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JP7282286B2 - レーダ装置、及びレーダ装置を備えた車載装置 - Google Patents

レーダ装置、及びレーダ装置を備えた車載装置 Download PDF

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Description

本開示技術は、レーダ装置に関する。
以下の特許文献1には、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式のレーダ装置が開示されている。
特許文献1に開示されているレーダ装置は、FM(Frequency Modulated)変調したレーダ信号を送信信号と局部信号とに分配し、送信信号を電磁波として送信して、物標に反射された電磁波を反射波として受信する。
特許文献1に開示されているレーダ装置は、反射波の受信信号と局部信号とを混合することで得られるビート信号のデジタルデータから、観測対象までの距離及び観測対象との相対速度を測定する。
特許文献1に開示されているレーダ装置は、AD変換部に電磁ノイズが入力されても、観測対象の検出精度の劣化を抑え、真の観測対象までの距離及び観測対象との相対速度を測定できるようにするために、以下に示す処理を実施している。
特許文献1に開示されているレーダ装置は、レーダ信号を送信している期間と、レーダ信号を送信していない期間を設ける。
特許文献1に開示されているレーダ装置は、レーダ信号を送信している期間中に得られるビート信号のデジタルデータと、レーダ信号を送信されていない期間中のAD変換部に入力される信号のデジタルデータとを用いて、観測対象を検出することで、物標の誤検知を防止している。
特許文献1に開示されているレーダ装置は、繰り返し出力されたレーダ信号を送信している期間中の複数のデジタルデータのそれぞれを距離方向にフーリエ変換することで、観測対象に係る複数の周波数スペクトルを算出し、取得した複数の周波数スペクトルを相対速度方向にフーリエ変換することで、観測対象に係る距離速度スペクトルを算出し、取得した距離速度スペクトルにおけるスペクトル値のピーク値を検出することで、距離速度情報を算出している。この距離方向のフーリエ変換は、Range-FFT、レンジFFTとも呼ばれる(本明細書では、以降「レンジFFT」と呼ぶ)。またこの相対速度方向のフーリエ変換は、Doppler-FFT、ドップラFFTとも呼ばれる(本明細書では、以降「ドップラFFT」と呼ぶ)。
また、レーダ信号を送信していない期間中の複数のデジタルデータのそれぞれをレンジFFTすることで、電磁ノイズに係る複数の周波数スペクトルを算出し、取得した複数の周波数スペクトルをドップラFFTすることで、電磁ノイズスペクトルを算出し、取得した電磁ノイズスペクトルにおけるスペクトル値のピーク値を検出することで、電磁ノイズ情報を算出している。
国際公開第2020/165952号
特許文献1に例示される先行技術に係るレーダ装置は、距離速度情報と前記電磁ノイズ情報に同じ処理を用いて観測対象を検出し、複数のフーリエ変換を行っている。
本開示技術は、レーダ装置におけるフーリエ変換の回数を減らし、信号処理負荷を軽減するレーダ装置の改良を目的としている。
本開示技術に係るレーダ装置は、チャープをレーダ信号として断続的に繰り返し出力するレーダ信号出力部と、前記レーダ信号を送信し、観測対象から反射された前記レーダ信号を反射波として受信する送受信部と、前記レーダ信号と前記反射波とからビート信号を生成するビート信号生成部と、前記ビート信号をデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、前記デジタルデータを用いて、前記観測対象のレンジと相対速度とを検出する信号処理部と、を備える。前記信号処理部は、前記デジタルデータのうち、前記レーダ信号が出力されていない期間中のものに周波数変換を行う周波数変換部と、前記デジタルデータのうち、前記レーダ信号が出力されている期間中のものと前記周波数変換部が周波数変換を行ったものとを加算しレンジFFTを行うスペクトル算出部と、前記スペクトル算出部がレンジFFTを行った結果のうち、前半部に対してドップラFFTを行う距離速度スペクトル算出部と、前記スペクトル算出部がレンジFFTを行った前記結果のうち、後半部に対してドップラFFTを行う電磁ノイズスペクトル算出部と、を含む。
本開示技術に係るレーダ装置は上記構成を備えるため、レーダ信号を送信している期間とレーダ信号を送信していない期間のレンジFFTをまとめて同時に実現でき、フーリエ変換の回数を減らすことができる。
図1は、実施の形態1に係るレーダ装置の構成を示す構成図である。 図2は、実施の形態1に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示す構成図である。 図3は、実施の形態1に係る信号処理部における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。 図4は、実施の形態1に係る信号処理部における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示す説明図である。 図5は、実施の形態2に係るレーダ装置の構成を示す構成図である。 図6は、実施の形態2に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示す構成図である。 図7は、実施の形態2に係る信号処理部における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。 図8は、実施の形態3に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示す構成図である。 図9は、実施の形態3に係る信号処理部における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。 図10は、実施の形態3に係る信号処理部における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示す説明図である。 図11は、実施の形態4に係るレーダ装置の構成を示す構成図である。 図12は、実施の形態4に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示す構成図である。 図13は、実施の形態4に係る信号処理部における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。 図14は、の実施の形態5に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示す構成図である。 図15は、実施の形態6に係るレーダ装置の信号処理部の構成を示す構成図である。 図16は、実施の形態6に係る信号処理部における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。 図17は、実施の形態6に係る信号処理部における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示す説明図である。 図18は、実施の形態7に係る車載装置の構成を示す構成図である。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1に係るレーダ装置90の構成を示す構成図である。図1が示すとおり実施の形態1に係るレーダ装置90は、レーダ信号出力部1と、送受信部4と、ビート信号生成部8と、アナログデジタル変換部11と、信号処理部12と、を含む。
レーダ信号出力部1は、制御部2と、信号源3と、を有する。
送受信部4は、分配部5と、送信アンテナ6と、受信アンテナ7と、を有する。
ビート信号生成部8は、周波数混合部9と、フィルタ部10と、を有する。
レーダ信号出力部1は、レーダ信号を生成する構成要素である。レーダ信号出力部1が生成するレーダ信号は、例えば時間の経過に伴って周波数が変化する周波数変調信号である。レーダ信号は断続的に繰り返し生成され、送受信部4へ送られる。
制御部2は、タイミング信号を発生し、レーダ装置90の各部を同期させる役割を有する。具体的に制御部2は、レーダ信号の出力タイミングを示す制御信号を信号源3及び信号処理部12のそれぞれへ出力する。
信号源3は、制御部2から出力された制御信号が示す出力タイミングに従って、例えば周波数変調信号をレーダ信号として断続的に繰り返し生成する。生成されたレーダ信号は、送受信部4の分配部5へ出力される。
送受信部4は、レーダ信号出力部1から出力されたレーダ信号を観測対象に向けて送信して、観測対象に反射されたレーダ信号を反射波として受信する。観測対象は、例えばレーダ装置90が自動車等の車両に実装されている場合、他の自動車、通行人、又は、ガードレール等が該当する。
送受信部4は、レーダ信号出力部1から出力されたレーダ信号及び反射波のそれぞれをビート信号生成部8へ出力する。
分配部5は、信号源3から出力されたレーダ信号を2つに分配し、分配後の一方のレーダ信号を送信アンテナ6に出力し、分配後の他方のレーダ信号を局部発振信号として周波数混合部9へ出力する。
送信アンテナ6は、分配部5から出力されたレーダ信号を空間に放射する。
受信アンテナ7は、送信アンテナ6からレーダ信号が空間に放射されたのち、観測対象に反射されたレーダ信号を反射波として受信し、受信した反射波の受信信号を周波数混合部9へ出力する。
ビート信号生成部8は、送受信部4からレーダ信号が送信されている期間中、観測対象に反射されたレーダ信号が受信アンテナ7によって反射波として受信されると、ビート信号を生成する。ビート信号は、送信アンテナ6から送信されたレーダ信号の周波数と、反射波の周波数との差分の周波数を有する。ビート信号は、ミキサを用いてIF信号として生成されたものでもよい。
ビート信号生成部8は、生成したビート信号をアナログデジタル変換部11へ出力する。
