(57)【要約】【課題】遠距離から高速に接近する目標に対しては、アップフェーズのビート信号のみで目標を検知することにより、距離と速度の測定を精度高く行うレーダデータ処理装置および距離・速度測定方法を得る。【解決手段】ＦＭＩＣＷレーダによる距離・速度測定において、抽出結果判定部１０１においてダウンフェーズのビート周波数が抽出されているか否かを判定し、抽出されていない場合、すなわち、遠距離から高速に接近する目標に対しては、第２の距離・速度導出部１０２が、アップフェーズにおいて抽出されたビート周波数と該周波数が抽出されたレンジゲート番号とから目標の相対距離と相対速度とを求めることにより、測定の誤差を小さくする。【選択図】　　　　図２
2004144696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が徐々に増加するアップフェーズと徐々に減少するダウンフェーズとを有する周波数変調された変調波信号と、所定の測定期間間隔で上記変調波信号に基づいて間欠的に発生された送信信号の目標での反射波であり上記目標の相対速度に応じたドップラー周波数成分だけ上記送信信号からシフトした受信信号との周波数差を示すビート信号を生成するビート信号生成ステップと、
生成された上記ビート信号を、上記各送信信号の送信後の所定の期間において、それぞれ連続的に所定の距離範囲に対応させてサンプリングするサンプリングステップと、
サンプリングされた上記ビート信号と上記送信信号とからなる各フェーズ毎のデータマトリクスを生成するデータマトリクス生成ステップと、
各送信信号に対して所定の同一番目にサンプリングした上記ビート信号のデータ群を、サンプリング順を示す番号を指定することにより、上記データマトリクスから読み出すデータ群読出ステップと、
読み出されたデータ群を周波数分析して、ビート周波数を求めるビート周波数抽出ステップと、
上記アップフェーズにおいて抽出された上記ビート周波数と上記番号とに基づいて、目標の相対距離と相対速度とを求める距離・速度測定ステップと
を備えたことを特徴とする距離・速度測定方法。
【請求項２】
指定された上記番号に対応する距離範囲において、その中心値を上記目標の相対距離とする
ことを特徴とする請求項１に記載の距離・速度測定方法。
【請求項３】
上記ビート周波数抽出ステップにおいて抽出されたビート周波数に基づいて、ダウンフェーズにおけるビート周波数が抽出しているか否かを判定する判定ステップをさらに備え、
上記距離・速度測定ステップは、
上記判定ステップにおいてダウンフェーズにおけるビート周波数が抽出されていると判定された場合に、上記アップフェーズおよび上記ダウンフェーズの両方において抽出されたビート周波数と指定された上記番号とから、目標の相対距離と相対速度を求め、
上記判定ステップにおいてダウンフェーズにおけるビート周波数が抽出されていないと判定された場合に、上記アップフェーズにおいて抽出されたビート周波数と指定された上記番号とから、目標の相対距離と相対速度を求める
ことを特徴とする請求項１または２に記載の距離・速度測定方法。
【請求項４】
上記距離・速度測定ステップは、
上記番号があらかじめ設定されたしきい値よりも小さい番号のときに、上記アップフェーズおよび上記ダウンフェーズにおいて抽出されたビート周波数と指定された上記番号とから、目標の相対距離と相対速度を求め、
上記番号が上記しきい値以上のときに、上記アップフェーズにおいて抽出されたビート周波数と指定された上記番号とから、目標の相対距離と相対速度を求める
ことを特徴とする請求項１または２に記載の距離・速度測定方法。
【請求項５】
現観測時点で得られた上記目標の相対距離および相対速度から、次回観測時点の上記目標のビート周波数と上記番号とを予測する予測ステップをさらに備え、
上記距離・速度測定ステップは、
次回観測において該予測値と相関がある観測値については、予測値と観測値とから、上記目標の相対距離と相対速度とを求める
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の距離・速度測定方法。
【請求項６】
周波数が徐々に増加するアップフェーズと徐々に減少するダウンフェーズとを有する周波数変調された変調波信号と、所定の測定期間間隔で上記変調波信号に基づいて間欠的に発生された送信信号の目標での反射波であり上記目標の相対速度に応じたドップラー周波数成分だけ上記送信信号からシフトした受信信号との周波数差を示すビート信号を生成するビート信号生成手段と、
生成された上記ビート信号を、上記各送信信号の送信後の所定の期間において、それぞれ連続的に所定の距離範囲に対応させてサンプリングするサンプリング手段と、
サンプリングされた上記ビート信号と上記送信信号とからなる各フェーズ毎のデータマトリクスを生成するデータマトリクス生成手段と、
各送信信号に対して所定の同一番目にサンプリングした上記ビート信号のデータ群を、サンプリング順を示す番号を指定することにより、上記データマトリクスから読み出すデータ群読出手段と、
読み出されたデータ群を周波数分析して、ビート周波数を求めるビート周波数抽出手段と、
上記アップフェーズにおいて抽出された上記ビート周波数と上記番号に基づいて、目標の相対距離と相対速度とを求める距離・速度測定手段と
を備えたことを特徴とするレーダデータ処理装置。
【請求項７】
