パルスレーダ装置

【課題】受信パルスの電力が微弱であっても妨害信号と本来の検出対象からの受信信号とを確実に識別し、レーダ計測精度の向上を図る。
【解決手段】送信アンテナ２から送信波を放射し、受信アンテナ３を介して受信回路２３で取得した受信信号を信号変換部２４で等価時間サンプリングしてアナログ信号からデジタル信号に変換し、受信波の波形データにノイズが含まれているか否かを信号判定処理部２５で判定する。信号判定処理部２５は、等価時間サンプリングした受信波の波形データの変化率の変動を算出し、変化率の変動が急峻な場合、妨害波による異常データが混入していると判断する。これにより、受信パルスの電力が微弱であっても妨害信号と本来の検出対象からの受信信号とを確実に識別し、レーダ計測精度の向上を図ることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス状の送信波を放射して物体からの反射波を受信するパルスレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーダは電磁波を使用しており、送信した電波の反射波を捉えることで物体の有無や位置の検出が可能になる。このレーダ装置は、同一周波数帯の電波を送信する他のレーダ装置やノイズ源等からの連続的な干渉を受けると、本来認識すべきでない物体を誤検出する虞がある。
【０００３】
このため、特許文献１には、干渉波となる直接波と物体からの反射波の電力差を利用して受信波を高閾値と低閾値のレベルで評価し、高閾値以上の信号が現れた場合は他装置からの妨害波とみなして、距離計測の支障とならないように距離情報の処理停止等の処置を行なう技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第１９５９５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、閾値による受信波の評価のみでは、閾値以下の妨害波を取り除くことは困難である。特に、微弱無線を利用したパルスレーダ装置のように、送信パルスの電力に対して検出対象からの反射パルスの電力が極めて微弱（例えば１０万分の１程度）となるレーダ装置では、一義的に閾値を設定するのみでは本来の検出対象からの受信信号と妨害信号とを識別することはできない。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、受信パルスの電力が微弱であっても妨害信号と本来の検出対象からの受信信号とを確実に識別し、レーダ計測精度の向上を図ることのできるパルスレーダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明によるパルスレーダ装置は、パルス状の送信波を放射して物体からの反射波を受信し、等価時間サンプリング方式で時間軸を伸張して受信波の波形データをサンプリングするパルスレーダ装置であって、上記波形データの変化率をサンプリング点毎に算出し、該変化率の変動に基づいて上記波形データの異常を判定する信号判定処理部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、受信パルスの電力が微弱であっても妨害信号と本来の検出対象からの受信信号とを確実に識別し、レーダ計測精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の第１形態に係り、パルスレーダ装置の構成図
【図２】同上、パルスレーダ装置の車両への搭載例を示す説明図
【図３】同上、他のレーダ装置からの妨害波を示す説明図
【図４】同上、妨害波による受信波への干渉を示す説明図
【図５】同上、妨害波が重畳されたサンプリングデータを示す説明図
【図６】同上、異常データ判定処理のフローチャート
【図７】同上、波形データ集合と変化率との関係を示す説明図
【図８】同上、受信波の変化率を示す説明図
【図９】同上、受信波の変化率変動幅を示す説明図
【図１０】本発明の実施の第２形態に係り、異常データ判定処理のフローチャート
【図１１】同上、受信波の異常データに対する補正を示す説明図
【図１２】本発明の実施の第３形態に係り、妨害波の干渉を受ける間隔が短い場合のサンプリングデータを示す説明図
【図１３】同上、異常データ判定処理のフローチャート
【図１４】同上、受信波の変化率を示す説明図
【図１５】同上、受信波の変化率変動幅を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
先ず、本発明の実施の第１形態について説明する。
