ＦＭ−ＣＷレーダ装置及びそれに用いる移動目標信号検出方法
【課題】 同一距離に不要信号が存在する環境下でも移動目標信号を検出可能なＦＭ−ＣＷレーダ装置を提供する。
【解決手段】 ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、連続波信号と反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理器（２０）と、正規化処理器にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出器（２１）と、線分検出器にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定器（２２）と、周波数推定器にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出器（２３）とを有する。
【解決手段】 ＦＭ−ＣＷレーダ装置は、連続波信号と反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理器（２０）と、正規化処理器にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出器（２１）と、線分検出器にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定器（２２）と、周波数推定器にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出器（２３）とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＦＭ−ＣＷレーダ装置及びそれに用いる移動目標信号検出方法に関し、特に移動目標を検出するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、一般に、空間に電波を照射して、目標からの反射信号を受信することにより、目標の存在を探知し、その位置、運動状況等を観測するものである。レーダ装置においては、電波は空中線から空間に照射され、目標に当たって反射した後、再び空中線で受信され、受信器等へレーダ受信信号として出力される。
【０００３】
レーダ受信信号は、受信器で周波数変換された後、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換され、ディジタル受信信号は、各種の信号処理の後にスレッシュホールド判定等により目標信号として検出される。
【０００４】
レーダ装置には、用途があるが、特に防衛用レーダにおいては、敵が自分に発射した物体を近距離まで探知したいという要求がある。近距離の目標を計測するレーダ方式としては、連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダが実用化されており、特に距離を測定するためにＣＷ信号に周波数変調（ＦＭ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を施してＦＭ−ＣＷ信号を送信するＦＭ−ＣＷレーダ装置が一般的に使用されている。
【０００５】
その原理は、三角波変調を繰り返したＣＷ信号を送信して、目標からの反射信号と混合すると、目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数が観測されることを利用して、このビート周波数から目標の距離と速度とを計算するというものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
図８は、上記の非特許文献１等に示されている一般的なＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示しており、この図８を参照してＦＭ−ＣＷレーダ装置の動作について説明する。
【０００７】
まず、三角波発生器１８は、三角波の変調信号を発生する。電圧制御発振器１７は、三角波発生器１８にて発生した三角波により、所定の周波数のＣＷ信号に三角波の変調を施した送信信号を発生し、方向性結合器１２へ出力する。方向性結合器１２は、電圧制御発振器１７から入力される送信信号を空中線１１へ出力する。空中線１１は、方向性結合器１２からの送信信号を、空間へ、電波として照射する。
【０００８】
空中線１１は、電波を空中へ照射すると同時に、空間から入力される電波を受信して方向性結合器１２へ出力する。方向性結合器１２は、空中線１１からの受信信号をミキサ１３へ出力する。ミキサ１３は、方向性結合器１２から入力される受信信号と電圧制御発振器１７から入力される送信信号とを混合し、その結果得られる信号をローパスフィルタ１４へ出力する。
【０００９】
ローパスフィルタ１４は、ミキサ１３からの信号に対して高周波成分を除去し、送信信号と受信信号のビート信号とを抽出してＡ／Ｄ変換器１５へ出力する。Ａ／Ｄ変換器１５は、ローパスフィルタ１４からのアナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００１０】
データ抽出器１６は、三角波変調信号のアップ変調に対応するタイミングの受信信号とダウン変調に対応するタイミングの受信信号とをそれぞれ分けてデータとして抽出し、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理器１９へ出力する。ＦＦＴ処理器１９は、それぞれのデータをＦＦＴしてスペクトラムを算出する。
【００１１】
周波数検出器３１は、スペクトラムにおいて、所定のスレッシュホールドを超えた信号を目標の反射信号に対応するビート信号として検出する。距離・速度検出器２３は、得られたビート信号の周波数から、目標の距離と速度とを計算する。
【００１２】
ここで、ビート周波数から目標の距離と速度を求める原理を説明する。図９はＦＭ−ＣＷレーダ装置の送信信号とビート信号とを説明するための模式図である。送信信号は、中心周波数ｆ０のＣＷ信号を変調周波数幅Δｆ、変調繰返し周波数ｆｍの三角波で変調した信号である。図１０はビート信号のスペクトラムを説明するための模式図である。
【００１３】
ビート周波数ｆＢは、
ｆＢ＝ｆＲ±ｆＶ ・・・（１）
ｆＲ：距離周波数，ｆＶ：速度周波数
という式で表される。（１）式の＋符号は送信波の周波数が降下する区間に得られるビート信号の周波数（ダウンビートｆＢＤ）で、−符号は上昇する区間に得られるビート信号の周波数（アップビートｆＢＵ）である。
【００１４】
ｆＢＤ、ｆＢＵは、
ｆＢＤ＝ｆＲ＋ｆＶ ・・・（２）
ｆＢＵ＝ｆＲ−ｆＶ ・・・（３）
という式で表される。
【００１５】
また、ｆＲ、ｆＶは、次式で表される。
ｆＲ＝４・Δｆ・Ｒ・ｆｍ／Ｃ ・・・（４）
ｆＶ＝２・ｆ０・Ｖ／Ｃ ・・・（５）
Ｃ：電波伝播速度，ｆｍ：三角波の変調周波数，ｆ０：中心周波数，
Δｆ：三角波の変調幅，Ｒ：目標の距離，Ｖ：目標の相対速度
という式で表される。
【００１６】
（１）式〜（５）式により距離Ｒ、相対速度Ｖは、次式で導かれる。
Ｒ＝（ｆＢＤ＋ｆＢＵ）Ｃ／８・Δｆ・ｆｍ ・・・（６）
Ｖ＝（ｆＢＤ−ｆＢＵ）Ｃ／４・ｆ０ ・・・（７）
という式で表される。
【００１７】
すなわち、周波数増減区間毎のビート信号周波数ｆＢＵとビート信号周波数ｆＢＤとをそれぞれ計測し、その和と差とを計算することで、距離と相対速度とを求めることができる。
【００１８】
上述したＦＭ−ＣＷレーダ装置の原理は、目標からの反射信号のみ存在する理想的な環境での基本の動作を示したものである。実際の環境でのＦＭ−ＣＷレーダ装置の場合は、近傍の建設物や構造物の固定物体からの強大な反射信号が不要信号として同時に入力されるため、それらの不要信号に重畳した場合は目標の反射信号が観測できないという問題がある。
【００１９】
この問題の対策としては、下記の特許文献１に記載された技術がある。特許文献１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を図１１に示す。図１１に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成は、ローパスフィルタ１４とＡ／Ｄ変換器１５との間に振幅等化器３２を追加した以外は、図８に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。
【００２０】
（４）式より距離Ｒが遠いほど距離周波数ｆＲは大きくなり、（２）式、（３）式よりビート信号周波数ｆＢＤ、ビート信号周波数ｆＢＵは高くなる。すなわち、遠距離の目標からの信号はビート周波数が高くなるが、遠距離の目標の信号は近距離の目標に比べて微弱であるため、増幅する必要がある。
【００２１】
この技術は、ビート信号を周波数が高くなるにしたがって順次増幅利得を高くする制御を行うものであり、これにより距離によらずビート周波数の振幅が一定となり、近距離の固定物体による不要信号が重畳した遠距離の目標が未検出となることを軽減するというものである。
