WO2007020704A1

WO2007020704A1 - 目標物検出方法及び目標物検出装置

Info

Publication number: WO2007020704A1
Application number: PCT/JP2005/015120
Authority: WO
Inventors: Takayuki Inaba
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-02-22
Also published as: US7656344B2; JPWO2007020704A1; DE112005003673B4; US20090207068A1; DE112005003673T5

Abstract

　送信出力を高めることなく、遠くの目標からのエコーのＳ／Ｎ比を改善して目標検出精度を高め、かつ近くの目標の運動諸元算出を応答性よく行う。　パルス送信から第１の時間を経た第１のレンジセルにおける送信パルスのエコーを複数のパルス受信区間に亘って受信し、受信したエコーに基づく第１の信号を出力するとともに、パルス送信から第１の時間とは異なる第２の時間を経た第２のレンジセルにおける送信パルスのエコーを複数のパルス受信区間に亘って受信し、受信したエコーに基づく第２の信号を出力する受信部５と、受信部５が出力する第１の個数の第１の信号を積算して、その積算結果を第１のレンジ積算信号として出力するとともに、第１の個数と異なる第２の個数の第２の信号を積算して、その積算結果を第２のレンジ積算信号として出力する信号積算部６と、第１及び第２のレンジ積算信号に基づいて目標物を検出する目標物検出部７とを備えた。

Description

明細書

目標物検出方法及び目標物検出装置

技術分野

[0001] この発明はパルスレーダ及びパルス化したレーダ波を用いて遠隔に存在する目標の運動諸元 (位置又は相対距離、相対速度など）を検出する方法に係るものであり、特に安価な装置構成にて近距離から遠距離までの幅広い距離範囲に存在する目標の運動諸元を検出する技術に関する。

背景技術

[0002] 従来のレーダ技術は、防衛'気象といった分野が主だった適用分野だった。これらの分野向けレーダ装置は少量生産で足りるものであり、どちらかといえばコストを犠牲にしてでも要求性能を達成することが求められた。しかし、レーダ技術の新しい利用分野である自動車搭載用レーダは、普及状況次第では量産規模が数万台から数十万台、場合によっては数百万台の規模となりうる。そして、自動車搭載レーダを普及させるためには製造コストを抑える必要がある。

[0003] このような要求を満足する低廉なレーダ装置を供給するためには、従来のレーダ技術で用いられていたような高性能な処理回路を要求する信号処理方式に代わる負荷の低い信号処理方式に加え、アンテナ構成の簡略化'低出力化が求められる。

[0004] その一方で、自動車搭載用レーダは、走行上の障害物を検出し危険回避することで、走行の安全性を高めることを目的としている。場合によっては、人命に関わる重大な処理を精度よく実行しなければならない。したがってコスト削減が求められているといえども、目標物を検出する性能を犠牲にすることが容認されるものではない。具体的には、相対距離にして Om〜約 200m程度の範囲に存在する比較的広、角度の目標物を lm程度の分解能で数ミリ秒以内に検出することが要求される。

[0005] 従来から知られて!/、るレーダの方式として、パルス方式、パルス圧縮方式 (スぺタトル拡散レーダ）、 FMCW方式、 2周波 CW方式などがあるが、パルス方式やパルス圧縮方式のレーダ装置では、例えば lmの分解能を得るためには 150MHzという広帯域を必要とする。特にパルス圧縮レーダの場合は、相関処理の演算負荷が大きく高速の信号処理が必要となる。その結果、これらの方式は製造コスト削減の上では不利となる。

[0006] 一方、 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式、 2周波 CW方式、多周波 CW方式などの方式は、比較的低速の信号処理で所望の距離分解能が得られることが知られている。したがって、これらの方式によれば、製造コスト削減の要求と高分解能化の要求を同時に満たしうるという利点があるため、自動車搭載用レーダの方式として有力視されて！/ヽる。

[0007] しかしながら、連続波 (Continuous Wave： CW)を送信波として用いるこれらの方式（以下、連続波を用いるこれらのレーダ方式を「CW方式」と総称する）は、送受信のァイソレーシヨン確保、近距離からの伝播損失の小さ!/ヽ不要反射波対策 (近距離クラッタ）などの深刻な課題を有しているのが実情である。そこで、このような問題に対処するため【こ、 FMIし W(Frequency Modulated Interrupted continuous Waveノ方式刀めとする送信連続波をパルス化した方式が知られている。

[0008] また、自動車搭載用レーダには、複数の車線を走行する先行車両など、広い角度に存在する目標物を検出するという要求がある。この要求を満たすために、開口面ァンテナを機械駆動するアンテナ方式、マルチビームアンテナ方式、およびアレーアンテナを備えたフェーズドアレー方式および DBF(Digital Beam Forming)方式などが知られている。