図１において、符号１はパルスレーダ装置であり、空間に放射したパルス状の送信波が測距対象となるターゲット（物体）で反射されて受信されるまでの時間差に基づいて、距離を算出する。図１においては、パルスレーダ装置１は、送信アンテナ２と受信アンテナ３とが分離している送信・受信アンテナ分離型の装置を示している。
【００１１】
これらの送信アンテナ２及び受信アンテナ３は、本体ユニット４に接続されている。本体ユニット４は、送信アンテナ２を介してパルス状の送信波（レーダ波）を外界に放射するための送信部１０と、外部のターゲット５０で反射された応答波を受信アンテナ３を介して受信し、測距処理を行う受信部２０とを備えて構成されている。
【００１２】
詳細には、送信部１０は、所定の基準クロックに基づくパルス信号を発生するパルス発生回路１１、パルス発生回路１１で発生したパルス信号を所定の周波数帯域に制限するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１２、帯域制限されたパルス信号を増幅して送信アンテナ２を駆動し、送信アンテナ２から所定の電力レベルの送信波を放射させるアンプ１３を備えて構成されている。
【００１３】
一方、受信部２０は、受信アンテナ３で受信した応答波を所定のレベルに増幅するアンプ２１、アンプ２１で増幅した信号を送信の周波数帯域に制限するＢＰＦ２２、ＢＰＦ２２を通過した信号を受信信号として取得する受信回路２３、受信信号を時間軸上で伸張してサンプリング（等価時間サンプリング）し、アナログ信号からデジタル信号に変換する信号変換部２４、取得した信号に含まれる異常信号（ノイズ）を判定処理する信号判定処理部２５、信号判定処理部２５で正常と判定されたデータを用いて距離演算を行い、距離データを出力する距離測定演算部２６、距離測定演算部２６で処理した情報を記憶・蓄積する記録部２７を備えて構成されている。
【００１４】
図２は、パルスレーダ装置１を車両に搭載した例を示し、車両１００の後部に送信アンテナ２及び受信アンテナ３を配置して後方監視を行い、駐車支援等に利用する。図２の例では、放射する電波が微弱な微弱無線を利用したレーダ装置として構成されており、送信アンテナ２から送信された送信波が車両１００後方の壁等の障害物（ターゲット）５０’で跳ね返り、その反射波が受信アンテナ３に受信波として受信される。本体ユニット４は受信波を信号処理して障害物５０’の検出及び距離演算を行い、警報装置５を介して運転者に障害物への接近情報を伝達する。
【００１５】
このとき、図３に示すように、車両１００から距離Ｌだけ離れた位置に、車両１００のパルスレーダ装置１と比較して送信電力の大きい他のレーダ装置Ｋが存在すると、距離Ｌが十分に大きい場合であっても、レーダ装置Ｋからの送信波や反射波によってパルスレーダ装置１が妨害を受け、ターゲットを誤検出する場合がある。
【００１６】
例えば、レーダ装置Ｋが空港監視レーダー（airport surveillance radar:ASR）等のような回転式パルスレーダであり、所定の周期で電波の放射方向が変化する場合、レーダの送信方向が車両１００の方向に向いたとき、車両１００のパルスレーダ装置１が妨害を受ける。すなわち、図４に示すように、レーダ装置Ｋからの直接の送信波又は反射波（妨害波）と、パルスレーダ装置１の送信波が障害物５０’で跳ね返った真の反射波とが合成され、車両１００のパルスレーダ装置１で合成波を受信波として受信してしまう。
【００１７】
その結果、パルスレーダ装置１では、図５に示すように、妨害波が重畳された受信波をサンプリングして波形データを取得することになる。取得した波形データには、一部、妨害波の干渉を受けた異常データが含まれ、閾値等を用いてもターゲットの反応との明確な分離が難しくなる。
【００１８】
このため、本パルスレーダ装置１は、受信波の波形データにノイズが含まれているか否かを信号判定処理部２５で判定し、妨害波の影響を除去する。信号判定処理部２５におけるノイズ判定ロジックは、受信波の等価時間サンプリングにおいては、同期していない他の信号（ノイズ）は受信波形中にスパイク状に入るという特徴を利用している。具体的には、等価時間サンプリングした受信波の中のスパイク状の成分を識別するため、受信波の波形データを微分（差分）して波形データの変化率を算出し、さらに受信波の波形データの２回微分（変化率の差分）によって変化率の変動を算出する。そして、変化率の変動が急峻な場合、妨害波による異常データが混入していると判断する。
【００１９】
図６は、信号判定処理部２５における異常データ判定のソフトウエア処理を示すフローチャートである。以下、この異常データ判定処理について説明する。
