レーダ信号処理装置および方法
【目的】
レーダ受信信号における干渉信号および、ビート信号における不連続点を除去する、周波数変調(ＦＭ−ＣＷ)レーダ用の信号処理方法を提供する。また干渉除去後に、その後の信号処理に影響を与えないような補間方法を提案する。
【構成】
ビート信号の各標本化時刻における標本値が干渉信号であるか正規の受信信号であるかを判定する干渉判定部と、前記干渉判定部によって前記標本値が干渉信号であると判定された場合に該干渉信号を標本化されたビート信号を用いることによって正しい値に補間するビート信号補間部からなる干渉除去部を有するレーダ信号処理装置。
レーダ受信信号における干渉信号および、ビート信号における不連続点を除去する、周波数変調(ＦＭ−ＣＷ)レーダ用の信号処理方法を提供する。また干渉除去後に、その後の信号処理に影響を与えないような補間方法を提案する。
【構成】
ビート信号の各標本化時刻における標本値が干渉信号であるか正規の受信信号であるかを判定する干渉判定部と、前記干渉判定部によって前記標本値が干渉信号であると判定された場合に該干渉信号を標本化されたビート信号を用いることによって正しい値に補間するビート信号補間部からなる干渉除去部を有するレーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置、およびレーダシステムで用いられる方法に係り、特に、レーダの反射信号に見られる、干渉信号を除去するレーダシステム、およびこのための方法に関する。また、干渉除去を行なった後に、信号処理結果に影響を与えないように信号を補間するレーダ信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
すでに知られているように、ＦＭ−ＣＷレーダは連続的に周波数変調波を送信するレーダである。送信信号と受信信号の周波数の差を観測することで、レーダの測定範囲内に存在する物標の有無、また物標の存在が確認された場合は、物標までの距離を特定することができる。送信信号と受信信号の周波数の差はビート信号を取得することで観測できる。
【０００３】
ビート信号とは送信信号と受信信号の周波数の差を周波数成分として有する信号である。ビート信号をフーリエ変換することにより、そのスペクトルを観測することで、スペクトルの振幅が大きい周波数を、送信信号と受信信号の周波数の差であるビート周波数と特定することができる。
【０００４】
送信信号と受信信号の周波数の差は、レーダから送信した信号が物標で反射して受信されるまでの時間に比例しているため、ビート周波数を観測することで物標までの距離を特定することができる。
【０００５】
ＦＭ−ＣＷレーダにおいては図１に示すように、電圧制御型の発振器ＶＣＯ１０１から周波数変調波を出力する。ＶＣＯから出力された周波数変調波は分配器ＰＤ１０３によって送信アンテナ１０５に向かう方向と、受信系の周波数混合器１１１の方向へと分岐される。送信アンテナ１０５に分岐した信号は、送信アンテナ１０５から送信されると、物標で反射して受信アンテナ１０７で受信される。
【０００６】
一方、分配器ＰＤ１０３から受信系の周波数混合器１１１の方向へ分岐した信号は、受信アンテナ１０７で受信された受信信号と、周波数混合器１１１によって周波数混合される。周波数混合器の出力を増幅器１０９に入力し、増幅器１０９の出力を低域通過フィルタ１１３に入力する。低域通過フィルタ１１３の出力は送信周波数と受信周波数の差を周波数成分とするビート信号である。ビート信号はＡＤ変換器１１５に入力され、アナログ信号を標本化することでディジタル値へと変換される。サンプリングされたビート信号はビート信号補間部を有するレーダ信号処理装置１１７に入力され、図２に示すデータフローにしたがって信号処理される。
【０００７】
ＡＤ変換器２０１で標本化し、ディジタル値に変換した後、信号処理装置に入力されたビート信号は干渉除去部において干渉除去２０３を施した後にフーリエ変換２０５によって周波数領域に変換される。周波数領域に変換された信号は、絶対値算出２０７、対数化２０９を経て周波数スペクトルとして出力される。ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、周波数スペクトルの周波数軸は、物標までの距離に対応している。周波数スペクトルを観測することで、その振幅が大きい周波数(距離)に反射物標が存在すると判断し、更には反射物標までの距離を特定することができる。周波数スペクトルの観測結果は観測範囲において、方向や距離と対応させて画像化した後に表示装置２１１にて表示し、観測する方法が一般的である。
【０００８】
反射信号の中には雑音や干渉信号等の不要な成分が含まれる。不要な成分にはレーダ装置内の電気的な性質による雑音や、送受信信号がレーダ装置の外で影響を受けた、干渉信号等の外的要因によるものがある。これらの不要な成分はレーダにおける物標探知性能に悪影響を及ぼすため、可能な限り除去する必要がある。
レーダ装置内のシステム雑音はレーダ装置そのものの改造等で改善することができる(非特許文献１を参照)。しかし、送受信波がシステムの外で影響を受ける、干渉信号のような外的要因による成分は不定期且つ形状が定まらないため、除去する手段としては、いかなる突発的な外的要因に対しても、これを自動的に検知し、除去できるような方法を選択するべきである。
【０００９】
雑音成分(干渉信号を含む) は物標の検知において深刻な影響を及ぼす。図３に、物標までの距離に比例したビート周波数成分を有するビート信号をフーリエ変換した結果を示す。３０１はビート周波数の信号スペクトルを表しており、このスペクトルの周波数を読み取ることでビート周波数、更に物標までの距離を知ることができる。３０３はビート信号にパルス状の干渉信号を含む信号をフーリエ変換した結果、３０５は干渉信号を含まない信号をフーリエ変換した結果である。
【００１０】
パルス状の干渉信号を含む場合、３０３と３０５に示すように、周波数軸上で広範囲に渡り、干渉信号を含まない信号に比べてノイズフロアが高くなっている。物標による反射信号のレベルの小さい場合には、ノイズフロアが高いことにより、物標の信号スペクトルがノイズフロアに埋もれてしまう原因となる。また、特定の周波数成分を有する干渉信号については、物標の有無の判定や測距において誤った情報をもたらす原因となる。
【００１１】
従来の干渉除去技術では、ビート周波数が高く、干渉信号との形状が似ている場合は、干渉信号の判定が困難である(特許文献１を参照)。本発明は、干渉信号の形状やビート周波数に関わらず干渉信号を検出し、その後の信号処理に影響を与えないよう補間するレーダ信号処理装置に関する。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６-１７１００１号公報
【非特許文献１】「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
レーダ受信信号における干渉信号および、ビート信号における不連続点を除去する、周波数変調(ＦＭ−ＣＷ)レーダ用の信号処理方法を提供する。また干渉除去後に、その後の信号処理に影響を与えないような補間方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明は、周波数変調された連続波信号を送受信することにより移動物体の距離と速度を同時に測定することができるＦＭ−ＣＷレーダの信号処理装置及び方法に関して、
ビート信号の各標本化時刻における標本値が干渉信号であるか正規の受信信号であるかを判定する干渉判定部と、
前記干渉判定部によって前記標本値が干渉信号であると判定された場合に該干渉信号を標本化されたビート信号を用いることによって正しい値に補間するビート信号補間部と、
