JP7727399B2 - Radar device, object detection method and program - Google Patents
Radar device, object detection method and programInfo
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Description
本開示は、レーダ装置、対象物検出方法およびプログラムに関する。 This disclosure relates to a radar device, an object detection method, and a program.
レーダ装置は、例えば、車両等において、当該車両からみた物標の相対位置を検知するために用いられる。この時、車両におけるアプリケーション(例えば、車両の駐車可能な領域を検知)において、これら複数の物標の位置が互いに分離された状態で検出することが好ましいが、一の物標に対応する信号によって他の物標に対応する信号が埋もれてしまう場合がある。 Radar devices are used, for example, in vehicles to detect the relative position of targets as seen from the vehicle. In such applications (e.g., detecting areas where a vehicle can be parked), it is preferable to detect the positions of multiple targets separately from one another, but there are cases where a signal corresponding to one target drowns out signals corresponding to other targets.
特許文献1には、パルスレーダで周波数を変え、物標に関する複数の測定結果を合成帯域で処理する過程で、サイドローブに埋もれてしまう物標の信号を検出するレーダ装置が記載されている。 Patent Document 1 describes a radar device that changes the frequency of a pulse radar and detects target signals that are buried in side lobes in the process of processing multiple measurement results related to the target in a composite band.
しかしながら、特許文献1に記載のレーダ装置では、物標が距離方向に互いに接近したような場合において、これら互いの物標を分離するものではない。複数の物標が距離方向に互いに接近した地点にある場合において、それぞれ個別の物標として区別できるか否かは、レーダ装置の距離分解能に依存するため、送信信号の帯域幅を拡大することにより距離分解能の向上を図ることができる。しかしながら、帯域幅を広帯域化した場合、広帯域に対応した構成がレーダ装置に必要となり、また、帯域幅の広い信号を送信した場合、他のレーダ装置に影響を与える可能性もある。 However, the radar device described in Patent Document 1 does not separate targets when they are close to each other in the distance direction. Whether or not multiple targets can be distinguished as individual targets when they are located close to each other in the distance direction depends on the distance resolution of the radar device, so distance resolution can be improved by expanding the bandwidth of the transmitted signal. However, if the bandwidth is widened, the radar device needs to be configured to support the wideband, and transmitting a wide-bandwidth signal may affect other radar devices.
本願発明では、開口が小さくても角度分離することができ、狭帯域でも距離分離することができるレーダ装置、対象物検出方法およびプログラムを提供することを目的とする。 The objective of this invention is to provide a radar device, object detection method, and program that can achieve angular separation even with a small aperture and distance separation even with a narrow bandwidth.
本発明の課題を解決するための手段は、以下のとおりである。
(1)1または複数の物標によって反射された信号を現実的にまたは仮想的に異なる位置に配置された複数のアンテナにより受信する信号送受信部と、前記複数のアンテナにより受信されたそれぞれの受信信号と、自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する分離処理部とを備えるレーダ装置。
(2)前記複数のアンテナからの距離に対する第1振幅情報を前記それぞれの受信信号ごとに取得する取得部と、前記取得部で取得した前記それぞれの受信信号ごとの前記第1振幅情報の中から、前記複数のアンテナから所定の距離に対応する前記第1振幅情報を前記アンテナごとにアンテナチャネル信号の情報として抽出する抽出部と、前記アンテナチャネル信号の情報に基づいて前記自己回帰モデルの係数を算出する算出部と、前記アンテナチャネル信号の情報と前記自己回帰モデルの係数とに基づいて、前記アンテナチャネル信号の情報をアンテナ方向に推定して拡張する拡張部と、を備え、前記分離処理部は、前記前記拡張部により拡張された拡張アンテナチャネル信号の情報をフーリエ変換することにより、前記第1振幅情報を物標ごとに分離するように処理する、(1)記載のレーダ装置。
(3)前記複数のアンテナからの距離に対する第1振幅情報を前記それぞれの受信信号ごとに取得する取得部と、前記取得部で取得した前記それぞれの受信信号ごとの前記第1振幅情報の中から、前記複数のアンテナから所定の距離に対応する前記第1振幅情報を前記アンテナごとにアンテナチャネル信号の情報として抽出する抽出部と、前記アンテナから所定の距離に対応する第1振幅情報に基づいて、前記自己回帰モデルの係数を算出する第1算出部と、前記自己回帰モデルの係数に基づいて、前記1または複数の物標から反射された物標信号に対応する位相情報と第2振幅情報とを算出する第2算出部と、前記第2算出部で算出された前記物標信号の前記位相情報と前記第2振幅情報とに基づいて、前記分離処理部により物標信号を再構成し、この再構成された前記物標信号に基づいて、前記1または複数の物標の位置を推定する位置推定部とを備える(1)のレーダ装置。
(4)1または複数の物標によって反射された信号を現実的にまたは仮想的に異なる位置に配置された複数のアンテナにより受信する信号送受信工程と、前記複数のアンテナにより受信されたそれぞれの受信信号と、自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する分離処理工程とを備える対象物検出方法。
(5)コンピュータに、1または複数の物標によって反射された信号を現実的にまたは仮想的に異なる位置に配置された複数のアンテナにより受信する信号送受信工程と、前記複数のアンテナにより受信されたそれぞれの受信信号と、自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する分離処理工程と、を実行させるためのプログラム。
The means for solving the problems of the present invention are as follows.
