JP2021067461A - Radar device and radar signal processing method - Google Patents
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Abstract
【課題】高フレームレートでの検出に対応できるレーダ装置を提供する。【解決手段】レーダ装置は、ターゲットからレーダ信号の反射波を受信するアンテナと、反射波を用いてビート信号を生成する受信処理回路と、ビート信号のサンプリング信号を生成するAD変換回路と、サンプリング信号に対して、複数の時間領域に分割し、複数の時間領域毎に、サンプリング信号のピークツーピーク値を算出し、ピークツーピーク値のうち、所定値以上の値となるサンプルタイミングを抽出し、抽出したサンプルタイミングに基づいて、サンプリング信号の干渉処理に用いる制御信号を生成する干渉処理回路と、制御信号を用いて、サンプリング信号に対してビート周波数とドップラシフト周波数を求める処理を適用し、ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報を生成する周波数ピーク検出回路と、を含む。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radar device capable of detecting at a high frame rate. A radar device includes an antenna that receives a reflected wave of a radar signal from a target, a reception processing circuit that generates a beat signal using the reflected wave, an AD conversion circuit that generates a sampling signal of the beat signal, and sampling. The signal is divided into a plurality of time regions, the peak-to-peak value of the sampling signal is calculated for each of the plurality of time regions, and the sample timing that is equal to or higher than a predetermined value is extracted from the peak-to-peak values. , Apply the interference processing circuit that generates the control signal used for the interference processing of the sampling signal based on the extracted sample timing, and the processing to obtain the beat frequency and Doppler shift frequency for the sampling signal using the control signal. Includes a frequency peak detection circuit that produces information about the relative distance and relative speed of the target. [Selection diagram] Fig. 2
Description
本開示は、レーダ装置及びレーダ信号処理方法に関する。 The present disclosure relates to a radar device and a radar signal processing method.
近年、高分解能が得られるマイクロ波、ミリ波などを用いたレーダ装置の検討が進んでいる。レーダ装置の応用先としては、例えば、車両の安全運転支援システム又は自動運転システムが挙げられる。これらの技術の市場拡大に伴い、レーダ装置を搭載した車両が増加しているため、検出エリアの重複する複数のレーダ装置が同環境下に存在する可能性が高くなってきている。 In recent years, studies on radar devices using microwaves, millimeter waves, etc., which can obtain high resolution, have been progressing. Examples of the application destination of the radar device include a safe driving support system for a vehicle or an automatic driving system. As the market for these technologies expands, the number of vehicles equipped with radar devices is increasing, so it is highly possible that multiple radar devices with overlapping detection areas exist in the same environment.
ここで、レーダ装置と同じ使用周波数帯域を持つ他のレーダ装置が重複する検出エリアに存在する場合には、レーダ装置と他のレーダ装置との間で干渉が発生する。干渉の発生は、レーダ装置の受信部の信号処理において、例えば、誤検出又は未検出といったレーダ検出性能の劣化を引き起こす原因となる。 Here, when another radar device having the same operating frequency band as the radar device exists in the overlapping detection area, interference occurs between the radar device and the other radar device. The occurrence of interference causes deterioration of radar detection performance such as false detection or non-detection in signal processing of the receiving unit of the radar device.
ここで、干渉を抑制する方法として、受信信号と送信信号との差分であるビート信号から算出した平均振幅に基づいて設定した閾値を用いて、ビート信号と閾値の比較によって干渉信号を検出し、干渉の影響が抑圧されたビート信号を生成する方法が提案されている(例えば、特許文献1を参照)。 Here, as a method of suppressing interference, an interference signal is detected by comparing the beat signal and the threshold value using a threshold value set based on the average amplitude calculated from the beat signal which is the difference between the received signal and the transmitted signal. A method of generating a beat signal in which the influence of interference is suppressed has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
レーダ装置は、ビート信号の平均振幅を求めるために、複素信号であるビート信号の絶対値を計算するが、演算量が大きいため、高フレームレートでの検出が求められる車載レーダ装置としての検討は不十分であった。 The radar device calculates the absolute value of the beat signal, which is a complex signal, in order to obtain the average amplitude of the beat signal. However, since the amount of calculation is large, consideration as an in-vehicle radar device that requires detection at a high frame rate is considered. It was inadequate.
本開示の非限定的な実施例は、高フレームレートでの検出に対応できるレーダ装置及びレーダ信号処理方法の提供に資する。 Non-limiting examples of the present disclosure contribute to the provision of a radar device and a radar signal processing method capable of supporting detection at a high frame rate.
本開示の一実施例に係るレーダ装置は、ターゲットからレーダ信号の反射波を受信するアンテナと、前記反射波を用いてビート信号を生成する受信処理回路と、前記ビート信号のサンプリング信号を生成するAD変換回路と、前記サンプリング信号に対して、複数の時間領域に分割し、前記複数の時間領域毎に、前記サンプリング信号のピークツーピーク値を算出し、前記ピークツーピーク値のうち、所定値以上の値となるサンプルタイミングを抽出し、前記抽出したサンプルタイミングに基づいて、前記サンプリング信号の干渉処理に用いる制御信号を生成する干渉処理回路と、前記制御信号を用いて、前記サンプリング信号に対してビート周波数とドップラシフト周波数を求める処理を適用し、前記ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報を生成する周波数ピーク検出回路と、を含む。 The radar device according to an embodiment of the present disclosure generates an antenna that receives a reflected wave of a radar signal from a target, a reception processing circuit that generates a beat signal using the reflected wave, and a sampling signal of the beat signal. The AD conversion circuit and the sampling signal are divided into a plurality of time regions, the peak-to-peak value of the sampling signal is calculated for each of the plurality of time regions, and a predetermined value among the peak-to-peak values is calculated. An interference processing circuit that extracts sample timings having the above values and generates a control signal used for interference processing of the sampling signal based on the extracted sample timing, and the control signal are used for the sampling signal. It includes a frequency peak detection circuit that applies processing for obtaining the beat frequency and the Doppler shift frequency and generates information on the relative distance and relative speed of the target.
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 It should be noted that these comprehensive or specific embodiments may be realized by a system, a method, an integrated circuit, a computer program, or a recording medium, and any of the systems, devices, methods, integrated circuits, computer programs, and recording media. It may be realized by various combinations.
本開示の一実施例によれば、高フレームレートでの干渉検出に対応できるレーダ装置を提供できる。 According to one embodiment of the present disclosure, it is possible to provide a radar device capable of detecting interference at a high frame rate.
本開示の一実施例における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および/または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、1つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。 Further advantages and effects in one embodiment of the present disclosure will be apparent from the specification and drawings. Such advantages and / or effects are provided by some embodiments and features described in the specification and drawings, respectively, but not all need to be provided in order to obtain one or more identical features. There is no.
(FMCW方式を用いたレーダ装置)
まず、周波数変調連続波(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave)方式を用いたレーダ装置について説明する。FMCW方式では、対象物体までの距離、又は、対象物体とレーダ装置との相対速度を計算するため、受信信号と送信信号との差分であるビート信号を解析する。レーダ装置と検出エリアが重複する干渉源レーダ装置が存在し、レーダ装置と干渉源レーダ装置の使用周波数帯域が重なる場合、レーダ装置は、干渉源レーダ装置の送信波をレーダ装置向けの受信信号として得てしまうため、受信信号を用いて生成するビート信号にスパイクノイズが発生する可能性がある。
(Radar device using FMCW method)
First, a radar device using a frequency modulation continuous wave (FMCW) method will be described. In the FMCW method, the beat signal, which is the difference between the received signal and the transmitted signal, is analyzed in order to calculate the distance to the target object or the relative velocity between the target object and the radar device. When there is an interference source radar device in which the radar device and the detection area overlap, and the frequency bands used by the radar device and the interference source radar device overlap, the radar device uses the transmitted wave of the interference source radar device as a received signal for the radar device. Therefore, there is a possibility that spike noise may occur in the beat signal generated by using the received signal.
図1は、本実施の形態に係る干渉波信号の一例を示す図である。図1では、送信信号の周波数の時間変化がレーダ装置よりも緩やかな干渉源レーダ装置による干渉信号を示す。横軸は時間、縦軸は各波の周波数を示す。 FIG. 1 is a diagram showing an example of an interference wave signal according to the present embodiment. FIG. 1 shows an interference signal by an interference source radar device in which the frequency change of the transmission signal with time is slower than that of the radar device. The horizontal axis shows time and the vertical axis shows the frequency of each wave.
図1では、送信周期Tr毎に送信されるチャープ信号(破線:レーダ送信波)を示し、レーダ装置は、各送信周期Trの間、周波数を一定の傾きで上昇させたチャープ信号を繰り返し出力する。#m、#m+1はチャープ番号を示す。 In Figure 1, the chirp signal is transmitted every transmission cycle T r: indicates (dashed radar transmission wave) radar apparatus, during each transmission cycle T r, repeated chirp signals increases the frequency with a constant slope Output. # m and # m + 1 indicate the chirp number.
なお、フレーム周期は、1フレームにチャープ信号を繰り返し送信する回数と送信周期Trとを乗算した時間に対して1フレームに含まれる全データの処理時間を加えた時間である。フレームレートは、フレーム周期の逆数である。このため、レーダ装置は、データの処理時間を短くすることにより、フレーム周期を短くし、高フレームレートに対応することができる。 The frame period is the time obtained by multiplying the number of times the chirp signal is repeatedly transmitted in one frame by the transmission period T r and adding the processing time of all the data included in one frame. The frame rate is the reciprocal of the frame period. Therefore, the radar device can shorten the frame period and support a high frame rate by shortening the data processing time.
図1では、各送信周期に、レーダ装置から送信されるレーダ送信波と、レーダ装置が送信したレーダ送信波が計測対象物体で反射した波を受信した信号(実線:レーダ反射波受信信号)と、干渉源レーダから直接到来する干渉信号(一点鎖線)とが混在し、周波数が重なる点が各送信周期に生じている。 In FIG. 1, in each transmission cycle, a radar transmission wave transmitted from the radar device and a signal received by the radar transmission wave transmitted by the radar device reflected by the object to be measured (solid line: radar reflected wave reception signal). , Interference signals (single-point chain lines) that come directly from the interference source radar are mixed, and points where frequencies overlap occur in each transmission cycle.
