(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３角波状に周波数変調された送信信号と、ターゲットからの反射波の受信信号とから３角波の上昇時及び下降時のそれぞれでビート信号を形成し、該ビート信号を周波数分析するＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置であって、
前記上昇時のビート信号及び下降時のビート信号に対するサンプリング周波数が、第１周波数と該第１周波数のｎ分の１（ｎは１を除く自然数）の第２周波数とに切り換えられ、前記３角波の上昇時及び下降時の一方における前記サンプリング周波数に前記第１周波数が適用された場合、前記３角波の上昇時及び下降時の他方における該サンプリング周波数に前記第２周波数が適用され、前記各ビート信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、
前記第１周波数が適用された前記デジタル信号のビート信号から第１サンプル数でサンプルの取り込みを行うと共に、前記第２周波数が適用された前記デジタル信号のビート信号から前記第１サンプル数のｎ分の１となる第２サンプル数でサンプルの取り込みを行い、前記ビート信号の周波数分析を行う周波数分析部と、
前記周波数分析部によって得られた周波数分析に含まれるパワーピークに対する前記上昇時と、前記下降時とのターゲットをペアリングし、前記レーダと前記ターゲットとの距離及び相対速度を求めるターゲット認定部と、
を備えることを特徴とするＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスキャン型のＦＭ（周波数変調）−ＣＷ（連続波）方式レーダの信号処理装置に関し、特に、信号の処理を短縮してスキャンの速度を上げるための信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記ＦＭ−ＣＷ方式レーダは、車両に搭載され、前方の車両（ターゲット）をスキャンするために、三角波状の周波数変調された連続の送信波を出力してターゲットとの距離等を求めている。すなわち、ターゲットとの距離等を求める信号処理装置では、あるスキャン角のレーダからの送信波がターゲットで反射され、反射波の受信信号と送信信号とのビート信号が形成され、高速フ−リエ変換により周波数分析される。この周波数分析によるビート信号はターゲットに対してパワーがピークとなり、このピークに対応する周波数がピーク周波数として得られる。ピーク周波数は距離に関する情報を有し、ターゲットとの相対速度によるドプラ効果に起因して上昇時、下降時で異なる。この上昇時、下降時の周波数ピークからターゲットとの距離等が得られる。このような上記信号処理装置の処理を待ってレーダは次のスキャン角に設定される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記信号処理装置の処理時間が長いと、上記ＦＭ−ＣＷ方式レーダのスキャン速度を早くすることができないとの問題がある。
したがって、本発明は、上記問題点に鑑み、処理精度を保持しつつ処理時間を短縮してスキャン速度を早くできるＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記問題点を解決するために、３角波状に周波数変調された送信信号と、ターゲットからの反射波の受信信号とから３角波の上昇時及び下降時のそれぞれでビート信号を形成し、該ビート信号を周波数分析するＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置であって、前記上昇時のビート信号及び下降時のビート信号に対するサンプリング周波数が、第１周波数と該第１周波数のｎ分の１（ｎは１を除く自然数）の第２周波数とに切り換えられ、前記３角波の上昇時及び下降時の一方における前記サンプリング周波数に前記第１周波数が適用された場合、前記３角波の上昇時及び下降時の他方における該サンプリング周波数に前記第２周波数が適用され、前記各ビート信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換部と、前記第１周波数が適用された前記デジタル信号のビート信号から第１サンプル数でサンプルの取り込みを行うと共に、前記第２周波数が適用された前記デジタル信号のビート信号から前記第１サンプル数のｎ分の１となる第２サンプル数でサンプルの取り込みを行い、前記ビート信号の周波数分析を行う周波数分析部と、前記周波数分析部によって得られた周波数分析に含まれるパワーピークに対する前記上昇時と、前記下降時とのターゲットをペアリングし、前記レーダと前記ターゲットとの距離及び相対速度を求めるターゲット認定部と、を備えるＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置を提供する。
【０００５】