周波数混合部9は、分配部5から局部発振信号が出力されている期間中、局部発振信号と受信アンテナ7から出力された受信信号とを混合する。混合された信号から周波数混合部9は、局部発振信号の周波数と反射波の周波数との差分の周波数を有するビート信号を生成する。
周波数混合部9は、生成したビート信号をフィルタ部10へ出力する。
フィルタ部10は、具体的にはローパスフィルタ又はバンドパスフィルタ等によって実現される。
フィルタ部10は、周波数混合部9から出力されたビート信号に含まれているスプリアス等の不要な成分を抑圧する。不要成分が抑圧されたビート信号は、アナログデジタル変換部11へ送られる。
アナログデジタル変換部11は、レーダ信号が送信されている期間中にビート信号生成部8により生成されたビート信号をデジタルデータに変換し、信号処理部12へ出力する。
アナログデジタル変換部11は、レーダ信号が送信されていない期間中にアナログデジタル変換部11に入力される信号デジタルデータに変換し、信号処理部12へ出力する。
信号処理部12は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを用いて、観測対象までの距離及び観測対象との相対速度を算出する。
図1に示すレーダ装置90は増幅器を実装していないが、例えば、送信アンテナ6の入力側又は受信アンテナ7の出力側に増幅器を実装してもよい。
図2は、実施の形態1に係るレーダ装置90の信号処理部12の構成を示す構成図である。図2が示すとおり信号処理部12は、周波数変換部31と、スペクトル算出部41と、距離速度スペクトル算出部42と、電磁ノイズスペクトル算出部43と、距離速度情報算出部51と、電磁ノイズ情報算出部52と、検出処理部53と、を含む。
周波数変換部31は、制御部2から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されていない期間を特定する。
周波数変換部31は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、レーダ信号無と特定された期間中のデジタルデータに対し、複素数を乗算する処理を施す。複素数は、サンプリング周波数fsのn―1/2倍(nは任意の整数)の周波数(f=(n―1/2)fs)を有する振幅が1の信号に相当する複素数である。この複素数は、数式で表せばexp(jωt)である。このように時間軸で表されたデータにexp(jωt)で表される単位円上の複素数を乗算することは、周波数軸で表されたフーリエ変換の結果において、角周波数をω=2πfだけシフトすることに相当する。本開示技術は、このフーリエ変換の性質を利用する。具体的に本開示技術は、全サンプリングデータのうちレーダ信号が出力されていない期間に係るデータのみに周波数シフトを行い、区別がつくようにしている。この周波数シフト用の複素数は、以降「周波数シフト複素数」と称する。周波数シフト複素数を乗算した結果は、スペクトル算出部41へ送られる。なお、上記は周波数シフト用に複素数を乗算した場合についての説明だが、本開示技術はこれに限定したものではない。例えば上記周波数シフト複素数のうちの実部(例えばCos(ωt))を用いた場合でもよく、同様の効果が得られる。
レーダ信号無と特定された期間中、アナログデジタル変換部11からのデジタルデータは繰り返し出力される。周波数変換部31は繰り返し出力された複数のデジタルデータのそれぞれに対し、周波数シフト複素数を乗算する処理を、繰り返し実施する。
スペクトル算出部41は、制御部2から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されている期間を特定する。
スペクトル算出部41は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、レーダ信号出力中と特定された期間中のデジタルデータと周波数変換部31から得られるデジタルデータを加算する。
スペクトル算出部41は、加算したデータをレンジFFTすることで、周波数スペクトルを算出する。
レーダ信号出力中と特定された期間中、アナログデジタル変換部11からデジタルデータも周波数変換部31からのデジタルデータも、繰り返し出力される。スペクトル算出部41は上記の加算処理を、繰り返し実施する。
スペクトル算出部41は、加算したデジタルデータのそれぞれをレンジFFTすることで、複数の周波数スペクトルを算出する。
スペクトル算出部41は、算出した複数の周波数スペクトルを距離速度スペクトル算出部42及び電磁ノイズスペクトル算出部43へ出力する。
距離速度スペクトル算出部42は、スペクトル算出部41から出力された複数の周波数スペクトルを取得する。
距離速度スペクトル算出部42は、取得した複数の周波数スペクトルのうち、サンプリング周波数fsの1/2以下に相当する前半部のデータに対してドップラFFTすることで、距離速度スペクトルを算出する。
距離速度スペクトル算出部42は、距離速度スペクトルを距離速度情報算出部51へ出力する。
電磁ノイズスペクトル算出部43は、スペクトル算出部41から出力された複数の周波数スペクトルを取得する。
電磁ノイズスペクトル算出部43は、取得した複数の周波数スペクトルのうち、サンプリング周波数fsの1/2より上から1以下に相当する後半部のデータに対してドップラFFTすることで、電磁ノイズスペクトルを算出する。
電磁ノイズスペクトル算出部43は、電磁ノイズスペクトルを電磁ノイズ情報算出部52へ出力する。
距離速度情報算出部51は、距離速度スペクトル算出部42から出力された距離速度スペクトルにおけるスペクトル値のピーク値を検出する。
距離速度情報算出部51は、検出したピーク値の距離速度に係るビート周波数及びドップラ周波数のそれぞれを検出処理部53へ出力する。
電磁ノイズ情報算出部52は、電磁ノイズスペクトル算出部43から出力された電磁ノイズスペクトルにおけるスペクトル値のピーク値を検出する。
電磁ノイズ情報算出部52は、検出したピーク値の電磁ノイズの周波数及びドップラ周波数のそれぞれを検出処理部53へ出力する。
検出処理部53は、2種類の周波数を用いて真の観測対象までの距離及び観測対象との相対速度のそれぞれを算出する。2種類の周波数は、距離速度情報算出部51により算出された距離速度に係るビート周波数及びドップラ周波数と、電磁ノイズ情報算出部52により算出された電磁ノイズの周波数及びドップラ周波数と、である。
信号処理部12における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理は、以下の具体的な説明により明らかになる。
図3は、信号処理部12における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。
図4は、信号処理部12における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示す説明図である。
図4において、Lo(1),・・・,Lo(K)は、分配部5から周波数混合部9に出力された局部発振信号である。図4において発振信号はアップチャープが示されているが、これに限定するものではない。発振信号はダウンチャープでもよいし、アップチャープとダウンチャープとの組合せでもよい。本開示技術は、チャープとチャープとの間にレーザ信号が発振されないアイドル時間を有する発振信号を採用する。
Rx(1),・・・,Rx(K)は、受信アンテナ7から周波数混合部9に出力された受信信号である。
Kはチャープのインデックス番号であり、後述するドップラFFTを行う時間範囲ごとにリセットされる。すなわちKは、ドップラFFTを行う時間範囲におけるチャープの数である。Kは2以上の整数である。
図4の例では、周波数が一定の連続波の電磁ノイズがアナログデジタル変換部11に入力されている。
信号取得タイミング(1)は、レーダ信号が送信されている期間中にアナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得するタイミングを示している。信号取得タイミング(1)は、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されている期間に含まれており、信号取得タイミング(1)の長さは、局部発振信号の1周期と概ね同じ長さである。
信号取得タイミング(2)は、レーダ信号が送信されていない期間中にアナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得するタイミングを示している信号取得タイミング(2)の長さは、局部発振信号の1周期と概ね同じ長さである。
Tは、局部発振信号(Lo(k)(k=1,・・・,K))の掃引時間であり、usオーダの時間である。BWは、局部発振信号(Lo(k))の周波数帯域幅である。
図4では、説明の簡単化のために、観測対象が1つである例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、2つ以上の観測対象が存在していてもよい。図4では、説明の簡単化のために、電磁ノイズが1つである例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、2つ以上の電磁ノイズがアナログデジタル変換部11に入力されていてもよい。
周波数変換部31は、制御部2から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されていない期間を特定する。
周波数変換部31は、レーダ信号無と特定された期間に含まれている信号取得タイミング(2)において、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得する。
周波数変換部31は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、レーダ信号無と特定された期間中のデジタルデータに対して、周波数シフト複素数を乗算する。周波数シフト複素数を乗算するデータは、Nsmpl(2以上の偶数)個存在する(図3のST11で示されるステップ)。
