(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調周波数が上昇または下降する連続波の送信波を目標に向けて送信する送信手段と、
上記目標で反射された受信波を受信する受信手段と、
上記送信波と上記目標で反射された受信波との周波数差の周波数を持つビート信号を求めるビート信号生成手段と、
上記ビート信号の周波数スペクトルを求める高速フーリエ変換処理手段と、
変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間における目標のビート信号の周波数スペクトルを検出するビート周波数検出手段と、
変調周波数上昇期間の周波数スペクトルと変調周波数下降期間の周波数スペクトルとを入力して、両周波数スペクトルの電力差の絶対値から求まる、移動目標と静止目標を弁別する際に用いる参照スペクトルを設定する弁別目標参照スペクトル設定手段と、
上記参照スペクトルに基づいて移動目標または静止目標の参照ビート周波数を検出する弁別目標ビート周波数検出手段と、
上記ビート周波数検出手段から変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間における目標のビート周波数を入力して組合せ探索用テーブルを作成し、探索用テーブルのうち上記弁別目標ビート周波数検出手段からの移動目標または静止目標の参照ビート周波数以外成分を探索対象から除外して出力する組合せ探索手段と、
上記組合せ探索手段からのビート周波数に基づいて目標の距離と速度を計算する距離・速度計算手段と
を備えたレーダ装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーダ装置において、上記弁別目標ビート周波数検出手段と上記組合せ探索手段との間に、上記弁別目標ビート周波数検出手段で検出される移動目標または静止目標の参照ビート周波数を記憶して、繰り返される変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間に対し、現在計測している変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間の１つ前の計測で得られた参照ビート周波数を上記組合せ探索手段に出力する弁別目標参照ビート周波数記憶部をさらに備えたことを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、検出目標の距離と速度を計測する距離・速度計測方法とその方法を用いたレーダ装置に関し、特に、目標である複数の対象物を検出してその相対距離と相対速度を計測することができる周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ：Frequency Modulated Continuous Wave)による測距・測速度方法とその方法を用いたレーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
公知である周波数変調された連続波(ＦＭＣＷ：Frequency Modulated Continuous Wave)を用いたレーダでは、ある目標について変調周波数上昇期間のビート周波数Ｆupと変調周波数下降期間のビート周波数Ｆdnを計測する。ここで、変調周波数上昇期間のビート周波数Ｆupと変調周波数下降期間のビート周波数Ｆdnはそれぞれ次式（１），（２）のように表される。
【０００３】
【数１】
0004038291.tif 000002
【０００４】
従って、次式（３）〜（６）に基づきＦup−Ｆdnから目標相対距離Ｒが、Ｆup＋Ｆdnから目標相対速度Ｖが求められる。なお、Ｂは周波数変調幅、Ｃは光速、Ｔは変調周期、λはレーダ搬送波波長、Ｆｒは距離周波数、Ｆｖは速度周波数を示す。
【０００５】
【数２】
0004038291.tif 000003
【０００６】
目標が複数存在する場合には、変調周波数上昇期間で検出された複数のビート周波数Ｆup（ｉ）｛ｉ＝１〜Ｎ｝と変調周波数下降期間で検出された複数のビート周波数Ｆdn（ｉ）｛ｉ＝１〜Ｍ｝において、各目標に対応するビート周波数Ｆup(n)とＦdn(m)の組合せを探索する必要がある。
【０００７】
例えば、特開平−４９３７８号公報や特開平７−５５９２６号公報では、複数のビート周波数を得るために求めた各期間の受信信号の周波数スペクトルにおいて、複数のピーク付近のスペクトル形状に対する相関量を利用して組合せを決定している。また、特開平７−７７５７５号公報では、複数のビート周波数を得るために求めた周波数スペクトルについて、複数のピークの各電力レベルの大きさ順位を利用して組合せを決定している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のいずれにおいても、移動目標信号の変動や、雑音などの不要成分の影響により組合せを誤り、その結果が偽目標として出力されていた。
【０００９】
