KR20070096009A - 목표물 검출 장치 - Google Patents

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다카유키 이나바
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미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

2주파 CW 레이더로 관측값을 얻을 때까지 필요한 관측 시간을 단축한다. 송신 신호의 주파수를 복수의 스텝 주파수로 순차 변조하여 주파수 변조 후의 송신 신호(22)를 송신파(23)로 해서 목표물에 조사하고, 또한 이 목표물에 반사된 송신파(23)의 에코(24)를 수신하여 얻은 수신 신호(25)를 주파수 분석함으로써 목표물의 상대 속도를 산출하는 목표물 검출 장치(1)에 있어서, 송신 신호(25)를 스텝 주파수로 순차 변조하는 주파수 변조 과정을, 소망의 속도 분해능을 달성하는 최소 관측 시간 내에 복수 회 반복하는 주파수 변조 수단(2)과, 주파수 변조 수단(2)에 의해 반복되는 복수의 주파수 변조 과정의 동일 스텝 주파수로 변조한 송신 신호(25)의 에코(24)를 수신하여 얻은 수신 신호(25)를 복수의 주파수 변조 과정에 걸쳐 주파수 분석하는 주파수 분석 수단(6)을 구비했다.

Description

목표물 검출 장치{TARGET DETECTING DEVICE}
본 발명은 전파를 목표물에 조사하여 목표물의 속도 등을 검출하는 레이더 장치에 관한 것이다.
최근, 자동차 등의 차량에 레이더 장치를 탑재하여 주위의 장해물 등을 자동 검출하고, 차량의 주행 제어에 검출 결과를 반영하여 주행의 안전성을 높이고자 하는 시도가 활발히 연구되고 있다. 차량의 주행 제어에 제공하는 레이더 장치에는, 장해물이나 다른 차량 등의 상대 속도 정보를 고정밀도로 검출하는 것이 요구된다.
이러한 레이더 장치에서는, 목표물로부터 도래하는 전파를 수신하여 얻은 수신 신호를 주파수 분석하여 목표물의 속도나 위치 등을 검출하지만, 수신 신호의 주파수 분해능에 있어서의 주파수 분해능을 높이기 위해서는, 수신 신호를 소정의 시간 이상 들여 수신해야 한다. 수신파의 관측에 시간을 들이면, 그 만큼 주파수의 분해능의 향상으로 이어져, 결과적으로 출력되는 관측값의 정밀도를 높이는 것으로 된다.
소망의 속도 분해능을 달성하는 데에 요구되는 최소의 관측 시간은 채용하는 주파수 분석 방법에 의해 원리적으로 정할 수 있다. 예컨대, 파장 λ의 송신파를 이용하는 레이더 장치에 있어서, 수신 신호의 주파수 분석을 푸리에 변환에 의해 실행하는 것으로 하면, 속도 분해능 δV, 주파수 분해능 δf를 얻기 위해 필요해지는 최소 관측 시간 Tc는, 수학식 1을 만족하는 것이 알려져 있다.
Figure 112007057235216-PCT00001
자동차 탑재용 레이더의 보급에 있어서는 저가격화가 열쇠로 되지만, 레이더 장치의 저가격화를 도모하는 데에는, 고성능인 신호 처리 회로를 요구하는 펄스 레이더나 펄스 압축 레이더(스펙트럼 확산 레이더)에 비해, 보다 저속의 신호 처리로 실현 가능한 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 방식이나 2주파 CW(Continuous Wave) 방식이 유리한 것으로 보고 있다.
FMCW 방식은, 주파수 상승 기간과 주파수 하강 기간이라는 2개의 관측 기간에 있어서 목표물로부터의 반사파를 수신하여 얻은 수신 신호와 송신 신호의 비트 신호를 생성하고, 주파수 상승 기간에서 얻은 비트 신호와 주파수 하강 기간에서 얻은 비트 신호를 조합하여 목표물의 상대 속도와 거리를 검출하는 방식이다. 이 경우는 주파수 상승 기간과 주파수 하강 기간의 각각으로부터 독립하여 비트 신호 주파수를 구할 필요가 있으므로, 주파수 상승 기간과 주파수 하강 기간의 모두가 Tc 이상의 길이로 되어야 한다. 따라서 FMCW 방식에서는, 소망 속도 분해능을 만족하 는 관측값을 얻기까지 적어도 2×Tc의 시간이 필요하다.
