分の推定値とを前記パラメータとして、前記各到来方向の前記推定拡張信号の最尤推定値と前記相関成分の前記推定拡張信号の最尤推定値を演算する
ことを特徴とする請求項3に記載のレーダ装置。 - 前記到来方向推定部は、
前記到来方向の推定値の変化量が小さくなるほど、前記探索間隔を小さくする
ことを特徴とする請求項3又は4に記載のレーダ装置。 - 複数の物標による複数の反射波を受信するアレーアンテナに含まれる複数のアンテナそれぞれから出力される受信信号に基づく前記アンテナ毎の信号から相関行列を生成し、当該相関行列の非重複要素によって拡張信号を生成する第1工程と、
前記拡張信号と当該拡張信号の推定値である推定拡張信号との差に基づいて前記各反射波の到来方向および前記反射波間の相関成分を推定する推定処理を、前記到来方向の探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う第2工程と、を含み、
前記第2工程は、
前記探索範囲を前記到来方向の推定値の変化量に応じて小さくする
ことを特徴とする到来方向推定方法。 - 複数の物標による複数の反射波を受信するアレーアンテナに含まれる複数のアンテナそれぞれから出力される受信信号に基づく前記アンテナ毎の信号から相関行列を生成し、当該相関行列の非重複要素によって拡張信号を生成する第1工程と、
前記拡張信号と当該拡張信号の推定値である推定拡張信号との差に基づいて前記各反射波の到来方向および前記反射波間の相関成分を推定する推定処理を、前記到来方向の探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う第2工程と、を含み、
前記第2工程は、
前記探索範囲において前記到来方向の推定値を探索する探索間隔を、前記到来方向の推定値の変化量に応じて小さくする
ことを特徴とする到来方向推定方法。
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