なお、レーダ装置は、レーダ送信波とレーダ反射波受信信号との周波数の差分(ビート周波数)によって生成されるビート信号には、信号に含まれる所望信号以外の高周波信号を除去するため、ローパスフィルタを適用する。ローパスフィルタは、図1の干渉信号に含まれる信号のうち、レーダ装置の送信周波数との周波数差がローパスフィルタで定めた所定の閾値より大きい信号を除去することができるが、周波数がレーダ反射波受信信号と重なる点(スパイクノイズ発生点)付近の信号を除去することが困難なため、干渉信号を含んだスパイクノイズ発生点付近の信号を、後段処理に出力する。なお、ビート信号に含まれるスパイクノイズは、レーダ反射波受信信号と干渉信号とが交わった時間及び変調周波数以外も含み、二つの信号の周波数の差分が所定値以下となる範囲に含まれる信号全てによって発生するため、時間的にも周波数的にも幅がある。 The radar device uses a low-pass filter to remove high-frequency signals other than the desired signal included in the signal from the beat signal generated by the frequency difference (beat frequency) between the radar transmission wave and the radar reflected wave reception signal. To apply. The low-pass filter can remove signals included in the interference signal of FIG. 1 whose frequency difference from the transmission frequency of the radar device is larger than a predetermined threshold value determined by the low-pass filter, but the frequency is the radar reflected wave. Since it is difficult to remove the signal near the point where it overlaps with the received signal (spike noise generation point), the signal near the spike noise generation point including the interference signal is output to the subsequent processing. The spike noise included in the beat signal includes all signals other than the time at which the radar reflected wave reception signal and the interference signal intersect and the modulation frequency, and all signals included in the range in which the frequency difference between the two signals is equal to or less than a predetermined value. Because it is generated by, there is a range in terms of time and frequency.
また、干渉信号は、反射波でないため、レーダ反射波受信信号と比べ、伝播経路が短いので、減衰が少ない。このため、レーダ装置は、レーダ反射波受信信号よりも受信強度の強い信号として干渉信号を受信する。このため、使用周波数帯域が重なる干渉源レーダ装置の干渉信号は、レーダ装置のビート信号にスパイク状のノイズとして現れる。レーダ装置は、ビート信号に含まれるスパイクノイズに対してフーリエ変換を適用することによって、周波数領域全体のノイズフロアが上昇し、検出性能が劣化する。 Further, since the interference signal is not a reflected wave, the propagation path is shorter than that of the radar reflected wave reception signal, so that the attenuation is small. Therefore, the radar device receives the interference signal as a signal having a stronger reception intensity than the radar reflected wave reception signal. Therefore, the interference signal of the interference source radar device in which the used frequency bands overlap appears as spike-like noise in the beat signal of the radar device. By applying the Fourier transform to the spike noise contained in the beat signal, the radar device raises the noise floor of the entire frequency domain and deteriorates the detection performance.
次に、スパイクノイズの抑制方法の一例を説明する(たとえば、特許文献1参照)。レーダ装置は、まず、ビート信号から算出した平均振幅に基づいて設定した閾値を用いて、ビート信号と閾値との比較によって干渉信号を検出する。次に、レーダ装置は、干渉検出結果に基づく窓関数を乗算し、干渉の影響が抑圧されたビート信号を生成する。 Next, an example of a method for suppressing spike noise will be described (see, for example, Patent Document 1). The radar device first detects an interference signal by comparing the beat signal with the threshold value using a threshold value set based on the average amplitude calculated from the beat signal. Next, the radar device multiplies the window function based on the interference detection result to generate a beat signal in which the influence of the interference is suppressed.
ただし、レーダ装置は、干渉検出処理において、複素信号であるビート信号の絶対値を計算する。複素信号の絶対値の計算は、実部の自乗、虚部の自乗、加算、平方根算出の計算を含むため、演算量は増加する。このため、ビート信号の絶対値を用いるレーダ装置は、フレーム周期を短縮することが困難であり、高フレームレートでの検出が求められる車載レーダ装置へ適用することは、困難である。 However, the radar device calculates the absolute value of the beat signal, which is a complex signal, in the interference detection process. Since the calculation of the absolute value of the complex signal includes the square of the real part, the square of the imaginary part, the addition, and the calculation of the square root, the amount of calculation increases. Therefore, it is difficult to shorten the frame period of a radar device using the absolute value of the beat signal, and it is difficult to apply it to an in-vehicle radar device that requires detection at a high frame rate.
<実施の形態1>
本開示の一態様によれば、ビート信号に対して時間分割した領域毎に干渉の発生量を算出して、CFAR(Constant False Alerm Rate)処理におけるスケーリングファクタ(以後、SFと表記)を調整することによって、演算量の増加を抑制することができるため、高フレームレートに対応した、例えば、車両に搭載することができるレーダ装置が提供される。
<
According to one aspect of the present disclosure, the amount of interference generated in each time-divided region of the beat signal is calculated, and the scaling factor (hereinafter referred to as SF) in CFAR (Constant False Alerm Rate) processing is adjusted. As a result, it is possible to suppress an increase in the amount of calculation, so that a radar device that supports a high frame rate and can be mounted on a vehicle, for example, is provided.
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本開示は以下の実施の形態により限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment, the same components are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be duplicated and will be omitted. The embodiments described below are examples, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.
[レーダ装置の構成]
図2は、本実施の形態に係るレーダ装置1の構成の一例を示す図である。レーダ装置1は、周波数変調したチャープ(Chirp)信号をレーダ送信信号に用いたレーダ方式を採用する。なお、図2では、チャープ信号を繰り返し送信する方式(FCM:Fast chirp modulation)を用いている。
[Radar device configuration]
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the
図2のレーダ装置1は、レーダ送信部2、及び、レーダ受信部3を含む。レーダ送信部2は、レーダ送信信号生成部102、送信アンテナ101を含む。レーダ受信部3は、受信アンテナ105、受信無線部106、AD変換(Analog-to-digital converter)部109、受信信号処理部115を含む構成である。レーダ送信信号生成部102は、変調信号発生部104と電圧制御発振器(VCO:Voltage-controlled oscillator)103を含む。受信信号処理部115は、干渉処理部111、及び、周波数ピーク検出部110を含む。周波数ピーク検出部110は、ビート周波数解析部112、ドップラ解析部113、CFAR部114を含む。
The
まず、変調信号発生部104は、VCO103の制御に用いる、鋸波の変調信号(チャープ信号)を周期的(送信周期Tr)に発生する。なお、鋸波の変調信号は、図1のレーダ送信波に相当する。
First, the modulation signal generation unit 104 periodically (transmission cycle Tr ) generates a sawtooth modulation signal (chirp signal) used for controlling the
VCO103は、変調信号発生部104の出力を基に、図1に示すような、レーダ送信波を生成し、受信無線部106に出力する。
The
なお、増幅器は、図示しないが、レーダ送信信号生成部102からの入力信号を増幅し、送信アンテナ101に出力する。送信アンテナ101は、図示しない増幅器で増幅された信号を電波として空間に放出する。 Although not shown, the amplifier amplifies the input signal from the radar transmission signal generation unit 102 and outputs it to the transmission antenna 101. The transmitting antenna 101 emits a signal amplified by an amplifier (not shown) into space as a radio wave.
受信アンテナ105は、送信アンテナ101から送信されるレーダ送信波がレーダ測定ターゲットを含む反射物体から反射された信号(図1のレーダ反射波受信信号に相当する)を受信する。受信アンテナ105で受信された信号は、図示しない増幅器で増幅された後、受信無線部106に出力される。
The receiving
ここで、受信無線部106は、ミキサ部107と低域通過濾波(Low-pass filter: LPF)部108を含む。ミキサ部107は、受信アンテナ105で受信された受信信号と、送信チャープ信号とのミキシングを行う。さらに、LPF部108は所定の遮断周波数より低い周波数を通過させることで、反射波の遅延時間に応じた周波数となるビート信号を出力する。なお、ビート信号は、図1のような送信チャープ信号の周波数と受信チャープ信号とのビート周波数を含む信号である。
Here, the receiving
AD変換部109は、第m番目のチャープ信号におけるビート信号を離散的にサンプリングした離散サンプリングデータd(m、n)に変換する。ここで、m=1、…、NC 、n=1、…、NSであり、m,nはそれぞれ、インデックス(サンプルタイミング)とも記載される。NCは1フレームに含まれるチャープ数、NSは一送信周期あたりのADサンプリング数である。なお、AD変換部109は、ミキサ部107が実数ミキサである場合には、サンプリングデータとして実数を出力し、直交ミキサである場合には、同相(In-phase)成分(以後、I信号と記載)と直交位相(Quadrature)成分(以後Q信号と記載)とからなる複素数を出力する。なお、本実施の形態では、直交ミキサを用いて説明する。
The
ビート周波数解析部112は、ビート信号d(m、n)に対してFFT処理を適用することにより、レーダ反射波の遅延時間に応じたビート周波数にピークが現れる周波数スペクトラムを出力する。なお、ビート周波数解析部112は、FFT処理の際に、Han窓又はHamming窓といった窓関数係数を乗算してもよい。窓関数を適用することでビート周波数ピーク周辺に発生するサイドローブを抑圧することができる。
By applying the FFT process to the beat signal d (m, n), the beat
ビート周波数解析部112は、第m番目のチャープ信号の送信によって得られるビート信号から、式(1)で指定されるビート周波数応答RFT(m、fs)を出力する。ここで、fsはビート周波数インデックスを表し、FFTのインデックス番号に対応する。なお、fs=0、…、NSである。ビート周波数インデックスfsが小さいほど、レーダ反射波受信信号の遅延時間が小さいビート周波数、すなわち、ターゲットからの距離近いことを表す。なお、m=1、…、NCである。
ビート周波数インデックスfsは、式(2)を用いて距離情報R(fs)に変換することができるため、以下では、ビート周波数インデックスfsを距離インデックスfsと呼ぶ。ここで、Bwは、チャープ信号におけるレンジゲート内での周波数変調帯域幅である。C0は光速度を表す。なお、後段のCFAR部114は、検出したピーク信号のインデックスに該当するfsを用いて、レーダ装置1とターゲットとの相対位置R(fs)を、式(2)を用いて算出するとができる。