한편, 2주파 CW 방식은, 2개의 주파수 f1, f2의 송신파를 일정 기간씩 송신하여, 각각의 수신파의 주파수와 위상 정보로부터 목표물을 검출하는 방식이다. 이 경우에 있어서도, 주파수 f1의 송신파에 대한 수신파의 주파수 분석 처리와, 주파수 f2의 송신파에 대한 수신파의 주파수 분석 처리는 독립적이기 때문에, 주파수 f1의 송신파를 적어도 시간 Tc만큼 송신하여 수신파를 수신한 후, 주파수 f2의 송신파를 적어도 시간 Tc만큼 송신하여 수신파를 수신하는 것이 요구된다. 이로부터, 2주파 CW 방식에 있어서도 결과적으로 소망의 속도 분해능을 만족하는 관측값을 얻기 위해 적어도 2×Tc의 시간이 필요해진다.
이와 같이, 종래의 FMCW 방식 및 2주파 CW 방식 중 어느 방식에 있어서도, 소망의 속도 분해능으로 관측값을 얻기 위해서는, 2×Tc 이상의 관측 시간이 필요하다. 2×Tc보다 짧은 시간으로 관측값을 얻는 방법으로는, FMCW 방식에 있어서의 주파수 상승 기간과 주파수 하강 기간 중 어느 한쪽의 과정에서, 다른 주파수의 송신파에 대하여 얻어지는 수신파의 비트 신호의 위상차를 조합시켜, 목표물의 상대 속도와 거리를 검출한다고 하는 방법이 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 1).
(특허 문헌 1) 일본 특허 공표 공보 제2004-511783호 「떨어진 오브젝트의 거리 및 상대 속도를 측정하는 방법 및 장치」
(특허 문헌 2) 일본 특허 공개 공보 제2002-71793호 「레이더 장치」
(발명이 해결하고자 하는 과제)
특허 문헌 1의 방법은, FMCW 방식을 기준으로 하고 있다. 자동차 탑재용 레이더에 대하여 일반적으로 요구되는 거리 분해능을 FMCW 방식으로 실현하기 위해서는, 실제로 150㎒ 정도의 대역폭으로 주파수 변조를 해야 한다. 도로 상에서, FMCW 레이더를 탑재한 복수의 차량이, 서로 간섭하지 않고 병존하기 위해서는, 각 차량의 레이더 장치에 고유의 주파수 범위를 할당하고, 그 범위 내에서 주파수 변조를 행하도록 하는 것이 이상적이다. 그러나, 자동차 탑재용 레이더에 할당 가능한 주파수 대역의 넓이는 1㎓ 정도로 볼 수 있기 때문에, 150㎒ 정도의 주파수 범위에서 주파수를 스윕 오버(sweep over)하는 FMCW 레이더는, 최대로 동시에 6대밖에 존재할 수 없는 것으로 되어, 실용적이라고는 할 수 없다.
본 발명은, 이러한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 즉, 2주파 CW 또는 다주파 CW 방식을 이용하여, 소망의 속도 분해능을 달성하면서 종래의 레이더 장치의 절반 이하의 관측 시간만으로 목표물을 검출할 수 있는 레이더 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명에 따른 목표물 검출 장치는, 송신 신호의 주파수를 복수의 스텝 주파수로 순차 변조하여 주파수 변조 후의 송신 신호를 송신파로서 목표물에 조사하고, 또한 이 목표물에 반사된 상기 송신파의 에코를 수신하여 얻은 수신 신호를 주파수 분석함으로써 상기 목표물의 상대 속도를 산출하는 목표물 검출 장치에 있어서, 상기 송신 신호를 상기 스텝 주파수로 순차 변조하는 주파수 변조 과정을, 소망의 속도 분해능을 달성하는 최소 관측 시간 내에 복수회 반복하는 주파수 변조 수단과, 상기 수신 신호 중 상기 주파수 변조 과정의 동일 스텝 주파수에 대응하는 수신 신호를 복수의 상기 주파수 변조 과정에 걸쳐 주파수 분석하는 주파수 분석 수단을 구비한 것이다.