(1) A radar device comprising: a signal transmitting/receiving unit that receives signals reflected by one or more targets using a plurality of antennas that are actually or virtually located at different positions; and a separation processing unit that separates the angles of the targets based on the results of a calculation performed using the respective received signals received by the plurality of antennas and coefficients of an autoregressive model.
(2) The radar device according to (1), further comprising: an acquisition unit that acquires first amplitude information for each of the received signals with respect to a distance from the plurality of antennas; an extraction unit that extracts, from the first amplitude information for each of the received signals acquired by the acquisition unit, the first amplitude information corresponding to a predetermined distance from the plurality of antennas as information of an antenna channel signal for each of the antennas; a calculation unit that calculates coefficients of the autoregressive model based on the information of the antenna channel signal; and an expansion unit that estimates and expands the information of the antenna channel signal in an antenna direction based on the information of the antenna channel signal and the coefficients of the autoregressive model, wherein the separation processing unit processes the information of the expanded antenna channel signal expanded by the expansion unit to separate the first amplitude information for each target.
(3) The radar device of (1), further comprising: an acquisition unit that acquires first amplitude information with respect to a distance from the plurality of antennas for each of the received signals; an extraction unit that extracts, from the first amplitude information for each of the received signals acquired by the acquisition unit, the first amplitude information corresponding to a predetermined distance from the plurality of antennas as information of an antenna channel signal for each of the antennas; a first calculation unit that calculates coefficients of the autoregressive model based on the first amplitude information corresponding to the predetermined distance from the antenna; a second calculation unit that calculates phase information and second amplitude information corresponding to target signals reflected from the one or more targets based on the coefficients of the autoregressive model; and a position estimation unit that reconstructs target signals using the separation processing unit based on the phase information and the second amplitude information of the target signals calculated by the second calculation unit, and estimates positions of the one or more targets based on the reconstructed target signals.
(4) An object detection method comprising: a signal transmission/reception step of receiving signals reflected by one or more targets using a plurality of antennas arranged at different positions, either actually or virtually; and a separation processing step of separating the angles of the targets based on the results of calculations performed using the respective received signals received by the plurality of antennas and the coefficients of an autoregressive model.
(5) A program for causing a computer to execute a signal transmission/reception process for receiving signals reflected by one or more targets using a plurality of antennas arranged at different locations, either actually or virtually, and a separation processing process for separating the angles of the targets based on the results of calculations performed using the respective received signals received by the plurality of antennas and the coefficients of an autoregressive model.
本開示によれば、開口が小さくても角度分離することができ、狭帯域でも距離分離することができる。 This disclosure enables angular separation even with a small aperture, and distance separation even with a narrow bandwidth.
次に、本発明の実施形態について説明する。 Next, we will explain an embodiment of the present invention.