図4では、説明の簡単化のために、周波数がf=fs/2の周波数シフト複素数を乗算した例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、周波数シフト複素数の周波数はサンプリング周波数fsのn―1/2倍(nは任意の整数)であれば良い。
スペクトル算出部41は、制御部2から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されている期間を特定する。
スペクトル算出部41は、レーダ信号出力中と特定された期間に含まれている信号取得タイミング(1)において、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得する。
スペクトル算出部41は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、レーダ信号出力中と特定された期間中のNsmpl個のデジタルデータと周波数変換部31から得られるNsmpl個のデジタルデータを加算する。
スペクトル算出部41は、前記加算したデジタルデータをNsmpl点のレンジFFTをすることで、周波数スペクトルを算出する(図3のST12で示されるステップ)。
図4において、FFT(1)は、レンジFFTを示している。デジタルデータがレンジFFTされることで、反射波の受信信号(Rx(k)(k=1,・・・,K))のスペクトル値が、以下の式(1)に示すビート周波数(Fsb_r)に積算される。
Figure 0007282286000001
式(1)において、Rはレーダ装置90から観測対象までの距離を、cは光速を、それぞれ表す。
スペクトル算出部41によって、信号取得タイミング(1)のデジタルデータがレンジFFTされることで、レーダ信号が出力されている期間の電磁ノイズのスペクトル値は、電磁ノイズの周波数がFn_rの箇所に積算される。
スペクトル算出部41によって、信号取得タイミング(2)のデジタルデータに周波数がfs/2の周波数シフト複素数が乗算される。周波数シフト複素数が乗算されたデジタルデータは、さらにレンジFFTされる。この処理工程により、レーダ信号が出力されていない期間の電磁ノイズのスペクトル値は、電磁ノイズの周波数がFn_r+fs/2の箇所に積算される。
図4の例では送信されているレーダ信号がK回であるため、スペクトル算出部41は、互いに異なるNsmpl個のデジタルデータに対し、Nsmpl点のレンジFFTをK回行う。K回のレンジFFTによりスペクトル算出部41は、Nsmpl点からなる周波数スペクトルをK個算出する。
スペクトル算出部41は、算出したK個のNsmpl点から成る周波数スペクトルを距離速度スペクトル算出部42及び電磁ノイズスペクトル算出部43にそれぞれ出力する。
距離速度スペクトル算出部42は、スペクトル算出部41から出力された複数の周波数スペクトルを取得する。
距離速度スペクトル算出部42は、取得した複数の周波数スペクトルのうち、周波数スペクトラムの前半半分(1~Nsmpl/2)のデータに対してK点のドップラFFTをする。この工程により、K点からなる距離速度スペクトルが算出される(図3のST13で示されるステップ)。
図4において、FFT(2)は、ドップラFFTを示している。距離速度スペクトル算出部42によって、K個の周波数スペクトルがドップラFFTされることで、反射波の受信信号(Rx(k))のスペクトル値が、以下の式(2)に示すドップラ周波数(Fsb _v)に積算される。
Figure 0007282286000002
式(2)において、fは局部発振信号(Lo(k))の中心周波数を、vはレーダ装置90と観測対象との相対速度を、それぞれ表す。
また、レーダ装置90と電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(Fn_v)には、電磁ノイズのスペクトル値が積算される。
図4の例では、連続波の電磁ノイズがアナログデジタル変換部11に入力されており、電磁ノイズの周波数が変化していないため、電磁ノイズのスペクトル値が、電磁ノイズの周波数(Fn_r)に積算されている。
図4では、周波数スペクトラムの前半半分(1~Nsmpl/2)のデータを用いているものが示されている。このためスペクトル算出部41は、互いに異なるK個のデジタルデータに対し、K点のドップラFFTをNsmpl/2回行い、K点からなる距離速度スペクトルをNsmpl/2個算出している。
距離速度スペクトル算出部42は、距離速度スペクトルを距離速度情報算出部51へ出力する。
電磁ノイズスペクトル算出部43は、取得した複数の周波数スペクトルのうち、周波数スペクトラムの後半半分(Nsmpl/2+1~Nsmpl)のデータに対してK点のドップラFFTを実施する。これにより、K点からなる電磁ノイズスペクトルが算出される(図3のST14で示されるステップ)。
図4において、FFT(3)は、ドップラFFTを示している。電磁ノイズスペクトル算出部43によって、レーダ装置90と電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(Fn_v)には、電磁ノイズのスペクトル値が積算される。
図4の例では、連続波の電磁ノイズがアナログデジタル変換部11に入力されており、電磁ノイズの周波数が変化していないため、電磁ノイズのスペクトル値が、電磁ノイズの周波数(Fn_r)に積算されている。
図4では、周波数スペクトラムの後半半分(Nsmpl/2+1~Nsmpl)のデータを用いているものが示されている。このため電磁ノイズスペクトル算出部43は、互いに異なるK個のデジタルデータに対し、K点のドップラFFTをNsmpl/2回行い、K点からなる電磁ノイズスペクトルをNsmpl/2個算出している。
電磁ノイズスペクトル算出部43は、電磁ノイズスペクトルを電磁ノイズ情報算出部52へ出する。
距離速度情報算出部51は、距離速度スペクトル算出部42から距離速度スペクトルを受けると、距離速度スペクトルにおけるスペクトル値のピーク値を検出する。
スペクトル値のピーク値を検出する処理自体は公知の技術であるため、ここでの詳細な説明が省略される。
距離速度情報算出部51は、検出したピーク値のビート周波数を、観測対象までの距離に対応するビート周波数(Fsb_r)として検出処理部53へ出力する。
距離速度情報算出部51は、検出したピーク値のドップラ周波数を、観測対象との相対速度に対応するドップラ周波数(Fsb_v)として検出処理部53へ出力する。
距離速度情報算出部51は、レーダ信号が出力されている期間の電磁ノイズのスペクトル値もピーク値として検出してしまう。このため距離速度情報算出部51は、電磁ノイズの周波数(Fn_r)についても、観測対象までの距離に対応するビート周波数(Fsb _r)として検出処理部53へ出力する。また、距離速度情報算出部51は、電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(Fn_v)についても、観測対象との相対速度に対応するドップラ周波数(Fsb_v)として検出処理部53へ出力する(図3のST15で示されるステップ)。
電磁ノイズ情報算出部52は、電磁ノイズスペクトル算出部43から電磁ノイズスペクトルを受けると、電磁ノイズスペクトルにおけるスペクトル値のピーク値を検出する。
スペクトル値のピーク値を検出する処理自体は公知の技術であるため、ここでの詳細な説明が省略される。
電磁ノイズ情報算出部52は、レーダ信号が出力されていない期間の電磁ノイズのスペクトル値をピーク値として検出する。このため電磁ノイズ情報算出部52は、電磁ノイズの周波数(Fn_r)についても、観測対象までの距離に対応するビート周波数(Fsb _r)として検出処理部53へ出力する。ここで、スペクトル算出部41の出力時のレーダ信号が出力されていない期間の電磁ノイズのスペクトル値の周波数はFn_r+fs/2であることに留意する。電磁ノイズスペクトル算出部43は、ドップラFFTの際に、第1の周波数スペクトラムの後半半分(Nsmpl/2+1~Nsmpl)のデータを用いる。このため電磁ノイズのスペクトル値の周波数はFn_r+fs/2―fs/2=Fn_rとなる。また、電磁ノイズ情報算出部52は、電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(Fn_v)についても、観測対象との相対速度に対応するドップラ周波数(Fsb_v)として検出処理部53へ出力する(図3のST16で示されるステップ)。
検出処理部53は、距離速度情報算出部51から出力されたビート周波数(Fsb_r)及びドップラ周波数(Fsb_v)の組を取得する。
図4の距離速度情報算出結果の例では、1つの観測対象と、1つの電磁ノイズとに対応する2つのピークがあるため、検出処理部53は、距離速度情報算出部51から、ビート周波数(Fsb_r)及びドップラ周波数(Fsb_v)の組を2つ取得する。
検出処理部53は、電磁ノイズ情報算出部52から出力された電磁ノイズの周波数(Fn_r)及びドップラ周波数(Fn_v)の組を取得する。
図4の電磁ノイズ情報算出結果の例では、1つの電磁ノイズに対応する1つのピークがあるため、検出処理部53は、電磁ノイズ情報算出部52から、電磁ノイズの周波数(Fn_r)及びドップラ周波数(Fn_v)の組を1つ取得する。
検出処理部53は、距離速度情報算出部51から取得した2つの組の情報と、電磁ノイズ情報算出部52から取得した1つの組の情報とを比較する。
ビート周波数(Fsb_r)及びドップラ周波数(Fsb_v)の2つの組のうち、一方の組は、電磁ノイズ情報算出部52から取得した電磁ノイズの周波数(Fn_r)及びドップラ周波数(Fn_v)の1つの組と一致する。
具体的には、2つのビート周波数(Fsb_r)のうち、1つのビート周波数(Fsb _r)は、電磁ノイズの周波数(Fn_r)と一致する。また、電磁ノイズの周波数(Fn_r)と一致しているビート周波数(Fsb_r)に対応するドップラ周波数(Fsb _v)は、ドップラ周波数(Fn_v)と一致する。
