JPH11271432A - Ｆｍｃｗレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦＭＣＷレーダ装置において、ビート信号の
周波数分析結果からピークを検出する際に分解能向上と
サイドロープ低減を両立させる。 【解決手段】 三角波で周波数変調された送信信号に基
づいて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に供給される。信号処理装置１８のピーク周波数
差演算部１８ｇは、過去に検出されたターゲットの距離
及び速度に基づいて予測された距離及び速度に対応する
ターゲット毎の予測ピークの周波数差を演算し、予測ピ
ークが互いに接近しているか離れているかを判定する。
窓関数選択部１８ｆは、予測ピークが互いに接近してい
る場合には分解能向上用の窓関数を選択し、互いに離れ
ている場合にはサイドローブ低減用の窓関数を選択して
ビート信号を切り出す。

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、特にビート信号を周波数分析する際の窓関数の設定
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、ビート信号を
周波数分析し、周波数上昇区間（上りフェーズ）と周波
数下降区間（下りフェーズ）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
ート信号の周波数分析を行い、その分析結果からターゲ
ットに対するピークペアを検出する必要がある。この
際、周波数分析の手段としては、連続的なビート信号を
サンプリングして離散的な信号として取り込み、その離
散信号に対して離散的なフーリエ変換を行う方法が用い
られている。そして、連続的なビート信号の一部を離散
的な信号として切り出す際には、その後の周波数分析結
果におけるサイドローブや分解能を考慮して種々の窓が
用いられる。

【０００４】なお、窓関数を用いた切り出しについて
は、例えば「On the Use of Windowsfor Harmonic Anal
ysis with the Discrete Fourier Transform」Fredric
J Harris,Proceedings of IEEE, vol.66 No1.pp51-83等
に記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ビート信号の周波数分
析結果からピーク（より詳しくは上りフェーズと下りフ
ェーズのピークペア）を確実に検出するためには、サイ
ドローブを低減できるような窓（例えばKaiser-Bessel
やBlackman-Harris）を用いる方が好ましい。一方で、
特に、ＦＭＣＷレーダ装置を自動車などの車両に搭載す
る場合、複数のターゲットが近接して存在する場合もあ
り、周波数分析結果におけるピーク周波数も互いに接近
することから、サイドローブの低減よりもむしろ分解能
の向上が望まれる場合が生じる。

【０００６】しかしながら、サイドローブの低減と分解
能の向上という相反する特性を同時に満足できる窓は実
現できないので、分解能向上あるいはサイドローブ低減
のいずれかを犠牲にすることになり、ターゲットのピー
クを確実に検出することができない問題があった。

【０００７】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、分解能の向上及び
サイドローブの低減を同時に図ることができ、もってタ
ーゲットのピークを確実に検出して距離及び速度を検出
することができるＦＭＣＷレーダ装置を提供することに
ある。

【０００８】

【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ターゲットからの
反射波を受信して、その受信信号を送信信号に基づいて
検波することにより得られるビート信号を周波数分析
し、得られるピーク周波数から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、過去に検出
されたターゲットの距離及び速度に基づいてターゲット
の距離及び速度を予測する予測フィルタと、予測された
距離及び速度に対応する複数のターゲットのピーク周波
数が互いに接近する場合には分解能を向上させる第１の
窓関数を用い、前記ピークが互いに離れている場合には
サイドローブを低減する第２の窓関数を用いてビート信
号を離散化し周波数分析する周波数分析手段とを有する
ことを特徴とする。

【０００９】ピークを検出する際には、まず連続的なビ
ート信号を窓関数を用いて離散化し、この離散化信号を
周波数分析して検出する。このとき、従来のように窓関
数を固定的に用いるのではなく、過去の検出結果から次
の処理タイミングにおける複数のターゲットに対応する
予測ピーク周波数を算出し、この予測ピーク周波数の接
近状況に応じて窓関数を使い分ける、すなわち予測ピー
ク周波数が接近している場合には各ピークを確実に分離
して検出すべく分解能を優先させた窓関数を用いるとと
もに、予測ピーク周波数が互いに離れている場合にはピ
ークのみを検出すべくサイドローブ低減を優先させた窓
関数を用いてビート信号を離散化することで、分解能向
上とサイドローブ低減を両立させることができる。従っ
て、本発明によれば、複数のターゲットが接近して存在
する場合においても、サイドローブを低減しつつ確実に
各ターゲットのピークを検出することができ、各ターゲ
ットの距離及び速度を検出することができる。

