JP4131464B2 - 距離・速度計測方法およびレーダ信号処理装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば車両等の移動体に搭載されるレーダの信号処理装置に係り、特に、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距離・速度計測方法とその方法を用いたレーダ信号処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるレーダは、計測対象とする目標の距離が数ｍ〜２００ｍ程度の範囲であり、このような範囲内にある計測対象を検出するためのレーダ方式として、“Introduction to Radar Systems” M. I. SKOLNIK, McGRAW-HILL BOOK COMPANY, INC.（1962）をはじめとして、“RADAR HANDBOOK” M. I. SKOLNIK, McGRAW-HILL BOOK COMPANY, INC.（1970）や“レーダ技術” 吉田 孝 監修、電子情報通信学会編（1989）などに記載され、公知なＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式を用いることが多い。
【０００３】
図３は、ＦＭＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数特性を示したものであり、目標に対し送信される三角波の周波数変調を施した連続波の送信信号と目標から反射される受信信号とのビート信号から目標の相対距離及び相対速度を求める際の信号対時間の関係を示している。ここで、時間の経過につれて搬送波周波数が高くなる変調区間をアップフェーズ（変調周波数上昇期間）とし、他方、時間の経過につれて搬送波周波数が低くなる変調区間をダウンフェーズ（変調周波数下降期間）とする。
【０００４】
図３において、１は送信信号、２は受信信号、３はビート信号であり、アップフェーズにおけるビート信号３の周波数Ｕとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄは、周波数掃引幅をＢ、周波数掃引時間をＴ、光速をｃ、波長をλ、目標までの相対距離をｒ、目標の相対速度をｖとするとき、下記の式で表される。
【０００５】
【数１】
【０００６】
これらの関係により、目標の相対距離ｒと相対速度ｖは、式（３）、（４）に示すビート周波数ＵとＤの減算と加算による結果を利用して、式（５）、（６）から得られる。
【０００７】
【数２】
【０００８】
また、目標が複数（Ｎ）の場合には、アップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕｉ｛ｉ＝Ｎｕ，Ｎｕ≦Ｎ｝とダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄｊ｛ｊ＝Ｎｄ，Ｎｄ≦Ｎ｝が得られるので、あらかじめ設定された基準により周波数対（Ｕｘ，Ｄｙ）が選ばれ、その周波数対を式（５）、（６）に代入して各目標の相対距離と相対速度が得られる。
【０００９】
この選定基準として、例えばビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク強度を利用するものがあり、日本国特開平５−１４２３３７号公報では強度の大きさ順に対を決めている。また、日本国特開平１１−３３７６３５号公報ではビームを走査して得られる複数方向の強度パターンを利用している。
【００１０】
このような目標の相対距離と相対速度は、一般にはあらかじめ設定された時間間隔で繰返し計測される。
【００１１】
しかし、現実には目標である車両からの反射状態や、送受信装置の構成要素の特性などにより、時系列上の計測において、ビート信号の周波数にばらつきが生じ、距離・速度の計測結果が不安定になるという問題があった。
【００１２】
このような問題に対して、日本国特開平５−１４２３３８号公報、日本国特開平５−１５００３５号公報や日本国特開平５−２４９２３３号公報などでは、ビート信号の周波数に関して時系列方向の情報を利用することが開示されている。
【００１３】
例えば、図４は、日本国特開平５−２４９２３３号公報に開示されたミリ波レーダ装置の信号処理部の構成を示す図である。図示する信号処理部１０は、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部１１、周波数分析部１２、スイッチ部１３、比較部１４と１８、基準値形成部１５と１９、記憶部１６と２０、ばらつき除去部１７と２１、距離・速度導出部２２を備えている。
【００１４】
次に動作について説明する。図４に示す信号処理部１０において、目標に対するビート信号３がアナログ信号として入力され、このビート信号はＡ／Ｄ変換部１１でディジタル信号に変換される。周波数分析部１２ではＦＦＴ（Fast Fourier Transform）などによって周波数分析が行われ、アップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄが抽出される。
【００１５】
これら周波数は、スイッチ部１３を介して、計測時の時刻ｔと関連づけられ、周波数ＵはＵ（ｔ）として記憶部１６に記憶され、周波数ＤはＤ（ｔ）として記憶部２０に記憶される。
【００１６】
時刻ｔにおいて、基準値形成部１５は、記憶部１６に記憶された過去のデータを利用して基準値Ｕｒｅｆ（ｔ）を設定する。例えば計測間隔がΔｔであるとして、式（７）により基準値Ｕｒｅｆ（ｔ）を設定する。
【００１７】
【数３】
【００１８】
同様に、基準値形成部１９は、記憶部２０に記憶された過去のデータを利用して基準値Ｄｒｅｆ（ｔ）を設定する。例えば式（８）により基準値Ｄｒｅｆ（ｔ）を設定する。
【００１９】
【数４】
【００２０】
比較部１４は、スイッチ部１３を経由して入力されるアップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕ（ｔ）を基準値形成部１５で設定された基準値Ｕｒｅｆ（ｔ）と比較して、アップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕ（ｔ）がばらつきのないデータであるかを判定する。例えばあらかじめ設定した許容幅Ｗｕに対して式（９）の関係を満足するかどうかを判定基準とする。
【００２１】
【数５】
【００２２】
同様に、比較部１８は、スイッチ部１３を経由して入力されるダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄ（ｔ）を基準値形成部１９で設定された基準値Ｄｒｅｆ（ｔ）と比較して、ダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄ（ｔ）がばらつきのないデータであるかを判定する。例えばあらかじめ設定した許容幅Ｗｄに対して式（１０）の関係を満足するかどうかを判定基準とする。
【００２３】
【数６】
【００２４】
比較部１４によりばらつきの有無が判定されたアップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕ（ｔ）は、ばらつき有りの場合にはばらつき除去部１７で除去され、ばらつき無しの場合には記憶部１６に記憶されるとともに、距離・速度導出部２２へ入力される。
同様に、比較部１８によりばらつきの有無を判定されたダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄ（ｔ）は、ばらつき有りの場合にはばらつき除去部２１で除去され、ばらつき無しの場合には記憶部２０に記憶されるとともに、距離・速度導出部２２へ入力される。
【００２５】
なお、ビート信号の周波数がばらつき有りとしてばらつき除去部で除去された場合、ビート信号の周波数Ｕ（ｔ）、Ｄ（ｔ）の代わりに、前回のビート信号の周波数データＵ（ｔ−Δｔ）、Ｄ（ｔ−Δｔ）を使用してもよい。
【００２６】
距離・速度導出部２２は、入力されたビート信号の周波数Ｕ（ｔ）とＤ（ｔ）について式（５）、（６）により距離と速度を求める。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置の信号処理部は以上のように構成され、時系列方向のビート周波数のばらつきを抑えることができる。しかし、上記例をはじめとする従来技術では、目標の距離と速度を得るにはアップフェーズにおけるビート周波数とダウンフェーズにおけるビート周波数の周波数対が必要であった。