検出処理部53は、図4に示すように、ビート周波数(Fsb_r)及びドップラ周波数(Fsb_v)における2つの組のうち、電磁ノイズの周波数(Fn_r)及びドップラ周波数(Fn_v)の組と一致する組を破棄する。
図4の検出処理結果は、観測対象までの距離に対応するビート周波数(Fsb_r)及び観測対象との相対速度に対応するドップラ周波数(Fsb_v)を示す説明図である。
検出処理部53は、破棄せずに残っている組に含まれているビート周波数(Fsb_r)から観測対象までの距離を算出する。
検出処理部53は、破棄せずに残っている組に含まれているドップラ周波数(Fsb_ )から観測対象との相対速度を算出する(図3のST17で示されるステップ)。
ビート周波数(Fsb_r)から観測対象までの距離を算出する処理自体は公知の技術であるため、ここでの詳細な説明が省略される。また、ドップラ周波数(Fsb_v)から観測対象との相対速度を算出する処理自体も公知の技術であるため、ここでの詳細な説明が省略される。
以上のとおり実施の形態1に係るレーダ装置90は上記構成を備えるため、レーダ信号を送信している期間とレーダ信号を送信していない期間のデジタルデータに対するレンジFFTをまとめて同時に実現できる。このため実施の形態1に係るレーダ装置90は、フーリエ変換の回数が従来に比べ少なくでき、観測対象の検出精度の劣化を抑えることができる。
実施の形態2.
実施の形態1に係るレーダ装置90では、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、レーダ信号が送信されていない期間中のデジタルデータに対する周波数変換処理を、信号処理部12の周波数変換部31で行っている。
実施の形態2に係るレーダ装置90は、周波数変換部62を備える。周波数変換部62は、例えばアナログ回路で構成されてもよい。
実施の形態2では、区別のため明記する場合を除き、実施の形態1で用いた構成要素の符号と同じ符号が用いられる。また実施の形態2では、実施の形態1と重複する説明が適宜省略される。
図5は、実施の形態2に係るレーダ装置90の構成を示す構成図である。図5が示すとおり実施の形態2に係るレーダ装置90は、それぞれ実施の形態1とは異なる制御部61、周波数変換部62、及び信号処理部68を備える。
制御部61は、レーダ信号の出力を指示する制御信号(1)を信号源3へ出力する。信号源3は、制御部61から制御信号(1)を受けると、連続波の周波数変調信号をレーダ信号として分配部5へ出力する。
また、制御部61は、レーダ信号の出力タイミングを示す制御信号(2)を周波数変換部62及び信号処理部68のそれぞれへ出力する。
周波数変換部62は、第1のスイッチ63、第2のスイッチ64、周波数混合部65、フィルタ部66及び第2信号源67を備えている。
第1のスイッチ63は、一端が第2のスイッチ64における出力側の一端と接続されて、他端が周波数混合部65の入力側と接続されている。
第1のスイッチ63は、制御部61から出力された制御信号(2)が示す出力タイミングに従って、レーダ信号が出力している期間は第2のスイッチ64の入力側と、レーダ信号が出力していない期間は周波数混合部65の入力側と、を繰り返し切り換える。
周波数混合部65は、第1のスイッチ63から出力されたビート信号と第2信号源67から出力された局部発振信号を混合することで、第1のスイッチ63から出力された周波数と、局部発振信号の周波数との差分の周波数を有する第2のビート信号を生成する。
周波数混合部65は、生成した第2のビート信号をフィルタ部66へ出力する。
フィルタ部66は、LPF又はBPF等によって実現される。
フィルタ部66は、周波数混合部65から出力された第2のビート信号に含まれているスプリアス等の不要な成分を抑圧し、不要成分抑圧後の第2のビート信号を第2のスイッチ64へ出力する。
第2信号源67は、局部発振器又はPLL(Phase Locked Loop)シンセサイザ等によって実現される。また第2信号源67は、アナログデジタル変換部11のクロック信号と共通化し、分周期又は逓倍器を用いて実現しても良い。
第2信号源67は、サンプリング周波数fsのn―1/2倍(nは任意の整数)の周波数(f=(n―1/2)fs)の局部発振信号を周波数混合部65へ出力する。
実施の形態1においては周波数がfの周波数シフト複素数が用いられ、レーダ信号が出力されていない期間に係るデータのみに周波数シフトがなされた。実施の形態2においては周波数がfの局部発振信号が周波数変換処理に用いられる。実施の形態2において見られる状況は、単一周波数の局部発信信号の振動が、レーダ信号が出力されていない期間に係る受信信号によって振幅変調されている、とも言える。振幅変調において変調される側の振動は、運搬波と呼ばれる。
第2のスイッチ64は、一端が第1のスイッチ63における出力側の一端と接続されて、他端がフィルタ部66の出力側と接続されている。
第2のスイッチ64は、制御部61から出力された制御信号(2)が示す出力タイミングに従って、レーダ信号が出力している期間は第1のスイッチ63の出力側と、レーダ信号が出力していない期間はフィルタ部66の出力側とを繰り返し切り換える。
第2のスイッチ64は、レーダ信号が出力している期間はビート信号を、レーダ信号が出力していない期間は第2のビート信号を、アナログデジタル変換部11へ出力する。
信号処理部68は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを用いて、観測対象までの距離及び観測対象との相対速度のそれぞれを算出する。
実施の形態2に係るレーダ装置90の動作は、図5~図7に沿った以下の説明により明らかになる。
図6は、実施の形態2に係るレーダ装置90の信号処理部68の構成示す構成図である。図6が示すとおり実施の形態2に係るレーダ装置90の信号処理部68は、実施の形態1とは異なるスペクトル算出部44を備える。信号処理部68は、実施の形態1に係る周波数変換部31及びスペクトル算出部41に代えてスペクトル算出部44を備える。
スペクトル算出部44は、制御部61から出力された制御信号(2)を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されている期間と、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されていない期間とを特定する。
スペクトル算出部44は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、デジタルデータ(A)とデジタルデータ(B)とを加算する。デジタルデータ(A)は、レーダ信号出力中と特定された期間中のデジタルデータである。デジタルデータ(B)は、レーダ信号無と特定された期間中のデジタルデータである。
スペクトル算出部44は、加算したデータをレンジFFTすることで、周波数スペクトルを算出する。
スペクトル算出部44は、アナログデジタル変換部11からデジタルデータが繰り返し出力されるため、繰り返しデジタルデータ(A)とデジタルデータ(B)とを加算する。デジタルデータ(A)は、レーダ信号が出力されている期間中のデジタルデータである。デジタルデータ(B)は、レーダ信号が出力されていない期間中のデジタルデータである。
スペクトル算出部44は、加算したデジタルデータのそれぞれをレンジFFTすることで、複数の周波数スペクトルを算出する。
スペクトル算出部44は、算出した複数の周波数スペクトルを距離速度スペクトル算出部42及び電磁ノイズスペクトル算出部43へ出力する。
図7は、実施の形態2に係る信号処理部68における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。
スペクトル算出部44は、制御部61から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されている期間と、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されていない期間とを特定する。
スペクトル算出部44は、レーダ信号出力中と特定された期間に含まれている信号取得タイミング(1)において、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得する。
スペクトル算出部44は、レーダ信号無と特定された期間に含まれている信号取得タイミング(2)において、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得する。
スペクトル算出部44は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、デジタルデータ(A)とデジタルデータ(B)とを加算する。デジタルデータ(A)は、レーダ信号出力中と特定された期間中のNsmpl個のデジタルデータである。デジタルデータ(B)は、レーダ信号無と特定された期間中のNsmpl個のデジタルデータである。
スペクトル算出部44は、前記加算したデジタルデータをNsmpl点のレンジFFTをすることで、周波数スペクトルを算出する(図7のST21で示されるステップ)。
スペクトル算出部44は、実施の形態1の構成のものと同様に、互いに異なるNsmp 個のデジタルデータに対し、Nsmpl点のレンジFFTをK回行い、Nsmpl点からなる周波数スペクトルをK個算出する。算出された周波数スペクトルは、距離速度スペクトル算出部42及び電磁ノイズスペクトル算出部43へ出力される。
以上のとおり実施の形態2に係るレーダ装置90は上記の構成を備えるため、レーダ信号を送信している期間とレーダ信号を送信していない期間のデジタルデータに対するレンジFFTをまとめて同時に実現できる。これにより実施の形態2に係るレーダ装置90は、実施の形態1の構成のものと同様に、フーリエ変換の回数が従来と比較して少なくでき、観測対象の検出精度の劣化を抑えることができる。
実施の形態3.