【００２２】
また、別の技術として、下記の特許文献２に記載された技術がある。特許文献２に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を図１２に示す。図１２に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成は、自車速度検出器３３とスレッシュホールド制御器３４とを追加した以外は、図８に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。
【００２３】
特許文献２に記載の技術は、車載用ＦＭ−ＣＷレーダ装置を想定したものであり、道路の近傍の建設物や構造物の強大な反射信号の影響を軽減することを目的とするものである。一般道路を走行中の場合は、近傍の固定物体が多いため、不要信号が大きい反面、車間距離が短くなり、目標が近距離となるため、スレッシュホールドを高く設定する。
【００２４】
一方、高速道路を走行中の場合は、道路近傍の固定物体が少ないため、不要信号が小さく、遠距離の目標の微弱な信号を検出するためにスレッシュホールドを低く設定する。これらの制御を行うために、自車速度検出器３２が自車の走行速度を検出する。スレッシュホールド制御器３３は、自車速度検出器３２で検出した速度に基づき、低速の場合は一般道路を走行中と判定してスレッシュホールドを高く設定する一方、高速の場合は高速道路を走行中と判定して、スレッシュホールドを低く設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００１−２１５２７２号公報
【特許文献２】特許第３１４９１４２号公報
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】「改訂 レーダ技術 第１１章 特殊なレーダ技術」（吉田 孝監修、社団法人 電子情報通信学会発行、１９９６．１０．０１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
上述した本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置では、固定物体による不要信号が存在する環境下で、目標の反射信号を検出する場合、同一距離の不要信号と重畳した移動目標信号とを検出できないという課題がある。その理由は、目標の距離と固定物体の距離との違いにのみ着目して、距離に応じて増幅利得の変更またはスレッシュホールドの変更を行う方式であるため、同一距離の移動目標信号と不要信号とを区別する考慮がなされていないためである。
【００２８】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、同一距離に不要信号が存在する環境下でも移動目標信号を検出することができるＦＭ−ＣＷレーダ装置及びそれに用いる移動目標信号検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、三角波変調を繰り返した連続波信号を送信し、目標からの反射信号と混合することで目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数を観測し、前記ビート周波数から前記目標の距離と速度とを計算するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置であって、
前記連続波信号と前記反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理器と、
前記正規化処理器にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出器と、
前記線分検出器にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定器と、
前記周波数推定器にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出器とを備えている。
【００３０】
本発明による移動目標信号検出方法は、三角波変調を繰り返した連続波信号を送信し、目標からの反射信号と混合することで目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数を観測し、前記ビート周波数から前記目標の距離と速度とを計算するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置に用いる移動目標信号検出方法であって、
前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、
前記連続波信号と前記反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理と、
前記正規化処理にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出処理と、
前記線分検出処理にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定処理と、
前記周波数推定処理にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出処理とを実行している。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、同一距離に不要信号が存在する環境下でも移動目標信号を検出することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による正規化処理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態において横軸を周波数、縦軸を時間、振幅の大きさを各サンプル点の大きさでそれぞれ表した模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における動作を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における動作を説明するための模式図である。
【図８】本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置の送信信号とビート信号とを説明するための模式図である。
【図１０】図９に示すビート信号のスペクトラムを説明する模式図である。
【図１１】特許文献１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】特許文献２に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明によるＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置の概要について説明する。
【００３４】
本発明によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、上述した目的を達成するために、
所定の方向に電波を照射し空間からの反射電波を受信する空中線と、三角波発生器と、電圧制御発振器と、方向性結合器と、ミキサと、ローパスフィルタと、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器と、データ抽出器と、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理器と、正規化処理器と、線分検出器と、周波数推定器と、距離・速度検出器と、三角波発生器と、電圧制御発振器と、方向性結合器と、ミキサと、ローパスフィルタと、
【００３５】
空中線は、所定の方向に電波を照射し空間からの反射電波を受信する。三角波発生器は、三角波の変調信号を発生する。電圧制御発振器は、三角波発生器が発生した三角波により所定の周波数のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）信号に三角波の変調を施した送信信号を発生して方向性結合器とミキサとへ出力する。
【００３６】
方向性結合器は、電圧制御発振器から入力される送信信号を空中線へ出力するとともに空中線からの受信信号をミキサへ出力する。ミキサは、方向性結合器から入力される受信信号と電圧制御発振器から入力される送信信号とを混合し、その結果、得られる信号をローパスフィルタへ出力する。
【００３７】
ローパスフィルタは、高周波成分を除去して送信信号と受信信号のビート信号を抽出してＡ／Ｄ変換器へ出力する。Ａ／Ｄ変換器は、アナログ信号をディジタル信号に変換する。データ抽出器は、三角波変調信号のアップ変調に対応するタイミングの受信信号とダウン変調に対応するタイミングの受信信号とをそれぞれ分けてデータとして抽出し、そのデータをＦＦＴ処理器へ出力する。
【００３８】