(第1実施例について)
図1は、第1実施例に係るレーダ装置100の構成を示すブロック図である。第1実施例に係るレーダ装置100は、送信した信号が物標によって反射され、その反射波を受信する信号送受信部11と、信号送受信部11で受信した信号を処理する信号処理部13Aと、データ処理部14とを備える。レーダ装置100は、電波を照射し、物標からの反射波を受信することで、伝搬時間から物標の存在と、その距離、相対速度及び角度などを検出する装置である。
(Regarding the first embodiment)
1 is a block diagram showing the configuration of a radar device 100 according to the first embodiment. The radar device 100 according to the first embodiment includes a signal transmitting/receiving unit 11 that receives a reflected wave from a target when a transmitted signal is reflected by the target, a signal processing unit 13A that processes the signal received by the signal transmitting/receiving unit 11, and a data processing unit 14. The radar device 100 is a device that radiates radio waves and receives the reflected wave from the target, and detects the presence of the target, its distance, relative speed, angle, etc. from the propagation time.
信号送受信部11は、1または複数の物標によって反射された信号を現実的(物理的)にまたは仮想的に異なる位置に配置された複数のアンテナにより受信する。 The signal transmitter/receiver unit 11 receives signals reflected by one or more targets using multiple antennas located at different real (physically) or virtually different positions.
ここで、信号送受信部11の構成と動作について説明する。信号送受信部11では、一または複数の送信アンテナと、一または複数の受信アンテナで構成される。ここで、送信アンテナと受信アンテナの構成は複数考えられる。本実施例では、複数本の送信アンテナと複数本の受信アンテナで構成される場合を一例として説明するが、この構成に限定されず、1本の送信アンテナと複数本の受信アンテナなどで構成されてもよい。また、信号送受信部11は、FCM方式(Fast-Chirp Modulation)を採用するが、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave:周波数変調連続波)方式を採用してもよいし、パルス方式を採用してもよい。FCM方式では、送信する周波数を数~数十マイクロ秒単位で高速に掃引しながら連続的に送出し、その反射波との周波数の差分を分析することで、距離、速度、角度を計測する方式である。FMCW方式では、変調方式として周波数変調(FM)を採用しており、送信波と反射波の周波数差(ビート周波数)から距離、速度、角度を計測する方式である。パルス方式は、電波を断続的に放射し、距離はパルスの往復時間を計測し、速度、角度を周波数の分析で計測するという方式である。 Here, the configuration and operation of the signal transmitter/receiver 11 will be described. The signal transmitter/receiver 11 is composed of one or more transmitting antennas and one or more receiving antennas. There are several possible configurations for the transmitting and receiving antennas. In this embodiment, a configuration with multiple transmitting antennas and multiple receiving antennas is described as an example, but this configuration is not limited to this, and the signal transmitter/receiver 11 may also be composed of one transmitting antenna and multiple receiving antennas. Furthermore, the signal transmitter/receiver 11 employs the FCM (Fast-Chirp Modulation) method, but may also employ the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method or a pulse method. The FCM method continuously transmits a transmitted signal while rapidly sweeping it in units of several to several tens of microseconds, and measures distance, speed, and angle by analyzing the frequency difference with the reflected wave. The FMCW system uses frequency modulation (FM) as its modulation method, and measures distance, speed, and angle from the frequency difference (beat frequency) between the transmitted wave and the reflected wave. The pulse method emits radio waves intermittently, measuring distance by measuring the round-trip time of the pulse, and speed and angle by analyzing the frequency.
また、レーダ装置100で利用する周波数帯は、例えば、準ミリ波帯(24.05~24.25GHz,24GHz帯)やミリ波帯(76~81GHz)であるが、この周波数帯に限定されない。 Furthermore, the frequency bands used by the radar device 100 are, for example, the quasi-millimeter wave band (24.05 to 24.25 GHz, 24 GHz band) and the millimeter wave band (76 to 81 GHz), but are not limited to these frequency bands.
信号処理部13Aは、分離処理部13A-5と、位置推定部13A-6とを備え、信号処理の結果をデータ処理部14に供給する。 The signal processing unit 13A includes a separation processing unit 13A-5 and a position estimation unit 13A-6, and supplies the results of signal processing to the data processing unit 14.
