複合多勾配ＦＭチャープ波形を用いた自動車レーダー
対象物体の距離及び速度を求めるのに用いられるマイクロ波センサーの搬送波周波数を変調するのに利用される波形の生成及び処理のためのシステム及び方法が開示される。本システム及び本方法は、結果として高レベルの干渉を有する環境における性能を改善する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体の距離及び速度を求めるのに用いられるマイクロ波センサーの搬送波周波数を変調するのに利用される波形の生成及び処理のための方法及び装置に関する。本方法は、限定ではないが特に、高レベルの干渉を有する環境において動作するように意図される自動車のマルチユーザーＦＭＣＷレーダーに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
自律的クルーズコントロール及び衝突警報／回避システムの需要が伸びたことが、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）自動車レーダーを開発する契機になった。開発中のレーダーの大部分は７７ＧＨｚ帯において動作し、その帯域はこれらの用途のために予約されている。
【０００３】
ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図が図１に示されている。このシステムは、三角波形発生器ＷＦＧ１０１と、アップコンバーターとしての役割も果たす電圧制御発振器ＶＣＯ１０２と、結合器ＣＰＬ１０３と、シングルアンテナ動作を提供するサーキュレーターＣＩＲ１０４と、送信−受信アンテナＴＲＡ１０５と、直交混合器ＱＭＸ１０７と、周波数分析器ＦＡＮ１０８と、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰ１０９とを備える。
【０００４】
三角波形発生器ＷＦＧは、三角形を成すように、電圧制御発振器ＶＣＯの周波数を変更する制御信号ＣＶを生成する。結果として生成され、アンテナＴＲＡによって送信される波形ＴＷは、一定の振幅を有するが、図２ａに概略的に示されるように、その周波数は各掃引区間Ｔｓ中に帯域Δｆにわたって掃引される。
【０００５】
距離Ｒにある障害物ＯＢＳ１０６からのエコーＲＷは、送信波形ＴＷの減衰したコピーになり、τ＝２・Ｒ／ｃだけ時間的に遅延している。ただし、ｃは光速である。
エコーＲＷは、直交混合器ＱＭＸにおいて、結合器ＳＰＬによって供給される送信波形ＴＷの一部と混合される。
混合器ＱＭＸの出力信号ＱＳは、周波数分析器ＦＡＮにおいて分析され、障害物距離に正比例する振幅｜ｆR｜を有するビート周波数ＢＦを生成する。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ただし、｜Ｓ｜＝｜Δｆ｜／Ｔsは周波数掃引の勾配である。
【０００８】
反射波の周波数から問合せ波(an interrogating wave)の周波数を減算したものとして定義されるビート周波数ｆRは、周波数下り掃引（Ｓ＜０）の場合に正であり、周波数上り掃引（Ｓ＞０）の場合に負である。このため、
【０００９】
【数２】
【００１０】
である。
【００１１】
従来技術から既知であるように、正のビート周波数と負のビート周波数との区別は、レーダーシステムが直交信号処理を利用するときに達成することができる。
【００１２】
図２ａは、送信波形及び受信波形両方の線形の周波数変動を概略的に示しており、結果として生成されるビート周波数も示している。図に示されるように、ビート周波数ｆRは、掃引の極限における大きさを除いて一定の大きさである（この影響は実際には無視することができる）。
【００１３】
レーダーと障害物との間の視線速度(radial velocity)Ｖの相対運動によって、ビート周波数ｆR上にドップラー周波数シフト
【００１４】
【数３】
【００１５】
が重ね合わせられる。ただし、λ＝ｃ／ｆcは波長であり、ｆcはレーダー送信の搬送波周波数である。搬送波周波数ｆcは、周波数掃引が占める帯域Δｆよりもはるかに大きいため、実際には、ドップラーシフトの値ｆvは周波数変調による影響を受けない。
【００１６】
障害物が速度Ｖでレーダーに近づいてくる場合、ドップラーシフトｆvは正であるのに対し、障害物がレーダーから遠ざかる場合、シフトｆvは負となる。したがって、測定されるビート周波数ｆBは２つの周波数成分ｆR及びｆvに起因して生じ、適切に結合されて複合ビート周波数が生成される。
【００１７】
【数４】
【００１８】
勾配Ｓ自体が負（下り掃引の場合）又は正（上り掃引の場合）になり得ることに留意されたい。
【００１９】
図２ｂは、送信される波形に対して受信される波形が遅延し、ドップラーシフトする場合を示している。
【００２０】
デジタルシグナルプロセッサＤＳＰは、周波数分析器ＦＡＮによって供給される、測定されたビート周波数値ＢＦを使用して、障害物の距離Ｒ及び相対速度Ｖの両方を求める。距離Ｒ及び速度Ｖの推定値が、プロセッサＤＳＰの出力ＲＶにおいて生成される。正確な動作のために、シグナルプロセッサＤＳＰは、波形発生器ＷＦＧから、各周波数掃引の開始及び方向を示す同期用パルスＳＣを受信する。
【００２１】
自動車レーダーの分野では、要求される機能及び潜在的な性能をハードウェアで実証することに、研究開発の努力の大部分を集中してきた。しかしながら、相互干渉に対する耐性に関する重要な問題がほとんど無視されてきた。マルチユーザー干渉への耐性の問題が解決されるまで、自動車レーダーが商業的成功に至らないことは今や明らかである。
【００２２】
自動車レーダーにおいて用いられる従来のＦＭパターン及び関連する信号処理技法は、マルチユーザー干渉による重大な影響を受け得る。干渉の形態によっては適切に設計されたシステムにおいて耐えられ得るが、抑制が不可能な干渉の形態が存在する。結果として、高密度の信号のマルチユーザー環境において動作する従来のＦＭシステムは、質の劣った障害物検出、並びに該障害物の距離及び速度の不十分な推定しか提供することができない。
【００２３】
マルチユーザー干渉の負の影響は、周波数変調の不規則かつ非循環のパターンを利用することによって、或る程度緩和することができる。たとえば、欧州特許出願第０７２５２３５２．５号は、送信機の周波数が、区分的に線形であるが依然として非決定論的でかつ不規則な「ジグザグ」状であり、割り当てられる周波数帯域の最大の広がりを利用するように配置される自動車レーダーシステムを開示している。欧州特許出願第０７２５２３５２．５号の内容は参照により本明細書に含まれる。
【００２４】
同じ領域内で動作すると共に同じ周波数帯域を共有する他のユーザーによって引き起こされる帯域内相互干渉の影響を、ランダム周波数ウォークを使用することによって低減することができる。しかしながら、ランダム周波数ウォークにおいて利用される方法のような、多勾配ＦＭチャープ信号の最適な処理が可能な効率的な方法が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
したがって、特に自動車レーダーにおいて、結果としてマルチユーザー干渉に対する耐性を改善することになる、ＦＭ波形の設計及び生成のための方法及び装置を提供することが望ましい。
【００２６】
複合多勾配ＦＭチャープ波形(composite multi-slope FM chirp waveform)を用いると共に高密度の信号のマルチユーザー環境において動作することが可能な自動車レーダーにおいて検出された物体の距離及び／又は速度を求めるための方法及び装置を提供することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の1つの態様によれば、物体を検出する方法であって、
有限の持続時間の変動周波数信号を送信すること、
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、並びに
前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めること、
を含み、
前記送信信号は、少なくとも４つの隣接部分（Ｋ）から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数は、それぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動し、
前記線形の周波数変動は各前記部分内で異なる勾配を有する、方法が提供される。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、物体を検出する方法であって、
変動周波数信号を送信すること、及び
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、
を含み、
前記送信信号はＫ個の部分から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数はそれぞれの前記部分（ｋ）内で時間と共に線形に変動し、ただしｋ＝１，．．．，Ｋであり、
該方法は、
前記部分（ｋ）ごとに、正規化された勾配（Ｓk）に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めることをさらに含む、方法が提供される。
【００２９】
本発明の別の態様によれば、
変動周波数信号を送信するように動作可能な送信機と、
物体から前記送信信号の反射を受信するように動作可能な受信機と、
前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めるように動作可能なシグナルプロセッサと、
を備える自動車レーダー装置であって、
前記送信信号が少なくとも４つの隣接部分（Ｋ）から成るシーケンスを含むと共に、前記信号の周波数がそれぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動し、前記線形周波数が各前記部分内で異なる勾配を有するような前記変動周波数信号を提供するように動作可能な信号発生器をさらに備える、自動車レーダー装置が提供される。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、
変動周波数信号を送信するように動作可能な送信機と、
物体から前記送信信号の反射を受信するように動作可能な受信機と、
前記送信信号がＫ個の部分から成るシーケンスを含むと共に、前記信号の周波数がそれぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動するような前記変動周波数信号を提供するように動作可能である信号発生器と、
前記部分（ｋ）ごとに、正規化された勾配（Ｓk）に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めるように動作可能なシグナルプロセッサと、
を備える、自動車レーダー装置が提供される。
【００３１】
本発明の別の態様によれば、物体を検出する方法であって、
変動周波数信号を送信すること、
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、及び
前記送信信号と前記受信信号との間のビート周波数（ｆBk）を求めること、
を含み、
前記送信信号は、Ｋ個の部分（ｋ）から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数は、それぞれの前記部分（ｋ）内で時間と共に線形に変動し、
前記部分は、反対かつ／又は逆数の正規化された勾配Ｓk(opposite and/or inverse normalized slopes Sk)から成るＫ／２個の対で存在し、
該方法は、
前記ビート周波数（ｆBk）及び該ビート周波数のそれぞれの勾配（Ｓk）から前記物体の距離及び／又は速度をＫ／２回計算することであって、毎回、複数の前記対のうちの１つが該計算プロセスから除外される、計算すること、
或る対を用いた計算が、他の対の結果によって形成されるクラスターの外側に位置する結果を生成するか否かを判断すること、及び
前記結果によって与えられた前記距離及び／又は前記速度を出力すること、
をさらに含む、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術のＦＭＣＷ自動車レーダーの簡略化された機能ブロック図である。
【図２】（ａ）は、送信波形及び受信波形の線形の周波数変動、並びにまた結果として生成されるビート周波数を概略的に示す図であり、（ｂ）は、受信波形が送信波形に対して遅延しドップラーシフトする場合の、送信波形及び受信波形の線形の周波数変動、並びにまた結果として生成されるビート周波数を概略的に示す図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態による、マルチユーザー自動車ＦＭＣＷレーダーシステムに適したチャープバーストの時間−周波数特性の一例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態による、マルチユーザー自動車ＦＭＣＷレーダーシステムに適したチャープバーストの電力−時間特性の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、時間−周波数平面及びそれぞれが異なる勾配を有する複数の周波数チャープを用いて照射された物体を象徴的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、推定値分離を達成する勾配値の選択の一例を概略的に示す図である。
【図６ａ】本発明の一実施形態による、異なる順序で発生するが同じ６つのチャープを含む複合波形のいくつかの選択された例を示す図である。
【図６ｂ】本発明の一実施形態による、異なる順序で発生するが同じ６つのチャープを含む複合波形のいくつかの選択された例を示す図である。
【図６ｃ】本発明の一実施形態による、異なる順序で発生するが同じ６つのチャープを含む複合波形のいくつかの選択された例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に従って構築されたチャープ−バースト発生器ＣＢＧの機能ブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態による、６つの周波数チャープを含む選択された波形の周波数−時間特性の一例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に従って構築されたビート周波数プロセッサＢＦＰの機能ブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態に従って構築された、改善された自動車ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図である。
【図１１】（ａ）は、８つのビート周波のそれぞれが、ゼロ平均及び０．２ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されている場合のシグナルプロセッサの５０００個の個々の出力の散布図であり、（ｂ）は、８つのビート周波のそれぞれが、ゼロ平均及び０．５ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されている場合のシグナルプロセッサの５０００個の個々の出力の散布図であり、（ｃ）は、８つのビート周波のそれぞれが、ゼロ平均及び１ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されている場合のシグナルプロセッサの５０００個の個々の出力の散布図である。
【図１２】壊滅的な干渉を引き起こす場合があるメカニズムの例を概略的に示す図である。
【図１３】（ａ）は、距離６０ｍにおいて現れ、１１０ｋｍ／ｈの速度でシステムに近づいてくる物体について得られる散布図であり、（ｂ）は、同じ外乱に加えて、１つのビート周波数が壊滅的な干渉による影響を受ける場合の、同じ物体について得られる４つの散布図である。
【図１４】ビート周波数のセット内に「ローグ周波数（rogue frequency）」が存在する場合に得られる３つの散布図、及び「ローグ周波数」がセットから除外された場合に得られる１つの散布図である。
【図１５】単一の壊滅的な干渉の影響を低減するための、本発明の一実施形態に従って設計された手順の流れ図である。
【図１６】本発明の一実施形態に従って構築されたロバストな自動車ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
高速道路のような対象監視領域を、周波数変調された（ＦＭ）波形を用いて照射することができる。ＦＭ波形は、複数の周波数アップチャープ及びダウンチャープ、すなわち信号の周波数が時間と共に線形に変動する変動周波数送信信号の部分を含んでいる。各周波数チャープ又は波形の部分は、その持続時間及びその線形の周波数変調則(frequency-modulation law)の勾配によって特徴付けられる。実際には、必須ではないが、同じ持続時間の周波数チャープを利用することが好都合である。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、図３ａは、同じ持続時間であるが異なる勾配を有する複数の周波数チャープを含む複合照射波形の周波数−時間特性の例を示している。この場合、図３ｂに示すように、各有限のチャープシーケンス、すなわちチャープバーストの後に、電力が全く送信されない時間間隙が続く。
【００３５】
対象物体は、時間−周波数平面（τ，ｆv）における点（τ0，ｆv0）で表される。ここで、τ0は照射波の往復遅延であり、ｆv0はドップラー周波数である。往復遅延は物体の距離を示し、ドップラー周波数は物体の視線速度を示す。
【００３６】
距離Ｒ0において現れて視線速度Ｖ0で移動する物体が、勾配Ｓkを有する周波数チャープで照射されるとき、観測されるビート周波数ｆBkの値は、以下のように表すことができる。
【００３７】
【数５】
【００３８】
ただし、τ0＝２・Ｒ0／ｃであり、ｆv0＝２・Ｖ0／λであり、ダウンチャープの場合Ｓk＜０であり、アップチャープの場合、Ｓk＞０である。
観測されるビート周波数ｆBkは、周波数成分ｆR0（距離のみに起因する）がドップラー周波数ｆv0だけシフト（アップシフト又はダウンシフト）されることに起因して生じる。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、図４は、時間−周波数平面（τ，ｆV）、及び、各チャープが異なるビート周波数ｆBkを発生させるように、それぞれが異なる勾配Ｓkを有する複数の周波数チャープを用いて照射される物体を象徴的に示している。物体は、往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0によって特徴付けられることが想定される。
【００４０】
未知の距離及び未知の速度を有する物体が、それぞれが勾配Ｓkを有するＫ個の周波数チャープによって照射されたと想定する。すると、結果として生じるＫ個のビート周波数ｆBKは、Ｋ個の線を定義する。
【００４１】
【数６】
【００４２】
以下において、そのような線のそれぞれをアイソビート線（isobeat line）と呼ぶ。
【００４３】