上記ビート周波数抽出ステップにおいて抽出されたビート周波数に基づいて、ダウンフェーズにおけるビート周波数が抽出しているか否かを判定する判定手段をさらに備え、
上記距離・速度測定手段は、
上記判定手段においてダウンフェーズにおけるビート周波数が抽出されていると判定された場合に、上記アップフェーズおよび上記ダウンフェーズにおいて抽出されたビート周波数と指定された上記番号とから、目標の相対距離と相対速度を求め、
上記判定手段においてダウンフェーズにおけるビート周波数が抽出されていないと判定された場合に、上記アップフェーズにおいて抽出されたビート周波数と指定された上記番号とから、目標の相対距離と相対速度を求める
ことを特徴とする請求項６に記載のレーダデータ処理装置。
【請求項８】
上記距離・速度測定手段は、
上記番号があらかじめ設定されたしきい値よりも小さい番号のときに、上記アップフェーズおよび上記ダウンフェーズにおいて抽出されたビート周波数と指定された上記番号とから、目標の相対距離と相対速度を求め、
上記番号が上記しきい値以上のときに、上記アップフェーズにおいて抽出されたビート周波数と指定された上記番号とから、目標の相対距離と相対速度を求める
ことを特徴とする請求項６または７に記載のレーダデータ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はレーダデータ処理装置および距離・速度測定方法に関し、特に、たとえば車両等の移動体に搭載されて、目標となる対象物を検出してその相対距離と相対速度を計測するためのレーダデータ処理装置および距離・速度測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるレーダは、対象とする目標の距離が数ｍ〜数百ｍ程度の範囲であり、また、アンテナは送信と受信を兼用にして１つにした方が装置が小型になり、移動体への搭載には望ましい。このような要求を満たすため、従来のレーダとして、ＦＭＩＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）レーダが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２７５３３３号公報
【０００４】
従来の装置においては、ＦＭＩＣＷによる相対距離・速度計測において、複数の距離ビンデータを算出加算し、算出加算された距離ビンデータについて、周波数スペクトルを求め、アップフェーズおよびダウンフェーズについて、それぞれ、求めた周波数スペクトルについて目標として検出したスペクトルの周波数を求め、アップフェーズおよびダウンフェーズのスペクトルの周波数を総当たりで組み合わせて相対距離が所定の距離ビンの範囲となる組み合わせを探索し、該当するものの求めた相対距離を出力し、該当の組み合わせから目標の相対速度を求めて出力する。
【０００５】
なお、ここで、時間の経過につれて周波数が高くなる変調区間をアップフェーズとし、時間の経過につれて周波数が低くなる変調区間をダウンフェーズとする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来のＦＭＩＣＷレーダを車両等に搭載する場合、小型であることが望ましいため、構成を出来るだけ複雑にしないために、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ　ｔｏ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）などの帯域は制限され、演算回路を小さくするためＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）の点数が制限される。このとき、遠距離から高速に接近する目標の場合、ダウンフェーズにおける目標のビート周波数の絶対値が大きく、ＡＤＣの帯域外になった場合、ＡＤＣの周波数特性からビート信号のスペクトルパワーが減衰してしまい、ダウンフェーズにおける目標のビート周波数を抽出することができず、目標検知を行うことができなくなるという問題点があった。
【０００７】
また、同様にダウンフェーズにおける目標のビート周波数の絶対値が大きく、ＦＦＴの帯域以上になった場合、いわゆるエリアシング現象により周波数が折り返された状態となることでダウンフェーズにおける目標の正しい周波数が得られず、目標の距離と速度の誤差要因となってしまうという問題点があった。
【０００８】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、遠距離から高速に接近する目標に対しては、アップフェーズのビート信号のみで目標を検知することにより、距離と速度の測定を精度高く行うレーダデータ処理装置および距離・速度測定方法を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明は、周波数が徐々に増加するアップフェーズと徐々に減少するダウンフェーズとを有する周波数変調された変調波信号と、所定の測定期間間隔で上記変調波信号に基づいて間欠的に発生された送信信号の目標での反射波であり上記目標の相対速度に応じたドップラー周波数成分だけ上記送信信号からシフトした受信信号との周波数差を示すビート信号を生成するビート信号生成ステップと、生成された上記ビート信号を、上記各送信信号後の所定の期間それぞれ連続的に所定の距離範囲に対応させてサンプリングするサンプリングステップと、サンプリングされた上記ビート信号と上記送信信号とからなる各フェーズ毎のデータマトリクスを生成するデータマトリクス生成ステップと、各送信信号に対して所定の同一番目にサンプリングした上記ビート信号のデータ群を、サンプリング順を示す番号を指定することにより、上記データマトリクスから読み出すデータ群読出ステップと、読み出されたデータ群を周波数分析して、ビート周波数を求めるビート周波数抽出ステップと、上記アップフェーズにおいて抽出された上記ビート周波数と上記番号とに基づいて、目標の相対距離と相対速度とを求める距離・速度測定ステップとを備えた距離・速度測定方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、上記の特許文献１にも記載されている、一般的なＦＭＩＣＷレーダの送受信装置の基本構成を示すブロック図である。ＦＭＩＣＷレーダは、その名が示す通り、周波数変調をかけた連続波を間欠的に用いるものである。レーダ送受信装置１が、送信信号を生成して、アンテナ７から空中に放射する。空中へ放射された送信信号は、目標８に照射され、その一部が反射される。その反射波は、アンテナ７で受信され、レーダ送受信装置１により処理されて、目標８の相対距離と速度とが得られる。なお、レーダ送受信装置１内には、図１のように、後述する変調波形発生部３および第１、第２のスイッチ５，６を制御する送受信制御部２と、送受信制御部２の制御によりアップフェーズとダウンフェーズからなる変調波形を生成する変調波形発生部３と、変調波形発生部３で生成した変調波形からＶＣＯ信号を生成するＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）４と、送受信制御部２の制御により端子ｔと端子ｒとを同期させて切り換える第１のスイッチ５および第２のスイッチ６と、各スイッチ５および６がｔ端子に接続されている間、ＶＣＯ４から入力されるＶＣＯ信号を送信信号として空中に放射するとともに、当該放射した送信信号が目標８に反射して戻ってくる反射波を受信するアンテナ７と、各スイッチ５および６がｒ端子に接続されている間、アンテナ７により受信された受信信号が入力されて、それを２分割して、ミクサ１１ａとミクサ１１ｂとに入力する分配回路９ａと、各スイッチ５および６がｒ端子に接続されている間、ＶＣＯ４からのＶＣＯ信号がローカル信号として入力されて、それを２分割して、位相回路１０とミクサ１１ａに入力する分配回路９ｂと、分配回路９ｂから入力された信号の位相を所定の値だけシフトさせる移相回路１０と、入力された受信信号とローカル信号とをミキシングすることにより、受信信号とローカル信号の周波数差が周波数として表れるビート信号の複素信号の実部（Ｉ）と虚部（Ｑ）とをそれぞれ生成するミクサ１１ａおよび１１ｂとが設けられている。
【００１１】
図２は本発明の実施の形態であるレーダデータ処理装置の構成図である。図２に示すように、レーダデータ処理装置１２内には、送受信制御部２からの信号が入力されて、全体の動作の制御を行うデータ処理制御部１３と、ビート信号（ＩとＱ）がミクサ１１ａおよび１１ｂから入力されるとともに、アップフェーズの期間ではＵ端子に接続し、ダウンフェーズの期間ではＤ端子に接続する第３のスイッチ１４と、第３のスイッチ１４を介して入力されるビート信号を所定の期間において所定の時間間隔毎にサンプリングするＡＤＣ１５ａおよび１５ｂと、サンプリングされたビート信号を格納するメモリ１６ａおよび１６ｂと、端子をＮ個有し、データ処理制御部１３の制御によりｋ番目の端子に接続するレンジゲート１７ａおよび１７ｂと、レンジゲート１７ａおよび１７ｂを介して入力されるｋ番目のレンジにおけるビート信号データが入力されて、それを周波数分析する周波数抽出部１８ａおよび１８ｂと、抽出結果に基づいて、ダウンフェーズにおける目標のビート周波数が抽出されているか否かを判定する抽出結果判定部１０１と、抽出結果判定部１０１の制御により、ダウンフェーズにおける目標のビート周波数が抽出されていた場合には、アップフェーズとダウンフェーズのビート周波数から、目標の距離および速度を求め、一方、ダウンフェーズにおける目標のビート周波数が抽出されていない場合には、アップフェーズのビート周波数から、目標の距離および速度を求める第２の距離・速度導出部１０２とが設けられている。
【００１２】
また、図３はＦＭＩＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示したものであり、図３において、２０ａはアップフェーズのＶＣＯ信号、２０ｂはダウンフェーズのＶＣＯ信号、２１ａはアップフェーズの送信信号、２１ｂはダウンフェーズの送信信号、２２ａはアップフェーズのローカル信号、２２ｂはダウンフェーズのローカル信号、２３ａはアップフェーズの受信信号、２３ｂはダウンフェーズの受信信号、２４ａはアップフェーズのビート信号、２４ｂはダウンフェーズのビート信号である。
【００１３】
図４は、図１の第１のスイッチ５および第２のスイッチ６における、接続端子を時間に対して示したものである。
【００１４】
図５は、図２のメモリ１６ａ、１６ｂにおける、アップフェーズとダウンフェーズのビート信号をサンプルして生成するデータマトリクスである。各送信信号Ｐ（ｉ）（ｉ＝１〜Ｍ）がデータマトリクスの列を構成し、各ビート信号Ｒ（ｋ）（ｋ＝１〜Ｎ）が行を構成している。
