(57)【要約】【課題】ターゲットからの応答波の周期とフーリエ変換の周期とを一致させ、ターゲットの検出性能を向上する。【解決手段】送信回路部５と受信回路部６との間に設けた同期回路部７のパルスウィンドウ同期回路７ｂでパルス生成回路５ｃからの送信パルスの送信時刻を取得し、送信パルスを生成するタイミングで直並列変換回路６ｃからＦＦＴ回路６ｄへのサンプリングデータの供給を開始させる。ＦＦＴの窓の終了時刻は、窓の開始時刻から送信パルスの周期分だけ経過した時刻とし、この窓の時間内で、ＦＦＴ用のサンプルデータを取得し、受信波形を時間軸のデータから周波数軸のデータに変換する。これにより、ターゲットからの応答波の周期とＦＦＴの周期とを一致させ、波形のゆがみを生じることなく生データを周波数領域へ変換することができ、認識性能や距離分解能等のレーダ性能を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空間に放射した送信波がターゲットで反射された応答波を受信し、該応答波のデータをフーリエ変換部でフーリエ変換して上記ターゲットを検出するレーダ装置であって、
上記送信波の送信タイミングと上記フーリエ変換部に供給するフーリエ変換用データのサンプリング開始タイミングとを同期させ、上記送信波の周期に応じたフーリエ変換のウィンドウ幅を設定するウィンドウ同期部を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
上記応答波のデータをサンプリングする周期と上記送信波の送信周期との比を２の倍数として、上記フーリエ変換用データのサンプリング数を設定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
上記応答波のデータをフーリエ変換して得られる周波数特性に基づいて、上記ターゲットの種別を判定することを特徴とする請求項１又は２記載のレーダ装置。
【請求項４】
上記レーダ装置は、上記送信波と上記応答波との時間差に基づいて測距を行うパルスレーダ装置であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲットで反射された応答波をフーリエ変換してターゲットを検出するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、レーダ装置は、空間に電波を放射して物体からの反射波を受信し、その受信信号を処理してターゲットの存在や距離を検出する。このようなレーダ装置では、受信信号の周波数スペクトルを用いてターゲットの認識や測距を行うものがあり、受信信号の周波数スペックトルを、ＦＦＴ（Fast Fourie Transform；高速フーリエ変換）によって取得している。
【０００３】
一般に、観測波形のＦＦＴ演算は、窓関数を用いて行われる。窓関数は、周期的な観測波形の一部分を切り出してフーリエ変換を行う際に、波形を切り出すウィンドウ（窓）の始端及び終端で生じる不連続点の影響を軽減するために重みをかける等の処理を行い、スペクトルの歪みを抑えるためのものであるが、窓関数処理後のデータには、窓関数処理による直流成分や低周波成分が発生する。
【０００４】
このため、特許文献１には、送信信号と受信信号の周波数差に対応する周波数差信号を所定のサンプリング区間でサンプリングして第１のサンプリングデータを生成する共に、サンプリング区間の中央付近に第１の重み、中央付近から端部寄りに第１の重みより小さい第２の重みを重み付けする第１の窓関数処理をして第２のサンプリングデータを求め、第２のサンプリングデータの平均を第１のサンプリングデータから減算し、当該減算結果に対し第１の窓関数処理と同じ窓関数による第２の窓関数処理を行って周波数差信号の周波数検出用データを求めることで、窓関数に起因して周波数差信号のサンプリングデータに含まれる低周波成分を効果的に除去する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２９８７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、窓関数を用いてＦＦＴを行う場合、観測波形の周期が未知であることから、窓の開始位置は、設計上予め予想される観測波形の周期等から一義的に設定している。