分離処理部13A-5は、複数のアンテナ(信号送受信部11)により受信されたそれぞれの受信信号と、自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する。つまり、分離処理部13A-5は、複数の受信信号と、自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、複数の受信信号をそれぞれの物標から反射された物標信号に分離する。 The separation processing unit 13A-5 separates the target angles based on the results of a calculation performed using each of the received signals received by the multiple antennas (signal transmission/reception unit 11) and the coefficients of an autoregressive model. In other words, the separation processing unit 13A-5 separates the multiple received signals into target signals reflected from each target based on the results of a calculation performed using each of the received signals and the coefficients of an autoregressive model.
位置推定部13A-6は、分離処理部13A-5で分離されたそれぞれの物標信号に基づいて、それぞれの物標の位置を推定する。 The position estimation unit 13A-6 estimates the position of each target based on the target signals separated by the separation processing unit 13A-5.
データ処理部14は、信号処理部13Aから供給されるデジタルデータ(位置推定部13A-6により推定されたそれぞれの物標の位置に関する情報)に対して、クラスタリング処理およびトラッキング処理等を施し、対象物を検出する処理を実行する。なお、検出された対象物に関する情報は、図示しない上位装置(例えば、ECU(Electric Control Unit))に供給される。なお、データ処理部14は、上位装置に備えられる構成でもよい。 The data processing unit 14 performs processes such as clustering and tracking on the digital data supplied from the signal processing unit 13A (information relating to the positions of each target estimated by the position estimation unit 13A-6) to detect the target. Information relating to the detected target is supplied to a higher-level device (not shown) (e.g., an ECU (Electric Control Unit)). The data processing unit 14 may also be provided in the higher-level device.
このようにして、レーダ装置100は、分離処理部13A-5により複数の受信信号をそれぞれの物標から反射された物標信号に分離し、位置推定部13A-6によりそれぞれの物標信号に基づいて、それぞれの物標の位置を推定し、この推定した結果に基づいて、データ処理部14により対象物の検出処理を行う。 In this way, the radar device 100 separates the multiple received signals into target signals reflected from each target using the separation processing unit 13A-5, estimates the position of each target based on each target signal using the position estimation unit 13A-6, and performs object detection processing using the data processing unit 14 based on this estimation result.
ここで、信号送受信部11がMIMO(multiple-input and multiple-output)で構成される場合について説明する。図2では、2本の送信アンテナTx1,Tx2と、4本の受信アンテナRx1,Rx2,Rx3,Rx4とが配置されている。レーダ装置100は、物理的な大きさを変更することなく、受信アンテナを仮想的に形成(図2に示す例では、Rx5,Rx6,Rx7,Rx8が仮想受信アンテナ)し、受信アンテナRx1,Rx2,Rx3,Rx4と仮想受信アンテナRx5,Rx6,Rx7,Rx8とにより形成される開口A2を実現することができる。この開口A2は、受信アンテナRx1,Rx2,Rx3,Rx4により形成される開口A1よりも広い。なお、受信アンテナと送信アンテナの配置例は、図2に限定されない。例えば、信号送受信部11は、1本の送信アンテナと、8本の受信アンテナとで構成されてもよい(Tx1-Rx8)。この構成の場合には、8本の受信アンテナを順次切り替えて信号を受信する。例えば、信号送受信部11は、8本の送信アンテナと、1本の受信アンテナとで構成されてもよい(Tx8-Rx1)。この構成の場合には、8本の送信アンテナを順次切り替えて信号を送信する。 Here, we will explain the case where the signal transmitter/receiver unit 11 is configured as a MIMO (multiple-input and multiple-output) system. Figure 2 shows two transmitting antennas Tx1 and Tx2 and four receiving antennas Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4. The radar device 100 can virtually form receiving antennas (in the example shown in Figure 2, Rx5, Rx6, Rx7, and Rx8 are virtual receiving antennas) without changing the physical size, realizing an aperture A2 formed by the receiving antennas Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 and the virtual receiving antennas Rx5, Rx6, Rx7, and Rx8. This aperture A2 is wider than the aperture A1 formed by the receiving antennas Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4. Note that the arrangement of the receiving and transmitting antennas is not limited to that shown in Figure 2. For example, the signal transmission/reception unit 11 may be configured with one transmitting antenna and eight receiving antennas (Tx1-Rx8). In this configuration, signals are received by sequentially switching between the eight receiving antennas. For example, the signal transmission/reception unit 11 may be configured with eight transmitting antennas and one receiving antenna (Tx8-Rx1). In this configuration, signals are transmitted by sequentially switching between the eight transmitting antennas.