[0009] このうち、機械駆動方式は、幅広!/、覆域の反射源を観測するために長、観測時間を要することとなって、応答性能を高めることが難しい。また同時に複数方向の送信ビームを照射するマルチビームアンテナ方式、および電気的な位相制御を用いて短時間のうちにビームの走査方向を変化させるアレーアンテナを備えたフェーズドアレ一方式といった方式であれば、応答性能上の問題はないものの、アンテナ機構が複雑になりすぎるため、量産に不向きである。

[0010] 一方、 DBF方式は、ビーム形成をディジタル信号処理により実現するものであり、処理の適応性、拡張性、高分解能性に優れるという利点がある。特に、自動車搭載用レーダでは、幅広い覆域に存在する障害物を短時間（理想的には数ミリ秒)で検出することが要求される。このため、広角ビームあるいはファンビームと呼ばれるビーム幅の広、ビームと DBF方式の組み合わせが自動車搭載用レーダの方式として有利である。

[0011] 広角ビームは、一回のパルスで要求覆域全体を照射する程度にビーム幅の広いビームである。広角ビームと DBF方式との組み合わせによって、要求覆域を同時に力バーしうるビーム幅の広、ビームを送信した上で、送信したビームのエコーをアレーアンテナによって取り込んでおき、以降 DBF方式によって、取り込んだアレーアンテナの各素子アンテナの出力信号をディジタル信号処理して任意の方向のビーム形成する（例えば、特許文献 1や特許文献 2)。

[0012] こうすることで、ビーム方向の制御機構を単純化しつつビーム走査のオーバーへッドを最小に抑え、同時に要求覆域の目標物を短時間で検出することが可能となる。さらに広角ビームと DBF方式との組み合わせは、 FMCW方式や 2周波 CW方式、多周波 CW方式と、つたレーダ原理と組み合わせることが可能である。また広角送信ビームをパルス化することで、実用的な自動車搭載用レーダを提供する上で生ずる問題の大部分は解決される。

[0013] 特許文献 1 :米国特許第 5497161号公報

特許文献 2 :日本国特許第 3622565号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0014] し力しながら、広角ビームはビーム幅が広いために、受信信号の SZN比が低下するという問題がある。このような問題を改善する方法として、パルスレーダではパルスのエコーとして得られる受信信号を時間軸方向に、あるいは複数パルスに亘つて積算して SZN比を確保する方法が用いられる。このような処理は信号の積分処理として知られている。し力しながら積分処理を行うためには、積算する信号を複数の観測期間に亘つて収集する必要があるので、信号収集に必要となる観測期間が経過するまで観測値が得られず、応答性能が劣化してしまう。

課題を解決するための手段

[0015] 力かる問題を解決するために、この発明による目標物検出方法では、

パルス送信力第 1の時間を経た第 1のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく信号を生成するとともに、生成した信号のうちの第 1 の個数の信号を積算して、その積算結果を第 1のレンジセル積算信号として出力する第 1の信号積算工程と、

ノルス送信力第 1の時間と異なる第 2の時間を経た第 2のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく信号を生成するとともに、生成した信号のうちの第 1の個数と異なる第 2の個数の信号を積算して、その積算結果を第 2のレンジセル積算信号として出力する第 2の信号積算工程と、

第 1及び第 2のレンジセル積算信号に基づいて目標物を検出する目標物検出工程を有することとした。

[0016] なおレンジセルとは、送信されたパルスのエコーを受信する区間であって、所定の時間幅で細分化された観測期間である。また、レンジセノレは、別の言い方としてレンジゲート（距離ゲート）ある、はレンジビンとも呼ばれることもある。

[0017] レーダが一つの送信パルスを送信すると、観測覆域内に存在する距離の異なる複数の反射源によって反射される。エコーが再びレーダシステムに到着する場合、異なる距離にある反射源によって反射された各エコーには経路長の差に起因する到着時間のばらつきが生じる。

[0018] レーダの受信アンテナは、まず到着時間にばらつきの生じた状態のエコーを時間的に連続したアナログ受信信号に変換する。ついで、時間的に連続したアナログ受信信号は所定の間隔毎にサンプリングされ、ディジタル信号に変換される。異なる距離にある反射源は異なるサンプリング区間のディジタル信号として表現される。このサンプリング区間の一つ一つがレンジセルとなる。すなわち、第 1のレンジセルと第 2のレンジセルはともに、時間的に連続した一つのアナログ受信信号を時間的に分割するための区間である。