【００２８】
そのため、もし、一方の周波数が得られない場合には、実際には存在するにも関わらず周波数対が選択されなかったために検知されない（不検知）目標や、得られなかったビート周波数の代わりに過去のビート周波数を用いたために誤った周波数対を選択してしまい、本来存在しないはずの目標（偽目標）が発生し計測結果の信頼性を低下させる要因となっていた。
【００２９】
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、アップ（あるいはダウン）フェーズのビート信号の周波数の時系列方向の情報を利用してアップ（あるいはダウン）フェーズのビート信号の周波数のみで目標の距離と速度を求めるようにすることで、偽目標や不検知目標を減らして信頼性の高い計測結果を得ることができる距離・速度計測方法とその方法を用いたレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る距離・速度計測方法は、三角波の周波数変調を施した連続波レーダの送信信号と受信信号とのビート信号に基づいて目標の相対距離及び相対速度を計測する距離・速度計測方法において、アップフェーズ（変調周波数上昇期間）とダウンフェーズ（変調周波数下降期間）とにおけるビート信号からビート周波数を抽出する周波数分析段階と、抽出されたアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数から目標に対応するビート周波数の周波数対を選択する周波数対選択段階と、選択された周波数対に基づいて現時点の目標の相対距離と相対速度を求める距離・速度導出段階と、上記現時点の目標の相対距離と相対速度に基づいて目標の運動を想定して所定時間後における距離の予測値と速度の予測値を求める距離・速度予測段階と、上記距離の予測値と速度の予測値に基づいてアップフェーズまたはダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値を求める周波数予測段階と、予測されたビート信号の周波数の予測値と所定時間後におけるビート信号の周波数とを比較してその差があらかじめ設定された許容周波数幅の範囲内に存在するビート周波数の有無を判定する周波数比較段階と、上記距離の予測値と速度の予測値及び上記ビート信号の周波数の予測値と、所定時間後におけるビート信号の周波数の観測値とに基づいて距離と速度の平滑値を求める距離・速度平滑段階と、上記周波数予測段階により得られるアップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみを利用して次回以降の観測時における目標の相対距離及び相対速度を上記距離・速度平滑段階から得る次回以降の計測段階とを備えたことを特徴とするものである。
【００３１】
また、上記次回以降の計測段階は、アップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみで処理することを優先し、当該一方のフェーズで目標が検知されなかった場合にのみ、他方のフェーズにおけるビート周波数のみで処理することを特徴とするものである。
【００３２】
また、上記次回以降の計測段階は、アップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみで目標の相対距離と相対速度を得る際に、観測値、予測値、及び観測値と予測値とから得られる平滑値を用いることを特徴とするものである。
【００３３】
また、上記次回以降の計測段階は、次回観測時刻ｔ＋Δｔにおける距離の予測値をＲｐ（ｔ＋Δｔ）、速度の予測値をＶｐ（ｔ＋Δｔ）、アップフェーズにおけるビート周波数の予測値をＵｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値をＤｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、アップフェーズにおけるビート周波数の観測値をＵ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の観測値をＤ（ｔ＋Δｔ）ｘとしたとき、距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を、下記の式
【００３４】
【数７】
【００３５】
を用いて求めることを特徴とするものである。
【００３６】
また、この発明に係るレーダ信号処理装置は、三角波の周波数変調を施した連続波レーダの送信信号と受信信号とのビート信号に基づいて目標の相対距離及び相対速度を計測するレーダ信号処理装置において、アップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号を入力し、各ビート信号の周波数を抽出する周波数分析手段と、上記周波数分析手段により抽出されたアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数から目標に対応する周波数対を選択する周波数対選択手段と、上記周波数選択手段により選択された周波数対を入力して現時点の目標の相対距離と相対速度を求める距離・速度導出手段と、上記距離・速度導出手段からの現時点の目標の相対距離と相対速度を入力し、目標の運動を想定して所定時刻後における距離の予測値と速度の予測値を計算する距離・速度予測手段と、上記距離・速度予測手段からの距離の予測値と速度の予測値を入力してアップフェーズまたはダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値を計算する周波数予測手段と、上記周波数予測手段により予測されたビート信号の周波数の予測値と所定時刻後におけるビート信号の周波数とを比較してその差があらかじめ設定された許容周波数幅の範囲内に存在するビート周波数の有無を判定する周波数比較手段と、上記距離・速度予測手段からの距離と速度の予測値及び上記周波数予測手段からのビート周波数の予測値と、上記周波数分析手段により得られる所定時刻後におけるビート信号の周波数の観測値とに基づいて距離と速度の平滑値を求める距離・速度平滑手段とを備え、上記周波数予測手段により得られるアップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみを利用して次回以降の観測時における目標の相対距離及び相対速度を上記距離・速度平滑手段から得ることを特徴とするものである。
【００３７】
また、上記周波数予測手段と上記周波数比較手段及び上記距離・速度平滑手段として、アップフェーズまたはダウンフェーズのフェーズ毎に一対備え、上記次回以降の計測時に、アップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおける上記周波数予測手段と上記周波数比較手段及び上記距離・速度平滑手段による処理を優先し、当該一方のフェーズで目標が検知されなかった場合にのみ、他方のフェーズにおける上記周波数予測手段と上記周波数比較手段及び上記距離・速度平滑手段のみで処理を行うことを特徴とするものである。
【００３８】
さらに、上記距離・速度平滑手段は、次回観測時刻ｔ＋Δｔにおける距離の予測値をＲｐ（ｔ＋Δｔ）、速度の予測値をＶｐ（ｔ＋Δｔ）、アップフェーズにおけるビート周波数の予測値をＵｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値をＤｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、アップフェーズにおけるビート周波数の観測値をＵ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の観測値をＤ（ｔ＋Δｔ）ｘとしたとき、距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を、下記の式
【００３９】
【数８】
【００４０】
を用いて求めることを特徴とするものである。
【００４１】
【発明の実施の形態】
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、この発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置を示す構成図である。図１において、図４に示す従来例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、１０１、１０２、１０４はスイッチ部、１０３は周波数分析部１２により抽出されたアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数から目標に対応する周波数対を選択する周波数対選択部、１０５は距離・速度導出部２２からの現時点の目標の相対距離と相対速度を入力し目標の運動を想定して所定時刻後における距離の予測値と速度の予測値を予測計算する距離・速度予測部である。