ここで、信号送受信部11による信号の送受信の手順について説明する。信号送受信部11は、送信アンテナTx1から送信信号を出力し、この送信信号が物標により反射された反射信号を受信信号として受信アンテナRx1,Rx2,Rx3,Rx4で受信する処理(第1送受信処理)を行う。その後、信号送受信部11は、送信アンテナTx2から送信信号を出力し、この送信信号が物標により反射された反射信号を受信アンテナRx1,Rx2,Rx3,Rx4で受信する処理(第2送受信処理)を行う。信号送受信部11は、第1送受信処理と第2送受信処理を繰り返し行う。 Here, the procedure for transmitting and receiving signals by the signal transmitter/receiver unit 11 will be explained. The signal transmitter/receiver unit 11 outputs a transmission signal from transmitting antenna Tx1, and performs processing (first transmission/reception processing) in which the transmission signal is reflected by a target and received as a received signal by receiving antennas Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4. Thereafter, the signal transmitter/receiver unit 11 outputs a transmission signal from transmitting antenna Tx2, and performs processing (second transmission/reception processing) in which the transmission signal is reflected by a target and received as a received signal by receiving antennas Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4. The signal transmitter/receiver unit 11 repeatedly performs the first transmission/reception processing and the second transmission/reception processing.
レーダ装置100では、送信アンテナTx1から送信された送信信号が物標によって反射され、この反射信号を受信アンテナRx1により受信した信号をアンテナチャネルch1の信号として処理する。レーダ装置100では、送信アンテナTx1から送信された送信信号が物標によって反射され、この反射信号を受信アンテナRx2により受信した信号をアンテナチャネルch2の信号として処理する。レーダ装置100では、送信アンテナTx1から送信された送信信号が物標によって反射され、この反射信号を受信アンテナRx3により受信した信号をアンテナチャネルch3の信号として処理する。レーダ装置100では、送信アンテナTx1から送信された送信信号が物標によって反射され、この反射信号を受信アンテナRx4により受信した信号をアンテナチャネルch4の信号として処理する。レーダ装置100では、送信アンテナTx2から送信された送信信号が物標によって反射され、この反射信号を受信アンテナRx1により受信した信号をアンテナチャネルch5の信号として処理する。レーダ装置100では、送信アンテナTx2から送信された送信信号が物標によって反射され、この反射信号を受信アンテナRx2により受信した信号をアンテナチャネルch6の信号として処理する。レーダ装置100では、送信アンテナTx2から送信された送信信号が物標によって反射され、この反射信号を受信アンテナRx3により受信した信号をアンテナチャネルch7の信号として処理する。レーダ装置100では、送信アンテナTx2から送信された送信信号が物標によって反射され、この反射信号を受信アンテナRx4により受信した信号をアンテナチャネルch81の信号として処理する。なお、上述したアンテナチャネルchの番号は、一例であって、受信アンテナと送信アンテナの組み合わせにより適宜変更されてもよい。 In the radar device 100, the transmission signal transmitted from the transmitting antenna Tx1 is reflected by a target, and this reflected signal is received by the receiving antenna Rx1 and processed as a signal on antenna channel ch1. In the radar device 100, the transmission signal transmitted from the transmitting antenna Tx1 is reflected by a target, and this reflected signal is received by the receiving antenna Rx2 and processed as a signal on antenna channel ch2. In the radar device 100, the transmission signal transmitted from the transmitting antenna Tx1 is reflected by a target, and this reflected signal is received by the receiving antenna Rx3 and processed as a signal on antenna channel ch3. In the radar device 100, the transmission signal transmitted from the transmitting antenna Tx1 is reflected by a target, and this reflected signal is received by the receiving antenna Rx4 and processed as a signal on antenna channel ch4. In the radar device 100, the transmission signal transmitted from the transmitting antenna Tx2 is reflected by a target, and this reflected signal is received by the receiving antenna Rx1 and processed as a signal on antenna channel ch5. In the radar device 100, the transmission signal transmitted from the transmitting antenna Tx2 is reflected by a target, and this reflected signal is received by the receiving antenna Rx2 and processed as a signal on antenna channel ch6. In the radar device 100, the transmission signal transmitted from the transmitting antenna Tx2 is reflected by a target, and this reflected signal is received by the receiving antenna Rx3 and processed as a signal on antenna channel ch7. In the radar device 100, the transmission signal transmitted from the transmitting antenna Tx2 is reflected by a target, and this reflected signal is received by the receiving antenna Rx4 and processed as a signal on antenna channel ch81. Note that the antenna channel ch numbers described above are merely examples, and may be changed as appropriate depending on the combination of receiving and transmitting antennas.
