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JP7335092B2 - Radar device and signal processing method - Google Patents

Radar device and signal processing method Download PDF

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JP7335092B2
JP7335092B2 JP2019090811A JP2019090811A JP7335092B2 JP 7335092 B2 JP7335092 B2 JP 7335092B2 JP 2019090811 A JP2019090811 A JP 2019090811A JP 2019090811 A JP2019090811 A JP 2019090811A JP 7335092 B2 JP7335092 B2 JP 7335092B2
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Description

本発明は、レーダ装置、および、信号処理方法に関する。 The present invention relates to radar equipment and signal processing methods.

レーダ装置は、電波を照射し、物標から反射してきた電波(反射波)を受信することで、反射波の到来方向を推定する。到来方向の推定方法は、反射波を受信する複数の受信アンテナで得られた受信信号の位相差や振幅差の情報から到来方向(角度)を算出する方法である。 A radar device emits radio waves and receives radio waves (reflected waves) reflected from a target, thereby estimating the direction of arrival of the reflected waves. The method of estimating the direction of arrival is a method of calculating the direction of arrival (angle) from information on the phase difference and amplitude difference of received signals obtained by a plurality of receiving antennas that receive reflected waves.

特開2006-329671号公報JP-A-2006-329671

到来方向(角度)を算出する上で、受信アンテナ間隔は非常に重要であり、角度精度及び位相折り返しに大きく影響する。角度精度と位相折り返しとはトレードオフの関係になる。具体的には、受信アンテナ間隔が広ければ物標の角度精度は良くなるものの位相折り返しが発生し易いのに対し、受信アンテナ間隔が狭ければ位相折り返しは発生し難くなるものの物標の角度精度は悪くなる。 In calculating the direction of arrival (angle), the distance between the receiving antennas is very important, and greatly affects the angular accuracy and phase folding. There is a trade-off relationship between angular accuracy and phase folding. Specifically, if the receiving antenna spacing is wide, the angle accuracy of the target is improved, but phase folding is likely to occur. gets worse.

特許文献1で開示されている入射角度推定装置は、位相折り返しの問題解消と電波の到来方向を表す方位の精度向上との両立を図っている。しかしながら、特許文献1で開示されている入射角度推定装置は、電波の到来方向を表す方位が複数存在する場合に対応できないという問題を有している。 The incident angle estimating device disclosed in Patent Document 1 attempts to solve the problem of phase folding and improve the accuracy of the azimuth indicating the arrival direction of radio waves. However, the incident angle estimating device disclosed in Patent Document 1 has a problem that it cannot cope with the case where there are multiple azimuths representing arrival directions of radio waves.

本発明は、上記課題に鑑みて、位相折り返しの問題解消と電波の到来方向を表す方位の精度向上を両立させることができる技術を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a technique capable of solving the problem of phase folding and improving the accuracy of the azimuth indicating the arrival direction of radio waves.

本発明に係る信号処理装置は、複数のアンテナの受信信号を処理する信号処理装置であって、前記複数のアンテナに含まれる3本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を前記方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する方位算出部と、前記複数のアンテナに含まれる2本以上のアンテナの受信信号を前記方位ごとの複素信号に分解する第1分解部と、前記方位ごとに、前記方位算出部の算出結果に基づき、前記第1分解部によって分解された複数の前記複素信号の位相差及び前記位相差の位相折り返しの中から1つを選択する第1選択部と、を備え、前記第1分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記方位算出部での算出に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広い構成(第1の構成)である。 A signal processing apparatus according to the present invention is a signal processing apparatus that processes signals received by a plurality of antennas, and is based on signals received by three or more antennas included in the plurality of antennas. a direction calculation unit that separates the for each direction and calculates without phase folding; a first decomposition unit that decomposes the received signals of two or more antennas included in the plurality of antennas into complex signals for each of the directions; A first selection unit that selects one of the phase differences of the plurality of complex signals decomposed by the first decomposition unit and the phase folding of the phase differences for each direction based on the calculation result of the direction calculation unit. and , wherein the antenna spacing of the antennas used for decomposition by the first decomposition unit is wider than the antenna spacing of the antennas used for calculation by the azimuth calculation unit (first configuration).

上記第1の構成の信号処理装置において、前記方位算出部は、前記複数のアンテナに含まれる3本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及び前記方位の位相折り返しを前記方位ごとに分離する分離部と、前記複数のアンテナに含まれる2本以上のアンテナの受信信号を前記方位ごとの複素信号に分解する第2分解部と、前記方位ごとに、前記第2分解部の分解結果に基づき、前記方位及び前記方位の位相折りの中から1つを選択する第2選択部と、を備え、前記分離部での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記第2分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広く、前記第1分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも狭い構成(第2の構成)であってもよい。 In the signal processing device having the first configuration, the azimuth calculation unit calculates an azimuth representing an arrival direction of radio waves and phase folding of the azimuth based on received signals from three or more antennas included in the plurality of antennas. a separation unit that separates for each direction; a second decomposition unit that decomposes signals received by two or more antennas included in the plurality of antennas into complex signals for each direction; a second selection unit that selects one of the orientation and the phase fold of the orientation based on the decomposition result of the antenna spacing in the antenna used for separation in the separation unit is the second decomposition A configuration (second configuration) may be adopted in which the antenna spacing is wider than that of the antennas used for decomposition in the first decomposition section and narrower than the antenna spacing of the antennas used for decomposition in the first decomposition section.

上記第1又は第2の構成の信号処理装置において、前記第1分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記複数のアンテナの最長アンテナ間隔である構成(第3の構成)であってもよい。 In the signal processing device having the first or second configuration, the antenna spacing of the antennas used for decomposition in the first decomposition unit is the longest antenna spacing of the plurality of antennas (third configuration). may

上記第1~第3いずれかの構成の信号処理装置において、前記複数のアンテナは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナである構成(第4の構成)であってもよい。 In the signal processing device having any one of the first to third configurations, the plurality of antennas are a plurality of virtual antennas generated by combining a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas (fourth configuration ).

本発明に係るレーダ装置は、上記第1~第3いずれかの構成の信号処理装置と、前記複数のアンテナと、を備える構成(第5の構成)である。 A radar apparatus according to the present invention has a configuration (fifth configuration) including the signal processing device having any one of the first to third configurations and the plurality of antennas.

本発明に係る到来方向推定方法は、複数のアンテナの受信信号を処理する信号処理方法であって、前記複数のアンテナに含まれる3本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を前記方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する方位算出工程と、前記複数のアンテナに含まれる2本以上のアンテナの受信信号を前記方位ごとの複素信号に分解する分解工程と、前記方位ごとに、前記方位算出工程の算出結果に基づき、前記分解工程によって分解された複数の前記複素信号の位相差及び前記位相差の位相折り返しの中から1つを選択する選択工程と、を備え、前記分解工程での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記方位算出工程での算出に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広い構成(第6の構成)である。 A direction-of-arrival estimation method according to the present invention is a signal processing method for processing signals received by a plurality of antennas, and represents the direction of arrival of radio waves based on signals received by three or more antennas included in the plurality of antennas. an azimuth calculation step of separating azimuths for each of the azimuths and calculating without phase folding; a decomposition step of decomposing received signals of two or more antennas included in the plurality of antennas into complex signals for each of the azimuths; a selecting step of selecting one of the phase differences of the plurality of complex signals decomposed by the decomposing step and the phase folding of the phase differences, based on the calculation result of the direction calculating step, for each of the The antenna spacing of the antennas used for decomposition in the decomposition step is wider than the antenna spacing of the antennas used for calculation in the azimuth calculation step (sixth configuration).

本発明によると、位相折り返しの問題解消と電波の到来方向を表す方位の精度向上を両立させることができる。 According to the present invention, it is possible to solve the problem of phase folding and improve the accuracy of the azimuth indicating the arrival direction of radio waves.

レーダ装置の構成を示す図Diagram showing the configuration of a radar device レーダ装置が備えるアンテナについて説明するための図A diagram for explaining an antenna included in a radar device. 各仮想アンテナを構成する送信アンテナと受信アンテナの組み合わせを示す図Diagram showing combinations of transmitting antennas and receiving antennas that make up each virtual antenna 方位演算部の第1例を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a first example of the azimuth calculator レーダ装置の概略動作を示すフローチャートFlowchart showing schematic operation of the radar device 方位算出部での方位算出におけるアンテナ間隔d分の受信信号の位相差と方位との関係を示す図FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the phase difference of the received signal for the distance d between the antennas and the azimuth in the azimuth calculation by the azimuth calculation unit; 第1分解部によって求まる複素信号の位相差と方位との関係を示す図FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the phase difference of the complex signal and the orientation determined by the first decomposition unit; 第1分解部によって求まる複素信号の位相差をアンテナ間隔d分の位相差に変換したものと方位との関係を示す図A diagram showing the relationship between the direction and the phase difference obtained by converting the phase difference of the complex signal obtained by the first decomposition unit into the phase difference corresponding to the antenna interval d. 方位演算部の第2例を示す機能ブロック図Functional block diagram showing a second example of the azimuth calculation unit 第2例における方位演算部が実行する方位算出の処理内容を示すフローチャートFlowchart showing details of direction calculation processing executed by the direction calculation unit in the second example 分離部での方位分離におけるアンテナ間隔2d分の受信信号の位相差と方位との関係を示す図A diagram showing the relationship between the phase difference of the received signal for the antenna interval of 2d and the azimuth in the azimuth separation in the separation unit. 第2分解部によって求まる複素信号の位相差と方位との関係を示す図FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the phase difference of the complex signal and the orientation determined by the second decomposition unit; 分離部によって求まる受信信号の位相差をアンテナ間隔d分の位相差に変換したものと方位との関係を示す図A diagram showing the relationship between the direction and the phase difference obtained by converting the phase difference of the received signal obtained by the separation unit into the phase difference corresponding to the antenna interval d.

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the drawings.

<1.レーダ装置の構成>
図1は本発明の実施形態に係るレーダ装置1の構成を示す図である。レーダ装置1は、例えば車両、ロボット、航空機、船舶などの移動体に搭載することができる。本実施形態では、レーダ装置1は、例えば自動車などの車両に搭載される。以下、レーダ装置1が搭載されている車両のことを自車両と表現する。
<1. Configuration of Radar Device>
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a radar device 1 according to an embodiment of the present invention. The radar device 1 can be mounted on a moving object such as a vehicle, robot, aircraft, or ship. In this embodiment, the radar device 1 is mounted on a vehicle such as an automobile. Hereinafter, the vehicle on which the radar device 1 is mounted is expressed as the own vehicle.