【００２０】
先ず、最初のステップＳ１において、信号変換部２４で等価時間サンプリングされてデジタルデータに変換された受信波の波形データＤを入力する。波形データＤは、等価サンプリングにより取得順に並べられたｎ点のデータの集合（例えば１フレーム分のデータの集合）である。ここでは、サンプリング点（データ点）をi（i=0,1,2,3,…,n-1）として、波形データのデータ集合をＤ[i]で定義する。
【００２１】
次に、ステップＳ２へ進み、受信波の変化率Ｒｆを算出する。図７に示すように、受信波のデータ集合Ｄの中のデータ点iの波形データＤ[i]と１つ前のデータ点i-1の波形データＤ[i-1]との差分を、以下の（１）式により求め、この差分をデータ点iにおける変化率Ｒｆ[i]とする。
Ｒｆ[i]＝Ｄ[i]−Ｄ[i-1] …（１）
【００２２】
（１）式による差分をデータ点i=1〜n-1に対して算出することにより、図８に示すように、ｎ点の受信波のデータ集合Ｄ[0],Ｄ[1],Ｄ[2],Ｄ[3],…,Ｄ[n-1]からｎ−１点の変化率のデータ集合Ｒｆ[1],Ｒｆ[2],Ｒｆ[3],…,Ｒｆ[n-1]を得ることができる。図８においては、（ａ）に妨害波による異常データが無い場合の変化率Ｒｆを示し、（ｂ）に妨害波による異常データが混入している場合の変化率Ｒｆを示しており、妨害波の影響がある場合、破線で囲む個所に示すように、変化率Ｒｆが大きく変動していることがわかる。
【００２３】
その後、ステップＳ３へ進み、変化率Ｒｆの変動幅Ｒｗを算出する。この変動幅Ｒｗは、以下の（２）式に示すように、データ点iの変化率Ｒｆ[i]とデータ点i-1の変化率Ｒｆ[i-1]との差分として算出される。これにより、ｎ−１点の変化率のデータ集合Ｒｆ[1],Ｒｆ[2],Ｒｆ[3],…,Ｒｆ[n-1]からｎ−２点の変動幅のデータ集合Ｒｗ[2],Ｒｗ[3],…,Ｒｗ[n-1]が得られる。
Ｒｗ[i]＝Ｒｆ[i]−Ｒｆ[i-1] …（２）
【００２４】
続くステップＳ４では、変動幅Ｒｗを評価し、異常データを判定する。この異常データの判定は、等価時間サンプリングで取得した波形データには、同期していない他の信号（ノイズ）が含まれる場合にスパイク状の急峻な変化が生じることを根拠としている。すなわち、図９（ａ）に示すように、妨害波の影響がない場合には、変化率の変動幅Ｒｗはあまり変化せず、妨害波による異常データが混入している場合、図９（ｂ）の破線で囲む個所に示すように、変化率の変動幅ＲｗがＶ字状に大きく変化する。
【００２５】
従って、データ点iにおける変動幅Ｒｗ[i]の絶対値が閾値Ｔａを越え、且つ前のデータ点i-1における変動幅Ｒｗ[i-1]或いは後のデータ点i+1における変動Ｒｗ[i+1]に対して正負の符号が反転している場合、波形データＤは異常であると判定する。一方、変動幅Ｒｗ[i]の絶対値が閾値Ｔａ以下、或いは変動幅Ｒｗ[i]が前後の変動幅の値Ｒｗ[i-1]，Ｒｗ[i+1]に対して正負の符号が反転していない場合には、波形データＤは正常であると判定する。
【００２６】
そして、今回の波形データＤが正常であると判定された場合には、ステップＳ４からステップＳ５へ進んで今回の正常データで波形データの更新を行うと共に正常データを距離測定演算部２６へ出力する。一方、今回の波形データＤが異常であると判定された場合には、ステップＳ４からステップＳ６へ進み、異常データを棄却して波形データの更新は行わない。
【００２７】
このように本実施の形態においては、妨害波による干渉があった場合には、受信波を等価時間サンプリングする際に非同期のスパイク状の信号となって出現することに基づいて他レーダ装置等からの干渉による影響を単純な閾値によることなく識別する。これにより、受信パルスの電力が微弱であっても妨害信号と本来の検出対象からの受信信号とを確実に識別し、レーダ計測精度の向上を図ることができる。
【００２８】
次に、本発明の実施の第２形態について説明する。
第１形態においては、受信波の波形データＤのデータ集合中に異常データが含まれているか否かを判定し、異常データが含まれている場合には、その波形データＤを棄却する。これに対して、第２形態は、受信波の波形データＤの中の異常データの位置を特定し、その異常データに対して補正処理を行うものである。
【００２９】
このため、第２形態では、信号判定処理部２５の処理ロジックにおける異常データに係る処理を変更する。すなわち、図１０のフローチャートに示す異常データ判定処理において、第１形態と同様のステップＳ１〜Ｓ３を経てステップＳ４で異常と判定された場合、ステップＳ４からステップＳ６＿１へ進み、異常データの位置Ｐａを算出する。