よって、レーダ装置100は、MIMOで構成される場合には、物理的に配置されている受信アンテナの開口が小さく狭帯域下においても、距離方向についてターゲットの分離性能を向上させることができる。 Therefore, when the radar device 100 is configured with MIMO, it can improve target separation performance in the range direction even when the aperture of the physically arranged receiving antenna is small and the bandwidth is narrow.
ここで、信号処理部13Aの詳細な構成について説明する。信号処理部13Aは、上述した分離処理部13A-5および位置推定部13A-6に加えて、取得部13A-1と、抽出部13A-2と、算出部13A-3と、拡張部13A-4とを備える。 Here, the detailed configuration of the signal processing unit 13A will be described. In addition to the separation processing unit 13A-5 and position estimation unit 13A-6 described above, the signal processing unit 13A also includes an acquisition unit 13A-1, an extraction unit 13A-2, a calculation unit 13A-3, and an expansion unit 13A-4.
取得部13A-1は、複数のアンテナ(信号送受信部11)からの距離に対する第1振幅情報をそれぞれの受信信号(アンテナ)ごとに取得する。例えば、信号送受信部11が2本の送信アンテナTx1,Tx2と、4本の受信アンテナRx1,Rx2,Rx3,Rx4とにより構成(MIMOで構成)されている場合、取得部13A-1は、各アンテナチャネル信号から第1振幅情報を取得する。 The acquisition unit 13A-1 acquires first amplitude information for each received signal (antenna) relative to the distance from multiple antennas (signal transmission/reception unit 11). For example, if the signal transmission/reception unit 11 is configured with two transmitting antennas Tx1 and Tx2 and four receiving antennas Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 (configured in MIMO), the acquisition unit 13A-1 acquires first amplitude information from each antenna channel signal.
距離に対する第1振幅情報I1は、(1)式の複素形式で示すことができる。なお、本実施例で採用するFCM方式では、受信信号をフーリエ変換することにより、第1振幅情報を得ることができる。
I1=A0eiΨ ・・・(1)
The first amplitude information I1 relative to the distance can be expressed in complex form by equation (1). In the FCM method employed in this embodiment, the first amplitude information can be obtained by Fourier transforming the received signal.
I 1 =A 0 e iΨ ...(1)
A0は、振幅(実数)を示し、Ψは、第1振幅情報の位相を示している。このような第1振幅情報は、ターゲット距離からの反射信号の情報を含んでいる。取得部13A-1は、各受信アンテナで受信した信号(各アンテナチャネル信号)から第1振幅情報を取得する。なお、距離に対する第1振幅情報として、時間に対する各受信信号の振幅(複素振幅の場合を含む)を用いることができる。 A0 indicates the amplitude (real number), and Ψ indicates the phase of the first amplitude information. Such first amplitude information includes information on the reflected signal from the target distance. The acquisition unit 13A-1 acquires the first amplitude information from the signal received by each receiving antenna (each antenna channel signal). Note that the amplitude of each received signal with respect to time (including the case of complex amplitude) can be used as the first amplitude information with respect to distance.