【００４２】
また、１０６、１０７は距離・速度予測部１０５から距離と速度の予測値を入力しアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値をそれぞれ予測計算する周波数予測部、１０８、１０９は周波数予測部１０６，１０７により予測されたビート信号の周波数の予測値と所定時刻後におけるビート信号の周波数とを比較してその差があらかじめ設定された許容周波数幅の範囲内に存在するビート周波数の有無を判定する周波数比較部、１１０、１１１は距離・速度予測部１０６，１０７からの距離と速度の予測値及び周波数予測手段からのビート信号の周波数の観測値とに基づいて距離と速度の平滑値を求める距離・速度平滑部である。
【００４３】
また、図２は、図１に示すレーダ信号処理装置における目標の相対距離と相対速度を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
図２に示すフローチャートの手順に従って、図１に示すレーダ信号処理装置によるり標の相対距離と相対速度を計測する動作を説明する。
【００４４】
計測動作が開始された時点がステップＰ０に対応し、信号処理装置内部の時刻ｔが０に設定される。このとき、スイッチ部１０１およびスイッチ部１０２はともにＡ１端子に接続され、スイッチ部１０４はＢ０端子に接続される。
【００４５】
ステップＰ１では、周波数分析部１２が、Ａ／Ｄ変換部１１によりディジタル信号に変換されたアップフェーズにおけるビート信号を入力し、例えばＦＦＴを用いた周波数分析によりビート信号の周波数Ｕ（ｔ）ｉを抽出する。ビート信号の周波数Ｕ（ｔ）ｉは、スイッチ部１３およびスイッチ部１０１を経由して、周波数対選択部１０３へ入力される。
ステップＰ２では、現時点の時刻ｔを参照し、ｔ＝０であればステップＰ３へ進み、ｔ≠０であればステップＰ９へ進む。ここでは、まず、ｔ＝０としてステップＰ３へ進む。
ステップＰ３では、周波数分析部１２が、Ａ／Ｄ変換部１１によりディジタル信号に変換されたダウンフェーズにおけるビート信号を入力し、例えばＦＦＴを用いた周波数分析によりビート信号の周波数Ｄ（ｔ）ｊを抽出する。
【００４６】
ビート信号の周波数Ｄ（ｔ）ｊは、スイッチ部１３およびスイッチ部１０１を経由して、周波数対選択部１０３へ入力される。
【００４７】
ステップＰ４では、現時点の時刻ｔを参照し、ｔ＝０であればステップＰ５へ進み、ｔ≠０であればステップＰ１３へ進む。ここでは、まず、ｔ＝０としてステップＰ５へ進む。
【００４８】
ステップＰ５では、周波数対選択部１０３が、入力されたビート信号の周波数Ｕ（ｔ）ｉとＤ（ｔ）ｊから目標に対応する周波数対｛Ｕ（ｔ）ｘ,Ｄ（ｔ）ｙ｝を選択する。
ステップＰ６では、距離・速度導出部２２が周波数対｛Ｕ（ｔ）ｘ,Ｄ（ｔ）ｙ｝を入力して、式（５）、（６）により現時点の目標の相対距離ｒ（ｔ）と相対速度ｖ（ｔ）を求め、スイッチ部１０４を介して計測結果として出力する。
【００４９】
ステップＰ７では、距離・速度予測部１０５が現時点の目標の相対距離ｒ（ｔ）と相対速度ｖ（ｔ）を入力し、目標の運動を想定して次回観測時刻ｔ＋Δｔにおける距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）を計算する。例えば、目標が等速運動をしていると想定した場合、以下の式（１１）、（１２）により計算される。
【００５０】
【数９】
【００５１】
さらに、周波数予測部１０６が距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）を入力してアップフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値Ｕp（ｔ＋Δｔ）ｘを式（１）から計算し、周波数予測部１０７が距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）を入力してダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値Ｄｐ（ｔ＋Δｔ）ｘを式（２）から計算する。
【００５２】
ステップＰ８では、信号処理装置内部の時刻ｔにΔｔが加えられ、ｔ＋Δｔにおける計測を行うため、ステップＰ１へ戻る。
【００５３】
ステップＰ１では、上記と同様にしてビート周波数Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｉが抽出される。
ステップＰ２では、ｔ≠０としてステップＰ９へ進む。
【００５４】
ステップＰ９では、周波数比較部１０８があらかじめ設定された許容周波数幅Ｆｕに基づき、式（１３）を満たすビート周波数Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｉの有無を判定する。すなわち、アップフェーズで目標が検知されるか否かを判定する。
【００５５】
【数１０】
【００５６】
ステップＰ１０では、ビート周波数Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｉがあれば、それをＵ（ｔ＋Δｔ）ｘとしてステップＰ１１へ進み、なければステップＰ３に進む。ここでは、まず、Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｘがあるとしてステップＰ１１へ進む。
【００５７】
ステップＰ１１では、距離・速度平滑部１１０が予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）、Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）、Ｕp（ｔ＋Δｔ）ｘと観測値Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｘから距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を以下の式（１４）、（１５）で計算する。
【００５８】
【数１１】
【００５９】
このとき、スイッチ部１０４では、Ｂｕ端子に接続となり、式（１４）、（１５）の距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）が計測結果として出力される。すなわち、アップフェーズのビート周波数のみで目標の距離と速度が得られるようになる。
【００６０】
ステップＰ１２ではステップＰ７と同様に、距離・速度予測部１０５が式（１４）、（１５）の距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を現時点の距離と速度として入力し、目標の運動を想定して次回観測時刻ｔ＋２Δｔにおける距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋２Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋２Δｔ）を計算する。
【００６１】
さらに、周波数予測部１０６が距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋２Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋２Δｔ）を入力してアップフェーズにおけるビート周波数の予測値Ｕp（ｔ＋２Δｔ）ｘを式（１）から計算し、周波数予測部１０７が予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）とＶｐ（ｔ＋Δｔ）を入力してダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値Ｄｐ（ｔ＋２Δｔ）ｘを式（２）から計算する。
【００６２】
ステップＰ８では、信号処理装置内部の時刻ｔにΔｔが加えられ、ｔ＋２Δｔにおける計測を行うため、ステップＰ１へ戻り、上記の動作を繰り返す。
【００６３】
次に、ステップＰ１０において、Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｘがなく、すなわち、目標が検知されなく、ステップＰ３へ進む場合を以下に説明する。ステップＰ３では、上記と同様にしてＤ（ｔ＋Δｔ）ｊが抽出される。