からなる干渉除去部を有するレーダ信号処理装置とする。
【００１５】
また、本発明は、前記干渉判定部は、前記標本化されたビート信号の差分列及び差分列の微分をした値によって干渉信号の有無を判定するものであって、
差分列を得るための２点間の距離を差分距離とした場合に、前記標本化されたビート信号に対して、差分距離を予め定めた規定値まで変化させて１階差分の列を計算する１階差分計算部と、
前記１階差分計算部によって計算された１階差分の列を時間微分する時間微分計算部と、
前記１階差分計算部によって計算された１階差分の列に関して全ての時刻にわたって絶対値の平均値を計算することによって１階差分の振幅平均値を取得する１階差分振幅平均計算部と、
１階差分振幅平均値が最小になる差分距離を同相差分距離とする場合に、差分距離を一定量ずつ変化させながら前記１階差分振幅平均計算部によって１階差分の振幅平均値を計算することによって、同相差分距離を探索する同相差分距離探索部と、
同相差分距離において、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、あるいは、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の時間微分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、干渉信号があると判定する第１判定部と、
前記特定の同相差分距離の２倍の差分距離において、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、あるいは、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の時間微分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、干渉信号があると判定する第２判定部と、
前記第１判定部及び第２判定部の判定結果に関して、両判定部において干渉信号があるとした時刻のみに干渉信号が存在し、そうではない時刻においては干渉信号の存在しない正常な受信信号であると判定する総合判定部と
を有する事を特徴とするレーダ信号処理装置及び方法とする。
【００１６】
また、本発明は、前記ビート信号補間部は、干渉信号が存在すると判定された際に、該干渉信号の標本化数を数える干渉点数算出部と、
ビート信号の特定の時刻に干渉信号を含むと判断され、なおかつ、前記同相差分距離探索部によって得られた同相差分距離が１ではなかった場合に、該時刻におけるビート信号を、該同相差分距離だけ離れたビート信号上の２点の平均値によって置き換える第１のビート信号置換部と、
前記同相差分距離が前記干渉点数算出部によって得られる標本化数より小さいときに、ビート信号において干渉信号を含まない範囲に関して新たに同相差分距離を探索し、前記時刻から該同相差分距離だけ前方向及び後方向に離れた２点によって平均値を計算し置き換える第２のビート信号置換部と、
前記同相差分距離が１であった場合に、干渉信号の前後の２点から曲線の傾きを算出し、一次近似式を使って置換する値を算出し置き換える第３のビート信号置換部と、
を有し、ビート周波数に影響を与える事無く、干渉が含まれた箇所のビート信号を、干渉を含まない信号に置換することを特徴とする、レーダ信号処理装置及び方法とする。
【発明の効果】
【００１７】
ビート信号において、信号処理の結果に悪影響を及ぼす、干渉信号等の外的要因によるビート信号の不連続点が除去され、更にビート周波数成分に影響を与えないように補間が行なわれることにより、物標の探知確率が向上する。
【実施例】
【００１８】
本発明による干渉信号の除去は図４に示す干渉除去部において行なわれる。本発明における干渉除去処理では、信号処理装置１１７に入力されたビート信号配列に対して、図４の４０１に示す干渉判定部にて干渉信号の有無を判定し、図４の４０３に示すビート信号補間部にて干渉信号ありと判定した部分を補間する。
【００１９】
干渉信号を判定するための処理の流れを図５に示す。処理の対象となる信号xｊは標本化された長さＮの時系列信号である。時系列を離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ)で表す。図５の５０１に示すように、処理の対象となる信号xｊと、時間軸において１だけ差分距離をとった信号xｊ+１との引き算を行なう。引き算は離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-１)の範囲において繰り返す。
【００２０】
次はxｊと、時間軸において２だけ差分距離をとった信号xｊ+２との引き算をとるというように、差分距離ｄを１から規定値Ｄ(たとえばＮ/４)までずらしていき、１階差分を計算する。
【００２１】
規定値Ｄは最大でＮ-１まで可能であるが、差分距離ｄが大きくなればなるほど１階差分を計算できるデータの範囲は減少し、適切な処理を行なえなくなる恐れがある。そこで規定値Ｄついてはサンプリング数Ｎから、たとえばＮ/４と決めればよい。
【００２２】
次に、図５の５０３に示すように各差分距離ｄにおける１階差分配列Δｄ,ｊについて、すべての時刻(ｊ＝１,２,３,…,Ｎ-ｄ)にわたって絶対値の平均値Ａｄを算出する。
【００２３】
図５の５０５に示すようにＡｄが最小になったときの差分距離ｄを同相差分距離δとする。
【００２４】
また、差分距離ｄ＝δにおいてΔδ,ｊの傾斜を知るために、図５の５０７に示すようにΔδ,ｊの１階微分Δδ,ｊ´を計算する。
【００２５】
次に、図５の５０９に示すように同相差分距離δにおける１階微分配列Δｄ,ｊ´について、すべての時刻(ｊ＝１,２,３,…,Ｎ-δ-１)にわたって絶対値の平均値Ａδ´を算出する。
【００２６】
ｄ＝δのとき、xｊ+δとxｊはビート信号の位相が一致するか、もしくは全ての差分距離ｄの中でxｊ+ｄとxｊの位相が最も近い状態にある。ただし、ビート信号の周波数が低い場合、xｊ+ｄについてはｄを大きくすればする程、xｊと位相が離れていく。その場合、ｄ＝１のときが最も同相に近い状態であるとみなされδ＝１となる。同相差分距離δの値は処理の対象となるビート信号の周波数成分に依存する。
【００２７】
干渉の有無の判定方法について説明する。
(１) 同相差分距離δにおいて、干渉信号が存在する点は、離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-δ)の範囲で計算された１階差分Δδ,ｊの振幅が大きくなり、干渉信号以外の点については振幅が小さくなる。よって図５の５１１に示すように、ｄ＝δにおいて平均値Ａδで正規化した｜Δδ,ｊ｜/Ａδが、規定の閾値θ(たとえば３)よりも大きい点を干渉信号ありと判定する。また、図７(ａ)の７０１に示すように、干渉信号が一定のレベルを保持するような信号の場合、図７(ｂ)の７０３に示すように｜Δδ,ｊ｜＝０となる。この場合も干渉信号ありと判定する。
【００２８】
(２)干渉信号の形状により、たとえば図８(ａ)に示すような信号の場合は、図８(ｂ)の８０１に示すように干渉信号が存在する点において１階差分Δδ,ｊの振幅が高低を繰り返す場合がある。そこで、１階差分Δδ,ｊの振幅が激しく変動する場合も干渉があると判定するため、図８(ｃ)の８０３に示すように、同相差分距離δにおいて、離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-δ)の範囲で計算されたΔδ,ｊについての１階微分値Δδ,ｊ´にも注目する。|Δδ,ｊ´|の平均値Ａδ´で正規化した|Δδ,ｊ´|/Ａδ´を観察し、閾値よりも大きい点を干渉信号ありと判定する。
【００２９】