実施の形態3に係るレーダ装置90は、レーダ信号が出力していない期間中のビート信号に対し変復調処理を行う。このことにより、レーダ信号を送信している期間とレーダ信号を送信していない期間との双方の期間のデジタルデータに対し、まとめて同時にレンジFFTが実施できる。まとめてのレンジFFTは、実施の形態3に係る信号処理部71で行われる。
実施の形態3では、区別のため明記する場合を除き、既出の実施の形態で用いた構成要素の符号と同じ符号が用いられる。また実施の形態3では、既出の実施の形態と重複する説明が適宜省略される。
図8は、実施の形態3に係るレーダ装置90の信号処理部71の構成を示す構成図である。図8が示すとおり実施の形態3に係る信号処理部71は、実施の形態1に係る周波数変換部31に代えて変調部32及び復調部33を備える。
レーダ装置90の実施の形態3に特有の動作は、以下の説明により明らかになる。
図8に示される変調部32は、制御部2から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されていない期間を特定する。
変調部32は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、レーダ信号無と特定された期間中のデジタルデータに対し、変調処理を行い、スペクトル算出部45へ出力する。
変調部32は、アナログデジタル変換部11からレーダ信号無と特定された期間中のデジタルデータが繰り返し出力されるため、繰り返し出力された複数のデジタルデータのそれぞれに対し変調処理を行う。変調処理された複数のデジタルデータは、それぞれスペクトル算出部45へ出力される。
スペクトル算出部45は、制御部2から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されている期間を特定する。
スペクトル算出部45は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、デジタルデータ(A)とデジタルデータ(B’)とを加算する。デジタルデータ(A)は、レーダ信号出力中と特定された期間中のデジタルデータである。デジタルデータ(B’)は、変調部32から得られるデジタルデータである。
スペクトル算出部45は、加算したデータをレンジFFTすることで、周波数スペクトルを算出する。
レーダ信号出力中と特定された期間中、アナログデジタル変換部11からのデジタルデータも変調部32からのデジタルデータも、繰り返し出力される。スペクトル算出部45は上記の加算処理を、繰り返し実施する。
スペクトル算出部45は、加算したデジタルデータのそれぞれをレンジFFTすることで、複数の周波数スペクトルを算出する。
スペクトル算出部45は、算出した複数の周波数スペクトルを距離速度スペクトル算出部42及び復調部33へ出力する。
復調部33は、スペクトル算出部45から出力された周波数スペクトルに対し、復調処理を行い、電磁ノイズスペクトル算出部46へ出力する。
周波数スペクトルは、スペクトル算出部45から繰り返し出力される。復調部33は、繰り返し出力された複数の周波数スペクトルのそれぞれに対し、復調処理を実施する。復調処理された複数の周波数スペクトルは、電磁ノイズスペクトル算出部46へ出力される。
電磁ノイズスペクトル算出部46は、復調部33から出力された複数の周波数スペクトルを取得する。
電磁ノイズスペクトル算出部46は、取得した複数の周波数スペクトルのうち、サンプリング周波数fsの1/2以下に相当する前半部のデータに対してドップラFFTする。これにより、電磁ノイズスペクトルが算出される。
電磁ノイズスペクトル算出部46は、電磁ノイズスペクトルを電磁ノイズ情報算出部52へ出力する。
図9は、実施の形態3に係る信号処理部71における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。
図10は、実施の形態3に係る信号処理部71における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示す説明図である。
変調部32は、制御部2から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されていない期間を特定する。
変調部32は、レーダ信号無と特定された期間に含まれている信号取得タイミング(2)において、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得する。
変調部32は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、レーダ信号無と特定された期間中のNsmpl(2以上の偶数)個のデジタルデータに対し、変調処理を行う(図9のST31で示されるステップ)。
説明の簡単化のために図10は、1又は-1を乗算する変調例を示している。しかし、これは一例に過ぎず、他の変調方式を用いても良い。
スペクトル算出部45は、制御部2から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されている期間を特定する。
スペクトル算出部45は、レーダ信号出力中と特定された期間に含まれている信号取得タイミング(1)において、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得する。
スペクトル算出部45は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、レーダ信号出力中と特定された期間中のNsmpl個のデジタルデータと変調部32から得られるNsmpl個のデジタルデータとを加算する。
スペクトル算出部45は、前記加算したデジタルデータをNsmpl点のレンジFFTをすることで、周波数スペクトルを算出する(図9のST32で示されるステップ)。
図10において、FFT(1)は、レンジFFTを示している。デジタルデータがレンジFFTされることで、反射波の受信信号(Rx(k)(k=1,・・・,K))のスペクトル値が、式(1)に示すビート周波数(Fsb_r)に積算される。
スペクトル算出部45によって、信号取得タイミング(1)のデジタルデータがレンジFFTされることで、レーダ信号が出力されている期間の電磁ノイズのスペクトル値は、電磁ノイズの周波数がFn_rの箇所に積算される。
スペクトル算出部45によって、信号取得タイミング(2)のデジタルデータがレンジFFTされることで、レーダ信号が出力されていない期間の電磁ノイズのスペクトル値は、電磁ノイズの周波数がFn_rの箇所に積算される。
スペクトル算出部45は、実施の形態1の構成のものと同様に、互いに異なるNsmp 個のデジタルデータに対し、Nsmpl点のレンジFFTをK回行う。K回のレンジFFTにより、Nsmpl点からなる周波数スペクトルがK個算出される。算出された周波数スペクトルは、距離速度スペクトル算出部42及び復調部33へ出力される。
復調部33は、スペクトル算出部45から出力された周波数スペクトルを取得する。
復調部33は、取得した周波数スペクトルに対し、変調部32の変調処理に合わせた復調処理を行う(図9のST33で示されるステップ)。
説明の簡単化のために図10は、変調処理で乗算した1又は-1に-1を乗算することで復調する例を示している。
復調部33は、復調した第1の周波数スペクトルを電磁ノイズスペクトル算出部46へ出力する。
電磁ノイズスペクトル算出部46は、復調部33から出力された複数の復調した第1の周波数スペクトルを取得する。
距離速度スペクトル算出部42は、スペクトル算出部45から出力された複数の周波数スペクトルを取得する。
距離速度スペクトル算出部42は、取得した複数の周波数スペクトルのうち、周波数スペクトラムの前半半分(1~Nsmpl/2)のデータに対してK点のドップラFFTをする。このことにより、K点からなる距離速度スペクトルが算出される(図9のST13で示されるステップ)。
図10において、FFT(2)は、ドップラFFTを示している。距離速度スペクトル算出部42によって、K個の周波数スペクトルがドップラFFTされることで、反射波の受信信号(Rx(k))のスペクトル値が、式(2)に示すドップラ周波数(Fsb_v)に積算される。
レーダ装置90とレーダ信号出力中の電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(Fn_v)には、電磁ノイズのスペクトル値が積算される。実施の形態1に係る図4の例では、連続波の電磁ノイズがアナログデジタル変換部11に入力されており、電磁ノイズの周波数が変化していないため、電磁ノイズのスペクトル値が、電磁ノイズの周波数(Fn_r)に積算されている。
また、レーダ装置90とレーダ信号無の電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数は、変調処理が施されているため、積算されずに拡散される。