또, 소망의 속도 분해능을 달성하는 최소 관측 시간이란, 레이더 장치에서 채용하는 주파수 분석 방법에 근거하여 원리적으로 정해지는 최소의 관측 시간을 가리키는 것이고, 푸리에 변환의 경우는, 수학식 1을 만족하는 Tc로 주어지는 것은 이미 기술했다. 푸리에 변환 이외의 방법으로 주파수 분석을 행하는 경우, 예컨대, 초분해능법(super-resolution method)을 이용하여 소망의 속도 분해능을 달성하는 경우도, 마찬가지로 관측 시간의 하한을 정할 수 있는 것으로, 그 경우에는 초분해능법에 있어서의 관측 시간의 하한이 최소 관측 시간에 상당하는 것으로 된다.
또한, 상기 수신 신호 중 상기 주파수 변조 과정의 동일 스텝 주파수에 대응하는 수신 신호란, 주파수 변조 수단에 의해 반복되는 복수의 주파수 변조 과정의 동일 스텝 주파수로 변조한 송신 신호의 에코를 수신하여 얻은 수신 신호를 의미하고 있다.
(발명의 효과)
본 발명에 따른 목표물 검출 장치에 의하면, 종래의 2주파 CW 방식 또는 다주파 CW 방식의 특성을 그대로 살리면서, 종래의 2주파 CW 방식 또는 다주파 CW 방식보다 짧은 관측 시간으로 소망의 속도 분해능을 만족한 관측값을 취득할 수 있다. 여기서 말하는 종래의 2주파 CW 방식 또는 다주파 CW 방식의 특성이란, 예컨대, 레이더 장치에 할당할 필요가 있는 주파수 변조 대역폭을 작게 할 수 있거나 또는 송신 주파수 변조 회로를 간이하게 할 수 있는 것과 같은 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 목표물 검출 장치의 구성을 나타내는 블럭도,
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 목표물 검출 장치에 있어서의 송신 신호의 파형도,
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 목표물 검출 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
(부호의 설명)
2 : 송신 신호 주파수 변조부 3 : 순환 장치(circulator)
4 : 송수신 안테나 5 : 수신 RF 주파수 변환기
6 : 주파수 분석부 7 : 거리·속도 산출부
11 : 기준 신호 발생기 12 : 송신 RF 주파수 변환기
13 : 펄스화기 14 : A/D 변환기
15 : 수신 신호 기억 수단 16 : 주파수 분석기
71 : 속도 산출기 72 : 거리 산출기
이하, 본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 이용하여 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 목표물 검출 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도면에 있어서, 목표물 검출 장치(1)는 송신 신호 주파수 변조부(2), 순환 장치(3), 송수신 안테나(4), 수신 RF 주파수 변환기(5), 주파수 분석부(6), 거리·속도 산출기(7)를 구비하고 있다.
송신 신호 주파수 변조부(2)는 송신 신호를 발생시키고, 발생된 송신 신호의 주파수를 소정의 파형으로 변조하는 회로이다. 또한, 도 1에서는, 송신 신호 주파수 변조부(2)의 상세한 구성예도 나타내고 있다. 이 구성예에 의한 송신 신호 주파수 변조부(2)는 기준 신호 발생기(11), 송신 RF 주파수 변환기(12), 펄스화기(13)를 구비하고 있다.
기준 신호 발생기(11)는 전압 제어 발신기(VCO: Voltage Controlled Oscillator)를 구비하고 있고, 이 전압 제어 발신기에의 입력 전압을 제어함으로써, 주기적으로 주파수를 변조시킨 기준 신호(20)를 송신 신호로서 발생시킨다. 송신 신호 RF 주파수 변환기(12)는 기준 신호(20)를 RF(Radio Frequency) 대역의 송신 신호(21)로 주파수 변환하는 회로이다. 펄스화기(13)는 송신 신호(21)를 소정의 펄스 반복 시간에서 펄스화함으로써, 송신 펄스 신호(22)를 발생시킨다.
순환 장치(3)는 송신 신호 주파수 변조부(2)와 후술하는 수신 RF 주파수 변환기(5), 안테나(4)의 접속을 시분할로 전환하는 스위치이다. 즉, 송신 펄스 신호(22)를 송신파로 하여 목표물에 조사하는 타이밍에서는, 송신 신호 주파수 변조부(2)와 안테나(4)를 직결하는 한편, 송신파가 목표물에 반사되어 에코로서 안테나(4)로 되돌아오는 타이밍에서는, 수신 RF 주파수 변환기(5)와 안테나(4)를 직결하게 되어 있다. 이렇게 함으로써, 안테나(4)를 송수신 겸용으로 할 수 있고, 회로 규모를 작게 할 수 있음과 동시에 목표물 검출 장치(1)의 장치 크기를 작게 할 수 있다.