図７(ａ)の７０１に示すように、干渉信号が一定のレベルを保持するような信号の場合、図７(ｃ)の７０５に示すように、｜Δδ,ｊ´｜＝０となる。この場合も、図５の５１３に示すとおり、干渉信号ありと判定する。
【００３０】
図５の５１５に示すように、(１)と(２)の結果より、同相差分距離δにおける１階差分の絶対値｜Δδ,ｊ｜/Ａδが｜Δδ,ｊ｜/Ａδ＞θか｜Δδ,ｊ｜/Ａδ＝０のときと、または１階差分の時間微分の絶対値|Δｄ,ｊ´|/Ａδ´＞θ´あるいは｜Δδ,ｊ´｜/Ａδ´＝０のときに干渉信号があると判定し、ディジタル値Rｊ(１)＝１とする。
【００３１】
あるいは｜Δδ,ｊ｜/Ａδ＞θと|Δδ,ｊ´|/Ａδ´＞θ´の双方が成り立つとき、｜Δδ,ｊ｜/Ａδ＝０と｜Δδ,ｊ´｜/Ａδ´＝０の双方が成り立つときもRｊ(１)＝１とする。尚、いずれにも該当しない場合、Rｊ(１)＝０とする。
【００３２】
図９(ａ)に干渉信号を含むビート信号を示す。図９(ａ)の９０１が干渉信号である。図９(ｂ)に９０１の拡大図を示す。図９(ｃ)に示すｄ＝δにおける１階差分、図９(ｄ)に示す１階差分の時間微分においては、｜Δδ,ｊ｜や|Δδ,ｊ´|は干渉信号がある点だけではなく、２δ離れた点も振幅が大きくなる。また、図９(e)に示すｄ＝２δにおける１階差分、図９(ｆ)に示す１階差分の時間微分においては４δ離れた点も｜Δδ,ｊ｜や|Δδ,ｊ´|の振幅が大きくなる。これは鏡像のようなもので、実際に干渉信号が存在しないため、取り除く必要がある。
【００３３】
そこで、ｄ＝δに加えて、同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δについても｜Δδ,ｊ｜や|Δδ,ｊ´|を計算し、上記の(１)と(２)の判定を同様に(３)と(４)の手順で行なう。
【００３４】
(３)同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δにおいて、干渉信号が存在する点は、離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-２δ)の範囲で計算された１階差分Δ２δ,ｊの振幅が大きくなり、干渉信号以外の点については振幅が小さくなる。図５の５１７に示すように、ｄ＝２δにおいて平均値Ａ２δで正規化した｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δが、規定の閾値θ(たとえば３)よりも大きい点を干渉信号ありと判定する。
【００３５】
また、図７(ａ)の７０１に示すように、干渉信号が一定のレベルを保持するような信号の場合、図７(ｂ)の７０３に示すように、ｄ＝δのときと同様、｜Δ２δ,ｊ｜＝０となる。この場合も干渉信号ありと判定する。
【００３６】
(４)干渉信号の形状により、たとえば図８(ａ)に示すような信号の場合は、ｄ＝δのときと同様、図８(ｂ)の８０１に示すように干渉信号が存在する点において１階差分Δ２δ,ｊの振幅が高低を繰り返す場合がある。そこで、１階差分Δ２δ,ｊの振幅が激しく変動する場合も干渉があると判定するため、図８(ｃ)の８０３に示すように、同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δにおいて、離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-２δ)の範囲で計算されたΔ２δ,ｊについての１階微分値Δ２δ,ｊ´にも注目する。|Δ２δ,ｊ´|の平均値Ａ２δ´で正規化した|Δ２δ,ｊ´|/Ａ２δ´を観察し、閾値よりも大きい点を干渉信号ありと判定する。
【００３７】
図７(ａ)の７０１に示すように、干渉信号が一定のレベルを保持するような信号の場合、図７(ｃ)の７０５に示すように、｜Δ２δ,ｊ´｜＝０となる。この場合も、図５の５１９に示すとおり、干渉信号ありと判定する。
【００３８】
図５の５２１に示すように、(３)と(４)の結果より、同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δにおける１階差分の絶対値｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δが｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δ＞θか｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δ＝０のときと、または１階差分の時間微分の絶対値|Δ２δ,ｊ´|/Ａ２δ´＞θ´あるいは｜Δ２δ,ｊ´｜/Ａ２δ´＝０のときに干渉信号があると判定し、ディジタル値Rｊ(２)＝１とする。
【００３９】
あるいは｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δ＞θと|Δ２δ,ｊ´|/Ａ２δ´＞θ´の双方が成り立つとき、｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δ＝０と｜Δ２δ,ｊ´｜/Ａ２δ´＝０の双方が成り立つときもRｊ(２)＝１とする。尚、いずれにも該当しない場合、Rｊ(２)＝０とする。
【００４０】
最終的に、同相差分距離ｄ＝δのときと同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δのときの結果を総合して、干渉信号の有無を判定する。Rｊ(１)とRｊ(２)のどちらか一方のみ1となった点、すなわち干渉信号があると判定された点は鏡像である。そこで、図５の５２３に示すように、Rｊ(１)とRｊ(２)の論理積を得る総合判定手段によって最終的な結果がRｊ＝１のとき、時刻ｊの信号xｊが干渉信号であり、そうでないときのxｊが正常な受信信号であると判定する。
【００４１】
干渉信号があると判断された点は、一度信号を０にして干渉信号を除去した後、補間を行なう必要がある。
【００４２】
次に補間法について説明する。干渉信号であると判定された部分については補間する必要がある。補間する際には、先に求めたδを用いる。
【００４３】
補間される場所が１点の場合は前後の２点の平均をとることによって補間する手段が有効である。しかしながら、連続した標本化時刻において干渉を含む場合やビート周波数が高い場合はこの手段は適さないため、本発明ではこの手段は用いない。
【００４４】
本発明における補間法の流れを図６に示す。まず、図６の６０１に示すようにビート信号において、先に行なった干渉信号の有無の判定結果Rｊを走査し、干渉信号があると判定された点において、図６の６０５に示すようにその次の点における干渉信号についても有無も調べ、干渉信号が連続して存在するかどうかを判定する。連続して存在する場合には、図６の６０３に示すように連続した干渉信号の点の数Ｋを調べる。
【００４５】
干渉信号が存在する連続した標本化時刻において最初の時間ｊをｉに代入する。つまり、xｊにおいて、(ｉ＝ｊ,ｊ+１,…,ｊ+Ｋ-１)の範囲で連続した干渉信号が存在する。連続した複数の点を補間する場合、同じ掃引信号配列において、補間したい点を挟んで、２つの同位相の点について平均値をとって補間する。連続した干渉信号の点の数をＫとすると、補間の作業はＫ回繰り返すことになる。
【００４６】
図６の６０７でδ＝１ではないと判定された場合、干渉信号が存在する点の数よりも同相差分距離δが大きいとき、すなわちδ≧Ｋならば、図６の６１３に示すように式(５)を用いて補間する値を計算できる。
【００４７】
また、δとの関係がδ< Ｋならば、補間したい点から最も近くで同相となるべき点にも干渉信号が存在するため、補間するための値の算出に使用できないことになる。そこで、ビート信号配列の中で、干渉信号を含まない点において、図６の６１５に示すように補間したい点となるべく近くで同相になる同相差分距離δ´を計算する。δ´はＫ/δにおいて少数点を切り捨てた値を用いて算出する。