【００６４】
ステップＰ４では、ｔ≠０としてステップＰ１３へ進む。
【００６５】
ステップＰ１３では、周波数比較部１０９があらかじめ設定された許容周波数幅Ｆｄに基づき、式（１６）を満たすＤ（ｔ＋Δｔ）ｊの有無が判定される。
【００６６】
【数１２】
【００６７】
ステップＰ１４では、Ｄ（ｔ＋Δｔ）ｊがなければステップＰ５へ進み、上記の動作を行う。
【００６８】
一方、Ｄ（ｔ＋Δｔ）ｊがあればそれをＤ（ｔ＋Δｔ）yとしてステップＰ１５に進む。
【００６９】
ステップＰ１５では、ステップＰ１１と同様に距離・速度平滑部１１１が予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）、Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）、Ｄｐ（ｔ＋Δｔ）yと観測値Ｄ（ｔ＋Δｔ）yから距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を以下の式で計算する。
【００７０】
【数１３】
【００７１】
このとき、スイッチ部１０４ではＢｄ端子に接続となり、式（１７）、（１８）の距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）が計測結果として出力される。すなわち、ダウンフェーズのビート周波数のみで目標の距離と速度が得られるようになる。
【００７２】
ステップＰ１６では、ステップＰ１２と同様に、距離・速度予測部１０５が式（１７）、（１８）の距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を現時点の距離と速度として入力し、目標の運動を想定して次回観測時刻ｔ＋２Δｔにおける距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋２Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋２Δｔ）を計算する。
【００７３】
さらに、周波数予測部１０６がＲｐ（ｔ＋２Δｔ）とＶｐ（ｔ＋２Δｔ）を入力してアップフェーズにおけるビート周波数の予測値Ｕp（ｔ＋２Δｔ）ｘを式（１）から計算し、周波数予測部１０７がＲｐ（ｔ＋Δｔ）とＶｐ（ｔ＋Δｔ）を入力してダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値Ｄｐ（ｔ＋２Δｔ）ｘを式（２）から計算する。
【００７４】
ステップＰ８では、信号処理装置内部の時刻ｔにΔｔが加えられ、ｔ＋２Δｔにおける計測を行うため、ステップＰ１へ戻り、上記の動作を繰り返す。
【００７５】
なお、図１の各構成要素は、それぞれ専用の演算回路で実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）に組み込まれたプログラムで実現してもよい。
【００７６】
また、図２において、ステップＰ０からＰ７は、現在の計測段階を構成し、ステップＰ８→Ｐ１→Ｐ２→Ｐ９〜Ｐ１２は、アップフェーズにおけるビート周波数のみを利用して次回以降の観測時における目標の相対距離と相対速度を計測する次回以降の計測段階を構成するものであるが、アップフェーズに代えてダウンフェーズにおけるビート周波数のみを利用するようにしてもよく、ダウンフェーズにおけるビート周波数のみを利用して計測する計測段階を構成する場合には、ステップＰ３→Ｐ４→Ｐ１３〜Ｐ１６を、アップフェーズにおけるビート周波数のみを利用する計測段階として入れ換えても良い。
【００７７】
したがって、上述した実施の形態によれば、一方のフェーズの周波数のみで目標の相対距離と相対速度を得るようにしたので、不検知目標や偽目標を減らして高い信頼性のある計測結果を得ることができる。
【００７８】
また、一方のフェーズの周波数のみによる計測処理を優先して行い、目標が検知されなかった場合にのみ他方の周波数による計測処理を行うようにしたので、不検知目標を減らして高い信頼性のある計測結果を得ることができる。
【００７９】
また、一方のフェーズの周波数のみによる計測処理において観測値と予測値と平滑値を用いるようにしたので、偽目標を減らして高い信頼性のある計測結果を得ることができる。
【００８０】
さらに、一方のフェーズの周波数のみによる計測処理において、式（１４）、（１５）、（１７）、（１８）を用いるようにしたので、精度の良い計測結果を得ることができる。
【００８１】
産業上の利用の可能性
以上のように、この発明によれば、アップ（あるいはダウン）フェーズのビート信号の周波数の時系列方向の情報を利用してアップ（あるいはダウン）フェーズのビート信号の周波数のみで目標の相対距離と相対速度を求めるようにすることで、偽目標や不検知目標を減らして信頼性の高い計測結果を得ることができる距離・速度計測方法とその方法を用いたレーダ信号処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置の構成図、
【図２】 図１のレーダ信号処理装置における目標の相対距離と相対速度を計測するための処理手順を示すフローチャート、
【図３】 ＦＭＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数特性を示す図、
【図４】 日本国特開平５−２４９２３３号公報に開示されたミリ波レーダ装置の信号処理部の構成を示す図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、たとえば車両等の移動体に搭載されるレーダの信号処理装置に係り、特に、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距離・速度計測方法とその方法を用いたレーダ信号処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両等に搭載されるレーダは、計測対象とする目標の距離が数ｍ〜２００ｍ程度の範囲であり、このような範囲内にある計測対象を検出するためのレーダ方式として、“Introduction to Radar Systems” M. I. SKOLNIK, McGRAW-HILL BOOK COMPANY, INC.（1962）をはじめとして、“RADAR HANDBOOK” M. I. SKOLNIK, McGRAW-HILL BOOK COMPANY, INC.（1970）や“レーダ技術” 吉田 孝 監修、電子情報通信学会編（1989）などに記載され、公知なＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式を用いることが多い。
【０００３】
図３は、ＦＭＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数特性を示したものであり、目標に対し送信される三角波の周波数変調を施した連続波の送信信号と目標から反射される受信信号とのビート信号から目標の相対距離及び相対速度を求める際の信号対時間の関係を示している。ここで、時間の経過につれて搬送波周波数が高くなる変調区間をアップフェーズ（変調周波数上昇期間）とし、他方、時間の経過につれて搬送波周波数が低くなる変調区間をダウンフェーズ（変調周波数下降期間）とする。
【０００４】
図３において、１は送信信号、２は受信信号、３はビート信号であり、アップフェーズにおけるビート信号３の周波数Ｕとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄは、周波数掃引幅をＢ、周波数掃引時間をＴ、光速をｃ、波長をλ、目標までの相対距離をｒ、目標の相対速度をｖとするとき、下記の式で表される。
【０００５】
【数１】
これらの関係により、目標の相対距離ｒと相対速度ｖは、式（３）、（４）に示すビート周波数ＵとＤの減算と加算による結果を利用して、式（５）、（６）から得られる。
【０００７】
【数２】
また、目標が複数（Ｎ）の場合には、アップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕｉ｛ｉ＝Ｎｕ，Ｎｕ≦Ｎ｝とダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄｊ｛ｊ＝Ｎｄ，Ｎｄ≦Ｎ｝が得られるので、あらかじめ設定された基準により周波数対（Ｕｘ，Ｄｙ）が選ばれ、その周波数対を式（５）、（６）に代入して各目標の相対距離と相対速度が得られる。
【０００９】