안테나(4)는, 송신 신호 주파수 변조부(2)가 발생시킨 송신 펄스 신호(22)를 목표물에 송신파(23)로서 조사하고, 또한 목표물에 의해 반사된 송신파(23)의 에코(24)를 수신파로서 수신하여, 아날로그 수신 신호(25)로서 출력한다.
수신 RF 주파수 변환기(5)는, 보다 저속의 신호 처리 회로로 수신 신호를 처리 가능하게 하기 위해, RF 대역의 수신 신호(25)를 비디오 신호 대역의 신호로 주파수 변환하고, 또한 베이스 밴드 변환을 행하는 부분이다. 베이스 밴드 변환 후 의 수신 신호는 수신 신호(26)로서 출력된다.
주파수 분석부(6)는 베이스 밴드 변환 후의 수신 신호(26)에 대하여 주파수 분석을 행하는 부분이다. 도 1에서는, 주파수 분석부(6)의 상세한 구성예로서, A/D 변환기(14), 수신 신호 기억 수단(15), 주파수 분석기(16)를 나타내고 있다. A/D 변환기(14)는 아날로그 신호인 수신 신호(26)를 소정의 샘플링 레이트로 디지털 신호로 변환하여 디지털 수신 신호(27)를 출력하는 회로이다. 디지털 수신 신호(27)는 수신 신호 기억 수단(15)에 기억된다.
수신 신호 기억 수단(15)은, 예컨대, 기억 소자를 이용하여 구성되어 있고, A/D 변환기(14)가 출력하는 디지털 수신 신호(27)를 기억하는 회로이다. 주파수 분석기(16)는 수신 신호 기억 수단(15)으로부터 수신 신호(28)를 취득하여, 수신 신호의 주파수 분석을 하게 되어 있다. 주파수 분석기(16)의 주파수 분석 결과(29)는 주파수 분석부(6)의 출력으로서 거리·속도 산출기(7)로 출력된다.
거리·속도 산출기(7)는 주파수 분석 결과(29)로 되는 신호로부터 진폭값이 피크로 되는 주파수 성분을 검출하고, 검출한 주파수에 근거하여 각 목표물의 상대 속도(30)와 각 목표물까지의 거리(31)를 산출하는 회로이다.
계속해서, 목표물 검출 장치(1)의 동작에 대하여 설명한다. 처음에, 목표물 검출 장치(1)에 요구되는 속도 분해능을 δV로 하고, 이 속도 분해능 δV를 만족시키기 위해 주파수 분석 처리의 원리상 필요로 되는 최소 관측 시간을 TC라고 한다.
송신 신호 주파수 변조부(2)의 기준 신호 발생기(11)는 최소 관측 시간에 Tc 내에서, 기준 신호(20)의 주파수를 Δf 씩 증가시키는 주파수 변조 과정을 M회 반복한다. 여기서, M은 2 이상의 자연수이다. 도 2는 이와 같이 하여 발생한 기준 신호(20)의 파형도이다. 기준 신호 발생기(11)에 의해 반복되는 주파수 변조 과정은 시간 TPRI마다 N 단계(단, N은 2 이상의 자연수)에 걸쳐 기준 신호(20)의 주파수를 Δf 씩 증가시키는 것이다. 1회의 주파수 변조 과정의 시간 폭 TS는 TS=TPRI×N으로 얻을 수 있다. 또한 변조되는 주파수의 범위 B는 B=Δf×N으로서 얻어진다.
이와 같이 하여 발생한 기준 신호(20)는 송신 신호 RF 주파수 변환기(12)를 지나 RF 대역의 송신 신호(21)로 변환되고, 또한 펄스화기(13)를 경유하여, 송신 펄스 신호(22)로 변환되어 안테나(4)로부터 송신파(23)로서 목표물에 조사된다. 목표물에 조사된 송신파(23)는 그 일부가 에코(반사파)(24)로서 다시 안테나(4)에 도래한다.