【００１５】
図６は図２におけるデータ処理手順を示すフローチャートである。
【００１６】
これらの図を用いて、本実施の形態におけるＦＭＩＣＷレーダの動作を説明する。ＦＭＩＣＷレーダは、周波数変調をかけた連続波を間欠的に用いる。図１において、レーダ送受信装置１内にある送受信制御部２の制御により、変調波形発生部３で生成されたアップフェーズとダウンフェーズから成る変調波形がＶＣＯ４へ入力され、図３に示すＶＣＯ信号２０となり、第１のスイッチ５に入力される。第１のスイッチ５と第２のスイッチ６は送受信制御部２によって制御され、図４に示すようにあらかじめ設定された時間τだけｔ端子へ、それ以外の時間Ｔ−τの間はｒ端子へそれぞれ同期して接続される動作を繰り返す。
【００１７】
まず、アップフェーズの期間において、時間τだけｔ端子に接続されたＶＣＯ信号２０ａは送信信号２１ａとなり、第１のスイッチ５と第２のスイッチ６を経由してアンテナ７に入力され、アンテナ７からから空中へ放射される。空中へ放射された送信信号２１ａは、ある相対距離Ｒに存在し、ある相対速度Ｖで移動している目標８に照射され、その一部が反射される。
【００１８】
その反射波は、相対速度Ｖに応じたドップラー周波数分Ｆｖだけシフトし、送信信号２１ａからｋτ＝２Ｒ／ｃ（ｃは電波の速度）だけ遅れた時間にアンテナ７で受信されて図３の受信信号２３ａとなり、時間Ｔ−τだけｒ端子に接続された第２のスイッチ６を経由して分配回路９ａへ入力される。分配回路９ａは入力された信号を２分割し、それぞれミクサ１１ａとミクサ１１ｂへ入力する。一方、時間Ｔ−τだけｒ端子に接続された第１のスイッチ５を経由したＶＣＯ信号２０ａは、ローカル信号２２ａとして分配回路９ｂへ入力される。分配回路９ｂは入力された信号を２分割し、ミクサ１１ａと移相回路１０へ入力する。移相回路１０は入力された信号をπ／２ラジアンだけ位相をシフトさせミクサ１１ｂへ出力する。
【００１９】
各ミクサ１１ａ、１１ｂに入力された受信信号２３ａとローカル信号２２ａは時間Ｔ−τ内のｋτ〜（ｋ＋１）τの期間においてミキシングされ、受信信号２３ａとローカル信号２２ａの周波数差が周波数として表れるビート信号２４ａとなる。このとき、ミクサ１１ａによるビート信号２４ａは複素信号の実部（Ｉ）に、ミクサ１１ｂによるビート信号２４ａは複素信号の虚部（Ｑ）に相当するので、ビート信号２４ａは複素信号として得られる。
【００２０】
ダウンフェーズの期間においても、上記のアップフェーズの期間と同様にして、ビート信号２４ｂが得られる。
【００２１】
このとき、アップフェーズにおけるビート信号２４ａ　Ｓｕｐ（ｔ）は、次式（１）で、ダウンフェーズにおけるビート信号２４ｂ　Ｓｄｎ（ｔ）は、次式（２）で表される。
【００２２】
【数１】
2004144696.tif 000003
【００２３】
ビート信号（ＩとＱ）と送受信制御部２からの制御信号（ｘ）は、レーダ送受信装置１からレーダデータ処理装置１２へ入力される。
【００２４】
送受信制御部２からの制御信号により、レーダデータ処理装置１２のデータ処理制御部１３は、アップフェーズの期間では第３のスイッチ１４をＵ端子へ接続し、ダウンフェーズの期間では第３のスイッチ１４をＤ端子へ接続する。これにより、アップフェーズのビート信号はτ〜Ｔの時間において、τ毎にＡＤＣ１５ａによってサンプリングされ、メモリ１６ａに格納される。また、同様に、ダウンフェーズのビート信号はτ〜Ｔの時間において、τ毎にＡＤＣ１５ｂによってサンプリングされ、メモリ１６ｂに格納される。
【００２５】
格納の際には、図５に示されるように、各フェーズについて、送信信号Ｐ（１）に続くＭ個のサンプルを順に（Ｐ（１），Ｒ（１））、（Ｐ（１），Ｒ（２））、（Ｐ（１），Ｒ（３））、…、（Ｐ（１），Ｒ（Ｎ））として格納する。送信信号Ｐ（２）以降も同様に、（Ｐ（２），Ｒ（１））、（Ｐ（２），Ｒ（２））、（Ｐ（２），Ｒ（３））、…、（Ｐ（２），Ｒ（Ｎ））のように格納して、各フェーズ毎のデータマトリクスを生成する。このとき、Ｒ（ｋ）　（ｋ＝１〜Ｎ）の行には、式（５）で示される範囲の相対距離Ｒｋにある目標の信号が含まれている。
【００２６】
【数２】
2004144696.tif 000004
【００２７】
図６は、図２のレーダデータ処理装置におけるデータ処理手順であり、これらを用いて動作の説明をする。
【００２８】
まず、図１に示すレーダ送受信装置が上述のように動作し、さらに、図２のデータ処理制御部１３と、第３のスイッチ１４と、ＡＤＣ１５ａおよび１５ｂと、メモリ１６ａおよび１６ｂが上述のように動作し、メモリ１６ａおよび１６ｂ上に図５に示す各フェーズ毎のデータマトリクスが生成される。その後、図６の手順でデータ処理がすすむ。
【００２９】
図６に示す手順において、まず、ステップＳＴ１で、データ処理制御部１３が、自身に備わっているレンジゲート番号用カウンタ（内部変数）の値ｋをｋ＝１とする。
【００３０】