完全な周波数測定の理想的な場合には、Ｋ個全てのアイソビート線が単一の点（τ0、ｆV0）で交差し、物体の往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0を示す。したがって、異なる勾配を有する少なくとも２つの問合せ周波数チャープに応答して得られたビート周波数から、距離及び視線速度の両方を一意に求めることができる。
【００４４】
雑音及び干渉の存在下では、ビート周波数測定は完全でない可能性があり、結果として生じるアイソビート線は、それらの通常の位置からランダムにシフトされる。距離及び速度を求めるために２つのみ以上の乱されたアイソビート線が使用される場合、全ての線交差の数は常に１より大きく、かつＫ（Ｋ−１）／２以下である。ただし、Ｋはアイソビート線の数である。たとえば、Ｋ＝８の場合、全ての可能な交差点の数、したがって潜在的な解の数は、２８に等しい。
【００４５】
効率的な計算及び数字の安定性の目的のために、単位勾配の概念を導入することが好都合である。まず、たとえば、複数のＫ個の用いられる勾配の幾何平均として、平均勾配
【００４６】
【数７】
【００４７】
が計算され、したがって以下となる。
【００４８】
【数８】
【００４９】
このとき、上記の平均勾配は単位勾配となり、全ての勾配を正規化するのに使用される。平均勾配
【００５０】
【数９】
【００５１】
を計算するための代替的な方法も使用することができる。たとえば、算術平均を計算し、全ての勾配を正規化するのに使用することができる。
【００５２】
たとえば、平均勾配が５０ＭＨｚ／ｍｓ（又は５０ｋＨｚ／μｓ）に等しいことがわかったと仮定する。観測される周波数を表す好都合な周波数単位が１キロヘルツであると想定する。すると、適切にスケーリングされた時間−周波数平面において１μｓの時間遅延が５０個の「新たな」時間単位に等しくされる場合、５０ｋＨｚ／μｓの平均勾配は単位勾配を表す。したがって、１μｓ／５０＝２０ｎｓであるため、１つの「新たな」時間単位は２０ｎｓに等しくならなくてはならない。結果として、単位勾配のアイソビート線は、時間遅延軸τに対して４５度の傾斜角（鋭角）、及び周波数軸ｆVに対して４５度の傾斜角（鋭角）を成す。
【００５３】
本発明の一実施形態によれば、複数の用いられる周波数チャープは、各該チャープが正規化された勾配Ｓkを有し、以下の３つのパラメーター
【００５４】
【数１０】
【００５５】
によって特徴付けることができる。
【００５６】
当業者であれば、様々なパラメーターを定義することができ、本発明に従って上記の式の変形を使用することができることは明らかである。
【００５７】
所定の複数の周波数チャープに関して、上記のパラメーターは、チャープが複合照射波形において実際に送信される順序に依存しないことに留意することが重要である。したがって、勾配が予め定義される場合、これらの３つのパラメーターを測定の前に計算及び格納し、それによって計算効率をさらに改善することができる。
【００５８】
本発明の一実施形態によれば、Ｋ個全ての測定されたビート周波数ｆBKは、各該周波数が、正規化された勾配Ｓkを有するそれぞれのチャープに応答して得られ、以下の２つの量を求めるのに利用される。
【００５９】
【数１１】
【００６０】
上記の２つの量は、複合照射波形を有する対象領域を問い合わせるプロセスによって提供される全ての情報を封入する。
【００６１】
当業者であれば、異なる量を定義することができること、及び本発明に従って上記の式の変形を使用することができることが明らかである。
【００６２】
本発明の一実施形態によれば、検出物体の距離Ｒ0を示す往復遅延τ0及び／又は検出物体の速度Ｖ0を示すドップラー周波数ｆV0を、２つの一般方程式
【００６３】
【数１２】
【００６４】
から求めることができる。
【００６５】
当業者であれば、本発明に従って上記の式の変形を使用することができることが明らかである。
【００６６】
所定の複数のチャープに関して、共通分母(common denominator)
【００６７】
【数１３】
【００６８】
が正規化された勾配Ｓk値のみに依存し、チャープが複合照射波形において送信される順序には依存しないことに留意されたい。したがって、分母の値を測定の前に計算及び格納することができる。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、遅延及び／又はドップラー周波数を求めるのに必要な計算は、複数のＫ個の周波数チャープが、状態
【００７０】
【数１４】
【００７１】
を満たす、すなわちドップラー周波数推定値から時間−遅延推定値を分離するように選択される場合に、大幅に単純化することができる。
【００７２】
そのような分離が達成されると、往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0は、２つの単純化された式
【００７３】
【数１５】
【００７４】
から推定することができる。
【００７５】
上述したように、所定の複数の周波数チャープに関して、パラメーターＧK及びＨKは、チャープが実際に送信される順序と無関係であり、したがって、これらの２つのパラメーターは、測定の前に計算及び格納することができる。
【００７６】
２つの単純化された式を等価形式で表すことができる。
【００７７】
【数１６】
【００７８】
ただし、
【００７９】
【数１７】
【００８０】
ただし、
【００８１】
【数１８】
【００８２】
時間遅延推定値
【００８３】
【数１９】
は、個々の遅延要素の重み付けされた平均（−ｆBk／Ｓk）である。重み関数
【００８４】
【数２０】
【００８５】
は、対応するチャープがより急な勾配｜Ｓk｜を有する場合に、遅延成分によって成された相対的寄与がより大きいことを示す。
【００８６】
ドップラー周波数推定値
【００８７】
【数２１】
【００８８】
も観測されるビート周波数ｆBKの重み付けされた平均であり、重み関数
【００８９】
【数２２】
【００９０】
は、対応するチャープがより緩い勾配｜Ｓk｜を有する場合に、観測されるビート周波数ｆBKによって成された相対的寄与がより大きいことを示す。
【００９１】
したがって、時間遅延及びドップラー周波数の両方の正確な推定のために、複合波形は、利用可能な勾配の範囲から適切に選択される、非常に大きな値の勾配｜Ｓk｜及び非常に小さな値の勾配｜Ｓk｜を有する周波数チャープを含まなくてはならない。
【００９２】
推定値分離を達成するため、すなわちパラメーターＰKをゼロに等しくするために、以下の条件を満たすように、Ｋ+個の正の勾配、Ｓi＞０、ｉ＝１，２，．．．，Ｋ+、及びＫ-個の負の勾配Ｓj＞０、ｊ＝１，２，．．．，Ｋ-を選択しなくてはならない。
【００９３】
【数２３】
【００９４】
ただし、
【００９５】
【数２４】
【００９６】
波形設計の目的のために、値
【００９７】
【数２５】
【００９８】
を、離散した点Ｓkにおいて取られた連続「エンベロープ」関数
【００９９】
【数２６】
【０１００】
のサンプルとみなすことが有用である。したがって、サンプリング点（勾配）は、１つは正の勾配値に関するものであり、別の１つは負の勾配値に関するものである、サンプルの２つの和の同じ絶対値が得られるように選択されるべきである。
【０１０１】
図５は、推定値分離を達成するように勾配値を選択する例を概略的に示している。この場合、点Ｓ1及びＳ2においてとられるサンプル、並びに点Ｓ3、Ｓ4、及びＳ5においてとられるサンプルは全て合計がゼロになる。
【０１０２】
本発明の一実施形態によれば、推定値分離は、（Ｋ／２）個のチャープ対のみから構成される複数のＫ個の周波数チャープを用いることによって達成され、各対は反対の勾配を有するチャープを含み、したがって
【０１０３】
【数２７】
【０１０４】
である。
【０１０５】
そのような勾配選択の場合、パラメーターＰKは、パラメーターＰKの定義を分析するか又は図５を調べることによって推論され得るように、構築(construction)によって常にゼロに等しい。
【０１０６】
本発明の一実施形態によれば、複数のＫ個の周波数チャープは、（Ｋ／２）個のチャープ対のみから構成され、各対は、逆数の（正規化された）勾配
【０１０７】
【数２８】
【０１０８】
を有し、２つのパラメーターＧK及びＨKは同じ数値ＧK＝ＨK＝Ｋ／２を想定する。
【０１０９】
本発明の別の実施形態によれば、ビート周波数を処理するタスクは、Ｋ／４個のチャープ４つ組(K/4 chirp quadruples)のみから構成される照射波形を利用することによってさらに単純化され、各４つ組(each quadruple)は反対かつ逆数の勾配を有するチャープを含む。
【０１１０】
そのような場合、往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0は以下によって求めることができる。
【０１１１】
【数２９】
【０１１２】
単位勾配は該単位勾配自体の逆数(inverse)でもあることに留意することが重要である。したがって、正規化された勾配−１及び＋１を有するチャープの単一対は、同時に反対(opposite)でありかつ逆数である勾配を有するチャープを含む。この一意のチャープ２つ組(doublet)をチャープ４つ組と併せて使用して、Ｋ＝２（Ｌ＋１）個のチャープを含む有利な照射波形を構築することができる。ただし、Ｌ≧０は整数である。
【０１１３】
多くの場合に、動作要件及び技術的制限に起因して、最大勾配と最小勾配との比Ｚ、
【０１１４】
【数３０】
【０１１５】
は固定でなくてはならない。そのような場合、有利なチャープ４つ組は以下の（正規化された）勾配を有する。
【０１１６】
【数３１】
【０１１７】
以下において、この特定の最適なチャープ配置を４つ組チャープ（quadrichirp）と呼ぶ。
【０１１８】
概して、複合照射波形は、正の勾配及び負の勾配を有する複数のチャープを含むことができる。結果として、これらの勾配はそれらのそれぞれの区間
【０１１９】
【数３２】
【０１２０】
及び
【０１２１】
【数３３】
【０１２２】
にわたって何らかの最適な形で分散されなくてはならない。
【０１２３】
本発明の一実施形態によれば、有利な勾配分散は、勾配Ｓkによって生成されるアイソビート線の傾斜角ｔａｎ-1（Ｓk）がそれらのそれぞれの区間
【０１２４】
【数３４】
【０１２５】
及び
【０１２６】
【数３５】
【０１２７】
にわたって実質的に均一に分散されるときに得られる。
【０１２８】
そのような設計は結果として、ジャミング及び相互干渉に対する耐性が高められた複合照射波形をもたらす最大エントロピーを有する勾配パターンとなる。
【０１２９】
本発明の実施形態の上記の説明から明らかになるように、送信信号は、特に、線形周波数変動が各部分内で異なる勾配を有する場合に、複数の部分Ｋ(a number of portions K)を有することが好ましい。ただし、Ｋ≧４である。
【０１３０】
本発明の実施形態に従って構築された、有利な照射波形の設計に伴うステップの理解を容易にするために、例示的な実施例を以下に提示する。
【０１３１】
実施例１：最適なチャープ６つ組
６つの周波数チャープを含む有利な照射波形を設計することが必要とされていると想定する。また、最大勾配と最小勾配との比Ｚが設計パラメーターとして与えられていると仮定する。
【０１３２】
６つの周波数チャープが必要とされているため、波形は、１つのチャープ４つ組と１つのチャープ２つ組とから構築することができる。チャープ４つ組は以下の４つ組チャープである。
【０１３３】
【数３６】
【０１３４】
チャープ２つ組が付加されると、以下の勾配パターンが得られる。
【０１３５】
【数３７】
【０１３６】
たとえば、Ｚ＝３のとき、上記の勾配パターンは以下の形態
【０１３７】
【数３８】
【０１３８】
を想定する。
【０１３９】
傾斜角はこれらの値の逆正接である。
【０１４０】
したがって、この勾配パターンは傾斜角が
【０１４１】
【数３９】
【０１４２】
の６つのアイソビート線を生成する。
【０１４３】
傾斜角は度単位で表されているが、代替的にラジアン又は任意の他の角度基準で表されてもよい。
【０１４４】
平均勾配がたとえば５０ＭＨｚ／ｍｓと想定される場合、Ｚ＝３の、最適なチャープ６つ組を用いる複合照射波形は、以下の概算の勾配値（ＭＨｚ／ｍｓ単位で表される）を有する６つの周波数チャープから構成される。
【０１４５】
【数４０】
【０１４６】
これらの値のそれぞれは、平均勾配と勾配パターンの各値との積によって計算されるか、又は代替的に、平均勾配と傾斜角の正接(tangent)との積によって計算されている。
【０１４７】
本発明の実施形態に従って構築された、有利な照射波形の設計に伴うステップの理解を容易にするために、別の例示的な実施例を以下で提示する。
【０１４８】
実施例２：最適なチャープ８つ組
８つの周波数チャープを含む有利な照射波形を設計することが必要とされていると想定する。また、最大勾配と最小勾配との比Ｚが設計パラメーターとして与えられていると仮定する。
【０１４９】
８つの周波数チャープが必要とされているため、波形は２つのチャープ４つ組から構築することができる。第１の４つ組は、４つ組チャープ
【０１５０】
【数４１】
【０１５１】
である。
【０１５２】
第２の４つ組は、上記の４つ組チャープの単なるコピーとすることができるが、第２の４つ組は、アイソビート線の傾斜角の均一な広がりを得るように有利に構築される。
【０１５３】
したがって、傾斜角
【０１５４】
【数４２】
【０１５５】
によって定義されるセクターは、２対の介在するアイソビート線の傾斜角を確定するように３つの等しい部分に分割されなくてはならない。傾斜角はラジアンで表されているが、代替的に度又は任意の他の角度基準で表されてもよい。
【０１５６】
同様に、傾斜角
【０１５７】
【数４３】
【０１５８】
によって定義されるセクターも、３つの等しい部分に分割されなくてはならない。
【０１５９】
これらのセクターのうちの第１のもののみを考察すると、制限が（Ｌmin，Ｌmax）である場合、セクターを３つの等しいセグメントに分割する２つの介在する角度は、
【０１６０】
【数４４】
【０１６１】
及び
【０１６２】
【数４５】
【０１６３】
である。
【０１６４】
上記の式に
【０１６５】
【数４６】
【０１６６】
及び
【０１６７】
【数４７】
【０１６８】
を代入すると、角度
【０１６９】
【数４８】
【０１７０】
及び
【０１７１】
【数４９】
【０１７２】
が得られる。
【０１７３】
他方のセクターにおける対応する角度は、これらの値の反対となる。したがって、第２の４つ組チャープの勾配は、
【０１７４】
【数５０】
【０１７５】
及び
【０１７６】
【数５１】
【０１７７】
である。
【０１７８】
たとえば、Ｚ＝２である場合、４つの介在する勾配は以下の概算値を想定する。
【０１７９】
【数５２】
【０１８０】
最後に、２つの４つ組を組み合わせることによって、概算勾配値
【０１８１】
【数５３】
【０１８２】
を有する最適な８つ組が得られる。
【０１８３】
平均勾配がたとえば５０ＭＨｚ／ｍｓと想定される場合、最適な照射波形は、以下の概算の勾配値（ＭＨｚ／ｍｓ単位で表される）を有する周波数チャープを含む。
【０１８４】
【数５４】
【０１８５】
求められた勾配の幾何平均
【０１８６】
【数５５】
【０１８７】
は、想定値５０ＭＨｚ／ｍｓに高精度で近似する。
【０１８８】
周波数チャープを時間において任意の適切な順序で送信することができるということに起因して、勾配の単一のセットは複数の有利な照射波形を生成することができる。そのような各波形は、周波数チャープの同じセットから構成されるが、毎回、チャープは異なる順序で送信される。
【０１８９】
チャープ６つ組又はチャープ８つ組のようなチャープの有利なセットを、チャープバーストと呼ばれる複数の有限な複合波形を構築するのに使用することができる。
本発明の一実施形態によれば、たとえば自動車レーダーは、その動作中、毎回ランダムに又は任意の他の適切な不規則な形で、利用可能な波形のうちの１つを選択し、この波形をチャープバーストとして送信して、対象領域を照射する。さらに、チャープバースト間の時間間隙は一定とすることもできるし、何らかの規則的な又は不規則な形式で変動することもできる。
【０１９０】
時間間隙の間、電力が一切送信されないため、この区間は、「リスンのみ」の動作モードを組み込むのに利用することができる。この動作モードは、共有される周波数帯域の他のユーザーによって生成される潜在的な干渉のレベルを評価するのに用いられる。
【０１９１】
図６は、異なる順序で発生するが同じである６つのチャープを含む複合波形のいくつかの選択された例を示している。図示されるように、いくつかの波形は、「時間反転」及び／又は「周波数反転」の操作を適用することによって、他の波形から得られた。
【０１９２】
本発明の一実施形態による、複数の周波数チャープから構成される照射波形を電圧制御発振器ＶＣＯが生成するように、電圧制御発振器ＶＣＯのための制御信号を生成するための装置が図７に示されている。
【０１９３】
図７は、本発明の一実施形態に従って構築されたチャープバースト発生器ＣＢＧ７０１の機能ブロック図を示している。発生器は、以下のブロック、すなわち
タイミング／制御ユニットＴＣＵ７１１、
自走カウンターＦＲＣ７１０、
物理雑音源ＰＮＳ７０５、
パターンレジスタＰＲＧ７０６、
チャープカウンターＣＨＣ７０７、
メモリＭＥＭ７０２、
アキュムレーターＡＣＣ７０３、
クロック発生器ＣＫＧ７０８、
時間カウンターＴＭＣ７０９、
デジタル対アナログ変換器ＤＡＣ７０４、
を備える。
【０１９４】
チャープ−バースト発生器ＣＢＧは以下のように動作する。ツェナー（Zener）ダイオードのような物理雑音源ＰＮＳによって供給されるランダムに現れるパルスＲＰが、自走カウンターＦＲＣを駆動する。カウンターＦＲＣの容量は、システムによって利用される異なるチャープバースト（照射波形）の数に等しい。ランダムパルスＲＰの比は、カウンターＦＲＣが、周期的に動作する間、連続するチャープバースト間の時間区間の間、多数回オーバーフローするほど高い。結果として、そのような時間区間において「オンザフライ」で観測されるカウンター状態ＣＴは、全て実質的に同じ確率で生じることになる。
【０１９５】
時間／制御ユニットＴＣＵによって提供されるパルスＳＩによって確定される時点において、カウンターＦＲＣの現在の状態ＣＴは、パターンレジスタＰＲＧに転送され、該パターンレジスタＰＲＧにおいて記憶されると共に、出力ＰＴにおいて利用可能にされる。出力ＰＴは、メモリＭＥＭの対応するストレージセルを位置特定するのに使用されるアドレスの一部分を構成する。組み合わされたアドレス（ＰＴ，ＣＮ）の他の部分ＣＮは、チャープカウンターＣＨＣによって提供される。
【０１９６】
パルスＳＩはまた、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって生成されるバーストゲートＢＧに切り換える。以下で説明されるように、このゲートの持続時間は、チャープバースト全体の持続時間と等しい。ゲートＢＧは、自動車レーダーがマイクロ派電力増幅器又は発生器を制御するのに使用することができる。
【０１９７】