안테나(4)는 에코(24)를 수신하여 아날로그 수신 신호(25)를 출력한다. 수신 RF 주파수 변환기(5)는 아날로그 수신 신호(25)를 베이스 밴드 변환하고, 베이스 밴드 변환 후의 수신 신호(26)를 출력한다. 목표물의 개수를 I로 한 경우에, 주파수 변조 과정 m에서의 단계 n의 베이스 밴드 변환 후의 수신 신호(26)를 X(n, m)이라고 하면, X(n, m)은 수학식 2로 표시된다.
Figure 112007057235216-PCT00002
여기서, σi, vi, Ri는 각 목표의 레이더 반사 단면적, 상대 속도, 거리이며, φi는 목표 개별의 정위상(定位相) 항이다.
수신 신호(26)는 A/D 변환기(14)에 의해 디지털 수신 신호(27)로 변환되고, 수신 신호 기억 수단(15)에 기억된다. 주파수 분석기(16)는 복수의 주파수 변조 과정을 거쳐 동일한 스텝 주파수로 변조된 송신 신호의 에코로부터 얻어진 수신 신호를 수신 신호 기억 수단(15)으로부터 취득하여 주파수를 분석한다. 이 처리는 수신 신호 기억 수단(15)에 의해 기억되어 있는 수신 신호 X(n, m) 중, 단일의 n과 복수의 m에 대하여 얻어지는 X(n, m)을 취득하여 주파수 분석하는 것에 상당한다. 주파수 분석 방법으로서 푸리에 변환을 이용하는 것으로 하면, 주파수 분석 결과(29)는 수학식 3으로 표시된다.
Figure 112007057235216-PCT00003
또, 이하의 설명에서, 수학식 3에 있어서의 k를 주파수 성분 번호라고 부른다.
거리·속도 산출기(7)는 수학식 3에 의해 얻어지는 주파수 분석 결과(29)로부터 목표물의 상대 속도와 거리를 산출한다. 이것에는 이하와 같은 처리를 행한다. 우선 거리·속도 산출기(7)는 수학식 3으로 표시되는 Fk(n)의 진폭값의 합을, 예컨대, 수학식 4와 같이 산출한다.
Figure 112007057235216-PCT00004
계속해서, 거리·속도 산출기(7)는 수학식 4의 Gk의 값이 피크로 되는 주파수 성분 번호 k를 구한다. 이 처리는 수학식 4의 좌변 Gk의 값을 극대로 하는 주파수 성분 번호 kpeak를 검출함으로써 이루어진다. 한편, 수학식 2로 표시되는 베이스 밴드 변환 후의 수신 신호의 피크 주파수 fpeak(n)는 수학식 5로 주어진다.
Figure 112007057235216-PCT00005
그래서, 거리·속도 산출기(7)는 수학식 4를 극대로 하는 피크 주파수 번호와 수학식 5로부터 목표물의 상대 속도 vi를 구하고, 이 vi를 상대 속도(30)로 하여 출력한다.
또한, 거리·속도 산출기(7)는 상대 속도 vi의 목표물의 거리 R을 산출한다. 그것을 위해서는 다음과 같은 처리를 행한다. 우선 거리·속도 산출기(7)는 수학식 3으로 표시되는 주파수 성분 중, vi에 대응하는 피크 주파수의 성분으로부터 적어도 2개의 n에 대한 주파수 성분을 추출한다. 여기서는, 예로서, 소정의 n에 대한 주파수 성분 fpeak(n)과 이 n에 인접하는 주파수 성분 fpeak(n+1)을 추출하는 것으 로 한다.
이들 주파수 성분의 위상 성분을 Phase(fpeak(n))과 Phase(fpeak(n+1))과 같이 나타내는 것으로 하면, 목표물까지의 거리 R은 2주파 CW 방식의 원리에 근거하여 수학식 6으로 산출된다.
Figure 112007057235216-PCT00006
이와 같이 하여 산출된 목표물까지의 거리 R은 거리(31)로서 출력된다.
이상으로부터 명백한 바와 같이, 실시예 1에 의한 목표물 검출 장치에 의하면, 소망의 속도 분해능 δV를 달성하기 위해 요구되는 최소 관측 시간 Tc의 사이에 주파수 변조 과정을 복수 회 반복하여 목표물에 조사하고, 그 에코로부터 얻어지는 수신 신호 중 동일 스텝 주파수에 대한 수신 신호를 다른 주파수 변조 과정 사이에서 주파수 분석하는 것에 의해, 최소 관측 시간 Tc만의 관측으로 목표물의 상대 속도와 거리를 산출할 수 있는 것이다.