レーダ装置1は、他の車両、標識、ガードレール、人などの、自車両の周囲に存在する物標を検知するために用いられる。物標の検知結果は、自車両の記憶装置や、自車両の挙動を制御する車両ECU(Electronic Control Unit)5などに対して出力される。物標の検知結果は、例えば、PCS(Pre-crash Safety System)やAEBS(Advanced Emergency Braking System)などの車両制御に用いられる。 The radar device 1 is used to detect targets existing around the own vehicle, such as other vehicles, signs, guardrails, and people. The detection result of the target is output to a storage device of the own vehicle, a vehicle ECU (Electronic Control Unit) 5 that controls the behavior of the own vehicle, and the like. Target detection results are used, for example, for vehicle control such as PCS (Pre-crash Safety System) and AEBS (Advanced Emergency Braking System).

図1に示すように、レーダ装置1は、複数の送信部2と、複数の受信部3と、信号処理装置4とを備える。レーダ装置1は、複数の送信アンテナ23と、複数の受信アンテナ31とをさらに備える。 As shown in FIG. 1 , the radar device 1 includes multiple transmitters 2 , multiple receivers 3 , and a signal processor 4 . The radar device 1 further includes multiple transmitting antennas 23 and multiple receiving antennas 31 .

なお、レーダ装置1は、いわゆるMIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)レーダ装置である。ただし、本実施形態とは異なり、レーダ装置1を、単一の送信アンテナと、複数の受信アンテナとを備える構成に変更してもよい。また、レーダ装置1は、FCM(Fast Chirp Modulation)方式のレーダ装置である。ただし、本実施形態とは異なり、レーダ装置1を、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式などのFCM方式以外のレーダ装置に変更してもよい。 The radar device 1 is a so-called MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) radar device. However, unlike the present embodiment, the radar device 1 may be modified to have a single transmitting antenna and a plurality of receiving antennas. The radar device 1 is an FCM (Fast Chirp Modulation) type radar device. However, unlike the present embodiment, the radar device 1 may be changed to a radar device other than the FCM system such as the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) system.

送信部2は、信号生成部21と発信器22とを備える。信号生成部21は、ノコギリ波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発信器22へ供給する。発信器22は、信号生成部21で生成された変調信号に基づいてチャープ信号である送信信号を生成して、送信アンテナ23へ出力する。 The transmitter 2 includes a signal generator 21 and a transmitter 22 . The signal generator 21 generates a modulated signal whose voltage changes like a sawtooth wave, and supplies the modulated signal to the oscillator 22 . The transmitter 22 generates a transmission signal, which is a chirp signal, based on the modulated signal generated by the signal generator 21 and outputs it to the transmission antenna 23 .

本実施形態では、送信アンテナ23の本数は3本である。送信アンテナ23の本数に合わせて送信部3の数も3個である。ただし、送信アンテナ23の本数は3本以外であってよい。送信アンテナ23の本数に応じて送信部3の数も変更されてよい。また、送信アンテナ23の本数と送信部2の数は、必ずしも一致しなくてよい。例えば、3本の送信アンテナ23に対して1個の送信部2が設けられ、各送信アンテナ23と送信部2との接続がスイッチで切り替えられてもよい。 In this embodiment, the number of transmission antennas 23 is three. The number of transmission units 3 is also three in accordance with the number of transmission antennas 23 . However, the number of transmission antennas 23 may be other than three. The number of transmission units 3 may also be changed according to the number of transmission antennas 23 . Also, the number of transmission antennas 23 and the number of transmission units 2 do not necessarily have to match. For example, one transmission unit 2 may be provided for three transmission antennas 23, and connection between each transmission antenna 23 and the transmission unit 2 may be switched by a switch.

3本の送信アンテナ23は、それぞれ別々の送信部2から送信信号を受け取り、その送信信号を送信波TWに変換して出力する。3個の送信部2それぞれから出力される送信信号は、互いに直交した信号(直交信号)である。直交とは、例えば時間、位相、周波数、符号等の違いによって互いに干渉しないことである。 The three transmitting antennas 23 receive transmission signals from different transmission units 2, convert the transmission signals into transmission waves TW, and output the transmission waves TW. The transmission signals output from each of the three transmission units 2 are mutually orthogonal signals (orthogonal signals). Orthogonal means that they do not interfere with each other due to differences in time, phase, frequency, code, or the like.

受信部3は、複数の受信アンテナ31と、複数の個別受信部32とを備える。各受信アンテナ31に対して、個別受信部32が1つずつ接続される。各受信アンテナ31は、物標からの反射波RWを受信して受信信号を取得し、各個別受信部32に出力する。本実施形態では、受信部3は、2本の受信アンテナ31と、2個の個別受信部32とを備える。ただし、受信アンテナ31の本数は2本以外であってよい。また、個別受信部32の数は、スイッチを導入することにより、受信アンテナ31の本数よりも少なくしてよい。 The receiving section 3 includes a plurality of receiving antennas 31 and a plurality of individual receiving sections 32 . One individual receiver 32 is connected to each receiving antenna 31 . Each receiving antenna 31 receives the reflected wave RW from the target, acquires a received signal, and outputs the received signal to each individual receiving unit 32 . In this embodiment, the receiving section 3 includes two receiving antennas 31 and two individual receiving sections 32 . However, the number of receiving antennas 31 may be other than two. Also, the number of individual receivers 32 may be less than the number of reception antennas 31 by introducing a switch.

各個別受信部32は、対応する受信アンテナ31で得られた受信信号を処理する。個別受信部32は、ミキサ33とA/D変換器34とを備える。受信アンテナ31で得られた受信信号は、ローノイズアンプ(図示省略)で増幅された後にミキサ33に送られる。ミキサ33には、各送信部2の各発信器22からの送信信号が入力され、ミキサ33において各送信信号と受信信号とがミキシングされる。これにより、各送信信号の周波数と受信信号の周波数との差となるビート周波数を有するビート信号が生成される。ミキサ33で生成されたビート信号は、A/D変換器34でデジタルの信号に変換された後に、信号処理装置4に出力される。 Each individual receiver 32 processes the received signal obtained by the corresponding receiving antenna 31 . The individual receiver 32 includes a mixer 33 and an A/D converter 34 . A received signal obtained by the receiving antenna 31 is sent to the mixer 33 after being amplified by a low-noise amplifier (not shown). A transmission signal from each transmitter 22 of each transmission unit 2 is input to the mixer 33 , and the transmission signal and the reception signal are mixed in the mixer 33 . Thereby, a beat signal having a beat frequency that is the difference between the frequency of each transmission signal and the frequency of the reception signal is generated. The beat signal generated by the mixer 33 is converted to a digital signal by the A/D converter 34 and then output to the signal processing device 4 .

信号処理装置4は、各A/D変換器34を介して取り込んだ各ビート信号に基づいて各種の処理を実行する。信号処理装置4は、CPU(Central Processing Unit)及びメモリ41などを含むマイクロコンピュータを備える。信号処理装置4は、演算の対象とする各種のデータを、記憶装置であるメモリ41に記憶する。メモリ41は、例えばRAM(Random Access Memory)などである。信号処理装置4は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部42、変換部43、および、データ処理部44を備える。送信制御部42は、各送信部2の信号生成部21を制御する。 The signal processing device 4 executes various processes based on each beat signal fetched via each A/D converter 34 . The signal processing device 4 includes a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a memory 41, and the like. The signal processing device 4 stores various data to be operated on in the memory 41, which is a storage device. The memory 41 is, for example, a RAM (Random Access Memory). The signal processing device 4 includes a transmission control section 42, a conversion section 43, and a data processing section 44 as functions realized by software on a microcomputer. The transmission controller 42 controls the signal generator 21 of each transmitter 2 .

変換部43は、受信アンテナ31において複数の物標からの反射波が重なり合った状態で受信されるために、受信信号に基づいて生成されたビート信号から、各物標の反射波に基づく周波数成分を分離する処理を行う。本実施形態では、変換部43は、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理により、周波数成分の分離を行う。FFT処理では、所定の周波数間隔で設定された周波数ポイント(周波数ビンという場合がある)ごとに受信レベルや位相情報が算出される。変換部43は、FFT処理の結果をデータ処理部44に出力する。 Since the reception antenna 31 receives the reflected waves from a plurality of targets in an overlapping state, the converter 43 converts the beat signal generated based on the received signal into a frequency component based on the reflected waves of each target. process to separate the In this embodiment, the transformation unit 43 separates frequency components by Fast Fourier Transform (FFT) processing. In FFT processing, reception level and phase information are calculated for each frequency point (sometimes referred to as frequency bin) set at predetermined frequency intervals. The conversion unit 43 outputs the result of FFT processing to the data processing unit 44 .

変換部43は、詳細には、各A/D変換部34から出力されるビート信号に対してそれぞれ2次元FFT処理を行う。1回目のFFT処理を行うことで、物標との距離に対応する周波数ビン(以下、距離ビンと記載する場合がある)にピークが出現する周波数スペクトルが得られる。1回目のFFT処理により得られた周波数スペクトルを時系列に並べて2回目のFFT処理を行うことで、ドップラー周波数に対する周波数ビン(以下、速度ビンと記載することがある)にピークが出現する周波数スペクトルが得られる。変換部43は、2次元FFT処理により、距離ビンと速度ビンとを軸とする2次元パワースペクトルを得る。 More specifically, the conversion section 43 performs two-dimensional FFT processing on the beat signals output from each A/D conversion section 34 . By performing the first FFT processing, a frequency spectrum is obtained in which peaks appear in frequency bins corresponding to the distance to the target (hereinafter sometimes referred to as distance bins). By arranging the frequency spectrum obtained by the first FFT process in time series and performing the second FFT process, a frequency spectrum in which a peak appears in the frequency bin (hereinafter sometimes referred to as velocity bin) for the Doppler frequency is obtained. The conversion unit 43 obtains a two-dimensional power spectrum with distance bins and speed bins as axes by two-dimensional FFT processing.

データ処理部44は、ピーク抽出部45、距離・相対速度演算部46、および、方位演算部47を備える。 The data processor 44 includes a peak extractor 45 , a distance/relative velocity calculator 46 , and an azimuth calculator 47 .

ピーク抽出部45は、変換部43におけるFFT処理等の結果からピークを検出する。本実施形態では、ピーク抽出部45は、2次元FFT処理によって得られた距離ビンと速度ビンとを軸とする2次元パワースペクトルに基づいて、所定以上のパワー値を示すピークを抽出する。また、本実施形態では、ピーク抽出部45は、ピーク抽出の結果を仮想アンテナごとの結果に分類する。仮想アンテナについては後述する。 The peak extraction unit 45 detects peaks from the results of FFT processing and the like in the conversion unit 43 . In this embodiment, the peak extraction unit 45 extracts peaks having a power value equal to or greater than a predetermined value based on the two-dimensional power spectrum obtained by two-dimensional FFT processing and having distance bins and speed bins as axes. In addition, in the present embodiment, the peak extraction unit 45 classifies the results of peak extraction into results for each virtual antenna. Virtual antennas will be described later.