ドップラ解析部113は、ビート周波数解析部112で求めたビート周波数応答RFT(fb、m)を解析し、速度情報を出力する。RFTz(m、fs)のチャープ信号毎の位相ずれは、ターゲットの速度に比例した値となる。ドップラ解析部113は、チャープ信号毎の位相ずれを用いて、1フレーム内の全チャープ信号に対して式(3)を適用することによりドップラシフト周波数VFT(fc、fs)を得る。ここで、fcはドップラシフト周波数インデックスである。以下ではドップラ周波数インデックスfcを速度インデックスfcと呼ぶ。
後段のCFAR部114は、検出したピーク信号のインデックスに対応するfcを用いて、ドップラシフト周波数VFT(fc、fs)から、レーダ装置1とターゲットとの相対速度Vの算出に用いるV(fc)を、式(4)を用いて算出する。ここで、fcarrierはキャリア周波数である。
干渉処理部111は、例えば、ビート信号のIQ信号から干渉の発生を検出する干渉検出部301を少なくとも含む。
The
干渉検出部301は、AD変換部109から入力される離散サンプリングデータd(m、n)の第m番目のチャープ信号に対して干渉検出処理を適用する。図3は、本実施の形態に係る干渉検出処理の一例を説明する図である。図4は、本実施の形態に係る干渉検出処理の一例を説明するフローチャートである。
The
図3は、離散サンプリングデータd(m、n)のうち、第0番目のチャープ(m=0)のI信号を示す。図3において、横軸はn(n=0、…、255)(すなわち、NS=255)を示し、時間分割数NADは7である。干渉検出部301は、7つに分割された各領域に対して最大値と最小値との差分を算出することによりピークツーピーク(P-P:peak-to-peak)値を求める。時間分割数NADは7以外でもよく、3ないし4〜10程度の範囲で設定する。
FIG. 3 shows the I signal of the 0th chirp (m = 0) of the discrete sampling data d (m, n). In FIG. 3, the horizontal axis represents n (n = 0, ..., 255) (that is, N S = 255), and the time division number N AD is 7. The
まず、干渉検出部301は、入力された離散サンプリングデータd(m、n)のI信号に対して、n=1、…、NSで表される時間範囲をNAD個に分割し、分割後の各領域を、#1、…、#NADと表す(ステップS501)。干渉検出部301は、領域#i(i=1、…、NAD)における信号I#iに対して、最大値Imax#iと最小値Imin#iを求め(換言すると、検出し)(ステップS502)、P-P値Ipp#i(=Imax#i - Imin#i)を算出する(ステップS503)。なお、全領域に対するP-P値の算出が終了していない場合(ステップS504のNo)、干渉検出部301は、次の領域#i+1に移動する(ステップS505)。
First, the
全領域に対するP-P値の算出が終了後(ステップS504のYes)、干渉検出部301は、NAD個のP-P値より、最小のP-P値を基準P-P値Ipp#Refに設定し(ステップS506)、最大のP-P値を判定対象P-P値Ipp#Targetに設定する(ステップS507)。例えば、図3では、判定対象P-P値Ipp#Targetが領域#5であり、基準P-P値Ipp#Refが領域#7である。なお、基準P-P値は、NAD個のP-P値の中央値、もしくは、NAD個のP-P値を大きさに基づいてソートした結果においてx番目に位置するP-P値に設定してもよい。xはNAD以下の任意の自然数である。
After the calculation of the PP value for the entire region is completed (Yes in step S504), the
次に、干渉検出部301は、干渉判定(換言すると、P-P判定)を行う(ステップS508)。干渉判定は、基準P-P値Ipp#Refと判定対象P-P値Ipp#Targetを用いた式(5)によって行われる。ここで、SFppは、基準P-P値Ipp#Refに乗算するスケーリングファクタであり、干渉検出性能を調整するパラメータである。干渉検出部301は、式(5)を満たす場合、判定対象P-P値Ipp#Targetを算出した領域#Targetが干渉を含む領域であると判定する。なお、SFppは1.8〜3程度の値として設定することが望ましい。
干渉検出部301は、全チャープ信号(例えば、NC個)に対して、干渉検出処理が終了した場合は、本フローを終了し(ステップS509のYes)、全チャープ信号に対して、干渉検出が終了していない場合は(ステップS509のNo)、次のチャープ信号m+1に対して干渉検出処理を行う(ステップS510)。
なお、干渉検出部301は、SFppを初期設定値から変更してもよい。例えば、SFppが大きい場合、パワーの弱いスパイクノイズに対して式(5)を満たさないケースが増加し、干渉検出性能が低下するが、本来のターゲットからの反射による所望信号を干渉であると誤検出することが少ないという利点がある。一方で、干渉検出部301は、SFppが小さい場合、パワーの弱いスパイクノイズでも式(5)を満たすため、干渉検出性能の向上が見込めるが、所望信号を干渉信号として誤検出する可能性がある。
The
ここで、特許文献1の干渉検出に係る処理は複素信号の絶対値の計算を使用する。このため、絶対値の計算を使用しない本実施の形態の干渉検出部301は、特許文献1の干渉検出における処理に比べ、演算量が少ない。
Here, the process related to the interference detection of
例えば、ビート信号のADデータ(1チャープ信号分)が入力されてから、干渉が発生するサンプルインデックスを検出するまでにかかる、絶対値の計算を使用しない本実施の形態の干渉検出部301の処理時間は、絶対値の計算を使用する特許文献1の干渉検出に係る処理時間の約1/5に短縮できる。
For example, the processing of the
また、特許文献1の干渉検出に係る処理は、スパイクノイズを含む離散サンプリングデータ(ビート信号)の平均値を用いてスパイクノイズ検出閾値を設定する。このため、ビート信号に含まれるスパイクノイズの発生回数が多い場合、もしくは、スパイクノイズのパワーが大きい場合、ビート信号の平均値の算出に対するスパイクノイズの影響が大きくなり、検出閾値がパラメータ設定時の想定より大きくなることにより、スパイクノイズ検出の性能が劣化する可能性がある。
Further, in the process related to the interference detection of
一方で、本実施の形態は、判定対象P-P値と基準P-P値と設計パラメータであるSFPPとをいた式(5)による干渉検出を行う。ここで、スパイクノイズはビート信号のP-P値算出を行う分割領域より小さい限定的な時間領域に含まれるため、判定対象P-P値はスパイクノイズが含まれる領域の振幅を評価する値となり、基準P-P値はターゲットからの反射による所望信号の振幅を評価する値となる。判定対象P-P値と基準P-P値は、ビート信号の分割領域内の最大値と最小値を用いて算出され、分割領域内の最大値と最小値以外のサンプリングデータは干渉検出処理に使用されない。 On the other hand, in the present embodiment, interference detection is performed by the equation (5) with the determination target PP value, the reference PP value, and the design parameter SF PP. Here, since the spike noise is included in a limited time region smaller than the divided region for calculating the PP value of the beat signal, the determination target PP value is a value for evaluating the amplitude of the region containing the spike noise, and is a reference PP value. Is a value for evaluating the amplitude of the desired signal due to reflection from the target. The determination target PP value and the reference PP value are calculated using the maximum value and the minimum value in the divided region of the beat signal, and the sampling data other than the maximum value and the minimum value in the divided region is not used for the interference detection process.
このため、本実施の形態は、ビート信号の分割領域内に含まれるスパイクノイズの発生回数が多い場合に、最大値をとるスパイクノイズ以外のデータが干渉判定処理に与える影響を排除することができる。また、ビート信号が大きいパワーのスパイクノイズを含む場合に、本実施の形態は、式(5)の右辺に示す検出閾値をビート信号によらない固定値SFPPと所望信号の振幅の評価値である基準P-P値の積として設定するため、検出閾値の算出においてスパイクノイズの大きさの影響を受けないので、スパイクノイズ検出性能の劣化を抑制できる。以上から、本実施の形態は、ビート信号の分割領域内のスパイクノイズの発生回数が多い、もしくは、スパイクノイズのパワーが大きいビート信号に対しても、性能を劣化させることなく干渉を検出することができる。 Therefore, in the present embodiment, when the number of occurrences of spike noise included in the divided region of the beat signal is large, it is possible to eliminate the influence of data other than the spike noise having the maximum value on the interference determination process. .. Further, when the beat signal contains spike noise of a large power, in the present embodiment, the detection threshold value shown on the right side of the equation (5) is a fixed value SF PP that does not depend on the beat signal and an evaluation value of the amplitude of the desired signal. Since it is set as the product of a certain reference PP value, it is not affected by the magnitude of spike noise in the calculation of the detection threshold value, so that deterioration of spike noise detection performance can be suppressed. From the above, in the present embodiment, even for a beat signal in which spike noise is generated frequently in the divided region of the beat signal or the power of spike noise is large, interference is detected without deteriorating the performance. Can be done.
なお、干渉処理部111は、干渉を検出した場合に、後段のCFAR部114のスケーリングファクタ(以後、SFと表記)を調整して、CFAR部114での誤検出の抑制をすることもできるし、検出した干渉自体を除去することもできる。本実施の形態では、CFAR部114での誤検出の抑制について説明する。
When interference is detected, the
図5は、本実施の形態に係る受信信号処理部115aの構成の一例を示す図である。干渉処理部111aは、干渉検出部301、干渉量算出部302、及び、CFAR-SF調整部303を含む例について説明する。図5の構成により、干渉の有無に応じて、周波数ピーク検出部110aにおけるCFAR部114のSFを調整することができるため、CFAR部114は、干渉量が大きいときに、SFの値を大きく設定することによって相対的に小さいレベルのピークの検出を減らし、ターゲットの誤検出を抑制することができる。
FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of the received
干渉量算出部302は、1フレーム毎に干渉が発生する量を演算する。例えば、干渉量算出部302は、1フレームに含まれるNC個のチャープ信号に対して干渉検出部301が干渉ありと判定したチャープ信号の個数をカウントする。各チャープ信号は、NS個のインデックスを含むので、干渉量算出部302は、(干渉ありと判定されたチャープ信号の個数)/NC×NSを用いて、干渉量Qinfを演算する。これにより、干渉量算出部302は、干渉量に係る演算の増加を抑制することができる。
The interference
なお、干渉量算出部302は、干渉の発生回数と発生する干渉の大きさとを考慮して、干渉量を算出してもよい。これは、発生する干渉によるスパイクノイズの強さに依存して周波数領域のノイズフロアが大きくなることを抑制することができるためである。このとき、干渉検出部301の干渉判定処理であるステップS508を省略することができ、干渉検出部301は基準P-P値Ipp#Refと判定対象P-P値Ipp#Targetを後段の干渉量算出部302に出力する。
The interference
干渉量算出部302は、干渉検出部301で算出した各チャープ信号での基準P-P値Ipp#Refと判定対象P-P値Ipp#Targetを用いる。第m番目のチャープ信号における、基準P-P値Ipp#RefをIpp#Ref(m)とし、判定対象P-P値をIpp#Target(m)とした場合、干渉量算出部302は、式(6)、式(7)に示す通り、フレーム内の全チャープ信号における基準P-P値と判定対象P-P値の二乗和を算出する。なお、特許文献1では、NC×NS回の振幅の絶対値計算が必要であったが、本実施の形態では、二乗和の演算は、NC回にすることができるので、演算量削減を行うことができる。
The interference
干渉量算出部302は、式(6)と式(7)により、全チャープ信号を含むフレーム全体でのフレーム判定対象P-P値Targetsumとフレーム基準P-P値Refsumを算出する。次に、干渉量算出部302は、式(8)により、フレーム判定対象P-P値Targetsumとフレーム基準P-P値Refsumとの比をとり、干渉量Qinfを算出する。干渉量の値の大小は、NC個のチャープ信号を含むフレーム全体での干渉の強さを示す。
干渉量算出部302は、式(9)のように、干渉量Qinfが閾値Qth以上となる場合、フレーム全体として干渉ありと判定し、SFオフセット量OFSSFをOFSSF1(>0)とし、干渉量Qinfが閾値Qth未満となる場合、SFオフセット量OFSSFを0とする。干渉量算出部302は、SFのオフセット量OFSSFをCFAR部114に出力する。
なお、干渉量算出部302は、干渉量Qinfに応じて、SFオフセット量OFSSFを増加する方法について説明したが、干渉量Qinfが閾値Qth以上となる場合、SFオフセット量OFSSFを0とし、干渉量Qinfが閾値Qth未満となる場合、SFのオフセット量OFSSFをOFSSF1(<0)としてもよい。
Incidentally, the interference
以上より、干渉処理部111aは、干渉による影響を受け、ターゲットの誤検出が増加する可能性のある環境において、CFAR部114におけるSFを調整することで、誤検出を減少させることができる。
From the above, the
次に、CFAR部114(例えば、図2又は図5)について説明する。CFARは周波数領域でのピーク検出処理方法の一つであり、検出されたピークを距離情報、速度情報に変換して出力する(ピーク検出部とも記載する)。 Next, the CFAR unit 114 (for example, FIG. 2 or FIG. 5) will be described. CFAR is one of the peak detection processing methods in the frequency domain, and converts the detected peak into distance information and velocity information and outputs it (also referred to as a peak detection unit).