ＦＦＴ処理器は、抽出されたデータをＦＦＴして周波数軸上のスペクトラムを算出する。正規化処理器は、一定の時間毎に得られるスペクトラムを、同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う。線分検出器は、時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う。周波数推定器は、検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する。距離・速度検出器は、得られたビート周波数から目標の距離と速度を計算する。
【００３９】
図１は本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図である。図１において、本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、空中線１１と、方向性結合器１２と、ミキサ１３と、ローパスフィルタ１４と、Ａ／Ｄ変換器１５と、データ抽出器１６と、電圧制御発振器１７と、三角波発生器１８と、ＦＦＴ処理器１９と、正規化処理器２０と、線分検出器２１と、周波数推定器２２と、距離・速度検出器２３とから構成されている。
【００４０】
空中線１１は、所定の方向に電波を照射し空間からの反射電波を受信する。三角波発生器１８は、三角波の変調信号を発生する。電圧制御発振器１７は、三角波発生器１８が発生した三角波により所定の周波数のＣＷ信号に変調を施した送信信号を発生して方向性結合器１２とミキサ１３とへ出力する。
【００４１】
方向性結合器１２は、電圧制御発振器１７から入力される送信信号を空中線１１へ出力するとともに、空中線１１からの受信信号をミキサ１３へ出力する。ミキサ１３は、方向性結合器１２から入力される受信信号と電圧制御発振器１７から入力される送信信号とを混合し、その結果、得られる信号をローパスフィルタ１４へ出力する。
【００４２】
ローパスフィルタ１４は、高周波成分を除去して送信信号と受信信号のビート信号とを抽出してＡ／Ｄ変換器１５へ出力する。Ａ／Ｄ変換器１５は、アナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００４３】
データ抽出器１６は、三角波変調信号のアップ変調に対応するタイミングの受信信号とダウン変調に対応するタイミングの受信信号とをそれぞれ分けてデータとして抽出し、ＦＦＴ処理器１９へ出力する。ＦＦＴ処理器１９は、データ抽出器１６で抽出されたデータをＦＦＴしてスペクトラムを算出する。
【００４４】
正規化処理器２０は、一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に分け、時間方向にそれぞれ正規化処理を行う。線分検出器２１は、時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う。周波数推定器２２は、検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する。距離・速度検出器２３は、推定されたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する。
【００４５】
空中線１１は、所定の方向に電波を照射し、空間からの反射電波を受信する。三角波発生器１８は、三角波の変調信号を発生する。電圧制御発振器１７は、三角波発生器１８が発生した三角波により所定の周波数のＣＷ信号に変調を施した送信信号を発生して方向性結合器１２とミキサ１３とへ出力する。
【００４６】
方向性結合器１２は、電圧制御発振器１７から入力される送信信号を空中線１１へ出力するとともに、空中線１１からの受信信号をミキサ１３へ出力する。ミキサ１３は、方向性結合器１２から入力される受信信号と電圧制御発振器１７から入力される送信信号とを混合し、その結果、得られる信号をローパスフィルタ１４へ出力する。
【００４７】
ローパスフィルタ１４は、高周波成分を除去して送信信号と受信信号のビート信号とを抽出してＡ／Ｄ変換器１５へ出力する。Ａ／Ｄ変換器１５は、ローパスフィルタ１４からのアナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００４８】
データ抽出器１６は、三角波変調信号のアップ変調に対応するタイミングの受信信号と、ダウン変調に対応するタイミングの受信信号とをそれぞれ分けてデータとして抽出し、ＦＦＴ処理器１９へ出力する。ＦＦＴ処理器１９は、データ抽出器１６で抽出されたデータをＦＦＴしてスペクトラムを算出する。
【００４９】
以上の空中線１１、方向性結合器１２、ミキサ１３、ローパスフィルタ１４、Ａ／Ｄ変換器１５、データ抽出器１６、電圧制御発振器１７、三角波発生器１８、ＦＦＴ処理器１９各々の動作は、図８に示す本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様であり、送信信号とビート信号との関係、ビート信号のスペクトラムは、それぞれ図９に示す模式図、図１０に示す模式図と同様である。
【００５０】
スペクトラムは、一定の時間毎に得られるため、時間毎に得られるスペクトラムを時系列に並べることで、高さ方向を振幅方向と考えた時間対ビート周波数の２次元平面で考えることができる。
【００５１】
図３は本発明の第１の実施の形態において横軸を周波数、縦軸を時間、振幅の大きさを各サンプル点の大きさでそれぞれ表した模式図である。図３（ａ）は、ＦＦＴ処理器１９の出力のスペクトラムを２次元平面に並べた状態を示している。図３（ａ）において、不要信号は振幅が大きいが、相対速度が０であるため、同一のビート周波数での大きな点、移動目標信号は時間方向にビート周波数が変化する中間の大きさの点、ノイズのみのサンプル点は小さな点で表している。
【００５２】
近傍の建設物や構造物等の固定物体からの反射信号は一般に強大であるが、レーダ装置が停止している場合は相対速度が０であるために、時間方向でビート周波数は変化しない。このため、正規化処理器２０は、一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に分けて時間方向にそれぞれ正規化処理を行う。
【００５３】
図２は本発明の第１の実施の形態による正規化処理を説明するための模式図である。図２においては、横軸をビート周波数、縦軸は振幅を表している。図２（ａ）は、目標信号が不要信号と重畳しないビート周波数で観測される場合の状態を示している。正規化処理は、着目する時刻の前後の振幅の平均値により、着目する時間の振幅を除算することで行う。図２（ｂ）は、図２（ａ）の正規化処理後の波形であり、図２（ｂ）に示すように、正規化処理後も目標信号がノイズより高くなるため、検出可能である。
【００５４】
一方、図２（ｃ）は、固定物体による不要信号が存在するビート周波数の振幅の時間変化を表している。不要信号は、ノイズや目標信号に比べて振幅が大きいものの、同一のビート周波数において振幅があまり変化せずに連続して存在するため、着目する時間の前後の振幅の平均値も着目する時刻の不要信号とほぼ同レベルとなる。このため、図２（ｄ）に示すように、不要信号の正規化処理誤の振幅は、ノイズレベルの正規化処理後と同等となる。
【００５５】
図３（ａ）をそれぞれのビート周波数で時間方向に正規化処理を行った結果を図３（ｂ）に示す。同一のビート周波数において連続した不要信号は、正規化処理によりノイズレベルと同等となっている。一方、目標信号は、不要信号と重畳したビート周波数のサンプル点を除くと線分上に並んでいる。
【００５６】
線分検出器２１は、正規化処理後の時間対ビート周波数の２次元平面上で線分を検出する処理を行う。２次元平面上で線分検出する技術は、画像処理等で使用される線分検出フィルタやハフ変換等の一般的な技術が使用可能である。
【００５７】
線分抽出器２１で検出された線分に対して、所定の時刻でのダウンビート周波数とアップビート周波数とを周波数推定器２２において外挿により推定する。図３（ｂ）は、着目する時刻のダウンビート周波数が不要信号に重畳して観測できなかったため、本処理により推定している例を示している。
【００５８】
距離・速度検出器２３は、（６）式、（７）式によりダウンビート周波数とアップビート周波数とから目標の距離と速度を算出するものであり、図８に示す本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置と同じ動作である。
【００５９】
以上により、本実施の形態では、同一距離の不要信号に重畳した移動目標信号を検出できるという効果を得ることが可能となる。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置について、図４及び図５を参照して説明する。本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、低速の目標を検出することを考慮して動作する。
【００６１】