【００４８】
このδ´を用いて、式(５)と同様、干渉信号が含まれる点を挟んで平均値をとり、図６の６１７に示すように補間する値を算出する。
【００４９】
本補間法を使って補間した様子を図１０に示す。図１０(ａ)は干渉信号を含むビート信号である。干渉除去後、０で補間すると図１０(ｂ)のようになり、不連続な状態になる。本方式を用いた場合、図１０(ｃ)のようになめらかに補間できる。この差はフーリエ変換を施すと顕著である。フーリエ変換を行ない周波数領域に変換した結果を図１０(ｄ)に示す。図１０(ｄ)の１００７は、ビート周波数を示す信号スペクトルである。
【００５０】
１００１は図１０(ａ)の信号、１００３は図１０(ｂ)、１００５は図１０(ｃ)の信号を周波数変換した結果である。本方式を用いた場合、１００５に示すようにノイズフロアが他よりも低く、干渉信号部分を適切に補間することでビート信号への影響が小さいことがわかる。
【００５１】
図６の６０７においてδ＝１の場合、すなわちビート周波数が低いとき、ビート信号xｊの中で同相となる差分距離が不明のため、図６の６０９に示すように干渉信号が存在する前後の点から式(８)を使って曲線の傾きmを算出し、図６の６１１に示すように式(９)を使って近似的に一次式を適応して補間する。
【００５２】
本補間法を使って補間した様子を図１１に示す。図１１(ａ)は干渉信号が存在する状態、図１１(ｂ)は干渉信号を除去して補間した結果を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】一般的なＦＭ−ＣＷレーダのシステム図を示す。
【図２】本発明を実施する場合の信号処理の流れを示す。
【図３】ビート信号上に干渉信号が存在するときと、干渉信号が存在しないときのノイズフロアの違いを示す。
【図４】本発明で提供する干渉除去方法の流れを示す。
【図５】干渉信号の有無を判定するための信号処理の流れを示す。
【図６】ビート信号の補間をするための信号処理の流れを示す。
【図７】干渉信号とその１階差分、時間微分の一例を示す。
【図８】干渉信号とその１階差分、時間微分の一例を示す。
【図９】干渉信号とその１階差分、時間微分の一例を示す。また干渉信号の有無を判定する際の鏡像について説明する図である。
【図１０】本発明で提供する補間法の効果を示す。
【図１１】本発明で提供する補間法の効果を示す。
【符号の説明】
【００５４】
１０１…発信器、 １０３…分配器、
１０５…送信アンテナ、 １０７…受信アンテナ、
１０９…増幅器、 １１１…周波数混合器、
１１３…低域通過フィルタ、 １１５…ＡＤ変換器、
１１７…信号処理装置、
２０１…ＡＤ変換器、 ２０３…干渉除去のための信号処理、
２０５…フーリエ変換部、 ２０７…絶対値化部、
２０９…対数化部、 ２１１…表示装置、
３０１…信号スペクトル、 ３０３…干渉信号を含む信号スペクトル、
３０５…干渉信号を含まない信号スペクトル、
４０１…干渉判定部、 ４０３…ビート信号補間部、
５０１…ある差分距離における減算処理、
５０３…１階差分の振幅平均の算出処理、
５０５…同相差分距離の算出処理、 ５０７…１階差分の傾斜の算出処理、
５０９…時間微分振幅平均算出処理、
５１１、５１３…干渉信号の有無判定のための分岐処理、
５１５、５２１…干渉信号判定処理、
５１７、５１９…干渉信号の有無判定のための分岐処理、
５２３…総合判定処理、
６０１…干渉信号の有無の判定結果による分岐処理、
６０３…連続する干渉信号の点数カウント処理、
６０５…次の点における干渉信号の有無の判定結果による分岐処理、
６０７…ビート周波数が低いかどうかの分岐処理、
６０９…干渉信号の存在点の前後の点を用いる処理、
６１１、６１３…補間処理、 ６１５…同相差分距離の算出処理、
６１７…補間処理、
７０１…干渉信号が一定のレベルを保持している状態、
７０３、７０５…７０１の部位を０にした状態、
８０１…干渉信号が存在し１階差分が上下している状態、
８０３…点からピークを検知し閾値と比較する部位、
９０１…干渉信号、
１００１…図１０（ａ）の信号、 １００３…図１０（ｂ）の信号、
１００５…図１０（ｃ）の信号、
１００７…ビート周波数を示す信号スペクトル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置、およびレーダシステムで用いられる方法に係り、特に、レーダの反射信号に見られる、干渉信号を除去するレーダシステム、およびこのための方法に関する。また、干渉除去を行なった後に、信号処理結果に影響を与えないように信号を補間するレーダ信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
すでに知られているように、ＦＭ−ＣＷレーダは連続的に周波数変調波を送信するレーダである。送信信号と受信信号の周波数の差を観測することで、レーダの測定範囲内に存在する物標の有無、また物標の存在が確認された場合は、物標までの距離を特定することができる。送信信号と受信信号の周波数の差はビート信号を取得することで観測できる。
【０００３】
ビート信号とは送信信号と受信信号の周波数の差を周波数成分として有する信号である。ビート信号をフーリエ変換することにより、そのスペクトルを観測することで、スペクトルの振幅が大きい周波数を、送信信号と受信信号の周波数の差であるビート周波数と特定することができる。
【０００４】
送信信号と受信信号の周波数の差は、レーダから送信した信号が物標で反射して受信されるまでの時間に比例しているため、ビート周波数を観測することで物標までの距離を特定することができる。
【０００５】
ＦＭ−ＣＷレーダにおいては図１に示すように、電圧制御型の発振器ＶＣＯ１０１から周波数変調波を出力する。ＶＣＯから出力された周波数変調波は分配器ＰＤ１０３によって送信アンテナ１０５に向かう方向と、受信系の周波数混合器１１１の方向へと分岐される。送信アンテナ１０５に分岐した信号は、送信アンテナ１０５から送信されると、物標で反射して受信アンテナ１０７で受信される。
【０００６】
一方、分配器ＰＤ１０３から受信系の周波数混合器１１１の方向へ分岐した信号は、受信アンテナ１０７で受信された受信信号と、周波数混合器１１１によって周波数混合される。周波数混合器の出力を増幅器１０９に入力し、増幅器１０９の出力を低域通過フィルタ１１３に入力する。低域通過フィルタ１１３の出力は送信周波数と受信周波数の差を周波数成分とするビート信号である。ビート信号はＡＤ変換器１１５に入力され、アナログ信号を標本化することでディジタル値へと変換される。サンプリングされたビート信号はビート信号補間部を有するレーダ信号処理装置１１７に入力され、図２に示すデータフローにしたがって信号処理される。
【０００７】
ＡＤ変換器２０１で標本化し、ディジタル値に変換した後、信号処理装置に入力されたビート信号は干渉除去部において干渉除去２０３を施した後にフーリエ変換２０５によって周波数領域に変換される。周波数領域に変換された信号は、絶対値算出２０７、対数化２０９を経て周波数スペクトルとして出力される。ＦＭ−ＣＷレーダにおいて、周波数スペクトルの周波数軸は、物標までの距離に対応している。周波数スペクトルを観測することで、その振幅が大きい周波数(距離)に反射物標が存在すると判断し、更には反射物標までの距離を特定することができる。周波数スペクトルの観測結果は観測範囲において、方向や距離と対応させて画像化した後に表示装置２１１にて表示し、観測する方法が一般的である。
【０００８】