[0019] 一般に、電波の伝播経路が長くなると、電波の到着地点における強度や SZN比が劣化する。このため、第 1のレンジセルと第 2のレンジセルとでは、観測されるエコーの強度や SZN比が異なる。 SZN比が劣化すると、真の目標に由来するエコーの信号成分がノイズに埋もれてしまい、検出が困難となる。

発明の効果 [0020] これによつて、電波の伝播経路が短く強度や SZN比が十分なエコーについては、積分演算に用いる信号を収集する観測回数を少なくすることで、観測結果を得るまでの応答時間を短くする一方、電波の伝播経路が長く強度や SZN比が不十分なェコ一については、積分演算に用いる観測回数を多くすることで、観測結果を得る上で十分な SZN比を確保することが可能となる。

[0021] ただしこの発明は、遠くの反射源力のエコーの積分処理に用いる信号を取得するための観測回数を近くの反射源からのエコーの積分処理に用いる信号を取得するための観測回数よりも多くするという構成に限定されるものではない。例えば、これまでの観測結果に基づ、て行った予測処理や追尾処理を通じて、観測覆域の一定の範囲に反射率の大き、反射源が存在して、ることが分力つて、る場合は、その反射源力エコーが含まれるレンジセルについて観測回数を少なくし、その前後のレンジセルにつヽては観測回数を多くする、 t ヽぅ構成を採用してもよヽのである。

図面の簡単な説明

[0022] [図 1]この発明の実施の形態 1の目標物検出装置のブロック図。

[図 2]この発明の実施の形態 1の送信パルスとエコーの関係を示す図。

[図 3]この発明の実施の形態 1の周波数変調方法の説明図。

[図 4]この発明の実施の形態 1のパルス化方法を説明する図。

[図 5]この発明の実施の形態 1のアレーアンテナの構成を説明する図。

[図 6]この発明の実施の形態 1の素子切換のタイミングチャート。

[図 7]この発明の実施の形態 1のレンジセルの説明図。

[図 8]この発明の実施の形態 1の周波数分析処理の説明図。

符号の説明

[0023] 2 パルス送信部、

3 送信パルス、

4 ェコ¹ ~~、

5 受信部、

6 信号積算部、

7 目標物検出部、 11 基準信号発生器、

12 送信信号変換器、

13 パルス化器、

14 送信アンテナ、

15 アレーアンテナ、

16 切換部、

17 受信信号変換器、

18 AZD変、

19 周波数分析部、

100 基準信号、

101 送信信号、

102 パルス信号、

107 差信号、

108 ディジタル差信号、

109 周波数信号、

110、 111 積算信号、

112 目標物観測値。

発明を実施するための最良の形態

[0024] 実施の形態 1.

図 1は、この発明の実施の形態 1による目標物検出装置の構成を示すブロック図である。図に示す目標物検出装置 1は、 FMCWレーダ方式を用いて目標物の観測を行う装置であって、パルス送信部 2、受信部 5、信号積算部 6、目標物検出部 7を備えている。

[0025] パルス送信部 2は、周波数変調を施された送信信号を発生し、発生した送信信号をパルス化して送信パルス 3を出力する部位である。図 2に示すように、送信パルス 3 の一部は目標物検出装置 1の外部に存在する反射源に反射され、エコー 4として再び目標物検出装置 1に戻ってくる。

[0026] ここで、反射源と目標物検出装置 1との距離を R、反射源の速度を Vとすると、送信パルス 3は長さ Rの経路を往復した後にエコー 4に届くこととなるので、光速を cとすれば送信パルス 3の送信力エコー 4の受信までの間に T= 2RZcの時間が経過する。また送信パルス 3が反射されてエコー 4が発生する際に反射源の速度 Vに応じた周波数変調がなされる。受信部 5は、このエコー 4を検出してエコー 4に基づく信号を生成する。ここで生成された信号は、最終的に目標物検出部 7に出力され、ここでェコ一 4の到着時刻と周波数とに基づいて反射源となる目標物の検出が行われる。

[0027] 目標物検出装置 1の特徴とするところは、目標物検出部 7と受信部 5との間に信号積算部 6を設けている点にある。信号積算部 6は受信部 5が出力する信号の SZN比を改善して、改善結果となる信号を目標物検出部 7に入力する部位である。信号積算部 6によって、例えば遠くに存在するために強いエコーが得られない目標物の検出精度を高めることができる。

[0028] 続いて、目標物検出装置 1の詳細な構成と動作を、図を用いて説明する。図 1が示すように、パルス送信部 2は、基準信号発生器 11と送信信号変 12,パルス化器 13、送信アンテナ 14を備えている。