なお、CFAR部114は、SFの値を大きく設定することによって相対的に小さいレベルのピークの検出を減らし、ターゲットの誤検出を抑制することができる。
The
CFAR部114は、ドップラ解析部113及びCFAR-SF調整部303の出力を用いて、ノイズフロア計算、閾値計算を各インデックスm、nのデータに対して行うCFAR処理を行い、周波数領域においてピーク信号を与える距離インデックスおよび速度インデックスを抽出することによって、測定ターゲットとレーダ設置位置との相対距離、および、相対速度を検出(ピーク検出)する。
The
CFAR部114は、距離軸とドップラ周波数軸(相対速度に相当)とからなる2次元のCFAR処理、あるいは距離軸を用いた1次元のCFAR処理とドップラ周波数軸を用いた1次元のCFAR処理とを組み合わせたCFAR処理を行ってもよい。
The
CFAR部114は、例えば、初期値のSFに対し、CFAR-SF調整部303から出力されるSFオフセット量OFSSFを加算した値を用いる。2次元のCFAR処理あるいは1次元のCFAR処理を組み合わせたCFAR処理については、例えば参考文献1に開示されている処理を適用することができる(参考文献1 M. Kronauge、 H.Rohling、"Fast two-dimensional CFAR procedure"、 IEEE Trans. Aerosp. Electron. Syst.、 2013、 49、 (3)、 pp. 1817-1823)。
The
図6Aは、本実施の形態に係るCFAR部114においてSF調整非適用の出力の一例を示す図である。図6Bは、本実施の形態に係るCFAR部114においてSF調整適用済の出力の一例を示す図である。
FIG. 6A is a diagram showing an example of an output to which SF adjustment is not applied in the
図6A、図6Bは、CFAR部114の出力の一例として、レーダ設置位置を原点(x、y)=(0、0)とし、(x、y)=(10、0)[m]の位置に、干渉源となるレーダ装置1を搭載した測定対象物体が存在する場合に、検出した物標座標を示す。なお、図6A、図6Bは、複数アンテナを備えた構成のレーダ装置1による測定結果であるため、CFAR部114の出力である距離情報に加えて方位推定処理を行い、2次元座標として示している。
In FIGS. 6A and 6B, as an example of the output of the
図6Aは、SF調整を適用せず、あらかじめ設定されたSFを変更せずに検出した物標座標であり、図6Bは、SF調整を適用し、CFAR部114におけるSFを図6Aに比べて大きくして検出した物標座標である。
FIG. 6A shows the target coordinates detected without applying the SF adjustment and without changing the preset SF, and FIG. 6B shows the SF in the
図6Aでは、レーダ装置1は、x座標は、約0mから約100m、y座標は約−5mから約20mにわたり、検出点を出力する。これに対して、図6Bでは、レーダ装置1は、x座標は、約0mから約30m、y座標は約−5mから約5mにわたるグループと、x座標は、約80m、y座標は約10mにおけるグループと、において検出点を出力する。つまり、レーダ装置1は、シャワー状に発生している誤検出点がCFAR部114におけるSF調整により、誤検出抑制できた。例えば、レーダ装置1は、干渉源がレーダ設置位置から10mの位置にある場合、85%の誤検出点を除去している。
In FIG. 6A, the
本実施の形態に係るレーダ装置1によって、複素信号の絶対値計算を回避し、スパイクノイズの発生回数およびスパイクノイズの大きさによって性能劣化を抑制して、干渉を検出でき、また、CFAR部114のSF調整によって誤検出を抑制する効果を得ることができる。
The
(干渉検出の変形例1)
次に、干渉検出処理の変形例1について説明する。図7は、本実施の形態に係る干渉検出処理の他の一例を説明する図である。図8は、本実施の形態に係る干渉検出処理の他の一例を説明するフローチャートである。
(Modification example 1 of interference detection)
Next, a
DCオフセットがI信号とQ信号との間で所定の範囲内である場合、干渉検出部301は、同じ時間領域内のI信号とQ信号の両方のデータから単一のP-P値を算出してもよい。
When the DC offset is within a predetermined range between the I signal and the Q signal, the
図7は、離散サンプリングデータd(m、n)のうち、第0番目のチャープ(m=0)のI信号(実線)とQ信号(一点鎖線)とを示す。例えば、領域#1では最大値Imax#1はI信号の値となり、最小値Imin#1はQ信号の値となる。その他の処理は、図4と同様のなので、説明を省略する。
FIG. 7 shows the I signal (solid line) and the Q signal (dashed line) of the 0th chirp (m = 0) of the discrete sampling data d (m, n). For example, in
まず、干渉検出部301は、入力された離散サンプリングデータd(m、n)のI信号に対して、n=1、…、NSで表される時間範囲をNAD個に分割し、分割後の各領域を、#1、…、#NADと表す(ステップS701)。干渉検出部301は、領域#i(i=1、…、NAD)における信号IQ#iに対して、最大値IQmax#iと最小値IQmin#iを求め(換言すると、検出し)(ステップS702)、P-P値IQpp#i(=IQmax#i - IQmin#i)を算出する(ステップS703)。なお、全領域に対するP-P値の算出が終了していない場合(ステップS704のNo)、干渉検出部301は、次の領域#i+1に移動する(ステップS705)。
First, the
全領域に対するP-P値の算出が終了後(ステップS704のYes)、干渉検出部301は、NAD個のP-P値より、最小のP-P値を基準P-P値IQpp#Refに設定し(ステップS706)、最大のP-P値を判定対象P-P値IQpp#Targetに設定する(ステップS707)。例えば、図7では、判定対象P-P値IQpp#Targetが領域#5であり、基準P-P値IQpp#Refが領域#7である。
After the calculation of the PP values for all regions is completed (Yes in step S704), the
次に、干渉検出部301は、干渉判定(換言すると、P-P判定)を行う(ステップS708)。干渉判定は、基準P-P値IQpp#Refと判定対象P-P値IQpp#Targetを用いた式(10)によって行われる。ここで、SFppは、基準P-P値IQpp#Refに乗算するスケーリングファクタであり、干渉検出性能を調整するパラメータである。干渉検出部301は、式(10)を満たす場合、判定対象P-P値IQpp#Targetを算出した領域#Targetが干渉を含む領域であると判定する。
干渉検出部301は、全チャープ信号(例えば、NC個)に対して、干渉検出処理が終了した場合は、本フローを終了し(ステップS709のYes)、全チャープ信号に対して、干渉検出が終了していない場合は(ステップS709のNo)、次のチャープ信号m+1に対して干渉検出処理を行う(ステップS710)。
干渉検出の変形例1の形態のレーダ装置1によって、I信号、Q信号のどちらかのスパイクノイズのパワーが相対的に小さい場合に、未検出を抑制することができる。また、位相がずれた二つの信号を考慮した干渉判定により、時間分割された領域が低周波信号の一送信周期分の領域よりも小さい場合に、Ipp#Refが過小な値となることによるスパイクノイズの誤検出を抑制することができる。
The
(干渉検出の変形例2)
次に、干渉検出処理の変形例2について説明する。図9は、本実施の形態に係る干渉検出処理の他の一例を説明するフローチャートである。図9では、レーダ装置1は、I信号とQ信号の干渉検出結果をマージして干渉検出処理を行う。図9では、干渉検出部301は、入力された離散サンプリングデータd(m,n)のI信号に加えてQ信号に対して(ステップS801)、図4に示す干渉検出処理のフローチャートのうち、ステップS502からステップS508を適用する(ステップS802、ステップS803)。干渉検出部301は、I信号の干渉判定情報とQ信号の干渉判定情報を用いて、どちらか一つでも干渉検出した場合に干渉ありと判定する(ステップS804)。
(Modification example 2 of interference detection)
Next, a
干渉検出部301は、全チャープ信号(例えば、NC個)に対して、干渉検出処理が終了した場合は、本フローを終了し(ステップS805のYes)、全チャープ信号に対して、干渉検出が終了していない場合は(ステップ805のNo)、次のチャープ信号m+1に対して干渉検出処理を行う(ステップS806)。
図9の干渉検出処理は、I信号とQ信号との両方について、別々に処理するため、演算量が増大するが、I信号だけについて干渉検出処理を行う場合に比べて、Q信号だけに発生する干渉を検出することができるため、干渉検出性能の向上が見込める。 Since the interference detection process of FIG. 9 processes both the I signal and the Q signal separately, the amount of calculation increases, but it occurs only in the Q signal as compared with the case where the interference detection process is performed only in the I signal. Since it is possible to detect the interference that occurs, it is expected that the interference detection performance will be improved.