このため、実際の観測波形の周期とＦＦＴ用データのサンプリング周期とが必ずしも一致せず、不連続点が生じて波形がゆがんでしまい、レーダ性能を低下させる一因となっていた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ターゲットからの応答波の周期とフーリエ変換の周期とを一致させ、ターゲットの検出性能を向上することのできるレーダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明によるレーダ装置は、空間に放射した送信波がターゲットで反射された応答波を受信し、該応答波のデータをフーリエ変換部でフーリエ変換して上記ターゲットを検出するレーダ装置であって、上記送信波の送信タイミングと上記フーリエ変換部に供給するフーリエ変換用データのサンプリング開始タイミングとを同期させ、上記送信波の周期に応じたフーリエ変換のウィンドウ幅を設定するウィンドウ同期部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ターゲットからの応答波の周期とフーリエ変換の周期とを一致させることができ、ターゲットの検出性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】レーダ装置の構成図
【図２】送信波及び応答波とＦＦＴの対象区間との関係を示す説明図
【図３】レーダ装置の使用状況を示す説明図
【図４】複数のターゲットからの応答波と直並列変換及びＦＦＴ区間を示す説明図
【図５】ＦＦＴによって得られるパワースペクトルを示す説明図
【図６】質感の認識に対する閾値を示す概念図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
図１に示すレーダ装置１は、自動車等の車両に搭載され、送信アンテナ２と受信アンテナ３とを別体で備えるアンテナ分離式のレーダであり、送信波とターゲットで反射された受信波との時間差に基づいて物体検出及び測距を行うパルスレーダ装置である。尚、本実施の形態においては、本発明をパルスレーダ装置に適用した例について説明するが、本発明はパルスレーダに限定されるものではなく、周波数変調した連続波を送信してターゲットで反射された応答波とのビート信号を取得し、このビート信号の周波数差から物体検出及び測距を行うＦＭＣＷ(Frequency Modulated Continuous Wave）方式のレーダ装置にも適用される。
【００１２】
本実施の形態のレーダ装置１は、送信アンテナ２からの出力処理及び受信アンテナ３の応答波に対する受信処理を行う送受信フロントエンド部４、送受信フロントエンド部４へ送る送信パルスを生成する送信回路部５、送受信フロントエンド部４からの受信波を処理する受信回路部６、送信回路部５と受信回路部６との同期処理を行う同期回路部７、受信回路６からの信号に基づいて物体の認識処理や距離測定を行う認識処理部８を主要として構成されている。
【００１３】
送受信フロントエンド部４は、送信パルスの周波数帯域を送信帯域に変調してインパルス状のレーダ信号を生成し、このインパルス状のレーダ信号を送信アンテナ２から空間に放出する送信側ＲＦ(Radio Frequency)フロントエンド４ａ、ターゲットで反射された応答波を受信アンテナ３を介して取り込み、送信帯域から中間周波数帯へと復調する受信側ＲＦフロントエンド４ｂ、各ＲＦフロントエンド４ａ，４ｂへ供給するクロックを発生するクロック発生器４ｃを備えて構成されている。
【００１４】
送信回路部５は、基準クロックを発生するクロック発生器５ａ、基準クロックから任意の周波数のクロック信号を生成するＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路５ｂ、ＰＬＬ回路５ｂで生成されたクロック信号の立ち上がりで送信パルスを生成するパルス生成回路５ｃを備えて構成されている。
【００１５】
受信回路部６は、受信側ＲＦフロントエンド４ｂからの中間周波数帯の応答波を、ＡＤ変換用の周波数へ復調するインターフェース（ＩＦ）６ａ、復調された応答波に対してＡＤ変換を行うＡＤ変換回路６ｂ、ＡＤ変換された時間領域の直列データ（応答波データ）を直並列変換して並列データに並び替える直並列変換回路６ｃ、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform；高速フーリエ変換）演算により時間領域のデータを周波数領域のデータへ変換するＦＦＴ回路６ｄ、周波数領域に変換された並列データを直列データに変換する並直列変換回路６ｅを備えて構成されている。
【００１６】
また、レーダ装置１は、送信回路部５と受信回路部６との間に同期回路部７を備えている。この同期回路部７は、ＰＬＬ回路５ｂからのクロック周波数を逓倍し、ＡＤ変換回路６ｂのサンプリング周期を送信パルスと同期させる周波数逓倍回路７ａと、パルス生成回路５ｃからの送信パルスをトリガとして受け取り、ＦＦＴ用の直並列変換回路６ｃを制御するパルスウィンドウ同期回路７ｂとを備えて構成されている。