図４は本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図であり、図５は本発明の第２の実施の形態における動作を説明するための模式図である。図４において、本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、加算器２４を追加した以外は、図１に示す本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様である。
【００６２】
目標が低速である場合は、図５（ａ）に示すように、観測するタイミング毎に周波数が変化するのではなく、一定の間隔毎に変化する。このため、加算器２４では、観測される時間を複数の時刻毎にグループ化し、グループ毎に振幅を加算して図５（ｂ）に示すように時間間隔を広くした振幅データに変換する。
【００６３】
本実施の形態では、２次元平面上で線分抽出を行うことにより、低速目標であっても、正しく線分抽出を行うことができ、目標検出を可能とすることができる。グループ化して加算する数は、想定される速度毎に場合分けをして並列処理を行うことで、任意の速度の目標が検出可能となる。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置について、図６及び図７を参照して説明する。本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、レーダ装置が車載される等により移動しながら動作する。
【００６５】
図６は本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図であり、図７は本発明の第３の実施の形態における動作を説明するための模式図である。図６において、本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、自車速度検出器２５と平均値算定範囲選択器２６とを追加した以外は、図１に示す本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様である。
【００６６】
レーダ装置が移動する場合、固定物体とレーダ装置との距離が時間により変化し、ビート周波数も変化する。このため、図１に示す本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成では、図７（ａ）に示すように、時間方向で不要信号のビート周波数も変化して観測されるため、同一ビート周波数で正規化処理をしてもノイズレベル相当に抑圧することができない。
【００６７】
このため、本実施の形態では、まず自車速度検出器２５によりレーダ装置を搭載する車両等の自車速度を検出する。固定物体に対しては、自車速度が相対速度となる。
【００６８】
レーダ装置距離Ｒは相対速度Ｖと時間ｔとにより、
Ｒ＝Ｖ・ｔ ・・・（８）
という式で表される。
【００６９】
（２）式、（４）式、（５）式、（８）式から、ダウンビート周波数ｆＢＤは、
ｆＢＤ＝４・Δｆ・Ｖ・ｔ・ｆｍ／Ｃ＋２・ｆ０・Ｖ／Ｃ
・・・（９）
という式で表される。
【００７０】
（９）式により時間対ビート周波数の２次元平面において、固定物体の反射信号は、相対速度Ｖをパラメータとする傾きを持つ線分上に存在する。このため、平均値算定範囲制御器２６は、着目する時刻とビート周波数毎に平均値算定範囲を上記傾きの線分から選択して平均値を算定する。
【００７１】
これにより、本実施の形態では、不要信号が存在するサンプル点の振幅が選択されて正規化処理が行われるため、不要信号を抑圧して目標信号を検出することが可能となる。
【００７２】
本発明は、目標の距離と固定物体の距離との違いにのみ着目して、距離に応じて増幅利得の変更またはスレッシュホールドの変更を行う本発明に関連する技術においては困難な同一距離の不要信号に重畳した移動目標信号を検出することができるという効果がある。
【００７３】
その理由は、本発明に関連する技術が、目標の距離と固定物体の距離との違いにのみ着目していて同じ距離の目標と不要信号とを区別する考慮がされていないのに対して、移動目標が時間とともに距離が変化し、それに対応してビート周波数が変化することに着目して、本発明において、時間対ビート周波数の２次元平面においてビート周波数の検出を行うようにしたためである。
【００７４】
また、検出において、不要信号は停止していてビート周波数が変化しないのに対して、目標はビート周波数が変化することに着目して、本発明において、時間方向の正規化処理を行い、ビート周波数が変化する線分のみを検出するようにすることで、目標と不要信号とを区別できるようにしたためである。
【符号の説明】
【００７５】
１１ 空中線
１２ 方向性結合器
１３ ミキサ
１４ ローパスフィルタ
１５ Ａ／Ｄ変換器
１６ データ抽出器
１７ 電圧制御発振器
１８ 三角波発生器
１９ ＦＦＴ処理器
２０ 正規化処理器
２１ 線分検出器
２２ 周波数推定器
２３ 距離・速度検出器
２４ 加算器
２５ 自車速度検出器
２６ 平均値算定範囲選択器
【技術分野】
【０００１】
本発明はＦＭ−ＣＷレーダ装置及びそれに用いる移動目標信号検出方法に関し、特に移動目標を検出するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置は、一般に、空間に電波を照射して、目標からの反射信号を受信することにより、目標の存在を探知し、その位置、運動状況等を観測するものである。レーダ装置においては、電波は空中線から空間に照射され、目標に当たって反射した後、再び空中線で受信され、受信器等へレーダ受信信号として出力される。
【０００３】
レーダ受信信号は、受信器で周波数変換された後、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換され、ディジタル受信信号は、各種の信号処理の後にスレッシュホールド判定等により目標信号として検出される。
【０００４】
レーダ装置には、用途があるが、特に防衛用レーダにおいては、敵が自分に発射した物体を近距離まで探知したいという要求がある。近距離の目標を計測するレーダ方式としては、連続波（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダが実用化されており、特に距離を測定するためにＣＷ信号に周波数変調（ＦＭ：Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を施してＦＭ−ＣＷ信号を送信するＦＭ−ＣＷレーダ装置が一般的に使用されている。
【０００５】
その原理は、三角波変調を繰り返したＣＷ信号を送信して、目標からの反射信号と混合すると、目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数が観測されることを利用して、このビート周波数から目標の距離と速度とを計算するというものである（例えば、非特許文献１参照）。
【０００６】
図８は、上記の非特許文献１等に示されている一般的なＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示しており、この図８を参照してＦＭ−ＣＷレーダ装置の動作について説明する。
【０００７】
まず、三角波発生器１８は、三角波の変調信号を発生する。電圧制御発振器１７は、三角波発生器１８にて発生した三角波により、所定の周波数のＣＷ信号に三角波の変調を施した送信信号を発生し、方向性結合器１２へ出力する。方向性結合器１２は、電圧制御発振器１７から入力される送信信号を空中線１１へ出力する。空中線１１は、方向性結合器１２からの送信信号を、空間へ、電波として照射する。
【０００８】
空中線１１は、電波を空中へ照射すると同時に、空間から入力される電波を受信して方向性結合器１２へ出力する。方向性結合器１２は、空中線１１からの受信信号をミキサ１３へ出力する。ミキサ１３は、方向性結合器１２から入力される受信信号と電圧制御発振器１７から入力される送信信号とを混合し、その結果得られる信号をローパスフィルタ１４へ出力する。
【０００９】
ローパスフィルタ１４は、ミキサ１３からの信号に対して高周波成分を除去し、送信信号と受信信号のビート信号とを抽出してＡ／Ｄ変換器１５へ出力する。Ａ／Ｄ変換器１５は、ローパスフィルタ１４からのアナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００１０】
データ抽出器１６は、三角波変調信号のアップ変調に対応するタイミングの受信信号とダウン変調に対応するタイミングの受信信号とをそれぞれ分けてデータとして抽出し、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理器１９へ出力する。ＦＦＴ処理器１９は、それぞれのデータをＦＦＴしてスペクトラムを算出する。
【００１１】
周波数検出器３１は、スペクトラムにおいて、所定のスレッシュホールドを超えた信号を目標の反射信号に対応するビート信号として検出する。距離・速度検出器２３は、得られたビート信号の周波数から、目標の距離と速度とを計算する。
