JPH11271431A - Fmcwレーダ装置 - Google Patents

Fmcwレーダ装置

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JPH11271431A
JPH11271431A JP10077970A JP7797098A JPH11271431A JP H11271431 A JPH11271431 A JP H11271431A JP 10077970 A JP10077970 A JP 10077970A JP 7797098 A JP7797098 A JP 7797098A JP H11271431 A JPH11271431 A JP H11271431A
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JP
Japan
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peak
frequency
target
threshold
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP10077970A
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English (en)
Inventor
Koichi Asano
孔一 浅野
Shigeki Oshima
繁樹 大島
Tomoyasu Harada
知育 原田
Naoyuki Yamada
直之 山田
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Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 FMCWレーダ装置において、ターゲット以
外の不要な反射信号(クラッタ)の中からターゲットの
ピークを確実に検出する。 【解決手段】 三角波で周波数変調された送信信号及び
ターゲットで反射した受信信号を検波器16で検波し、
ビート信号を生成する。ビート信号は信号処理装置18
に供給され、周波数分析されて上りフェーズと下りフェ
ーズのピークが検出される。信号処理装置18の閾値演
算部18dは、過去の周波数分析結果からターゲットに
対応するピークを除いて得られる周波数スペクトルに基
づいて次回のピーク検出用閾値を設定し、ピーク検出部
18bは設定された閾値を用いてピークを検出する。過
去の周波数スペクトルに基づいて閾値を設定するので、
クラッタが存在してもターゲットのピークのみを検出す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はFMCWレーダ装
置、特にビート信号からターゲットの距離及び速度を求
めるために必要なピークを検出する際の閾値設定に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来より、送信波を例えば三角波で周波
数変調してターゲットに向けて送信し、受信波を送信波
に基づいて検波してビート信号を生成し、周波数の上昇
区間(上りフェーズ)のビート信号と周波数の下降区間
(下りフェーズ)のビート信号におけるピークペアから
ターゲットまでの距離と速度を検出するFMCWレーダ
装置が知られている。具体的には、ビート信号の上りフ
ェーズにはビート周波数(送信周波数と受信周波数の差
の周波数)fbにドプラ周波数fdが加算され、下りフ
ェーズにはビート周波数にドプラ周波数fdが減算され
るので、上りフェーズのピーク周波数fb1と下りフェ
ーズのピーク周波数fb2から、
【数1】 R={c/(8fmΔf)}・(fb1+fb2) ・・・(1)
【数2】 V={(c/(4f0)}・(fb1−fb2) ・・・(2) により距離Rと速度Vを検出することができる。但し、
fmは繰り返し周波数、Δfは周波数変移幅、cは光
速、f0は中心周波数である。
【0003】このように、FMCWレーダ装置では、ビ
ート信号の上りフェーズと下りフェーズからそれぞれピ
ークを検出する必要がある。そこで、従来より、ある一
定の閾値を設け、複素FFTなどの周波数分析結果の中
で閾値を超えたものをターゲットに対するピークとして
判断する方法が用いられている。
【0004】しかしながら、閾値を一定とした場合に
は、遠距離のターゲットや電波強度の小さいターゲット
からのピーク値が閾値以下となるおそれがあり、これら
のターゲットに対する感度が低下してしまう問題があ
る。
【0005】そこで、例えば特開平6−214015号
公報の周波数変調レーダ装置のように、撮像装置で得ら
れた画像の処理結果から判別したターゲットの種類(車
種など)に応じて閾値を変化させ、電波強度の小さいタ
ーゲット(バイクなど)に対する感度低下を防ぐ技術が
提案されている。
【0006】この他、距離に応じて閾値を下げ、遠方で
の感度低下を防ぐことも提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ビート信号の
周波数分析結果からターゲット(例えば車両など)に対
するピークを検出するためには、熱雑音レベルから突出
したピークを的確に取り出すとともに、ターゲット以外
の樹木やガードレールなど路側物からの不要な反射信号
(クラッタ)の中からターゲットのピークを的確に取り
出すことが必要となる。
【0008】上記従来技術は、前者、すなわち熱雑音レ