パルスＳＩは、規則的又は適切な不規則的な間隔で、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって内部的に生成される。これらのパルスによって画定される時間区間は、バースト持続時間と、連続するバースト間の意図される時間間隙との和である。タイミング／制御ユニットＴＣＵは、適切なシグナルプロセッサが使用するリセットパルスＲＡも生成する。リセットパルスのそれぞれは、各チャープバーストの開始前に発生する。
【０１９８】
出力ＰＴは、送信される、利用可能なチャープバーストのうちの１つを選択するが、出力ＣＮはこの選択されたバースト内で生成されるチャープの実際の数を示す。たとえば、チャープ６つ組を用いて複数のチャープバーストを構築する場合、利用可能な３２個の異なるチャープバーストが存在する場合があり、これらのバーストのそれぞれが６つのチャープを含む。しかしながら、概して、異なるバースト内の同じ位置に現れるチャープは異なる勾配値を有する。
【０１９９】
したがって、出力ＰＴは選択されたチャープバーストの間同じ値を保つが、出力ＣＮは１（バーストの最初のチャープ）からＫ（バーストの最後のチャープ）まで連続して増加する整数値を想定する。たとえば、チャープ６つ組を用いてチャープバーストを構築し、かつチャープ数７が利用される場合、バースト持続時間全体の間、出力ＰＴの値は一定のままであり７に等しいが、出力ＣＮは連続して値１、２、３、４、５、及び６をとる。
【０２００】
バーストが開始する直前に、チャープカウンターＣＨＣの状態ＣＮが、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって供給されるパルスＳＴによって「１」に設定される。状態ＣＮは、新たなパルスが入力ＳＴにおいて現れて新たなチャープの開始を示す度に、１だけ増加される。これらのパルスは、バーストの各チャープの持続時間に等しい持続時間の規則的間隔でタイミング／制御ユニットＴＣＵによって生成される。
【０２０１】
チャープ持続時間は、適切なクロック発生器ＣＫＧによって供給されるパルスＣＫを「カウントアップ」している時間カウンターＴＭＣによって、確定される。時間カウンターＴＭＣの初期状態は、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって提供される信号ＲＳによって、「オールゼロ状態」に予め設定されている。時間カウンターＴＭＣは、その最大容量に達すると、
信号ＴＴを生成し、
「オールゼロ状態」に戻り、
クロックパルスＣＫを再び「カウントアップ」し始める。
【０２０２】
信号ＴＴは、チャープカウンターＣＨＣの状態を１だけ増加させる新たなパルスＳＴをタイミング／制御ユニットＴＣＵに生成させる。状態ＣＮは、タイミング／制御ユニットＴＣＵによってモニタリングされる。状態ＣＮがその最大値に達するとき、これは選択されたバーストの最後のチャープが生成されていることを意味し、時間カウンターＴＭＣから得られる新たなパルスＴＴがチャープバースト全体の終了を定義する。このパルスは、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって生成されるバーストゲートＢＧもオフに切り換える。
【０２０３】
組み合わされたアドレス（ＰＴ，ＣＮ）に対応する各セルにおいて、メモリＭＥＭは以下のパラメーター、すなわち、
バーストの開始周波数に対応する初期値ＩＳ、
チャープ勾配の険しさを表す増分ＤＳ、
以下で論考される、ビート周波数プロセッサのような適切なシグナルプロセッサに送信される重みＤＫ及びＨＫ、
の値を格納する。
【０２０４】
各バーストの開始時点の直前に、「負荷」信号ＬＳによって、アキュムレーターＡＣＣの状態が、メモリＭＥＭによって供給される初期状態ＩＳに予め設定される。各クロックパルスＣＫにおいて、アキュムレーターＡＣＣはその現在の状態に、メモリＭＥＭによって提供される増分ＤＳを加える。この増分の値は、実際に生成及び送信されているチャープの勾配の険しさを表す。明らかに、増分ＤＳは、上り勾配の場合に正であり、下り勾配の場合に負である。
【０２０５】
アキュムレーターＡＣＣの各状態ＮＢが、デジタル対アナログ変換器ＤＡＣに供給される。デジタル対アナログ変換器ＤＡＣの出力ＣＢは、生成されているチャープバーストの要求される周波数−時間特性を「追跡」している。信号ＣＢは、適切な電圧制御発振器を制御するのに用いられる。
【０２０６】
下記で論考するように、２つの重みＤＫ及びＨＫの格納される値は、
【０２０７】
【数５６】
【０２０８】
及び
【０２０９】
【数５７】
【０２１０】
に等しい。ただし、Ｓkはバースト内に生じるｋ番目のチャープの勾配である。
【０２１１】
チャープバーストを生成するプロセスの理解を容易にするために、以下に例を与える。
【０２１２】
実施例１において論考された最適なチャープ６つ組に基づいてチャープバーストを生成することが必要とされていると仮定する。選択されたチャープバーストの周波数−時間特性は図８に示される形態のものであると想定する。
【０２１３】
バーストは６つのチャープを含む。それらのチャープは、チャープカウンターＣＨＣの連続した状態ＣＮによって示されるようにナンバリングされている。ＭＨｓ／ｍｓ単位で表される概算の勾配値は、実施例１において以下のように与えられる。
【０２１４】
【数５８】
【０２１５】
また、各チャープの持続時間が４ｍｓであると想定する。たとえば、必要とされる時間区間は、１ＭＨｚクロック発生器ＣＫＧによって生成されるクロックパルスＣＫをカウントアップする時間カウンターＴＭＣによって求められる。初期状態ＩＳは、４ｍｓ・５０ＭＨｚ／ｍｓ＝２００ＭＨｚの値を表す。チャープカウンターＣＨＣのそれぞれの状態ＣＮに対応する増分ＤＳは以下の勾配を表す。
【０２１６】
【数５９】
【０２１７】
チャープ−バースト発生器の代替的な設計も可能である。そのような設計は、たとえば、勾配の値の関数と共に、又はその代わりに、勾配の値（Ｓk）を出力してもよい。
【０２１８】
ビート周波数プロセッサＢＦＰは、観測されるビート周波数ｆBk及び対応する勾配の情報又は勾配の関数を受信するように動作可能であるデバイスである。ビート周波数プロセッサＢＦＰは、この情報を使用して、距離及び／又は速度の推定値を計算及び出力する。
【０２１９】
図９は、本発明の一実施形態に従って構築されたビート周波数プロセッサＢＦＰの機能ブロック図である。プロセッサＢＦＰは、以下の２つの式を実施して、往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0を計算する。
【０２２０】
【数６０】
【０２２１】
ただし、
【０２２２】
【数６１】
【０２２３】
【数６２】
【０２２４】
ただし、
【０２２５】
【数６３】
【０２２６】
次に、遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0の値は、検出された物体の距離及び視線速度に変換される。
【０２２７】
ビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７は、２つの乗算器ＧＧＦ９０１及びＨＨＦ９０２と、２つのアキュムレーターＡＣＩ９０３及びＡＣＱ９０４と、２つのスケーリング回路ＩＳＩ９０５及びＱＳＱ９０６とを備える。適切な周波数分析器ＦＡＮ１０８によって提供されるビート周波数ｆBkの各値ＢＦは、並列に２つの乗算器ＧＧＦ及びＨＨＦに適用される。これらの乗算器ＧＧＦ及びＨＨＦの他の入力は、チャープ−バースト発生器ＣＢＧ７０１（図７も参照されたい）によって供給される重みＤＫ及びＨＫによってそれぞれ駆動される。
【０２２８】
２つの重みの値は、
【０２２９】
【数６４】
【０２３０】
及び
【０２３１】
【数６５】
【０２３２】
によって与えられる。ただし、Ｓkはバースト内で発生するｋ番目のチャープの勾配である。
【０２３３】
乗算器出力ＷＧ及びＷＨは、以下の積の数値表現である。
【０２３４】
【数６６】
【０２３５】
これらの積は、それぞれのアキュムレーターＡＣＩ及びＡＣＱに適用され、量
【０２３６】
【数６７】
【０２３７】
及び
【０２３８】
【数６８】
【０２３９】
を表す和ＳＩ及びＳＱが求められる。
【０２４０】
次に、アキュムレーターＡＣＩ及びＡＣＱによって供給される値ＳＩ及びＳＱは、適切にスケーリングされて、検出された物体の距離Ｒ０及び速度Ｖ０が生成される。
【０２４１】
スケーリング係数ＧＧ及びＨＨは以下のように表すことができる。
【０２４２】
【数６９】
【０２４３】
及び
【０２４４】
【数７０】
【０２４５】
ただし、係数ＴＲは遅延τ0を距離Ｒ０に変換するのに使用され、係数ＦＶはドップラー周波数ｆV0を速度Ｖ０に変換するのに使用される。
【０２４６】
勾配パターンがチャープ４つ組及び／又はチャープ２つ組を含む場合、上記のスケーリング係数は以下の単純化された形態を想定する。
【０２４７】
【数７１】
【０２４８】
及び
【０２４９】
【数７２】
【０２５０】
ビート周波数プロセッサＢＦＰは以下のように動作する。最初に、チャープ−バースト発生器ＣＢＧから得られた信号ＲＡによって、２つのアキュムレーターＡＣＩ及びＡＣＱがゼロにリセットされる。次に、連続する積の対ＷＧ及びＷＫが累算されてそれぞれの出力ＳＩ及びＳＱが生成される。各該対はそれぞれのチャープ勾配Ｓk及びビート周波数ｆBkについて求められる。最後に、これらの出力が以下のようにスケーリングされ、
【０２５１】
【数７３】
【０２５２】
及び
【０２５３】
【数７４】
【０２５４】
検出された物体の距離Ｒ０及び速度Ｖ０の測定値がもたらされる。
【０２５５】
ビート周波数プロセッサの代替的な設計も可能である。これらも同様に、チャープバースト発生器からの勾配の値又は勾配の値の関数、及び周波数分析器からの観測されるビート周波数を受信するように動作可能である。
【０２５６】
しかしながら、プロセッサは上記で与えられた式を実施することに制限されず、代替的に他の式を実施することができる。
【０２５７】
たとえば、ビート周波数プロセッサは、上記で与えられた式から往復遅延τ0及び／又はドップラー周波数ｆV0を計算することができる。
【０２５８】
そのようなビート周波数プロセッサは、効率的な特注の設計を有しても、又はＤＳＰによって実施されてもよい。
【０２５９】
図１０は、本発明の一実施形態に従って構築された、自動車ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図である。システムは、図１に示される従来の構成の変形であり、図１の説明が参照される。
図示されるように、図１の三角波形発生器ＷＦＧが、チャープバースト発生器ＣＢＧ７０１によって置き換えられる一方で、図１のデジタルシグナルプロセッサＤＳＰは、本発明によるビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７によって置き換えられている。図１０に示すように、上記で論考した値ＨＫ、ＤＬ、及びＲＡは、チャープバースト発生器ＣＢＧ７０１からビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７に提供され、一方でビート周波数ｆBKは周波数分析器ＦＡＮ１０８から提供される。
【０２６０】
代替的に、図１０に示すように、値ＨＫ、ＤＫ、及びＲＡの代わりに、信号部分の勾配又は正規化された勾配Ｓkをチャープバースト発生器ＣＢＧ７０１からビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７に提供することができる。
【０２６１】
本発明の一実施形態に従って構築されたビート周波数プロセッサＢＦＰの性能を評価するためにコンピューターシミュレーション研究が行われてきた。上記の実施例において構築されたように、自動車レーダーが７７ＧＨｚ周波数帯域で動作し、最適なチャープ８つ組を用いることが想定される。また、距離６０ｍにおいて現れる物体が、１１０ｋｍ／ｈの視線速度でレーダーシステムに近づいていることが想定される。
【０２６２】
雑音も干渉も存在しない理想的な場合には、勾配Ｓkを有するチャープに対応する８つのビート周波数ｆBkは、以下の公称値を有する。
【０２６３】
【数７５】
【０２６４】
図１１ａは、８つの観測されるビート周波数を処理するシグナルプロセッサの５０００個の個々の出力の散布図を示している。この場合、各ビート周波数はゼロ平均及び０．２ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されている。
【０２６５】
図１１ｂ及び図１１ｃは、８つのビート周波数のそれぞれがゼロ平均及びそれぞれ０．５ｋＨｚ及び１ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されているときに、同じ物体について得られた散布図である。予期されるように、距離推定値及び速度推定値の誤りは、干渉のレベルが上昇するにつれ次第に増加している。
【０２６６】
最も実際的な応用形態では、低いか又は中程度の干渉レベルに起因するいくつかの劣化を許容することができる。しかしながら、自動車レーダーが高密度信号マルチユーザー環境で動作している場合、インパルス特性の何らかの干渉に起因して壊滅的な干渉が発生する可能性が高い。そのような場合、観測されるビート周波数のうちの少なくとも１つが「ローグ周波数」となり、すなわち検出された物体の距離又は速度に一切関係しない値を想定する。
【０２６７】
壊滅的な干渉を生じさせる場合がある１つのメカニズムが図１２に概略的に示されている。雑音又は干渉が存在しない場合、図１２ａに示すように、ビート周波数は、ビート周波数の関数として受信される電力の最大値を観測することによって高精度で求めることができる。雑音及び干渉のレベルが増加しているとき、最大電力を求めることが依然として可能である。しかしながら、ここで最大値が良好に定義されていないため、推定誤りが発生する場合がある。この事例は図１２ｂに示される。図１２ｃに示される壊滅的な干渉の状況では、高レベルの雑音及び干渉によって、ビート周波数において現れる電力最大値はその真の値に対して大幅にシフトされる。
【０２６８】
比較の目的で、図１３ａは、距離６０ｍにおいて現れ、１１０ｋｍ／ｈの視線速度でレーダーシステムに近づいている物体について得られた、５０００個の個々のプロセッサ出力の散布図を示している。この場合、さらなるインパルス性干渉は存在せず、全ての観測されるビート周波数は、ゼロ平均及び０．２ｋＨｚの標準偏差を有するガウス外乱で汚染されている。
【０２６９】
極度に壊滅的な干渉によって引き起こされ得る問題を示すために、図１３ｂは４つの散布図を示している。該散布図はそれぞれ同じ物体について得られた１２００個の個々のプロセッサ出力を含む。４つの事例のそれぞれにおいて、壊滅的な干渉の例の影響をシミュレートするために、全てのビート周波数に等しく影響を与える同じガウス外乱に加えて、１つの選択されたビート周波数が３０ｋＨｚだけシフトされている。各事例において、同じ周波数シフトが、異なる上り勾配によって生成されたビート周波数に適用される。
【０２７０】
図示されるように、この事例では、推定距離はその真の値より大きく、推定速度は真の速度よりはるかに小さい。結果として、「衝突までの時間」（推定距離を推定速度で除算したもの）の推定値は受入可能でない時間量、正しい値を超える場合がある。
【０２７１】
本発明のさらなる実施形態によれば、壊滅的な干渉の影響は、以下の手順を用いることによって大幅に低減することができる。全てのＫ個の観測されるビート周波数は、（Ｋ／２）個の対に分割される。ここで、各対は反対かつ／又は逆数の勾配を有する２つのチャープによって生成されるビート周波数を含む。次に、そのように形成された第１の対が除外され、残りの［（Ｋ／２）−１］個の対を使用して距離推定値及び速度推定値を求める。プロセスは（Ｋ／２）回実行され、毎回異なるビート周波数対が除外される。全ての（Ｋ／２）個の事例が検査されると手順は終了し、結果として（Ｋ／２）個の距離−速度結合推定値のセットが分析される。
【０２７２】
受信したチャープのうちの１つが壊滅的に破損していた場合、影響を受けるビート周波数は「ローグ周波数」となり、いかなる形でも検出された物体の距離又は速度に関連しない。［（Ｋ／２）−１］個の事例において、「ローグ周波数」は試験下のビート周波数のセット内に存在し、毎回距離及び速度は誤って推定される。しかしながら、１つの事例では、「ローグ周波数」が試験下のビート周波数のセットから除外される。このとき、結合距離−速度推定値は正しい。
【０２７３】
誤った結合距離−速度推定値は、［（Ｋ／２）−１］個の点から成る主クラスターを形成するが、正しい推定値は、主クラスターの外側に現れる孤立点によって表される。適切な分類手順を適用することによって、この特定のポイントを識別すると共に、正しい結合距離−速度推定値を表すその座標を確定することが可能である。単一の点と、複数の点から成るクラスターとを区別するのが不可能になる場合、手順は中断するか、又は単に最悪の場合の「衝突までの時間」を求める。
【０２７４】
説明の目的のために、図１４は４つの散布図を示している。該散布図はそれぞれ、同じ物体について得られた１２００個の個々のプロセッサ出力を含む。別個のクラスターを形成する３つの散布図は、試験下のビート周波数のセット内に「ローグ周波数」が存在する事例に対応する。しかしながら、４番目の散布図は、主クラスターから或る程度離れて位置し、試験されているビート周波数のセットから除外されている事例に対応する。この散布図を形成する点は、正しい値に近い結合距離−速度推定値を提供する。しかしながら、ここで推定値はより小さな（８ではなく６）数の観測に基づくため、推定誤りはわずかに大きくなる。チャープ８つ組の場合、誤りは１００［√（４／３）１］≒１５パーセント増加する。
【０２７５】
壊滅的な干渉が存在しない状況において手順が適用される場合、ビート周波数の（Ｋ／２）個全ての試験されるセットが同様の結合距離−速度推定値をもたらす。これらの全ての推定値は、（Ｋ／２）点から成る単一のクラスターを形成し、そしてクラスターの中心点（たとえば重心）が最終推定値として使用される。
【０２７６】
計算の観点から、上記の手順は、最初に全てのビート周波数を使用して距離及び速度の推定値を計算し、次に毎回異なる周波数対を除外してこれらの推定値を再計算することによってより効率的に実施することができる。
【０２７７】
図１５は、本発明の一実施形態に従って設計された、単一の壊滅的な干渉の影響を低減するための手順の流れ図である。そのような手順は、適切なプロセッサ制御装置によって実施することができる。
【０２７８】
ステップ１５０２において、Ｋ個の測定されたビート周波数ｆBkが格納され、観測される物体の距離及び速度が求められる。
【０２７９】
ステップ１５０３において、ビート周波数のＫ／２個の対が形成され、該対はそれぞれ反対の勾配を有するチャープを含む。
【０２８０】
ステップ１５０４において、カウントＪが１に設定される。
【０２８１】
ステップ１５０５において、カウントＪを有する対が処理から除外され、残りの（（Ｋ／２）−１）個の対を使用して、ビート周波数（ｆBk）及びそれらのそれぞれの勾配（Ｓk）から物体の距離及び速度が計算される。
【０２８２】
ステップ１５０６において、カウントＪが、ステップ１５０５において得られた距離及び速度についての結果としての値と共に格納される。
【０２８３】
ステップ１５０７において、カウントＪがＫ／２に等しいか否かが検査される。
【０２８４】
