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CN113906307A - 雷达信号处理装置、雷达系统以及信号处理方法 - Google Patents

雷达信号处理装置、雷达系统以及信号处理方法 Download PDF

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CN113906307A
CN113906307A CN201980097015.5A CN201980097015A CN113906307A CN 113906307 A CN113906307 A CN 113906307A CN 201980097015 A CN201980097015 A CN 201980097015A CN 113906307 A CN113906307 A CN 113906307A
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三本雅
诹访启
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Abstract

雷达信号处理装置(40)包括：频率分析部(50)，其通过对数字接收信号执行第一至第三离散正交变换，从而与对应于到目标物体的距离的第一离散频率、对应于目标物体的相对速度的第二离散频率、以及对应于一系列的频率调制波的到达角度的第三离散频率相关的三维离散频谱；以及峰值检测部(55A)，其对于至少一个第一搜索频率的离散频率值，在第二搜索频率的方向上检测在三维离散频谱中出现的峰值的离散频率值；以及最大分布检测部(55B)。最大分布检测部(55B)着眼于包含峰值、且在第一搜索频率和所述第二搜索频率的方向上具有扩展的局部强度分布，对该局部强度分布在第一搜索频率的方向上是否形成最大分布进行判定。

Description

雷达信号处理装置、雷达系统以及信号处理方法
技术领域
本发明涉及一种雷达技术，该雷达技术使用频率调制后的发送波来测定与位于远离的位置处的物体有关的信息。
背景技术
利用具有随着时间上升或下降的调制频率的发送波来检测位于远离的位置处的物体的雷达技术正在广泛普及。在这种类型的雷达技术中，线性调制发送波的频率的方案也被称为线性调制(chirp modulation)方式。专利文献1(日本专利特开2018-115936号公报)中公开了被称为快速线性调制(Fast Chirp Modulation，FCM)方式的线性调制方式。以下，将高速线性调制称为“FCM”。
以专利文献1所公开的FCM方式动作的雷达装置，通过使用具有被调制成锯齿状的频率的发送信号，用阵列天线从存在于远离的位置处的物体接收反射波，从而得到接收信号，通过混合该接收信号和发送信号的一部分来生成拍频信号。该雷达装置对该拍频信号实施二维快速傅立叶变换，得到与对应于到物体的距离的频段(离散频率)和对应于相对速度的频段(离散频率)有关的二维频谱。该雷达装置能够在该二维频谱中检测具有规定值以上功率值的峰值，并基于该峰值存在的两种频段的组合来检测与物体的距离和相对速度。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利特开2018-115936号公报(例如，参照图9A、9B以及段落[0143]～[0161])。
发明内容
发明所要解决的技术问题
雷达探测范围内可能同时出现反射强度相对较高的高反射物体(例如车辆)和反射强度相对较低的低反射物体(例如人体)。当这些高反射物体和低反射物体的存在位置彼此接近时，在上述二维频谱中，可能出现仅清楚地形成表示高反射物体的存在的峰值，而未清楚地形成表示低反射物体的存在的峰值的情况。在这种情况下，难以同时检测高反射物体和低反射物体。
鉴于以上所述，本发明的目的在于提供一种雷达信号处理装置、雷达系统和信号处理方法，能够同时检测在雷达探测范围内相互接近的位置上出现的高反射物体和低反射物体，从而高精度地识别高反射物体和低反射物体。
用于解决技术问题的技术手段
本发明的一个方式所涉及的雷达信号处理装置是在雷达系统中使用的雷达信号处理装置，所述雷达系统包括：天线阵列，该天线阵列具有空间上排列的多个天线元件，由多个所述天线元件接收被雷达探测范围内存在的目标物体反射的一系列的频率调制波；以及接收电路，该接收电路对多个所述天线元件的输出信号实施信号处理并输出多个信道的数字接收信号，所述雷达信号处理装置的特征在于，包括：频率分析部，该频率分析部通过对所述数字接收信号执行与时间相关的第一离散正交变换、与分配给所述一系列的频率调制波的连续编号相关的第二离散正交变换、以及与分配给多个所述天线元件的排列编号相关的第三离散正交变换，从而计算与对应于到所述目标物体的距离的第一离散频率、对应于所述目标物体的相对速度的第二离散频率、以及对应于所述一系列的频率调制波的到达角度的第三离散频率相关的三维离散频谱；峰值检测部，该峰值检测部对于从所述第一至第三离散频率中选择出的至少一个第一搜索频率的离散频率值，在从所述第一至第三离散频率中选择出的第二搜索频率的方向上检测在所述三维离散频谱中出现的峰值的离散频率值；最大分布检测部，该最大分布检测部着眼于包含所述峰值、且在所述第一搜索频率和所述第二搜索频率的方向上具有扩展的局部强度分布，对所述局部强度分布在所述第一搜索频率的方向上是否形成最大分布进行判定；以及目标信息计算部，该目标信息计算部在被判定为所述局部强度分布形成所述最大分布时，使用所述第一搜索频率的该离散频率值和所述峰值的该离散频率值来计算与所述目标相关的信息。