또, 상술한 설명에 있어서는 주파수 분석 방법으로서 푸리에 변환을 예로 들어 설명했지만, 초분해능법으로 주파수 분석을 하도록 변경하는 것은 이 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 사람에게 있어서 용이하다.
또한, 주파수 변조 과정에서, 송신 신호 주파수 변조부(2)는 기준 신호의 주파수를 Δf 씩 단계적으로 단조 증가시키는 구성으로 했다. 그러나 여기서 요구되 는 구성으로서는, 복수의 주파수로 변조시키는 것뿐이기 때문에, 주파수를 단조 감소시키는 구성이나 임의적인 주파수로 변조시키는 구성 등의 다른 방법으로 주파수 변조를 하여도 좋다.
(실시예 2)
종래의 2주파 CW 방식의 레이더 장치에서는, 상대 속도가 동일한 목표물이 복수 존재하는 경우에, 각각의 목표물에 대한 거리를 정확하게 분리할 수 없다고 하는 문제가 있다. 자동차 탑재용 레이더 장치의 주된 사용 장소로 되는 도로상에서는, 복수의 자동차가 동일 방향으로 거의 등속으로 주행하는 상황이 지극히 빈번히 나타난다. 그러나 종래의 2주파 CW 방식의 레이더 장치에서는, 이러한 경우에 목표물의 거리를 분리할 수 없다고 하는 문제를 갖고 있고, 실용화의 방해로 되고 있었다.
그래서, 이러한 문제를 해결하기 위해, 2주파 CW 방식의 레이더에 있어서의 송신파의 주파수 변조 구간의 일부에 리니어 변조 부분을 마련하여 FMCW 방식과 동일한 신호 처리를 실시해, 등속으로 주행하는 복수 목표의 거리를 분리하는 방법이 알려져 있다(예컨대, 특허 문헌 2).
그러나, 이 방법에서는, 보다 복잡한 송신파의 변조 회로가 요구된다. 이 때문에 2주파 CW 방식 레이더 채용의 주요한 목적의 하나인 저가격화를 충분히 달성할 수 없다. 그래서, 본 발명의 실시예 2에서는, 실시예 1과 동일한, 간이한 송신 신호 변조 회로에 의한 스텝 주파수 변조만을 실시한 송신파를 이용하여, 등속 으로 주행하는 복수 목표의 거리를 분리하는 것을 가능하게 하는 레이더 장치에 대하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 의한 레이더 장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도면에 있어서, 실시예 1에 의한 레이더 장치와 비교해서 특징적인 부분은 속도 산출기(71)와 거리 산출기(72)를 마련한 점에 있다. 속도 산출기(71)는 실시예 1에 있어서의 속도·거리 산출기(7)와 마찬가지의 속도 산출 처리를 행하여 속도(30)를 출력하고, 또한 속도(30)의 산출에 이용한 주파수 분석 정보(32)를 출력하는 부분이다. 한편, 거리 산출기(72)는 초분해능 주파수 추정법을 이용하여 주파수를 분석하고, 이 주파수 분석에 근거하여 거리를 산출하는 부분이다. 그 외에, 도 1과 동일한 부호를 부여한 구성 요소에 대해서는 실시예 1과 마찬가지이므로, 설명을 생략한다.
계속해서, 본 발명의 실시예 2에 따른 레이더 장치의 동작에 대하여 설명한다. 본 발명의 실시예 2에 따른 레이더 장치(1)에 있어서도, 기준 신호 발생기(11)에 의해 도 2에 표시되는 파형으로 되는 것과 같은 기준 신호(20)가 생성되고, 또한 거기에서 주파수 분석부(6)에 이르기까지의 처리는 실시예 1과 마찬가지이다.
계속해서, 속도 산출기(71)는 실시예 1의 속도·거리 산출기(7)와 마찬가지로 하여 진폭값이 피크로 되는 주파수를 검출하고, 수학식 5에 근거하여 목표물의 상대 속도를 산출하여, 속도(30)로서 출력한다. 또한, 이 상대 속도의 산출에 이용한 피크 주파수의 정보를 주파수 분석 정보(32)로서 출력한다. 주파수 분석 정 보(32)란, 예컨대, 주파수 분석기(16)가 출력하는 주파수 분석 결과(29)(수학식 3으로 표시됨)와 이 주파수 분석 결과(29)의 진폭값의 피크로 되는 주파수 성분 번호(수학식 4의 값을 극대로 하는 k)를 포함하는 정보이다.