ここで、複数の目標のうち、レーダとの速度差がなく、レーダからは静止して見える目標(単に静止目標と略す)と、レーダとは速度差があり、レーダからは移動して見える目標(単に移動目標と略す)を弁別できれば、この組合せの誤りによる偽目標の出力を減らすことができる。
【００１０】
例えば、特開平６−２１４０１７７号公報や特開平７−９８３７６号公報、特開平０７―１９１１３３号公報では、図９に示すように、変調周波数上昇期間の周波数スペクトル（（ａ）参照）と変調周波数下降期間の周波数スペクトル（（ｂ）参照）の電力差を求め（（ｃ）参照）、両期間で同じ周波数となる静止目標をキャンセルし、移動目標だけを組合せの探索対象としている。
【００１１】
しかしながら、複数の移動目標を対象とすると、図１０に示すように、ある移動目標の変調周波数上昇期間でのビート周波数（（ａ）参照）と別の移動目標の変調周波数下降期間でのビート周波数（（ｂ）参照）が等しくなる場合があり、信号の大きさによってはどちらの移動目標も組合せが見つからず、最終的な出力とならないという問題があった（（ｃ）参照）。
【００１２】
この発明は上記の問題点を解消するためになされたもので、複数の目標を移動目標と静止目標に弁別して各目標の距離と速度を計測することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーダ装置は、変調周波数が上昇または下降する連続波の送信波を目標に向けて送信する送信手段と、上記目標で反射された受信波を受信する受信手段と、上記送信波と上記目標で反射された受信波との周波数差の周波数を持つビート信号を求めるビート信号生成手段と、上記ビート信号の周波数スペクトルを求める高速フーリエ変換処理手段と、変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間における目標のビート信号の周波数スペクトルを検出するビート周波数検出手段と、変調周波数上昇期間の周波数スペクトルと変調周波数下降期間の周波数スペクトルとを入力して、両周波数スペクトルの電力差の絶対値から求まる、移動目標と静止目標を弁別する際に用いる参照スペクトルを設定する弁別目標参照スペクトル設定手段と、上記参照スペクトルに基づいて移動目標または静止目標の参照ビート周波数を検出する弁別目標ビート周波数検出手段と、上記ビート周波数検出手段から変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間における目標のビート周波数を入力して組合せ探索用テーブルを作成し、探索用テーブルのうち上記弁別目標ビート周波数検出手段からの移動目標または静止目標の参照ビート周波数以外成分を探索対象から除外して出力する組合せ探索手段と、上記組合せ探索手段からのビート周波数に基づいて目標の距離と速度を計算する距離・速度計算手段とを備えたものである。
【００１７】
さらに、上記弁別目標ビート周波数検出手段と上記組合せ探索手段との間に、上記弁別目標ビート周波数検出手段で検出される移動目標または静止目標の参照ビート周波数を記憶して、繰り返される変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間に対し、現在計測している変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間の１つ前の計測で得られた参照ビート周波数を上記組合せ探索手段に出力する弁別目標参照ビート周波数記憶部をさらに備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
図１はこの発明の実施の形態であるレーダ装置の構成図である。
図１において、１０１ないし１０４は送信手段を構成するもので、１０１は制御部、１０２は電圧制御発振器(ＶＣＯ： Voltage Controlled Oscillator)、１０３は方向性結合器、１０４は送信アンテナ、１０５は受信手段となる受信アンテナ、１０６はビート信号生成手段となるミキサ、１０７はアンプ、１０８はフィルタ、１０９はAnalog to Digital（Ａ／Ｄ）変換器、１１０は高速フーリエ変換(ＦＦＴ：Fast Fourier Transform) 処理部、１１１はビート周波数検出部、１１２は弁別目標参照スペクトル設定部、１１３は弁別目標参照ビート周波数検出部、１１４は組合せ探索部、１１５は距離計算部１１６は距離・速度計算部である。
【００１９】
また、図２は図１に示すレーダ装置における計測手順を示すものであり、この手順に従ってレーダ装置は目標の距離と速度を計測する。
さらに、図３は図２の説明に供する時系列に沿った処理の流れを示したものである。
【００２０】
以下、これらの図を参照して説明する。
まず、図２のステップＳＴ１では、図１の制御部１０１によって、変調周波数が上昇するようにＶＣＯ１０２が制御されて送信波を生成して出力する。送信波は方向性結合器１０３に入力され、その一部は送信アンテナ１０４へ、残りはミキサ１０６へ入力される。
【００２１】