この手段により、周波数分解能を維持したままで、上昇時及び下降時のうちいずれかのビート信号の周波数分析の処理時間を半分に短縮したので、この分だけレーダのスキャンを早くすることが可能になった。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るスキャン型のＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置の概略を説明する図である。本図（ａ）に示す如く、スキャン型のＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置は、自動車に搭載され、前方の車両（ターゲット）をスキャンするレーダ１を具備する。レーダ１は３角波状のＦＭ（周波数変調）−ＣＷ（連続波）レーダであり、本図（ｂ）に示す如く、ターゲットに電波（周波数ｆ0)を送信し且つ前方の車両の反射波（周波数ｆ0 ′）を受信するアンテナ１１と、アンテナ１１を一定の方位角度毎にスキャンを行うスキャン駆動部１２と、ＦＭの３角波の信号を繰り返し出力してアンテナ１１に電波を送信させる送信部１３と、アンテナ１１からの受信信号と送信機１２からの出力信号との上昇、下降ビート信号（周波数ｆb (u) 、ｆb (d) ) を取る混合器１４とを具備する。さらに、送信部１３からの３角波状の変調信号の上昇、下降を識別する微分回路１５が設けられる。
【０００７】
図１（ａ）に戻り、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２は、レーダ１の混合器１４に接続されて、ビート信号に含まれるナイキスト周波数ｆS ／２以上の信号を除去して折り返し歪みの発生を防止する。
アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換部３はサンプリング周波数でサンプルを行い、低域通過フィルタ２のアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、上昇、下降ビート信号についてＡ／Ｄ変換部３のサンプリング周波数は交互に切り換えられる。この切換制御は、さらに、具体的に後述される。
【０００８】
高速フ−リエ変換部（ＦＦＴ）４は、Ａ／Ｄ変換部３の出力に接続されて、３角波状の周波数変調の上昇時、下降時のビート信号を、取り込み、周波数分析を行う。
ターゲット認定部５は、高速フ−リエ変換部４から得られた上昇時、下降時の周波数ピークに対してペアリングを行い、ターゲットの距離、相対速度を求め、ターゲットを認定する。なお、前述のサンプリング周波数の切換制御に伴って折り返しによって発生される周波数ピークのペアリングについては後述される。
【０００９】
図２はスキャン時のある角度で前方の車両を捕らえた例を示す図である。本図に示す如く、レーダ１により、自車レーンの前方のバイク（ターゲットａ）、前方の車両（ターゲッｂ）、追越レーンの前方の車両（ターゲットｃ）等を含めて複数、例えば、３つのターゲットが捕らえられる。
図３はＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置の主要部の動作を説明する図である。本図（ａ）に示す如く、レーダ１からは、実線信号で示されように、周期１／ｆm で、周波数偏移幅Δｆの３角波状の周波数変調が行われて、送信波が送信される。さらに、レーダ１では、点線で示されるように、各ターゲットで反射された反射波が受信される。
【００１０】
本図（ｂ）に示す如く、レーダ１では、３角波の上昇時、下降時で受信信号と反射信号とのビートが取られ、ビート信号が形成される。上昇時と下降時とでビート信号の周波数が異なるのは、ターゲットとの相対速度により生じるドプラ効果の影響である。
本図（ｃ）に示す如く、レーダ１の微分回路１５の出力は、三角波の変調信号の上昇時では正極性の矩形波に、下降時には負極性の矩形波になる。
【００１１】
本図（ｄ）に示す如く、Ａ／Ｄ変換部３ではレーダの微分回路１５から出力により交互にサンプリング周波数が切り換えられ、微分回路１５から負極性の矩形波の入力中にはサンプリング周波数がｆS となり、微分回路１５から正極性の矩形波の入力中にはサンプリング周波数がｆS ／２となる。
本図（ｅ）に示す如く、高速フ−リエ変換部４では、レーダ１の微分回路１０の負極性の矩形波の入力でＡ／Ｄ変換部３の出力が取り込まれ下降時のビート信号の周波数分析の処理が行われる。この場合、サンプリング周波数をｆs （例えば、４００ＫＨｚ）とし、取り込みサンプル数をＮ（例えば、１０２４ポイント）すると、下降時の周波数範囲ｆSPANはｆs ／２となる。このときの最大周波数をｆmax とする。高速フ−リエ変換部４において周波数分析に要する下降時の処理時間Ｔ0 は取り込みサンプル数Ｎにほぼ比例する。なお、周波数分解能δｆはｆs ／Ｎである。
【００１２】
また高速フーリエ変換部４では下降時の処理終了後にレーダ１の微分回路１０の正極性の矩形波の入力でＡ／Ｄ変換部３の出力が取り込まれ上昇時のビート信号の周波数分析の処理が行われる。この場合、上昇時のサンプリング周波数をｆs ／２（２００ＫＨｚ）とし、取り込みサンプル数をＮ／２（例えば、５１２ポイント）すると、上昇時の周波数範囲はｆSPAN／２（＝ｆs ／（２×２））となる。このときの最大周波数をｆmax ／２とする。高速フ−リエ変換部４において周波数分析に要する上昇時の処理時間は、取り込みサンプル数Ｎにほぼ比例するため、下降時の処理時間のＴ0 の１／２となる。なお、上昇時の周波数分解能δｆはｆs ／Ｎであり、下降時と同一である。
【００１３】