抽出部13A-2は、詳細は後述するが、取得部13A-1で取得したそれぞれの受信信号ごとの第1振幅情報の中から、複数のアンテナ(信号送受信部11)から所定の距離に対応する第1振幅情報をアンテナごとにアンテナチャネル信号の情報(以下では、単に、「アンテナチャネル信号」と称する場合がある)として抽出する。このアンテナチャネル信号の情報は、アンテナチャネル信号ごとに抽出される。上述のように、距離に対する第1振幅情報として時間に対する各受信信号の振幅を用いる場合は、所定の距離に対応する第1振幅情報として、送信信号を送信してから所定の時間において受信した受信信号の第1振幅情報を用いることができる。 The extraction unit 13A-2, as will be described in detail below, extracts first amplitude information corresponding to a predetermined distance from each of the multiple antennas (signal transmission/reception unit 11) from the first amplitude information for each received signal acquired by the acquisition unit 13A-1 as antenna channel signal information (hereinafter, sometimes simply referred to as "antenna channel signal") for each antenna. This antenna channel signal information is extracted for each antenna channel signal. As described above, when using the amplitude of each received signal with respect to time as first amplitude information with respect to distance, the first amplitude information of a received signal received at a predetermined time after transmitting a transmitted signal can be used as the first amplitude information corresponding to the predetermined distance.
算出部13A-3は、アンテナチャネル信号の情報に基づいて自己回帰モデル(Auto Regressive Model)の係数(以下、「AR係数」と称することがある)を算出する。 The calculation unit 13A-3 calculates the coefficients of an autoregressive model (hereinafter sometimes referred to as "AR coefficients") based on information about the antenna channel signal.
拡張部13A-4は、アンテナチャネル信号の情報と自己回帰モデルの係数(AR係数)とに基づいて自己回帰モデルによる演算処理を行い、アンテナチャネル信号の情報をアンテナ方向に推定して拡張する。ここで、アンテナ方向について図3を参照して説明する。アンテナチャネル信号の情報は、アンテナからの距離に応じた複数の情報が含まれている。アンテナ方向とは、拡張部13A-4で処理する上で拡張するアンテナチャネルの方向であり、図3中のXで示す方向である。また、S1は、アンテナチャネルch1の信号に含まれている距離に応じた情報(アンテナチャネル信号の情報)を示している。S2は、アンテナチャネルch2の信号に含まれている距離に応じた情報(アンテナチャネル信号の情報)を示している。S3は、アンテナチャネルch3の信号に含まれている距離に応じた情報(アンテナチャネル信号の情報)を示している。S4は、アンテナチャネルch4の信号に含まれている距離に応じた情報(アンテナチャネル信号の情報)を示している。S5は、アンテナチャネルch5の信号に含まれている距離に応じた情報(アンテナチャネル信号の情報)を示している。S6は、アンテナチャネルch6の信号に含まれている距離に応じた情報(アンテナチャネル信号の情報)を示している。S7は、アンテナチャネルch7の信号に含まれている距離に応じた情報(アンテナチャネル信号の情報)を示している。S8は、アンテナチャネルch8の信号に含まれている距離に応じた情報(アンテナチャネル信号の情報)を示している。Snは、アンテナチャネルchn(拡張されたn番目のアンテナチャネル)の信号に含まれている距離に応じた情報(アンテナチャネル信号の情報)を示している。 The expansion unit 13A-4 performs computational processing using an autoregressive model based on the antenna channel signal information and the coefficients (AR coefficients) of the autoregressive model, estimating and expanding the antenna channel signal information to the antenna direction. Here, antenna direction will be explained with reference to Figure 3. The antenna channel signal information contains multiple pieces of information corresponding to the distance from the antenna. The antenna direction is the direction of the antenna channel expanded during processing by the expansion unit 13A-4, and is the direction indicated by X in Figure 3. Furthermore, S1 indicates information corresponding to the distance contained in the signal of antenna channel ch1 (antenna channel signal information). S2 indicates information corresponding to the distance contained in the signal of antenna channel ch2 (antenna channel signal information). S3 indicates information corresponding to the distance contained in the signal of antenna channel ch3 (antenna channel signal information). S4 indicates information corresponding to the distance contained in the signal of antenna channel ch4 (antenna channel signal information). S5 indicates information corresponding to the distance contained in the signal of antenna channel ch5 (antenna channel signal information). S6 indicates information corresponding to the distance contained in the signal of antenna channel ch6 (antenna channel signal information). S7 indicates information corresponding to distance contained in the signal of antenna channel ch7 (antenna channel signal information). S8 indicates information corresponding to distance contained in the signal of antenna channel ch8 (antenna channel signal information). Sn indicates information corresponding to distance contained in the signal of antenna channel chn (extended nth antenna channel) (antenna channel signal information).