送信アンテナ１０４から空間へ放射された送信波は、距離Ｒに存在し、速度Ｖで移動する目標で反射し、受信波として受信アンテナ１０５で受信される。受信アンテナ１０５で受信された受信波と方向性結合器１０３からの送信波は、ミキサ１０６に入力され、送信波と受信波の周波数差の周波数をもつビート信号となる。このビート信号は、アンプ１０７で増幅され、フィルタ１０８で不要な高周波成分が除去された後、Ａ／Ｄ変換器１０９で、制御部１０１の制御により、ＶＣＯ１０２の変調周期に合わせてディジタルサンプリングされる。
【００２２】
続いて、図２のステップＳＴ２では、図１のＦＦＴ処理部１１０により、Ａ／Ｄ変換器１０９からのディジタルサンプルデータからビート信号の周波数スペクトルを求める。
【００２３】
ステップＳＴ３では、ビート周波数検出部１１１が、ステップＳＴ２で得られた周波数スペクトルを入力し、例えばピークサーチやＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate) 検出処理などにより、変調周波数上昇期間における目標のビート周波数Ｆup（ｉ）｛ｉ＝１〜Ｎ｝を検出する。
【００２４】
ステップＳＴ４では、ステップＳＴ１と同様に制御部１０１の制御によってＶＣＯ１０２が変調周波数が下降する送信波を生成し、方向性結合器１０３、送信アンテナ１０４、受信アンテナ１０５、ミキサ１０６、アンプ１０７、フィルタ１０８、Ａ／Ｄ変換器１０９が動作して、変調周波数下降期間のビート信号がディジタルサンプリングされる。
【００２５】
ステップＳＴ５では、ステップＳＴ２と同様にＦＦＴ処理部１１０が動作してビート信号の周波数スペクトルを求められる。
【００２６】
ステップＳＴ６では、ステップＳＴ３と同様にビート周波数検出部１１１が動作して変調周波数下降期間における目標のビート周波数Ｆdn（ｊ）｛ｊ＝１〜Ｍ｝を検出する。
【００２７】
図３に示すように、ステップＳＴ１とステップＳＴ４は異なる時刻を必要とするが、ステップＳＴ４の計測が行われた後ではステップＳＴ２からステップＳＴ３とステップＳＴ５からステップＳＴ６は並列に処理が可能である。
【００２８】
ステップＳＴ７では、弁別目標参照スペクトル設定部１１２が、ステップＳＴ２で求めた変調周波数上昇期間の周波数スペクトルとステップＳＴ５で求めた変調周波数下降期間の周波数スペクトルとを入力し、移動目標と静止目標を弁別する際に用いる参照スペクトルを設定する。
【００２９】
この参照スペクトルは、静止目標(あるいは移動目標)の信号成分を持たないものとして、例えば図４に示すように、変調周波数上昇期間の周波数スペクトル（（ａ）参照）と変調周波数下降期間の周波数スペクトル（（ｂ）参照）の電力差の絶対値から求める（（ｃ）参照）。
【００３０】
ステップＳＴ８では、弁別目標参照ビート周波数検出部１１３がステップＳＴ７で求めた参照スペクトルを入力し、ステップＳＴ３やステップＳＴ６と同様に例えばピークサーチやＣＦＡＲ(Constant False Alarm Rate)検出処理などにより、移動目標(あるいは静止目標)の参照ビート周波数Ｆrf（ｋ）｛ｋ＝１〜Ｌ｝を検出する。
【００３１】
ステップＳＴ９では、組合せ探索部１１４が、ステップＳＴ３で検出した変調周波数上昇期間における目標のビート周波数Ｆup（ｉ）｛ｉ＝１〜Ｎ｝とステップＳＴ６で検出した変調周波数下降期間における目標のビート周波数Ｆdn（ｊ）｛ｊ＝１〜Ｍ｝とを入力して、図５に示すような組合せ探索用テーブルを作成する。その後、ステップＳＴ８で検出した移動目標(あるいは静止目標)の参照ビート周波数Ｆrf（ｋ）｛ｋ＝１〜Ｌ｝を入力し、探索用テーブルのうち、図５で網掛されている参照ビート周波数以外の行あるいは列成分を探索対象から除去して距離計算部１１５へ出力する。これにより、各期間の静止目標と移動目標を誤って組合せることがなくなるので、偽像の発生数を少なくできる。
【００３２】
図５で網掛されていない残った探索範囲内のビート周波数について、例えば、電力の大きさ順に並べ替えて組合せを決定するなどして、組合せ結果を距離・速度計算部１１６へ出力する。
【００３３】
ステップＳＴ１０では、距離計算部１１５が、入力されたビート周波数から式（１）あるいは式（２）でＶ＝０として目標相対距離Ｒを計算し、また、距離・速度計算部１１６が、入力されたビート周波数から式（３）〜式（６）を用いて目標相対距離Ｒと目標相対速度Ｖを計算する。
【００３４】
ステップＳＴ１１では、制御部１０１が、例えばオペレータの操作によって発生する終了要求の有無をモニタして、終了要求が無ければステップＳＴ１へ進み次の計測を始め、終了要求が有れば動作を終了する。
【００３５】
実施の形態２．
次に、図６はこの発明の実施の形態２に係るレーダ装置を示す構成図である。図６において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２０１は弁別目標ビート周波数検出部１１３と組合せ探索部１１４との間に、弁別目標ビート周波数検出部１１３で検出される移動目標または静止目標の参照ビート周波数を記憶して、繰り返される変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間に対し、現在計測している変調周波数上昇期間と変調周波数下降期間の１つ前の計測で得られた参照ビート周波数を組合せ探索部１１４に出力する弁別目標参照ビート周波数記憶部である。