发明效果
根据本发明的一个方式，能够同时检测在雷达探测范围内彼此接近的位置上出现的高反射物体和低反射物体，从而高精度地识别这些高反射物体和低反射物体。
附图说明
图1是示出本发明所涉及的实施方式1的雷达系统的简要结构的图。
图2是示出基于高速线性调制方式的发送波的频率和接收波的频率的各个时间变化的示例的图。
图3是示出实施方式1的雷达信号处理装置的硬件结构例的简要结构的框图。
图4是示出实施方式1的雷达信号处理装置中的运算部的结构的框图。
图5是表示实施方式1的运算部的动作步骤的一个示例的流程图。
图6是用于说明三维离散频谱的概念的图。
图7是表示从三维离散频谱中提取出的二维离散频谱的示例的图。
图8是表示从三维离散频谱中提取出的二维离散频谱的其他示例的图。
图9是表示实施方式1的目标检测部的动作步骤的具体例的流程图。
图10A和图10B是表示搭载了实施方式1的雷达系统的移动体与电波反射源之间的位置关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明所涉及的实施方式。另外，在整个附图中标记了相同标号的结构要素具有相同的结构和相同的功能。
图1是示出本发明所涉及的实施方式1的雷达系统1的简要结构的图。图1所示的雷达系统1包括：发送器11，其在微波段、毫米波段或准毫米波段等高频段上连续产生一系列的频率调制波信号；发送天线10，其基于发射器11的输出信号将一系列的频率调制波(发送波)Tw朝向雷达探测范围进行发送；天线阵列20，其由接收天线元件210、…、21Q-1构成，该接收天线元件210、…、21Q-1接收在该雷达探测范围内存在的目标物体(未示出)处被散射或反射的频率调制波(接收波)Rw；以及接收器300、…、30Q-1，其对接收天线元件210、…、21Q-1的输出信号实施模拟信号处理，输出Q信道(Q个接收信道)的模拟接收信号R(t，h，0)、…、R(t，h，Q-1)。
这里，接收天线元件210～21Q-1的个数Q是3以上的整数，但不限于此。在模拟接收信号R(t，h，0)～R(t，h，Q-1)中，t是时间，h是表示分配给从目标物体接收到的频率调制波(接收波)的连续编号的0～H-1范围内的整数。
另外，雷达系统1构成为包括：A/D转换器(ADC)340、…、34Q-1，其将Q信道的模拟接收信号R(t，h，0)、…、R(t，h，Q-1)转换成Q信道的数字接收信号z(n，h，0)、…、z(n，h，Q-1)；雷达信号处理装置40，其对数字接收信号z(n，h，0)、…、z(n，h，Q-1)实施数字信号处理，计算到目标物体的距离、目标物体的相对速度以及来自目标物体的频率调制波Rw的到达角度θ这样的目标信息。各A/D转换器34q通过以规定的采样周期对各模拟接收信号R(t，h，q)进行采样来生成数字接收信号z(n，h，q)。这里，q是表示第q个接收天线元件21q的排列编号的0～Q-1范围内的整数，n是表示采样编号的0～N-1范围内的整数，N是采样点数。本实施方式的接收电路由接收器300、…、30Q-1和A/D转换器340、…、34Q-1构成。
发射器11包含电压生成电路12、电压控制振荡器13、分配电路14和放大电路15。电压生成电路12根据从雷达信号处理装置40提供的控制信号Vc生成调制电压，将该调制电压提供给电压控制振荡器13。电压控制振荡器13根据规定的频率调制方式，反复输出具有根据该调制电压随着时间而上升或下降的调制频率的频率调制波信号。分配电路14将从电压控制振荡器13输入的频率调制波信号分配给发送波信号和局部信号。分配电路14将发送波信号提供给放大电路15，并且将局部信号提供给接收器300、…、30Q-1。放大电路15对发送波信号进行放大。然后，发送天线10基于放大电路15的输出信号，朝向雷达探测范围发送频率调制波Tw。
作为频率调制方式，能使用频率调制连续波(Freequency Modulated ContinuousWave，FMCW)方式。频率调制波信号的频率即发送频率可以以在某个频带内随着时间连续地上升或下降的方式被扫描。图2是示出基于作为FMCW方式的一种的快速线性调制(FastCharp Modulation，FCM)方式的发送波的频率Tf0～TfH-1以及接收波的频率Rf0～RfH-1的各个时间变化的示例的图。第h个发送波的频率Tfh(h为0～H-1范围内的整数)被线性地调制成从指定的下限频率f1到指定的上限频率f2随着时间而连续地上升。由于接收波相对于发送波被延迟接收，所以接收波的频率Rf0～RfH-1相对于发送波的频率Tf0～TfH-1在时间上向后偏移。