この選定基準として、例えばビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク強度を利用するものがあり、日本国特開平５−１４２３３７号公報では強度の大きさ順に対を決めている。また、日本国特開平１１−３３７６３５号公報ではビームを走査して得られる複数方向の強度パターンを利用している。
【００１０】
このような目標の相対距離と相対速度は、一般にはあらかじめ設定された時間間隔で繰返し計測される。
【００１１】
しかし、現実には目標である車両からの反射状態や、送受信装置の構成要素の特性などにより、時系列上の計測において、ビート信号の周波数にばらつきが生じ、距離・速度の計測結果が不安定になるという問題があった。
【００１２】
このような問題に対して、日本国特開平５−１４２３３８号公報、日本国特開平５−１５００３５号公報や日本国特開平５−２４９２３３号公報などでは、ビート信号の周波数に関して時系列方向の情報を利用することが開示されている。
【００１３】
例えば、図４は、日本国特開平５−２４９２３３号公報に開示されたミリ波レーダ装置の信号処理部の構成を示す図である。図示する信号処理部１０は、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部１１、周波数分析部１２、スイッチ部１３、比較部１４と１８、基準値形成部１５と１９、記憶部１６と２０、ばらつき除去部１７と２１、距離・速度導出部２２を備えている。
【００１４】
次に動作について説明する。図４に示す信号処理部１０において、目標に対するビート信号３がアナログ信号として入力され、このビート信号はＡ／Ｄ変換部１１でディジタル信号に変換される。周波数分析部１２ではＦＦＴ（Fast Fourier Transform）などによって周波数分析が行われ、アップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄが抽出される。
【００１５】
これら周波数は、スイッチ部１３を介して、計測時の時刻ｔと関連づけられ、周波数ＵはＵ（ｔ）として記憶部１６に記憶され、周波数ＤはＤ（ｔ）として記憶部２０に記憶される。
【００１６】
時刻ｔにおいて、基準値形成部１５は、記憶部１６に記憶された過去のデータを利用して基準値Ｕｒｅｆ（ｔ）を設定する。例えば計測間隔がΔｔであるとして、式（７）により基準値Ｕｒｅｆ（ｔ）を設定する。
【００１７】
【数３】
同様に、基準値形成部１９は、記憶部２０に記憶された過去のデータを利用して基準値Ｄｒｅｆ（ｔ）を設定する。例えば式（８）により基準値Ｄｒｅｆ（ｔ）を設定する。
【００１９】
【数４】
比較部１４は、スイッチ部１３を経由して入力されるアップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕ（ｔ）を基準値形成部１５で設定された基準値Ｕｒｅｆ（ｔ）と比較して、アップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕ（ｔ）がばらつきのないデータであるかを判定する。例えばあらかじめ設定した許容幅Ｗｕに対して式（９）の関係を満足するかどうかを判定基準とする。
【００２１】
【数５】
同様に、比較部１８は、スイッチ部１３を経由して入力されるダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄ（ｔ）を基準値形成部１９で設定された基準値Ｄｒｅｆ（ｔ）と比較して、ダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄ（ｔ）がばらつきのないデータであるかを判定する。例えばあらかじめ設定した許容幅Ｗｄに対して式（１０）の関係を満足するかどうかを判定基準とする。
【００２３】
【数６】
比較部１４によりばらつきの有無が判定されたアップフェーズにおけるビート信号の周波数Ｕ（ｔ）は、ばらつき有りの場合にはばらつき除去部１７で除去され、ばらつき無しの場合には記憶部１６に記憶されるとともに、距離・速度導出部２２へ入力される。
同様に、比較部１８によりばらつきの有無を判定されたダウンフェーズにおけるビート信号の周波数Ｄ（ｔ）は、ばらつき有りの場合にはばらつき除去部２１で除去され、ばらつき無しの場合には記憶部２０に記憶されるとともに、距離・速度導出部２２へ入力される。
【００２５】
なお、ビート信号の周波数がばらつき有りとしてばらつき除去部で除去された場合、ビート信号の周波数Ｕ（ｔ）、Ｄ（ｔ）の代わりに、前回のビート信号の周波数データＵ（ｔ−Δｔ）、Ｄ（ｔ−Δｔ）を使用してもよい。
【００２６】
距離・速度導出部２２は、入力されたビート信号の周波数Ｕ（ｔ）とＤ（ｔ）について式（５）、（６）により距離と速度を求める。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーダ装置の信号処理部は以上のように構成され、時系列方向のビート周波数のばらつきを抑えることができる。しかし、上記例をはじめとする従来技術では、目標の距離と速度を得るにはアップフェーズにおけるビート周波数とダウンフェーズにおけるビート周波数の周波数対が必要であった。
【００２８】
そのため、もし、一方の周波数が得られない場合には、実際には存在するにも関わらず周波数対が選択されなかったために検知されない（不検知）目標や、得られなかったビート周波数の代わりに過去のビート周波数を用いたために誤った周波数対を選択してしまい、本来存在しないはずの目標（偽目標）が発生し計測結果の信頼性を低下させる要因となっていた。
【００２９】
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、アップ（あるいはダウン）フェーズのビート信号の周波数の時系列方向の情報を利用してアップ（あるいはダウン）フェーズのビート信号の周波数のみで目標の距離と速度を求めるようにすることで、偽目標や不検知目標を減らして信頼性の高い計測結果を得ることができる距離・速度計測方法とその方法を用いたレーダ信号処理装置を得ることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明に係る距離・速度計測方法は、三角波の周波数変調を施した連続波レーダの送信信号と受信信号とのビート信号に基づいて目標の相対距離及び相対速度を計測する距離・速度計測方法において、アップフェーズ（変調周波数上昇期間）とダウンフェーズ（変調周波数下降期間）とにおけるビート信号からビート周波数を抽出する周波数分析段階と、抽出されたアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数から目標に対応するビート周波数の周波数対を選択する周波数対選択段階と、選択された周波数対に基づいて現時点の目標の相対距離と相対速度を求める距離・速度導出段階と、上記現時点の目標の相対距離と相対速度に基づいて目標の運動を想定して所定時間後における距離の予測値と速度の予測値を求める距離・速度予測段階と、上記距離の予測値と速度の予測値に基づいてアップフェーズまたはダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値を求める周波数予測段階と、予測されたビート信号の周波数の予測値と所定時間後におけるビート信号の周波数とを比較してその差があらかじめ設定された許容周波数幅の範囲内に存在するビート周波数の有無を判定する周波数比較段階と、上記距離の予測値と速度の予測値及び上記ビート信号の周波数の予測値と、所定時間後におけるビート信号の周波数の観測値とに基づいて距離と速度の平滑値を求める距離・速度平滑段階と、上記周波数予測段階により得られるアップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみを利用して次回以降の観測時における目標の相対距離及び相対速度を上記距離・速度平滑段階から得る次回以降の計測段階とを備えたことを特徴とするものである。
【００３１】
また、上記次回以降の計測段階は、アップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみで処理することを優先し、当該一方のフェーズで目標が検知されなかった場合にのみ、他方のフェーズにおけるビート周波数のみで処理することを特徴とするものである。
【００３２】
また、上記次回以降の計測段階は、アップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみで目標の相対距離と相対速度を得る際に、観測値、予測値、及び観測値と予測値とから得られる平滑値を用いることを特徴とするものである。