干渉検出の変形例1では、I信号、Q信号間が異なるレベルのDCオフセットを含む場合に、P-P値を過大な値としてしまう可能性がある。一方で、干渉検出の変形例2では、干渉検出部301は、P-P値の算出をI信号、Q信号それぞれに対して行うため、I信号とQ信号が異なるレベルのDCオフセットを含む場合に、変形例1と比較して干渉検出性能の向上が見込める。
In the first modification of interference detection, when the I signal and the Q signal include different levels of DC offset, the P-P value may become an excessive value. On the other hand, in the second modification of the interference detection, the
(干渉量算出部の変形例1)
次に、干渉量算出部302の変形例について説明する。なお、本実施の形態においては、干渉検出部301は、基準P-P値Ipp#Refの算出時に用いた最大値をとるインデックスnをRmax、判定対象P-P値Ipp#Targetの算出時に用いた最大値をとるインデックスnをTmaxと設定し、RmaxとTmaxと基準P-P値Ipp#Refと判定対象P-P値Ipp#Targetを干渉量算出部302に出力する。
(Modification example 1 of the interference amount calculation unit)
Next, a modified example of the interference
干渉量算出部302は、基準P-P値と判定対象P-P値との二乗和を算出する際に、窓関数wにより重みづけを施す。窓関数wTmax又はwRmaxは、ビート周波数解析部112におけるFFT適用時の窓関数であり、添え字はインデックスを示す。干渉量算出部302は、式(11)、式(12)を計算した後、式(8)により干渉量Qinfを算出する。
The interference
本実施の形態に係るレーダ装置1はビート周波数解析部112における窓関数の乗算を考慮した干渉量を算出することができるため、Tmaxが0、もしくは、NSに近い値の場合に、干渉量が過大に評価することによって発生するCFAR部114における未検出を抑制することができる。
(CFAR-SF調整部の変形例)
次に、CFAR-SF調整部303の変形例について説明する。CFAR-SF調整部303は、干渉量算出部302で算出した干渉量フレーム判定対象P-P値Targetsumとフレーム基準P-P値Refsumとを入力として受け取り、CFAR部114に対してSFオフセット量OFSSFを出力する。
(Modification example of CFAR-SF adjustment part)
Next, a modification of the CFAR-
SFオフセット量OFSSFは式(13)により算出される。ここで、PL1、PL2、…、PLkとOFSPL1、OFSPL2、…、OFSPLkは設計パラメータである。CFAR-SF調整部303は、基準P-P値Refsumに対して、PL1、PL2、…、PLkをそれぞれ乗算した値をTargetsumの閾値として設定し、Targetsumの値に応じて段階的にOFSSFの値を調整する。
以上より、実施の形態1によれば、ビート信号を複数の時間領域に分割して、干渉検出処理を施し、CFAR部114で用いるSFを適宜調整できるため、演算量の増加を抑制して、誤検出を抑制することができるため、高フレームレートに対応したレーダ装置1を得ることができる。
From the above, according to the first embodiment, the beat signal can be divided into a plurality of time domains, interference detection processing can be performed, and the SF used in the
<実施の形態2>
本開示の一形態によれば、ビート信号に対して時間分割した領域毎に干渉を検出し除去することによって、演算量の増加を抑制することができるため、高フレームレートに対応したレーダ装置1が提供される。
<
According to one embodiment of the present disclosure, it is possible to suppress an increase in the amount of calculation by detecting and removing interference in each time-divided region of the beat signal. Therefore, the
図10は、本実施の形態に係る受信信号処理部115bの構成の一例を示す図である。干渉処理部111bは、干渉検出部301bと干渉除去部304とを含み、制御信号を周波数ピーク検出部110bに出力している。なお、周波数ピーク検出部110bのビート周波数解析部112、ドップラ解析部113、及びCFAR部114は実施の形態1に記載した処理と同様であるので、ここでの説明は省略する。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the configuration of the received
図11は、本実施の形態に係る干渉除去処理の一例を示す図である。干渉検出部301bは、スパイクノイズが含まれるレーダ反射波受信信号(受信チャープ信号)に対する干渉判定処理(式(5)を用いる処理)により干渉ありと判定した場合、図11の(a)に示すように、P-P算出時に用いた最大値の絶対値、最小値の絶対値のうち、大きい値のインデックスを干渉ピーク時間nmaxとして出力する。
FIG. 11 is a diagram showing an example of the interference removing process according to the present embodiment. When the
図11の(a)は、単一チャープ分のビート信号に対する干渉除去適用前のビート信号である。図11の各図の横軸は、AD変換部109でのサンプリングインデックスを示す。図11の(a)は、スパイクノイズを含むビート信号を示しており、干渉検出部301bで算出する判定対象P-P値の最大値となるインデックスはnmax=168である。
FIG. 11A shows a beat signal before applying interference removal to a beat signal for a single chirp. The horizontal axis of each figure of FIG. 11 indicates the sampling index in the
干渉除去部304は、図11の(b)に示すように、干渉検出部301bから出力される干渉ピーク時間nmax=168を用いて、干渉ピーク時間に近いほど値が0に近く、干渉ピーク時間から離れるほど値が1に近くなる干渉除去窓関数を生成する。
As shown in FIG. 11B, the
図11の(b)は、nmax=168を中心とした窓関数であり、ここでは一例として、Blackman-Harris窓を使用した。なお、窓関数は、Blackman-Harris窓以外も用いることができる。 FIG. 11B shows a window function centered on n max = 168, and here, a Blackman-Harris window is used as an example. The window function can be used for other than the Blackman-Harris window.
さらに、干渉除去部304は、干渉除去窓関数とビート信号とを乗算することによって、図11の(c)に示すように、干渉を除去したビート信号を生成する。これにより、レーダ装置1は、スパイクノイズが後段処理に与える影響を低減し、誤検出を抑制することができる。
Further, the
図11の(c)は、図11の(a)及び(b)のデータを乗算した結果であり、図11の(a)で見られるnmax周囲のスパイクノイズの値を抑制していることがわかる。 FIG. 11 (c) is the result of multiplying the data of FIGS. 11 (a) and 11 (b), and suppresses the value of spike noise around n max seen in FIG. 11 (a). I understand.
図12は、本実施の形態に係るドップラ解析部113の出力の一例を示す図であり、横軸は、距離インデックスであり、縦軸は各インデックスでの電力をデシベル単位で示す。
FIG. 12 is a diagram showing an example of the output of the
図12の(a)はスパイクノイズを含むビート信号に対してビート周波数解析部112とドップラ解析部113による処理を適用したときの出力であり、図12の(b)は、干渉除去部304によりスパイクノイズを除去したビート信号に対して同様の処理を適用したときの出力である。
FIG. 12A shows the output when processing by the beat
干渉除去部304が適用されていない図12の(a)では、ノイズフロアが79.54dBとなるのに対し、干渉除去部304が適用された図12の(b)ではノイズフロアが8.67dB低減し、70.87dBとなる。なお、ノイズフロア算出に物体からの反射による信号を含めることを避けるため、ノイズフロア算出時にはRange Indexが70以上230未満のデータ用いている。
In FIG. 12 (a) where the
以上より、実施の形態2によれば、ビート信号を複数の時間領域に分割して干渉検出処理を施し、各時間領域において、検出した干渉を除去することによって、演算量の増加を抑制することができ、さらに、ドップラ解析部113から出力されるビート信号のノイズフロアを低減することができるため、高フレームレートに対応したレーダ装置1を得ることができる。
Based on the above, according to the second embodiment, the beat signal is divided into a plurality of time domains to perform interference detection processing, and the detected interference is removed in each time domain to suppress an increase in the amount of calculation. Further, since the noise floor of the beat signal output from the
(干渉処理部の変形例1)
干渉処理部111bの変形例について説明する。干渉処理部111dは、干渉処理部111bにおける干渉検出部301bと干渉除去部304との処理を繰り返し行う。図13は、本実施の形態に係る干渉処理部111dの構成の他の一例を示す図である。なお、周波数ピーク検出部110bの各ブロックにおける処理は実施の形態2と同様であるので、ここでの説明は省略する。
(Modification example 1 of the interference processing unit)
A modified example of the
まず、干渉検出部301dは、入力された離散サンプリングデータd(m,n)に対して、NAD個の時間領域に分割し、各領域に対して、P-P値を求め、最大のP-P値を判定対象P-P値Ipp#Targetとして得る。
First, the
干渉検出部301dは、判定対象P-P値Ipp#Targetに対して、式(5)を用いて、干渉であるか否かを判定し、干渉がある場合、判定結果を干渉除去部304dに出力し、干渉がない場合、離散サンプリングデータd(m、n)を、後段の周波数ピーク検出部110bに出力する。
The
次に、干渉除去部304dは、例えば、実施の形態2に記載した処理を用いて干渉を除去し、処理後のビート信号を干渉検出部301dに再度出力する。
Next, the
次に、干渉検出部301dは、干渉除去部304dから入力される干渉が除去されたビート信号に対して、再度、P-P値を用いた干渉検出処理を行い、干渉の有無を判定する。干渉検出部301dは、干渉がある場合、判定結果と一度干渉が除去されたビート信号とを干渉除去部304dに出力し、干渉がない場合、一度干渉が除去されたビート信号を後段の周波数ピーク検出部110bに出力する。
Next, the
干渉処理部111dは、以上のループ処理を実施することにより、式(5)を満たす全ての判定対象P-P値Ipp#Targetに対して干渉除去処理を行う。
By performing the above loop processing, the
これにより、干渉検出部301dの時間領域分割処理において複数の時間領域に干渉によるスパイクノイズが含まれる場合、干渉検出部301dは、P-P値が最大となる領域のスパイクノイズ以外も検出し、P-P値が最大とならない領域に含まれるスパイクノイズを検出することができる。また、干渉除去部304dは、干渉が除去されたビート信号に対して再度干渉検出を行うことにより、複数領域にスパイクノイズが含まれる場合にも、全てのスパイクノイズを検出、除去することができる。
As a result, when spike noise due to interference is included in a plurality of time domains in the time domain division process of the
<実施の形態3>
本実施の形態に係るレーダ装置1は、実施の形態1で説明したレーダ装置1の構成と実施の形態2で説明したレーダ装置1の構成とを組み合わせた構成を持つレーダ装置1である。
<Embodiment 3>
The
図14は、本実施の形態に係る受信信号処理部115cの構成の一例を示す図である。なお、干渉検出部301c、干渉量算出部302、CFAR-SF調整部303、ビート周波数解析部112、ドップラ解析部113、CFAR部114の主な処理は実施の形態1と同様であり、干渉除去部304cの主な処理は実施の形態2と同様である。
FIG. 14 is a diagram showing an example of the configuration of the received
本実施の形態に係る干渉処理部111cは、干渉検出部301c、干渉量算出部302、CFAR-SF調整部303によって、CFAR部114で用いるSFを干渉量に応じて適宜調整することで、実施の形態1と同様に、CFAR部114における誤検出を抑制できる。また、本実施の形態に係る干渉処理部111cは、干渉検出部301c、干渉除去部304cによって、実施の形態2と同様に、ドップラ解析部113から出力されるビート信号のノイズフロアを低減することができる。
The
このため、図14における周波数ピーク検出部110cのCFAR部114は、ノイズフロアが低減したビート信号に対して、適切に調整されたSFを用いて、周波数領域でのピーク検出処理を行うことで、誤検出を抑制することができる。
Therefore, the
実施の形態3によれば、CFAR-SF調整部303の出力によって、ビート信号を複数の時間領域に分割して、干渉検出処理を施すことによって、演算量の増加を抑制することができ、CFAR部114で用いるSFを適宜調整できるため、誤検出を抑制することができる。さらに、実施の形態3によれば、干渉除去部304cの出力によって、各時間領域において、検出した干渉を除去することによって、ドップラ解析部113から出力されるビート信号のノイズフロアを低減することができるため、高フレームレートに対応したレーダ装置1を得ることができる。
According to the third embodiment, the output of the CFAR-
<実施の形態4>
本開示の一形態によれば、ビート信号に対して時間分割した領域毎に干渉を検出し除去することによって、演算量の増加を抑制することができるため、高フレームレートに対応したMIMO(Multiple-Input Multiple-Output)を用いたレーダ装置1bが提供される。
<
According to one embodiment of the present disclosure, it is possible to suppress an increase in the amount of calculation by detecting and removing interference in each time-divided region of the beat signal. Therefore, MIMO (Multiple) corresponding to a high frame rate can be suppressed. A
図15は、本実施の形態に係るレーダ装置1bの構成の一例を示す図である。レーダ送信部2bは、複数の送信アンテナ101-1〜Nとレーダ送信信号生成部102とを含む。レーダ受信部3bは、複数の受信アンテナ105−1〜Naと、複数のアンテナ系統処理部4−1〜Naと、CFAR部114bと、方向推定部116とを含む。CFAR部114b、方向推定部116以外の動作は、他の実施の形態と同様なので、ここでの説明は省略する。