参考图1，各接收器30q包括：混频器31q，该混频器31q将接收天线元件21q的输出信号和从分配电路14提供的局部信号混合来生成拍频信号；放大电路33q，该放大电路33q是放大该拍频信号的低噪声放大器(Low Noise Amplifier，LNA)；以及滤波电路33q，该滤波电路33q抑制放大电路32q的输出信号中的不需要的频率分量，输出模拟接收信号R(t，h，q)。A/D转换器34q将模拟接收信号R(t，h，q)转换为数字接收信号z(n，h，q)，并将该数字接收信号z(n，h，q)提供给雷达信号处理装置40。数字接收信号z(n，h，q)是具有同相(In-phase)分量和正交(Quadrature-phase)分量的复信号。以下，设将数字接收信号称为“接收信号”。
雷达信号处理装置40包括：信号存储部41，其暂时存储从A/D转换器340、…、34Q-1并行输出的接收信号z(n，h，0)～z(n，h，Q-1)；运算部42，其对从信号存储部41读出的接收信号z(n，h，0)～z(n，h，Q-1)实施数字信号处理，计算到目标物体的距离、目标物体的相对速度以及来自目标物体的频率调制波Rw的到达角度θ这样的目标信息；以及控制部43,其控制发送器11、信号存储部41以及运算部42的动作。作为信号存储部41，可以使用能实现雷达信号处理所需的高速应答时间的RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)。控制部43将用于生成调制电压的控制信号Vc提供给电压生成电路12，将用于读取和写入信号的控制信号Mc提供给信号存储部41，并且将用于控制运算部42的动作的控制信号Pc提供给运算部42。
这些雷达信号处理装置40的功能的全部或一部分例如是DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)或PLD(Programmable Logic Device：可编程逻辑器件)等具有半导体集成电路的一个或多个处理器来实现。这里，PLD是半导体集成电路，设计者能够在对该PLD制造之后自由地改变其功能。作为PLD的示例，列举了FPGA(Field-Programmable Gate Aray：现场可编程门阵列)。或者，雷达信号处理装置40的功能的全部或一部分是由包含执行软件或固件的程序代码的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)或GPU(Graphics ProcessingUnit：图形处理单元)等运算装置的一个或多个处理器来实现。或者也能通过包含DSP、ASIC或PLD等半导体集成电路和CPU或GPU等运算装置的组合的一个或多个处理器来实现雷达信号处理装置40的功能的全部或一部分。
图3是示出实施方式1的雷达信号处理装置40的硬件结构示例即信号处理电路70的简要结构的框图。图3所示的信号处理电路70包括处理器71、输入输出接口电路74、存储器72、存储装置73以及信号路75。信号路75是用于将处理器71、输入输出接口电路74、存储器72和存储装置73相互连接的总线。输入输出接口电路74具有将从外部输入的数字信号传输到处理器71的功能，并具有将从处理器71传输出的数字信号输出到外部的功能。
存储器72包含处理器71在执行数字信号处理时使用的工件存储器、和展开在该数字信号处理中使用的数据的临时存储存储器。例如，存储器72可以由闪存和SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory：同步动态随机存取存储器)等半导体存储器构成。另外，当处理器71包含CPU或GPU等运算设备时，存储装置73能够作为存储应由该运算装置执行的软件或固件的信号处理程序代码的存储介质来利用。例如，存储装置73可以由闪存或ROM(Read Only Memory)等非易失性半导体存储器构成。
另外，在图3的例子中，处理器71的个数为1个，但不限于此。也可以使用相互协作动作的多个处理器来实现雷达信号处理装置40的硬件结构。
接着，参照图4和图5，说明实施方式1的雷达信号处理装置40中的运算部42的结构和动作。图4是示出实施方式1的雷达信号处理装置40中的运算部42的结构的框图。图5是示出运算部42的动作步骤的一个示例的流程图。