ベルからターゲットのピークを取り出すことは可能であ
るが、後者に示すようなクラッタの中から的確にターゲ
ットのピークを取り出すことは困難である問題があっ
た。すなわち、上記従来技術では、バイクなどを検出す
るために閾値を下げると、バイク以外の路側物のピーク
も抽出し易くなり、バイクのピークがクラッタに埋もれ
てしまうおそれがある。
【0009】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、熱雑音レベルから
ターゲットのピークを確実に検出するとともに、クラッ
タの中からターゲットのピークを確実に検出することも
できるFMCWレーダ装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、周波数変調波を送信してターゲットから
の反射波を受信し、その受信信号を送信信号に基づいて
検波して得られるビート信号のピーク周波数から該ター
ゲットの距離及び速度を検出するFMCWレーダ装置で
あって、過去のビート信号の周波数分析結果からターゲ
ットに対応するピークを除いて得られる周波数スペクト
ルに基づいてピーク検出用閾値を設定する閾値設定手段
を有することを特徴とする。
【0011】過去の周波数分析結果にクラッタ成分が含
まれる場合、その周波数分析結果からターゲットに対応
するピークを除いて得られる周波数スペクトルにもクラ
ッタ成分が含まれている。従って、この周波数スペクト
ルに基づいて現在(次の処理タイミング)における閾値
を設定することで、閾値は周波数依存性を有することと
なり、クラッタ成分に対応して閾値も変化することにな
る。すなわち、クラッタ成分が存在すると、その周波数
における閾値も増大することになり、現在のビート信号
の周波数分析結果にクラッタが含まれていても、そのク
ラッタを除去してターゲットのピークのみを取り出すこ
とができる。
【0012】なお、周波数スペクトルのうち、ターゲッ
トに対応するピークを除いた部分は適当な方法で補間す
ればよく、補間の方法は任意である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。
【0014】図1には、本実施形態の構成ブロック図が
示されている。本実施形態のFMCWレーダ装置は、電
圧制御発振器10、送信アンテナ12、受信アンテナ1
4、検波器16及び信号処理装置18を含んで構成され
ている。
【0015】電圧制御発振器10は、送信波を周波数変
調するもので、例えば三角波で周波数変調し、送信波に
上りフェーズと下りフェーズを生成する。図2には、電
圧制御発振器10の出力電圧と時間との関係が示されて
いる。図において、横軸は時間、縦軸は電圧を示してお
り、時間とともに電圧が増大する(周波数が増大する)
期間が上りフェーズ、時間とともに電圧が減少する(周
波数が減少する)期間が下りフェーズである。
【0016】送信アンテナ12及び受信アンテナ14
は、それぞれ三角波でFM変調した信号をターゲットに
向けて送信し、ターゲットから反射した信号を受信する
もので、例えば車両の前部に搭載することができる。送
信波の一部及び受信アンテナで受信した信号は、検波器
16に供給される。
【0017】検波器16は、送信信号に基づいて受信信
号を検波し、送信周波数と受信周波数の差の周波数成分
を有するビート信号を生成して信号処理装置18に供給
する。
【0018】信号処理装置18は、ビート信号からピー
クペアを検出してターゲットまでの距離及び速度を検出
するもので、機能ブロックとしては周波数分析部18
a、ピーク検出部18b、ピークペアリング部18c、
閾値演算部18d、距離・速度演算部18eから構成さ
れる。
【0019】周波数分析部18aは、ビート信号を複素
FFT等を用いて周波数分析し、適当な周波数間隔(周
波数bin)毎に複素振幅(電圧)を検出する。検出結
果はピーク検出部18bに出力する。図3には、周波数
分析結果の一例が示されている。図において、横軸は周
波数、縦軸は電圧であり、適当な周波数間隔で離散化さ
れている。図では、一例としてターゲットの他に物体が
存在する場合の上りフェーズと下りフェーズのピークを
示している。
【0020】ピーク検出部18bは、周波数分析結果、
つまり周波数bin毎の電圧からピークを検出する。具
体的には、閾値演算部18dで設定された閾値を用いて
ピークを示すbinの番号及びそのbinの複素振幅
(電圧)を検出する。検出したピークは、ピークペアリ
ング部18cに出力する。
【0021】ピークペアリング部18cは、上りフェー
ズと下りフェーズにおけるピークの組み合わせを決定す
るもので、このピークの組み合わせ(ピークペア)を距
離・速度演算部18eに出力する。また、ピークペアは
閾値演算部18dにも出力する。
【0022】閾値演算部18dは、ピーク検出部18b
でビート信号の周波数分析結果からピークを検出するた
めのピーク検出用閾値を設定するもので、従来のように
固定あるいはターゲットの電波強度に応じて変化させる
のではなく、過去の周波数分析結果と過去のピークペア
に基づいて現在(次の処理タイミング)の閾値を動的に
設定する。具体的には、例えばピーク値を示す周波数を
中心とした高、低、所定の周波数幅の周波数分析結果の
値を、その周波数幅より高い周波数及び低い周波数の値
を用いて補間した値で置き換え、これを周波数軸上で平
滑化して得られた結果に所定値を加算して閾値とする。
これにより、閾値は周波数依存性を有することとなり、