FIG. 15 is a diagram showing an example of the configuration of the
レーダ送信部2bでは、レーダ送信信号生成部102で生成されたチャープ信号を複数の送信アンテナ101-1〜Nのそれぞれが送信する。レーダ受信部3bは、送信された複数のチャープ信号がターゲットによって反射された複数のレーダ反射波を、複数の受信アンテナ105-1〜Naで受信する。複数の受信アンテナ105-1〜Naのそれぞれは、複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naに接続されている。複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naは、受信無線部106、AD変換部109、受信信号処理部115を含み、CFAR部114bと方向推定部116に接続されている。
In the radar transmission unit 2b, each of the plurality of transmission antennas 101-1 to N transmits the chirp signal generated by the radar transmission signal generation unit 102. The
CFAR部114bは、他の実施の形態では、周波数ピーク検出部110に含まれていたが、本実施の形態では、周波数ピーク検出部110とは、別の構成となり、複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naからの信号が入力され、距離情報、速度情報を方向推定部116に出力する。
The
方向推定部116は、複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naからの出力信号とCFAR部114bからの距離情報、速度情報とが入力され、ターゲットの測位結果を出力する。方向推定部116は、複数の受信アンテナ105-1〜Naとターゲットの距離が十分離れている場合、観測される波を平面波とみなすことができるため、各受信アンテナ105-1〜Na間の位相差を検出することにより、反射波の到来方向(Direction of Arrival)を算出する。
The
なお、干渉処理部111に干渉検出部301(又は301b、301c、301d)および干渉除去部304(又は304c、304d)が含まれる場合、干渉処理部111に含まれる干渉検出部301を、複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naのそれぞれに配置してもよいし、複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naのいずれか1つに配置してもよい。複数の受信アンテナ105−1〜Na間の距離が十分短いとみなせる場合、ビート信号においてスパイクノイズが発生する干渉ピーク時間は全ての受信アンテナ105で同一とみなせる。このため、複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naのそれぞれに配置される干渉除去部304は、干渉検出部301が複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naのいずれか1つに配置される場合、1つの干渉検出部301から抽出した干渉ピーク時間を入力してもよいし、干渉検出部301が複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naの全てに配置される場合、いずれか1つの干渉検出部301から抽出した干渉ピーク時間を入力してもよい。
When the
また、干渉検出部301が複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naのうち2つ以上のアンテナ系統処理部に配置される場合、干渉検出部301は、複数のアンテナ系統処理部4-1〜Naにおける干渉ピーク時間の差分が所定値よりも小さくなる場合、ビート信号が干渉を含むと判定し、いずれかのアンテナ系統処理部における干渉ピーク時間を選択し、干渉除去部304へ出力してもよい。
Further, when the
干渉検出部301は、複数アンテナを用いた干渉判定を、干渉検出部301が出力する干渉ピーク時間nmaxを用いて、アンテナ系統間スパイクノイズ一致判定式である式(14)により行う。ここで、mant1とmant2は受信アンテナ105-1と受信アンテナ105−2を示す。Thantは設計パラメータである。
The
なお、干渉検出部301は、Na個の受信アンテナ105から異なる組み合わせを選択してもよい。また、3つ以上のアンテナ系統処理部4を含む場合、干渉検出部301は、以上説明した干渉判定を、受信アンテナ105の組み合わせを変更して繰り返し行ってもよい。また、干渉検出部301は、複数系統のアンテナ間の干渉ピーク時間の差分がThant以下の場合、干渉が発生するタイミングが一致したと判断する。
以上より、実施の形態4によれば、実施の形態1から3の効果に加え、複数の送信アンテナ101−1〜N、複数の受信アンテナ105-1〜Na、複数のアンテナ系統処理部4-1〜Na、CFAR部114b、方向推定部116を用いることで、方向推定もできるため、高フレームレートに対応したレーダ装置1bを得ることができる。
From the above, according to the fourth embodiment, in addition to the effects of the first to third embodiments, a plurality of transmitting antennas 101-1 to N, a plurality of receiving antennas 105-1 to Na, and a plurality of antenna system processing units 4- By using 1-Na, the
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。 Although various embodiments have been described above with reference to the drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to such examples. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modifications or modifications within the scope of the claims, which naturally belong to the technical scope of the present disclosure. Understood. In addition, each component in the above embodiment may be arbitrarily combined as long as the purpose of disclosure is not deviated.
上記各実施の形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。 In each of the above embodiments, the present disclosure has been described for an example of configuring using hardware, but the present disclosure can also be realized by software in cooperation with hardware.
以上の説明において、各構成要素に用いる「・・・部」という表記は、「・・・回路(circuitry)」、「・・・デバイス」、「・・・ユニット」、又は、「・・・モジュール」といった他の表記に置換されてもよい。 In the above description, the notation "... part" used for each component is "... circuitry", "... device", "... unit", or "... unit". It may be replaced with other notations such as "module".
また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるLSIとして実現される。集積回路は、上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックを制御し、入力と出力を備えてもよい。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように1チップ化されてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。 Further, each functional block used in the description of each of the above embodiments is typically realized as an LSI which is an integrated circuit. The integrated circuit may control each functional block used in the description of the above embodiment and include an input and an output. These may be individually integrated into one chip, or may be integrated into one chip so as to include a part or all of them. Although it is referred to as LSI here, it may be referred to as IC, system LSI, super LSI, or ultra LSI depending on the degree of integration.
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサを用いて実現してもよい。LSI製造後に、プログラム可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)、LSI内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル プロセッサ(Reconfigurable Processor)を利用してもよい。 Further, the method of making an integrated circuit is not limited to LSI, and may be realized by using a dedicated circuit or a general-purpose processor. After manufacturing the LSI, a programmable FPGA (Field Programmable Gate Array) or a reconfigurable processor that can reconfigure the connection or setting of the circuit cells inside the LSI may be used.
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、LSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。例えば、バイオ技術の適用が可能性としてありえる。 Furthermore, if an integrated circuit technology that replaces an LSI appears due to advances in semiconductor technology or another technology derived from it, the functional blocks may be integrated using that technology. For example, the application of biotechnology is possible.
(本開示のまとめ)
本開示のレーダ装置は、ターゲットからレーダ信号の反射波を受信するアンテナと、前記反射波を用いてビート信号を生成する受信処理回路と、前記ビート信号のサンプリング信号を生成するAD変換回路と、前記サンプリング信号に対して、複数の時間領域に分割し、前記複数の時間領域毎に、前記サンプリング信号のピークツーピーク値を算出し、前記ピークツーピーク値のうち、所定値以上の値となるサンプルタイミングを抽出し、前記抽出したサンプルタイミングに基づいて、前記サンプリング信号の干渉処理に用いる制御信号を生成する干渉処理回路と、前記制御信号を用いて、前記サンプリング信号に対してビート周波数とドップラシフト周波数を求める処理を適用し、前記ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報を生成する周波数ピーク検出回路と、を含む。
(Summary of this disclosure)
The radar device of the present disclosure includes an antenna that receives a reflected wave of a radar signal from a target, a reception processing circuit that generates a beat signal using the reflected wave, and an AD conversion circuit that generates a sampling signal of the beat signal. The sampling signal is divided into a plurality of time regions, and the peak-to-peak value of the sampling signal is calculated for each of the plurality of time regions, and the peak-to-peak value becomes a value equal to or more than a predetermined value among the peak-to-peak values. An interference processing circuit that extracts sample timing and generates a control signal used for interference processing of the sampling signal based on the extracted sample timing, and the beat frequency and Doppler with respect to the sampling signal using the control signal. It includes a frequency peak detection circuit that applies a process for determining the shift frequency and generates information on the relative distance and relative speed of the target.
本開示のレーダ装置において、前記干渉処理回路は、前記抽出したサンプルタイミングに応じて調整されたスケーリングファクタを前記制御信号として生成する。 In the radar device of the present disclosure, the interference processing circuit generates a scaling factor adjusted according to the extracted sample timing as the control signal.
本開示のレーダ装置において、前記周波数ピーク検出回路は、前記サンプリング信号から求められたビート周波数とドップラシフト周波数に対して、前記スケーリングファクタを用いて、前記ターゲットに関するビート周波数とドップラ周波数を選択する。 In the radar device of the present disclosure, the frequency peak detection circuit selects the beat frequency and the Doppler frequency with respect to the target by using the scaling factor with respect to the beat frequency and the Doppler shift frequency obtained from the sampling signal.