【００１０】

【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。

【００１１】＜第１実施形態＞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１４、検波器１６及び信号処理装置１８を
含んで構成されている。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】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データ切り出し部１
８ａ、周波数分析部１８ｂ、ピーク検出部１８ｃ、ピー
クペアリング部１８ｄ、距離・速度演算部１８ｅ、予測
フィルタ処理部１８ｆ、ピーク周波数差演算部１８ｇ及
び窓関数選択部１８ｈから構成される。

【００１６】データ切り出し部１８ａは、検波器１６か
ら供給された連続的なビート信号をサンプリングし、そ
の時系列の離散信号から所定の部分を後述の方法で設定
された窓関数を用いて切り出す。切り出した信号は、周
波数分析部１８ｂに供給する。 周波数分析部１８ｂ
は、切り出された信号を複素ＦＦＴなどを用いて周波数
分析し、適当な周波数間隔（周波数ｂｉｎ）毎に複素振
幅（電圧）を求める。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２つのターゲット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。

【００１７】ピーク検出部１８ｃは、周波数分析部１８
ｂから出力された周波数分析結果（周波数スペクトル）
からピーク（具体的にはピークを示すｂｉｎ番号及びそ
のｂｉｎの複素振幅値）を検出する。なお、ピーク検出
は、例えば閾値を用いて閾値以上の値を有するものを抽
出することで実行できる。

【００１８】ピークペアリング部１８ｄ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。

【００１９】距離・速度演算部１８ｅは、ピークペアリ
ング部１８ｄ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
を用いて演算する。得られた距離及び速度は、予測フィ
ルタ処理部１８ｆに出力する。 予測フィルタ処理部１
８ｆは、得られた距離及び速度データに対して予測処理
を施し、現時点におけるターゲットの真の距離及び速度
を算出して出力する。また、距離・速度演算部１８ｅか
ら得られた距離・速度データ（過去のデータ）に基づい
て次の処理タイミングにおけるターゲットの距離及び速
度データを予測し、この予測距離及び予測速度に対応す
るピーク周波数を算出する。ピーク周波数は、上記の
（１）式及び（２）式を用いて算出することができる。
そして、得られたピーク周波数を周波数差演算部１８ｇ
に出力する。なお、予測フィルタとしては、例えばカル
マンフィルタやα−βフィルタなどを用いることができ
る。

【００２０】ピーク周波数差演算部１８ｇは、複数のタ
ーゲットに対応する予測ピーク周波数間の差を演算し、
複数のターゲットに対応するピークが互いに接近してい
るか、あるいは互いに離れているかを判定する。具体的
には、周波数差を所定値と大小比較し、所定値以内であ
れば互いに接近していると判定し、所定値を超えている
場合には互いに離れていると判定する。得られた判定結
果を窓関数選択部１８ｈに出力する。

【００２１】窓関数選択部１８ｈは、周波数差演算部１
８ｇからの判定結果に基づいてデータ切り出し部１８ａ
で用いる窓関数を選択する。具体的には、窓関数として
分解能向上用の第１窓関数（例えば、Rectangleなど）
とサイドローブ低減用の第２窓関数（例えば、Kaiser-B
essel や Blackman-Harrisなど）を用意し、複数のター
ゲットに対応するピークが互いに接近している場合には
これらのピークを分離して確実に検出すべく第１窓関数
を選択してデータ切り出し部１８ａに供給し、複数のタ
ーゲットに対応するピークが互いに離れている場合には
サイドローブを低減してピークを確実に検出すべく第２
窓関数を選択してデータ切り出し部１８ａに供給する。

【００２２】従って、データ切り出し部１８ａでは、タ
ーゲットの存在状況に応じて適応的に窓関数を用いるこ
とができ、分解能の向上とサイドローブの低減を図って
ターゲットのピークを確実に検出することができる。

【００２３】＜第２実施形態＞図４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、図１と同様に電圧制御発振器１０、送信
アンテナ１２、受信アンテナ１４、検波器１６及び信号
処理装置１８を含んで構成されている。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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第１窓関数（分解能
優先の窓関数）を用いたデータ切り出し部１８ａ１、第
２窓関数（サイドローブ優先）を用いたデータ切り出し
部１８ａ２、周波数分析部１８ｂ１、１８ｂ２、ピーク
検出部１８ｃ１、１８ｃ２、ピークペアリング部１８
ｄ、距離・速度演算部１８ｅ、予測フィルタ処理部１８
ｆ及びピーク周波数差演算部１８ｇから構成される。

【００２８】第１窓関数を用いたデータ切り出し部１８
ａ１は、連続的なビート信号を入力し、第１実施形態で
用いられた第１窓関数、すなわち分解能向上を優先させ
るための窓関数を用いて離散的な信号を生成するもの
で、切り出した信号を周波数分析部１８ｂ１に出力す
る。