【００３３】
また、上記次回以降の計測段階は、次回観測時刻ｔ＋Δｔにおける距離の予測値をＲｐ（ｔ＋Δｔ）、速度の予測値をＶｐ（ｔ＋Δｔ）、アップフェーズにおけるビート周波数の予測値をＵｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値をＤｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、アップフェーズにおけるビート周波数の観測値をＵ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の観測値をＤ（ｔ＋Δｔ）ｘとしたとき、距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を、下記の式
【００３４】
【数７】
を用いて求めることを特徴とするものである。
【００３６】
また、この発明に係るレーダ信号処理装置は、三角波の周波数変調を施した連続波レーダの送信信号と受信信号とのビート信号に基づいて目標の相対距離及び相対速度を計測するレーダ信号処理装置において、アップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号を入力し、各ビート信号の周波数を抽出する周波数分析手段と、上記周波数分析手段により抽出されたアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数から目標に対応する周波数対を選択する周波数対選択手段と、上記周波数選択手段により選択された周波数対を入力して現時点の目標の相対距離と相対速度を求める距離・速度導出手段と、上記距離・速度導出手段からの現時点の目標の相対距離と相対速度を入力し、目標の運動を想定して所定時刻後における距離の予測値と速度の予測値を計算する距離・速度予測手段と、上記距離・速度予測手段からの距離の予測値と速度の予測値を入力してアップフェーズまたはダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値を計算する周波数予測手段と、上記周波数予測手段により予測されたビート信号の周波数の予測値と所定時刻後におけるビート信号の周波数とを比較してその差があらかじめ設定された許容周波数幅の範囲内に存在するビート周波数の有無を判定する周波数比較手段と、上記距離・速度予測手段からの距離と速度の予測値及び上記周波数予測手段からのビート周波数の予測値と、上記周波数分析手段により得られる所定時刻後におけるビート信号の周波数の観測値とに基づいて距離と速度の平滑値を求める距離・速度平滑手段とを備え、上記周波数予測手段により得られるアップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみを利用して次回以降の観測時における目標の相対距離及び相対速度を上記距離・速度平滑手段から得ることを特徴とするものである。
【００３７】
また、上記周波数予測手段と上記周波数比較手段及び上記距離・速度平滑手段として、アップフェーズまたはダウンフェーズのフェーズ毎に一対備え、上記次回以降の計測時に、アップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおける上記周波数予測手段と上記周波数比較手段及び上記距離・速度平滑手段による処理を優先し、当該一方のフェーズで目標が検知されなかった場合にのみ、他方のフェーズにおける上記周波数予測手段と上記周波数比較手段及び上記距離・速度平滑手段のみで処理を行うことを特徴とするものである。
【００３８】
さらに、上記距離・速度平滑手段は、次回観測時刻ｔ＋Δｔにおける距離の予測値をＲｐ（ｔ＋Δｔ）、速度の予測値をＶｐ（ｔ＋Δｔ）、アップフェーズにおけるビート周波数の予測値をＵｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値をＤｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、アップフェーズにおけるビート周波数の観測値をＵ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の観測値をＤ（ｔ＋Δｔ）ｘとしたとき、距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を、下記の式
【００３９】
【数８】
を用いて求めることを特徴とするものである。
【００４１】
【発明の実施の形態】
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、この発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置を示す構成図である。図１において、図４に示す従来例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、１０１、１０２、１０４はスイッチ部、１０３は周波数分析部１２により抽出されたアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数から目標に対応する周波数対を選択する周波数対選択部、１０５は距離・速度導出部２２からの現時点の目標の相対距離と相対速度を入力し目標の運動を想定して所定時刻後における距離の予測値と速度の予測値を予測計算する距離・速度予測部である。
【００４２】
また、１０６、１０７は距離・速度予測部１０５から距離と速度の予測値を入力しアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値をそれぞれ予測計算する周波数予測部、１０８、１０９は周波数予測部１０６，１０７により予測されたビート信号の周波数の予測値と所定時刻後におけるビート信号の周波数とを比較してその差があらかじめ設定された許容周波数幅の範囲内に存在するビート周波数の有無を判定する周波数比較部、１１０、１１１は距離・速度予測部１０６，１０７からの距離と速度の予測値及び周波数予測手段からのビート信号の周波数の観測値とに基づいて距離と速度の平滑値を求める距離・速度平滑部である。
【００４３】
また、図２は、図１に示すレーダ信号処理装置における目標の相対距離と相対速度を計測するための処理手順を示すフローチャートである。
図２に示すフローチャートの手順に従って、図１に示すレーダ信号処理装置によるり標の相対距離と相対速度を計測する動作を説明する。
【００４４】
計測動作が開始された時点がステップＰ０に対応し、信号処理装置内部の時刻ｔが０に設定される。このとき、スイッチ部１０１およびスイッチ部１０２はともにＡ１端子に接続され、スイッチ部１０４はＢ０端子に接続される。
【００４５】
ステップＰ１では、周波数分析部１２が、Ａ／Ｄ変換部１１によりディジタル信号に変換されたアップフェーズにおけるビート信号を入力し、例えばＦＦＴを用いた周波数分析によりビート信号の周波数Ｕ（ｔ）ｉを抽出する。ビート信号の周波数Ｕ（ｔ）ｉは、スイッチ部１３およびスイッチ部１０１を経由して、周波数対選択部１０３へ入力される。
ステップＰ２では、現時点の時刻ｔを参照し、ｔ＝０であればステップＰ３へ進み、ｔ≠０であればステップＰ９へ進む。ここでは、まず、ｔ＝０としてステップＰ３へ進む。
ステップＰ３では、周波数分析部１２が、Ａ／Ｄ変換部１１によりディジタル信号に変換されたダウンフェーズにおけるビート信号を入力し、例えばＦＦＴを用いた周波数分析によりビート信号の周波数Ｄ（ｔ）ｊを抽出する。
【００４６】
ビート信号の周波数Ｄ（ｔ）ｊは、スイッチ部１３およびスイッチ部１０１を経由して、周波数対選択部１０３へ入力される。
【００４７】
ステップＰ４では、現時点の時刻ｔを参照し、ｔ＝０であればステップＰ５へ進み、ｔ≠０であればステップＰ１３へ進む。ここでは、まず、ｔ＝０としてステップＰ５へ進む。
【００４８】
ステップＰ５では、周波数対選択部１０３が、入力されたビート信号の周波数Ｕ（ｔ）ｉとＤ（ｔ）ｊから目標に対応する周波数対｛Ｕ（ｔ）ｘ,Ｄ（ｔ）ｙ｝を選択する。
ステップＰ６では、距離・速度導出部２２が周波数対｛Ｕ（ｔ）ｘ,Ｄ（ｔ）ｙ｝を入力して、式（５）、（６）により現時点の目標の相対距離ｒ（ｔ）と相対速度ｖ（ｔ）を求め、スイッチ部１０４を介して計測結果として出力する。
【００４９】
ステップＰ７では、距離・速度予測部１０５が現時点の目標の相対距離ｒ（ｔ）と相対速度ｖ（ｔ）を入力し、目標の運動を想定して次回観測時刻ｔ＋Δｔにおける距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）を計算する。例えば、目標が等速運動をしていると想定した場合、以下の式（１１）、（１２）により計算される。