距離・相対速度演算部46は、ピーク抽出部45によってピークが存在するとして特定された距離ビンおよび速度ビンの組み合わせに基づいて物標との距離および相対速度を導出する。 The distance/relative velocity calculator 46 derives the distance and relative velocity to the target based on the combination of the distance bins and velocity bins identified by the peak extractor 45 as having peaks.

方位演算部47は、仮想アンテナごとにピーク抽出部45で抽出された同一周波数ビンのピークに注目し、それらのピークの位相情報に基づいて物標が存在する方位(電波の到来方向を表す方位)を推定する。方位演算部47は、周波数ビンが異なる複数のピークが存在する場合、ピークごとに方位推定を行う。方位推定には、MUSIC(Mutiple Signal Classification)やESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)等の公知の手法が用いられる。方位演算部47の処理の詳細については後述する。 The azimuth calculation unit 47 focuses on the peaks of the same frequency bin extracted by the peak extraction unit 45 for each virtual antenna, and calculates the azimuth where the target exists (the azimuth indicating the direction of arrival of radio waves) based on the phase information of these peaks. ). When there are a plurality of peaks with different frequency bins, the azimuth calculator 47 performs azimuth estimation for each peak. For direction estimation, known methods such as MUSIC (Mutiple Signal Classification) and ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) are used. The details of the processing of the azimuth calculation unit 47 will be described later.

なお、距離・相対速度演算部46および方位演算部47により求められた、物標までの距離、物標の相対速度、物標の存在する方位を含む物標データは、車両ECU5に出力される。 The target data including the distance to the target, the relative speed of the target, and the direction in which the target exists, which are obtained by the distance/relative speed calculation unit 46 and the direction calculation unit 47, are output to the vehicle ECU 5. .

<2.仮想アンテナ>
図2は、レーダ装置1が備えるアンテナについて説明するための図である。
<2. Virtual Antenna>
FIG. 2 is a diagram for explaining an antenna included in the radar device 1. FIG.

本実施形態では、図2(a)に示すように、3本の送信アンテナ23は、水平方向に沿って同一のアンテナ間隔2dで配置される。すなわち、隣り合う送信アンテナTx1と送信アンテナTx2とのアンテナ間隔、および、隣り合う送信アンテナTx2と送信アンテナTx2とのアンテナ間隔は、いずれも2dである。なお、隣り合う送信アンテナ23のアンテナ間隔は、複数の組(3本の送信アンテナ23では二組)の間で厳密に同一でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で複数の組の間で同一とみなすことができればよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 2(a), the three transmitting antennas 23 are arranged at the same antenna interval 2d along the horizontal direction. That is, the antenna spacing between adjacent transmitting antennas Tx1 and Tx2 and the antenna spacing between adjacent transmitting antennas Tx2 and Tx2 are both 2d. Note that the antenna spacing between adjacent transmitting antennas 23 does not have to be exactly the same between a plurality of sets (two sets for three transmitting antennas 23). It suffices if a plurality of sets can be regarded as identical.

本実施形態では、図2(b)に示すように、32本の受信アンテナ31は、水平方向に沿ってアンテナ間隔dで配置される。なお、隣り合う受信アンテナRx1と受信アンテナRx2とのアンテナ間隔は、隣り合う2本の送信アンテナ23のアンテナ間隔の厳密に半分でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で隣り合う2本の送信アンテナ23のアンテナ間隔の半分とみなすことができればよい。 In this embodiment, as shown in FIG. 2(b), the 32 receiving antennas 31 are arranged at an antenna interval d along the horizontal direction. Note that the antenna spacing between adjacent receiving antennas Rx1 and receiving antennas Rx2 may not be exactly half the antenna spacing between two adjacent transmitting antennas 23, and it is necessary to consider design errors and variations. It suffices if it can be regarded as half the antenna interval between two adjacent transmitting antennas 23 .

アンテナ間隔dは、送信波TWおよび受信波RWの半波長と同一である。なお、アンテナ間隔dは、送信波TWおよび受信波RWの半波長と厳密に同一でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で送信波TWおよび受信波RWの半波長と同一とみなすことができればよい。 The antenna spacing d is the same as the half wavelength of the transmitted wave TW and the received wave RW. Note that the antenna spacing d does not have to be exactly the same as the half wavelength of the transmission wave TW and the reception wave RW. It suffices if they can be regarded as identical.

また、図2に示す複数の送信アンテナ23のアンテナ間隔、および、複数の受信アンテナ31のアンテナ間隔は、例示に過ぎず、アンテナ間隔は適宜変更されてよい。 Also, the antenna spacing between the plurality of transmitting antennas 23 and the antenna spacing between the plurality of receiving antennas 31 shown in FIG. 2 are merely examples, and the antenna spacing may be changed as appropriate.

図2(a)に示す3本の送信アンテナ23と、図2(b)に示す2本の受信アンテナ31との組み合わせにより、図2(c)に示す仮想アレーアンテナが生成される。図2(c)に示す仮想アレーアンテナは、仮想アンテナVRx1~VRx6によって構成される。仮想アンテナVRx1~VRx6は、水平方向に沿って同一のアンテナ間隔dで配置される。MIMO技術を適用することで、送信アンテナを2本増やすだけで受信アンテナの本数の3倍の仮想アンテナを得ることができる。 A virtual array antenna shown in FIG. 2(c) is generated by combining the three transmitting antennas 23 shown in FIG. 2(a) and the two receiving antennas 31 shown in FIG. 2(b). The virtual array antenna shown in FIG. 2(c) is composed of virtual antennas VRx1 to VRx6. The virtual antennas VRx1 to VRx6 are arranged at the same antenna spacing d along the horizontal direction. By applying the MIMO technology, it is possible to obtain virtual antennas three times the number of receiving antennas by simply increasing the number of transmitting antennas by two.

図3は、各仮想アンテナVRx1~VRx6を構成する送信アンテナ23と受信アンテナ31との組み合わせを示す図である。図3に示すように、仮想アンテナVRx1は、送信アンテナTx1と受信アンテナRx1とを組み合わせて生成される。仮想アンテナVRx2は、送信アンテナTx1と受信アンテナRx2とを組み合わせて生成される。仮想アンテナVRx3は、送信アンテナTx2と受信アンテナRx1とを組み合わせて生成される。仮想アンテナVRx4は、送信アンテナTx2と受信アンテナRx2とを組み合わせて生成される。仮想アンテナVRx5は、送信アンテナTx3と受信アンテナRx1とを組み合わせて生成される。仮想アンテナVRx6は、送信アンテナTx3と受信アンテナRx2とを組み合わせて生成される。 FIG. 3 is a diagram showing combinations of transmitting antennas 23 and receiving antennas 31 that constitute each of the virtual antennas VRx1 to VRx6. As shown in FIG. 3, virtual antenna VRx1 is generated by combining transmitting antenna Tx1 and receiving antenna Rx1. A virtual antenna VRx2 is generated by combining the transmitting antenna Tx1 and the receiving antenna Rx2. Virtual antenna VRx3 is generated by combining transmitting antenna Tx2 and receiving antenna Rx1. Virtual antenna VRx4 is generated by combining transmitting antenna Tx2 and receiving antenna Rx2. Virtual antenna VRx5 is generated by combining transmitting antenna Tx3 and receiving antenna Rx1. Virtual antenna VRx6 is generated by combining transmitting antenna Tx3 and receiving antenna Rx2.

すなわち、受信アンテナRx1の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナVRx1の受信信号、仮想アンテナVRx3の受信信号、および、仮想アンテナVRx5の受信信号を含む。受信アンテナRx2の受信信号は、互いに直交する仮想アンテナVRx2の受信信号、仮想アンテナVRx4の受信信号、および、仮想アンテナVRx6の受信信号を含む。信号処理装置4は、複数の送信アンテナ23と複数の受信アンテナ31との組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナVRx1~VRx6の受信信号を処理する。 That is, the reception signal of the reception antenna Rx1 includes the reception signal of the virtual antenna VRx1, the reception signal of the virtual antenna VRx3, and the reception signal of the virtual antenna VRx5, which are orthogonal to each other. The reception signal of the reception antenna Rx2 includes the reception signal of the virtual antenna VRx2, the reception signal of the virtual antenna VRx4, and the reception signal of the virtual antenna VRx6, which are orthogonal to each other. The signal processing device 4 processes received signals of a plurality of virtual antennas VRx1 to VRx6 generated by combining a plurality of transmitting antennas 23 and a plurality of receiving antennas 31. FIG.

<3.方位演算部の第1例>
図4は、方位演算部47の第1例を示す機能ブロック図である。本例では、方位演算部47は、方位算出部471と、第1分解部472と、第1選択部473とを備える。すなわち、信号処理装置4は、方位算出部471と、第1分解部472と、第1選択部473とを備える。
<3. First Example of Direction Calculation Section>
FIG. 4 is a functional block diagram showing a first example of the direction calculator 47. As shown in FIG. In this example, the orientation calculation unit 47 includes an orientation calculation unit 471 , a first decomposition unit 472 and a first selection unit 473 . That is, the signal processing device 4 includes an orientation calculation section 471 , a first decomposition section 472 , and a first selection section 473 .

方位算出部471は、複数のアンテナに含まれる3本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する。本例では、方位算出部471は、3本の仮想アンテナVRx1~VRx3の受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する。方位算出部471の処理の詳細については後述する。 The azimuth calculation unit 471 separates azimuths representing arrival directions of radio waves for each azimuth based on the received signals of three or more antennas included in the plurality of antennas, and calculates the azimuths without phase folding. In this example, the azimuth calculation unit 471 separates the azimuths representing the arrival directions of radio waves for each azimuth based on the signals received by the three virtual antennas VRx1 to VRx3, and calculates them without phase folding. The details of the processing of the azimuth calculation unit 471 will be described later.

第1分解部472は、複数のアンテナに含まれる2本以上のアンテナの受信信号を、方位算出部471によって算出された方位ごとの複素信号に分解する。本例では、第1分解部472は、仮想アンテナVRx1及びVRx6の受信信号を、方位算出部471によって算出された方位ごとの複素信号に分解する。複素信号は、位相情報と振幅情報とを含む。第1分解部472の処理の詳細については後述する。 The first decomposing unit 472 decomposes the received signals of two or more antennas included in the plurality of antennas into complex signals for each direction calculated by the direction calculating unit 471 . In this example, the first decomposing unit 472 decomposes the received signals of the virtual antennas VRx1 and VRx6 into complex signals for each direction calculated by the direction calculating unit 471 . A complex signal contains phase information and amplitude information. Details of the processing of the first decomposition unit 472 will be described later.

なお、第1分解部472での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、方位算出部471での算出に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔より広い。本例では、第1分解部472での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔はdであるのに対して、第1分解部472での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は5dである。 Note that the antenna spacing of the antennas used for decomposition by the first decomposition unit 472 is wider than the antenna spacing of the antennas used for calculation by the azimuth calculation unit 471 . In this example, the antenna spacing of the antennas used for decomposition by the first decomposition unit 472 is d, whereas the antenna spacing of the antennas used for decomposition by the first decomposition unit 472 is 5d.