反射信号の中には雑音や干渉信号等の不要な成分が含まれる。不要な成分にはレーダ装置内の電気的な性質による雑音や、送受信信号がレーダ装置の外で影響を受けた、干渉信号等の外的要因によるものがある。これらの不要な成分はレーダにおける物標探知性能に悪影響を及ぼすため、可能な限り除去する必要がある。
レーダ装置内のシステム雑音はレーダ装置そのものの改造等で改善することができる(非特許文献１を参照)。しかし、送受信波がシステムの外で影響を受ける、干渉信号のような外的要因による成分は不定期且つ形状が定まらないため、除去する手段としては、いかなる突発的な外的要因に対しても、これを自動的に検知し、除去できるような方法を選択するべきである。
【０００９】
雑音成分(干渉信号を含む) は物標の検知において深刻な影響を及ぼす。図３に、物標までの距離に比例したビート周波数成分を有するビート信号をフーリエ変換した結果を示す。３０１はビート周波数の信号スペクトルを表しており、このスペクトルの周波数を読み取ることでビート周波数、更に物標までの距離を知ることができる。３０３はビート信号にパルス状の干渉信号を含む信号をフーリエ変換した結果、３０５は干渉信号を含まない信号をフーリエ変換した結果である。
【００１０】
パルス状の干渉信号を含む場合、３０３と３０５に示すように、周波数軸上で広範囲に渡り、干渉信号を含まない信号に比べてノイズフロアが高くなっている。物標による反射信号のレベルの小さい場合には、ノイズフロアが高いことにより、物標の信号スペクトルがノイズフロアに埋もれてしまう原因となる。また、特定の周波数成分を有する干渉信号については、物標の有無の判定や測距において誤った情報をもたらす原因となる。
【００１１】
従来の干渉除去技術では、ビート周波数が高く、干渉信号との形状が似ている場合は、干渉信号の判定が困難である(特許文献１を参照)。本発明は、干渉信号の形状やビート周波数に関わらず干渉信号を検出し、その後の信号処理に影響を与えないよう補間するレーダ信号処理装置に関する。
【００１２】
【特許文献１】特開２００６-１７１００１号公報
【非特許文献１】「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
レーダ受信信号における干渉信号および、ビート信号における不連続点を除去する、周波数変調(ＦＭ−ＣＷ)レーダ用の信号処理方法を提供する。また干渉除去後に、その後の信号処理に影響を与えないような補間方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明は、周波数変調された連続波信号を送受信することにより移動物体の距離と速度を同時に測定することができるＦＭ−ＣＷレーダの信号処理装置及び方法に関して、
ビート信号の各標本化時刻における標本値が干渉信号であるか正規の受信信号であるかを判定する干渉判定部と、
前記干渉判定部によって前記標本値が干渉信号であると判定された場合に該干渉信号を標本化されたビート信号を用いることによって正しい値に補間するビート信号補間部と、
からなる干渉除去部を有するレーダ信号処理装置とする。
【００１５】
また、本発明は、前記干渉判定部は、前記標本化されたビート信号の差分列及び差分列の微分をした値によって干渉信号の有無を判定するものであって、
差分列を得るための２点間の距離を差分距離とした場合に、前記標本化されたビート信号に対して、差分距離を予め定めた規定値まで変化させて１階差分の列を計算する１階差分計算部と、
前記１階差分計算部によって計算された１階差分の列を時間微分する時間微分計算部と、
前記１階差分計算部によって計算された１階差分の列に関して全ての時刻にわたって絶対値の平均値を計算することによって１階差分の振幅平均値を取得する１階差分振幅平均計算部と、
１階差分振幅平均値が最小になる差分距離を同相差分距離とする場合に、差分距離を一定量ずつ変化させながら前記１階差分振幅平均計算部によって１階差分の振幅平均値を計算することによって、同相差分距離を探索する同相差分距離探索部と、
同相差分距離において、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、あるいは、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の時間微分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、干渉信号があると判定する第１判定部と、
前記特定の同相差分距離の２倍の差分距離において、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、あるいは、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の時間微分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、干渉信号があると判定する第２判定部と、
前記第１判定部及び第２判定部の判定結果に関して、両判定部において干渉信号があるとした時刻のみに干渉信号が存在し、そうではない時刻においては干渉信号の存在しない正常な受信信号であると判定する総合判定部と
を有する事を特徴とするレーダ信号処理装置及び方法とする。
【００１６】
また、本発明は、前記ビート信号補間部は、干渉信号が存在すると判定された際に、該干渉信号の標本化数を数える干渉点数算出部と、
ビート信号の特定の時刻に干渉信号を含むと判断され、なおかつ、前記同相差分距離探索部によって得られた同相差分距離が１ではなかった場合に、該時刻におけるビート信号を、該同相差分距離だけ離れたビート信号上の２点の平均値によって置き換える第１のビート信号置換部と、
前記同相差分距離が前記干渉点数算出部によって得られる標本化数より小さいときに、ビート信号において干渉信号を含まない範囲に関して新たに同相差分距離を探索し、前記時刻から該同相差分距離だけ前方向及び後方向に離れた２点によって平均値を計算し置き換える第２のビート信号置換部と、
前記同相差分距離が１であった場合に、干渉信号の前後の２点から曲線の傾きを算出し、一次近似式を使って置換する値を算出し置き換える第３のビート信号置換部と、
を有し、ビート周波数に影響を与える事無く、干渉が含まれた箇所のビート信号を、干渉を含まない信号に置換することを特徴とする、レーダ信号処理装置及び方法とする。
【発明の効果】
【００１７】
ビート信号において、信号処理の結果に悪影響を及ぼす、干渉信号等の外的要因によるビート信号の不連続点が除去され、更にビート周波数成分に影響を与えないように補間が行なわれることにより、物標の探知確率が向上する。
【実施例】
【００１８】
本発明による干渉信号の除去は図４に示す干渉除去部において行なわれる。本発明における干渉除去処理では、信号処理装置１１７に入力されたビート信号配列に対して、図４の４０１に示す干渉判定部にて干渉信号の有無を判定し、図４の４０３に示すビート信号補間部にて干渉信号ありと判定した部分を補間する。
【００１９】
干渉信号を判定するための処理の流れを図５に示す。処理の対象となる信号xｊは標本化された長さＮの時系列信号である。時系列を離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ)で表す。図５の５０１に示すように、処理の対象となる信号xｊと、時間軸において１だけ差分距離をとった信号xｊ+１との引き算を行なう。引き算は離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-１)の範囲において繰り返す。
【００２０】
次はxｊと、時間軸において２だけ差分距離をとった信号xｊ+２との引き算をとるというように、差分距離ｄを１から規定値Ｄ(たとえばＮ/４)までずらしていき、１階差分を計算する。