本図（ｆ）に示す如く、本図（ｅ）で一対の下降時、上昇時のビート信号の周波数分析が終了するとスキャン駆動部はレーダを一定の方位角度だけ回転させる。
このように、下降時に比較して上昇時の方では周波数分解能を維持しつつ処理時間を半分に減少することが可能になったので、従来は２Ｔ0 毎にスキャンを行っていたが、（３／２）Ｔ0 毎にスキャンを行えるようになり、スキャンの速度が早くなった。
【００１４】
図４は高速フ−リエ変換部４により得られる周波数分析の例を示す図である。本図（ａ）に示す如く、下降時の周波数分析では、周波数範囲ｆSPANでターゲットａ、ｂ、ｃに対してピーク周波数ｆａd 、ｆｂd 、ｆｃd （ｆａd ＜ｆｂd ＜ｆｃd ）が得られる。本図（ｂ）に示す如く、上昇時の周波数分析では、周波数範囲ｆSPAN／２でピーク周波数ｆａu 、ｆｂu がナイキスト周波数（≒ｆmax ／２）以下にあり、ピーク周波数ｆｃu がナイキスト周波数を越えているとすれば、ピーク周波数ｆｃu は折り返される。
【００１５】
図５はターゲット認定部５の動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１、２において、ターゲット設定部５は、高速フ−リエ変換部４の上昇時、下降時の処理が終了したかを判断する。終了していなければ終了処理を行う。
ステップＳ３において、周波数範囲ｆSPANの前半（０〜ｆmax ／２）で、上昇時、下降時のピーク周波数の数が一致するかを判断する。
【００１６】
ステップＳ４において、上記ステップ３でピーク周波数の数が一致する場合には、下降時、上昇時のピーク周波数で最も近い２つを対にするペアリングを行う。
ステップＳ５において、ステップＳ３でピーク周波数の数が一致しない場合に、周波数範囲の前半で、前述の如く、ペアリングを行う。
【００１７】
ステップＳ６において、例えば、下降時の余ったピーク周波数ｆb (d) は（この場合ｆｃu ）、
ｆb (d) ＝ｆmax −ｆb (d)
として、下降時の余ったピーク周波数ｆb (d) を周波数範囲の後半（ｆmax ／２〜ｆmax ）に移す。
【００１８】
ステップＳ７において、周波数の後半の上昇時、下降時でピーク周波数のペアリングを行う。
このようにしてペアリングされたピーク周波数から、以下の如く、ターゲットとの距離等を求める。
ターゲットに対してペアリングが行われた上昇時、下降時のピーク周波数は、
ｆｂ(u) ＝ｆｒ−ｆｄ                        …（１）
ｆｂ(d) ＝ｆｒ＋ｆｄ                        …（２）
となり、ここに、
ｆｒ＝{Δｆ／（１／２ｆｍ）｝・Ｔ
＝（４Ｒ・ｆｍ・Δｆ）／ｃ            …（３）
であり、ｆｄはドプラ周波数であり、Ｔは電波の往復時間である。
【００１９】
（１）、（２）式より、
ｆｒ＝｛ｆｂ(u) ＋ｆｂ(d) ｝／２          …（４）
として得られ、（３）式より、
Ｒ＝ｆｒ・ｃ／（４ｆｍ・Δｆ）           …（５）
となる。ここに、Ｒはターゲットと自車との間の距離、ｃは光速である。
【００２０】
すなわち、上昇時と下降時とのピーク周波数のペアリングにより前方車両の距離が得られる。前方の車両との相対速度は得られた距離の時間変化により得られる。
以上の説明では、上昇時のサンプリング周波数を下降時の半分にしたが、逆に下降時のサンプリング周波数を上昇時の半分になるようにして高速フ−リエ変換部４の処理を行ってもよい。
【００２１】
なお、上昇時、下降時のビート信号のいずれか一方のサンプリング周波数、取り込みサンプル数をそれぞれ半分（１／２）することについて説明したが、原理的には１／３、１／４…にしてさらにＦＦＴの処理時間を短縮することは可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明により本発明によれば、周波数分解能を維持したままで、上昇時及び下降時のうちいずれかのビート信号の周波数分析の処理時間を半分に短縮したので、この分だけレーダのスキャンを早くすることが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係るスキャン型のＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置の概略を説明する図である。
【図２】図２はスキャン時のある角度で前方の車両を捕らえた例を示す図である。
【図３】図３はＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置の主要部の動作を説明する図である。
【図４】図４は高速フ−リエ変換部４により得られる周波数分析の例を示す図である。
【図５】図５はターゲット認定部５の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…レーダ
２…ＬＰＦ
３…Ａ／Ｄ変換部
４…ＦＦＴ
５…ターゲット認定部
１１…アンテナ
１２…スキャン駆動部
１３…送信部
１４…混合器
１５…微分回路
【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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