ステップ１５０７においてカウントＪがＫ／２に等しくないと判断される場合、カウントはステップ１５０８において１だけ増加され、距離及び速度のＫ／２回の計算が実行されるまでステップ１５０５〜１５０７が反復される。
【０２８５】
ステップ１５０７においてカウントＪがＫ／２に等しいと判断される場合、得られた距離及び速度の測定値のＫ／２個の対がステップ１５０９において調べられる。結果として、他のＫ／２−１個の対によって形成されるクラスターの外側に位置する対が選択される。
【０２８６】
ステップ１５１０において、ステップ１５０９において得られた結果が、検出された物体の距離及び速度として出力される。
【０２８７】
図１６は、本発明の一実施形態に従って構築された、自動車ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図である。この構成は、適切なプロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１を組み込むことによって、図１０の構成から得られたものである。この制御装置ＰＲＣは、（ハードウェア又はソフトウェアで）図１５の流れ図に示される動作を実施する。
【０２８８】
図１６に示すように、上記で論考した値ＨＫ、ＤＫ、及びＲＡは、チャープバースト発生器ＣＢＧ７０１からプロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１に提供される一方で、ビート周波数ｆBkは周波数分析器ＦＡＮ１０８から提供される。プロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１は、ビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７に信号を出力し、ビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７から信号を受信する。さらに、プロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１は、観測される物体の距離及び速度を出力する。
【０２８９】
代替的に、図１６に示す値ＨＫ、ＤＬ、及びＲＡの代わりに、信号部分の勾配又は正規化された勾配Ｓkを、チャープバースト発生器ＣＢＧ７０１からプロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１に提供することもできる。
【０２９０】
上述される干渉拒否手順は、単一の「ローグ周波数」以上のものを扱うように一般化することができる。たとえば、インパルス性干渉の結果として２つの「ローグ周波数」が生じる場合があると想定される場合、毎回２つの異なる対が試験下のビート周波数のセットから除外されなくてはならない。したがって、分析される事例の数は、（Ｋ／２）から［（Ｋ2／８）−（Ｋ／４）］に増加する。
【０２９１】
たとえば、チャープ８つ組が用いられるとき、試験下のビート周波数セットの数は４（単一「ローグ周波数」が推測される）から６（２つの「ローグ周波数」が推測される）に増加する。さらに、ここで４つのビート周波数のみが推定に使用されるため。推定値誤りは４１パーセント増加する。したがって、推定誤りを低減するために、より長いチャープバーストを使用しなくてはならない。代替的に、距離及び速度推定をいくつかのチャープバーストにわたって実行することができる。
【０２９２】
本発明の好ましい実施形態の上記の説明は、例示及び説明の目的で提示されてきた。該説明は、包括的であることも、本発明を開示された正確な形態に限定することも意図されていない。上記の説明を鑑みて、当業者であれば、多くの改変形態、変更形態、及び変形形態によって、本発明を意図される特定の使用に適した様々な実施形態において利用することが可能になることは明らかである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物体の距離及び速度を求めるのに用いられるマイクロ波センサーの搬送波周波数を変調するのに利用される波形の生成及び処理のための方法及び装置に関する。本方法は、限定ではないが特に、高レベルの干渉を有する環境において動作するように意図される自動車のマルチユーザーＦＭＣＷレーダーに適用可能である。
【背景技術】
【０００２】
自律的クルーズコントロール及び衝突警報／回避システムの需要が伸びたことが、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）自動車レーダーを開発する契機になった。開発中のレーダーの大部分は７７ＧＨｚ帯において動作し、その帯域はこれらの用途のために予約されている。
【０００３】
ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図が図１に示されている。このシステムは、三角波形発生器ＷＦＧ１０１と、アップコンバーターとしての役割も果たす電圧制御発振器ＶＣＯ１０２と、結合器ＣＰＬ１０３と、シングルアンテナ動作を提供するサーキュレーターＣＩＲ１０４と、送信−受信アンテナＴＲＡ１０５と、直交混合器ＱＭＸ１０７と、周波数分析器ＦＡＮ１０８と、デジタルシグナルプロセッサＤＳＰ１０９とを備える。
【０００４】
三角波形発生器ＷＦＧは、三角形を成すように、電圧制御発振器ＶＣＯの周波数を変更する制御信号ＣＶを生成する。結果として生成され、アンテナＴＲＡによって送信される波形ＴＷは、一定の振幅を有するが、図２ａに概略的に示されるように、その周波数は各掃引区間Ｔｓ中に帯域Δｆにわたって掃引される。
【０００５】
距離Ｒにある障害物ＯＢＳ１０６からのエコーＲＷは、送信波形ＴＷの減衰したコピーになり、τ＝２・Ｒ／ｃだけ時間的に遅延している。ただし、ｃは光速である。
エコーＲＷは、直交混合器ＱＭＸにおいて、結合器ＳＰＬによって供給される送信波形ＴＷの一部と混合される。
混合器ＱＭＸの出力信号ＱＳは、周波数分析器ＦＡＮにおいて分析され、障害物距離に正比例する振幅｜ｆR｜を有するビート周波数ＢＦを生成する。
【０００６】
【数１】
【０００７】
ただし、｜Ｓ｜＝｜Δｆ｜／Ｔsは周波数掃引の勾配である。
【０００８】
反射波の周波数から問合せ波(an interrogating wave)の周波数を減算したものとして定義されるビート周波数ｆRは、周波数下り掃引（Ｓ＜０）の場合に正であり、周波数上り掃引（Ｓ＞０）の場合に負である。このため、
【０００９】
【数２】
【００１０】
である。
【００１１】
従来技術から既知であるように、正のビート周波数と負のビート周波数との区別は、レーダーシステムが直交信号処理を利用するときに達成することができる。
【００１２】
図２ａは、送信波形及び受信波形両方の線形の周波数変動を概略的に示しており、結果として生成されるビート周波数も示している。図に示されるように、ビート周波数ｆRは、掃引の極限における大きさを除いて一定の大きさである（この影響は実際には無視することができる）。
【００１３】
レーダーと障害物との間の視線速度(radial velocity)Ｖの相対運動によって、ビート周波数ｆR上にドップラー周波数シフト
【００１４】
【数３】
【００１５】
が重ね合わせられる。ただし、λ＝ｃ／ｆcは波長であり、ｆcはレーダー送信の搬送波周波数である。搬送波周波数ｆcは、周波数掃引が占める帯域Δｆよりもはるかに大きいため、実際には、ドップラーシフトの値ｆvは周波数変調による影響を受けない。
【００１６】
障害物が速度Ｖでレーダーに近づいてくる場合、ドップラーシフトｆvは正であるのに対し、障害物がレーダーから遠ざかる場合、シフトｆvは負となる。したがって、測定されるビート周波数ｆBは２つの周波数成分ｆR及びｆvに起因して生じ、適切に結合されて複合ビート周波数が生成される。
【００１７】
【数４】
【００１８】
勾配Ｓ自体が負（下り掃引の場合）又は正（上り掃引の場合）になり得ることに留意されたい。
【００１９】
図２ｂは、送信される波形に対して受信される波形が遅延し、ドップラーシフトする場合を示している。
【００２０】
デジタルシグナルプロセッサＤＳＰは、周波数分析器ＦＡＮによって供給される、測定されたビート周波数値ＢＦを使用して、障害物の距離Ｒ及び相対速度Ｖの両方を求める。距離Ｒ及び速度Ｖの推定値が、プロセッサＤＳＰの出力ＲＶにおいて生成される。正確な動作のために、シグナルプロセッサＤＳＰは、波形発生器ＷＦＧから、各周波数掃引の開始及び方向を示す同期用パルスＳＣを受信する。
【００２１】
自動車レーダーの分野では、要求される機能及び潜在的な性能をハードウェアで実証することに、研究開発の努力の大部分を集中してきた。しかしながら、相互干渉に対する耐性に関する重要な問題がほとんど無視されてきた。マルチユーザー干渉への耐性の問題が解決されるまで、自動車レーダーが商業的成功に至らないことは今や明らかである。
【００２２】
自動車レーダーにおいて用いられる従来のＦＭパターン及び関連する信号処理技法は、マルチユーザー干渉による重大な影響を受け得る。干渉の形態によっては適切に設計されたシステムにおいて耐えられ得るが、抑制が不可能な干渉の形態が存在する。結果として、高密度の信号のマルチユーザー環境において動作する従来のＦＭシステムは、質の劣った障害物検出、並びに該障害物の距離及び速度の不十分な推定しか提供することができない。
【００２３】
マルチユーザー干渉の負の影響は、周波数変調の不規則かつ非循環のパターンを利用することによって、或る程度緩和することができる。たとえば、欧州特許出願第０７２５２３５２．５号は、送信機の周波数が、区分的に線形であるが依然として非決定論的でかつ不規則な「ジグザグ」状であり、割り当てられる周波数帯域の最大の広がりを利用するように配置される自動車レーダーシステムを開示している。欧州特許出願第０７２５２３５２．５号の内容は参照により本明細書に含まれる。
【００２４】
同じ領域内で動作すると共に同じ周波数帯域を共有する他のユーザーによって引き起こされる帯域内相互干渉の影響を、ランダム周波数ウォークを使用することによって低減することができる。しかしながら、ランダム周波数ウォークにおいて利用される方法のような、多勾配ＦＭチャープ信号の最適な処理が可能な効率的な方法が依然として必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
したがって、特に自動車レーダーにおいて、結果としてマルチユーザー干渉に対する耐性を改善することになる、ＦＭ波形の設計及び生成のための方法及び装置を提供することが望ましい。
【００２６】
複合多勾配ＦＭチャープ波形(composite multi-slope FM chirp waveform)を用いると共に高密度の信号のマルチユーザー環境において動作することが可能な自動車レーダーにおいて検出された物体の距離及び／又は速度を求めるための方法及び装置を提供することも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の1つの態様によれば、物体を検出する方法であって、
有限の持続時間の変動周波数信号を送信すること、
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、並びに
前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めること、
を含み、
前記送信信号は、少なくとも４つの隣接部分（Ｋ）から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数は、それぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動し、
前記線形の周波数変動は各前記部分内で異なる勾配を有する、方法が提供される。
【００２８】
本発明の別の態様によれば、物体を検出する方法であって、
変動周波数信号を送信すること、及び
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、
を含み、
前記送信信号はＫ個の部分から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数はそれぞれの前記部分（ｋ）内で時間と共に線形に変動し、ただしｋ＝１，．．．，Ｋであり、
該方法は、
前記部分（ｋ）ごとに、正規化された勾配（Ｓk）に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めることをさらに含む、方法が提供される。
【００２９】
本発明の別の態様によれば、
変動周波数信号を送信するように動作可能な送信機と、
物体から前記送信信号の反射を受信するように動作可能な受信機と、
前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めるように動作可能なシグナルプロセッサと、
を備える自動車レーダー装置であって、
前記送信信号が少なくとも４つの隣接部分（Ｋ）から成るシーケンスを含むと共に、前記信号の周波数がそれぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動し、前記線形周波数が各前記部分内で異なる勾配を有するような前記変動周波数信号を提供するように動作可能な信号発生器をさらに備える、自動車レーダー装置が提供される。
【００３０】
本発明の別の態様によれば、
変動周波数信号を送信するように動作可能な送信機と、
物体から前記送信信号の反射を受信するように動作可能な受信機と、
前記送信信号がＫ個の部分から成るシーケンスを含むと共に、前記信号の周波数がそれぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動するような前記変動周波数信号を提供するように動作可能である信号発生器と、
前記部分（ｋ）ごとに、正規化された勾配（Ｓk）に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めるように動作可能なシグナルプロセッサと、
を備える、自動車レーダー装置が提供される。
【００３１】
本発明の別の態様によれば、物体を検出する方法であって、
変動周波数信号を送信すること、
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、及び
前記送信信号と前記受信信号との間のビート周波数（ｆBk）を求めること、
を含み、
前記送信信号は、Ｋ個の部分（ｋ）から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数は、それぞれの前記部分（ｋ）内で時間と共に線形に変動し、
前記部分は、反対かつ／又は逆数の正規化された勾配Ｓk(opposite and/or inverse normalized slopes Sk)から成るＫ／２個の対で存在し、
該方法は、
前記ビート周波数（ｆBk）及び該ビート周波数のそれぞれの勾配（Ｓk）から前記物体の距離及び／又は速度をＫ／２回計算することであって、毎回、複数の前記対のうちの１つが該計算プロセスから除外される、計算すること、
或る対を用いた計算が、他の対の結果によって形成されるクラスターの外側に位置する結果を生成するか否かを判断すること、及び
前記結果によって与えられた前記距離及び／又は前記速度を出力すること、
をさらに含む、方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】従来技術のＦＭＣＷ自動車レーダーの簡略化された機能ブロック図である。
【図２】（ａ）は、送信波形及び受信波形の線形の周波数変動、並びにまた結果として生成されるビート周波数を概略的に示す図であり、（ｂ）は、受信波形が送信波形に対して遅延しドップラーシフトする場合の、送信波形及び受信波形の線形の周波数変動、並びにまた結果として生成されるビート周波数を概略的に示す図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施形態による、マルチユーザー自動車ＦＭＣＷレーダーシステムに適したチャープバーストの時間−周波数特性の一例を示す図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態による、マルチユーザー自動車ＦＭＣＷレーダーシステムに適したチャープバーストの電力−時間特性の一例を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態による、時間−周波数平面及びそれぞれが異なる勾配を有する複数の周波数チャープを用いて照射された物体を象徴的に示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、推定値分離を達成する勾配値の選択の一例を概略的に示す図である。
【図６ａ】本発明の一実施形態による、異なる順序で発生するが同じ６つのチャープを含む複合波形のいくつかの選択された例を示す図である。
【図６ｂ】本発明の一実施形態による、異なる順序で発生するが同じ６つのチャープを含む複合波形のいくつかの選択された例を示す図である。
【図６ｃ】本発明の一実施形態による、異なる順序で発生するが同じ６つのチャープを含む複合波形のいくつかの選択された例を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に従って構築されたチャープ−バースト発生器ＣＢＧの機能ブロック図である。
【図８】本発明の一実施形態による、６つの周波数チャープを含む選択された波形の周波数−時間特性の一例を示す図である。
【図９】本発明の一実施形態に従って構築されたビート周波数プロセッサＢＦＰの機能ブロック図である。
【図１０】本発明の一実施形態に従って構築された、改善された自動車ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図である。
【図１１】（ａ）は、８つのビート周波のそれぞれが、ゼロ平均及び０．２ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されている場合のシグナルプロセッサの５０００個の個々の出力の散布図であり、（ｂ）は、８つのビート周波のそれぞれが、ゼロ平均及び０．５ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されている場合のシグナルプロセッサの５０００個の個々の出力の散布図であり、（ｃ）は、８つのビート周波のそれぞれが、ゼロ平均及び１ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されている場合のシグナルプロセッサの５０００個の個々の出力の散布図である。
【図１２】壊滅的な干渉を引き起こす場合があるメカニズムの例を概略的に示す図である。
【図１３】（ａ）は、距離６０ｍにおいて現れ、１１０ｋｍ／ｈの速度でシステムに近づいてくる物体について得られる散布図であり、（ｂ）は、同じ外乱に加えて、１つのビート周波数が壊滅的な干渉による影響を受ける場合の、同じ物体について得られる４つの散布図である。
【図１４】ビート周波数のセット内に「ローグ周波数（rogue frequency）」が存在する場合に得られる３つの散布図、及び「ローグ周波数」がセットから除外された場合に得られる１つの散布図である。
【図１５】単一の壊滅的な干渉の影響を低減するための、本発明の一実施形態に従って設計された手順の流れ図である。