【００５０】
【数９】
さらに、周波数予測部１０６が距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）を入力してアップフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値Ｕp（ｔ＋Δｔ）ｘを式（１）から計算し、周波数予測部１０７が距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）を入力してダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値Ｄｐ（ｔ＋Δｔ）ｘを式（２）から計算する。
【００５２】
ステップＰ８では、信号処理装置内部の時刻ｔにΔｔが加えられ、ｔ＋Δｔにおける計測を行うため、ステップＰ１へ戻る。
【００５３】
ステップＰ１では、上記と同様にしてビート周波数Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｉが抽出される。
ステップＰ２では、ｔ≠０としてステップＰ９へ進む。
【００５４】
ステップＰ９では、周波数比較部１０８があらかじめ設定された許容周波数幅Ｆｕに基づき、式（１３）を満たすビート周波数Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｉの有無を判定する。すなわち、アップフェーズで目標が検知されるか否かを判定する。
【００５５】
【数１０】
ステップＰ１０では、ビート周波数Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｉがあれば、それをＵ（ｔ＋Δｔ）ｘとしてステップＰ１１へ進み、なければステップＰ３に進む。ここでは、まず、Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｘがあるとしてステップＰ１１へ進む。
【００５７】
ステップＰ１１では、距離・速度平滑部１１０が予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）、Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）、Ｕp（ｔ＋Δｔ）ｘと観測値Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｘから距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を以下の式（１４）、（１５）で計算する。
【００５８】
【数１１】
このとき、スイッチ部１０４では、Ｂｕ端子に接続となり、式（１４）、（１５）の距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）が計測結果として出力される。すなわち、アップフェーズのビート周波数のみで目標の距離と速度が得られるようになる。
【００６０】
ステップＰ１２ではステップＰ７と同様に、距離・速度予測部１０５が式（１４）、（１５）の距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を現時点の距離と速度として入力し、目標の運動を想定して次回観測時刻ｔ＋２Δｔにおける距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋２Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋２Δｔ）を計算する。
【００６１】
さらに、周波数予測部１０６が距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋２Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋２Δｔ）を入力してアップフェーズにおけるビート周波数の予測値Ｕp（ｔ＋２Δｔ）ｘを式（１）から計算し、周波数予測部１０７が予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）とＶｐ（ｔ＋Δｔ）を入力してダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値Ｄｐ（ｔ＋２Δｔ）ｘを式（２）から計算する。
【００６２】
ステップＰ８では、信号処理装置内部の時刻ｔにΔｔが加えられ、ｔ＋２Δｔにおける計測を行うため、ステップＰ１へ戻り、上記の動作を繰り返す。
【００６３】
次に、ステップＰ１０において、Ｕ（ｔ＋Δｔ）ｘがなく、すなわち、目標が検知されなく、ステップＰ３へ進む場合を以下に説明する。ステップＰ３では、上記と同様にしてＤ（ｔ＋Δｔ）ｊが抽出される。
【００６４】
ステップＰ４では、ｔ≠０としてステップＰ１３へ進む。
【００６５】
ステップＰ１３では、周波数比較部１０９があらかじめ設定された許容周波数幅Ｆｄに基づき、式（１６）を満たすＤ（ｔ＋Δｔ）ｊの有無が判定される。
【００６６】
【数１２】
ステップＰ１４では、Ｄ（ｔ＋Δｔ）ｊがなければステップＰ５へ進み、上記の動作を行う。
【００６８】
一方、Ｄ（ｔ＋Δｔ）ｊがあればそれをＤ（ｔ＋Δｔ）yとしてステップＰ１５に進む。
【００６９】
ステップＰ１５では、ステップＰ１１と同様に距離・速度平滑部１１１が予測値Ｒｐ（ｔ＋Δｔ）、Ｖｐ（ｔ＋Δｔ）、Ｄｐ（ｔ＋Δｔ）yと観測値Ｄ（ｔ＋Δｔ）yから距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を以下の式で計算する。
【００７０】
【数１３】
このとき、スイッチ部１０４ではＢｄ端子に接続となり、式（１７）、（１８）の距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）が計測結果として出力される。すなわち、ダウンフェーズのビート周波数のみで目標の距離と速度が得られるようになる。
【００７２】
ステップＰ１６では、ステップＰ１２と同様に、距離・速度予測部１０５が式（１７）、（１８）の距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を現時点の距離と速度として入力し、目標の運動を想定して次回観測時刻ｔ＋２Δｔにおける距離の予測値Ｒｐ（ｔ＋２Δｔ）と速度の予測値Ｖｐ（ｔ＋２Δｔ）を計算する。
【００７３】
さらに、周波数予測部１０６がＲｐ（ｔ＋２Δｔ）とＶｐ（ｔ＋２Δｔ）を入力してアップフェーズにおけるビート周波数の予測値Ｕp（ｔ＋２Δｔ）ｘを式（１）から計算し、周波数予測部１０７がＲｐ（ｔ＋Δｔ）とＶｐ（ｔ＋Δｔ）を入力してダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値Ｄｐ（ｔ＋２Δｔ）ｘを式（２）から計算する。
【００７４】
ステップＰ８では、信号処理装置内部の時刻ｔにΔｔが加えられ、ｔ＋２Δｔにおける計測を行うため、ステップＰ１へ戻り、上記の動作を繰り返す。
【００７５】
なお、図１の各構成要素は、それぞれ専用の演算回路で実現してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）あるいはＤＳＰ（Digital Signal Processor）に組み込まれたプログラムで実現してもよい。
【００７６】
また、図２において、ステップＰ０からＰ７は、現在の計測段階を構成し、ステップＰ８→Ｐ１→Ｐ２→Ｐ９〜Ｐ１２は、アップフェーズにおけるビート周波数のみを利用して次回以降の観測時における目標の相対距離と相対速度を計測する次回以降の計測段階を構成するものであるが、アップフェーズに代えてダウンフェーズにおけるビート周波数のみを利用するようにしてもよく、ダウンフェーズにおけるビート周波数のみを利用して計測する計測段階を構成する場合には、ステップＰ３→Ｐ４→Ｐ１３〜Ｐ１６を、アップフェーズにおけるビート周波数のみを利用する計測段階として入れ換えても良い。
【００７７】
したがって、上述した実施の形態によれば、一方のフェーズの周波数のみで目標の相対距離と相対速度を得るようにしたので、不検知目標や偽目標を減らして高い信頼性のある計測結果を得ることができる。
【００７８】
また、一方のフェーズの周波数のみによる計測処理を優先して行い、目標が検知されなかった場合にのみ他方の周波数による計測処理を行うようにしたので、不検知目標を減らして高い信頼性のある計測結果を得ることができる。