図10は、第1の周波数スペクトラムの前半半分(1~Nsmpl/2)のデータを用いている例を示している。この例でのスペクトル算出部41は、互いに異なるK個のデジタルデータに対し、K点のドップラFFTをNsmpl/2回行う。ドップラFFTを行うことによりスペクトル算出部45は、K点からなる距離速度スペクトルをNsmpl/2個算出する。
距離速度スペクトル算出部42は、距離速度スペクトルを距離速度情報算出部51へ出力する。
電磁ノイズスペクトル算出部46は、取得した複数の復調した周波数スペクトルのうち、前半半分(1~Nsmpl/2)のデータに対してK点のドップラFFTを行う。ドップラFFTを行うことにより電磁ノイズスペクトル算出部46は、K点からなる電磁ノイズスペクトルを算出する(図9のST35で示されるステップ)。
図10において、FFT(3)は、ドップラFFTを示している。電磁ノイズスペクトル算出部46によって、レーダ装置90とレーダ信号無の電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(Fn_v)には、電磁ノイズのスペクトル値が積算される。図10の例では、連続波の電磁ノイズがアナログデジタル変換部11に入力されており、電磁ノイズの周波数が変化していないため、電磁ノイズのスペクトル値が、電磁ノイズの周波数(Fn_r)に積算されている。
図10において、反射波の受信信号(Rx(k))のスペクトル値は、復調処理が施されているため、ドップラ周波数は積算されずに、拡散される。
また、レーダ装置90とレーダ信号を送信している期間の受信信号と電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数は、復調処理が施されているため、積算されずに拡散される。
図10は、周波数スペクトラムの前半半分(1~Nsmpl/2)のデータを用いている例を示している。この例での電磁ノイズスペクトル算出部46は、互いに異なるK個のデジタルデータに対し、K点のドップラFFTをNsmpl/2回行う。ドップラFFTを行うことにより電磁ノイズスペクトル算出部46は、K点からなる電磁ノイズスペクトルをNsmpl/2個算出する。
電磁ノイズスペクトル算出部46は、電磁ノイズスペクトルを電磁ノイズ情報算出部52へ出力する。
以上のとおり実施の形態3に係るレーダ装置90は上記構成を備えるため、レーダ信号を送信している期間とレーダ信号を送信していない期間のデジタルデータに対するレンジFFTをまとめて同時に実現できる。これにより実施の形態3に係るレーダ装置90は、既出の実施の形態のものと同様に、フーリエ変換の回数が従来と比較して少なくでき、観測対象の検出精度の劣化を抑えることができる。
実施の形態4.
実施の形態3は、レーダ信号が送信されていない期間中のデジタルデータに対する変調処理を、信号処理部71の変調部32で行う構成を備える。
実施の形態4に係るレーダ装置90は、変調処理部82を備える。変調処理部82は、例えばアナログ回路で構成されてもよい。
実施の形態4では、区別のため明記する場合を除き、既出の実施の形態で用いた構成要素の符号と同じ符号が用いられる。また実施の形態4では、既出の実施の形態と重複する説明が適宜省略される。
図11は、実施の形態4に係るレーダ装置90の構成を示す構成図である。図11が示すとおり実施の形態4に係るレーダ装置90は、実施の形態1の構成に加え、変調処理部82を含む。
変調処理部82は、第1のスイッチ83と、第2のスイッチ84と、変調部85と、を有する。
制御部81は、レーダ信号の出力を指示する制御信号(1)を信号源3へ出力する。信号源3は、制御部81から制御信号(1)を受けると、連続波の周波数変調信号をレーダ信号として分配部5へ出力する。
また、制御部81は、レーダ信号の出力タイミングを示す制御信号(2)を変調処理部82及び信号処理部86のそれぞれへ出力する。
第1のスイッチ83は、一端が第2のスイッチ84における出力側の一端と接続されて、他端が変調部85の入力側と接続されている。
第1のスイッチ83は、制御部81から出力された制御信号(2)が示す出力タイミングに従って、レーダ信号が出力している期間は第2のスイッチ84の入力側と、レーダ信号が出力していない期間は変調部85の入力側と、を繰り返し切り換える。
変調部85は、第1のスイッチ83から出力されたビート信号に対し、変調処理を行い第2のビート信号を生成する。
変調部85は、生成した第2のビート信号を第2のスイッチ84へ出力する。
第2のスイッチ84は、制御部81から出力された制御信号(2)が示す出力タイミングに従って、レーダ信号が出力している期間は第1のスイッチ83の出力側と、レーダ信号が出力していない期間は変調部85の出力側とを繰り返し切り換える。
第2のスイッチ84は、レーダ信号が出力している期間はビート信号を、レーダ信号が出力していない期間は第2のビート信号を、アナログデジタル変換部11へ出力する。
信号処理部86は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを用いて、観測対象までの距離及び観測対象との相対速度のそれぞれを算出する。
図12は、実施の形態4に係るレーダ装置90の信号処理部86の構成を示す構成図である。実施の形態4に特有の動作は、以下の図に沿った説明により明らかになる。
図12に示すスペクトル算出部47は、制御部81から出力された制御信号(2)を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されている期間と、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されていない期間とを特定する。
スペクトル算出部47は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、デジタルデータ(A)とデジタルデータ(B)とを加算する。デジタルデータ(A)は、レーダ信号出力中と特定された期間中のデジタルデータである。デジタルデータ(B)は、レーダ信号無と特定された期間中のデジタルデータである。
スペクトル算出部47は、加算したデータをレンジFFTすることで、周波数スペクトルを算出する。
スペクトル算出部47は、アナログデジタル変換部11からデジタルデータが繰り返し出力されるため、繰り返しとデジタルデータ(A)とデジタルデータ(B)とを加算する。
スペクトル算出部47は、加算したデジタルデータのそれぞれをレンジFFTすることで、複数の周波数スペクトルを算出する。
スペクトル算出部47は、算出した複数の周波数スペクトルを距離速度スペクトル算出部42及び復調部33へ出力する。
図13は、実施の形態4に係る信号処理部86における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。
スペクトル算出部47は、制御部81から出力された制御信号を参照して、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されている期間と、レーダ信号出力部1からレーダ信号が出力されていない期間とを特定する。
スペクトル算出部47は、レーダ信号出力中と特定された期間に含まれている信号取得タイミング(1)において、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得する。
スペクトル算出部47は、レーダ信号無と特定された期間に含まれている信号取得タイミング(2)において、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータを取得する。
スペクトル算出部47は、アナログデジタル変換部11から出力されたデジタルデータのうち、デジタルデータ(A)とデジタルデータ(B)とを加算する。デジタルデータ(A)は、レーダ信号出力中と特定された期間中のNsmpl個のデジタルデータである。デジタルデータ(B)は、レーダ信号無と特定された期間中のNsmpl個のデジタルデータである。
スペクトル算出部47は、前記加算したデジタルデータをNsmpl点のレンジFFTをすることで、周波数スペクトルを算出する(図13のST41で示されるステップ)。
スペクトル算出部47は、実施の形態3の構成のものと同様に、互いに異なるNsmp 個のデジタルデータに対し、Nsmpl点のレンジFFTをK回行い、Nsmpl点からなる第1の周波数スペクトルをK個算出する。算出された周波数スペクトルは、距離速度スペクトル算出部42及び復調部33へ出力される。
以上のとおり実施の形態4に示すレーダ装置90は上記構成を備えるため、レーダ信号を送信している期間とレーダ信号を送信していない期間のデジタルデータに対するレンジFFTをまとめて同時に実現できる。これにより実施の形態4に係るレーダ装置90は、既出の実施の形態のものと同様に、フーリエ変換の回数が従来と比較して少なくでき、観測対象の検出精度の劣化を抑えることができる。
実施の形態5.