本例では、第1分解部472での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、仮想アンテナVRx1~VRx6の最長アンテナ間隔5dである。第1分解部472での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔として、仮想アンテナVRx1~VRx6の最長アンテナ間隔5dを採用することで、電波の到来方向を表す方位の精度を最大限向上させることができる。ただし、第1分解部472での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、仮想アンテナVRx1~VRx6の最長アンテナ間隔5d以外のアンテナ間隔、例えば4d等であってもよい。 In this example, the antenna spacing of the antennas used for decomposition by the first decomposition unit 472 is the longest antenna spacing 5d of the virtual antennas VRx1 to VRx6. By adopting the longest antenna spacing 5d of the virtual antennas VRx1 to VRx6 as the antenna spacing of the antennas used for decomposition by the first decomposition unit 472, it is possible to maximize the accuracy of the azimuth representing the arrival direction of radio waves. . However, the antenna spacing of the antennas used for decomposition by the first decomposition unit 472 may be an antenna spacing other than the longest antenna spacing of 5d among the virtual antennas VRx1 to VRx6, such as 4d.

第1選択部473は、方位算出部471によって算出された方位ごとに、方位算出部471の算出結果に基づき、第1分解部472によって分解された複数の複素信号の位相差及びその位相差の位相折り返しの中から1つを選択する。第1選択部473の処理の詳細については後述する。方位演算部47は、第1選択部473の選択結果を変換して得られる方位を、物標が存在する方位(電波の到来方向を表す方位)であると推定する。 The first selection unit 473 determines the phase differences of the plurality of complex signals decomposed by the first decomposition unit 472 and the phase differences of the phase differences based on the calculation result of the direction calculation unit 471 for each direction calculated by the direction calculation unit 471 . Select one of the phase wraps. Details of the processing of the first selection unit 473 will be described later. The azimuth calculation unit 47 estimates the azimuth obtained by converting the selection result of the first selection unit 473 as the azimuth where the target exists (the azimuth representing the arrival direction of radio waves).

方位演算部47は、第1選択部473の選択基準を「方位算出部471の算出結果」としている。これにより、方位演算部47は、位相折り返しの問題を解消することができる。 The azimuth calculation unit 47 uses the “calculation result of the azimuth calculation unit 471” as the selection criterion of the first selection unit 473 . As a result, the azimuth calculation unit 47 can solve the problem of phase wrapping.

また、方位演算部47は、第1分解部472での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔が方位算出部471での算出に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔より広いという条件の下、第1選択部473の選択対象を「第1分解部472によって分解された複数の複素信号の位相差及びその位相差の位相折り返し」としている。これにより、方位演算部47は、方位算出部471の算出結果をそのまま電波の到来方向を表す方位として用いる場合よりも、電波の到来方向を表す方位の精度を向上させることができる。 In addition, under the condition that the antenna spacing of the antennas used for decomposition by the first decomposition section 472 is wider than the antenna spacing of the antennas used for calculation by the azimuth calculation section 471, the azimuth calculation section 47 is selected as "the phase differences of the plurality of complex signals decomposed by the first decomposing unit 472 and the phase folding of the phase differences". As a result, the azimuth calculation unit 47 can improve the accuracy of the azimuth indicating the direction of arrival of radio waves, compared to the case where the calculation result of the azimuth calculation unit 471 is used as the azimuth indicating the direction of arrival of radio waves.

すなわち、信号処理装置4は、位相折り返しの問題解消と電波の到来方向を表す方位の精度向上を両立させることができる。 That is, the signal processing device 4 can solve the problem of phase folding and improve the accuracy of the azimuth indicating the arrival direction of radio waves.

図5は、レーダ装置1の概略動作を示すフローチャートである。図5は、方位演算部47による処理を中心に示したものである。すなわち、図5においては、物標までの距離や相対速度を求める処理については省略されている。レーダ装置1は、図5に示す処理を一定時間ごとに周期的に繰り返す。 FIG. 5 is a flowchart showing a schematic operation of the radar device 1. As shown in FIG. FIG. 5 mainly shows the processing by the azimuth calculation unit 47 . That is, in FIG. 5, the process of obtaining the distance to the target and the relative velocity are omitted. The radar device 1 periodically repeats the processing shown in FIG. 5 at regular time intervals.

まず、送信アンテナ23が送信波TWを出力する(ステップS1)。次に、受信アンテナ31が物標で反射された反射波RWを受信して受信信号を取得する(ステップS2)。次に、信号処理装置4が所定数のビート信号を取得する(ステップS3)。次に、変換部43が取得したビート信号を対象にFFT処理を行う(ステップS4)。 First, the transmission antenna 23 outputs a transmission wave TW (step S1). Next, the receiving antenna 31 receives the reflected wave RW reflected by the target and acquires a received signal (step S2). Next, the signal processing device 4 acquires a predetermined number of beat signals (step S3). Next, FFT processing is performed on the beat signal acquired by the conversion unit 43 (step S4).

次に、ピーク抽出部45が、FFT処理の結果に基づきピーク抽出を行う(ステップS5)。ピーク抽出部45は、ピーク抽出の結果を仮想アンテナVRx1~VRx6ごとの結果に分類する。 Next, the peak extractor 45 performs peak extraction based on the result of FFT processing (step S5). The peak extraction unit 45 classifies the peak extraction results into results for each of the virtual antennas VRx1 to VRx6.

次に、方位算出部471が、仮想アンテナVRx1~VRx3の受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位を方位ごとに分離して位相折り返しなく算出する(ステップS6)。方位算出部471は、以下の式(1)で示す相関行列Rxxを算出する。
Rxx=E[X(t)X(t)] ・・・(1)
ここで、
X(t)=[x(t),x(t),x(t)] ・・・(2)
である。
Next, the azimuth calculation unit 471 separates azimuths representing arrival directions of radio waves for each azimuth based on the signals received by the virtual antennas VRx1 to VRx3, and calculates the azimuths without phase folding (step S6). The azimuth calculator 471 calculates a correlation matrix Rxx represented by the following equation (1).
Rxx=E[X(t) XH (t)] (1)
here,
X(t)=[ x1 (t), x2 (t), x3 (t)] T (2)
is.

なお、X(t)は時刻tにおける仮想アンテナVRx1~VRx3の受信信号ベクトルである。E[・]は期待値を、Hは複素共役転置を、Tは転置行列をそれぞれ示している。x(t)は仮想アンテナVRx1の受信信号、x(t)は仮想アンテナVRx2の受信信号、x(t)は仮想アンテナVRx3の受信信号である。 X(t) is the received signal vector of virtual antennas VRx1 to VRx3 at time t. E[•] indicates an expected value, H indicates a complex conjugate transpose, and T indicates a transposed matrix. x 1 (t) is the received signal of the virtual antenna VRx1, x 2 (t) is the received signal of the virtual antenna VRx2, and x 3 (t) is the received signal of the virtual antenna VRx3.

方位算出部471は、相関行列Rxxを用いて、公知のMUSICやESPRIT等により方位を算出する。3本の仮想アンテナVRx1~VRx3の受信信号から相関行列Rxxを生成しているので、方位算出部471は、最大2個の方位を得る。なお、3本の仮想アンテナVRx1~VRx3のアンテナ間隔dが送信波TWおよび受信波RWの半波長と同一であるため、方位算出部471による方位算出では位相折り返しが生じていない。 The azimuth calculation unit 471 uses the correlation matrix Rxx to calculate the azimuth by known MUSIC, ESPRIT, or the like. Since the correlation matrix Rxx is generated from the received signals of the three virtual antennas VRx1 to VRx3, the azimuth calculator 471 obtains a maximum of two azimuths. Since the antenna interval d of the three virtual antennas VRx1 to VRx3 is the same as the half wavelength of the transmission wave TW and the reception wave RW, phase folding does not occur in the direction calculation by the direction calculation unit 471. FIG.

以下、方位算出部471が方位D1と方位D2とを算出した場合について説明する。図6は方位算出部471での方位算出におけるアンテナ間隔d分の受信信号の位相差と方位との関係を示す図である。 A case where the orientation calculation unit 471 calculates the orientation D1 and the orientation D2 will be described below. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the phase difference of the received signal for the distance d between the antennas and the azimuth in the azimuth calculation by the azimuth calculator 471 .

図5に戻って、方位算出部471によって方位が算出されると、第1分解部472は、仮想アンテナVRx1及びVRx6の受信信号を、以下の式(3)に基づき、方位D1、D2ごとの複素信号に分解する(ステップS7)。
X(t)=AS(t) ・・・(3)
ここで、
A=[a(θ),a(θ)] ・・・(4)
S(t)=[s(t),s(t)] ・・・(5)
である。
Returning to FIG. 5, when the azimuths are calculated by the azimuth calculation unit 471, the first decomposing unit 472 divides the reception signals of the virtual antennas VRx1 and VRx6 into It is decomposed into complex signals (step S7).
X(t)=AS(t) (3)
here,
A=[a(θ 1 ), a(θ 2 )] (4)
S(t)=[ s1 (t), s2 (t)] T (5)
is.

なお、a(θ)は、方位D1のモードベクトルである。a(θ)は、方位D2のモードベクトルである。θは方位D1を表す角度である。θは方位D2を表す角度である。方位を表す角度は、物標がレーダ装置1の真正面に位置する場合に0[deg]になり、物標がレーダ装置1から見て真正面から右側にずれにつれて0[deg]より大きくなり、物標がレーダ装置1から見て真正面から左側にずれにつれて0[deg]より小さくなる。S(t)は、電波の位相振幅ベクトルである。s(t)は方位D1の複素信号(位相振幅信号)である。s(t)は方位D2の複素信号(位相振幅信号)である。 Note that a(θ 1 ) is the mode vector of direction D1. a(θ 2 ) is the mode vector of direction D2. θ 1 is an angle representing direction D1. θ2 is an angle representing the direction D2. The angle representing the azimuth is 0 [deg] when the target is positioned directly in front of the radar device 1, and becomes larger than 0 [deg] as the target deviates to the right from the front as viewed from the radar device 1. The target becomes smaller than 0 [deg] as it shifts to the left from the front when viewed from the radar device 1 . S(t) is the phase-amplitude vector of the radio wave. s 1 (t) is the complex signal (phase amplitude signal) of direction D1. s 2 (t) is the complex signal (phase amplitude signal) of direction D2.

方位算出部471によって方位D1と方位D2とが算出されたため、式(3)における行列Aは既知である。また、式(3)における受信信号ベクトルX(t)も既知である。したがって、第1分解部472は、式(3)に基づき、位相振幅ベクトルS(t)を求めることができる。 Since direction D1 and direction D2 are calculated by direction calculation section 471, matrix A in equation (3) is already known. Also, the received signal vector X(t) in equation (3) is known. Therefore, the first decomposition section 472 can obtain the phase-amplitude vector S(t) based on Equation (3).