【００１２】
ここで、ビート周波数から目標の距離と速度を求める原理を説明する。図９はＦＭ−ＣＷレーダ装置の送信信号とビート信号とを説明するための模式図である。送信信号は、中心周波数ｆ０のＣＷ信号を変調周波数幅Δｆ、変調繰返し周波数ｆｍの三角波で変調した信号である。図１０はビート信号のスペクトラムを説明するための模式図である。
【００１３】
ビート周波数ｆＢは、
ｆＢ＝ｆＲ±ｆＶ ・・・（１）
ｆＲ：距離周波数，ｆＶ：速度周波数
という式で表される。（１）式の＋符号は送信波の周波数が降下する区間に得られるビート信号の周波数（ダウンビートｆＢＤ）で、−符号は上昇する区間に得られるビート信号の周波数（アップビートｆＢＵ）である。
【００１４】
ｆＢＤ、ｆＢＵは、
ｆＢＤ＝ｆＲ＋ｆＶ ・・・（２）
ｆＢＵ＝ｆＲ−ｆＶ ・・・（３）
という式で表される。
【００１５】
また、ｆＲ、ｆＶは、次式で表される。
ｆＲ＝４・Δｆ・Ｒ・ｆｍ／Ｃ ・・・（４）
ｆＶ＝２・ｆ０・Ｖ／Ｃ ・・・（５）
Ｃ：電波伝播速度，ｆｍ：三角波の変調周波数，ｆ０：中心周波数，
Δｆ：三角波の変調幅，Ｒ：目標の距離，Ｖ：目標の相対速度
という式で表される。
【００１６】
（１）式〜（５）式により距離Ｒ、相対速度Ｖは、次式で導かれる。
Ｒ＝（ｆＢＤ＋ｆＢＵ）Ｃ／８・Δｆ・ｆｍ ・・・（６）
Ｖ＝（ｆＢＤ−ｆＢＵ）Ｃ／４・ｆ０ ・・・（７）
という式で表される。
【００１７】
すなわち、周波数増減区間毎のビート信号周波数ｆＢＵとビート信号周波数ｆＢＤとをそれぞれ計測し、その和と差とを計算することで、距離と相対速度とを求めることができる。
【００１８】
上述したＦＭ−ＣＷレーダ装置の原理は、目標からの反射信号のみ存在する理想的な環境での基本の動作を示したものである。実際の環境でのＦＭ−ＣＷレーダ装置の場合は、近傍の建設物や構造物の固定物体からの強大な反射信号が不要信号として同時に入力されるため、それらの不要信号に重畳した場合は目標の反射信号が観測できないという問題がある。
【００１９】
この問題の対策としては、下記の特許文献１に記載された技術がある。特許文献１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を図１１に示す。図１１に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成は、ローパスフィルタ１４とＡ／Ｄ変換器１５との間に振幅等化器３２を追加した以外は、図８に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。
【００２０】
（４）式より距離Ｒが遠いほど距離周波数ｆＲは大きくなり、（２）式、（３）式よりビート信号周波数ｆＢＤ、ビート信号周波数ｆＢＵは高くなる。すなわち、遠距離の目標からの信号はビート周波数が高くなるが、遠距離の目標の信号は近距離の目標に比べて微弱であるため、増幅する必要がある。
【００２１】
この技術は、ビート信号を周波数が高くなるにしたがって順次増幅利得を高くする制御を行うものであり、これにより距離によらずビート周波数の振幅が一定となり、近距離の固定物体による不要信号が重畳した遠距離の目標が未検出となることを軽減するというものである。
【００２２】
また、別の技術として、下記の特許文献２に記載された技術がある。特許文献２に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を図１２に示す。図１２に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成は、自車速度検出器３３とスレッシュホールド制御器３４とを追加した以外は、図８に示すＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。
【００２３】
特許文献２に記載の技術は、車載用ＦＭ−ＣＷレーダ装置を想定したものであり、道路の近傍の建設物や構造物の強大な反射信号の影響を軽減することを目的とするものである。一般道路を走行中の場合は、近傍の固定物体が多いため、不要信号が大きい反面、車間距離が短くなり、目標が近距離となるため、スレッシュホールドを高く設定する。
【００２４】
一方、高速道路を走行中の場合は、道路近傍の固定物体が少ないため、不要信号が小さく、遠距離の目標の微弱な信号を検出するためにスレッシュホールドを低く設定する。これらの制御を行うために、自車速度検出器３２が自車の走行速度を検出する。スレッシュホールド制御器３３は、自車速度検出器３２で検出した速度に基づき、低速の場合は一般道路を走行中と判定してスレッシュホールドを高く設定する一方、高速の場合は高速道路を走行中と判定して、スレッシュホールドを低く設定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２５】
【特許文献１】特開２００１−２１５２７２号公報
【特許文献２】特許第３１４９１４２号公報
【非特許文献】
【００２６】
【非特許文献１】「改訂 レーダ技術 第１１章 特殊なレーダ技術」（吉田 孝監修、社団法人 電子情報通信学会発行、１９９６．１０．０１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
上述した本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置では、固定物体による不要信号が存在する環境下で、目標の反射信号を検出する場合、同一距離の不要信号と重畳した移動目標信号とを検出できないという課題がある。その理由は、目標の距離と固定物体の距離との違いにのみ着目して、距離に応じて増幅利得の変更またはスレッシュホールドの変更を行う方式であるため、同一距離の移動目標信号と不要信号とを区別する考慮がなされていないためである。
【００２８】
そこで、本発明の目的は上記の問題点を解消し、同一距離に不要信号が存在する環境下でも移動目標信号を検出することができるＦＭ−ＣＷレーダ装置及びそれに用いる移動目標信号検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、三角波変調を繰り返した連続波信号を送信し、目標からの反射信号と混合することで目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数を観測し、前記ビート周波数から前記目標の距離と速度とを計算するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置であって、
前記連続波信号と前記反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理器と、
前記正規化処理器にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出器と、
前記線分検出器にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定器と、
前記周波数推定器にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出器とを備えている。
【００３０】
本発明による移動目標信号検出方法は、三角波変調を繰り返した連続波信号を送信し、目標からの反射信号と混合することで目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数を観測し、前記ビート周波数から前記目標の距離と速度とを計算するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置に用いる移動目標信号検出方法であって、
前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、
前記連続波信号と前記反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理と、
前記正規化処理にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出処理と、
前記線分検出処理にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定処理と、
前記周波数推定処理にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出処理とを実行している。
【発明の効果】
【００３１】
本発明は、上記のような構成及び動作とすることで、同一距離に不要信号が存在する環境下でも移動目標信号を検出することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態による正規化処理を説明するための模式図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態において横軸を周波数、縦軸を時間、振幅の大きさを各サンプル点の大きさでそれぞれ表した模式図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態における動作を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態における動作を説明するための模式図である。