【００２１】
規定値Ｄは最大でＮ-１まで可能であるが、差分距離ｄが大きくなればなるほど１階差分を計算できるデータの範囲は減少し、適切な処理を行なえなくなる恐れがある。そこで規定値Ｄついてはサンプリング数Ｎから、たとえばＮ/４と決めればよい。
【００２２】
次に、図５の５０３に示すように各差分距離ｄにおける１階差分配列Δｄ,ｊについて、すべての時刻(ｊ＝１,２,３,…,Ｎ-ｄ)にわたって絶対値の平均値Ａｄを算出する。
【００２３】
図５の５０５に示すようにＡｄが最小になったときの差分距離ｄを同相差分距離δとする。
【００２４】
また、差分距離ｄ＝δにおいてΔδ,ｊの傾斜を知るために、図５の５０７に示すようにΔδ,ｊの１階微分Δδ,ｊ´を計算する。
【００２５】
次に、図５の５０９に示すように同相差分距離δにおける１階微分配列Δｄ,ｊ´について、すべての時刻(ｊ＝１,２,３,…,Ｎ-δ-１)にわたって絶対値の平均値Ａδ´を算出する。
【００２６】
ｄ＝δのとき、xｊ+δとxｊはビート信号の位相が一致するか、もしくは全ての差分距離ｄの中でxｊ+ｄとxｊの位相が最も近い状態にある。ただし、ビート信号の周波数が低い場合、xｊ+ｄについてはｄを大きくすればする程、xｊと位相が離れていく。その場合、ｄ＝１のときが最も同相に近い状態であるとみなされδ＝１となる。同相差分距離δの値は処理の対象となるビート信号の周波数成分に依存する。
【００２７】
干渉の有無の判定方法について説明する。
(１) 同相差分距離δにおいて、干渉信号が存在する点は、離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-δ)の範囲で計算された１階差分Δδ,ｊの振幅が大きくなり、干渉信号以外の点については振幅が小さくなる。よって図５の５１１に示すように、ｄ＝δにおいて平均値Ａδで正規化した｜Δδ,ｊ｜/Ａδが、規定の閾値θ(たとえば３)よりも大きい点を干渉信号ありと判定する。また、図７(ａ)の７０１に示すように、干渉信号が一定のレベルを保持するような信号の場合、図７(ｂ)の７０３に示すように｜Δδ,ｊ｜＝０となる。この場合も干渉信号ありと判定する。
【００２８】
(２)干渉信号の形状により、たとえば図８(ａ)に示すような信号の場合は、図８(ｂ)の８０１に示すように干渉信号が存在する点において１階差分Δδ,ｊの振幅が高低を繰り返す場合がある。そこで、１階差分Δδ,ｊの振幅が激しく変動する場合も干渉があると判定するため、図８(ｃ)の８０３に示すように、同相差分距離δにおいて、離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-δ)の範囲で計算されたΔδ,ｊについての１階微分値Δδ,ｊ´にも注目する。|Δδ,ｊ´|の平均値Ａδ´で正規化した|Δδ,ｊ´|/Ａδ´を観察し、閾値よりも大きい点を干渉信号ありと判定する。
【００２９】
図７(ａ)の７０１に示すように、干渉信号が一定のレベルを保持するような信号の場合、図７(ｃ)の７０５に示すように、｜Δδ,ｊ´｜＝０となる。この場合も、図５の５１３に示すとおり、干渉信号ありと判定する。
【００３０】
図５の５１５に示すように、(１)と(２)の結果より、同相差分距離δにおける１階差分の絶対値｜Δδ,ｊ｜/Ａδが｜Δδ,ｊ｜/Ａδ＞θか｜Δδ,ｊ｜/Ａδ＝０のときと、または１階差分の時間微分の絶対値|Δｄ,ｊ´|/Ａδ´＞θ´あるいは｜Δδ,ｊ´｜/Ａδ´＝０のときに干渉信号があると判定し、ディジタル値Rｊ(１)＝１とする。
【００３１】
あるいは｜Δδ,ｊ｜/Ａδ＞θと|Δδ,ｊ´|/Ａδ´＞θ´の双方が成り立つとき、｜Δδ,ｊ｜/Ａδ＝０と｜Δδ,ｊ´｜/Ａδ´＝０の双方が成り立つときもRｊ(１)＝１とする。尚、いずれにも該当しない場合、Rｊ(１)＝０とする。
【００３２】
図９(ａ)に干渉信号を含むビート信号を示す。図９(ａ)の９０１が干渉信号である。図９(ｂ)に９０１の拡大図を示す。図９(ｃ)に示すｄ＝δにおける１階差分、図９(ｄ)に示す１階差分の時間微分においては、｜Δδ,ｊ｜や|Δδ,ｊ´|は干渉信号がある点だけではなく、２δ離れた点も振幅が大きくなる。また、図９(e)に示すｄ＝２δにおける１階差分、図９(ｆ)に示す１階差分の時間微分においては４δ離れた点も｜Δδ,ｊ｜や|Δδ,ｊ´|の振幅が大きくなる。これは鏡像のようなもので、実際に干渉信号が存在しないため、取り除く必要がある。
【００３３】
そこで、ｄ＝δに加えて、同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δについても｜Δδ,ｊ｜や|Δδ,ｊ´|を計算し、上記の(１)と(２)の判定を同様に(３)と(４)の手順で行なう。
【００３４】
(３)同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δにおいて、干渉信号が存在する点は、離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-２δ)の範囲で計算された１階差分Δ２δ,ｊの振幅が大きくなり、干渉信号以外の点については振幅が小さくなる。図５の５１７に示すように、ｄ＝２δにおいて平均値Ａ２δで正規化した｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δが、規定の閾値θ(たとえば３)よりも大きい点を干渉信号ありと判定する。
【００３５】
また、図７(ａ)の７０１に示すように、干渉信号が一定のレベルを保持するような信号の場合、図７(ｂ)の７０３に示すように、ｄ＝δのときと同様、｜Δ２δ,ｊ｜＝０となる。この場合も干渉信号ありと判定する。
【００３６】
(４)干渉信号の形状により、たとえば図８(ａ)に示すような信号の場合は、ｄ＝δのときと同様、図８(ｂ)の８０１に示すように干渉信号が存在する点において１階差分Δ２δ,ｊの振幅が高低を繰り返す場合がある。そこで、１階差分Δ２δ,ｊの振幅が激しく変動する場合も干渉があると判定するため、図８(ｃ)の８０３に示すように、同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δにおいて、離散時間(ｊ＝１，２，３,…,Ｎ-２δ)の範囲で計算されたΔ２δ,ｊについての１階微分値Δ２δ,ｊ´にも注目する。|Δ２δ,ｊ´|の平均値Ａ２δ´で正規化した|Δ２δ,ｊ´|/Ａ２δ´を観察し、閾値よりも大きい点を干渉信号ありと判定する。
【００３７】
図７(ａ)の７０１に示すように、干渉信号が一定のレベルを保持するような信号の場合、図７(ｃ)の７０５に示すように、｜Δ２δ,ｊ´｜＝０となる。この場合も、図５の５１９に示すとおり、干渉信号ありと判定する。
【００３８】
図５の５２１に示すように、(３)と(４)の結果より、同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δにおける１階差分の絶対値｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δが｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δ＞θか｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δ＝０のときと、または１階差分の時間微分の絶対値|Δ２δ,ｊ´|/Ａ２δ´＞θ´あるいは｜Δ２δ,ｊ´｜/Ａ２δ´＝０のときに干渉信号があると判定し、ディジタル値Rｊ(２)＝１とする。
【００３９】