クラッタが含まれていてもそのクラッタに応じて閾値も
変化することになる。なお、閾値設定方法についてはさ
らに後述する。
【0023】距離・速度演算部18eは、ピークペアリ
ング部18cから供給されたピークペアに基づいてター
ゲットまでの距離と速度を上記の(1)式及び(2)式
を用いて演算し出力する。
【0024】このような構成において、本実施形態では
閾値演算部18dで動的に閾値を設定する点に特徴があ
り、これによりターゲット以外の路側物が存在する場合
でもターゲットのピークを確実に取り出すようにしてい
る。
【0025】以下、閾値演算部18dにおける閾値設定
処理について説明する。
【0026】図4には、ビート信号の周波数分析結果
(周波数スペクトル)の一例が示されている。図におい
て、横軸は周波数(周波数bin)、縦軸は電圧であ
る。なお、図では説明の都合上、上り及び下りの1フェ
ーズ分だけが示されている。通常、離散的なFFT処理
が行われ、周波数分析の結果はある周波数間隔(周波数
bin)毎に出力される。
【0027】図5には、図4においてピーク周辺を拡大
した一部拡大図が示されている。図において、横軸は周
波数binであり、第(j)binがピークを示すbi
nである。このような周波数分析結果を入力した閾値演
算部18dは、ピークのbin(つまり第(j)bi
n)を含む高低、所定の個数の周波数binの分析結果
の値を、その両側の値を使って補間した値に置き換え
る。
【0028】図6には、ピークのbinを含む高、低そ
れぞれ2binを所定個数とした場合が示されている。
ピークのbinである第(j)binを含んで2bin
分だけ高いものは第(j+1)binであり、2bin
分だけ低いものは第(j−1)binである。これら第
(j−1)bin〜第(j+1)binの値を、その両
側の値、すなわち第(j−2)binの値と第(j+
2)binの値で補間する。補間方法としては、種々の
方法を用いることができ、例えば直線補間を用いること
ができる。図中、破線が補間された値を示している。
【0029】図7には、図6に示された補間値を周波数
軸上で平滑化し、さらに平滑化された値に所定値を加算
して得られる最終的な閾値が示されている。図中、一点
鎖線は補間値(破線)を周波数軸上で平滑化した値を示
し、二点鎖線は所定値を加算して得られる最終的な閾値
を示している。なお、所定値は、レーダ装置の検出性能
や使用環境によって異なるが、概ね数dB〜10dB程
度に設定すればよい。
【0030】このように、過去に検出された周波数分析
結果からターゲットのピークを除いて得られる周波数ス
ペクトルに基づいて閾値を設定することで、ターゲット
以外の路側物によるピーク(クラッタ)が存在する場合
でも、そのクラッタに応じて閾値が設定されるため(つ
まり、クラッタが大きいとそれに伴ってその周波数部分
で閾値も大きくなる)、クラッタの中からターゲットの
ピークを確実に検出することが可能となる。
【0031】なお、本実施形態では、ターゲットのピー
クを含む高低それぞれ2個の周波数分析結果の値を置き
換えているが、ピークを含む3個あるいはそれ以上の個
数の値を置き換えることも可能である。具体的には、置
き換える周波数幅は、ピークの強度あるいはピークの先
鋭度に基づいて定めることが好適であり、ピークの強度
が大きい程、あるいは先鋭度は小さい程、置き換える周
波数幅を大きく設定することが好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の構成ブロック図である。
【図2】 実施形態の周波数変調の説明図である。
【図3】 実施形態の周波数分析説明図である。
【図4】 閾値の設定方法を説明するための周波数分析
結果グラフ図である。
【図5】 図4のピーク部分の一部拡大図である。
【図6】 ピーク部分の補間を説明するためのグラフ図
である。
【図7】 閾値を示すグラフ図である。
【符号の説明】
10 電圧制御発振器、12 送信アンテナ、14 受
信アンテナ、16 検波器、18 信号処理装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 知育 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山田 直之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周波数変調波を送信してターゲットから
    の反射波を受信し、その受信信号を送信信号に基づいて
    検波して得られるビート信号のピーク周波数から該ター
    ゲットの距離及び速度を検出するFMCWレーダ装置で
    あって、 過去のビート信号の周波数分析結果からターゲットに対
    応するピークを除いて得られる周波数スペクトルに基づ
    いてピーク検出用閾値を設定する閾値設定手段を有する
    ことを特徴とするFMCWレーダ装置。
JP10077970A 1998-03-25 1998-03-25 Fmcwレーダ装置 Pending JPH11271431A (ja)

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JP10077970A JPH11271431A (ja) 1998-03-25 1998-03-25 Fmcwレーダ装置

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