如图4所示，运算部42包括频率分析部50、目标检测部55和目标信息计算部56。频率分析部50具有正交转换器51、52、53，目标检测部55具有峰值检测部55A及最大分布检测部55B。正交变换器51～53分别具有下述功能：根据从控制部43提供的控制信号Pc执行离散傅立叶变换(Discrete Fourier Transform，DFT)等离散正交变换。作为离散傅立叶变换，可以执行快速傅立叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)算法。
频率分析部50基于从信号存储部41读出的接收信号z(n，h，q)，计算三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)(图5的步骤ST10)。
具体地，正交变换器(第一正交变换器)51通过对从信号存储部41读出的接收信号z(n，h，q)执行与相当于时间的采样编号n相关的第一离散正交变换，从而计算与对应于到目标物体的距离的第一离散频率fr相关的频域信号f(fr，h，q)，并使该频域信号f(fr，h，q)存储于信号存储部41。这里，第一离散频率fr采取对应于采样编号n＝0～N-1的N个点的离散频率值中的某一个值。频域信号f(fr，h，q)是具有同相分量和正交分量的复信号。以下为了便于说明，将第一离散频率称为“距离频率”。
正交变换器(第二正交变换器)52通过对从信号存储部41读取出的频域信号f(fr，h，q)执行与分配给频率调制波的连续编号h相关的第二离散正交变换，从而计算与对应于目标物体的相对速度的第二离散频率相关的频域信号g(fr，fv，q)，并使该频域信号g(fr，fv，q)存储于信号存储部41。这里，第二离散频率fv采取对应于连续编号h＝0～H-1的H个点的离散频率值中的某一个值。频域信号g(fr，fv，q)是具有同相分量和正交分量的复信号。以下为了便于说明，将第二离散频率称为“速度频率”。
正交变换器(第三正交变换器)53通过对从信号存储部41读取出的频域信号g(fr，fv，q)执行与分配给接收天线元件21q的阵列编号q相关的第三离散正交变换，从而计算与对应于接收波的到达角度θ的第三离散频率fθ相关的频域信号γ(fr，fv，fθ)，并根据频域信号γ(fr，fv，fθ)计算三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)。这里，第三离散频率fθ采取对应于阵列编号q＝0～Q-1的Q个点的离散频率值中的某一个值。另外，频域信号γ(fr，fv，fθ)是具有同相分量和正交分量的复信号。以下为了便于说明，将第三离散频率称为“角频率”。
另外，在本实施方式中，以该顺序执行第一离散正交变换、第二离散正交变换以及第三离散正交变换，但并不限于此。
三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)是与距离频率fr、速度频率fv和角频率fθ相关的频域信号γ(fr，fv，fθ)的强度分布。图6是用于说明三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)的概念的图，示出了距离频率fr、速度频率fv和角频率fθ的组合(fr，fv，fθ)与信号强度之间的关系。图6中，三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)的离散强度值分别由立方体的单元来表示。
在计算离散频谱Γ(fr，fv，fθ)(步骤ST10)之后，目标检测部55的峰值检测部55A从距离频率fr、速度频率fv和角频率fθ中选择第一搜索频率fx、fy(例如，fr、fv)和第二搜索频率fz(例如，fθ)(步骤ST21)，将第一搜索频率fx、fy的离散频率值Fx和Fy设定为初始值(步骤ST22)。在本实施方式中，在步骤ST22中选择两个第一搜索频率fx和fy，但不限于此。也可以是选择一个第一搜索频率的实施方式。
接着，峰值检测部55A相对于在步骤ST22中设定的离散频率值Fx、Fy，尝试在第二搜索频率fz的方向上检测在三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中出现的峰值(步骤ST23)。在没有检测到峰值的情况下(步骤ST24中的“否”)，峰值检测部55A将处理转移到步骤ST41。另一方面，在检测到峰值的情况下(步骤ST24中的“是”)，峰值检测部55A确定该峰值的离散频率值Pz(步骤ST25)。其中，离散频率值Pz是第二搜索频率fz的离散频率值。
具体地，当第二搜索频率fz的离散频率值相对于所设定的离散频率值Fx、Fy变化时(扫描时)，峰值检测部55A能够检测从三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)得到的一维强度分布中出现的峰值，并确定该峰值的离散频率值Pz(例如，峰值频率值)。