図14は、の実施の形態5に係るレーダ装置90の信号処理部12の構成を示す構成図である。図14に示されるとおり実施の形態5に係る信号処理部12は、実施の形態1の構成と実施の形態3の構成とを同時に備えるものである。具体的に実施の形態5に係る信号処理部12は、上流から順に周波数変換部31と、変調部32と、スペクトル算出部41と、復調部33と、を有する。
実施の形態1と実施の形態3とを組み合わせる構成は、レンジFFTにおいて、折り返しのピーク周波数が生じる場合、及びフロアノイズが大きい場合に、特に効果を奏する。
このように実施の形態5は実施の形態1と実施の形態3とを組み合わせたものだが、本明細書で示した実施の形態の組合せはこれに限定されるものではない。
実施の形態1と実施の形態4、実施の形態2と実施の形態3、及び実施の形態2と実施の形態4、等の組合せの構成も、折り返しのピーク周波数が生じる場合、及びフロアノイズが大きい場合に、特に効果を奏する。
実施の形態6.
実施の形態6に係るレーダ装置90は、電磁ノイズスペクトル算出部48に特徴がある。実施の形態6に係る電磁ノイズスペクトル算出部48は、距離速度情報算出部51で得られたビート周波数に基づいて、電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(Fn_v)を算出するためのデジタルデータの処理範囲を限定する。
実施の形態6では、区別のため明記する場合を除き、既出の実施の形態で用いた構成要素の符号と同じ符号が用いられる。また実施の形態6では、既出の実施の形態と重複する説明が適宜省略される。
図15は、実施の形態6に係るレーダ装置90の信号処理部12の構成を示す構成図である。図15が示すとおり実施の形態6に係る信号処理部12は、実施の形態6に特有の電磁ノイズスペクトル算出部48を有する。
距離速度情報算出部51は、実施の形態1と同様に、距離速度スペクトル算出部42から得られる距離速度スペクトルを用いて、2種類の周波数を算出する。算出される周波数は、観測対象までの距離に対応するビート周波数(Fsb_r)及び観測対象との相対速度に対応するドップラ周波数(Fsb_v)のそれぞれである。
距離速度情報算出部51は、実施の形態1と同様に、レーダ信号が出力されている期間の電磁ノイズのスペクトル値もピーク値として検出してしまう。このため、電磁ノイズの周波数(Fn_r)も、観測対象までの距離に対応するビート周波数(Fsb_r)として算出されてしまう。また、距離速度情報算出部51は、電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(Fn_v)についても、観測対象との相対速度に対応するドップラ周波数(Fsb_v)として算出する。
距離速度情報算出部51は、算出したビート周波数(Fsb_r)及び算出したドップラ周波数(Fsb_v)のそれぞれを検出処理部53へ出力する。
また、距離速度情報算出部51は、算出したビート周波数(Fsb_r)を電磁ノイズスペクトル算出部48へ出力する。
電磁ノイズスペクトル算出部48は、距離速度情報算出部51により1つ以上のビート周波数が入力された場合、入力されたビート周波数情報に基づいて、取得した複数の周波数スペクトルのデジタルデータの範囲を限定し、K点のドップラFFTを行う。このことで、K点からなる電磁ノイズスペクトルが算出される。
電磁ノイズスペクトル算出部48は、算出した電磁ノイズスペクトルを電磁ノイズ情報算出部52へ出力する。
実施の形態6に特有の信号処理部12の動作は、以下の説明により明らかになる。前述のとおり実施の形態6に係る信号処理部12の構成は、電磁ノイズスペクトル算出部48以外は実施の形態1と同様である。実施の形態6に特有の動作は、電磁ノイズスペクトル算出部48が行う第3の周波数スペクトラムの算出処理である。
図16は、実施の形態6に係る信号処理部12における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示すフローチャートである。
図17は、信号処理部12における観測対象までの距離及び観測対象との相対速度の算出処理を示す説明図である。
距離速度情報算出部51は、実施の形態1と同様に、観測対象までの距離に対応するビート周波数(Fsb_r)及び観測対象との相対速度に対応するドップラ周波数(Fsb _v)のそれぞれを算出する。
距離速度情報算出部51は、実施の形態1と同様に、算出したビート周波数(Fsb_ )及び算出したドップラ周波数(Fsb_v)のそれぞれを検出処理部53へ出力する。
また、距離速度情報算出部51は、算出したビート周波数(Fsb_r)の情報を電磁ノイズスペクトル算出部48へ出力する。
電磁ノイズスペクトル算出部48は、距離速度情報算出部51がビート周波数(Fsb _r)の情報を出力すると、ビート周波数(Fsb_r)の情報を取得する。
電磁ノイズスペクトル算出部48は、スペクトル算出部41がK個の周波数スペクトルを出力すると、K個の周波数スペクトルを取得する。
電磁ノイズスペクトル算出部48は、距離速度情報算出部51から入力されたビート周波数(Fsb_r)の情報に対応するデジタルデータのみを用いて、実施の形態1と同様に、取得したK個の周波数スペクトルをドップラFFTする。これにより、電磁ノイズに係る電磁ノイズスペクトルが算出される(図16のST51で示されるステップ)。
図17においてFFT(3)は、ドップラFFTを示している。電磁ノイズスペクトル算出部48によって、距離速度情報算出部51から入力されたビート周波数(Fsb_r)の情報に対応するデジタルデータのみを用いて、K個の第1の周波数スペクトルがドップラFFTされる。これにより、電磁ノイズのスペクトル値が、電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(Fn_v)に積算される。
図17は、距離速度情報算出部51から取得したビート周波数情報が2個の場合を例示している。この場合、2か所のデジタルデータに対してドップラFFTがなされ、2個の電磁ノイズスペクトルが算出される。
電磁ノイズスペクトル算出部48は、算出した2個の電磁ノイズスペクトルを電磁ノイズ情報算出部52へ出力する。
以上のとおり実施の形態6に係るレーダ装置90は上記の構成を備えるため、実施の形態1で示した構成に比べも少ない回数のフーリエ変換で、観測対象の検出精度の劣化を抑えることができる。また、実施の形態6で述べた態様を、実施の形態2から実施の形態5までのいずれかに適用しても同様の効果が得られる。
実施の形態7.