【図８】本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置の送信信号とビート信号とを説明するための模式図である。
【図１０】図９に示すビート信号のスペクトラムを説明する模式図である。
【図１１】特許文献１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】特許文献２に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。まず、本発明によるＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置の概要について説明する。
【００３４】
本発明によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、上述した目的を達成するために、
所定の方向に電波を照射し空間からの反射電波を受信する空中線と、三角波発生器と、電圧制御発振器と、方向性結合器と、ミキサと、ローパスフィルタと、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器と、データ抽出器と、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理器と、正規化処理器と、線分検出器と、周波数推定器と、距離・速度検出器と、三角波発生器と、電圧制御発振器と、方向性結合器と、ミキサと、ローパスフィルタと、
【００３５】
空中線は、所定の方向に電波を照射し空間からの反射電波を受信する。三角波発生器は、三角波の変調信号を発生する。電圧制御発振器は、三角波発生器が発生した三角波により所定の周波数のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）信号に三角波の変調を施した送信信号を発生して方向性結合器とミキサとへ出力する。
【００３６】
方向性結合器は、電圧制御発振器から入力される送信信号を空中線へ出力するとともに空中線からの受信信号をミキサへ出力する。ミキサは、方向性結合器から入力される受信信号と電圧制御発振器から入力される送信信号とを混合し、その結果、得られる信号をローパスフィルタへ出力する。
【００３７】
ローパスフィルタは、高周波成分を除去して送信信号と受信信号のビート信号を抽出してＡ／Ｄ変換器へ出力する。Ａ／Ｄ変換器は、アナログ信号をディジタル信号に変換する。データ抽出器は、三角波変調信号のアップ変調に対応するタイミングの受信信号とダウン変調に対応するタイミングの受信信号とをそれぞれ分けてデータとして抽出し、そのデータをＦＦＴ処理器へ出力する。
【００３８】
ＦＦＴ処理器は、抽出されたデータをＦＦＴして周波数軸上のスペクトラムを算出する。正規化処理器は、一定の時間毎に得られるスペクトラムを、同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う。線分検出器は、時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う。周波数推定器は、検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する。距離・速度検出器は、得られたビート周波数から目標の距離と速度を計算する。
【００３９】
図１は本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図である。図１において、本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、空中線１１と、方向性結合器１２と、ミキサ１３と、ローパスフィルタ１４と、Ａ／Ｄ変換器１５と、データ抽出器１６と、電圧制御発振器１７と、三角波発生器１８と、ＦＦＴ処理器１９と、正規化処理器２０と、線分検出器２１と、周波数推定器２２と、距離・速度検出器２３とから構成されている。
【００４０】
空中線１１は、所定の方向に電波を照射し空間からの反射電波を受信する。三角波発生器１８は、三角波の変調信号を発生する。電圧制御発振器１７は、三角波発生器１８が発生した三角波により所定の周波数のＣＷ信号に変調を施した送信信号を発生して方向性結合器１２とミキサ１３とへ出力する。
【００４１】
方向性結合器１２は、電圧制御発振器１７から入力される送信信号を空中線１１へ出力するとともに、空中線１１からの受信信号をミキサ１３へ出力する。ミキサ１３は、方向性結合器１２から入力される受信信号と電圧制御発振器１７から入力される送信信号とを混合し、その結果、得られる信号をローパスフィルタ１４へ出力する。
【００４２】
ローパスフィルタ１４は、高周波成分を除去して送信信号と受信信号のビート信号とを抽出してＡ／Ｄ変換器１５へ出力する。Ａ／Ｄ変換器１５は、アナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００４３】
データ抽出器１６は、三角波変調信号のアップ変調に対応するタイミングの受信信号とダウン変調に対応するタイミングの受信信号とをそれぞれ分けてデータとして抽出し、ＦＦＴ処理器１９へ出力する。ＦＦＴ処理器１９は、データ抽出器１６で抽出されたデータをＦＦＴしてスペクトラムを算出する。
【００４４】
正規化処理器２０は、一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に分け、時間方向にそれぞれ正規化処理を行う。線分検出器２１は、時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う。周波数推定器２２は、検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する。距離・速度検出器２３は、推定されたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する。
【００４５】
空中線１１は、所定の方向に電波を照射し、空間からの反射電波を受信する。三角波発生器１８は、三角波の変調信号を発生する。電圧制御発振器１７は、三角波発生器１８が発生した三角波により所定の周波数のＣＷ信号に変調を施した送信信号を発生して方向性結合器１２とミキサ１３とへ出力する。
【００４６】
方向性結合器１２は、電圧制御発振器１７から入力される送信信号を空中線１１へ出力するとともに、空中線１１からの受信信号をミキサ１３へ出力する。ミキサ１３は、方向性結合器１２から入力される受信信号と電圧制御発振器１７から入力される送信信号とを混合し、その結果、得られる信号をローパスフィルタ１４へ出力する。
【００４７】
ローパスフィルタ１４は、高周波成分を除去して送信信号と受信信号のビート信号とを抽出してＡ／Ｄ変換器１５へ出力する。Ａ／Ｄ変換器１５は、ローパスフィルタ１４からのアナログ信号をディジタル信号に変換する。
【００４８】
データ抽出器１６は、三角波変調信号のアップ変調に対応するタイミングの受信信号と、ダウン変調に対応するタイミングの受信信号とをそれぞれ分けてデータとして抽出し、ＦＦＴ処理器１９へ出力する。ＦＦＴ処理器１９は、データ抽出器１６で抽出されたデータをＦＦＴしてスペクトラムを算出する。
【００４９】
以上の空中線１１、方向性結合器１２、ミキサ１３、ローパスフィルタ１４、Ａ／Ｄ変換器１５、データ抽出器１６、電圧制御発振器１７、三角波発生器１８、ＦＦＴ処理器１９各々の動作は、図８に示す本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様であり、送信信号とビート信号との関係、ビート信号のスペクトラムは、それぞれ図９に示す模式図、図１０に示す模式図と同様である。
【００５０】
スペクトラムは、一定の時間毎に得られるため、時間毎に得られるスペクトラムを時系列に並べることで、高さ方向を振幅方向と考えた時間対ビート周波数の２次元平面で考えることができる。
【００５１】
図３は本発明の第１の実施の形態において横軸を周波数、縦軸を時間、振幅の大きさを各サンプル点の大きさでそれぞれ表した模式図である。図３（ａ）は、ＦＦＴ処理器１９の出力のスペクトラムを２次元平面に並べた状態を示している。図３（ａ）において、不要信号は振幅が大きいが、相対速度が０であるため、同一のビート周波数での大きな点、移動目標信号は時間方向にビート周波数が変化する中間の大きさの点、ノイズのみのサンプル点は小さな点で表している。
【００５２】