图7是表示从三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中提取出的二维离散频谱的示例的图。图7中表示了与距离频率fr和角频率fθ相关的二维离散频谱。该二维离散频谱包含分别对应于三个电波反射源的强度分布Sa1、Sb1和Sc1。现在考虑下述情况：选择距离频率fr作为第一搜索频率，并选择角频率fθ作为第二搜索频率。如图7所示，当设置第一搜索频率fr的离散频率值Fr0时，在第二搜索频率fθ的方向上二维离散频谱中没有峰值出现。另一方面，如图7所示，当设定了第一搜索频率fr的离散频率值Fr1时，在第二搜索频率fθ的方向上存在强度分布Sc1的峰值，因此峰值检测部55A能够检测该峰值，并且能够确定该峰值的离散频率值。另外，如图7所示，当设定了第一搜索频率fr的离散频率值Fr2时，在第二搜索频率fθ的方向上存在强度分布Sb1的峰值，因此峰值检测部55A能够检测该峰值，并且能够确定该峰值的离散频率值。
在步骤ST25之后，最大分布检测部55B着眼于三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中包含所检测出的峰值并且在第一搜索频率fx、fy和第二搜索频率fz的方向上具有扩展(步骤ST31)的局部强度分布。例如，最大分布检测部55B能够着眼于三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中包含该峰值且具有比强度阈值大的强度的局部强度分布。
接着，最大分布检测部55B对该局部强度分布是否在第一搜索频率fx和fy中的至少一个的方向上形成最大分布(步骤ST32)。
现在考虑下述情况：选择距离频率fr作为第一搜索频率，并选择角频率fθ作为第二搜索频率。如图7所示，当设定了第一搜索频率fr的离散频率值Fr1时，最大分布检测部55B着眼于包含强度分布Sc1的峰值且在第一搜索频率fr和第二搜索频率fθ的方向上具有扩散的局部强度分布。如图7所示，该局部强度分布在强度分布Sc1的峰值及其附近的第一搜索频率fr的方向上形成最大分布，因此，最大分布检测部55B能够检测其最大分布。另外，如图7所示，当设定了第一搜索频率fr的离散频率值Fr2时，最大分布检测部55B着眼于包含强度分布Sb1的峰值且在第一搜索频率fr和第二搜索频率fθ的方向上具有扩散的局部强度分布。如图7所示，该局部强度分布在强度分布Sb1的峰值及其附近的第一搜索频率fr的方向上形成最大分布，因此，最大分布检测部55B能够检测其最大分布。
另一方面，图8是表示从三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中提取出的二维离散频谱的其他示例的图。图8中表示了与距离频率fr和角频率fθ相关的二维离散频谱。该二维离散频谱包含分别对应于三个电波反射源的强度分布Sa2、Sb2和Sc2。该情况下，如图8所示，当设定了第一搜索频率fr的离散频率值Fr2时，最大分布检测部55B着眼于包含强度分布Sb2的峰值且在第一搜索频率fr和第二搜索频率fθ的方向上具有扩散的局部强度分布。如图8所示，该局部强度分布在强度分布Sb2的峰值及其附近的第一搜索频率fr的方向上形成最大分布，因此，最大分布检测部55B能够检测其最大分布。
如图8所示，当设定了第一搜索频率fr的离散频率值Fr3时，峰值检测部55A检测强度分布Sc2的峰值。最大分布检测部55B着眼于包含强度分布Sc2的峰值且在第一搜索频率fr和第二搜索周波数fθ的方向上具有扩散的局部强度分布。该局部强度分布没有在强度分布Sc2的峰值及其附近的第一搜索频率fr的方向上没有形成最大分布，但在强度分布Sc2的倾斜部分Gc的第一搜索频率fr的方向上形成了最大分布。因此，最大分布检测部55B能够检测其最大分布。
在图8的例子中，强度分布Sc2的峰值在第二搜索频率fθ的方向上清晰地出现，但在第一搜索频率fr的方向上没有清晰地出现。在这样的情况下，最大分布检测部55B通过检测倾斜部分Gc在第一搜索频率fr的方向上的最大分布，从而能够判定为其峰值是基于电波反射源而得到的。
当在步骤ST32中判定为局部强度分布不形成最大分布时(步骤ST32中的“否”)，最大分布检测部55B将处理转移到步骤ST41。另一方面，当判定为局部强度分布形成最大分布时(步骤ST32中的“是”)，最大分布检测部55B对在第二搜索频率fz的方向上该最大分布存在的范围的宽度Δfz是否大于阈值进行判定(步骤ST33)。当判定为该最大分布存在的范围的宽度Δfz小于或等于阈值时(步骤ST33中的“否”)，最大分布检测部55B将处理转移至步骤ST41。从而能够防止电波反射源的误检测。
另一方面，当判定为该最大分布存在的范围的宽度Δfz大于阈值时(步骤ST33中的“是”)，则最大分布检测部55B存储第一搜索频率fx、fy的离散频率值Fx、Fy和该峰值的离散频率值Pz的组合(步骤ST40)。
在步骤ST40之后的步骤ST41中，控制部43判定是否继续循环处理。在控制部43判定为继续循环处理时(步骤ST41中的“是”)，峰值检测部55A变更第一搜索频率fx、fy的离散频率值Fx、Fy(步骤ST42)。然后执行步骤ST23。