【図１６】本発明の一実施形態に従って構築されたロバストな自動車ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
高速道路のような対象監視領域を、周波数変調された（ＦＭ）波形を用いて照射することができる。ＦＭ波形は、複数の周波数アップチャープ及びダウンチャープ、すなわち信号の周波数が時間と共に線形に変動する変動周波数送信信号の部分を含んでいる。各周波数チャープ又は波形の部分は、その持続時間及びその線形の周波数変調則(frequency-modulation law)の勾配によって特徴付けられる。実際には、必須ではないが、同じ持続時間の周波数チャープを利用することが好都合である。
【００３４】
本発明の一実施形態によれば、図３ａは、同じ持続時間であるが異なる勾配を有する複数の周波数チャープを含む複合照射波形の周波数−時間特性の例を示している。この場合、図３ｂに示すように、各有限のチャープシーケンス、すなわちチャープバーストの後に、電力が全く送信されない時間間隙が続く。
【００３５】
対象物体は、時間−周波数平面（τ，ｆv）における点（τ0，ｆv0）で表される。ここで、τ0は照射波の往復遅延であり、ｆv0はドップラー周波数である。往復遅延は物体の距離を示し、ドップラー周波数は物体の視線速度を示す。
【００３６】
距離Ｒ0において現れて視線速度Ｖ0で移動する物体が、勾配Ｓkを有する周波数チャープで照射されるとき、観測されるビート周波数ｆBkの値は、以下のように表すことができる。
【００３７】
【数５】
【００３８】
ただし、τ0＝２・Ｒ0／ｃであり、ｆv0＝２・Ｖ0／λであり、ダウンチャープの場合Ｓk＜０であり、アップチャープの場合、Ｓk＞０である。
観測されるビート周波数ｆBkは、周波数成分ｆR0（距離のみに起因する）がドップラー周波数ｆv0だけシフト（アップシフト又はダウンシフト）されることに起因して生じる。
【００３９】
本発明の一実施形態によれば、図４は、時間−周波数平面（τ，ｆV）、及び、各チャープが異なるビート周波数ｆBkを発生させるように、それぞれが異なる勾配Ｓkを有する複数の周波数チャープを用いて照射される物体を象徴的に示している。物体は、往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0によって特徴付けられることが想定される。
【００４０】
未知の距離及び未知の速度を有する物体が、それぞれが勾配Ｓkを有するＫ個の周波数チャープによって照射されたと想定する。すると、結果として生じるＫ個のビート周波数ｆBKは、Ｋ個の線を定義する。
【００４１】
【数６】
【００４２】
以下において、そのような線のそれぞれをアイソビート線（isobeat line）と呼ぶ。
【００４３】
完全な周波数測定の理想的な場合には、Ｋ個全てのアイソビート線が単一の点（τ0、ｆV0）で交差し、物体の往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0を示す。したがって、異なる勾配を有する少なくとも２つの問合せ周波数チャープに応答して得られたビート周波数から、距離及び視線速度の両方を一意に求めることができる。
【００４４】
雑音及び干渉の存在下では、ビート周波数測定は完全でない可能性があり、結果として生じるアイソビート線は、それらの通常の位置からランダムにシフトされる。距離及び速度を求めるために２つのみ以上の乱されたアイソビート線が使用される場合、全ての線交差の数は常に１より大きく、かつＫ（Ｋ−１）／２以下である。ただし、Ｋはアイソビート線の数である。たとえば、Ｋ＝８の場合、全ての可能な交差点の数、したがって潜在的な解の数は、２８に等しい。
【００４５】
効率的な計算及び数字の安定性の目的のために、単位勾配の概念を導入することが好都合である。まず、たとえば、複数のＫ個の用いられる勾配の幾何平均として、平均勾配
【００４６】
【数７】
【００４７】
が計算され、したがって以下となる。
【００４８】
【数８】
【００４９】
このとき、上記の平均勾配は単位勾配となり、全ての勾配を正規化するのに使用される。平均勾配
【００５０】
【数９】
【００５１】
を計算するための代替的な方法も使用することができる。たとえば、算術平均を計算し、全ての勾配を正規化するのに使用することができる。
【００５２】
たとえば、平均勾配が５０ＭＨｚ／ｍｓ（又は５０ｋＨｚ／μｓ）に等しいことがわかったと仮定する。観測される周波数を表す好都合な周波数単位が１キロヘルツであると想定する。すると、適切にスケーリングされた時間−周波数平面において１μｓの時間遅延が５０個の「新たな」時間単位に等しくされる場合、５０ｋＨｚ／μｓの平均勾配は単位勾配を表す。したがって、１μｓ／５０＝２０ｎｓであるため、１つの「新たな」時間単位は２０ｎｓに等しくならなくてはならない。結果として、単位勾配のアイソビート線は、時間遅延軸τに対して４５度の傾斜角（鋭角）、及び周波数軸ｆVに対して４５度の傾斜角（鋭角）を成す。
【００５３】
本発明の一実施形態によれば、複数の用いられる周波数チャープは、各該チャープが正規化された勾配Ｓkを有し、以下の３つのパラメーター
【００５４】
【数１０】
【００５５】
によって特徴付けることができる。
【００５６】
当業者であれば、様々なパラメーターを定義することができ、本発明に従って上記の式の変形を使用することができることは明らかである。
【００５７】
所定の複数の周波数チャープに関して、上記のパラメーターは、チャープが複合照射波形において実際に送信される順序に依存しないことに留意することが重要である。したがって、勾配が予め定義される場合、これらの３つのパラメーターを測定の前に計算及び格納し、それによって計算効率をさらに改善することができる。
【００５８】
本発明の一実施形態によれば、Ｋ個全ての測定されたビート周波数ｆBKは、各該周波数が、正規化された勾配Ｓkを有するそれぞれのチャープに応答して得られ、以下の２つの量を求めるのに利用される。
【００５９】
【数１１】
【００６０】
上記の２つの量は、複合照射波形を有する対象領域を問い合わせるプロセスによって提供される全ての情報を封入する。
【００６１】
当業者であれば、異なる量を定義することができること、及び本発明に従って上記の式の変形を使用することができることが明らかである。
【００６２】
本発明の一実施形態によれば、検出物体の距離Ｒ0を示す往復遅延τ0及び／又は検出物体の速度Ｖ0を示すドップラー周波数ｆV0を、２つの一般方程式
【００６３】
【数１２】
【００６４】
から求めることができる。
【００６５】
当業者であれば、本発明に従って上記の式の変形を使用することができることが明らかである。
【００６６】
所定の複数のチャープに関して、共通分母(common denominator)
【００６７】
【数１３】
【００６８】
が正規化された勾配Ｓk値のみに依存し、チャープが複合照射波形において送信される順序には依存しないことに留意されたい。したがって、分母の値を測定の前に計算及び格納することができる。
【００６９】
本発明の一実施形態によれば、遅延及び／又はドップラー周波数を求めるのに必要な計算は、複数のＫ個の周波数チャープが、状態
【００７０】
【数１４】
【００７１】
を満たす、すなわちドップラー周波数推定値から時間−遅延推定値を分離するように選択される場合に、大幅に単純化することができる。
【００７２】
そのような分離が達成されると、往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0は、２つの単純化された式
【００７３】
【数１５】
【００７４】
から推定することができる。
【００７５】
上述したように、所定の複数の周波数チャープに関して、パラメーターＧK及びＨKは、チャープが実際に送信される順序と無関係であり、したがって、これらの２つのパラメーターは、測定の前に計算及び格納することができる。
【００７６】
２つの単純化された式を等価形式で表すことができる。
【００７７】
【数１６】
【００７８】
ただし、
【００７９】
【数１７】
【００８０】
ただし、
【００８１】
【数１８】
【００８２】
時間遅延推定値
【００８３】
【数１９】
は、個々の遅延要素の重み付けされた平均（−ｆBk／Ｓk）である。重み関数
【００８４】
【数２０】
【００８５】
は、対応するチャープがより急な勾配｜Ｓk｜を有する場合に、遅延成分によって成された相対的寄与がより大きいことを示す。
【００８６】
ドップラー周波数推定値
【００８７】
【数２１】
【００８８】
も観測されるビート周波数ｆBKの重み付けされた平均であり、重み関数
【００８９】
【数２２】
【００９０】
は、対応するチャープがより緩い勾配｜Ｓk｜を有する場合に、観測されるビート周波数ｆBKによって成された相対的寄与がより大きいことを示す。
【００９１】
したがって、時間遅延及びドップラー周波数の両方の正確な推定のために、複合波形は、利用可能な勾配の範囲から適切に選択される、非常に大きな値の勾配｜Ｓk｜及び非常に小さな値の勾配｜Ｓk｜を有する周波数チャープを含まなくてはならない。
【００９２】
推定値分離を達成するため、すなわちパラメーターＰKをゼロに等しくするために、以下の条件を満たすように、Ｋ+個の正の勾配、Ｓi＞０、ｉ＝１，２，．．．，Ｋ+、及びＫ-個の負の勾配Ｓj＞０、ｊ＝１，２，．．．，Ｋ-を選択しなくてはならない。
【００９３】
【数２３】
【００９４】
ただし、
【００９５】
【数２４】
【００９６】
波形設計の目的のために、値
【００９７】
【数２５】
【００９８】
を、離散した点Ｓkにおいて取られた連続「エンベロープ」関数
【００９９】
【数２６】
【０１００】
のサンプルとみなすことが有用である。したがって、サンプリング点（勾配）は、１つは正の勾配値に関するものであり、別の１つは負の勾配値に関するものである、サンプルの２つの和の同じ絶対値が得られるように選択されるべきである。
【０１０１】
図５は、推定値分離を達成するように勾配値を選択する例を概略的に示している。この場合、点Ｓ1及びＳ2においてとられるサンプル、並びに点Ｓ3、Ｓ4、及びＳ5においてとられるサンプルは全て合計がゼロになる。
【０１０２】
本発明の一実施形態によれば、推定値分離は、（Ｋ／２）個のチャープ対のみから構成される複数のＫ個の周波数チャープを用いることによって達成され、各対は反対の勾配を有するチャープを含み、したがって
【０１０３】
【数２７】
【０１０４】
である。
【０１０５】
そのような勾配選択の場合、パラメーターＰKは、パラメーターＰKの定義を分析するか又は図５を調べることによって推論され得るように、構築(construction)によって常にゼロに等しい。
【０１０６】
本発明の一実施形態によれば、複数のＫ個の周波数チャープは、（Ｋ／２）個のチャープ対のみから構成され、各対は、逆数の（正規化された）勾配
【０１０７】
【数２８】
【０１０８】
を有し、２つのパラメーターＧK及びＨKは同じ数値ＧK＝ＨK＝Ｋ／２を想定する。
【０１０９】
本発明の別の実施形態によれば、ビート周波数を処理するタスクは、Ｋ／４個のチャープ４つ組(K/4 chirp quadruples)のみから構成される照射波形を利用することによってさらに単純化され、各４つ組(each quadruple)は反対かつ逆数の勾配を有するチャープを含む。
【０１１０】
そのような場合、往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0は以下によって求めることができる。
【０１１１】
【数２９】
【０１１２】
単位勾配は該単位勾配自体の逆数(inverse)でもあることに留意することが重要である。したがって、正規化された勾配−１及び＋１を有するチャープの単一対は、同時に反対(opposite)でありかつ逆数である勾配を有するチャープを含む。この一意のチャープ２つ組(doublet)をチャープ４つ組と併せて使用して、Ｋ＝２（Ｌ＋１）個のチャープを含む有利な照射波形を構築することができる。ただし、Ｌ≧０は整数である。
【０１１３】
多くの場合に、動作要件及び技術的制限に起因して、最大勾配と最小勾配との比Ｚ、
【０１１４】
【数３０】
【０１１５】
は固定でなくてはならない。そのような場合、有利なチャープ４つ組は以下の（正規化された）勾配を有する。
【０１１６】
【数３１】
【０１１７】
以下において、この特定の最適なチャープ配置を４つ組チャープ（quadrichirp）と呼ぶ。
【０１１８】
概して、複合照射波形は、正の勾配及び負の勾配を有する複数のチャープを含むことができる。結果として、これらの勾配はそれらのそれぞれの区間
【０１１９】
【数３２】
【０１２０】
及び
【０１２１】
【数３３】
【０１２２】
にわたって何らかの最適な形で分散されなくてはならない。
【０１２３】
本発明の一実施形態によれば、有利な勾配分散は、勾配Ｓkによって生成されるアイソビート線の傾斜角ｔａｎ-1（Ｓk）がそれらのそれぞれの区間
【０１２４】
【数３４】
【０１２５】
及び
【０１２６】
【数３５】
【０１２７】
にわたって実質的に均一に分散されるときに得られる。
【０１２８】
そのような設計は結果として、ジャミング及び相互干渉に対する耐性が高められた複合照射波形をもたらす最大エントロピーを有する勾配パターンとなる。
【０１２９】
本発明の実施形態の上記の説明から明らかになるように、送信信号は、特に、線形周波数変動が各部分内で異なる勾配を有する場合に、複数の部分Ｋ(a number of portions K)を有することが好ましい。ただし、Ｋ≧４である。
【０１３０】
本発明の実施形態に従って構築された、有利な照射波形の設計に伴うステップの理解を容易にするために、例示的な実施例を以下に提示する。
【０１３１】
実施例１：最適なチャープ６つ組
６つの周波数チャープを含む有利な照射波形を設計することが必要とされていると想定する。また、最大勾配と最小勾配との比Ｚが設計パラメーターとして与えられていると仮定する。
【０１３２】
６つの周波数チャープが必要とされているため、波形は、１つのチャープ４つ組と１つのチャープ２つ組とから構築することができる。チャープ４つ組は以下の４つ組チャープである。
【０１３３】
【数３６】
【０１３４】
チャープ２つ組が付加されると、以下の勾配パターンが得られる。
【０１３５】
【数３７】
【０１３６】
たとえば、Ｚ＝３のとき、上記の勾配パターンは以下の形態
【０１３７】
【数３８】
【０１３８】
を想定する。
【０１３９】
傾斜角はこれらの値の逆正接である。
【０１４０】
したがって、この勾配パターンは傾斜角が
【０１４１】
【数３９】
【０１４２】
の６つのアイソビート線を生成する。
【０１４３】
傾斜角は度単位で表されているが、代替的にラジアン又は任意の他の角度基準で表されてもよい。
【０１４４】
平均勾配がたとえば５０ＭＨｚ／ｍｓと想定される場合、Ｚ＝３の、最適なチャープ６つ組を用いる複合照射波形は、以下の概算の勾配値（ＭＨｚ／ｍｓ単位で表される）を有する６つの周波数チャープから構成される。
【０１４５】
【数４０】
【０１４６】
これらの値のそれぞれは、平均勾配と勾配パターンの各値との積によって計算されるか、又は代替的に、平均勾配と傾斜角の正接(tangent)との積によって計算されている。
【０１４７】
本発明の実施形態に従って構築された、有利な照射波形の設計に伴うステップの理解を容易にするために、別の例示的な実施例を以下で提示する。
【０１４８】
実施例２：最適なチャープ８つ組
８つの周波数チャープを含む有利な照射波形を設計することが必要とされていると想定する。また、最大勾配と最小勾配との比Ｚが設計パラメーターとして与えられていると仮定する。
【０１４９】
８つの周波数チャープが必要とされているため、波形は２つのチャープ４つ組から構築することができる。第１の４つ組は、４つ組チャープ
【０１５０】
【数４１】
【０１５１】
である。
【０１５２】
第２の４つ組は、上記の４つ組チャープの単なるコピーとすることができるが、第２の４つ組は、アイソビート線の傾斜角の均一な広がりを得るように有利に構築される。
【０１５３】
したがって、傾斜角
【０１５４】
【数４２】
【０１５５】
によって定義されるセクターは、２対の介在するアイソビート線の傾斜角を確定するように３つの等しい部分に分割されなくてはならない。傾斜角はラジアンで表されているが、代替的に度又は任意の他の角度基準で表されてもよい。
【０１５６】
同様に、傾斜角
【０１５７】
【数４３】
【０１５８】
によって定義されるセクターも、３つの等しい部分に分割されなくてはならない。
【０１５９】
これらのセクターのうちの第１のもののみを考察すると、制限が（Ｌmin，Ｌmax）である場合、セクターを３つの等しいセグメントに分割する２つの介在する角度は、
【０１６０】
【数４４】
【０１６１】
及び
【０１６２】
【数４５】
【０１６３】
である。
【０１６４】
上記の式に
【０１６５】
【数４６】
【０１６６】
及び
【０１６７】
【数４７】
【０１６８】
を代入すると、角度
【０１６９】
【数４８】
【０１７０】
及び
【０１７１】
【数４９】
【０１７２】
が得られる。
【０１７３】
他方のセクターにおける対応する角度は、これらの値の反対となる。したがって、第２の４つ組チャープの勾配は、
【０１７４】
【数５０】
【０１７５】
及び
【０１７６】
【数５１】
【０１７７】
である。
【０１７８】
たとえば、Ｚ＝２である場合、４つの介在する勾配は以下の概算値を想定する。
【０１７９】
【数５２】
【０１８０】
最後に、２つの４つ組を組み合わせることによって、概算勾配値
【０１８１】
【数５３】
【０１８２】
を有する最適な８つ組が得られる。
【０１８３】
平均勾配がたとえば５０ＭＨｚ／ｍｓと想定される場合、最適な照射波形は、以下の概算の勾配値（ＭＨｚ／ｍｓ単位で表される）を有する周波数チャープを含む。
【０１８４】
【数５４】
【０１８５】
求められた勾配の幾何平均
【０１８６】
【数５５】
【０１８７】
は、想定値５０ＭＨｚ／ｍｓに高精度で近似する。
【０１８８】
周波数チャープを時間において任意の適切な順序で送信することができるということに起因して、勾配の単一のセットは複数の有利な照射波形を生成することができる。そのような各波形は、周波数チャープの同じセットから構成されるが、毎回、チャープは異なる順序で送信される。
【０１８９】
チャープ６つ組又はチャープ８つ組のようなチャープの有利なセットを、チャープバーストと呼ばれる複数の有限な複合波形を構築するのに使用することができる。
本発明の一実施形態によれば、たとえば自動車レーダーは、その動作中、毎回ランダムに又は任意の他の適切な不規則な形で、利用可能な波形のうちの１つを選択し、この波形をチャープバーストとして送信して、対象領域を照射する。さらに、チャープバースト間の時間間隙は一定とすることもできるし、何らかの規則的な又は不規則な形式で変動することもできる。
【０１９０】
時間間隙の間、電力が一切送信されないため、この区間は、「リスンのみ」の動作モードを組み込むのに利用することができる。この動作モードは、共有される周波数帯域の他のユーザーによって生成される潜在的な干渉のレベルを評価するのに用いられる。
【０１９１】
図６は、異なる順序で発生するが同じである６つのチャープを含む複合波形のいくつかの選択された例を示している。図示されるように、いくつかの波形は、「時間反転」及び／又は「周波数反転」の操作を適用することによって、他の波形から得られた。