[0029] パルス送信部 2の基準信号発生器 11は、電圧制御発信器 (Voltage Controlled Os dilator)によって所定の周期による周波数変調を伴った基準信号 100を発生する。目標物検出装置 1は、 FMCWレーダ方式を採用しているが、そのために基準信号発生器 1は、基準信号 100の周波数変調方法として、周波数を上昇させる過程である周波数上昇過程と周波数を下降させる過程である周波数下降過程とを有する周波数変調を基準信号 100に施す。

[0030] 図 3は基準信号発生器 11が発生する基準信号 100の周波数の時間変動を表す図である。図において、直線 100— 1及び直線 100— 2は基準信号 100の周波数の遷移を表している。直線 100— 1は、 1次関数的に周波数を上昇させていく第 1の周波数変調期間 (周波数上昇期間)に対応している。また直線 100— 2は、 1次関数的に周波数を下降させていく第 2の周波数変調期間 (周波数下降期間）に対応している。

[0031] このように、基準信号発生器 11は、第 1の周波数変調期間と第 2の周波数変調期間とを順次繰り返しことで周波数変調を行う。なお第 1の周波数変調期間と第 2の周波数変調期間の長さはともに Tであるとし、周波数掃引幅 (変調させる周波数の上限と下限の差）は Bであるものとする。

[0032] なお、以降の説明にお、て基準信号発生器 11における周波数上昇過程と周波数下降過程の各期間のことを周波数変更期間と記す。

[0033] 送信信号変換器 12は基準信号 100を RF(Radio Frequency)帯の送信信号 101〖こ周波数変換する。さらにパルス化器 13は、パルス送信間隔 T で送信信号 101をパ

PRI

ルス化することでパルス信号 102を生成し送信アンテナ 14に出力する。

[0034] このパルス信号 102と送信信号 101の関係は図 4に示すようになる。図 4において、符号 101— 1及び 102— 1が示す直線は送信信号 101の周波数の遷移を表している。また太字による台形 102— 1〜102— 11は、送信信号 101をパルス化したことによつて得られるパルス信号 102に対応する。このように、連続信号である送信信号 101 の一部がパルス化されてパルス信号 102になる。なお、送信信号 101は RF帯の信号であって、図 3で示した基準信号 100とはベースバンド (最低周波数）が異なっていることに注意すべきである。

[0035] なお、パルス信号 102を出力する時間間隔はパルス繰り返し間隔（Pulse Repetition

Interval)とも呼ばれ、 PRIと略されることもある。それと同時に、パルス化器 13は PRI に同期した切換信号 200を出力する。この切換信号 200は後の処理において受信切換に供されるものである。

[0036] 送信アンテナ 14は、パルス送信部 2によって出力されたノルス信号 102を広角ビームによる送信パルス 3として外部に放射する。これによつて、目標物検出装置 1の観測要求覆域全体が一回のパルス送信のみで照射される。

[0037] 受信部 5は、送信パルス 3のエコー 4を検出して受信し、受信したエコー 4に基づく信号を生成して出力する部位であって、アレーアンテナ 15、切換部 16、受信信号変換器 17、 AZD変換器 18、周波数分析器 19を備えている。

[0038] アレーアンテナ 15は、素子間隔 d、個数 N (N> 1)の素子アンテナを備えている。ァレーアンテナ 15を構成する各素子アンテナはそれぞれの位置においてエコー 4を受信し、受信したエコー 4に基づくアナログ受信信号 105を出力する。以後の説明において、アレーアンテナ 15を構成する各素子アンテナを 0〜N—1からなる素子番号 n を添えて記すこととする。 [0039] このようなアレーアンテナ 15を備えた場合に、エコー 4の波長をえとし、アレーアンテナ 15に対するエコー 4の開口面への入射角を 0とすると、図 5に示されるように、隣接する素子アンテナ間で式（1)で与えられる位相差 Φが発生する。

[数 1]

[0040] そこで、各素子アンテナの受信信号間の位相差 φを検出することで、式（1)からェコー 4の入射角 Θ、すなわち反射源の方位を推定することが可能となる。

[0041] 切換部 16は、アレーアンテナ 15の素子アンテナの個数 Nに等しい入力端子を備えており、各入力端子はアレーアンテナの中の素子アンテナ 0〜N— 1の何れかと接続されている。また出力端子を 1つ備えており、図 6に示すようなタイミングチャートに基づいて、パルス化器 13から切換信号 200が入力されるたびに出力端子に接続する入力端子を択一的に切り換えて、何れかの入力端子力もの受信信号 105を受信信号 106として出力する。

[0042] この結果、たとえば、現在切換部 16が素子アンテナ n(n=0〜N— 1)力もの受信信号 105を受信信号 106として出力している場合、新たな切換信号 200が切換部 16 に入力されると、素子アンテナ n+ 1からの受信信号 105を受信信号 106として出力することになる。ただし素子アンテナの個数は Nであるので、 nが N—1に等しい場合、新たな切換信号 200が切換部 16に入力されると、素子アンテナ 0からの受信信号 1 05を受信信号 106として出力することになる。