仮想アンテナVRx1における方位D1の複素信号(位相振幅信号)s1VRx1(t)と、仮想アンテナVRx1における方位D2の複素信号(位相振幅信号)s2VRx1(t)とを求める場合には、第1分解部472は、モードベクトルa(θ)、a(θ)の基準アンテナを仮想アンテナVRx1にする。具体的には、第1分解部472は、受信信号ベクトルX(t)およびモードベクトルa(θ)に以下の値を代入する。
X(t)=[xVRx1(t),xVRx6(t)] ・・・(6)
a(θ)=[1,exp{-jΛ5dsin(θ)}] ・・・(7)
a(θ)=[1,exp{-jΛ5dsin(θ)}] ・・・(8)
Λ=2π/λ ・・・(9)
When obtaining the complex signal (phase amplitude signal) s 1VRx1 (t) of direction D1 at virtual antenna VRx1 and the complex signal (phase amplitude signal) s 2VRx1 (t) of direction D2 at virtual antenna VRx1, the first decomposition The unit 472 sets the virtual antenna VRx1 as the reference antenna for the mode vectors a(θ 1 ) and a(θ 2 ). Specifically, first decomposition section 472 substitutes the following values for received signal vector X(t) and mode vector a(θ k ).
X(t)=[x VRx1 (t), x VRx6 (t)] T (6)
a(θ 1 )=[1, exp{-jΛ5dsin(θ 1 )}] T (7)
a(θ 2 )=[1, exp{-jΛ5dsin(θ 2 )}] T (8)
λ=2π/λ (9)

なお、xVRx1(t)は仮想アンテナVRx1の時刻tにおける受信信号である。xVRx6(t)は仮想アンテナVRx6の時刻tにおける受信信号である。λは送信波TW及び受信波RWの波長である。 Note that x VRx1 (t) is the received signal of virtual antenna VRx1 at time t. x VRx6 (t) is the received signal at time t of virtual antenna VRx6. λ is the wavelength of the transmitted wave TW and the received wave RW.

上記代入により、仮想アンテナVRx1における方位D1の複素信号(位相振幅信号)s1VRx1(t)と、仮想アンテナVRx1における方位D2の複素信号(位相振幅信号)s2VRx1(t)とが求まる。 By the above substitution, a complex signal (phase amplitude signal) s 1VRx1 (t) of direction D1 at virtual antenna VRx1 and a complex signal (phase amplitude signal) s 2VRx1 (t) of direction D2 at virtual antenna VRx1 are obtained.

また、仮想アンテナVRx6における方位D1の複素信号(位相振幅信号)s1VRx6(t)と、仮想アンテナVRx6における方位D2の複素信号(位相振幅信号)s2VRx6(t)とを求める場合には、第1分解部472は、モードベクトルa(θ)、a(θ)の基準アンテナを仮想アンテナVRx6にする。具体的には、第1分解部472は、受信信号ベクトルX(t)に上記の式(6)の値を代入し、モードベクトルa(θ)に以下の値を代入する。
a(θ)=[exp{jΛ5dsin(θ)},1] ・・・(10)
a(θ)=[exp{jΛ5dsin(θ)},1] ・・・(11)
Further, when obtaining the complex signal (phase amplitude signal) s 1VRx6 (t) of the direction D1 at the virtual antenna VRx6 and the complex signal (phase amplitude signal) s 2VRx6 (t) of the direction D2 at the virtual antenna VRx6, The 1-resolving unit 472 sets the virtual antenna VRx6 as the reference antenna for the mode vectors a(θ 1 ) and a(θ 2 ). Specifically, the first decomposition unit 472 substitutes the value of the above equation (6) for the received signal vector X(t), and substitutes the following values for the mode vector a(θ k ).
a(θ 1 )=[exp{jΛ5d sin(θ 1 )}, 1] T (10)
a(θ 2 )=[exp{jΛ5d sin(θ 2 )}, 1] T (11)

上記代入により、仮想アンテナVRx6における方位D1の複素信号(位相振幅信号)s1VRx6(t)と、仮想アンテナVRx6における方位D2の複素信号(位相振幅信号)s2VRx6(t)とが求まる。 By the above substitution, a complex signal (phase amplitude signal) s 1VRx6 (t) of direction D1 at virtual antenna VRx6 and a complex signal (phase amplitude signal) s 2VRx6 (t) of direction D2 at virtual antenna VRx6 are obtained.

図7は第1分解部472によって求まる複素信号の位相差と方位との関係を示す図である。図7において、仮想アンテナVRx1における方位D1の複素信号s1VRx1(t)と仮想アンテナVRx6における方位D1の複素信号s1VRx6(t)との位相差及びその位相差の位相折り返しを黒丸で示す。また、図7において、仮想アンテナVRx1における方位D2の複素信号s2VRx1(t)と仮想アンテナVRx6における方位D2の複素信号s2VRx6(t)との位相差及びその位相差の位相折り返しを黒四角で示す。仮想アンテナVRx1と仮想アンテナVRx6とのアンテナ間隔が5dであるため、図7における位相差はアンテナ間隔5d分の位相差である。 FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the phase difference of the complex signal obtained by the first decomposition unit 472 and the direction. In FIG. 7 , the phase difference between the complex signal s 1VRx1 (t) in direction D1 at virtual antenna VRx1 and the complex signal s 1VRx6 (t) in direction D1 at virtual antenna VRx6 and the phase folding of the phase difference are indicated by black circles. In FIG. 7 , the phase difference between the complex signal s 2VRx1 (t) in the direction D2 at the virtual antenna VRx1 and the complex signal s 2VRx6 (t) in the direction D2 at the virtual antenna VRx6 and the phase folding of the phase difference are indicated by black squares. show. Since the antenna spacing between the virtual antennas VRx1 and VRx6 is 5d, the phase difference in FIG. 7 is the phase difference for the antenna spacing of 5d.

図5に戻って、第1分解部472によって方位D1、D2ごとの複素信号が求められると、第1選択部473は、方位D1、D2ごとに、方位算出部471の算出結果に基づき、第1分解部472によって分解された複数の複素信号の位相差及びその位相差の位相折り返しの中から1つを選択する(ステップS8)。 Returning to FIG. 5, when the complex signal for each of the orientations D1 and D2 is obtained by the first decomposition unit 472, the first selection unit 473 calculates the first One is selected from the phase differences of the multiple complex signals decomposed by the 1 decomposing unit 472 and the phase folding of the phase differences (step S8).

第1選択部473は、方位算出部471の算出結果との比較を可能にするために、第1分解部472によって求まる複素信号の位相差をアンテナ間隔d分の位相差に変換する。図8は、第1分解部472によって求まる複素信号の位相差をアンテナ間隔d分の位相差に変換したものと方位との関係を示す図である。 The first selection unit 473 converts the phase difference of the complex signal obtained by the first decomposition unit 472 into a phase difference corresponding to the antenna spacing d, in order to enable comparison with the calculation result of the azimuth calculation unit 471 . FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the azimuth and the phase difference obtained by converting the phase difference of the complex signal obtained by the first decomposition unit 472 into the phase difference corresponding to the antenna interval d.

第1選択部473は、図6における位相差と図8に示す位相差とを比較し、図8に示す黒丸の中から、位相差が図6に示す黒丸の位相差に最も近いものを選択し、選択した黒丸の方位D1’を出力する。方位D1’は、方位D1の対応する方位であり、方位D1よりも誤差が小さい。 The first selection unit 473 compares the phase difference in FIG. 6 with the phase difference shown in FIG. 8, and selects the one whose phase difference is closest to the phase difference of the black circle shown in FIG. 8 from the black circles shown in FIG. and outputs the orientation D1' of the selected black circle. Direction D1' is a corresponding direction of direction D1 and has a smaller error than direction D1.

また、第1選択部473は、図6における位相差と図8に示す位相差とを比較し、図8に示す黒四角の中から、位相差が図6に示す黒四角の位相差に最も近いものを選択し、選択した黒四角の方位D2’を出力する。方位D2’は、方位D2の対応する方位であり、方位D2よりも誤差が小さい。 Further, the first selection unit 473 compares the phase difference in FIG. 6 with the phase difference shown in FIG. 8, and selects the phase difference from the black squares shown in FIG. Select the closest one and output the orientation D2' of the selected black square. Direction D2' is a corresponding direction of direction D2 and has a smaller error than direction D2.

図5に戻って、第1選択部473による選択が終了すると、方位演算部47は、第1選択部473から出力される方位D1’、D2’を、物標が存在する方位(電波の到来方向を表す方位)であると推定し、その推定結果を出力し(ステップS9)、フローを終了する。 Returning to FIG. 5, when the selection by the first selection unit 473 is completed, the azimuth calculation unit 47 converts the azimuths D1′ and D2′ output from the first selection unit 473 to the azimuth where the target exists (the Azimuth representing the direction) is estimated, the estimation result is output (step S9), and the flow is terminated.

図6及び図8から明らかな通り、方位が広角になるほど(方位の絶対値が大きくなるほど)、方位の変化率に対する位相差の変化率が小さくなるため、位相差の誤差が方位の誤差に与える影響が大きくなる。したがって、信号処理装置4は、方位の広角域における方位の精度を大幅に向上させることができる。 As is clear from FIGS. 6 and 8, the wider the azimuth angle (the greater the absolute value of the azimuth), the smaller the rate of change in the phase difference with respect to the rate of change in the azimuth. influence becomes greater. Therefore, the signal processing device 4 can greatly improve the accuracy of the azimuth in the wide-angle range of the azimuth.

なお、方位算出部471において、アンテナ間隔dが送信波TWおよび受信波RWの半波長より広いアンテナの組を用いた場合、位相折り返しが発生する。例えばVRx1,VRx3,VRx5の組合せにより方位を算出した場合などである。このとき、方位D1は方位演算部47で算出された方位ではなく、位相折り返しによる別の方位である可能性も残っている。方位D2についても同様である。この場合は、式(7)および式(8)においてモードベクトルを算出する前に、位相折り返しを解消して方位を確定させる必要がある。位相折り返しの解消は種々公知の位相折り返し判定法を用いるとよい。位相折り返しを解消して方位D1およびD2を確定したのち、θ1およびθ2を式(7)および式(8)に代入してモードベクトルを算出するとよい。 In the azimuth calculation unit 471, if a set of antennas with an antenna interval d wider than half the wavelength of the transmission wave TW and the reception wave RW is used, phase folding occurs. For example, there is a case where the azimuth is calculated by a combination of VRx1, VRx3, and VRx5. At this time, there is still the possibility that the direction D1 is not the direction calculated by the direction calculation unit 47 but is another direction due to phase folding. The same applies to the orientation D2. In this case, before calculating the mode vector in equations (7) and (8), it is necessary to eliminate the phase folding and fix the orientation. It is preferable to use various known phase wrap determination methods to cancel the phase wrap. After canceling the phase folding and determining the orientations D1 and D2, the mode vector may be calculated by substituting θ1 and θ2 into the equations (7) and (8).