あるいは｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δ＞θと|Δ２δ,ｊ´|/Ａ２δ´＞θ´の双方が成り立つとき、｜Δ２δ,ｊ｜/Ａ２δ＝０と｜Δ２δ,ｊ´｜/Ａ２δ´＝０の双方が成り立つときもRｊ(２)＝１とする。尚、いずれにも該当しない場合、Rｊ(２)＝０とする。
【００４０】
最終的に、同相差分距離ｄ＝δのときと同相差分距離の２倍にあたるｄ＝２δのときの結果を総合して、干渉信号の有無を判定する。Rｊ(１)とRｊ(２)のどちらか一方のみ1となった点、すなわち干渉信号があると判定された点は鏡像である。そこで、図５の５２３に示すように、Rｊ(１)とRｊ(２)の論理積を得る総合判定手段によって最終的な結果がRｊ＝１のとき、時刻ｊの信号xｊが干渉信号であり、そうでないときのxｊが正常な受信信号であると判定する。
【００４１】
干渉信号があると判断された点は、一度信号を０にして干渉信号を除去した後、補間を行なう必要がある。
【００４２】
次に補間法について説明する。干渉信号であると判定された部分については補間する必要がある。補間する際には、先に求めたδを用いる。
【００４３】
補間される場所が１点の場合は前後の２点の平均をとることによって補間する手段が有効である。しかしながら、連続した標本化時刻において干渉を含む場合やビート周波数が高い場合はこの手段は適さないため、本発明ではこの手段は用いない。
【００４４】
本発明における補間法の流れを図６に示す。まず、図６の６０１に示すようにビート信号において、先に行なった干渉信号の有無の判定結果Rｊを走査し、干渉信号があると判定された点において、図６の６０５に示すようにその次の点における干渉信号についても有無も調べ、干渉信号が連続して存在するかどうかを判定する。連続して存在する場合には、図６の６０３に示すように連続した干渉信号の点の数Ｋを調べる。
【００４５】
干渉信号が存在する連続した標本化時刻において最初の時間ｊをｉに代入する。つまり、xｊにおいて、(ｉ＝ｊ,ｊ+１,…,ｊ+Ｋ-１)の範囲で連続した干渉信号が存在する。連続した複数の点を補間する場合、同じ掃引信号配列において、補間したい点を挟んで、２つの同位相の点について平均値をとって補間する。連続した干渉信号の点の数をＫとすると、補間の作業はＫ回繰り返すことになる。
【００４６】
図６の６０７でδ＝１ではないと判定された場合、干渉信号が存在する点の数よりも同相差分距離δが大きいとき、すなわちδ≧Ｋならば、図６の６１３に示すように式(５)を用いて補間する値を計算できる。
【００４７】
また、δとの関係がδ< Ｋならば、補間したい点から最も近くで同相となるべき点にも干渉信号が存在するため、補間するための値の算出に使用できないことになる。そこで、ビート信号配列の中で、干渉信号を含まない点において、図６の６１５に示すように補間したい点となるべく近くで同相になる同相差分距離δ´を計算する。δ´はＫ/δにおいて少数点を切り捨てた値を用いて算出する。
【００４８】
このδ´を用いて、式(５)と同様、干渉信号が含まれる点を挟んで平均値をとり、図６の６１７に示すように補間する値を算出する。
【００４９】
本補間法を使って補間した様子を図１０に示す。図１０(ａ)は干渉信号を含むビート信号である。干渉除去後、０で補間すると図１０(ｂ)のようになり、不連続な状態になる。本方式を用いた場合、図１０(ｃ)のようになめらかに補間できる。この差はフーリエ変換を施すと顕著である。フーリエ変換を行ない周波数領域に変換した結果を図１０(ｄ)に示す。図１０(ｄ)の１００７は、ビート周波数を示す信号スペクトルである。
【００５０】
１００１は図１０(ａ)の信号、１００３は図１０(ｂ)、１００５は図１０(ｃ)の信号を周波数変換した結果である。本方式を用いた場合、１００５に示すようにノイズフロアが他よりも低く、干渉信号部分を適切に補間することでビート信号への影響が小さいことがわかる。
【００５１】
図６の６０７においてδ＝１の場合、すなわちビート周波数が低いとき、ビート信号xｊの中で同相となる差分距離が不明のため、図６の６０９に示すように干渉信号が存在する前後の点から式(８)を使って曲線の傾きmを算出し、図６の６１１に示すように式(９)を使って近似的に一次式を適応して補間する。
【００５２】
本補間法を使って補間した様子を図１１に示す。図１１(ａ)は干渉信号が存在する状態、図１１(ｂ)は干渉信号を除去して補間した結果を示す。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】一般的なＦＭ−ＣＷレーダのシステム図を示す。
【図２】本発明を実施する場合の信号処理の流れを示す。
【図３】ビート信号上に干渉信号が存在するときと、干渉信号が存在しないときのノイズフロアの違いを示す。
【図４】本発明で提供する干渉除去方法の流れを示す。
【図５】干渉信号の有無を判定するための信号処理の流れを示す。
【図６】ビート信号の補間をするための信号処理の流れを示す。
【図７】干渉信号とその１階差分、時間微分の一例を示す。
【図８】干渉信号とその１階差分、時間微分の一例を示す。
【図９】干渉信号とその１階差分、時間微分の一例を示す。また干渉信号の有無を判定する際の鏡像について説明する図である。
【図１０】本発明で提供する補間法の効果を示す。
【図１１】本発明で提供する補間法の効果を示す。
【符号の説明】
【００５４】
１０１…発信器、 １０３…分配器、
１０５…送信アンテナ、 １０７…受信アンテナ、
１０９…増幅器、 １１１…周波数混合器、
１１３…低域通過フィルタ、 １１５…ＡＤ変換器、
１１７…信号処理装置、
２０１…ＡＤ変換器、 ２０３…干渉除去のための信号処理、
２０５…フーリエ変換部、 ２０７…絶対値化部、
２０９…対数化部、 ２１１…表示装置、
３０１…信号スペクトル、 ３０３…干渉信号を含む信号スペクトル、
３０５…干渉信号を含まない信号スペクトル、
４０１…干渉判定部、 ４０３…ビート信号補間部、
５０１…ある差分距離における減算処理、
５０３…１階差分の振幅平均の算出処理、
５０５…同相差分距離の算出処理、 ５０７…１階差分の傾斜の算出処理、
５０９…時間微分振幅平均算出処理、
５１１、５１３…干渉信号の有無判定のための分岐処理、
５１５、５２１…干渉信号判定処理、
５１７、５１９…干渉信号の有無判定のための分岐処理、
５２３…総合判定処理、
６０１…干渉信号の有無の判定結果による分岐処理、
６０３…連続する干渉信号の点数カウント処理、
６０５…次の点における干渉信号の有無の判定結果による分岐処理、
６０７…ビート周波数が低いかどうかの分岐処理、
６０９…干渉信号の存在点の前後の点を用いる処理、
６１１、６１３…補間処理、 ６１５…同相差分距離の算出処理、
６１７…補間処理、
７０１…干渉信号が一定のレベルを保持している状態、
７０３、７０５…７０１の部位を０にした状態、
８０１…干渉信号が存在し１階差分が上下している状態、
８０３…点からピークを検知し閾値と比較する部位、
９０１…干渉信号、
１００１…図１０（ａ）の信号、 １００３…図１０（ｂ）の信号、
１００５…図１０（ｃ）の信号、
１００７…ビート周波数を示す信号スペクトル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調された連続波信号を送受信することにより移動物体の距離と速度を同時に測定することができるＦＭ−ＣＷレーダの信号処理装置及び方法に関して、
ビート信号の各標本化時刻における標本値が干渉信号であるか正規の受信信号であるかを判定する干渉判定部と、
前記干渉判定部によって前記標本値が干渉信号であると判定された場合に該干渉信号を標本化されたビート信号を用いることによって正しい値に補間するビート信号補間部と、
からなる干渉除去部を有するレーダ信号処理装置。