[0043] このような構成とした結果、受信部 5の受信信号変換器 17、 AZD変換器 18、周波数分析器 19以下の各部位、さらには信号積算部 6、目標物検出部 7などのディジタル信号処理系を 1つの系統だけ持ち、これらの回路を時分割で用いる構成が可能となる。なお、このように複数の素子アンテナを有するアレーアンテナからの受信信号を時分割で信号処理する構成は、例えば米国特許第 5, 497, 161号「Angle Of Arri val(AOA) Solution Using A Single Receive 公報や米国特許第 3, 916, 407号「Do ppler Navigation System With Angle And Radial Velocity」公報などを初めとする文献に開示されており、この技術分野では周知の技術であるため、その動作原理の詳細については説明を省略する。

[0044] なお、以降の説明において、切換部 16が素子アンテナ 0に接続する時点から、その後順次素子アンテナ 1、 2、 · ··、 N— 1を経て、再び素子アンテナ 0に接続する時点までの期間をスキャン期間と呼び、周波数上昇期間あるいは周波数下降期間のうちの何れかの周波数変調過程が開始されてからのスキャン期間の回数を変数 m(mは 0以上の整数)で表すこととする。

[0045] 受信信号変翻 17は、送信信号変翻 12が出力する送信信号 101とアナログ受信信号 106とをミキシング (混合)することにより、両者の差信号 107を生成して出力する。目標物検出装置 1は FMCW方式を採用しているので、差信号 107はビート信号とも呼ばれる。このようにして、結果的に RF帯であったアナログ受信信号 106は、ビデオ信号帯の差信号 107にダウンコンバートされることとなる。

[0046] その後、 AZD変換器 18は所定の時間幅を有するサンプリング区間ごとに差信号 1 07をサンプリングし、ディジタル差信号 108を出力する。ここでは、パルス送信後の A /D変 18におけるサンプリング区間をレンジセルとして扱う。各レンジセルをパルス送信後のこのレンジセルが開始されるまでに行われたサンプリングの回数 kをレンジセル番号と呼ぶ。最初のレンジセルのレンジセル番号は、それまでに一度もサンプリングが行われて!/ヽな、ので 0である。

[0047] 目標物検出装置 1は広角ビームによる送信パルス 3を送信してそのエコー 4を受信する方式を採用するため、一個の送信パルスにより覆域全体が照射される。しかし、覆域内には距離の異なる複数の反射源が存在しうるため、図 7に示されるように、送信パルス 3の照射が 1回だけであっても、目標物検出装置 1からの距離が異なる反射源からのエコーは異なるレンジセルにおいて検出されることになる。

[0048] パルス方式のレーダの場合は、原理的に各パルスのエコーのレンジセル番号（送信パルスからの経過時間）のみ力も反射源までの距離を求めることができる。またェコ一の周波数と送信パルスの周波数の関係から反射源の速度も算出可能である。し力しながら、ノルスレーダでは、各パルスの送受信処理で目標物の検出処理を完結させる必要があり、パルス送受信処理と信号処理はほぼ同程度の演算速度で実行されなければならない。このため、極めて高速な信号処理回路が求められることになる。また、パルス幅やサンプリング周期を短くすると、信号処理の演算負荷が高くなる。

[0049] しかし、この発明の実施の形態 1による目標物検出装置 1は図 3で示すような周波数変調を施した連続基準信号 100をパルス化して得た送信パルス 3を用いてヽるので、パルス方式ではなく CW方式の原理を用いることが可能である。すなわち個々のパルス送受信ですべての信号処理を行うことに替えて、送信波の周波数変調と受信エコーの周波数との関係に基づいて反射源の検出を行う。これによつて信号処理の演算負荷を低減し、回路の規模縮小と低廉ィ匕が可能となる。

[0050] そこで、以下においては、 FMCW方式による信号処理を通じて目標物の検出を行う。まず、あるスキャン期間 mにおいて、切換部 16が選択している素子アンテナの番号 n、レンジセル番号 kのレンジセルにおける周波数上昇期間の差信号 108は、図 2 に示した反射源 (方向は Θとする)の場合、式 (2)で表され、周波数下降期間の差信号 108は式（3)で表される。

[数 2]

X _tip (k n i) e i + + + φ_ίφ (人'） ( 2 )

L

：ただし f"_P — 」

C】 . Λ X_(h (k n i) ex + _! PRI +マ sin ( ( 3 )