【００７９】
また、一方のフェーズの周波数のみによる計測処理において観測値と予測値と平滑値を用いるようにしたので、偽目標を減らして高い信頼性のある計測結果を得ることができる。
【００８０】
さらに、一方のフェーズの周波数のみによる計測処理において、式（１４）、（１５）、（１７）、（１８）を用いるようにしたので、精度の良い計測結果を得ることができる。
【００８１】
産業上の利用の可能性
以上のように、この発明によれば、アップ（あるいはダウン）フェーズのビート信号の周波数の時系列方向の情報を利用してアップ（あるいはダウン）フェーズのビート信号の周波数のみで目標の相対距離と相対速度を求めるようにすることで、偽目標や不検知目標を減らして信頼性の高い計測結果を得ることができる距離・速度計測方法とその方法を用いたレーダ信号処理装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態に係るレーダ信号処理装置の構成図、
【図２】 図１のレーダ信号処理装置における目標の相対距離と相対速度を計測するための処理手順を示すフローチャート、
【図３】 ＦＭＣＷレーダにおける各信号の時間に対する周波数特性を示す図、
【図４】 日本国特開平５−２４９２３３号公報に開示されたミリ波レーダ装置の信号処理部の構成を示す図である。
Claims (7)
- 三角波の周波数変調を施した連続波レーダの送信信号と受信信号とのビート信号に基づいて目標の相対距離及び相対速度を計測する距離・速度計測方法において、
アップフェーズ（変調周波数上昇期間）とダウンフェーズ（変調周波数下降期間）とにおけるビート信号からビート周波数を抽出する周波数分析段階と、
抽出されたアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数から目標に対応するビート周波数の周波数対を選択する周波数対選択段階と、
選択された周波数対に基づいて現時点の目標の相対距離と相対速度を求める距離・速度導出段階と、
上記現時点の目標の相対距離と相対速度に基づいて目標の運動を想定して所定時間後における距離の予測値と速度の予測値を求める距離・速度予測段階と、
上記距離の予測値と速度の予測値に基づいてアップフェーズまたはダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値を求める周波数予測段階と、
予測されたビート信号の周波数の予測値と所定時間後におけるビート信号の周波数とを比較してその差があらかじめ設定された許容周波数幅の範囲内に存在するビート周波数の有無を判定する周波数比較段階と、
上記距離の予測値と速度の予測値及び上記ビート信号の周波数の予測値と、所定時間後におけるビート信号の周波数の観測値とに基づいて距離と速度の平滑値を求める距離・速度平滑段階と、
上記周波数予測段階により得られるアップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみを利用して次回以降の観測時における目標の相対距離及び相対速度を上記距離・速度平滑段階から得る次回以降の計測段階と
を備えたことを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項１に記載の距離・速度計測方法において、
上記次回以降の計測段階は、アップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみで処理することを優先し、当該一方のフェーズで目標が検知されなかった場合にのみ、他方のフェーズにおけるビート周波数のみで処理する
ことを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項２に記載の距離・速度計測方法において、
上記次回以降の計測段階は、アップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみで目標の相対距離と相対速度を得る際に、観測値、予測値、及び観測値と予測値とから得られる平滑値を用いる
ことを特徴とする距離・速度計測方法。 - 請求項３に記載の距離・速度計測方法において、
上記次回以降の計測段階は、次回観測時刻ｔ＋Δｔにおける距離の予測値をＲｐ（ｔ＋Δｔ）、速度の予測値をＶｐ（ｔ＋Δｔ）、アップフェーズにおけるビート周波数の予測値をＵｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値をＤｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、アップフェーズにおけるビート周波数の観測値をＵ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の観測値をＤ（ｔ＋Δｔ）ｘとしたとき、距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を、下記の式
ことを特徴とする距離・速度計測方法。 - 三角波の周波数変調を施した連続波レーダの送信信号と受信信号とのビート信号に基づいて目標の相対距離及び相対速度を計測するレーダ信号処理装置において、
アップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号を入力し、各ビート信号の周波数を抽出する周波数分析手段と、
上記周波数分析手段により抽出されたアップフェーズとダウンフェーズにおけるビート信号の周波数から目標に対応する周波数対を選択する周波数対選択手段と、
上記周波数選択手段により選択された周波数対を入力して現時点の目標の相対距離と相対速度を求める距離・速度導出手段と、
上記距離・速度導出手段からの現時点の目標の相対距離と相対速度を入力し、目標の運動を想定して所定時刻後における距離の予測値と速度の予測値を計算する距離・速度予測手段と、
上記距離・速度予測手段からの距離の予測値と速度の予測値を入力してアップフェーズまたはダウンフェーズにおけるビート信号の周波数の予測値を計算する周波数予測手段と、
上記周波数予測手段により予測されたビート信号の周波数の予測値と所定時刻後におけるビート信号の周波数とを比較してその差があらかじめ設定された許容周波数幅の範囲内に存在するビート周波数の有無を判定する周波数比較手段と、
上記距離・速度予測手段からの距離と速度の予測値及び上記周波数予測手段からのビート周波数の予測値と、上記周波数分析手段により得られる所定時刻後におけるビート信号の周波数の観測値とに基づいて距離と速度の平滑値を求める距離・速度平滑手段と
を備え、上記周波数予測手段により得られるアップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおけるビート周波数のみを利用して次回以降の観測時における目標の相対距離及び相対速度を上記距離・速度平滑手段から得ることを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求項５に記載のレーダ信号処理装置において、
上記周波数予測手段と上記周波数比較手段及び上記距離・速度平滑手段として、アップフェーズまたはダウンフェーズのフェーズ毎に一対備え、上記次回以降の計測時に、アップフェーズまたはダウンフェーズのいずれか一方のフェーズにおける上記周波数予測手段と上記周波数比較手段及び上記距離・速度平滑手段による処理を優先し、当該一方のフェーズで目標が検知されなかった場合にのみ、他方のフェーズにおける上記周波数予測手段と上記周波数比較手段及び上記距離・速度平滑手段のみで処理を行う
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。 - 請求項５に記載のレーダ信号処理装置において、
上記距離・速度平滑手段は、次回観測時刻ｔ＋Δｔにおける距離の予測値をＲｐ（ｔ＋Δｔ）、速度の予測値をＶｐ（ｔ＋Δｔ）、アップフェーズにおけるビート周波数の予測値をＵｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の予測値をＤｐ（ｔ＋Δｔ）ｘ、アップフェーズにおけるビート周波数の観測値をＵ（ｔ＋Δｔ）ｘ、ダウンフェーズにおけるビート周波数の観測値をＤ（ｔ＋Δｔ）ｘとしたとき、距離の平滑値Ｒｓ（ｔ＋Δｔ）と速度の平滑値Ｖｓ（ｔ＋Δｔ）を、下記の式
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。
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