ステップＳＴ２では、データ処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ａがｋ番目の端子に接続することで、アップフェーズのビート信号を記録したメモリ１６ａから、｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝、｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝，…，｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝のデータ群を読み出し、ｋ番目のレンジにおけるビート信号データとして周波数抽出部１８ａに入力する。周波数抽出部１８ａはこのビート信号データについて、例えば、ＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果をデータ処理制御部１３、抽出結果判定部１０１および第２の距離・速度導出部１０２へ送る。
【００３１】
ステップＳＴ４では、ステップＳＴ２と同様に、データ処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ｂがｋ番目の端子に接続することで、ダウンフェーズのビート信号を記録したメモリ１６ｂから、｛Ｐ（１），Ｒ（ｋ）｝，｛Ｐ（２），Ｒ（ｋ）｝，…，｛Ｐ（Ｍ），Ｒ（ｋ）｝のデータ群を読み出し、ｋ番目のレンジにおけるビート信号データとして周波数抽出部１８ｂに入力する。周波数抽出部１８ｂはこのビート信号データについて例えばＦＦＴにより周波数分析を行ない、目標に対応するビート周波数の抽出結果をデータ処理制御部１３、抽出結果反値部１０１および第２の距離・速度導出部１０２へ送る。
【００３２】
ここで、アップフェーズにおける目標のビート周波数とダウンフェーズにおける目標のビート周波数の性質について述べる。アップフェーズにおける目標のビート周波数Ｕは式（３）で表され、距離に依存する右辺第１項と速度に依存する右辺第２項では正負の符号が異なる。これに対して、ダウンフェーズにおける目標のビート周波数Ｄは式（４）で表され、距離に依存する右辺第１項と速度に依存する右辺第２項では正負の符号が同じである。従って、目標の距離が遠く速度が正で大きな場合、すなわち、遠距離で高速に接近する目標の場合、目標のビート周波数の大きさ（絶対値）はアップフェーズの方が小さい。このため、アップフェーズにおける目標のビート周波数の方が、図７に示すようなパワーの減衰や図８に示すエリアシング現象が発生する確率が低い。これらを踏まえて、以降の処理が行なわれる。
【００３３】
ステップＳＴ１０１では、データ処理制御部１３の制御により、抽出結果判定部１０１が周波数抽出部１８ａの結果を入力し、アップフェーズにおける目標のビート周波数Ｕが抽出されているなら、ステップＳＴ１０２へ進み、抽出されていなければ、ステップＳＴ７に進む。
【００３４】
ステップＳＴ１０２では、データ処理制御部１３の制御により、抽出結果判定部１０１が周波数抽出部１８ｂの結果を入力し、ダウンフェーズにおける目標のビート周波数Ｄが抽出されているなら、ステップＳＴ１０３へ進み、抽出されていなければ、ステップＳＴ１０６に進む。
【００３５】
ステップＳＴ１０３では、抽出結果判定部１０１の制御により、第２の距離・速度導出部１０２がビート周波数ＵとＤから式（６）により距離Ｒを求める。
【００３６】
【数３】
2004144696.tif 000005
【００３７】
続いてステップＳＴ１０４では、第２の距離・速度導出部１０２がステップＳＴ１０３で求めた距離Ｒが式（５）の関係を満足しているかを判定し、満足していれば、ステップＳＴ１０５へ進み、満足していなければ、ステップＳＴ１０６へ進む。
【００３８】
ステップＳＴ１０５では、第２の距離・速度導出部１０２がビート周波数ＵとＤから式（７）により速度Ｖを求め、後述するステップＳＴ７以降に進む。
【００３９】
【数４】
2004144696.tif 000006
【００４０】
一方ステップＳＴ１０６では、ｋ番目のレンジゲートが対応する距離範囲の中心値である式（８）から目標距離Ｒｕを求め、この距離Ｒｕとアップフェーズの目標ビート周波数Ｕから式（９）により目標速度Ｖｕを求める。
【００４１】
【数５】
2004144696.tif 000007
【００４２】
ステップＳＴ７では、データ処理制御部１３がカウンタｋの値をＮと比較し、等しくなければステップＳＴ８に進み、等しければステップＳＴ９に進む。
【００４３】
ステップＳＴ８では、データ処理制御部１３がカウンタｋの値をインクリメントして、ステップＳＴ２に進む。
【００４４】
また、ステップＳＴ９では、データ処理制御部１３が動作終了の判断を行ない、終了でなければステップＳＴ１進み、終了であれば終了する。例えば、使用者からの命令がデータ処理制御部１３へ入力された場合に動作終了となる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態においては、遠距離から高速に接近する目標に対しては、アップフェーズのビート信号のみで目標を検知することにより、誤差の小さい距離と速度の測定を可能にすることができる。
【００４６】
実施の形態２．
以下、この発明の他の実施の形態について図を参照して説明する。図９は、本発明の他の実施の一形態であるレーダデータ処理装置の構成図である。
【００４７】
図９に示すように、本実施の形態においては、図２の抽出結果判定部１０１および第２の距離・速度導出部１０２の代わりに、第２の抽出結果判定部２０１および第３の距離・速度導出部２０２が設けられている。その他の構成要素は、上記の実施の形態１の図２で示したものと同等である。
【００４８】
また、図１０は図９のレーダデータ処理装置におけるデータ処理手順である。
【００４９】