7 し J d 」Γ

Cし A

[0051] 式（2)、式（3)にお!/、て、 Tは T =T X Νとして与えられる値、すなわちスキャン s s PRI

期間の長さである。なお、ミキシング法や速度符号のとり方によりビート周波数の符号が異なることとなる力本質的な差異はない。また φ (k)、 φ (k)は時間遅延に依存 up dn

した一定位相項である。

[0052] 式（2)、式（3)にお、て、変数 nに対する周波数は、変数 mに関するビート周波数と入射方向による周波数の和として表現される。また目標が複数の場合は、各目標に対し線形和として表現されることになる。 [0053] 周波数分析器 19は送信パルス 3のエコー 4に基づく信号として、エコー 4から得た式 (2)、式 (3)で表されるディジタル差信号 108を周波数分析し、その分析結果となる周波数信号 109を出力する。そのためには、 M (M> 1)個のスキャン期間において素子番号 nの素子アンテナから得られたレンジセル番号 kのレンジセルで得られたデイジタル差信号 108にフーリエ変換を行い、式（3)、式 (4)で表されるような周波数信号を生成する。

[数 3]

( 4 )

( 5 )

[0054] 式 (4)、式 (5)から明らかなように、周波数信号は、周波数上昇期間の複数の差信号 X (k, m, n)、あるいは周波数下降期間の複数の差信号 X (k, m, n)を用いて求 up dn

められる。つまり周波数信号は、複数のパルス受信区間に亘つて受信されたエコーに基づく信号である。このように複数のパルス受信区間から抽出される周波数信号を用いて目的物の検出が可能となれば、パルス送受信の速度に対応した高速な信号処理を行う必要がなくなる。

[0055] し力し、式 (4)、式（5)は、個々の差信号 X (k, m, n)あるいは差信号 X (k, m, n) up dn に所定の乗数 exp [— j{2 π (mZM)m}]を乗じた上で加算する演算であるので、レン f

ジセルのエコーの SZN比が十分でない場合には、反射源以外からのエコー（ノイズ )の周波数信号を多く含むこととなる。

[0056] そこで、周波数分析器 19は、周波数信号 F (k, m , n)、 F (k, m , n)において、振 up f dn f

幅値が所定の値以上となる出力周波数番号を検出する。この処理は、周波数ピークを与える周波数番号の検出処理としても知られている。この結果として、周波数上昇期間では周波数番号 mが検出され、周波数下降期間では周波数番号 mが検出さ

P Q

れたものとする。この結果、周波数分析器 19は、周波数上昇期間においては式（5) によって表される周波数信号 109をレンジセル毎に出力する。また、周波数下降期間においては式 (6)によって表される周波数信号 109をレンジセル毎に出力する。

[数 4] （ „ ) = + φ up ) (6)

F (ん m_q , η) = + φ_άη (k) (7)

[0057] 式 (6)、式（7)で表される周波数信号 109においても、ノイズに由来する周波数信号を多く含んでいる。特に SZN比の低い第 1のレンジセル (例えば、遅延時間の大きヽレンジセル)では、ノイズと真の反射源との弁別が困難となる。

[0058] そこで、信号積算部 6は、各スキャン期間を 1回の観測期間として、レンジセル番号 kの周波数信号 F (k , m , n)に関しては SW個の観測期間における F (k , m , n)

1 up 1 p 1 up 1 p を収集し、式 (8)のような積算演算を行い第 1の積算信号 SF を求めた上で、積算信 up

号 110として出力する。また信号積算部 6は、レンジセル番号 kの周波数信号 F (k

2 up 2

, m , n)に関しては SW個の観測期間における F (k , m , n)を収集して、式（9)の p 2 up 2 p

ような積算演算を行い第 2の積算信号 SF を求めて、積算信号 111として出力する。

up

ここで k≠kである。また SWと SWは SW≠swなる自然数である。

1 2 1 2 1 2

[数 5]

^-1

SF_iip(k^m_p;n)= F_up(k_l;m_p n)_i (8)

F_up(kい m_p,0

SW-,-Υ F_up k₂,m。

SF_up ( ₂ , m_p ,n)= ^ F_up (k₂ , m_{p y} n)_] (9)

;=0

[0059] なお、 iは積分処理に用いるために収集した個の周波数信号のそれぞれを識別するための識別番号である。 *は複素共役を表す。

[0060] 一般に、複数のスキャン周期の同一レンジセルに亘つてノイズを原因とする周波数信号が検出される確率は小さいので、複数のスキャン周期に亘つて同じレンジセル番号の周波数信号 109を積算していくと、ノイズを原因とする周波数信号の影響は相対的に小さくなる。その一方で、真の反射源のエコーから得られた周波数信号は、複数のスキャン期間に亘つてほぼ同一のレンジセルで観測される。このため、複数のスキャン期間で同一のレンジセルの周波数信号を積算していくと、真の反射源のェコ一から得られた周波数信号の積算値のみが増していって、 SZN比が向上する。この結果、 SZN比が十分でないために、ノイズに埋もれてしまいがちなレンジセルの反射源の検出精度が向上する。