【００１７】
以上の構成を有するレーダ装置１は、受信波形の周期とフーリエ変換の周期とを一致させることで、窓関数を要することなくＦＦＴを行うことができる。従来、ＦＦＴの窓の開始位置は、設計上予め予想される観測波形の周期等から一義的に設定しており、実際の受信波形の周期とフーリエ変換用データのサンプリング周期との不一致による不連続点が生じて波形がゆがみ、レーダ性能を低下させる一因となっている。
【００１８】
これに対して、レーダは、その原理上、レーダ自身が電波を発して、ターゲットで反射された電波を取得するため、ターゲットが静止若しくは静止に近い場合には、受信信号の周期は送信パルスの周期と一致する。従って、本実施の形態においては、送信パルスの送信時刻とＦＦＴを行う窓の開始時刻とを同期させることで、ＦＦＴの周期を受信波の周期に一致させ、ＦＦＴ後の波形のゆがみを抑制して高精度の物体認識や測距を可能としている。
【００１９】
具体的には、送信回路部５と受信回路部６との間に設けた同期回路部７のパルスウィンドウ同期回路７ｂでパルス生成回路５ｃからの送信パルスの送信時刻を取得し、送信パルスを生成するタイミングで直並列変換回路６ｃからＦＦＴ回路６ｄへのサンプリングデータの供給を開始させる。また、ＦＦＴの窓の終了時刻は、窓の開始時刻から送信パルスの周期分だけ経過した時刻とし、この窓の時間内で、ＦＦＴ用のサンプルデータを取得し、受信波形を時間軸のデータから周波数軸のデータに変換する。
【００２０】
周波数軸のデータに変換された受信波形は、認識処理部８で処理されてターゲットの情報が認識される。認識処理部８では、ターゲットの位置（ターゲットまでの距離）や、水分との金属との相違といったターゲットの質感によるターゲットの種別を認識し、認識結果を図示しない表示装置に出力して運転者への情報提示を行う。ターゲットの種別は、水分と金属との相違等による反射波の周波数成分の相違から、人間、車両等の種別を判定する。
【００２１】
次に、レーダ装置１の詳細な動作について図２を用いて説明する。本レーダ装置１は、動作に先立ち、予めＦＦＴ回路６ｄにＦＦＴ用のサンプリング数が登録されている。登録されるサンプリング数は、ＡＤ変換回路６ｂのサンプリング時間×サンプリング数によって導き出される時間が送信パルスの周期となるよう設定されている。
【００２２】
先ず、図２（ａ）に示すように、ＰＬＬ回路５ｂにてクロックが生成されると、このクロックの立ち上がりで、図２（ｂ）に示すような送信パルスがパルス生成回路５ｃにて生成され、送信側ＲＦフロントエンド４ａに送られる。そして、送信側ＲＦフロントエンド４ａで送信帯域に周波数変調されたインパルス状の信号が送信アンテナ２から空中に放出され、放出された電波がターゲットに跳ね返り、図２（ｄ）に示すような応答波として受信アンテナ３で受信される。
【００２３】
受信された応答波は、受信側ＲＦフロントエンド４ｂで送信帯域から中間周波数帯へ復調され、ＡＤ変換回路６ｂを通じてデジタルデータに変換される。このＡＤ変換回路６ｂのサンプリング周期は、サンプリング定理から送信パルスの周期の２の倍数に周波数逓倍回路７ａにて逓倍された周期である。
【００２４】
ＡＤ変換されたサンプリングデータは、直並列変換回路６ｃを介してＦＦＴ回路６ｄへ入力される。このとき、パルス生成回路５ｃの送信パルスの生成をトリガとして、パルスウィンドウ同期回路７ｂから直並列変換回路６ｃへ直並列変換の開始が指示され、ＡＤ変換されたデジタルデータの直並列変換によるＦＦＴ用サンプルデータの取得が始まる。
【００２５】
そして、ＦＦＴ用データの取得が事前に設定されたサンプリング数（２のｎ乗分）に達すると、ＦＦＴ回路６ｄで、これまで取得していたデジタルデータを時間領域から周波数領域へ変換する。これにより、ターゲットからの応答波の周期とＦＦＴの周期とを一致させてＦＦＴ後の波形のゆがみを防止することができ、また、窓関数の使用による生データの情報量低減も回避することができる。
【００２６】
周波数領域に変換されたデータは、認識処理部８で認識処理が行われた後、図示しない表示回路に出力され、ターゲットまでの距離が表示される。より詳細には、例えば、図３に示すように、本レーダ装置１を搭載する自車両Ｃ０の前方に、距離Ａの地点に人間Ｈ１と車両Ｃ１とが存在し、距離Ｂ（Ｂ＞Ａ）の地点に別の人間Ｈ２が存在する場合を例として説明する。
【００２７】