<4.方位演算部の第2例>
図9は、方位演算部47の第2例を示す機能ブロック図である。本例でも第1例と同様に、方位演算部47は、方位算出部471と、第1分解部472と、第1選択部473とを備える。すなわち、信号処理装置4は、方位算出部471と、第1分解部472と、第1選択部473とを備える。
<4. Second Example of Direction Calculation Section>
FIG. 9 is a functional block diagram showing a second example of the azimuth calculator 47. As shown in FIG. In this example, the orientation calculation unit 47 includes an orientation calculation unit 471 , a first decomposition unit 472 , and a first selection unit 473 as in the first example. That is, the signal processing device 4 includes an orientation calculation section 471 , a first decomposition section 472 , and a first selection section 473 .

本例における方位算出部471は、分離部471aと、第2分解部471bと、第2選択部471cとを備える点で、第1例における方位算出部471と異なる。 The orientation calculation unit 471 in this example differs from the orientation calculation unit 471 in the first example in that it includes a separation unit 471a, a second decomposition unit 471b, and a second selection unit 471c.

分離部471aは、前記複数のアンテナに含まれる3本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及びその方位の位相折り返しを方位ごとに分離する。本例では、分離部471aは、3本の仮想アンテナVRx1、VRx3、VRx5の受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及びその方位の位相折り返しを方位ごとに分離する。分離部471aの処理の詳細については後述する。 The separation unit 471a separates, for each direction, an azimuth representing an arrival direction of radio waves and a phase folding of the azimuth based on the received signals of three or more antennas included in the plurality of antennas. In this example, the separation unit 471a separates the direction representing the arrival direction of radio waves and the phase folding of the direction for each direction based on the received signals of the three virtual antennas VRx1, VRx3, and VRx5. Details of the processing of the separation unit 471a will be described later.

第2分解部471bは、複数のアンテナに含まれる2本以上のアンテナの受信信号を、分離部471aによって分離された方位ごとの複素信号に分解する。本例では、第2分解部471bは、仮想アンテナVRx1及びVRx2の受信信号を、分離部471aによって分離された方位ごとの複素信号に分解する。第2分解部471bの処理の詳細については後述する。 The second decomposing unit 471b decomposes the reception signals of two or more antennas included in the plurality of antennas into complex signals for each direction separated by the separating unit 471a. In this example, the second decomposing unit 471b decomposes the received signals of the virtual antennas VRx1 and VRx2 into complex signals for each direction separated by the separating unit 471a. Details of the processing of the second decomposition unit 471b will be described later.

本例では、分離部471aでの分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、第2分解部471bでの分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広く、第1分解部472での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも狭い。本例では、分離部471aでの分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は2dであるのに対して、第2分解部471bでの分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔はdである。また、本例では、分離部471aでの分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は2dであるのに対して、第1分解部472での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は5dである。 In this example, the antenna spacing of the antennas used for separation by the separation unit 471a is wider than the antenna spacing of the antennas used for decomposition by the second decomposition unit 471b, and the antenna spacing used for decomposition by the first decomposition unit 472 narrower than the antenna spacing in In this example, the antenna spacing of the antennas used for separation in the separation unit 471a is 2d, whereas the antenna spacing of the antennas used for decomposition in the second decomposition unit 471b is d. Further, in this example, the antenna spacing of the antennas used for separation in the separation unit 471a is 2d, whereas the antenna spacing of the antennas used for decomposition in the first decomposition unit 472 is 5d.

第2選択部471cは、分離部471aによって分離された方位ごとに、第2分解部471bの分解結果に基づき、分離部471aによって分離された方位及びその方位の位相折り返しの中から1つを選択する。第2選択部471cの処理の詳細については後述する。 The second selection unit 471c selects one of the orientations separated by the separation unit 471a and the phase folding of the orientations based on the decomposition result of the second decomposition unit 471b for each orientation separated by the separation unit 471a. do. Details of the processing of the second selection unit 471c will be described later.

本例における方位演算部47を用いた場合も、第1例における方位演算部47を用いた場合と同様に、レーダ装置1の概略動作を示すフローチャートは図5となる。ただし、本例における方位演算部47を用いた場合、方位算出(図5のステップS6)の処理内容が第1例における方位演算部47を用いた場合とは異なる。 FIG. 5 is a flow chart showing the schematic operation of the radar device 1 when the azimuth calculation unit 47 in this example is used, as in the case where the azimuth calculation unit 47 in the first example is used. However, when the azimuth calculation unit 47 in this example is used, the processing contents of the azimuth calculation (step S6 in FIG. 5) are different from when the azimuth calculation unit 47 in the first example is used.

図10は、本例における方位演算部47が実行する方位算出の処理内容を示すフローチャートである。 FIG. 10 is a flow chart showing the contents of the orientation calculation processing executed by the orientation calculation unit 47 in this example.

まず分離部471aが、仮想アンテナVRx1、VRx3、VRx5の受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及びその方位の位相折り返しを方位ごとに分離する(ステップS61)。分離部471aは、以下の式(12)で示す相関行列Rxx’を算出する。
Rxx’=E[X(t)X(t)] ・・・(12)
ここで、
X(t)=[x(t),x(t),x(t)] ・・・(13)
である。
First, based on the signals received by the virtual antennas VRx1, VRx3, and VRx5, the separation unit 471a separates the directions representing the arrival directions of radio waves and the phase folding of the directions for each direction (step S61). The separation unit 471a calculates a correlation matrix Rxx' represented by the following equation (12).
Rxx'=E[X(t) XH (t)] (12)
here,
X(t)=[ x1 (t), x3 (t), x5 (t)] T (13)
is.

(t)は仮想アンテナVRx1の受信信号、x(t)は仮想アンテナVRx3の受信信号、x(t)は仮想アンテナVRx5の受信信号である。 x 1 (t) is the received signal of the virtual antenna VRx1, x 3 (t) is the received signal of the virtual antenna VRx3, and x 5 (t) is the received signal of the virtual antenna VRx5.

分離部471aは、相関行列Rxx’を用いて、公知のMUSICやESPRIT等により方位を分離する。3本の仮想アンテナVRx1、VRx3、VRx5の受信信号から相関行列Rxx’を生成しているので、分離部471aは、最大2個の方位を得る。なお、3本の仮想アンテナVRx1、VRx3、VRx5のアンテナ間隔2dが送信波TWおよび受信波RWの半波長より長いため、分離部471aによって分離された方位には位相折り返しが生じる。 The separation unit 471a uses the correlation matrix Rxx' to separate the azimuths by known MUSIC, ESPRIT, or the like. Since the correlation matrix Rxx' is generated from the received signals of the three virtual antennas VRx1, VRx3, and VRx5, the demultiplexing section 471a obtains a maximum of two azimuths. Since the antenna spacing 2d between the three virtual antennas VRx1, VRx3, and VRx5 is longer than half the wavelength of the transmission wave TW and the reception wave RW, phase folding occurs in the directions separated by the separation unit 471a.

以下、分離部471aが電波の到来方位を方位D1と方位D2とに分離した場合について説明する。上記のように第2例では位相折り返しが生じているため、第1例のときとは異なり、方位D1は1つの方位として確定していない。方位D2も同様である。図11は分離部471aでの方位分離におけるアンテナ間隔2d分の受信信号の位相差と方位との関係を示す図である。図のように同一の位相差に対応する方位が複数存在し、分離部471aでは位相差に対応する複数の方位のうちいずれか一つの方位が算出される。 A case where the separating unit 471a separates the direction of arrival of radio waves into direction D1 and direction D2 will be described below. As described above, phase folding occurs in the second example, so unlike the first example, the azimuth D1 is not determined as one azimuth. The direction D2 is also the same. FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the phase difference of the received signal corresponding to the antenna interval of 2d and the azimuth in the azimuth separation in the separation unit 471a. As shown in the drawing, there are a plurality of orientations corresponding to the same phase difference, and the separation unit 471a calculates any one of the plurality of orientations corresponding to the phase difference.

図10に戻って、分離部471aによって方位が分離されると、第2分解部471bは、仮想アンテナVRx1及びVRx2の受信信号を、以下の式(14)に基づき、方位D1、D2ごとの複素信号に分解する(ステップS62)。なお、以下の式(14)~(16)は、上述した式(3)~(5)と同一である。
X(t)=AS(t) ・・・(14)
ここで、
A=[a(θ),a(θ)] ・・・(15)
S(t)=[s(t),s(t)] ・・・(16)
である。
Returning to FIG. 10, when the azimuths are separated by the separating unit 471a, the second decomposing unit 471b divides the reception signals of the virtual antennas VRx1 and VRx2 into complex signals for each of the azimuths D1 and D2 based on the following equation (14). It decomposes into signals (step S62). Equations (14) to (16) below are the same as equations (3) to (5) described above.
X(t)=AS(t) (14)
here,
A=[a(θ 1 ), a(θ 2 )] (15)
S(t)=[ s1 (t), s2 (t)] T (16)
is.

なお、a(θ)は、方位D1のモードベクトルである。a(θ)は、方位D2のモードベクトルである。θは方位D1を表す角度である。θは方位D2を表す角度である。方位を表す角度は、物標がレーダ装置1の真正面に位置する場合に0[deg]になり、物標がレーダ装置1から見て真正面から右側にずれにつれて0[deg]より大きくなり、物標がレーダ装置1から見て真正面から左側にずれにつれて0[deg]より小さくなる。S(t)は、電波の位相振幅ベクトルである。s(t)は方位D1の複素信号(位相振幅信号)である。s(t)は方位D2の複素信号(位相振幅信号)である。 Note that a(θ 1 ) is the mode vector of direction D1. a(θ 2 ) is the mode vector of direction D2. θ 1 is an angle representing direction D1. θ2 is an angle representing the direction D2. The angle representing the azimuth is 0 [deg] when the target is positioned directly in front of the radar device 1, and becomes larger than 0 [deg] as the target deviates to the right from the front as viewed from the radar device 1. The target becomes smaller than 0 [deg] as it shifts to the left from the front when viewed from the radar device 1 . S(t) is the phase-amplitude vector of the radio wave. s 1 (t) is the complex signal (phase amplitude signal) of direction D1. s 2 (t) is the complex signal (phase amplitude signal) of direction D2.

分離部471aによって方位D1と方位D2とが得られているため、式(14)における行列Aは既知である。また、式(14)における受信信号ベクトルX(t)も既知である。したがって、第2分解部471bは、式(14)に基づき、位相振幅ベクトルS(t)を求めることができる。 Since direction D1 and direction D2 have been obtained by separating section 471a, matrix A in equation (14) is known. Also, the received signal vector X(t) in equation (14) is known. Therefore, the second decomposition unit 471b can obtain the phase-amplitude vector S(t) based on Equation (14).