まず、図１に示すレーダ送受信装置が上記実施の形態１と同様に動作し、さらに、図９のデータ処理制御部１３と、第３のスイッチ１４と、ＡＤＣ１５ａ、１５ｂと、メモリ１６ａ、１６ｂが上記と同様に動作し、メモリ１６上に図５に示す各フェーズ毎のデータマトリクスが生成される。その後、図１０の手順でデータ処理がすすむ。
【００５０】
ステップＳＴ１、ステップＳＴ２、ステップＳＴ４で、データ処理制御部１３と、レンジゲート１７ａ、１７ｂが上記と同様に動作して、メモリ１６ａ、１６ｂから読み出されたｋ番目のレンジにおけるビート信号データ群が周波数抽出部１８ａ、１８ｂへ入力され、目標に対応するビート周波数の抽出結果をデータ処理制御部１３と第２の抽出結果判定部２０１および第３の距離・速度導出部２０２へ送る。
【００５１】
ステップＳＴ１０１では、データ処理制御部１３の制御により、第２の抽出結果判定部２０１が周波数抽出部１８ａの結果を入力し、アップフェーズにおける目標のビート周波数Ｕが抽出されているなら、ステップＳＴ１０２へ進み、そうでなければ、ステップＳＴ７に進む。
【００５２】
ステップＳＴ１０２では、データ処理制御部１３の制御により、第２の抽出結果判定部２０１が周波数抽出部１８ｂの結果を入力し、ダウンフェーズにおける目標のビート周波数Ｄが抽出されているなら、ステップＳＴ２０１へ進み、そうでなければ、ステップＳＴ２０２に進む。
【００５３】
ステップＳＴ２０１では、ビート周波数ＵとＤの両方が抽出されている状態であるが、雑音など目標以外の不要な周波数成分が抽出される場合があり、全てのレンジゲートで、アップフェーズのビート周波数Ｕのみから式（８）と式（９）により距離と速度を求めるなら、本来は存在しない偽目標が発生する確率が増大する。そこで、あらかじめ設定したしきい値ｈよりも遠いレンジゲートにおいてのみ、式（８）と式（９）により距離と速度を求めることで、偽目標が発生する確率の増大が抑えられる。そこで、ステップＳＴ２０１では、現時点のレンジゲートｋの値をあらかじめ設定されたしきい値ｈと比較し、ｋ＞ｈであれば、ステップＳＴ１０３へ進み、ｋ≦ｈであれば、ステップＳＴ６へ進む。
【００５４】
ステップＳＴ１０３〜ステップＳＴ１０６では、第２の抽出結果判定部２０１と第３の距離・速度導出部２０２が、それぞれ、上記実施の形態１における抽出結果判定部１０１と第２の距離・速度導出部１０２と同様に動作して、目標の距離と速度を求める。
【００５５】
また、ステップＳＴ６では、第３の距離・速度導出部２０２が上記実施の形態１の距離・速度導出部１９と同様に動作して、目標の距離と速度を求める。
【００５６】
一方、ステップＳＴ２０２では、ステップＳＴ２０１と同じ理由で現時点のレンジゲートｋの値をあらかじめ設定されたしきい値ｈと比較し、ｋ＞ｈであればステップＳＴ１０６へ進み、ｋ≦ｈであれば、ステップＳＴ７へ進む。
【００５７】
ステップＳＴ７以降は、上記発明の実施の形態１と同様にデータ処理制御部１３が動作する。
【００５８】
以上のように、本実施の形態においては、あらかじめ設定されたしきい値ｈとレンジゲートｋの値とを比較して、しきい値以下のレンジゲート番号のときは、アップフェーズとダウンフェーズのビート周波数に基づいて目標の相対距離と相対速度とを求め、しきい値以下のレンジゲート番号のときは、アップフェーズのビート周波数に基づいて目標の相対距離と相対速度とを求めるようにしたので、遠距離から高速に接近する目標に対しては、アップフェーズのビート信号のみで目標を検知することにより、誤差の小さい距離と速度の測定を可能にすることができる。
【００５９】
実施の形態３．
以下、この発明の他の実施の形態について図を参照して説明する。図１１は、本発明の実施の一形態であるレーダデータ処理装置の構成図である。
【００６０】
図１１において、３０１は第３の抽出結果判定部、３０２は第４の距離・速度導出部、３０３は距離・速度予測部、３０４は周波数・ゲート番号予測部であり、その他の構成要素は、上記発明の実施の形態２の図３で示したものと同等である。
【００６１】
また、図１２および図１３は、図１１のレーダデータ処理装置におけるデータ処理手順である。
【００６２】
まず、図１に示すレーダ送受信装置が上記実施の形態１と同様に動作し、さらに、図１１のデータ処理制御部１３と、第３のスイッチ１４と、ＡＤＣ１５ａおよび１５ｂと、メモリ１６ａおよび１６ｂが上記実施の形態１と同様に動作し、メモリ１６上に図５に示す各フェーズ毎のデータマトリクスが生成される。その後、図１２および図１３の手順でデータ処理がすすむ。
【００６３】
まず、ステップＳＴ３０１で、データ処理制御部１３が、自身に備わっている既検知目標数用カウンタｑをｑ＝０とし、既検知目標の予測ビート周波数Ｆ（ｐ）と既検知目標の予測レンジゲート番号Ｋ（ｐ）をｐ＝１〜Ｐｍ（Ｐｍはあらかじめ設定された最大値）について初期化し、Ｆ（ｐ）＝０、Ｋ（ｐ）＝０とする。
【００６４】
続くステップＳＴ１、ステップＳＴ２、ステップＳＴ４では、データ処理制御部１３の制御により、レンジゲート１７ａ、１７ｂが上記実施の形態１と同様に動作して、メモリ１６ａ、１６ｂから読み出されたｋ番目のレンジにおけるビート信号データ群が周波数抽出部１８ａ、１８ｂへ入力され、目標に対応するビート周波数の抽出結果をデータ処理制御部１３へ送る。以降、ステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０６、ステップＳＴ２０１、ステップＳＴ２０２、ステップＳＴ７〜ステップＳＴ９では、上記発明の実施の形態２と同様に動作する。