【請求項２】
前記干渉判定部は、前記標本化されたビート信号の差分列及び差分列の微分をした値によって干渉信号の有無を判定するものであって、
差分列を得るための２点間の距離を差分距離とした場合に、前記標本化されたビート信号に対して、差分距離を予め定めた規定値まで変化させて１階差分の列を計算する１階差分計算部と、
前記１階差分計算部によって計算された１階差分の列を時間微分する時間微分計算部と、
前記１階差分計算部によって計算された１階差分の列に関して全ての時刻にわたって絶対値の平均値を計算することによって１階差分の振幅平均値を取得する１階差分振幅平均計算部と、
１階差分振幅平均値が最小になる差分距離を同相差分距離とする場合に、差分距離を一定量ずつ変化させながら前記１階差分振幅平均計算部によって１階差分の振幅平均値を計算することによって、同相差分距離を探索する同相差分距離探索部と、
同相差分距離において、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、あるいは、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の時間微分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、干渉信号があると判定する第１判定部と、
前記特定の同相差分距離の２倍の差分距離において、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、あるいは、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の時間微分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、干渉信号があると判定する第２判定部と、
前記第１判定部及び第２判定部の判定結果に関して、両判定部において干渉信号があるとした時刻のみに干渉信号が存在し、そうではない時刻においては干渉信号の存在しない正常な受信信号であると判定する総合判定部と
を有する事を特徴とする請求項１に記載のレーダ信号処理装置及び方法。
【請求項３】
前記ビート信号補間部は、干渉信号が存在すると判定された際に、該干渉信号の標本化数を数える干渉点数算出部と、
ビート信号の特定の時刻に干渉信号を含むと判断され、なおかつ、前記同相差分距離探索部によって得られた同相差分距離が１ではなかった場合に、該時刻におけるビート信号を、該同相差分距離だけ離れたビート信号上の２点の平均値によって置き換える第１のビート信号置換部と、
前記同相差分距離が前記干渉点数算出部によって得られる標本化数より小さいときに、ビート信号において干渉信号を含まない範囲に関して新たに同相差分距離を探索し、前記時刻から該同相差分距離だけ前方向及び後方向に離れた２点によって平均値を計算し置き換える第２のビート信号置換部と、
前記同相差分距離が１であった場合に、干渉信号の前後の２点から曲線の傾きを算出し、一次近似式を使って置換する値を算出し置き換える第３のビート信号置換部と、
を有し、ビート周波数に影響を与える事無く、干渉が含まれた箇所のビート信号を、干渉を含まない信号に置換することを特徴とする、請求項１及び請求項２に記載のレーダ信号処理装置及び方法。
【請求項１】
周波数変調された連続波信号を送受信することにより移動物体の距離と速度を同時に測定することができるＦＭ−ＣＷレーダの信号処理装置及び方法に関して、
ビート信号の各標本化時刻における標本値が干渉信号であるか正規の受信信号であるかを判定する干渉判定部と、
前記干渉判定部によって前記標本値が干渉信号であると判定された場合に該干渉信号を標本化されたビート信号を用いることによって正しい値に補間するビート信号補間部と、
からなる干渉除去部を有するレーダ信号処理装置。
【請求項２】
前記干渉判定部は、前記標本化されたビート信号の差分列及び差分列の微分をした値によって干渉信号の有無を判定するものであって、
差分列を得るための２点間の距離を差分距離とした場合に、前記標本化されたビート信号に対して、差分距離を予め定めた規定値まで変化させて１階差分の列を計算する１階差分計算部と、
前記１階差分計算部によって計算された１階差分の列を時間微分する時間微分計算部と、
前記１階差分計算部によって計算された１階差分の列に関して全ての時刻にわたって絶対値の平均値を計算することによって１階差分の振幅平均値を取得する１階差分振幅平均計算部と、
１階差分振幅平均値が最小になる差分距離を同相差分距離とする場合に、差分距離を一定量ずつ変化させながら前記１階差分振幅平均計算部によって１階差分の振幅平均値を計算することによって、同相差分距離を探索する同相差分距離探索部と、
同相差分距離において、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、あるいは、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の時間微分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、干渉信号があると判定する第１判定部と、
前記特定の同相差分距離の２倍の差分距離において、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、あるいは、すべての離散時間の範囲で計算された１階差分の時間微分の絶対値が予め設定した閾値より大きいとき、干渉信号があると判定する第２判定部と、
前記第１判定部及び第２判定部の判定結果に関して、両判定部において干渉信号があるとした時刻のみに干渉信号が存在し、そうではない時刻においては干渉信号の存在しない正常な受信信号であると判定する総合判定部と
を有する事を特徴とする請求項１に記載のレーダ信号処理装置及び方法。
【請求項３】
前記ビート信号補間部は、干渉信号が存在すると判定された際に、該干渉信号の標本化数を数える干渉点数算出部と、
ビート信号の特定の時刻に干渉信号を含むと判断され、なおかつ、前記同相差分距離探索部によって得られた同相差分距離が１ではなかった場合に、該時刻におけるビート信号を、該同相差分距離だけ離れたビート信号上の２点の平均値によって置き換える第１のビート信号置換部と、
前記同相差分距離が前記干渉点数算出部によって得られる標本化数より小さいときに、ビート信号において干渉信号を含まない範囲に関して新たに同相差分距離を探索し、前記時刻から該同相差分距離だけ前方向及び後方向に離れた２点によって平均値を計算し置き換える第２のビート信号置換部と、
前記同相差分距離が１であった場合に、干渉信号の前後の２点から曲線の傾きを算出し、一次近似式を使って置換する値を算出し置き換える第３のビート信号置換部と、
を有し、ビート周波数に影響を与える事無く、干渉が含まれた箇所のビート信号を、干渉を含まない信号に置換することを特徴とする、請求項１及び請求項２に記載のレーダ信号処理装置及び方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−１３９３２１（Ｐ２００９−１３９３２１Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１８４５２（Ｐ２００７−３１８４５２）
【出願日】平成１９年１２月１０日（２００７．１２．１０）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月１０日（２００７．１２．１０）
【出願人】（０００００４３３０）日本無線株式会社 (1,186)
【Ｆターム（参考）】
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