거리 산출기(72)는 수학식 3에 있어서의 하나의 n에 대하여 구해진 복수의 주파수 변조 과정에 걸치는 피크 주파수를 다른 n에 대해서도 구하고, 각각의 피크 주파수의 위상간 변위(변화의 정도, 변화율)에 근거하여 등속 복수 목표의 거리를 분리하는 부분이다. 이 처리는, 주파수 변조 과정에서 스텝 주파수를 단조 증가, 또는 단조 감소시키는 경우에는, n방향에 대한 피크 주파수의 위상 구배를 구하는 것에 상당한다.
구체적으로는, 거리 산출기(72)는 송신 신호 주파수 변조부(2)에 의해 반복되는 복수의 주파수 변조 과정의 동일 스텝 주파수로 변조한 송신파(23)의 에코(24)를 수신하여 얻은 수신 신호(28)를 수신 신호 기억 수단(15)으로부터 취득하여, 초분해능 주파수 추정법에 의해 주파수 분석한다. 이러한 초분해능 주파수 추정법으로는, MUSIC(Multiple Signal Classification)법, ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique)법, ML(Maximum Likelihood)법, Capon법, 최대 엔트로피법, 선형 예측법, 최소 기준(minimum norm)법을 이용할 수 있지만, 여기서는 MUSIC 법을 구체적인 처리의 예를 들어 설명한다.
우선, 속도 산출기(71)에 의해 구해진 주파수 분석기(16)에 의한 푸리에 변 환 출력에서의 진폭값이 피크로 되는 주파수의 하나를 주파수 번호 kpeak라고 한다. 거리 산출기(72)는, 주파수 분석 결과(29)에 있어서, 주파수 번호 kpeak에 대응하는 주파수 성분과, 이 주파수 성분 전후의 몇 개인가의 주파수 성분을 조합하여, 주파수 평균 처리를 행한다.
이하의 설명에서는, 예로서, 주파수 번호 kpeak에 대응하는 주파수 성분과 이 주파수 성분의 전후의 주파수 성분을 하나씩 이용하는 것으로 한다. 즉, 주파수 번호 kpeak-1에 대응하는 주파수 성분, 주파수 번호 kpeak에 대응하는 주파수 성분, 주파수 번호 kpeak+1에 대응하는 주파수 성분의 3개를 이용한다.
주파수 번호 kpeak의 주파수 성분에 복수의 목표가 존재하는 경우에, 각각의 목표 거리를 분리하기 위해서는, 송신 신호 주파수 변조부(2)의 주파수 변조 과정의 각 스텝 주파수 부분 사이에서, 수신 신호 사이의 주파수를 분리해야 한다. 주파수 변조 과정의 스텝 주파수 n(n=1∼N)이 다른 주파수를 분리 가능하게 하기 위해, 우선 스텝 주파수 번호 n이 다른 데이터 샘플링을 Ns로 이루어지는 서브행렬 Fq로 하여,
Figure 112007057235216-PCT00007
를 정의하고, 이 서브행렬 Fq의 상관 행렬의 평균 처리를 수학식 8과 같이 실행한다.
Figure 112007057235216-PCT00008
여기서, H는 행렬의 복소 전치(comples transpose), <*>는 q에 관한 평균 조작을 나타낸다.
계속해서 거리 산출기(72)는 수학식 8에 의해 주파수 평균하여 얻어진 상관 행렬 R의 고유 전개를 하여, 잡음의 고유값에 대응하는 고유벡터 eα(α=1, …, NS-L)로 이루어지는 잡음 공간 E=[e1 … eNs -L]을 구한다. 여기서, L은 신호수이며, 예컨대, 잡음의 고유값보다 큰 고유값 수로부터 얻어진다.
이 후, 거리 산출기(72)는 주파수 추정 처리를 행하여 복수의 목표 거리를 각각 산출한다. 이 주파수 추정 처리는 다음과 같은 것이다. 즉, 거리 산출기(72)는, 수학식 9와 같이, 모드 벡터 a(R)와 잡음 공간 E에 의해 표시되는 평가 함수 MUSIC(R)의 값을 극대로 하는 모드 벡터를 산출한다.