【００６５】
ただし、ステップＳＴ１０４では、ｋ＞ｈの関係を満足するレンジゲートｋにおいて、ビート周波数ＵとＤの両方が抽出された状態であり、これらＵとＤから式（６）によって求めた距離Ｒが式（５）の関係を満足しているか判定され、満足していれば、ステップＳＴ１０５へ進み、満足していなければ、ステップＳＴ３０９へ進む。
【００６６】
ステップＳＴ１０５では、第４の距離・速度導出部３０２が式（７）に基づいて速度Ｖを求める。続いてステップＳＴ３０２では、データ処理制御部１３が既検知目標数ｑの値を判定して、ｑ＝０であれば既検知目標がないとして、ステップＳＴ３０３へ進み、ｑ≠０であれば既検知目標があるとして、ステップＳＴ３０８へ進む。
【００６７】
ステップＳＴ３０３では、新規目標が検知されたとしてデータ処理制御部１３が既検知目標数ｑをインクリメントする。続くステップＳＴ３０４、ステップＳＴ３０５では、データ処理制御部１３が既検知目標数ｑが最大値Ｐｍを越えないように動作する。
【００６８】
続いてステップＳＴ３０６では、データ処理制御部１３の制御により、距離・速度予測部３０３が第４の距離・速度導出部３０２が求めた現観測時点の距離と速度から、次回観測時点の距離と速度を予測する。例えば、目標の運動モデルとして等速直線運動を仮定した場合、現時点の目標距離Ｒと目標速度ＶからＴｐ秒後の次回観測における予測距離Ｒｐと予測速度Ｖｐはそれぞれ式（１０）と式（１１）で求めることができる。
【００６９】
【数６】
2004144696.tif 000008
【００７０】
続いてステップＳＴ３０７では、ステップＳＴ３０６で距離・速度予測部３０３により予測された距離と速度を入力した周波数・ゲート番号予測部３０４が、式（３）に基づいて次回観測における目標の予測ビート周波数Ｆ（ｐ）を式（１２）により求め、予測距離Ｒｐから予測レンジゲート番号Ｋ（ｐ）を式（１３）により求める。
【００７１】
【数７】
2004144696.tif 000009
【００７２】
続くステップＳＴ７、ステップＳＴ８、ステップＳＴ９では上記実施の形態１と同様に、データ処理制御部１３が動作する。
【００７３】
また、ステップＳＴ３０８では、現在のレンジゲート番号ｋで抽出されたアップフェーズのビート周波数Ｕについて、既検知目標のうち式（１４）と式（１５）の両方の関係を同時に満足するＫ（ｐ）、Ｆ（ｐ）が存在するかを判定する。
【００７４】
【数８】
2004144696.tif 000010
【００７５】
存在した場合、現在処理中の目標が既検知目標であるとして、ステップＳＴ３０６へ進み予測処理を行い、存在しない場合、新規検知目標であるとして、ステップＳＴ３０３へ進み既検知目標数ｑをインクリメントした後予測処理を行う。
【００７６】
一方、ステップＳＴ１０４で距離Ｒが式（５）の関係を満足しなかった状態のステップＳＴ３０９では、ステップＳＴ３０２と同様に、データ処理制御部１３が既検知目標数ｑの値を判定してｑ＝０であれば既検知目標がないとしてステップＳＴ１０６へ進み、ｑ≠０であれば既検知目標があるとしてステップＳＴ３１０へ進む。
【００７７】
ステップＳＴ１０６では、上記実施の形態１と同様に式（８）と式（９）により目標の距離と速度を求め、ステップＳＴ３０３へ進む。
【００７８】
ステップＳＴ３１０では、ステップＳＴ３０８と同様に、現在のレンジゲート番号ｋで抽出されたアップフェーズのビート周波数Ｕについて既検知目標のうち式（１４）と式（１５）を満足するＫ（ｐ）、Ｆ（ｐ）が存在するかを判定する。存在した場合、現在処理中の目標が既検知目標であるとして、ステップＳＴ３１１へ進み、存在しない場合、新規検知目標であるとして、ステップＳＴ１０６へ進み式（８）と式（９）により目標の距離と速度を求め、既検知目標数ｑをインクリメントした後予測処理を行う。
【００７９】
ステップＳＴ３１１では、現在のレンジゲート番号ｋで抽出されたアップフェーズのビート周波数Ｕと、予測値Ｋ（ｐ）、Ｆ（ｐ）から、式（１６）と式（１７）により目標の距離と速度求める。
【００８０】
【数９】
2004144696.tif 000011
【００８１】
式（８）と式（９）によるＲｕとＶｕは　ｃτ／２　を最小刻みとする離散値しかとりえなかったのに対し、式（１６）と式（１７）によるＲｓとＶｓはより小さな刻みを設定可能である。また、式（１６）と式（１７）は一種の追尾フィルタの形式になっていることから、距離と速度の測定精度を向上させることも可能である。
【００８２】
また、ステップＳＴ３１２では、アップフェーズのビート周波数Ｕが抽出されない状態やアップフェーズのビート周波数Ｕのみが抽出され、かつレンジゲート番号がｈより小さい状態であり、目標が検知できなかったとして、既検知目標の予測レンジゲート番号Ｋ（ｐ）のうち現在のレンジゲート番号ｋと同じものがないか判定し、同じ番号があった場合、ステップＳＴ３１３に進み、同じ番号がない場合、ステップＳＴ７へ進む。
【００８３】
ステップＳＴ３１３では、ステップＳＴ３１２でレンジゲート番号が一致した既検知目標を見失ったとして、該当するＫ（ｐ）とＦ（ｐ）を初期化する。
【００８４】
続いて、ステップＳＴ３１４では、既検知目標数ｑをデクリメントする。
【００８５】