【００２９】第２窓関数を用いたデータ切り出し部１８
ａ２は、連続的なビート信号を入力し、第１実施形態で
用いられた第２窓関数、すなわちサイドローブ低減を優
先させるための窓関数を用いて離散的な信号を生成する
もので、切り出した信号を周波数分析部１８ｂ２に出力
する。

【００３０】周波数分析部１８ｂ１及び１８ｂ２は、第
１実施形態における周波数分析部１８ｂと同様に離散的
信号を複素ＦＦＴ等を用いて周波数分析し、その結果
（周波数スペクトル）を出力する。

【００３１】ピーク検出部１８ｃ１は、ピークが接近す
る周波数範囲で周波数スペクトルからピークを検出す
る。また、ピーク検出部１８ｃ２は、ピークが離れてい
る周波数範囲で周波数スペクトルからピークを検出す
る。ピークが接近しているか離れているかは、周波数演
算部１８ｇからの判定結果に基づいて判断される。

【００３２】ピークペアリング部１８ｄは、ピーク検出
部１８ｃ１及び１８ｃ２で検出されたピークそれぞれに
ついて上りフェーズと下りフェーズにおけるピークの組
み合わせを決定し、距離・速度演算部１８ｅに出力す
る。

【００３３】距離・速度演算部１８ｅは、ピークペアリ
ング部１８ｄ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
を用いて演算する。得られた距離及び速度は、予測フィ
ルタ処理部１８ｆに出力する。 予測フィルタ処理部１
８ｆは、得られた距離及び速度データに対して予測処理
を施し、現時点におけるターゲットの真の距離及び速度
を算出して出力する。また、距離・速度演算部１８ｅか
ら得られた距離・速度データ（過去のデータ）に基づい
て次の処理タイミングにおけるターゲットの距離及び速
度データを予測し、この予測距離及び予測速度に対応す
るピーク周波数を算出する。ピーク周波数は、上記の
（１）式及び（２）式を用いて算出することができる。
そして、得られたピーク周波数をピーク周波数差演算部
１８ｇに出力する。

【００３４】ピーク周波数差演算部１８ｇは、複数のタ
ーゲットに対応する予測ピーク周波数間の差を演算し、
複数のターゲットに対応するピークが互いに接近してい
るか、あるいは互いに離れているかを判定する。具体的
には、周波数差を所定値と大小比較し、所定値以内であ
れば互いに接近していると判定し、所定値を超えている
場合には互いに離れていると判定する。そして、ターゲ
ットのピークが接近していると判定された周波数範囲及
びターゲットのピークが離れていると判定された周波数
範囲をそれぞれピーク検出部１８ｃ１及び１８ｃ２に供
給する。ピーク検出部１８ｃ１及び１８ｃ２では、既述
したように、ピーク周波数差演算部１８ｇから供給され
た周波数データに基づいてそれぞれピークを検出する。

【００３５】このように、本実施形態では過去に検出さ
れたターゲットの距離及び速度から予測フィルタ処理に
より次の処理タイミングにおけるターゲットの距離及び
速度を算出し、これに対応する予測ピーク周波数が互い
に接近する周波数範囲では分解能を向上できる窓関数を
用いた周波数分析結果からピークを検出するとともに、
互いに離れている周波数範囲ではサイドローブを低減で
きる窓関数を用いた周波数分析結果からピークを検出す
るので、ターゲットが接近して存在する場合でも、サイ
ドローブを低減しつつ確実にターゲットのピークを検出
してその距離及び速度を検出することができる。

【００３６】なお、上記第１実施形態及び第２実施形態
では、分解能向上用の第１窓関数とサイドローブ低減用
の第２窓関数の２つの窓関数を用いているが、必要に応
じて中間の性質を有する第３、さらには第４の窓関数を
用い、予測ピーク周波数の接近状況に応じてこれらを使
い分けることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１実施形態の構成ブロック図であ
る。

【図２】 周波数変調の説明図である。

【図３】 周波数分析説明図である。

【図４】 本発明の第２実施形態の構成ブロック図であ
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ターゲットからの
   反射波を受信して、その受信信号を送信信号に基づいて
   検波することにより得られるビート信号を周波数分析
   し、得られるピーク周波数から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、 過去に検出されたターゲットの距離及び速度に基づいて
   ターゲットの距離及び速度を予測する予測フィルタと、 予測された距離及び速度に対応する複数のターゲットの
   ピーク周波数が互いに接近する場合には分解能を向上さ
   せる第１の窓関数を用い、前記ピークが互いに離れてい
   る場合にはサイドローブを低減する第２の窓関数を用い
   てビート信号を離散化し周波数分析する周波数分析手段
   と、 を有することを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。