本開示のレーダ装置において、前記周波数ピーク検出回路は、前記サンプリング信号に対して、フーリエ変換処理を適用し、ビート周波数応答を生成する周波数解析回路と、前記ビート周波数応答に対して、前記レーダ装置との相対位置及び相対速度を算出するドップラ解析回路と、前記調整されたスケーリングファクタを用いて、前記ビート周波数応答から前記ターゲットの前記相対位置及び前記相対速度を選択するピーク検出回路と、を含む。 In the radar device of the present disclosure, the frequency peak detection circuit is a frequency analysis circuit that applies Fourier conversion processing to the sampling signal to generate a beat frequency response, and the radar device for the beat frequency response. Includes a Doppler analysis circuit that calculates the relative position and relative velocity of the target, and a peak detection circuit that selects the relative position and relative velocity of the target from the beat frequency response using the adjusted scaling factor. ..
本開示のレーダ装置において、前記干渉処理回路は、前記抽出したサンプルタイミングに対応した干渉を抑制する窓関数を前記制御信号として生成する。 In the radar device of the present disclosure, the interference processing circuit generates a window function for suppressing interference corresponding to the extracted sample timing as the control signal.
本開示のレーダ装置において、前記周波数ピーク検出回路は、前記干渉を抑制する窓関数を乗算した前記サンプリング信号から求めたビート周波数とドップラシフト周波数に対して、前記ターゲットに関するビート周波数とドップラ周波数を選択する。 In the radar device of the present disclosure, the frequency peak detection circuit selects the beat frequency and the Doppler frequency related to the target with respect to the beat frequency and the Doppler shift frequency obtained from the sampling signal multiplied by the window function for suppressing the interference. To do.
本開示のレーダ装置において、前記周波数ピーク検出回路は、前記干渉を抑制する窓関数が乗算された前記サンプリング信号に対して、フーリエ変換処理を適用し、ビート周波数応答を生成する周波数解析回路と、前記ビート周波数応答に対して、前記レーダ装置との相対位置及び相対速度を算出するドップラ解析回路と、前記ビート周波数応答から前記ターゲットの前記相対位置及び前記相対速度を選択するピーク検出回路と、を含む。 In the radar device of the present disclosure, the frequency peak detection circuit includes a frequency analysis circuit that applies a Fourier transform process to the sampling signal multiplied by a window function that suppresses the interference to generate a beat frequency response. A Doppler analysis circuit that calculates the relative position and relative speed with respect to the radar device with respect to the beat frequency response, and a peak detection circuit that selects the relative position and the relative speed of the target from the beat frequency response. Including.
本開示のレーダ装置において、前記干渉処理回路は、前記抽出したサンプルタイミングに応じて調整されたスケーリングファクタと、前記抽出したサンプルタイミングに対応した減算係数と、を前記制御信号として生成する。 In the radar device of the present disclosure, the interference processing circuit generates a scaling factor adjusted according to the extracted sample timing and a subtraction coefficient corresponding to the extracted sample timing as the control signal.
本開示のレーダ装置において、前記周波数ピーク検出回路は、前記減算係数を乗算した前記サンプリング信号から求めたビート周波数とドップラシフト周波数に対して、前記調整されたスケーリングファクタを用いて、前記ターゲットに関するビート周波数とドップラ周波数を選択する。 In the radar apparatus of the present disclosure, the frequency peak detection circuit uses the adjusted scaling factor for the beat frequency and the Doppler shift frequency obtained from the sampling signal multiplied by the subtraction coefficient, and beats for the target. Select the frequency and Doppler frequency.
本開示のレーダ装置において、前記周波数ピーク検出回路は、前記減算係数が乗算された前記サンプリング信号に対して、フーリエ変換処理を適用し、ビート周波数応答を生成する周波数解析回路と、前記ビート周波数応答に対して、前記レーダ装置との相対位置及び相対速度を算出するドップラ解析回路と、前記調整されたスケーリングファクタを用いて、前記ビート周波数応答から前記ターゲットの前記相対位置及び前記相対速度を選択するピーク検出回路と、を含む。 In the radar device of the present disclosure, the frequency peak detection circuit includes a frequency analysis circuit that applies Fourier conversion processing to the sampling signal multiplied by the subtraction coefficient to generate a beat frequency response, and the beat frequency response. On the other hand, the relative position and the relative speed of the target are selected from the beat frequency response by using the Doppler analysis circuit that calculates the relative position and the relative speed with the radar device and the adjusted scaling factor. Includes a peak detection circuit.
本開示のレーダ装置において、前記干渉処理回路は、前記抽出したサンプルタイミングの個数に応じて調整されたスケーリングファクタを前記制御信号として生成する。 In the radar device of the present disclosure, the interference processing circuit generates a scaling factor adjusted according to the number of extracted sample timings as the control signal.
本開示のレーダ装置において、前記干渉処理回路は、前記抽出したサンプルタイミングのピークツーピーク値に応じて調整されたスケーリングファクタを前記制御信号として生成する。 In the radar device of the present disclosure, the interference processing circuit generates a scaling factor adjusted according to the peak-to-peak value of the extracted sample timing as the control signal.
本開示のレーダ装置において、前記アンテナは、複数のアンテナ素子を含み、前記受信処理回路は、前記複数のアンテナ素子のそれぞれに対応した、複数の受信処理サブ回路を含み、前記AD変換回路は、前記複数の受信処理サブ回路のそれぞれに対応した、複数のAD変換サブ回路を含み、前記干渉処理回路は、前記複数のAD変換サブ回路のそれぞれに対応した、複数の干渉処理サブ回路を含み、前記周波数ピーク検出回路は、前記複数の干渉処理サブ回路のそれぞれに対応した、複数の周波数ピーク検出サブ回路を含み、前記複数の周波数ピーク検出サブ回路は、前記ドップラシフト周波数を求める処理を、前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した反射波に対応した前記サンプリング信号毎に適用し、前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した反射波に対応した前記サンプリング信号の全てを総合して、前記ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報を生成し、前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した反射波に対応した前記サンプリング信号の全てを総合して生成された前記ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報と、前記複数の周波数ピーク検出サブ回路のそれぞれが前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した反射波に対応した前記サンプリング信号毎に前記ドップラシフト周波数を求める処理を適用した出力と、を用いて、前記ターゲットの方向推定処理を適用する方向推定回路をさらに含む。 In the radar device of the present disclosure, the antenna includes a plurality of antenna elements, the reception processing circuit includes a plurality of reception processing subcircuits corresponding to each of the plurality of antenna elements, and the AD conversion circuit includes a plurality of reception processing subcircuits. The interference processing circuit includes a plurality of AD conversion subcircuits corresponding to each of the plurality of reception processing subcircuits, and the interference processing circuit includes a plurality of interference processing subcircuits corresponding to each of the plurality of AD conversion subcircuits. The frequency peak detection circuit includes a plurality of frequency peak detection subcircuits corresponding to each of the plurality of interference processing subcircuits, and the plurality of frequency peak detection subcircuits perform a process of obtaining the Doppler shift frequency. It is applied to each of the sampling signals corresponding to the reflected waves received by each of the plurality of antenna elements, and all of the sampling signals corresponding to the reflected waves received by each of the plurality of antenna elements are integrated to obtain the target. Information on the relative distance and relative speed of the target generated by generating information on the relative distance and relative speed and integrating all of the sampling signals corresponding to the reflected waves received by each of the plurality of antenna elements, and information on the relative distance and relative speed of the target. The target is used by each of the plurality of frequency peak detection subcircuits and an output to which a process of obtaining the Doppler shift frequency is applied to each of the sampling signals corresponding to the reflected waves received by each of the plurality of antenna elements. Further includes a direction estimation circuit to which the direction estimation process of is applied.
本開示のレーダ装置において、前記干渉処理回路は、少なくとも1つの前記干渉処理サブ回路において抽出した前記サンプルタイミングを用いて、前記制御信号を生成する。 In the radar apparatus of the present disclosure, the interference processing circuit generates the control signal by using the sample timing extracted in at least one of the interference processing sub-circuits.
本開示のレーダ装置において、前記干渉処理回路は、前記複数の干渉処理サブ回路において抽出した前記サンプルタイミングの一致性を判定し、前記制御信号を生成する。 In the radar device of the present disclosure, the interference processing circuit determines the consistency of the sample timings extracted in the plurality of interference processing sub-circuits and generates the control signal.
本開示のレーダ装置において、前記所定値は、前記複数の時間領域におけるピークツーピーク値のうちの最小値を基に設定される。 In the radar device of the present disclosure, the predetermined value is set based on the minimum value among the peak-to-peak values in the plurality of time domains.
本開示のレーダ信号処理方法は、ターゲットからレーダ信号の反射波をアンテナが受信し、前記反射波を用いてビート信号を生成し、前記ビート信号のサンプリング信号を生成し、前記サンプリング信号に対して、複数の時間領域に分割し、前記複数の時間領域毎に、前記サンプリング信号のピークツーピーク値を算出し、前記ピークツーピーク値のうち、所定値以上の値となるサンプルタイミングを抽出し、前記抽出したサンプルタイミングに基づいて、前記サンプリング信号の干渉処理に用いる制御信号を生成し、前記制御信号を用いて、前記サンプリング信号に対してビート周波数とドップラシフト周波数を求める処理を適用して、前記ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報を生成する。 In the radar signal processing method of the present disclosure, an antenna receives a reflected wave of a radar signal from a target, generates a beat signal using the reflected wave, generates a sampling signal of the beat signal, and receives the sampled signal. , Divide into a plurality of time regions, calculate the peak-to-peak value of the sampling signal for each of the plurality of time regions, and extract the sample timing that is equal to or more than a predetermined value from the peak-to-peak values. A control signal used for interference processing of the sampling signal is generated based on the extracted sample timing, and a process of obtaining a beat frequency and a Doppler shift frequency is applied to the sampling signal using the control signal. Generates information about the relative distance and relative speed of the target.
本開示は、車両に搭載するレーダ装置及びそのレーダ信号処理方法として好適である。 The present disclosure is suitable as a radar device mounted on a vehicle and a radar signal processing method thereof.