続くステップＳＴ３１５、ステップＳＴ３１６では、データ処理制御部１３が既検知目標数ｑの値が０未満にならないように動作する。
【００８６】
以上のように、本実施の形態においては、上述の実施の形態１および２の効果に加えて、さらに、現観測時点で得られた目標の相対距離および相対速度から、次回観測時点の目標のビート周波数とレンジゲート番号とを予測し、次回観測において該予測値と相関がある観測値については、予測値と観測値とから、目標の相対距離と相対速度とを求めるようにしたので、遠距離から高速に接近する目標に対しては、アップフェーズのビート信号のみで目標を検知することにより、誤差の小さい距離と速度の測定を可能にすることができる。
【００８７】
【発明の効果】
この発明は、周波数が徐々に増加するアップフェーズと徐々に減少するダウンフェーズとを有する周波数変調された変調波信号と、所定の測定期間間隔で上記変調波信号に基づいて間欠的に発生された送信信号の目標での反射波であり上記目標の相対速度に応じたドップラー周波数成分だけ上記送信信号からシフトした受信信号との周波数差を示すビート信号を生成するビート信号生成ステップと、生成された上記ビート信号を、上記各送信信号後の所定の期間それぞれ連続的に所定の距離範囲に対応させてサンプリングするサンプリングステップと、サンプリングされた上記ビート信号と上記送信信号とからなる各フェーズ毎のデータマトリクスを生成するデータマトリクス生成ステップと、各送信信号に対して所定の同一番目にサンプリングした上記ビート信号のデータ群を、サンプリング順を示す番号を指定することにより、上記データマトリクスから読み出すデータ群読出ステップと、読み出されたデータ群を周波数分析して、ビート周波数を求めるビート周波数抽出ステップと、上記アップフェーズにおいて抽出された上記ビート周波数と上記番号とに基づいて、目標の相対距離と相対速度とを求める距離・速度測定ステップとを備えた距離・速度測定方法であるので、遠距離から高速に接近する目標に対しては、アップフェーズのビート信号のみで目標を検知することにより、距離と速度の測定を精度高く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＭＩＣＷレーダの送受信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるレーダデータ処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】ＦＭＩＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数を示した説明図である。
【図４】図１の構成における第１のスイッチおよび第２のスイッチにおける接続端子を時間に対して示した説明図である。
【図５】図２のメモリにおけるアップフェーズおよびダウンフェーズのビート信号をサンプリングして、生成するデータマトリクスを示した説明図である。
【図６】本発明の実施の形態１によるレーダデータ処理装置のデータ処理手順を示した流れ図である。
【図７】ＦＭＩＣＷレーダにおいて、ＡＤＣ帯域外になった場合のパワーの減衰を示した説明図である。
【図８】ＦＭＩＣＷレーダにおいて、ＦＦＴ帯域以上になった場合のエリアシング現象を示した説明図である。
【図９】本発明の実施の形態２によるレーダデータ処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態２によるレーダデータ処理装置のデータ処理手順を示した流れ図である。
【図１１】本発明の実施の形態２によるレーダデータ処理装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態２によるレーダデータ処理装置のデータ処理手順を示した流れ図である。
【図１３】本発明の実施の形態２によるレーダデータ処理装置のデータ処理手順を示した流れ図である。
【符号の説明】
１　レーダ送受信装置、２　送受信制御部、３　変調波形発生部、４　ＶＣＯ、５　第１のスイッチ、６　第２のスイッチ、７　アンテナ、８　目標、９ａ，９ｂ　分配回路、１０　移相回路、１１ａ，１１ｂ　ミクサ、１２　レーダデータ処理装置、１３　データ処理制御部、１４　第３のスイッチ、１５ａ，１５ｂＡＤＣ、１６ａ，１６ｂ　メモリ、１７ａ，１７ｂ　レンジゲート、１８ａ，１８ｂ　周波数抽出部、１０１　抽出結果判定部、１０２　第２の距離・速度導出部、２０１　第２の抽出結果判定部、２０２　第３の距離・速度導出部、３０１　第３の抽出結果判定部、３０２　第４の距離・速度導出部、３０３　距離・速度予測部、３０４　周波数・ゲート番号予測部。
【図１】
2004144696.tif 000012
【図２】
2004144696.tif 000013
【図３】
2004144696.tif 000014
【図４】
2004144696.tif 000015
【図５】
2004144696.tif 000016
【図６】
2004144696.tif 000017
【図７】
2004144696.tif 000018
【図８】
2004144696.tif 000019
【図９】
2004144696.tif 000020
【図１０】
2004144696.tif 000021
【図１１】
2004144696.tif 000022
【図１２】
2004144696.tif 000023
【図１３】
2004144696.tif 000024