近傍の建設物や構造物等の固定物体からの反射信号は一般に強大であるが、レーダ装置が停止している場合は相対速度が０であるために、時間方向でビート周波数は変化しない。このため、正規化処理器２０は、一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に分けて時間方向にそれぞれ正規化処理を行う。
【００５３】
図２は本発明の第１の実施の形態による正規化処理を説明するための模式図である。図２においては、横軸をビート周波数、縦軸は振幅を表している。図２（ａ）は、目標信号が不要信号と重畳しないビート周波数で観測される場合の状態を示している。正規化処理は、着目する時刻の前後の振幅の平均値により、着目する時間の振幅を除算することで行う。図２（ｂ）は、図２（ａ）の正規化処理後の波形であり、図２（ｂ）に示すように、正規化処理後も目標信号がノイズより高くなるため、検出可能である。
【００５４】
一方、図２（ｃ）は、固定物体による不要信号が存在するビート周波数の振幅の時間変化を表している。不要信号は、ノイズや目標信号に比べて振幅が大きいものの、同一のビート周波数において振幅があまり変化せずに連続して存在するため、着目する時間の前後の振幅の平均値も着目する時刻の不要信号とほぼ同レベルとなる。このため、図２（ｄ）に示すように、不要信号の正規化処理誤の振幅は、ノイズレベルの正規化処理後と同等となる。
【００５５】
図３（ａ）をそれぞれのビート周波数で時間方向に正規化処理を行った結果を図３（ｂ）に示す。同一のビート周波数において連続した不要信号は、正規化処理によりノイズレベルと同等となっている。一方、目標信号は、不要信号と重畳したビート周波数のサンプル点を除くと線分上に並んでいる。
【００５６】
線分検出器２１は、正規化処理後の時間対ビート周波数の２次元平面上で線分を検出する処理を行う。２次元平面上で線分検出する技術は、画像処理等で使用される線分検出フィルタやハフ変換等の一般的な技術が使用可能である。
【００５７】
線分抽出器２１で検出された線分に対して、所定の時刻でのダウンビート周波数とアップビート周波数とを周波数推定器２２において外挿により推定する。図３（ｂ）は、着目する時刻のダウンビート周波数が不要信号に重畳して観測できなかったため、本処理により推定している例を示している。
【００５８】
距離・速度検出器２３は、（６）式、（７）式によりダウンビート周波数とアップビート周波数とから目標の距離と速度を算出するものであり、図８に示す本発明に関連するＦＭ−ＣＷレーダ装置と同じ動作である。
【００５９】
以上により、本実施の形態では、同一距離の不要信号に重畳した移動目標信号を検出できるという効果を得ることが可能となる。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置について、図４及び図５を参照して説明する。本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、低速の目標を検出することを考慮して動作する。
【００６１】
図４は本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図であり、図５は本発明の第２の実施の形態における動作を説明するための模式図である。図４において、本発明の第２の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、加算器２４を追加した以外は、図１に示す本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様である。
【００６２】
目標が低速である場合は、図５（ａ）に示すように、観測するタイミング毎に周波数が変化するのではなく、一定の間隔毎に変化する。このため、加算器２４では、観測される時間を複数の時刻毎にグループ化し、グループ毎に振幅を加算して図５（ｂ）に示すように時間間隔を広くした振幅データに変換する。
【００６３】
本実施の形態では、２次元平面上で線分抽出を行うことにより、低速目標であっても、正しく線分抽出を行うことができ、目標検出を可能とすることができる。グループ化して加算する数は、想定される速度毎に場合分けをして並列処理を行うことで、任意の速度の目標が検出可能となる。
【００６４】
次に、本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置について、図６及び図７を参照して説明する。本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、レーダ装置が車載される等により移動しながら動作する。
【００６５】
図６は本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成例を示すブロック図であり、図７は本発明の第３の実施の形態における動作を説明するための模式図である。図６において、本発明の第３の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、自車速度検出器２５と平均値算定範囲選択器２６とを追加した以外は、図１に示す本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様の構成となっており、同一構成要素には同一符号を付してある。また、同一構成要素の動作は本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置と同様である。
【００６６】
レーダ装置が移動する場合、固定物体とレーダ装置との距離が時間により変化し、ビート周波数も変化する。このため、図１に示す本発明の第１の実施の形態によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の構成では、図７（ａ）に示すように、時間方向で不要信号のビート周波数も変化して観測されるため、同一ビート周波数で正規化処理をしてもノイズレベル相当に抑圧することができない。
【００６７】
このため、本実施の形態では、まず自車速度検出器２５によりレーダ装置を搭載する車両等の自車速度を検出する。固定物体に対しては、自車速度が相対速度となる。
【００６８】
レーダ装置距離Ｒは相対速度Ｖと時間ｔとにより、
Ｒ＝Ｖ・ｔ ・・・（８）
という式で表される。
【００６９】
（２）式、（４）式、（５）式、（８）式から、ダウンビート周波数ｆＢＤは、
ｆＢＤ＝４・Δｆ・Ｖ・ｔ・ｆｍ／Ｃ＋２・ｆ０・Ｖ／Ｃ
・・・（９）
という式で表される。
【００７０】
（９）式により時間対ビート周波数の２次元平面において、固定物体の反射信号は、相対速度Ｖをパラメータとする傾きを持つ線分上に存在する。このため、平均値算定範囲制御器２６は、着目する時刻とビート周波数毎に平均値算定範囲を上記傾きの線分から選択して平均値を算定する。
【００７１】
これにより、本実施の形態では、不要信号が存在するサンプル点の振幅が選択されて正規化処理が行われるため、不要信号を抑圧して目標信号を検出することが可能となる。
【００７２】
本発明は、目標の距離と固定物体の距離との違いにのみ着目して、距離に応じて増幅利得の変更またはスレッシュホールドの変更を行う本発明に関連する技術においては困難な同一距離の不要信号に重畳した移動目標信号を検出することができるという効果がある。
【００７３】
その理由は、本発明に関連する技術が、目標の距離と固定物体の距離との違いにのみ着目していて同じ距離の目標と不要信号とを区別する考慮がされていないのに対して、移動目標が時間とともに距離が変化し、それに対応してビート周波数が変化することに着目して、本発明において、時間対ビート周波数の２次元平面においてビート周波数の検出を行うようにしたためである。
【００７４】
また、検出において、不要信号は停止していてビート周波数が変化しないのに対して、目標はビート周波数が変化することに着目して、本発明において、時間方向の正規化処理を行い、ビート周波数が変化する線分のみを検出するようにすることで、目標と不要信号とを区別できるようにしたためである。
【符号の説明】
【００７５】
１１ 空中線
１２ 方向性結合器
１３ ミキサ
１４ ローパスフィルタ
１５ Ａ／Ｄ変換器
１６ データ抽出器
１７ 電圧制御発振器
１８ 三角波発生器
１９ ＦＦＴ処理器
２０ 正規化処理器
２１ 線分検出器
２２ 周波数推定器
２３ 距離・速度検出器
２４ 加算器
２５ 自車速度検出器
２６ 平均値算定範囲選択器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三角波変調を繰り返した連続波信号を送信し、目標からの反射信号と混合することで目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数を観測し、前記ビート周波数から前記目標の距離と速度とを計算するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置であって、
前記連続波信号と前記反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理器と、