【０１９２】
本発明の一実施形態による、複数の周波数チャープから構成される照射波形を電圧制御発振器ＶＣＯが生成するように、電圧制御発振器ＶＣＯのための制御信号を生成するための装置が図７に示されている。
【０１９３】
図７は、本発明の一実施形態に従って構築されたチャープバースト発生器ＣＢＧ７０１の機能ブロック図を示している。発生器は、以下のブロック、すなわち
タイミング／制御ユニットＴＣＵ７１１、
自走カウンターＦＲＣ７１０、
物理雑音源ＰＮＳ７０５、
パターンレジスタＰＲＧ７０６、
チャープカウンターＣＨＣ７０７、
メモリＭＥＭ７０２、
アキュムレーターＡＣＣ７０３、
クロック発生器ＣＫＧ７０８、
時間カウンターＴＭＣ７０９、
デジタル対アナログ変換器ＤＡＣ７０４、
を備える。
【０１９４】
チャープ−バースト発生器ＣＢＧは以下のように動作する。ツェナー（Zener）ダイオードのような物理雑音源ＰＮＳによって供給されるランダムに現れるパルスＲＰが、自走カウンターＦＲＣを駆動する。カウンターＦＲＣの容量は、システムによって利用される異なるチャープバースト（照射波形）の数に等しい。ランダムパルスＲＰの比は、カウンターＦＲＣが、周期的に動作する間、連続するチャープバースト間の時間区間の間、多数回オーバーフローするほど高い。結果として、そのような時間区間において「オンザフライ」で観測されるカウンター状態ＣＴは、全て実質的に同じ確率で生じることになる。
【０１９５】
時間／制御ユニットＴＣＵによって提供されるパルスＳＩによって確定される時点において、カウンターＦＲＣの現在の状態ＣＴは、パターンレジスタＰＲＧに転送され、該パターンレジスタＰＲＧにおいて記憶されると共に、出力ＰＴにおいて利用可能にされる。出力ＰＴは、メモリＭＥＭの対応するストレージセルを位置特定するのに使用されるアドレスの一部分を構成する。組み合わされたアドレス（ＰＴ，ＣＮ）の他の部分ＣＮは、チャープカウンターＣＨＣによって提供される。
【０１９６】
パルスＳＩはまた、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって生成されるバーストゲートＢＧに切り換える。以下で説明されるように、このゲートの持続時間は、チャープバースト全体の持続時間と等しい。ゲートＢＧは、自動車レーダーがマイクロ派電力増幅器又は発生器を制御するのに使用することができる。
【０１９７】
パルスＳＩは、規則的又は適切な不規則的な間隔で、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって内部的に生成される。これらのパルスによって画定される時間区間は、バースト持続時間と、連続するバースト間の意図される時間間隙との和である。タイミング／制御ユニットＴＣＵは、適切なシグナルプロセッサが使用するリセットパルスＲＡも生成する。リセットパルスのそれぞれは、各チャープバーストの開始前に発生する。
【０１９８】
出力ＰＴは、送信される、利用可能なチャープバーストのうちの１つを選択するが、出力ＣＮはこの選択されたバースト内で生成されるチャープの実際の数を示す。たとえば、チャープ６つ組を用いて複数のチャープバーストを構築する場合、利用可能な３２個の異なるチャープバーストが存在する場合があり、これらのバーストのそれぞれが６つのチャープを含む。しかしながら、概して、異なるバースト内の同じ位置に現れるチャープは異なる勾配値を有する。
【０１９９】
したがって、出力ＰＴは選択されたチャープバーストの間同じ値を保つが、出力ＣＮは１（バーストの最初のチャープ）からＫ（バーストの最後のチャープ）まで連続して増加する整数値を想定する。たとえば、チャープ６つ組を用いてチャープバーストを構築し、かつチャープ数７が利用される場合、バースト持続時間全体の間、出力ＰＴの値は一定のままであり７に等しいが、出力ＣＮは連続して値１、２、３、４、５、及び６をとる。
【０２００】
バーストが開始する直前に、チャープカウンターＣＨＣの状態ＣＮが、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって供給されるパルスＳＴによって「１」に設定される。状態ＣＮは、新たなパルスが入力ＳＴにおいて現れて新たなチャープの開始を示す度に、１だけ増加される。これらのパルスは、バーストの各チャープの持続時間に等しい持続時間の規則的間隔でタイミング／制御ユニットＴＣＵによって生成される。
【０２０１】
チャープ持続時間は、適切なクロック発生器ＣＫＧによって供給されるパルスＣＫを「カウントアップ」している時間カウンターＴＭＣによって、確定される。時間カウンターＴＭＣの初期状態は、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって提供される信号ＲＳによって、「オールゼロ状態」に予め設定されている。時間カウンターＴＭＣは、その最大容量に達すると、
信号ＴＴを生成し、
「オールゼロ状態」に戻り、
クロックパルスＣＫを再び「カウントアップ」し始める。
【０２０２】
信号ＴＴは、チャープカウンターＣＨＣの状態を１だけ増加させる新たなパルスＳＴをタイミング／制御ユニットＴＣＵに生成させる。状態ＣＮは、タイミング／制御ユニットＴＣＵによってモニタリングされる。状態ＣＮがその最大値に達するとき、これは選択されたバーストの最後のチャープが生成されていることを意味し、時間カウンターＴＭＣから得られる新たなパルスＴＴがチャープバースト全体の終了を定義する。このパルスは、タイミング／制御ユニットＴＣＵによって生成されるバーストゲートＢＧもオフに切り換える。
【０２０３】
組み合わされたアドレス（ＰＴ，ＣＮ）に対応する各セルにおいて、メモリＭＥＭは以下のパラメーター、すなわち、
バーストの開始周波数に対応する初期値ＩＳ、
チャープ勾配の険しさを表す増分ＤＳ、
以下で論考される、ビート周波数プロセッサのような適切なシグナルプロセッサに送信される重みＤＫ及びＨＫ、
の値を格納する。
【０２０４】
各バーストの開始時点の直前に、「負荷」信号ＬＳによって、アキュムレーターＡＣＣの状態が、メモリＭＥＭによって供給される初期状態ＩＳに予め設定される。各クロックパルスＣＫにおいて、アキュムレーターＡＣＣはその現在の状態に、メモリＭＥＭによって提供される増分ＤＳを加える。この増分の値は、実際に生成及び送信されているチャープの勾配の険しさを表す。明らかに、増分ＤＳは、上り勾配の場合に正であり、下り勾配の場合に負である。
【０２０５】
アキュムレーターＡＣＣの各状態ＮＢが、デジタル対アナログ変換器ＤＡＣに供給される。デジタル対アナログ変換器ＤＡＣの出力ＣＢは、生成されているチャープバーストの要求される周波数−時間特性を「追跡」している。信号ＣＢは、適切な電圧制御発振器を制御するのに用いられる。
【０２０６】
下記で論考するように、２つの重みＤＫ及びＨＫの格納される値は、
【０２０７】
【数５６】
【０２０８】
及び
【０２０９】
【数５７】
【０２１０】
に等しい。ただし、Ｓkはバースト内に生じるｋ番目のチャープの勾配である。
【０２１１】
チャープバーストを生成するプロセスの理解を容易にするために、以下に例を与える。
【０２１２】
実施例１において論考された最適なチャープ６つ組に基づいてチャープバーストを生成することが必要とされていると仮定する。選択されたチャープバーストの周波数−時間特性は図８に示される形態のものであると想定する。
【０２１３】
バーストは６つのチャープを含む。それらのチャープは、チャープカウンターＣＨＣの連続した状態ＣＮによって示されるようにナンバリングされている。ＭＨｓ／ｍｓ単位で表される概算の勾配値は、実施例１において以下のように与えられる。
【０２１４】
【数５８】
【０２１５】
また、各チャープの持続時間が４ｍｓであると想定する。たとえば、必要とされる時間区間は、１ＭＨｚクロック発生器ＣＫＧによって生成されるクロックパルスＣＫをカウントアップする時間カウンターＴＭＣによって求められる。初期状態ＩＳは、４ｍｓ・５０ＭＨｚ／ｍｓ＝２００ＭＨｚの値を表す。チャープカウンターＣＨＣのそれぞれの状態ＣＮに対応する増分ＤＳは以下の勾配を表す。
【０２１６】
【数５９】
【０２１７】
チャープ−バースト発生器の代替的な設計も可能である。そのような設計は、たとえば、勾配の値の関数と共に、又はその代わりに、勾配の値（Ｓk）を出力してもよい。
【０２１８】
ビート周波数プロセッサＢＦＰは、観測されるビート周波数ｆBk及び対応する勾配の情報又は勾配の関数を受信するように動作可能であるデバイスである。ビート周波数プロセッサＢＦＰは、この情報を使用して、距離及び／又は速度の推定値を計算及び出力する。
【０２１９】
図９は、本発明の一実施形態に従って構築されたビート周波数プロセッサＢＦＰの機能ブロック図である。プロセッサＢＦＰは、以下の２つの式を実施して、往復遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0を計算する。
【０２２０】
【数６０】
【０２２１】
ただし、
【０２２２】
【数６１】
【０２２３】
【数６２】
【０２２４】
ただし、
【０２２５】
【数６３】
【０２２６】
次に、遅延τ0及びドップラー周波数ｆV0の値は、検出された物体の距離及び視線速度に変換される。
【０２２７】
ビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７は、２つの乗算器ＧＧＦ９０１及びＨＨＦ９０２と、２つのアキュムレーターＡＣＩ９０３及びＡＣＱ９０４と、２つのスケーリング回路ＩＳＩ９０５及びＱＳＱ９０６とを備える。適切な周波数分析器ＦＡＮ１０８によって提供されるビート周波数ｆBkの各値ＢＦは、並列に２つの乗算器ＧＧＦ及びＨＨＦに適用される。これらの乗算器ＧＧＦ及びＨＨＦの他の入力は、チャープ−バースト発生器ＣＢＧ７０１（図７も参照されたい）によって供給される重みＤＫ及びＨＫによってそれぞれ駆動される。
【０２２８】
２つの重みの値は、
【０２２９】
【数６４】
【０２３０】
及び
【０２３１】
【数６５】
【０２３２】
によって与えられる。ただし、Ｓkはバースト内で発生するｋ番目のチャープの勾配である。
【０２３３】
乗算器出力ＷＧ及びＷＨは、以下の積の数値表現である。
【０２３４】
【数６６】
【０２３５】
これらの積は、それぞれのアキュムレーターＡＣＩ及びＡＣＱに適用され、量
【０２３６】
【数６７】
【０２３７】
及び
【０２３８】
【数６８】
【０２３９】
を表す和ＳＩ及びＳＱが求められる。
【０２４０】
次に、アキュムレーターＡＣＩ及びＡＣＱによって供給される値ＳＩ及びＳＱは、適切にスケーリングされて、検出された物体の距離Ｒ０及び速度Ｖ０が生成される。
【０２４１】
スケーリング係数ＧＧ及びＨＨは以下のように表すことができる。
【０２４２】
【数６９】
【０２４３】
及び
【０２４４】
【数７０】
【０２４５】
ただし、係数ＴＲは遅延τ0を距離Ｒ０に変換するのに使用され、係数ＦＶはドップラー周波数ｆV0を速度Ｖ０に変換するのに使用される。
【０２４６】
勾配パターンがチャープ４つ組及び／又はチャープ２つ組を含む場合、上記のスケーリング係数は以下の単純化された形態を想定する。
【０２４７】
【数７１】
【０２４８】
及び
【０２４９】
【数７２】
【０２５０】
ビート周波数プロセッサＢＦＰは以下のように動作する。最初に、チャープ−バースト発生器ＣＢＧから得られた信号ＲＡによって、２つのアキュムレーターＡＣＩ及びＡＣＱがゼロにリセットされる。次に、連続する積の対ＷＧ及びＷＫが累算されてそれぞれの出力ＳＩ及びＳＱが生成される。各該対はそれぞれのチャープ勾配Ｓk及びビート周波数ｆBkについて求められる。最後に、これらの出力が以下のようにスケーリングされ、
【０２５１】
【数７３】
【０２５２】
及び
【０２５３】
【数７４】
【０２５４】
検出された物体の距離Ｒ０及び速度Ｖ０の測定値がもたらされる。
【０２５５】
ビート周波数プロセッサの代替的な設計も可能である。これらも同様に、チャープバースト発生器からの勾配の値又は勾配の値の関数、及び周波数分析器からの観測されるビート周波数を受信するように動作可能である。
【０２５６】
しかしながら、プロセッサは上記で与えられた式を実施することに制限されず、代替的に他の式を実施することができる。
【０２５７】
たとえば、ビート周波数プロセッサは、上記で与えられた式から往復遅延τ0及び／又はドップラー周波数ｆV0を計算することができる。
【０２５８】
そのようなビート周波数プロセッサは、効率的な特注の設計を有しても、又はＤＳＰによって実施されてもよい。
【０２５９】
図１０は、本発明の一実施形態に従って構築された、自動車ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図である。システムは、図１に示される従来の構成の変形であり、図１の説明が参照される。
図示されるように、図１の三角波形発生器ＷＦＧが、チャープバースト発生器ＣＢＧ７０１によって置き換えられる一方で、図１のデジタルシグナルプロセッサＤＳＰは、本発明によるビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７によって置き換えられている。図１０に示すように、上記で論考した値ＨＫ、ＤＬ、及びＲＡは、チャープバースト発生器ＣＢＧ７０１からビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７に提供され、一方でビート周波数ｆBKは周波数分析器ＦＡＮ１０８から提供される。
【０２６０】
代替的に、図１０に示すように、値ＨＫ、ＤＫ、及びＲＡの代わりに、信号部分の勾配又は正規化された勾配Ｓkをチャープバースト発生器ＣＢＧ７０１からビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７に提供することができる。
【０２６１】
本発明の一実施形態に従って構築されたビート周波数プロセッサＢＦＰの性能を評価するためにコンピューターシミュレーション研究が行われてきた。上記の実施例において構築されたように、自動車レーダーが７７ＧＨｚ周波数帯域で動作し、最適なチャープ８つ組を用いることが想定される。また、距離６０ｍにおいて現れる物体が、１１０ｋｍ／ｈの視線速度でレーダーシステムに近づいていることが想定される。
【０２６２】
雑音も干渉も存在しない理想的な場合には、勾配Ｓkを有するチャープに対応する８つのビート周波数ｆBkは、以下の公称値を有する。
【０２６３】
【数７５】
【０２６４】
図１１ａは、８つの観測されるビート周波数を処理するシグナルプロセッサの５０００個の個々の出力の散布図を示している。この場合、各ビート周波数はゼロ平均及び０．２ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されている。
【０２６５】
図１１ｂ及び図１１ｃは、８つのビート周波数のそれぞれがゼロ平均及びそれぞれ０．５ｋＨｚ及び１ｋＨｚの標準偏差を有するガウスランダム外乱で汚染されているときに、同じ物体について得られた散布図である。予期されるように、距離推定値及び速度推定値の誤りは、干渉のレベルが上昇するにつれ次第に増加している。
【０２６６】
最も実際的な応用形態では、低いか又は中程度の干渉レベルに起因するいくつかの劣化を許容することができる。しかしながら、自動車レーダーが高密度信号マルチユーザー環境で動作している場合、インパルス特性の何らかの干渉に起因して壊滅的な干渉が発生する可能性が高い。そのような場合、観測されるビート周波数のうちの少なくとも１つが「ローグ周波数」となり、すなわち検出された物体の距離又は速度に一切関係しない値を想定する。
【０２６７】
壊滅的な干渉を生じさせる場合がある１つのメカニズムが図１２に概略的に示されている。雑音又は干渉が存在しない場合、図１２ａに示すように、ビート周波数は、ビート周波数の関数として受信される電力の最大値を観測することによって高精度で求めることができる。雑音及び干渉のレベルが増加しているとき、最大電力を求めることが依然として可能である。しかしながら、ここで最大値が良好に定義されていないため、推定誤りが発生する場合がある。この事例は図１２ｂに示される。図１２ｃに示される壊滅的な干渉の状況では、高レベルの雑音及び干渉によって、ビート周波数において現れる電力最大値はその真の値に対して大幅にシフトされる。
【０２６８】
比較の目的で、図１３ａは、距離６０ｍにおいて現れ、１１０ｋｍ／ｈの視線速度でレーダーシステムに近づいている物体について得られた、５０００個の個々のプロセッサ出力の散布図を示している。この場合、さらなるインパルス性干渉は存在せず、全ての観測されるビート周波数は、ゼロ平均及び０．２ｋＨｚの標準偏差を有するガウス外乱で汚染されている。
【０２６９】
極度に壊滅的な干渉によって引き起こされ得る問題を示すために、図１３ｂは４つの散布図を示している。該散布図はそれぞれ同じ物体について得られた１２００個の個々のプロセッサ出力を含む。４つの事例のそれぞれにおいて、壊滅的な干渉の例の影響をシミュレートするために、全てのビート周波数に等しく影響を与える同じガウス外乱に加えて、１つの選択されたビート周波数が３０ｋＨｚだけシフトされている。各事例において、同じ周波数シフトが、異なる上り勾配によって生成されたビート周波数に適用される。
【０２７０】
図示されるように、この事例では、推定距離はその真の値より大きく、推定速度は真の速度よりはるかに小さい。結果として、「衝突までの時間」（推定距離を推定速度で除算したもの）の推定値は受入可能でない時間量、正しい値を超える場合がある。
【０２７１】
本発明のさらなる実施形態によれば、壊滅的な干渉の影響は、以下の手順を用いることによって大幅に低減することができる。全てのＫ個の観測されるビート周波数は、（Ｋ／２）個の対に分割される。ここで、各対は反対かつ／又は逆数の勾配を有する２つのチャープによって生成されるビート周波数を含む。次に、そのように形成された第１の対が除外され、残りの［（Ｋ／２）−１］個の対を使用して距離推定値及び速度推定値を求める。プロセスは（Ｋ／２）回実行され、毎回異なるビート周波数対が除外される。全ての（Ｋ／２）個の事例が検査されると手順は終了し、結果として（Ｋ／２）個の距離−速度結合推定値のセットが分析される。
【０２７２】
受信したチャープのうちの１つが壊滅的に破損していた場合、影響を受けるビート周波数は「ローグ周波数」となり、いかなる形でも検出された物体の距離又は速度に関連しない。［（Ｋ／２）−１］個の事例において、「ローグ周波数」は試験下のビート周波数のセット内に存在し、毎回距離及び速度は誤って推定される。しかしながら、１つの事例では、「ローグ周波数」が試験下のビート周波数のセットから除外される。このとき、結合距離−速度推定値は正しい。
【０２７３】
誤った結合距離−速度推定値は、［（Ｋ／２）−１］個の点から成る主クラスターを形成するが、正しい推定値は、主クラスターの外側に現れる孤立点によって表される。適切な分類手順を適用することによって、この特定のポイントを識別すると共に、正しい結合距離−速度推定値を表すその座標を確定することが可能である。単一の点と、複数の点から成るクラスターとを区別するのが不可能になる場合、手順は中断するか、又は単に最悪の場合の「衝突までの時間」を求める。
【０２７４】