另一方面，当控制部43判定为不继续循环处理时(步骤ST41中的“否”)，目标信息计算部56基于FMCW方式的原理，使用第一搜索频率fx、fy的离散频率值Fx、Fy和峰值的离散频率值Pz来计算与目标物体(电波反射源)相关的目标信息(步骤ST43)。计算出的目标信息存储在信号存储部41中。
现在，当离散频率值Fx、Fy、Pz是由距离频率fr的离散频率值Fr、速度频率fv的离散频率值Fv和角频率fθ的离散频率值Fθ的组合构成的情况下，目标信息计算部56基于FMCW雷达的原理，能够计算到目标物体的距离Dst，目标物体的相对速度Spd和到达角度θ。
例如，目标信息计算部56能够根据下式(1)和(2)来计算距离Dst和相对速度Spd。
Dst＝(c×T×Fr)/(2×B) (1)
Spd＝λ×Fv/2 (2)
这里，c是发送波的传播速度，T是发送波的调制时间宽度，B是发送波的调制频率宽度，λ是发送波的波长。
另外，当天线阵列20构成线性阵列天线时，接收天线元件210、…、21Q-1以等间隔排列。在该情况下，例如，目标信息计算部56基于数字波束成形的原理，根据下式(3)，能够计算到达角度θ＝Agl。
Agl＝Arcsin(b×λ/(L×Q)) (3)
其中，b是对应于基于FFT(快速傅立叶变换)的离散频率值Fθ的编号，L是接收天线元件210～21Q-1的间隔，Q是FFT点数。
接着，参照图9，说明实施方式1的目标检测部55的动作步骤的更具体的示例。图9是示出目标检测部55的动作步骤的具体例的流程图。
参照图9，与图5的步骤ST21、ST22同样地，峰值检测部55A从距离频率fr、速度频率fx和角频率fθ中选择第一搜索频率fx、fy(例如，fr、fv)和第二搜索频率fz(例如，fθ)(步骤ST21)，将第一搜索频率fx、fy的离散频率值Fx、Fy设定为初始值(步骤ST22)。
接下来，峰值检测部55A将第二搜索频率fz处的三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)的离散强度值按升序或降序进行排序(步骤ST23A)。接着，峰值检测部55A基于该排序获得的结果(以升序或降序排序的离散强度值的集合)，判定该离散强度值的集合是否满足峰值条件(步骤ST24A)。在不满足峰值条件的情况下(步骤ST24A的“否”)，峰值检测部55A将处理转移到步骤ST41。
现在，针对离散频率值Fx、Fy，设为三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)在第二搜索频率fz的方向上具有L个离散强度值I1、I2、…、IL-1和IL。其中，L是正整数。
峰值检测部55A基于排序得到的结果，能够判定为当从离散强度值I1～IL中较大的一方起第K个离散强度值(K是比L小的规定正整数)、与从离散强度值I1～IL中较小的一方起第J个离散强度值(J是比L-K小的规定正整数)之间的差分绝对值超过阈值时满足峰值条件(步骤ST24A中的“是”)。此时，视为在第二搜索频率fz的方向上的三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中存在峰值。还被判断为离散强度值I1～IL的集合包含对应于目标物体(电波反射源)的离散强度值的可能性较高。
在判定为满足峰值条件的情况下(步骤ST24A中的“是”)，峰值检测部55A从离散强度值I1～IL中检测最大值，并且将对应于该最大值的离散频率值Pz确定为三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中出现的峰值的离散频率值(步骤ST25)。
接着，最大分布检测部55B基于通过排序获得的结果，将强度阈值Th设定为通过将规定系数乘以从离散强度值I1～IL中较小的一方起第J2个离散强度值而获得的值(步骤ST31A)。这里，J2是规定正整数。
然后，最大分布检测部55B初始化计数值(步骤ST31B)，并初始化第二搜索频率fz的离散频率值Fz(步骤ST31C)、然后，最大分布检测部55B判定是否满足最大条件(步骤ST32A)。现在，将离散频率值的组合(Fx，Fy，Fz)中的离散强度值表示为I(Fx，Fy，Fz)。最大分布检测部55B能够在满足下式(4)、(5)、(6)的情况、下式(4)、(7)、(8)的情况，或者下式(4)～(8)的情况下，判定为满足最大条件(步骤ST32A中的“是”)。
I(Fx，Fy，Fz)＞Th (4)
I(Fx，Fy，Fz)＞I(Fx+1，Fy，Fz) (5)
I(Fx，Fy，Fz)＞I(Fx-1，Fy，Fz) (6)
I(Fx，Fy，Fz)＞I(Fx，Fy+1，Fz) (7)
I(Fx，Fy，Fz)＞I(Fx，Fy-1，Fz) (8)