実施の形態7に係る車載装置は、実施の形態1~6で例示した本開示技術に係るレーダ装置90を実装している車載装置である。
実施の形態7では、区別のため明記する場合を除き、既出の実施の形態で用いた構成要素の符号と同じ符号が用いられる。また実施の形態7では、既出の実施の形態と重複する説明が適宜省略される。
図18は、実施の形態7に係る車載装置の構成を示す構成図である。図18が示すとおり車載装置は、レーダ装置90を有する。またレーダ装置90は、車載装置の外にある自動車の制御ユニット91へ出力結果を送るように構成されている。
レーダ装置90は、検出処理部53により算出された観測対象までの距離及び観測対象との相対速度のそれぞれを自動車の制御ユニット91へ出力する。
また、レーダ装置90は、電磁ノイズ情報算出部52により算出された電磁ノイズの周波数(Fn_r)及び電磁ノイズの発生源との相対速度に対応するドップラ周波数(F _v)のそれぞれを自動車の制御ユニット91へ出力する。
自動車の制御ユニット91は、自動車のエンジン、ステアリング又はブレーキ等を制御する装置である。
実施の形態7に係る車載装置の動作は、以下の説明により明らかになる。
レーダ装置90は、検出処理部53が、観測対象までの距離及び観測対象との相対速度のそれぞれを算出すると、観測対象までの距離及び観測対象との相対速度のそれぞれを自動車の制御ユニット91へ出力する。
電磁ノイズの周波数(Fn_r)及びドップラ周波数(Fn_v)は、それぞれ電磁ノイズ情報算出部52により算出される。レーダ装置90は、算出された電磁ノイズの周波数(Fn_r)及びドップラ周波数(Fn_v)のそれぞれを自動車の制御ユニット91へ出力する。
自動車の制御ユニット91は、レーダ装置90から取得した観測対象までの距離及び観測対象との相対速度のそれぞれに基づいて、例えば車載装置を備える自動車と観測対象との衝突の危険性を判定する。衝突の危険性を判定する方法は、どのような判定方法でもよい。自動車の制御ユニット91は、公知の判定方法を用いてよい。
自動車の制御ユニット91は、衝突の危険性があると判定したときに、例えば、自動車のブレーキを自動的に作動してもよい。
また、自動車の制御ユニット91は、衝突の危険性があると判定したときに、例えば、自動車の進行方向が切り換わるように、ステアリングを制御してもよい。
また、自動車の制御ユニット91は、図示せぬセンサにより検知されたセンサ情報と、取得した観測対象までの距離及び取得した観測対象との相対速度とを組み合わせに基づいて、例えば、自動車の自動運転を実施してもよい。
自動車の制御ユニット91は、レーダ装置90から出力された電磁ノイズの周波数(Fn_r)及びドップラ周波数(Fn_v)のそれぞれに基づいて、信頼性を判定するように構成されていてもよい。判定する信頼性の対象は、例えば、取得した観測対象までの距離及び取得した観測対象との相対速度のそれぞれとしてよい。信頼性を判定する方法は、どのような判定方法でもよい。自動車の制御ユニット91は、公知の判定方法を用いてよい。
自動車の制御ユニット91は、信頼性が高いと判定した場合、取得した観測対象までの距離及び取得した観測対象との相対速度のそれぞれを用いて、例えば、自動車の自動運転を実施してもよい。
自動車の制御ユニット91は、信頼性が低いと判定した場合、例えば、自動車の自動運転を実施する際、取得した観測対象までの距離及び取得した観測対象との相対速度のそれぞれを使用しないようにしてよい。
以上のとおり実施の形態7に係る車載装置は上記の構成を備えるため、レーダ装置90からの情報を用いる自動車の制御ユニット91が、衝突の危険性を判定し、自動運転に対する信頼性を高めることができる。
本開示技術は、レーダ装置及びレーダ装置を備えた車載装置に応用でき、産業上の利用可能性を有する。
1 レーダ信号出力部、 2 制御部(実施の形態1、3、5、6)、 3 信号源、
4 送受信部、 5 分配部、 6 送信アンテナ、 7 受信アンテナ、 8 ビート信号生成部、 9 周波数混合部、 10 フィルタ部、 11 アナログデジタル変換部、 12 信号処理部(実施の形態1、5、6)、 31 周波数変換部(実施の形態1、5、6)、 32 変調部(実施の形態3、5)、 33 復調部(実施の形態3、4、5)、 41 スペクトル算出部(実施の形態1、5、6)、 42 距離速度スペクトル算出部、 43 電磁ノイズスペクトル算出部(実施の形態1、2、5)、 44 スペクトル算出部(実施の形態2)、 45 スペクトル算出部(実施の形態3)、
46 電磁ノイズスペクトル算出部(実施の形態3、4)、 47 スペクトル算出部(実施の形態4)、 48 電磁ノイズスペクトル算出部(実施の形態6)、 51 距離速度情報算出部、 52 電磁ノイズ情報算出部、 53 検出処理部、 61 制御部(実施の形態2)、 62 周波数変換部(実施の形態2)、 63 第1のスイッチ(実施の形態2)、 64 第2のスイッチ(実施の形態2)、 65 周波数混合部(実施の形態2)、 66 フィルタ部(実施の形態2)、 67 第2信号源(実施の形態2)、 68 信号処理部(実施の形態2)、 71 信号処理部(実施の形態3)、
81 制御部(実施の形態4)、 82 変調処理部(実施の形態4)、 83 第1のスイッチ(実施の形態4)、 84 第2のスイッチ(実施の形態4)、 85 変調部(実施の形態4)、 86 信号処理部(実施の形態4)、 90 レーダ装置、 91 自動車の制御ユニット。

Claims (6)

  1. チャープをレーダ信号として断続的に繰り返し出力するレーダ信号出力部と、
    前記レーダ信号を送信し、観測対象から反射された前記レーダ信号を反射波として受信する送受信部と、
    前記レーダ信号と前記反射波とからビート信号を生成するビート信号生成部と、
    前記ビート信号をデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、
    前記デジタルデータを用いて、前記観測対象のレンジと相対速度とを検出する信号処理部と、を備え、
    前記信号処理部は、
    前記デジタルデータのうち、前記レーダ信号が出力されていない期間中のものに周波数変換を行う周波数変換部と、
    前記デジタルデータのうち、前記レーダ信号が出力されている期間中のものと前記周波数変換部が周波数変換を行ったものとを加算しレンジFFTを行うスペクトル算出部と、
    前記スペクトル算出部がレンジFFTを行った結果のうち、前半部に対してドップラFFTを行う距離速度スペクトル算出部と、
    前記スペクトル算出部がレンジFFTを行った前記結果のうち、後半部に対してドップラFFTを行う電磁ノイズスペクトル算出部と、
    を含むレーダ装置。
  2. チャープをレーダ信号として断続的に繰り返し出力するレーダ信号出力部と、
    前記レーダ信号を送信し、観測対象から反射された前記レーダ信号を反射波として受信する送受信部と、
    前記レーダ信号と前記反射波とからビート信号を生成するビート信号生成部と、
    前記ビート信号のうち、前記レーダ信号が出力されていない期間中のものにのみ周波数変換を行う周波数変換部と、
    前記レーダ信号が出力されている期間中の前記ビート信号と、前記周波数変換部が周波数変換したものと、をデジタルデータに変換するアナログデジタル変換部と、
    前記デジタルデータを用いて、前記観測対象のレンジと相対速度とを検出する信号処理部と、を備え、
    前記信号処理部は、
    前記デジタルデータのうち、前記レーダ信号が出力されている期間中のものと前記周波数変換部が周波数変換を行ったものとを加算しレンジFFTを行うスペクトル算出部と、
    前記スペクトル算出部がレンジFFTを行った結果のうち、前半部に対してドップラFFTを行う距離速度スペクトル算出部と、
    前記スペクトル算出部がレンジFFTを行った前記結果のうち、後半部に対してドップラFFTを行う電磁ノイズスペクトル算出部と、
    を含むレーダ装置。
  3. 請求項1に記載のレーダ装置であって、
    前記周波数変換部に代えて、変調部と、復調部と、を有し、
    前記変調部は、前記デジタルデータのうち前記レーダ信号が出力されていない期間中のものに変調処理を行い、
    前記復調部は、前記スペクトル算出部から出力されたものに対し復調処理を行う、請求項1に記載のレーダ装置。
  4. 前記変調処理は、周波数変換である請求項3に記載のレーダ装置。
  5. 前記電磁ノイズスペクトル算出部は、レンジFFTの前記結果に1つ以上のビート周波数が算出されたとき、前記デジタルデータのうち前記ビート周波数に対応するもののみにドップラFFTを実施する請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のレーダ装置。
  6. 請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のレーダ装置を備える
    車載装置。
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