説明の目的のために、図１４は４つの散布図を示している。該散布図はそれぞれ、同じ物体について得られた１２００個の個々のプロセッサ出力を含む。別個のクラスターを形成する３つの散布図は、試験下のビート周波数のセット内に「ローグ周波数」が存在する事例に対応する。しかしながら、４番目の散布図は、主クラスターから或る程度離れて位置し、試験されているビート周波数のセットから除外されている事例に対応する。この散布図を形成する点は、正しい値に近い結合距離−速度推定値を提供する。しかしながら、ここで推定値はより小さな（８ではなく６）数の観測に基づくため、推定誤りはわずかに大きくなる。チャープ８つ組の場合、誤りは１００［√（４／３）１］≒１５パーセント増加する。
【０２７５】
壊滅的な干渉が存在しない状況において手順が適用される場合、ビート周波数の（Ｋ／２）個全ての試験されるセットが同様の結合距離−速度推定値をもたらす。これらの全ての推定値は、（Ｋ／２）点から成る単一のクラスターを形成し、そしてクラスターの中心点（たとえば重心）が最終推定値として使用される。
【０２７６】
計算の観点から、上記の手順は、最初に全てのビート周波数を使用して距離及び速度の推定値を計算し、次に毎回異なる周波数対を除外してこれらの推定値を再計算することによってより効率的に実施することができる。
【０２７７】
図１５は、本発明の一実施形態に従って設計された、単一の壊滅的な干渉の影響を低減するための手順の流れ図である。そのような手順は、適切なプロセッサ制御装置によって実施することができる。
【０２７８】
ステップ１５０２において、Ｋ個の測定されたビート周波数ｆBkが格納され、観測される物体の距離及び速度が求められる。
【０２７９】
ステップ１５０３において、ビート周波数のＫ／２個の対が形成され、該対はそれぞれ反対の勾配を有するチャープを含む。
【０２８０】
ステップ１５０４において、カウントＪが１に設定される。
【０２８１】
ステップ１５０５において、カウントＪを有する対が処理から除外され、残りの（（Ｋ／２）−１）個の対を使用して、ビート周波数（ｆBk）及びそれらのそれぞれの勾配（Ｓk）から物体の距離及び速度が計算される。
【０２８２】
ステップ１５０６において、カウントＪが、ステップ１５０５において得られた距離及び速度についての結果としての値と共に格納される。
【０２８３】
ステップ１５０７において、カウントＪがＫ／２に等しいか否かが検査される。
【０２８４】
ステップ１５０７においてカウントＪがＫ／２に等しくないと判断される場合、カウントはステップ１５０８において１だけ増加され、距離及び速度のＫ／２回の計算が実行されるまでステップ１５０５〜１５０７が反復される。
【０２８５】
ステップ１５０７においてカウントＪがＫ／２に等しいと判断される場合、得られた距離及び速度の測定値のＫ／２個の対がステップ１５０９において調べられる。結果として、他のＫ／２−１個の対によって形成されるクラスターの外側に位置する対が選択される。
【０２８６】
ステップ１５１０において、ステップ１５０９において得られた結果が、検出された物体の距離及び速度として出力される。
【０２８７】
図１６は、本発明の一実施形態に従って構築された、自動車ＦＭＣＷレーダーの機能ブロック図である。この構成は、適切なプロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１を組み込むことによって、図１０の構成から得られたものである。この制御装置ＰＲＣは、（ハードウェア又はソフトウェアで）図１５の流れ図に示される動作を実施する。
【０２８８】
図１６に示すように、上記で論考した値ＨＫ、ＤＫ、及びＲＡは、チャープバースト発生器ＣＢＧ７０１からプロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１に提供される一方で、ビート周波数ｆBkは周波数分析器ＦＡＮ１０８から提供される。プロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１は、ビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７に信号を出力し、ビート周波数プロセッサＢＦＰ９０７から信号を受信する。さらに、プロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１は、観測される物体の距離及び速度を出力する。
【０２８９】
代替的に、図１６に示す値ＨＫ、ＤＬ、及びＲＡの代わりに、信号部分の勾配又は正規化された勾配Ｓkを、チャープバースト発生器ＣＢＧ７０１からプロセッサ制御装置ＰＲＣ１６０１に提供することもできる。
【０２９０】
上述される干渉拒否手順は、単一の「ローグ周波数」以上のものを扱うように一般化することができる。たとえば、インパルス性干渉の結果として２つの「ローグ周波数」が生じる場合があると想定される場合、毎回２つの異なる対が試験下のビート周波数のセットから除外されなくてはならない。したがって、分析される事例の数は、（Ｋ／２）から［（Ｋ2／８）−（Ｋ／４）］に増加する。
【０２９１】
たとえば、チャープ８つ組が用いられるとき、試験下のビート周波数セットの数は４（単一「ローグ周波数」が推測される）から６（２つの「ローグ周波数」が推測される）に増加する。さらに、ここで４つのビート周波数のみが推定に使用されるため。推定値誤りは４１パーセント増加する。したがって、推定誤りを低減するために、より長いチャープバーストを使用しなくてはならない。代替的に、距離及び速度推定をいくつかのチャープバーストにわたって実行することができる。
【０２９２】
本発明の好ましい実施形態の上記の説明は、例示及び説明の目的で提示されてきた。該説明は、包括的であることも、本発明を開示された正確な形態に限定することも意図されていない。上記の説明を鑑みて、当業者であれば、多くの改変形態、変更形態、及び変形形態によって、本発明を意図される特定の使用に適した様々な実施形態において利用することが可能になることは明らかである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を検出する方法であって、
有限の持続時間の変動周波数信号を送信すること、
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、並びに
前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めること、
を含み、
前記送信信号は、少なくとも４つの隣接部分（Ｋ）から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数は、それぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動し、
前記線形の周波数変動は各前記部分内で異なる勾配を有する、方法。
【請求項２】
物体を検出する方法であって、
変動周波数信号を送信すること、及び
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、
を含み、
前記送信信号はＫ個の部分から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数はそれぞれの前記部分（ｋ）内で時間と共に線形に変動し、ただしｋ＝１，．．．，Ｋであり、
該方法は、
前記部分（ｋ）ごとに、正規化された勾配（Ｓk）に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めることをさらに含む、方法。
【請求項３】
前記方法は、前記送信信号と前記受信信号との間のビート周波数（ｆBk）を求めることをさらに含み、
前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることは、前記測定されたビート周波数（ｆBk）、及び前記部分（ｋ）内の前記対応する正規化された勾配（Ｓk）についてそれぞれ実行される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることは、前記測定されたビート周波数（ｆBk）、及び／又は前記部分（ｋ）内の前記対応する正規化された勾配（Ｓk）に基づいて計算されるパラメーターに基づいてそれぞれ実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
【数１】
によって得ることができるパラメーターＧk、Ｈk、及びＰkが計算される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることは、前記物体からの反射信号の往復遅延及びドップラー周波数をそれぞれ求めることを含めて実行される、請求項４又は請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることは、前記物体からの反射信号の往復遅延及びドップラー周波数を、
【数２】
及び
【数３】
としてそれぞれ求めることを含めて実行され、ただし
【数４】
及び
【数５】
は
【数６】
によって得ることができ、ＩK及びＱKは
【数７】
によって得ることができる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記正規化された勾配（Ｓk）は所定の条件を満たす、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の条件は
【数８】
である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記部分は、正規化された勾配Ｓkを有する部分ごとに正規化された勾配−Ｓkを有する部分が存在するように対で存在する、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記部分は、正規化された勾配Ｓkを有する部分ごとに正規化された勾配１／Ｓkを有する部分が存在するように対で存在する、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記部分は、正規化された勾配Ｓkを有する部分ごとに正規化された勾配１／Ｓk、−１／Ｓk、及び−Ｓkを有する部分が存在するように４つ組で存在する、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記勾配の最大所望大きさと前記勾配の最小所望大きさとの比はＺであり、
前記４つ組の前記正規化された勾配Ｓkは、
【数９】
である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
角度区間
（ｔａｎ-1｜Ｓ｜min，ｔａｎ-1｜Ｓ｜max）
及び
（−ｔａｎ-1｜Ｓ｜max，−ｔａｎ-1｜Ｓ｜min）
を規定する、前記正規化された勾配の最小大きさ｜Ｓ｜min及び前記正規化された勾配の最大大きさ｜Ｓ｜maxが存在し、
他の正規化された勾配によって規定される角度は、前記角度区間内で等しく離間される、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記正規化は、たとえば前記勾配の幾何平均又は算術平均を計算する等して平均勾配を得て、該平均勾配で各勾配を除算することによって実行される、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
各前記部分（ｋ）の前記勾配（Ｓk）は、勾配の少なくとも１つの所定のセットにおいて規定される、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記勾配のセットごとにパラメーターが予め計算される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記予め計算されるパラメーターは、
【数１０】
によって得ることができる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
各前記部分（ｋ）は同じ持続時間を有する、請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記送信信号は、Ｋ個の部分から成る有限のシーケンスと、少なくとも１つの間隙とから構成される少なくとも１つのバーストを含む、請求項１から請求項１９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記勾配（Ｓk）は所与の範囲内にあり、少なくとも１つの部分の前記信号は、前記範囲内で大きな勾配を伴って変動し、少なくとも１つの他の部分の前記信号は、前記範囲内で小さな勾配を伴って変動する、請求項１から請求項２０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記部分の数Ｋは偶数である、請求項１から請求項２１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
変動周波数信号を送信するように動作可能な送信機と、
物体から前記送信信号の反射を受信するように動作可能な受信機と、
前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めるように動作可能なシグナルプロセッサと、
を備える、自動車レーダー装置であって、
前記送信信号が少なくとも４つの隣接部分（Ｋ）から成るシーケンスを含むと共に、前記信号の周波数がそれぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動し、前記線形の周波数変動が各前記部分内で異なる勾配を有するような、前記変動周波数信号を提供するように動作可能な信号発生器をさらに備える、自動車レーダー装置。
【請求項２４】
変動周波数信号を送信するように動作可能な送信機と、
物体から前記送信信号の反射を受信するように動作可能な受信機と、
前記送信信号がＫ個の部分から成るシーケンスを含むと共に、前記信号の周波数がそれぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動するような前記変動周波数信号を提供するように動作可能である信号発生器と、
前記部分（ｋ）ごとに、正規化された勾配（Ｓk）に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めるように動作可能なシグナルプロセッサと、
を備える、自動車レーダー装置。
【請求項２５】
前記自動車レーダー装置は、前記送信信号と前記受信信号との間のビート周波数（ｆBk）を検出するように動作可能なビート周波数検出器をさらに備え、
前記シグナルプロセッサは、前記物体の距離及び／又は速度を求めることを、前記測定されたビート周波数（ｆBk）、及び前記部分（ｋ）内の対応する正規化された勾配（Ｓk）についてそれぞれ実行するように構成される、請求項２４に記載の自動車レーダー装置。
【請求項２６】
前記シグナルプロセッサは、前記物体の前記距離及び／又は前記速度を求めることを、前記測定されたビート周波数（ｆBk）、及び／又は前記部分（ｋ）内の前記対応する正規化された勾配（Ｓk）に基づいて計算されるパラメーターに基づいてそれぞれ実行するように構成される、請求項２５に記載の自動車レーダー装置。
【請求項２７】
前記シグナルプロセッサは、
【数１１】
によって得ることができるパラメーターＧk、Ｈk、及びＰkを計算するように構成される、請求項２６に記載の自動車レーダー装置。
【請求項２８】
前記シグナルプロセッサは、前記物体からの反射信号の往復遅延及びドップラー周波数をそれぞれ求めることを含む、前記物体の距離及び／又は速度を求めることを実行するように構成される、請求項２４から請求項２７までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項２９】
前記シグナルプロセッサは、前記物体からの反射信号の往復遅延及びドップラー周波数を、
【数１２】
及び
【数１３】
としてそれぞれ求めることを含む、前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることを実行するように構成され、ただし
【数１４】
及び
【数１５】
は
【数１６】
によって得ることができ、ＩK及びＱKは
【数１７】
によって得ることができる、請求項２７に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３０】
前記信号発生器は、勾配の予め定められたセットを格納するためのメモリを備える、請求項２３から請求項２９までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３１】
前記メモリは、前記勾配の予め定められたセットごとに予め計算されたパラメーターを格納するように構成される、請求項３０に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３２】
前記予め計算されたパラメーターは、
【数１８】
によって得ることができる、請求項３１に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３３】
前記信号発生器は、前記勾配の予め定められたセットのうちの１つをランダムに選択するように動作可能な選択器をさらに備える、請求項３０から請求項３２までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３４】
前記選択器は、前記選択された勾配の予め定められたセットの前記勾配を連続して選択するようにさらに動作可能である、請求項３３に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３５】
前記信号発生器は、Ｋ個の部分から成る有限のシーケンスと、少なくとも１つの間隙とから構成される少なくとも１つのバーストを生成するように構成される、請求項２３から請求項３４までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３６】
前記信号発生器は、前記変動周波数信号が生成されるように電圧制御発振器を制御する電圧を出力するように構成される電圧発生器を備える、請求項２３から請求項３５までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３７】
前記測定されたビート周波数（ｆBk）を処理して前記物体の前記距離及び／又は前記速度を求めるように動作可能であるビート周波数プロセッサをさらに備える、請求項２３から請求項３６までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３８】
前記ビート周波数プロセッサは、前記測定されたビート周波数を前記信号発生器から受信した値と乗算するように構成される少なくとも１つの乗算器（ＧＧＦ、ＨＨＦ）を備える、請求項３７に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３９】
前記ビート周波数プロセッサは、前記乗算器（ＧＧＦ、ＨＨＦ）の前記出力を累算するように構成される少なくとも１つのアキュムレーター（ＡＣＩ、ＡＣＱ）と、該アキュムレーター（ＡＣＩ、ＡＣＱ）の前記出力をスケーリングするように構成される少なくとも１つのスケーリングユニット（ＩＳＩ、ＱＳＱ）とを備える、請求項３８に記載の自動車レーダー装置。