当判断为满足最大条件时(步骤ST32A中的“是”)，判定为具有大于强度阈值Th的强度的局部强度分布在第一搜索频率fz的方向上形成最大分布。另一方面，当判定为不满足最大条件时(步骤ST32A中的“否”)，最大分布检测部55B将处理转移到步骤ST32C。
在满足最大条件的情况下(步骤ST32A中的“是”)，最大分布检测部55B使计数值递增(步骤ST32B)，并且判定该计数值是否大于阈值(步骤ST33A)。当计数值大于阈值时(步骤ST33A中的“是”)，判断为在第二搜索频率fz的方向上最大分布存在的范围的宽度大于阈值。在这种情况下，最大分布检测部55B存储第一搜索频率fx、fy的离散频率值Fx、Fy和该峰值的离散频率值Pz的组合(步骤ST40)，并将处理转移到步骤ST41。
当计数值小于或等于阈值时(步骤ST33A中的“否”)，最大分布检测部55B使第二搜索频率fz的离散频率值Fz递增(步骤ST32C)，执行步骤ST32A。
在步骤ST41，控制部43判定是否继续循环处理。在控制部43判定为继续循环处理时(步骤ST41中的“是”)，峰值检测部55A变更第一搜索频率fx、fy的离散频率值Fx、Fy(步骤ST42)。然后，峰值检测部55A执行步骤ST23A。另一方面，当控制部43判定为不继续循环处理时(步骤ST41中的“否”)，结束目标检测处理。
如上述说明的那样，在实施方式1中，峰值检测部55A相对于第一搜索频率fx、fy的离散频率值Fx、Fy，检测在第二搜索频率fz的方向上三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中出现的峰值，并确定该峰值的离散频率值Pz。最大分布检测部55B着眼于包含该峰值且在第一和第二搜索频率fx、fy、fz的方向上具有扩展的局部强度分布，并判定该局部强度分布是否在第一搜索频率fx和fy的至少一个方向上形成最大分布。在判定为形成了最大分布的情况下，目标信息检测部56使用离散频率值Fx、Fy和Pz来计算目标信息。因此，在三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中即使峰值在第一搜索频率fx、fy的方向上不清楚地出现，只要在第二搜索频率fz的方向上清楚地出现，则雷达信号处理装置40就能够检测目标物体并计算目标信息。因此，雷达信号处理装置40能够同时检测在雷达探测范围内彼此接近的位置上出现的高反射物体和低反射物体，从而高精度地识别高反射物体和低反射物体。
图10A和图10B是搭载了本实施方式的雷达系统1的移动体100和电波反射源(目标物体)101a、101b和101c之间的位置关系的图。电波反射源101a是静止状态下的高反射物体，电波反射源101b是静止状态下的中反射物体，电波反射源101c是向与移动体100的行进方向正交的方向移动的低反射物体。例如，如图10B所示，考虑下述情况：电波反射源101a、101b形成另一个移动体102的一部分，电波反射源101c是要从另一个移动体102的后面横穿道路的步行者。
在雷达系统1中测量的相对速度是以雷达系统1为中心的径向速度分量。因此，电波反射源101c的相对速度与静止状态下的电波反射源101a、101b的相对速度大致相等，成为与搭载了雷达系统1的移动体100的相对速度大小相同且方向(标号)相反的速度。三个电波反射源101a、101b和101c的速度频率在三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)中成为基本相同的离散频率值，分别在速度频率方向上成为最大。
此时，如果三维离散频谱Γ(fr，fv，fθ)在角频率fθ的方向上具有尖锐的频谱形状，则能够容易地识别三个无线电波反射源101a、101b和101c。然而，为了得到尖锐的频谱形状，通常需要将雷达系统1中的天线阵列20的总长度延长，并且使接收天线元件210、...、21Q-1密集地配置。当天线阵列20的尺寸受到搭载雷达系统1的移动体100的尺寸的限制时，天线阵列20的总长度被限制，因此，其结果是，在角频率fθ方向上的最大点附近的频谱形状不会变得尖锐，如图8所示，在距离雷达系统1最远的位置处的电波反射源101c的强度分布Sc2可能不会在距离频率fr的方向上形成峰值。即使在这种情况下，本实施方式的雷达系统1通过检测该强度分布Sc2的倾斜部分Gc在距离频率fr的方向上的最大分布，从而能够识别与电波反射源101c对应的电波反射源101c。
以上参照附图对本发明所涉及的实施方式进行了说明，但上述实施方式是本发明的例示，可以有上述实施方式以外的各种实施方式。本发明可以在该发明的范围内对实施方式的任意结构要素进行变形、或在实施方式中省略任意的结构要素。
工业上的实用性
本发明所涉及的雷达信号处理装置、雷达系统以及信号处理方法例如能够用于搭载于汽车等移动体的雷达系统。
标号说明
1 雷达系统
10 发送天线
11 发送器
12 电压生成电路
13 电压控制振荡器
14 分配电路
15 放大电路