仮想アンテナVRx1における方位D1の複素信号(位相振幅信号)s1VRx1(t)と、仮想アンテナVRx1における方位D2の複素信号(位相振幅信号)s2VRx1(t)とを求める場合には、第1分解部472は、モードベクトルa(θ)、a(θ)の基準アンテナを仮想アンテナVRx1にする。具体的には、第2分解部471bは、受信信号ベクトルX(t)およびモードベクトルa(θ)に以下の値を代入する。
X(t)=[xVRx1(t),xVRx3(t)] ・・・(17)
a(θ)=[1,exp{-2jΛdsin(θ)}] ・・・(18)
a(θ)=[1,exp{-2jΛdsin(θ)}] ・・・(19)
Λ=2π/λ ・・・(20)
When obtaining the complex signal (phase amplitude signal) s 1VRx1 (t) of direction D1 at virtual antenna VRx1 and the complex signal (phase amplitude signal) s 2VRx1 (t) of direction D2 at virtual antenna VRx1, the first decomposition The unit 472 sets the virtual antenna VRx1 as the reference antenna for the mode vectors a(θ 1 ) and a(θ 2 ). Specifically, the second decomposition unit 471b substitutes the following values for the received signal vector X(t) and the mode vector a(θ k ).
X(t)=[x VRx1 (t), x VRx3 (t)] T (17)
a(θ 1 )=[1, exp{-2jΛdsin(θ 1 )}] T (18)
a(θ 2 )=[1, exp{−2jΛdsin(θ 2 )}] T (19)
λ=2π/λ (20)

なお、xVRx1(t)は仮想アンテナVRx1の時刻tにおける受信信号である。xVRx3(t)は仮想アンテナVRx3の時刻tにおける受信信号である。λは送信波TW及び受信波RWの波長である。前述の第1例ではモードベクトルを算出する前に位相折り返しを解消して方位を1つに確定させたが、第2例ではその必要は無い。そのため、信号ベクトルX(t)およびモードベクトルa(θk)を生成するときは、分離部471aで用いたアンテナ間隔に合わせて仮想アンテナを選択する。例えば上記の場合、分離部471aで用いたアンテナ間隔2dに合わせ、複素信号を求めたい仮想アンテナVRx1に対して仮想アンテナVRx3を選択する。 Note that x VRx1 (t) is the received signal of virtual antenna VRx1 at time t. x VRx3 (t) is the received signal at time t of virtual antenna VRx3. λ is the wavelength of the transmitted wave TW and the received wave RW. In the first example described above, the phase folding is canceled before the mode vector is calculated to fix the azimuth to one direction, but this is not necessary in the second example. Therefore, when generating the signal vector X(t) and the mode vector a(θk), virtual antennas are selected according to the antenna spacing used in the separation unit 471a. For example, in the above case, the virtual antenna VRx3 is selected for the virtual antenna VRx1 for which the complex signal is to be obtained, according to the antenna spacing 2d used in the separation unit 471a.

このとき、受信信号ベクトルX(t)は、選択した仮想アンテナの受信信号を要素として生成する。またモードベクトルa(θ)は、基準とするアンテナ(上記では仮想アンテナVRx1)に対応する要素を1とし、他要素は、対応する別の仮想アンテナの位置における理想的な位相差を代入して生成する。 At this time, the received signal vector X(t) is generated using the received signal of the selected virtual antenna as an element. In addition, the mode vector a(θ) is such that the element corresponding to the reference antenna (virtual antenna VRx1 in the above) is 1, and the other elements are the ideal phase differences at the positions of the other corresponding virtual antennas. Generate.

上記代入により、仮想アンテナVRx1における方位D1の複素信号(位相振幅信号)s1VRx1(t)と、仮想アンテナVRx1における方位D2の複素信号(位相振幅信号)s2VRx1(t)とが求まる。 By the above substitution, a complex signal (phase amplitude signal) s 1VRx1 (t) of direction D1 at virtual antenna VRx1 and a complex signal (phase amplitude signal) s 2VRx1 (t) of direction D2 at virtual antenna VRx1 are obtained.

また、仮想アンテナVRx2における方位D1の複素信号(位相振幅信号)s1VRx2(t)と、仮想アンテナVRx2における方位D2の複素信号(位相振幅信号)s2VRx2(t)とを求める場合には、第2分解部471bは、モードベクトルa(θ)、a(θ)の基準アンテナを仮想アンテナVRx2にする。具体的には、第2分解部471bは、受信信号ベクトルX(t)、モードベクトルa(θ)に以下の値を代入する。なお、前述のように、仮想アンテナVRx2に対しては、アンテナ間隔が2dとなる仮想アンテナVRx4を選択する。
X(t)=[xVRx2(t),xVRx4(t)] ・・・(21)
a(θ)=[1,exp{-2jΛdsin(θ)}] ・・・(22)
a(θ)=[1,exp{-2jΛdsin(θ)}] ・・・(23)
Further, when obtaining the complex signal (phase amplitude signal) s 1VRx2 (t) of the direction D1 at the virtual antenna VRx2 and the complex signal (phase amplitude signal) s 2VRx2 (t) of the direction D2 at the virtual antenna VRx2, The 2-factor decomposition unit 471b sets the virtual antenna VRx2 as the reference antenna for the mode vectors a(θ 1 ) and a(θ 2 ). Specifically, the second decomposition unit 471b substitutes the following values for the received signal vector X(t) and the mode vector a(θ k ). Note that, as described above, the virtual antenna VRx4 with an antenna interval of 2d is selected for the virtual antenna VRx2.
X(t)=[x VRx2 (t), x VRx4 (t)] T (21)
a(θ 1 )=[1, exp{-2jΛdsin(θ 1 )}] T (22)
a(θ 2 )=[1, exp{-2jΛdsin(θ 2 )}] T (23)

上記代入により、仮想アンテナVRx2における方位D1の複素信号(位相振幅信号)s1VRx2(t)と、仮想アンテナVRx2における方位D2の複素信号(位相振幅信号)s2VRx2(t)とが求まる。 By the above substitution, a complex signal (phase amplitude signal) s 1VRx2 (t) of direction D1 at virtual antenna VRx2 and a complex signal (phase amplitude signal) s 2VRx2 (t) of direction D2 at virtual antenna VRx2 are obtained.

図12は第2分解部471bによって求まる複素信号の位相差と方位との関係を示す図である。図12において、仮想アンテナVRx1における方位D1の複素信号s1VRx1(t)と仮想アンテナVRx2における方位D1の複素信号s1VRx2(t)との位相差及びその位相差の位相折り返しを黒丸で示す。また、図12において、仮想アンテナVRx1における方位D2の複素信号s2VRx1(t)と仮想アンテナVRx2における方位D2の複素信号s2VRx2(t)との位相差及びその位相差の位相折り返しを黒四角で示す。仮想アンテナVRx1と仮想アンテナVRx2とのアンテナ間隔がdであるため、図12における位相差はアンテナ間隔d分の位相差である。 FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the phase difference of the complex signal obtained by the second decomposition unit 471b and the azimuth. In FIG. 12 , the phase difference between the complex signal s 1VRx1 (t) in direction D1 at virtual antenna VRx1 and the complex signal s 1VRx2 (t) in direction D1 at virtual antenna VRx2 and the phase folding of the phase difference are indicated by black circles. In FIG. 12 , the phase difference between the complex signal s 2VRx1 (t) in the direction D2 at the virtual antenna VRx1 and the complex signal s 2VRx2 (t) in the direction D2 at the virtual antenna VRx2 and the phase folding of the phase difference are indicated by black squares. show. Since the antenna spacing between the virtual antenna VRx1 and the virtual antenna VRx2 is d, the phase difference in FIG. 12 is the phase difference for the antenna spacing d.

図10に戻って、第2分解部471bによって方位D1、D2ごとの複素信号が求められると、第2選択部471cは、方位D1、D2ごとに、第2分解部471bの分解結果に基づき、分離部471aによって分離された方位及びその方位の位相折り返しの中から1つを選択する(ステップS63)。 Returning to FIG. 10, when the complex signal for each of the directions D1 and D2 is obtained by the second decomposing unit 471b, the second selecting unit 471c, based on the decomposing result of the second decomposing unit 471b, for each of the directions D1 and D2, One is selected from the directions separated by the separation unit 471a and the phase folding of the directions (step S63).

第2選択部471cは、第2分解部471bの分解結果との比較を可能にするために、分離部471aによって求まる受信信号の位相差をアンテナ間隔d分の位相差に変換する。図13は、分離部471aによって求まる受信信号の位相差をアンテナ間隔d分の位相差に変換したものと方位との関係を示す図である。 The second selection unit 471c converts the phase difference of the received signal obtained by the separation unit 471a into a phase difference corresponding to the antenna interval d so as to enable comparison with the decomposition result of the second decomposition unit 471b. FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the azimuth and the phase difference obtained by converting the phase difference of the received signal obtained by the separation unit 471a into the phase difference corresponding to the antenna interval d.

第2選択部471cは、図11における位相差と図13に示す位相差とを比較し、図13に示す黒丸の中から、位相差が図12に示す黒丸の位相差に最も近いものを選択し、選択した黒丸の方位D1を出力する。 The second selection unit 471c compares the phase difference in FIG. 11 with the phase difference shown in FIG. 13, and selects the one whose phase difference is closest to the phase difference of the black circle shown in FIG. 12 from among the black circles shown in FIG. and outputs the orientation D1 of the selected black circle.

また、第2選択部471cは、図11における位相差と図13に示す位相差とを比較し、図13に示す黒四角の中から、位相差が図12に示す黒四角の位相差に最も近いものを選択し、選択した黒四角の方位D2を出力する。 Further, the second selection unit 471c compares the phase difference in FIG. 11 with the phase difference shown in FIG. 13, and selects the phase difference from the black squares shown in FIG. Select the closest one and output the orientation D2 of the selected black square.

図10に戻って、第2選択部471cによる選択が終了すると、方位算出部471は、第2選択部471cから出力される方位D1、D2を、方位の算出結果として出力し(ステップS64)、フローを終了する。 Returning to FIG. 10, when the selection by the second selection unit 471c is completed, the orientation calculation unit 471 outputs the orientations D1 and D2 output from the second selection unit 471c as the orientation calculation results (step S64). End the flow.

本例における方位演算部47を用いた場合、第1例における方位演算部47を用いた場合よりも、図5中のステップS6において算出される方位の精度が高いので、図5中のステップS8における選択に誤りが生じる可能性を低くすることができる。 When the azimuth calculation unit 47 in this example is used, the accuracy of the azimuth calculated in step S6 in FIG. 5 is higher than when the azimuth calculation unit 47 in the first example is used. It is possible to reduce the possibility of making an error in the selection in .