このような種別の異なる複数のターゲットを検出する場合、図４（ａ）に示すように、送信波（パルス）を周期Ｗで送信する。その結果、図４（ｂ）に示すような距離Ａの地点からの反射波と、図４（ｃ）に示すような距離Ｂの地点から反射波とが重畳され、図４（ｄ）に示すような応答波が受信される。
【００２８】
このとき、Ａの距離のターゲットからの反射波は、送信開始から時間Ｔ１の遅延を持って受信され、Ｂの距離のターゲットからの反射波は、送信開始から時間Ｔ２の遅延を持って受信される。パルスレーダである本実施の形態のレーダ装置１では、時間Ｔ１，Ｔ２は、下式によって与えられる。但し、下式中のｃは光速である。  
Ｔ１＝２×Ａ／ｃ，Ｔ２＝２×Ｂ／ｃ
【００２９】
従って、距離Ａ，Ｂを、レーダが測定できる最小、最大距離、或いは所望する検出範囲の距離として、送信開始からＦＦＴ用の直並列変換を開始するまでの時間を、開始時刻Ｔ１に決定する。そして、図４（ｅ）に示すように、応答波をＡＤ変換した後、開始時刻Ｔ１を距離分解能に相当する時間刻みΔｔだけずらしながら（Ｔ１＋ｎ×Δｔ；ｎ＝０，１，２，…）、窓幅Ｗで直並列変換を行ってＦＦＴを実行し、周波数成分を得る。その後、開始時刻Ｔ１＋ｎ×Δｔが時間Ｔ２に達すると、１回目の走査を終了し、２回目以降の走査を同様に行う。
【００３０】
このＦＦＴによる周波数解析により、図５（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すように、サンプリング開始時刻Ｔ１，Ｔ１＋Δｔ，Ｔ１＋２×Δｔ，…，Ｔ２の各タイミングで周波数ｆを軸するパワースペクトルＰの分布が得られる。このような応答波のＦＦＴによって得られた周波数領域のデータはベクトル空間に写像され、ターゲットの質感が認識される。
【００３１】
例えば、図６に示すように、ＦＦＴで得られたパワースペクトルの分布を周波数ｆ１，ｆ２を軸とするベクトル平面に投射する場合、応答波の水分（人間）に対する周波特性を示す領域Ｒ１、金属（車両）に対する周波数特性を示す領域Ｒ２，その何れでもない周波数特性の領域Ｒ３を、ターゲットの質感を判定する閾値として予め実験或いはシミュレーション等によって定めておく。そして、実際に得られる応答波の周波数特性が何れの領域に属するかを判定することで、ターゲットの質感を認識をする。
【００３２】
この応答波のＦＦＴ解析により、水分、金属といった妥当な質感が得られ、ターゲットの種別が「人間」や「車両」と認識された場合、ＦＦＴの開始時刻に基づいて距離を求め、質感が不明の場合には、距離を算出せずに「その他」を出力する。すなわち、ターゲットまでの距離を仮定して送信パルスを発し、応答波が妥当なものであればその距離に物体があると判定することから、仮定する距離を適宜設定することで、最終的に周囲の状況を得ることができる。
【００３３】
上述の図３の例では、以下のように、距離Ａに存在するターゲットと、距離Ｂに存在するターゲットとを正しく識別し、その種別及び距離を出力することができる。  
ＦＦＴ開始時刻            ターゲット                  距離
Ｔ１                    人間Ｈ１＋車両Ｃ１          Ａ
Ｔ１＋Δｔ              その他                      出力せず
Ｔ１＋２×Δｔ          その他                      出力せず
・                      ・                          ・
・                      ・                          ・
Ｔ２                    人間Ｈ２                    Ｂ
【００３４】
このように本実施の形態においては、ターゲットからの応答波の周期とＦＦＴの周期とを一致させ、波形のゆがみを生じることなく生データを周波数領域へ変換することができ、認識性能や距離分解能等のレーダ性能を向上させることができる。また、ＦＦＴに際して窓関数を要しないことから、ハードウェア回路を簡略化することが可能となり、コスト低減を図ることができる。
【符号の説明】
【００３５】
１    レーダ装置
５ｃ  パルス生成回路
６ｂ  ＡＤ変換回路
６ｃ  直並列変換回路
６ｄ  ＦＦＴ回路
７ｂ  パルスウィンドウ同期回路
８    認識処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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