Figure 112007057235216-PCT00009
여기서 모드 벡터 a(R)은 수학식 10에 의해 주어진다.
즉, 평가 함수 MUSIC(R)(수학식 9)을 극대로 하는 모드 벡터 a(R)(수학식 10)을 부여하는 R을 복수 산출하고, 그들을 등속으로 주행하는 복수의 각 목표물의 거리(31)로서 출력한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예 2에 의하면, 종래의 2주파 CW 방식에서는 분리할 수 없던 등속 복수 목표의 거리를 초분해능 주파수 추정법을 이용하여 분리할 수 있다.
본 발명은 레이더 장치 일반에 적용하는 것이 가능하고, 특히 자동차 탑재용 레이더 장치의 저가격화와 성능 개선을 도모하는 데에 있어서 유용하다.

Claims (4)

  1. 송신 신호의 주파수를 복수의 스텝 주파수로 순차 변조하고, 주파수 변조 후의 송신 신호를 송신파로 하여 목표물에 조사하고, 또한 이 목표물에 반사된 상기 송신파의 에코를 수신하여 얻은 수신 신호를 주파수 분석함으로써 상기 목표물의 상대 속도를 산출하는 목표물 검출 장치에 있어서,
    상기 송신 신호를 상기 스텝 주파수로 순차 변조하는 주파수 변조 과정을, 소망의 속도 분해능을 달성하는 최소 관측 시간 내에 복수회 반복하는 주파수 변조 수단과,
    상기 수신 신호 중 상기 주파수 변조 과정의 동일 스텝 주파수에 대응하는 수신 신호를 복수의 상기 주파수 변조 과정에 걸쳐 주파수 분석하는 주파수 분석 수단
    을 구비한 것을 특징으로 하는 목표물 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    주파수 분석 수단은, 주파수 변조 과정의 제 1 스텝 주파수에 대응하는 수신 신호를 복수의 상기 주파수 변조 과정에 걸쳐 주파수 분석하여 제 1 주파수 분석 결과 신호를 생성하고, 또한 상기 제 1 스텝 주파수와는 다른 제 2 스텝 주파수에 대응하는 수신 신호를 복수의 상기 주파수 변조 과정에 걸쳐 주파수 분석하여 제 2 주파수 분석 결과 신호를 생성하며,
    상기 제 1 주파수 분석 결과 신호의 진폭값이 피크로 되는 주파수 성분을 제 1 피크 주파수로서 검출하고, 또한 상기 제 2 주파수 분석 결과 신호의 진폭값이 피크로 되는 주파수 성분을 제 2 피크 주파수로서 검출하며, 검출한 제 1 피크 주파수와 제 2 피크 주파수 사이의 신호 위상차로부터 목표물의 거리를 산출하는 거리 산출 수단
    을 더 구비한 것을 특징으로 하는 목표물 검출 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    주파수 분석 수단은, 주파수 변조 수단이 송신 신호를 변조하는 복수의 스텝 주파수에 대응하는 수신 신호를, 복수의 주파수 변조 과정에 걸쳐 스텝 주파수를 고정하여 주파수 분석함으로써, 상기 복수의 스텝 주파수에 대응하는 수신 신호의 주파수 분석 결과 신호를 생성하며,
    상기 복수의 스텝 주파수에 대응하는 수신 신호의 주파수 분석 결과 신호의 진폭값이 피크로 되는 주파수 성분을 검출하여, 검출한 주파수 성분으로부터 목표물의 상대 속도를 산출하는 속도 산출 수단과,
    상기 속도 산출 수단이 검출한 주파수 성분을 상기 복수의 스텝 주파수에 걸쳐 주파수 분석함으로써, 상기 복수의 스텝 주파수의 위상 성분의 변위를 산출하여, 산출한 위상 성분의 변위에 근거해 상기 목표물의 거리를 산출하는 거리 산출 수단
    을 더 구비한 것을 특징으로 하는 목표물 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    거리 산출 수단은, 속도 산출 수단이 검출한 주파수 성분을 주파수 변조 과정의 복수의 스텝 주파수에 걸쳐 초분해능법(super-resolution method)을 이용해 주파수 분석함으로써, 상기 복수의 스텝 주파수의 위상 성분의 변위를 산출하는 것을 특징으로 하는 목표물 검출 장치.
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