前記正規化処理器にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出器と、
前記線分検出器にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定器と、
前記周波数推定器にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出器と
を有することを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項２】
観測される時間を複数の時刻毎にグループ化し、グループ毎に振幅を加算して時間間隔を広くした振幅データに変換する加算器を前記正規化処理器の前段に配置し、
前記正規化処理器が、前記加算器にて変換された振幅データに対して前記正規化処理を行うことを特徴とする請求項１記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項３】
自車速度を検出することで固定物体に対する相対速度を検出する自車速度検出器と、
着目する時刻と前記ビート周波数毎に平均値算定範囲を、前記固定物体の反射信号が存在しかつ前記相対速度をパラメータとする線分から選択して算定する平均値算定範囲制御器とを含み、
前記正規化処理器が、前記平均値算定範囲制御器にて算定された前記平均値算定範囲において前記正規化処理を行うことを特徴とする請求項１記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項４】
三角波変調を繰り返した連続波信号を送信し、目標からの反射信号と混合することで目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数を観測し、前記ビート周波数から前記目標の距離と速度とを計算するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置に用いる移動目標信号検出方法であって、
前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、
前記連続波信号と前記反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理と、
前記正規化処理にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出処理と、
前記線分検出処理にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定処理と、
前記周波数推定処理にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出処理と
を実行することを特徴とする移動目標信号検出方法。
【請求項５】
前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、前記正規化処理の前段において、観測される時間を複数の時刻毎にグループ化し、グループ毎に振幅を加算して時間間隔を広くした振幅データに変換する加算処理を実行し、
前記正規化処理において、前記加算器にて変換された振幅データに対して前記正規化を行うことを特徴とする請求項４記載の移動目標信号検出方法。
【請求項６】
前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、
自車速度を検出することで固定物体に対する相対速度を検出する自車速度検出処理と、
着目する時刻と前記ビート周波数毎に平均値算定範囲を、前記固定物体の反射信号が存在しかつ前記相対速度をパラメータとする線分から選択して算定する平均値算定範囲制御処理とを実行し、
前記正規化処理において、前記平均値算定範囲制御処理にて算定された前記平均値算定範囲において前記正規化を行うことを特徴とする請求項４記載の移動目標信号検出方法。
【請求項１】
三角波変調を繰り返した連続波信号を送信し、目標からの反射信号と混合することで目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数を観測し、前記ビート周波数から前記目標の距離と速度とを計算するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置であって、
前記連続波信号と前記反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理器と、
前記正規化処理器にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出器と、
前記線分検出器にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定器と、
前記周波数推定器にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出器と
を有することを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項２】
観測される時間を複数の時刻毎にグループ化し、グループ毎に振幅を加算して時間間隔を広くした振幅データに変換する加算器を前記正規化処理器の前段に配置し、
前記正規化処理器が、前記加算器にて変換された振幅データに対して前記正規化処理を行うことを特徴とする請求項１記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項３】
自車速度を検出することで固定物体に対する相対速度を検出する自車速度検出器と、
着目する時刻と前記ビート周波数毎に平均値算定範囲を、前記固定物体の反射信号が存在しかつ前記相対速度をパラメータとする線分から選択して算定する平均値算定範囲制御器とを含み、
前記正規化処理器が、前記平均値算定範囲制御器にて算定された前記平均値算定範囲において前記正規化処理を行うことを特徴とする請求項１記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項４】
三角波変調を繰り返した連続波信号を送信し、目標からの反射信号と混合することで目標信号の距離と速度とに応じたビート周波数を観測し、前記ビート周波数から前記目標の距離と速度とを計算するＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅｓ）レーダ装置に用いる移動目標信号検出方法であって、
前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、
前記連続波信号と前記反射信号とを混合した信号から一定の時間毎に得られるスペクトラムを同じビート周波数毎に時間方向にそれぞれ正規化処理を行う正規化処理と、
前記正規化処理にて得られた時間対ビート周波数の２次元平面において線分検出を行う線分検出処理と、
前記線分検出処理にて検出された線分から所定の時刻のビート周波数を推定する周波数推定処理と、
前記周波数推定処理にて得られたビート周波数から目標の距離と速度とを計算する距離・速度検出処理と
を実行することを特徴とする移動目標信号検出方法。
【請求項５】
前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、前記正規化処理の前段において、観測される時間を複数の時刻毎にグループ化し、グループ毎に振幅を加算して時間間隔を広くした振幅データに変換する加算処理を実行し、
前記正規化処理において、前記加算器にて変換された振幅データに対して前記正規化を行うことを特徴とする請求項４記載の移動目標信号検出方法。
【請求項６】
前記ＦＭ−ＣＷレーダ装置が、
自車速度を検出することで固定物体に対する相対速度を検出する自車速度検出処理と、
着目する時刻と前記ビート周波数毎に平均値算定範囲を、前記固定物体の反射信号が存在しかつ前記相対速度をパラメータとする線分から選択して算定する平均値算定範囲制御処理とを実行し、
前記正規化処理において、前記平均値算定範囲制御処理にて算定された前記平均値算定範囲において前記正規化を行うことを特徴とする請求項４記載の移動目標信号検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１９４０１１（Ｐ２０１２−１９４０１１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５７３４０（Ｐ２０１１−５７３４０）
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月１１日（２０１２．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１６日（２０１１．３．１６）
【出願人】（０００００４２３７）日本電気株式会社 (19,353)
【Ｆターム（参考）】
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