【請求項４０】
物体を検出する方法であって、
変動周波数信号を送信すること、
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、及び
前記送信信号と前記受信信号との間のビート周波数（ｆBk）を求めること、
を含み、
前記送信信号は、Ｋ個の部分（ｋ）から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数は、それぞれの前記部分（ｋ）内で時間と共に線形に変動し、
前記部分は反対かつ／又は逆数の正規化された勾配Ｓkから成るＫ／２個の対で存在し、
該方法は、
前記ビート周波数（ｆBk）及び該ビート周波数のそれぞれの勾配（Ｓk）から前記物体の距離及び／又は速度をＫ／２回計算することであって、毎回、複数の前記対のうちの１つが該計算プロセスから除外される、計算すること、
或る対を用いた計算が、他の対の結果によって形成されるクラスターの外側に位置する結果を生成するか否かを判断すること、及び
前記結果によって与えられた前記距離及び／又は前記速度を出力すること、
をさらに含む、方法。
【請求項４１】
請求項１から請求項２２までのいずれか１項に記載の方法と組み合わされる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
請求項４０又は請求項４１に記載の前記方法に従って、前記Ｋ個のビート周波数（ｆBk）及び該ビート周波数のそれぞれのＫ個の勾配（Ｓk）を処理するように動作可能なビート周波数プロセッサをさらに備える、請求項２３から請求項３９までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項１】
物体を検出する方法であって、
有限の持続時間の変動周波数信号を送信すること、
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、並びに
前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めること、
を含み、
前記送信信号は、少なくとも４つの隣接部分（Ｋ）から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数は、それぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動し、
前記線形の周波数変動は各前記部分内で異なる勾配を有する、方法。
【請求項２】
物体を検出する方法であって、
変動周波数信号を送信すること、及び
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、
を含み、
前記送信信号はＫ個の部分から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数はそれぞれの前記部分（ｋ）内で時間と共に線形に変動し、ただしｋ＝１，．．．，Ｋであり、
該方法は、
前記部分（ｋ）ごとに、正規化された勾配（Ｓk）に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めることをさらに含む、方法。
【請求項３】
前記方法は、前記送信信号と前記受信信号との間のビート周波数（ｆBk）を求めることをさらに含み、
前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることは、前記測定されたビート周波数（ｆBk）、及び前記部分（ｋ）内の前記対応する正規化された勾配（Ｓk）についてそれぞれ実行される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることは、前記測定されたビート周波数（ｆBk）、及び／又は前記部分（ｋ）内の前記対応する正規化された勾配（Ｓk）に基づいて計算されるパラメーターに基づいてそれぞれ実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
【数１】
によって得ることができるパラメーターＧk、Ｈk、及びＰkが計算される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることは、前記物体からの反射信号の往復遅延及びドップラー周波数をそれぞれ求めることを含めて実行される、請求項４又は請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることは、前記物体からの反射信号の往復遅延及びドップラー周波数を、
【数２】
及び
【数３】
としてそれぞれ求めることを含めて実行され、ただし
【数４】
及び
【数５】
は
【数６】
によって得ることができ、ＩK及びＱKは
【数７】
によって得ることができる、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
前記正規化された勾配（Ｓk）は所定の条件を満たす、請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記所定の条件は
【数８】
である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記部分は、正規化された勾配Ｓkを有する部分ごとに正規化された勾配−Ｓkを有する部分が存在するように対で存在する、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記部分は、正規化された勾配Ｓkを有する部分ごとに正規化された勾配１／Ｓkを有する部分が存在するように対で存在する、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記部分は、正規化された勾配Ｓkを有する部分ごとに正規化された勾配１／Ｓk、−１／Ｓk、及び−Ｓkを有する部分が存在するように４つ組で存在する、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記勾配の最大所望大きさと前記勾配の最小所望大きさとの比はＺであり、
前記４つ組の前記正規化された勾配Ｓkは、
【数９】
である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
角度区間
（ｔａｎ-1｜Ｓ｜min，ｔａｎ-1｜Ｓ｜max）
及び
（−ｔａｎ-1｜Ｓ｜max，−ｔａｎ-1｜Ｓ｜min）
を規定する、前記正規化された勾配の最小大きさ｜Ｓ｜min及び前記正規化された勾配の最大大きさ｜Ｓ｜maxが存在し、
他の正規化された勾配によって規定される角度は、前記角度区間内で等しく離間される、請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記正規化は、たとえば前記勾配の幾何平均又は算術平均を計算する等して平均勾配を得て、該平均勾配で各勾配を除算することによって実行される、請求項１から請求項１４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
各前記部分（ｋ）の前記勾配（Ｓk）は、勾配の少なくとも１つの所定のセットにおいて規定される、請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記勾配のセットごとにパラメーターが予め計算される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記予め計算されるパラメーターは、
【数１０】
によって得ることができる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
各前記部分（ｋ）は同じ持続時間を有する、請求項１から請求項１８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記送信信号は、Ｋ個の部分から成る有限のシーケンスと、少なくとも１つの間隙とから構成される少なくとも１つのバーストを含む、請求項１から請求項１９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
前記勾配（Ｓk）は所与の範囲内にあり、少なくとも１つの部分の前記信号は、前記範囲内で大きな勾配を伴って変動し、少なくとも１つの他の部分の前記信号は、前記範囲内で小さな勾配を伴って変動する、請求項１から請求項２０までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
前記部分の数Ｋは偶数である、請求項１から請求項２１までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
変動周波数信号を送信するように動作可能な送信機と、
物体から前記送信信号の反射を受信するように動作可能な受信機と、
前記送信信号及び前記受信信号に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めるように動作可能なシグナルプロセッサと、
を備える、自動車レーダー装置であって、
前記送信信号が少なくとも４つの隣接部分（Ｋ）から成るシーケンスを含むと共に、前記信号の周波数がそれぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動し、前記線形の周波数変動が各前記部分内で異なる勾配を有するような、前記変動周波数信号を提供するように動作可能な信号発生器をさらに備える、自動車レーダー装置。
【請求項２４】
変動周波数信号を送信するように動作可能な送信機と、
物体から前記送信信号の反射を受信するように動作可能な受信機と、
前記送信信号がＫ個の部分から成るシーケンスを含むと共に、前記信号の周波数がそれぞれの前記部分内で時間と共に線形に変動するような前記変動周波数信号を提供するように動作可能である信号発生器と、
前記部分（ｋ）ごとに、正規化された勾配（Ｓk）に基づいて前記物体の距離及び／又は速度を求めるように動作可能なシグナルプロセッサと、
を備える、自動車レーダー装置。
【請求項２５】
前記自動車レーダー装置は、前記送信信号と前記受信信号との間のビート周波数（ｆBk）を検出するように動作可能なビート周波数検出器をさらに備え、
前記シグナルプロセッサは、前記物体の距離及び／又は速度を求めることを、前記測定されたビート周波数（ｆBk）、及び前記部分（ｋ）内の対応する正規化された勾配（Ｓk）についてそれぞれ実行するように構成される、請求項２４に記載の自動車レーダー装置。
【請求項２６】
前記シグナルプロセッサは、前記物体の前記距離及び／又は前記速度を求めることを、前記測定されたビート周波数（ｆBk）、及び／又は前記部分（ｋ）内の前記対応する正規化された勾配（Ｓk）に基づいて計算されるパラメーターに基づいてそれぞれ実行するように構成される、請求項２５に記載の自動車レーダー装置。
【請求項２７】
前記シグナルプロセッサは、
【数１１】
によって得ることができるパラメーターＧk、Ｈk、及びＰkを計算するように構成される、請求項２６に記載の自動車レーダー装置。
【請求項２８】
前記シグナルプロセッサは、前記物体からの反射信号の往復遅延及びドップラー周波数をそれぞれ求めることを含む、前記物体の距離及び／又は速度を求めることを実行するように構成される、請求項２４から請求項２７までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項２９】
前記シグナルプロセッサは、前記物体からの反射信号の往復遅延及びドップラー周波数を、
【数１２】
及び
【数１３】
としてそれぞれ求めることを含む、前記物体の前記距離及び／又は前記速度を前記求めることを実行するように構成され、ただし
【数１４】
及び
【数１５】
は
【数１６】
によって得ることができ、ＩK及びＱKは
【数１７】
によって得ることができる、請求項２７に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３０】
前記信号発生器は、勾配の予め定められたセットを格納するためのメモリを備える、請求項２３から請求項２９までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３１】
前記メモリは、前記勾配の予め定められたセットごとに予め計算されたパラメーターを格納するように構成される、請求項３０に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３２】
前記予め計算されたパラメーターは、
【数１８】
によって得ることができる、請求項３１に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３３】
前記信号発生器は、前記勾配の予め定められたセットのうちの１つをランダムに選択するように動作可能な選択器をさらに備える、請求項３０から請求項３２までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３４】
前記選択器は、前記選択された勾配の予め定められたセットの前記勾配を連続して選択するようにさらに動作可能である、請求項３３に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３５】
前記信号発生器は、Ｋ個の部分から成る有限のシーケンスと、少なくとも１つの間隙とから構成される少なくとも１つのバーストを生成するように構成される、請求項２３から請求項３４までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３６】
前記信号発生器は、前記変動周波数信号が生成されるように電圧制御発振器を制御する電圧を出力するように構成される電圧発生器を備える、請求項２３から請求項３５までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３７】
前記測定されたビート周波数（ｆBk）を処理して前記物体の前記距離及び／又は前記速度を求めるように動作可能であるビート周波数プロセッサをさらに備える、請求項２３から請求項３６までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３８】
前記ビート周波数プロセッサは、前記測定されたビート周波数を前記信号発生器から受信した値と乗算するように構成される少なくとも１つの乗算器（ＧＧＦ、ＨＨＦ）を備える、請求項３７に記載の自動車レーダー装置。
【請求項３９】
前記ビート周波数プロセッサは、前記乗算器（ＧＧＦ、ＨＨＦ）の前記出力を累算するように構成される少なくとも１つのアキュムレーター（ＡＣＩ、ＡＣＱ）と、該アキュムレーター（ＡＣＩ、ＡＣＱ）の前記出力をスケーリングするように構成される少なくとも１つのスケーリングユニット（ＩＳＩ、ＱＳＱ）とを備える、請求項３８に記載の自動車レーダー装置。
【請求項４０】
物体を検出する方法であって、
変動周波数信号を送信すること、
前記物体からの前記送信信号の反射を受信すること、及び
前記送信信号と前記受信信号との間のビート周波数（ｆBk）を求めること、
を含み、
前記送信信号は、Ｋ個の部分（ｋ）から成るシーケンスを含み、
前記信号の周波数は、それぞれの前記部分（ｋ）内で時間と共に線形に変動し、
前記部分は反対かつ／又は逆数の正規化された勾配Ｓkから成るＫ／２個の対で存在し、
該方法は、
前記ビート周波数（ｆBk）及び該ビート周波数のそれぞれの勾配（Ｓk）から前記物体の距離及び／又は速度をＫ／２回計算することであって、毎回、複数の前記対のうちの１つが該計算プロセスから除外される、計算すること、
或る対を用いた計算が、他の対の結果によって形成されるクラスターの外側に位置する結果を生成するか否かを判断すること、及び
前記結果によって与えられた前記距離及び／又は前記速度を出力すること、
をさらに含む、方法。
【請求項４１】
請求項１から請求項２２までのいずれか１項に記載の方法と組み合わされる、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
請求項４０又は請求項４１に記載の前記方法に従って、前記Ｋ個のビート周波数（ｆBk）及び該ビート周波数のそれぞれのＫ個の勾配（Ｓk）を処理するように動作可能なビート周波数プロセッサをさらに備える、請求項２３から請求項３９までのいずれか１項に記載の自動車レーダー装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６ａ】
【図６ｂ】
【図６ｃ】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２０１１−５２９５７０（Ｐ２０１１−５２９５７０Ａ）
【公表日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２０５１５（Ｐ２０１１−５２０５１５）
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０５９８６２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１２８０１
【国際公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（５０１２５３３１６）ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ (77)
【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｒ＆Ｄ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】２０ Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｓａｎｇｅｒ Ｒｏａｄ， Ｔｈｅ Ｓｕｒｒｅｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐａｒｋ， Ｇｕｉｌｄｆｏｒｄ， Ｓｕｒｒｅｙ ＧＵ２ ５ＹＤ， Ｇｒｅａｔ Ｂｒｉｔａｉｎ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００９／０５９８６２
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０１２８０１
【国際公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【出願人】（５０１２５３３１６）ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ (77)
【氏名又は名称原語表記】ＭＩＴＳＵＢＩＳＨＩ ＥＬＥＣＴＲＩＣ Ｒ＆Ｄ ＣＥＮＴＲＥ ＥＵＲＯＰＥ Ｂ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】２０ Ｆｒｅｄｅｒｉｃｋ Ｓａｎｇｅｒ Ｒｏａｄ， Ｔｈｅ Ｓｕｒｒｅｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐａｒｋ， Ｇｕｉｌｄｆｏｒｄ， Ｓｕｒｒｅｙ ＧＵ２ ５ＹＤ， Ｇｒｅａｔ Ｂｒｉｔａｉｎ
【Ｆターム（参考）】
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