20 天线阵列
210、…、21Q-1 接收天线元件
300、…、30Q-1 接收器
310、…、31Q-1 混频器
320、…、32Q-1 放大电路
320、…、33Q-1 滤波电路
340、…、34Q-1 A/D转换器(ADC)
40 雷达信号处理装置
41 信号存储部
42 运算部
43 控制部
50 频率分析部
51～53 正交变换器
55 目标检测部
55A 峰值检测部
55B 最大分布检测部
56 目标信息计算部
70 信号处理电路
71 处理器
72 存储器
73 存储装置
74 输入输出接口电路
75 信号路
100、102 移动体
101a～101c 电波反射源。

Claims (6)

1.一种雷达信号处理装置，
是在雷达系统中使用的雷达信号处理装置，所述雷达系统包括：天线阵列，该天线阵列具有空间上排列的多个天线元件，由多个所述天线元件接收被雷达探测范围内存在的目标物体反射的一系列的频率调制波；以及接收电路，该接收电路对多个所述天线元件的输出信号实施信号处理并输出多个信道的数字接收信号，所述雷达信号处理装置的特征在于，包括：
频率分析部，该频率分析部通过对所述数字接收信号执行与时间相关的第一离散正交变换、与分配给所述一系列的频率调制波的连续编号相关的第二离散正交变换、以及与分配给多个所述天线元件的排列编号相关的第三离散正交变换，从而计算与对应于到所述目标物体的距离的第一离散频率、对应于所述目标物体的相对速度的第二离散频率、以及对应于所述一系列的频率调制波的到达角度的第三离散频率相关的三维离散频谱；
峰值检测部，该峰值检测部对于从所述第一离散频率至所述第三离散频率中选择出的至少一个第一搜索频率的离散频率值，在从所述第一离散频率至所述第三离散频率中选择出的第二搜索频率的方向上检测在所述三维离散频谱中出现的峰值的离散频率值；
最大分布检测部，该最大分布检测部着眼于包含所述峰值、且在所述第一搜索频率和所述第二搜索频率的方向上具有扩展的局部强度分布，对所述局部强度分布在所述第一搜索频率的方向上是否形成最大分布进行判定；以及
目标信息计算部，该目标信息计算部在被判定为所述局部强度分布形成所述最大分布时，使用所述第一搜索频率的该离散频率值和所述峰值的该离散频率值来计算与所述目标相关的信息。
2.如权利要求1所述的雷达信号处理装置，其特征在于，
在所述第二搜索频率的方向上所述最大分布存在的范围的宽度大于阈值时，所述目标信息计算部使用所述第一搜索频率的该离散频率值和所述峰值的该离散频率值，来计算与所述目标相关的信息。
3.如权利要求1或2所述的雷达信号处理装置，其特征在于，
所述最大分布检测部着眼于具有大于强度阈值的强度的分布以作为所述局部强度分布。
4.如权利要求1至3的任一项所述的雷达信号处理装置，其特征在于，
在所述峰值检测部中，
从所述第二搜索频率的方向上的所述三维离散频谱的L个离散强度值(L是正整数)中检测最大值，
当从L个所述离散强度值中较大的一方起第K个离散强度值(K是比L小的规定正整数)、与从第L个所述离散强度值中较小的一方起第J个离散强度值(J是比L-K小的规定正整数)之间的差分绝对值超过阈值时,检测对应于所述最大值的所述第二搜索频率的离散频率值作为所述峰值的离散频率值。
5.如权利要求1至4的任一项所述的雷达信号处理装置，其特征在于，包括：
所述天线阵列；以及
所述接收电路。
6.一种信号处理方法，
是在雷达系统中执行的信号处理方法，所述雷达系统包括：天线阵列，该天线阵列具有空间上排列的多个天线元件，由多个所述天线元件接收被雷达探测范围内存在的目标物体反射的一系列的频率调制波；以及接收电路，该接收电路对多个所述天线元件的输出信号实施信号处理并输出多个信道的数字接收信号，所述信号处理方法的特征在于，包括下述步骤：
通过对所述数字接收信号执行与时间相关的第一离散正交变换、与分配给所述一系列的频率调制波的连续编号相关的第二离散正交变换、以及与分配给多个所述天线元件的排列编号相关的第三离散正交变换，从而计算与对应于到所述目标物体的距离的第一离散频率、对应于所述目标物体的相对速度的第二离散频率、以及对应于所述一系列的频率调制波的到达角度的第三离散频率相关的三维离散频谱的步骤；
对于从所述第一离散频率至所述第三离散频率中选择出的至少一个第一搜索频率的离散频率值，在从所述第一离散频率至所述第三离散频率中选择出的第二搜索频率的方向上检测在所述三维离散频谱中出现的峰值的离散频率值的步骤；
着眼于包含所述峰值、且在所述第一搜索频率和所述第二搜索频率的方向上具有扩展的局部强度分布，对所述局部强度分布在所述第一搜索频率的方向上是否形成最大分布进行判定的步骤；以及
在被判定为所述局部强度分布形成所述最大分布时，使用所述第一搜索频率的该离散频率值和所述峰值的该离散频率值来计算与所述目标相关的信息的步骤。
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