1、1b レーダ装置
2、2b レーダ送信部
3、3b レーダ受信部
4 アンテナ系統処理部
101 送信アンテナ
102 レーダ送信信号生成部
103 電圧制御発振器
104 変調信号発生部
105 受信アンテナ
106 受信無線部
107 ミキサ部
108 LPF部
109 AD変換部
110、110a、110b、110c 周波数ピーク検出部
111、111a、111b、111c、111d 干渉処理部
112 ビート周波数解析部
113 ドップラ解析部
114、114b CFAR部
115、115a、115b、115c 受信信号処理部
116 方向推定部
301、301b、301c、301d 干渉検出部
302 干渉量算出部
303 CFAR-SF調整部
304、304c、304d 干渉除去部
1,
Claims (17)
前記反射波を用いてビート信号を生成する受信処理回路と、
前記ビート信号のサンプリング信号を生成するAD変換回路と、
前記サンプリング信号に対して、複数の時間領域に分割し、前記複数の時間領域毎に、前記サンプリング信号のピークツーピーク値を算出し、前記ピークツーピーク値のうち、所定値以上の値となるサンプルタイミングを抽出し、前記抽出したサンプルタイミングに基づいて、前記サンプリング信号の干渉処理に用いる制御信号を生成する干渉処理回路と、
前記制御信号を用いて、前記サンプリング信号に対してビート周波数とドップラシフト周波数を求める処理を適用し、前記ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報を生成する周波数ピーク検出回路と、
を含む、レーダ装置。 An antenna that receives the reflected wave of the radar signal from the target, and
A reception processing circuit that generates a beat signal using the reflected wave,
An AD conversion circuit that generates a sampling signal of the beat signal and
The sampling signal is divided into a plurality of time domains, and the peak-to-peak value of the sampling signal is calculated for each of the plurality of time domains, and the peak-to-peak value becomes a value equal to or more than a predetermined value among the peak-to-peak values. An interference processing circuit that extracts sample timing and generates a control signal used for interference processing of the sampling signal based on the extracted sample timing.
A frequency peak detection circuit that uses the control signal to apply processing to obtain the beat frequency and Doppler shift frequency to the sampling signal to generate information on the relative distance and relative velocity of the target.
Including radar equipment.
請求項1に記載のレーダ装置。 The interference processing circuit generates a scaling factor adjusted according to the extracted sample timing as the control signal.
The radar device according to claim 1.
前記サンプリング信号から求められたビート周波数とドップラシフト周波数に対して、前記スケーリングファクタを用いて、前記ターゲットに関するビート周波数とドップラ周波数を選択する、
請求項2に記載のレーダ装置。 The frequency peak detection circuit is
With respect to the beat frequency and the Doppler shift frequency obtained from the sampling signal, the beat frequency and the Doppler frequency with respect to the target are selected by using the scaling factor.
The radar device according to claim 2.
前記サンプリング信号に対して、フーリエ変換処理を適用し、ビート周波数応答を生成する周波数解析回路と、
前記ビート周波数応答に対して、前記レーダ装置との相対位置及び相対速度を算出するドップラ解析回路と、
前記調整されたスケーリングファクタを用いて、前記ビート周波数応答から前記ターゲットの前記相対位置及び前記相対速度を選択するピーク検出回路と、
を含む、請求項2に記載のレーダ装置。 The frequency peak detection circuit is
A frequency analysis circuit that applies a Fourier transform process to the sampled signal to generate a beat frequency response,
A Doppler analysis circuit that calculates the relative position and relative speed of the radar device with respect to the beat frequency response, and
A peak detection circuit that selects the relative position and the relative velocity of the target from the beat frequency response using the adjusted scaling factor.
2. The radar device according to claim 2.
請求項1に記載のレーダ装置。 The interference processing circuit generates a window function that suppresses interference corresponding to the extracted sample timing as the control signal.
The radar device according to claim 1.
請求項5に記載のレーダ装置。 The frequency peak detection circuit selects the beat frequency and the Doppler frequency with respect to the target with respect to the beat frequency and the Doppler shift frequency obtained from the sampling signal multiplied by the window function for suppressing the interference.
The radar device according to claim 5.
前記干渉を抑制する窓関数が乗算された前記サンプリング信号に対して、フーリエ変換処理を適用し、ビート周波数応答を生成する周波数解析回路と、
前記ビート周波数応答に対して、前記レーダ装置との相対位置及び相対速度を算出するドップラ解析回路と、
前記ビート周波数応答から前記ターゲットの前記相対位置及び前記相対速度を選択するピーク検出回路と、
を含む、請求項5に記載のレーダ装置。 The frequency peak detection circuit is
A frequency analysis circuit that applies a Fourier transform process to the sampled signal multiplied by the window function that suppresses interference to generate a beat frequency response, and
A Doppler analysis circuit that calculates the relative position and relative speed of the radar device with respect to the beat frequency response, and
A peak detection circuit that selects the relative position and the relative velocity of the target from the beat frequency response, and
5. The radar device according to claim 5.
請求項1に記載のレーダ装置。 The interference processing circuit generates a scaling factor adjusted according to the extracted sample timing and a subtraction coefficient corresponding to the extracted sample timing as the control signal.
The radar device according to claim 1.
前記減算係数を乗算した前記サンプリング信号から求めたビート周波数とドップラシフト周波数に対して、前記調整されたスケーリングファクタを用いて、前記ターゲットに関するビート周波数とドップラ周波数を選択する、
請求項8に記載のレーダ装置。 The frequency peak detection circuit is
With respect to the beat frequency and the Doppler shift frequency obtained from the sampling signal multiplied by the subtraction coefficient, the beat frequency and the Doppler frequency with respect to the target are selected by using the adjusted scaling factor.
The radar device according to claim 8.
前記減算係数が乗算された前記サンプリング信号に対して、フーリエ変換処理を適用し、ビート周波数応答を生成する周波数解析回路と、
前記ビート周波数応答に対して、前記レーダ装置との相対位置及び相対速度を算出するドップラ解析回路と、
前記調整されたスケーリングファクタを用いて、前記ビート周波数応答から前記ターゲットの前記相対位置及び前記相対速度を選択するピーク検出回路と、
を含む、請求項9に記載のレーダ装置。 The frequency peak detection circuit is
A frequency analysis circuit that applies a Fourier transform process to the sampling signal multiplied by the subtraction coefficient to generate a beat frequency response, and
A Doppler analysis circuit that calculates the relative position and relative speed of the radar device with respect to the beat frequency response, and
A peak detection circuit that selects the relative position and the relative velocity of the target from the beat frequency response using the adjusted scaling factor.
9. The radar device according to claim 9.
請求項2ないし10のいずれかに記載のレーダ装置。 The interference processing circuit generates a scaling factor adjusted according to the number of extracted sample timings as the control signal.
The radar device according to any one of claims 2 to 10.
請求項2ないし10のいずれかに記載のレーダ装置。 The interference processing circuit generates a scaling factor adjusted according to the peak-to-peak value of the extracted sample timing as the control signal.
The radar device according to any one of claims 2 to 10.
前記受信処理回路は、前記複数のアンテナ素子のそれぞれに対応した、複数の受信処理サブ回路を含み、
前記AD変換回路は、前記複数の受信処理サブ回路のそれぞれに対応した、複数のAD変換サブ回路を含み、
前記干渉処理回路は、前記複数のAD変換サブ回路のそれぞれに対応した、複数の干渉処理サブ回路を含み、
前記周波数ピーク検出回路は、前記複数の干渉処理サブ回路のそれぞれに対応した、複数の周波数ピーク検出サブ回路を含み、
前記複数の周波数ピーク検出サブ回路は、
前記ビート周波数と前記ドップラシフト周波数を求める処理を、前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した反射波に対応した前記サンプリング信号毎に適用し、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した反射波に対応した前記サンプリング信号の全てを総合して、前記ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報を生成し、
前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した反射波に対応した前記サンプリング信号の全てを総合して生成された前記ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報と、前記複数の周波数ピーク検出サブ回路のそれぞれが前記複数のアンテナ素子のそれぞれが受信した反射波に対応した前記サンプリング信号毎に前記ビート周波数と前記ドップラシフト周波数を求める処理を適用した出力と、を用いて、前記ターゲットの方向推定処理を適用する方向推定回路をさらに含む、
請求項1に記載のレーダ装置。 The antenna includes a plurality of antenna elements.
The reception processing circuit includes a plurality of reception processing subcircuits corresponding to each of the plurality of antenna elements.
The AD conversion circuit includes a plurality of AD conversion sub-circuits corresponding to each of the plurality of reception processing sub-circuits.
The interference processing circuit includes a plurality of interference processing subcircuits corresponding to each of the plurality of AD conversion subcircuits.
The frequency peak detection circuit includes a plurality of frequency peak detection sub-circuits corresponding to each of the plurality of interference processing sub-circuits.
The plurality of frequency peak detection sub-circuits
The process of obtaining the beat frequency and the Doppler shift frequency is applied to each of the sampling signals corresponding to the reflected waves received by each of the plurality of antenna elements.
All of the sampling signals corresponding to the reflected waves received by each of the plurality of antenna elements are integrated to generate information on the relative distance and relative velocity of the target.
Information on the relative distance and relative speed of the target generated by integrating all of the sampling signals corresponding to the reflected waves received by each of the plurality of antenna elements, and each of the plurality of frequency peak detection sub-circuits The direction estimation process of the target is applied by using the beat frequency and the output to which the process of obtaining the Doppler shift frequency is applied for each of the sampled signals corresponding to the reflected waves received by each of the plurality of antenna elements. Including further direction estimation circuit,
The radar device according to claim 1.
請求項13に記載のレーダ装置。 The interference processing circuit generates the control signal using the sample timing extracted in at least one interference processing sub-circuit.
The radar device according to claim 13.
請求項13に記載のレーダ装置。 The interference processing circuit determines the consistency of the sample timings extracted in the plurality of interference processing sub-circuits and generates the control signal.
The radar device according to claim 13.
請求項1ないし15のいずれか1つに記載のレーダ装置。 The predetermined value is set based on the minimum value among the peak-to-peak values in the plurality of time domains.
The radar device according to any one of claims 1 to 15.
前記反射波を用いてビート信号を生成し、
前記ビート信号のサンプリング信号を生成し、
前記サンプリング信号に対して、複数の時間領域に分割し、前記複数の時間領域毎に、前記サンプリング信号のピークツーピーク値を算出し、
前記ピークツーピーク値のうち、所定値以上の値となるサンプルタイミングを抽出し、
前記抽出したサンプルタイミングに基づいて、前記サンプリング信号の干渉処理に用いる制御信号を生成し、
前記制御信号を用いて、前記サンプリング信号に対してビート周波数とドップラシフト周波数を求める処理を適用して、前記ターゲットの相対距離及び相対速度に関する情報を生成する、
レーダ信号処理方法。 The antenna receives the reflected wave of the radar signal from the target,
A beat signal is generated using the reflected wave.
A sampling signal of the beat signal is generated,
The sampling signal is divided into a plurality of time domains, and the peak-to-peak value of the sampling signal is calculated for each of the plurality of time domains.
From the peak-to-peak values, sample timings that are equal to or greater than a predetermined value are extracted.
Based on the extracted sample timing, a control signal used for interference processing of the sampling signal is generated.
Using the control signal, a process of obtaining a beat frequency and a Doppler shift frequency is applied to the sampling signal to generate information on the relative distance and relative speed of the target.
Radar signal processing method.
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