【００３６】
また、図７は図６に示すレーダ装置における計測手順を示すものであり、図２に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
さらに、図８は図７の説明に供する時系列に沿った処理の流れを示したものである。
【００３７】
以下、これら図面を参照して動作を説明する。
動作開始時に、図７のステップＳＴ１２で、図６の制御部１０１がその内部にもつカウンタ変数を初期化し０とする。
【００３８】
続いて、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ６までは、実施の形態１と同様に処理が行なわれ、各構成要素が動作する。
【００３９】
ステップＳＴ１３では、制御部１０１が内部カウンタ変数の値を０と比較し、等しければステップＳＴ７へ、等しくなければステップＳＴ１５へ進む。
【００４０】
ステップＳＴ７と、それに続くステップＳＴ８では、実施の形態１と同様に処理が行なわれ、各構成要素が動作する。
【００４１】
続いて、ステップＳＴ１４では、制御部１０１の制御により、弁別目標参照ビート周波数記憶部２０１が、ステップＳＴ８で検出された参照ビート周波数Ｆrf（ｋ）｛ｋ＝１〜Ｌ｝を記憶する。その後、制御部１０１の制御によって、ステップＳＴ１のステップへ進み、次の計測を開始する。
【００４２】
一方、ステップＳＴ１５では、組合せ探索部１１４が、弁別目標参照ビート周波数記憶部２０１に記憶された参照ビート周波数Ｆrf（ｋ）｛ｋ＝１〜Ｌ｝を読出し、ステップＳＴ９へ進む。
【００４３】
ステップＳＴ９と、続くステップＳＴ１０、ステップＳＴ１１では、実施の形態１と同様に処理が行なわれ、各構成要素が動作する。
【００４４】
図８に示すように、ステップＳＴ７、ステップＳＴ８の結果をステップＳＴ１４で記憶したものを、次の計測の際にステップＳＴ１５で読出して、ステップＳＴ９の組合せ探索で利用するので、ステップＳＴ７からステップＳＴ８、ステップＳＴ１４とステップＳＴ１５からステップＳＴ９、ステップＳＴ１０を並列に処理することが可能となり、実時間処理の実現が容易になる。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る目標の距離・速度計測方法とレーダ装置によれば、複数の目標を移動目標と静止目標に弁別して各目標の距離と速度を計測することができる。
また、実時間処理の実現が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１におけるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】  この発明の実施の形態１における複数目標の距離速度計測方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】  この発明の実施の形態１における複数目標の距離速度計測方法の時系列に沿った処理手順を示す説明図である。
【図４】  この発明の実施の形態１における周波数スペクトルを示す説明図である。
【図５】  この発明の実施の形態１における組合せ探索で用いるテーブルを示す説明図である。
【図６】  この発明の実施の形態２におけるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図７】  この発明の実施の形態２における複数目標の距離速度計測方法の処理手順を示す説明図である。
【図８】  この発明の実施の形態２における複数目標の距離速度計測方法の時系列に沿った処理手順を示す説明図である。
【図９】  従来例における周波数スペクトルを示す説明図である。
【図１０】  従来例における周波数スペクトルを示す説明図である。
【符号の説明】
１０１  制御部、１０２  電圧制御発振器（ＶＣＯ）、１０３  方向性結合器、１０４  送信アンテナ、１０５  受信アンテナ、１０６  ミキサ、１０７  アンプ、１０８  フィルタ、１０９  Ａ／Ｄ変換器、１１０  ＦＦＴ処理部、１１１  ビート周波数検出部、１１２  弁別目標参照スペクトル設定部、１１３  弁別目標参照ビート周波数検出部、１１４  組合せ探索部、１１５  距離計算部、１１６  距離・速度計算部、２０１  弁別目標参照ビート周波数記憶部。
【図１】
0004038291.tif 000004
【図２】
0004038291.tif 000005
【図３】
0004038291.tif 000006
【図４】
0004038291.tif 000007
【図５】
0004038291.tif 000008
【図６】
0004038291.tif 000009
【図７】
0004038291.tif 000010
【図８】
0004038291.tif 000011
【図９】
0004038291.tif 000012
【図１０】
0004038291.tif 000013