【００３０】
異常データの位置Ｐａは、データ点ｉ=2,3,…,n-1に対して変動幅Ｒｗの異常検出点をｘとすると、Ｐａ＝ｘ−１で求めることができる。図９（ｂ）に示す例では、ｘ＝４であるため、Ｐａ＝３となる。次に、ステップＳ６＿２へ進み、図１１に示すように、異常データＤ[Pa]を補正し、この補正データに基づく波形データＤ’を距離測定演算部２６へ出力する。異常データＤ[Pa]の補正は、線形補間やスプライン補間等の各種の手法を用いて行うことができる。
【００３１】
第２形態においても、第１形態と同様、受信パルスの電力が微弱であっても妨害信号と本来の検出対象からの受信信号とを確実に識別し、レーダ計測精度の向上を図ることができる。更に、第２形態では、サンプリングした波形データ中にノイズが混入している場合であっても、ノイズと識別したデータを補正して波形データを補正するため、測距精度を確保することができる。
【００３２】
次に、本発明の実施の第３形態について説明する。
本パルスレーダ装置１を搭載した自車両と妨害波の出力源となる他のレーダ装置との距離が近い場合、図１２に示すように、妨害波の干渉を受ける間隔が短くなってターゲットとの分離が困難なデータ点が増加し、受信波形の正確な再現が次第に難しくなる。
【００３３】
このため、第３形態では、第２形態に対して、異常データの個数をカウントし、異常データの個数が設定値を越える場合には、サンプリングした波形データを異常データとして棄却し、異常データの個数が設定値を下回る場合、第２形態と同様、異常データを補正して測距処理を行う。
【００３４】
第３形態における信号判定処理部２５の異常データ判定処理は、図１３のフローチャートに示される。この異常データ判定処理では、第１，第２形態と同様のステップＳ１〜Ｓ３を経て波形データの変化率Ｒｆ及び変動幅Ｒｗを算出し、ステップＳ４で異常と判定された場合、ステップＳ４からステップＳ６＿０へ進んで、波形データＤの集合中に異常データの個数が設定値Ｙ以上あるか否かを調べる。
【００３５】
図１４（ａ）に示すような妨害波の影響がない場合の変化率Ｒｆに対して、異常データが複数個ある場合には、図１４（ｂ）に破線で囲む個所に示すように、複数点で変化率Ｒｆが大きく変化する。その結果、図１５（ａ）に示すような妨害波の影響がない場合の変化率の変動幅Ｒｗに対して、異常データが複数個ある場合には、図１５（ｂ）に破線で囲む個所に示すように、複数点で変動幅Ｒｗが大きくＶ字状に大きく変化する。
【００３６】
従って、ステップＳ６＿０で異常データの数が設定値Ｙを超える場合には、ステップＳ６＿０からステップＳ６へ進んで今回の波形データ集合Ｄを異常データとする。一方、異常データの数が設定値Ｙ以下の場合には、第２形態と同様の処理を行う。すなわち、ステップＳ６＿１で複数の異常データの位置Ｐａを算出し、ステップＳ６＿２で各異常データの位置Ｐａに基づいて波形データＤを補正し、ステップＳ６＿３で補正後の波形データＤ’を距離測定演算部２６へ出力する。
【００３７】
第３形態は、第２形態に対して、サンプリングした波形データ中にノイズが混入している場合、一義的に補正を行うことなく、異常と判定されたデータが設定個数以下の場合にのみ補正を行う。このため、第３形態では、測距精度を確保するのみならず、信頼性を向上することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１パルスレーダ装置
２送信アンテナ
３受信アンテナ
４本体ユニット
２５信号判定処理部
Ｄ波形データ
Ｋレーダ装置
Ｒｆ変化率
Ｒｗ変動幅
Ｔａ閾値

【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス状の送信波を放射して物体からの反射波を受信し、等価時間サンプリング方式で時間軸を伸張して受信波の波形データをサンプリングするパルスレーダ装置であって、
上記波形データの変化率をサンプリング点毎に算出し、該変化率の変動に基づいて上記波形データの異常を判定する信号判定処理部を備えたことを特徴とするパルスレーダ装置。
【請求項２】
所定のサンプリング点での上記変化率の変動幅の絶対値が閾値を越え、且つ前のサンプリング点或いは後のサンプリング点での変動幅と正負の符号が反転している場合、異常と判定することを特徴とする請求項１記載のパルスレーダ装置。
【請求項３】
上記信号判定処理部で異常と判定された波形データの数が設定値以下のとき、上記波形データを補正して距離測定用のデータとして出力することを特徴とする請求項１又は２記載のパルスレーダ装置。

【図１】