[0061] このことから、 SWと SWの選択方法については、レンジセル番号 kのレンジセル

1 2 1

の SZN比とレンジセル番号 kのレンジセルの SZN比とを比較して、レンジセル番号

2

kのレンジセルの SZN比の方が低い場合には、 SW >swとする方法が考えられ

1 1 2

る。

[0062] また積算信号 110は SW個の観測期間力収集される周波数信号を積算して得る

1

信号であり、積算信号 111は SW個の観測期間力収集される周波数信号を積算し

2

て得る信号であるため、積算信号 110と積算信号 111とでは算出に要する観測期間の個数が異なる。そこで信号積算部 6は SW個の観測期間に一回ずつレンジセル番

1

号 kについて積算信号 110を出力する。一方、 SW個の観測期間に一回ずつレンジ

1 2

セル番号 kについて積算信号 111を出力する。

2

[0063] これによつて SW >SWの場合に、レンジセル番号 kのレンジセルの積算信号 11

1 2 2

1の応答性能はレンジセル番号 kのレンジセルの積算信号 110と比較すると SW /

1 1

SW倍になって、良好な応答性能が得られる。一方、レンジセル番号 kのレンジセル

2 1 の周波数信号の SZN比がレンジセル番号 kのレンジセルの周波数信号 SZN比に

2

対して SW /SW倍しかない状況であっても、式（8)の積算処理によってレンジセル

2 1

番号 kのレンジセルと同程度まで改善し、目標物の検出能力を高めることになる。

2

[0064] 以後、目標物検出部 7は、積算信号 110、積算信号 111に基づいてエコー反射源の運動諸元を算出する。例えば積算信号 110に対して式（10)に示すようなフーリエ変換を施しビーム形成処理を行う。

[数 6] ^Bu_P ( ' "な） = η ( 1 ο )

ここで、一般にビーム方向 φ は、

na

[数 7] n . d

sin ( ） ( 1 1 )

Ν λ の関係がある。

[0065] 次に、目標物検出部 7は、この各検出周波数信号に対するマルチビーム形成信号 B (k, m , η)、 Β (k, m , η)の振幅に関するしきい値処理を行い所定のレベル以上 up p an q

のビーム方向 φ を得る。このときしきい値を超える一つ以上のビーム方向がある場 na

合には、その検出周波数信号が最終的な検出ありと判断される。

[0066] 最後に、目標物検出部 7は、 FMCWレーダの原理に基づいて、周波数上昇期間と周波数下降期間において、同じビーム方向 φ m

naが検出される検出周波数番号 m 、 p をペアリング候補として検出し、式（11)と式（12)から目標の距離 Rと相対速度 Vを q

求める。

[数 8]

[0067] また、このペアリング処理は、

[数 9]

( 1 4 )

のような評価基準を用いてもょ、 [0068] このように、レンジセルのエコーに基づく信号をレンジセルの SZN比に応じて異なる個数だけ収集して積算することとしたので、 S/N比の低、レンジセルでは S/N比を十分に向上して目標物の検出精度を高めることが可能となる。その一方で、 S/N 比が十分に高ぐそれほど多くの信号を用いて積算処理を行う必要のないレンジセルでは、応答性能を重視して高速に観測値を算出することが可能となる。

[0069] この結果、出力を高めることなくたった一つの処理回路で遠くから近くまで幅広い覆域に対応できるレーダを実現することが可能となるのである。

[0070] なお、この実施の形態 1では、低速の信号処理回路にて実現することを想定して、 CW方式のレーダでエコー力周波数信号を求め、この周波数信号の SZN比を向上する構成とした力、パルス方式のレーダにおいても異なるレンジセルのエコーの S ZN比を積算する処理に対して収集する信号の個数を異なるものとすることで容易に転用できることは、うまでもあるま、。

[0071] 実施の形態 2.