なお、式(17)~式(19)では、仮想アンテナ2つで複素信号を算出したが、3つの仮想アンテナを用いて以下の値を代入して算出してもよい。

Figure 0007335092000001
上記の式を用いることで、算出精度を向上することができる。 Although the complex signal is calculated with two virtual antennas in Equations (17) to (19), it may be calculated by substituting the following values using three virtual antennas.
Figure 0007335092000001
By using the above formula, the calculation accuracy can be improved.

また、同様に式(21)~式(23)も以下のように値を代入して算出してもよい。

Figure 0007335092000002
上記の式を用いることで、算出精度を向上することができる。また、上記では3つとしたが、仮想アンテナの構成に応じ、3つ以上の仮想アンテナを用いて複素信号を算出してもよい。 Similarly, formulas (21) to (23) may also be calculated by substituting values as follows.
Figure 0007335092000002
By using the above formula, the calculation accuracy can be improved. Although three virtual antennas are used in the above description, three or more virtual antennas may be used to calculate the complex signal according to the configuration of the virtual antennas.

<5.留意事項>
本明細書における実施形態や実施例の構成は、本発明の例示にすぎない。実施形態や変形例の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、複数の実施形態及び変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。
<5. Notes>
The configurations of the embodiments and examples herein are merely illustrative of the present invention. The configurations of the embodiments and modifications may be changed as appropriate without departing from the technical idea of the present invention. Also, multiple embodiments and modifications may be implemented in combination within a possible range.

以上においては、車載レーダ装置について説明したが、本発明は、道路などに設置されるインフラレーダ装置、船舶監視レーダ装置、航空機監視レーダ装置等にも適用されてよい。 Although the vehicle-mounted radar system has been described above, the present invention may also be applied to infrastructure radar systems installed on roads, ship monitoring radar systems, aircraft monitoring radar systems, and the like.

以上においてプログラムの実行によってソフトウェア的に実現されると説明した機能の全部又は一部は電気的なハードウェア回路により実現されてもよい。また、ハードウェア回路によって実現されると説明した機能の全部又は一部はソフトウェア的に実現されてもよい。また、1つのブロックとして説明した機能が、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよい。また、各機能ブロックは概念的な構成要素である。各機能ブロックが実行する機能を複数の機能ブロックに分散させたり、複数の機能ブロックが有する機能を1つの機能ブロックに結合したりしてよい。 All or part of the functions described above as being implemented in software by executing a program may be implemented in an electrical hardware circuit. Also, all or part of the functions described as being realized by hardware circuits may be realized by software. Also, the functions described as one block may be implemented by cooperation of software and hardware. Also, each functional block is a conceptual component. Functions executed by each functional block may be distributed among a plurality of functional blocks, or functions possessed by a plurality of functional blocks may be combined into one functional block.

1 レーダ装置
4 信号処理装置
23 送信アンテナ
31 受信アンテナ
471 方位算出部
471a 分離部
471b 第2分解部
471c 第2選択部
472 第1分解部
473 第1選択部
VRx1~VRx6 仮想アンテナ
1 Radar Device 4 Signal Processing Device 23 Transmitting Antenna 31 Receiving Antenna 471 Direction Calculating Unit 471a Separating Unit 471b Second Decomposing Unit 471c Second Selecting Unit 472 First Decomposing Unit 473 First Selecting Unit VRx1 to VRx6 Virtual Antenna

Claims (4)

電波を送信し、物標から反射してきた電波を複数のアンテナによって受信することで前記物標を検出するレーダ装置であって、
前記複数のアンテナに含まれる3本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及び前記方位の位相折り返しを前記方位ごとに分離する分離部と、
前記複数のアンテナに含まれる2本以上のアンテナであって、前記分離部での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも狭いアンテナの受信信号を、前記方位ごとの複素信号に分解する第2分解部と、
前記分離部にて分離された前記方位及び前記方位の位相折り返しに対応する受信信号の位相差を、前記第2分解部で用いられたアンテナにおけるアンテナ間隔分の位相差に変換し、前記方位ごとに、該変換後の位相差の中から、前記第2分解部にて得られた前記複素信号の位相差に最も近い位相差を選択する第2選択部と、
を備え、前記第2選択部にて選択された前記位相差に対応する前記方位を、前記位相折り返しではない方位として算出する方位算出部と、
前記複数のアンテナに含まれる2本以上のアンテナであって、前記分離部での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広いアンテナの受信信号を、前記方位算出部にて算出された前記方位ごとの複素信号に分解する第1分解部と、
前記第1分解部によって分解された前記方位ごとの前記複素信号の位相差及び該位相差の折り返しを、前記第2分解部で用いられたアンテナにおけるアンテナ間隔分の位相差に変換し、該変換後の位相差の中から、前記方位算出部にて算出された前記方位に対応する位相差に最も近い位相差を選択する第1選択部と、
を備え、前記第1選択部にて選択された前記位相差に対応する方位を、前記物標が存在する方位として推定するよう構成されている、レーダ装置。
A radar device that detects a target by transmitting radio waves and receiving radio waves reflected from the target with a plurality of antennas,
a separation unit that separates an azimuth representing an arrival direction of radio waves and phase folding of the azimuth for each of the azimuths based on signals received by three or more antennas included in the plurality of antennas;
A second decomposition that decomposes a received signal of two or more antennas included in the plurality of antennas, the antenna spacing being narrower than the antenna spacing of the antennas used for separation in the separation unit, into complex signals for each of the directions. Department and
converting the phase difference between the azimuth separated by the separating unit and the phase difference of the received signal corresponding to the phase folding of the azimuth into a phase difference corresponding to the antenna interval in the antenna used in the second decomposition unit; a second selection unit that selects a phase difference closest to the phase difference of the complex signal obtained by the second decomposition unit from among the phase differences after conversion;
an orientation calculation unit that calculates the orientation corresponding to the phase difference selected by the second selection unit as an orientation that is not the phase folding;
Two or more antennas included in the plurality of antennas, wherein the received signals of the antennas wider than the antenna spacing of the antennas used for separation in the separation unit are calculated for each of the directions calculated by the direction calculation unit a first decomposition unit that decomposes into a complex signal of
converting the phase difference of the complex signal for each of the directions decomposed by the first decomposing unit and folding of the phase difference into a phase difference corresponding to the antenna interval in the antenna used in the second decomposing unit; a first selection unit that selects the phase difference closest to the phase difference corresponding to the direction calculated by the direction calculation unit from among the subsequent phase differences;
and estimating an azimuth corresponding to the phase difference selected by the first selector as an azimuth in which the target exists.
前記第1分解部での分解に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔は、前記複数のアンテナの最長アンテナ間隔である、請求項1に記載のレーダ装置。 2. The radar apparatus according to claim 1 , wherein the antenna spacing of the antennas used for decomposition in said first decomposition unit is the longest antenna spacing of said plurality of antennas. 前記複数のアンテナは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナであり、前記第2分解部にて用いられるアンテナのアンテナ間隔は、前記複数の仮想アンテナの最小の間隔である、請求項1又は請求項2に記載のレーダ装置。 The plurality of antennas are a plurality of virtual antennas generated by combining a plurality of transmitting antennas and a plurality of receiving antennas, and the antenna spacing of the antennas used in the second decomposition unit is the plurality of virtual antennas. 3. The radar system according to claim 1 or 2 , wherein the minimum distance between . 電波を送信し、物標から反射してきた電波を複数のアンテナによって受信することで前記物標を検出するレーダ装置において、前記複数のアンテナの受信信号を処理する信号処理方法であって、
前記複数のアンテナに含まれる3本以上のアンテナの受信信号に基づき、電波の到来方向を表す方位及び前記方位の位相折り返しを前記方位ごとに分離する分離工程と、
前記複数のアンテナに含まれる2本以上のアンテナであって、前記分離工程での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも狭いアンテナの受信信号を、前記方位ごとの複素信号に分解する第2分解工程と、
前記分離工程にて分離された前記方位及び前記方位の位相折り返しに対応する受信信号の位相差を、前記第2分解工程で用いられたアンテナにおけるアンテナ間隔分の位相差に変換し、前記方位ごとに、該変換後の位相差の中から、前記第2分解工程にて得られた前記複素信号の位相差に最も近い位相差を選択する第2選択工程と、
を備え、前記第2選択工程にて選択された前記位相差に対応する前記方位を、前記位相折り返しではない方位として算出する方位算出工程と、
前記複数のアンテナに含まれる2本以上のアンテナであって、前記分離工程での分離に用いられるアンテナにおけるアンテナ間隔よりも広いアンテナの受信信号を、前記方位算出工程にて算出された前記方位ごとの複素信号に分解する第1分解工程と、
前記第1分解工程によって分解された前記方位ごとの前記複素信号の位相差及び該位相差の折り返しを、前記第2分解部で用いられたアンテナにおけるアンテナ間隔分の位相差に変換し、該変換後の位相差の中から、前記方位算出部にて算出された前記方位に対応する位相差に最も近い位相差を選択する第1選択工程と、
を備え、前記第1選択工程にて選択された前記位相差に対応する方位を、前記物標が存在する方位として推定する、信号処理方法。
A signal processing method for processing signals received by a plurality of antennas in a radar device that detects the target by transmitting radio waves and receiving the radio waves reflected from the target by a plurality of antennas,
a separation step of separating a direction representing an arrival direction of radio waves and a phase folding of the direction for each direction based on signals received by three or more antennas included in the plurality of antennas;
A second decomposition for decomposing a received signal of two or more antennas included in the plurality of antennas, wherein the antenna spacing is narrower than the antenna spacing of the antennas used for separation in the separation step, into complex signals for each of the directions. process and
The azimuth separated in the separation step and the phase difference of the received signal corresponding to the phase folding of the azimuth are converted into a phase difference corresponding to the antenna interval in the antenna used in the second decomposition step, and each of the azimuths a second selection step of selecting the phase difference closest to the phase difference of the complex signal obtained in the second decomposition step from among the phase differences after conversion;
an orientation calculation step of calculating the orientation corresponding to the phase difference selected in the second selection step as an orientation that is not the phase folding;
Two or more antennas included in the plurality of antennas, wherein the received signal of the antennas wider than the antenna spacing of the antennas used for separation in the separation step is calculated for each of the directions calculated in the direction calculation step a first decomposition step of decomposing into a complex signal of
converting the phase difference of the complex signal for each of the directions decomposed by the first decomposition step and the folding of the phase difference into a phase difference corresponding to the antenna interval in the antenna used in the second decomposition unit; a first selection step of selecting the phase difference closest to the phase difference corresponding to the orientation calculated by the orientation calculation unit from among the subsequent phase differences;
and estimating the direction corresponding to the phase difference selected in the first selection step as the direction in which the target exists.
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