実施の形態 1による目標物検出装置では、信号積算部 6において、式 (8)に基づく積分法を用いた。しかしながらこの他にも、式 (6)、式（7)によって表される周波数信号 109から、式（13)で表されるようなマルチビーム形成処理を行い、その結果に対して積算処理を実施する構成も可能である。

[数 10]

B_up (k, _p n_a ) n t l 5 )

[0072] 続、て、 SW個のスキャン期間のマルチビーム形成結果を用いて式（14)で表されるような積分処理を行い、 SZN比を調整する。

[数 11]

SW-1

( ," ，）= ρ， ^ηα ) ( 1 6 )

/=0

[0073] 要するに、具体的な SZNの調整方法はさまざまなものがある力レンジセル番号あるいは遅延時間に応じて、異なる個数のスキャン期間の周波数信号を用いて利得調整をすることがこの発明の特徴なのであって、特定の利得調整方法に限定されるものではない。

産業上の利用可能性

この発明は、パルス波を送信して遠隔にある物体ないし伝播波反射源の運動諸元を算出する分野に広く適用できるものであり、特に自動車搭載用レーダ用の技術として好適である。

Claims

請求の範囲

[1] パルス送信から第 1の時間を経た第 1のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく信号を生成するとともに、生成した信号のうちの第 1の個数の信号を積算して、その積算結果を第 1のレンジセル積算信号として出力する第 1の信号積算工程と、

第 1及び第 2のレンジセル積算信号に基づいて目標物を検出する目標物検出工程を有することを特徴とする目標物検出方法。

[2] 請求の範囲第 1項に記載の目標物検出方法において、

第 2の信号積算工程で、第 2の時間が第 1の時間よりも後に経過する場合に、第 2 の個数を第 1の個数よりも大きくしたことを特徴とする目標物検出方法。

[3] 請求の範囲第 1項に記載の目標物検出方法において、

第 1の信号積算工程は、受信したエコーの受信信号を周波数分析して周波数信号を生成するとともに、生成した周波数信号のうちの第 1の個数の周波数信号を積算して、その積算結果を第 1のレンジセル積算信号として出力し、

第 2の信号積算工程は、受信したエコーの受信信号を周波数分析して周波数信号を生成するとともに、生成した周波数信号のうちの第 2の個数の周波数信号を積算して、その積算結果を第 2のレンジセル積算信号として出力する、

ことを特徴とする目標物検出方法

[4] パルス送信から第 1の時間を経た第 1のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく第 1の信号を出力するとともに、パルス送信力第 1の時間とは異なる第 2の時間を経た第 2のレンジセルにおける送信パルスのエコーを受信し、受信したエコーに基づく第 2の信号を出力する受信手段と、

前記受信手段が出力する第 1の個数の第 1の信号を積算して、その積算結果を第 1のレンジ積算信号として出力するとともに、第 1の個数と異なる第 2の個数の第 2の信号を積算して、その積算結果を第 2のレンジ積算信号として出力する信号積算手段と、

第 1及び第 2のレンジ積算信号に基づ、て目標物を検出する目標物検出手段とを備えたことを特徴とする目標物検出装置。

[5] 請求の範囲第 4項に記載の目標物検出装置において、

信号積算手段は、第 2の時間が第 1の時間よりも後に経過する場合に、第 2の個数を第 1の個数よりも大きくしたことを特徴とする目標物検出方法。

[6] 請求の範囲第 5項に記載の目標物検出装置において、

広角ビームのパルスを送信するパルス送信手段をさらに備え、

受信手段は、複数の素子アンテナを有するアレーアンテナを備えて、このアレーァンテナの素子アンテナに、第 1及び第 2のレンジセルにおける送信パルスのエコーを複数のパルス受信区間に亘つて受信させることを特徴とする目標物検出装置。

[7] 請求の範囲第 6項に記載の目標物検出装置において、

目標物検出手段は、第 1のレンジ積算信号を用いてマルチビーム形成を行い、マルチビーム形成によって形成したビーム信号を用いて第 1のレンジセルにて受信したエコーの反射源を目標として検出するとともに、第 2のレンジ積算信号を用いてマル

、、マルチビーム形成によって形成したビーム信号を用いて第 2のレンジセルにて受信したエコーの反射源を目標として検出することを特徴とする目標物検出装置。

[8] 請求の範囲第 7項に記載の目標物検出装置において、

受信手段は、第 1のレンジセルのエコーの受信信号を周波数分析して第 1の周波数信号を出力するとともに、第 2のレンジセルのエコーの受信信号を周波数分析して第 2の周波数信号を出力し、

信号積算手段は、前記受信手段が出力した第 1の個数の周波数信号を積算して、その積算結果を第 1のレンジセル積算信号と出力するとともに、前記受信手段が出力した第 2の個数の周波数信号を積算して、その積算結果を第 2のレンジセル積算信号と出力することを特徴とする目標物検出装置。

[9] 請求の範囲第 8項に記載の目標物検出装置において、パルス送信手段は、所定の周波数変調を伴う連続波をパルス化し、このパルス信号を広角ビームによるパルスとして送信する、

ことを特徴とする目標物検出装置。