分離処理部13A-5は、拡張部13A-4により拡張された拡張アンテナチャネル信号の情報(以下では、単に、「拡張アンテナチャネル信号」と称する場合がある))をフーリエ変換することにより、第1振幅情報を物標ごとに分離するように処理する。なお、分離処理部13A-5は、抽出部13A-2により抽出されたアンテナチャネル信号の情報と、拡張部13A-4により拡張された拡張アンテナチャネル信号の情報をフーリエ変換することにより、第1振幅情報を物標ごとに分離するように処理してもよい。 The separation processing unit 13A-5 performs a Fourier transform on the information of the extended antenna channel signal extended by the extension unit 13A-4 (hereinafter, sometimes simply referred to as the "extended antenna channel signal"), thereby separating the first amplitude information for each target. Note that the separation processing unit 13A-5 may also perform a Fourier transform on the information of the antenna channel signal extracted by the extraction unit 13A-2 and the information of the extended antenna channel signal extended by the extension unit 13A-4, thereby separating the first amplitude information for each target.
ここで、本発明に係るレーダ装置100の処理について説明する。 Here, we will explain the processing performed by the radar device 100 according to the present invention.
抽出部13A-2により時系列のj番目の信号をアンテナチャネル別の信号(アンテナチャネル信号)としてメモリ(不図示)から抽出した1次元(1D)縦ベクトルを(2)式に示す。また、(2)式では、アンテナチャネルを示すNが添え字になっており、本実施例では、「N=8」であるが、「N=8」に限定されない。(2)式の縦ベクトルの各xk(k=1~N)は、各アンテナチャネル信号で得られた距離Rjにおける第1振幅情報を示す。
(x1~xN)j
T ・・・(2)
A one-dimensional (1D) column vector extracted by the extraction unit 13A-2 from a memory (not shown) as a signal for each antenna channel (antenna channel signal) for the jth signal in the time series is shown in equation (2). In equation (2), N, which indicates the antenna channel, is a subscript, and in this embodiment, N=8, but is not limited to N=8. Each x k (k=1 to N) in the column vector in equation (2) indicates first amplitude information at distance R j obtained for each antenna channel signal.
(x 1 ~ x N ) j T ...(2)
ここで、AR係数を1次元縦ベクトルとし、ARモデルをこの信号に適用する。(3)式は、AR係数を示す。(4)式は、ARモデルの例を示す。
(a1~ap)j
T ・・・(3)
xn=a1xn-1+a2xn-2+・・・+apxn-p ・・・(4)
Here, the AR coefficient is a one-dimensional column vector, and an AR model is applied to this signal. Equation (3) shows the AR coefficient. Equation (4) shows an example of the AR model.
(a 1 ~ a p ) j T ...(3)
x n =a 1 x n-1 +a 2 x n-2 +...+a p x n-p ...(4)
AR係数の個数pは、ARモデルの次数を表し、表現できるターゲットの数に対応するものである。本実施例では、「p=3」とした。なお、次数は予め定めておいてもよいし、例えば、文献(菊間信良著 アダプティブアンテナ技術 第一版 平成15年10月)のp139,p148に記載されているAIC(Akaike Information Criteria)やMDL(Minimum Description Length)を利用して決定されてもよい。 The number of AR coefficients, p, represents the order of the AR model and corresponds to the number of targets that can be represented. In this embodiment, p = 3. The order may be determined in advance, or it may be determined using, for example, AIC (Akaike Information Criteria) or MDL (Minimum Description Length), as described on pages 139 and 148 of the literature (Kikuma Nobuyoshi, Adaptive Antenna Technology, First Edition, October 2003).
AR係数を算出するため、行列形式の方程式((5)式)を立式する。
b=XA ・・・(5)
b=XA...(5)
また、行列サイズは、以下の通りである。
b:(n-p)行1列
X:(n-p)行p列
A:p行1列
The matrix size is as follows:
b: (n-p) row, column 1 X: (n-p) row, p column A: p row, column 1
算出部13A-3は、Xの一般化逆行列を用いてAR係数を算出する。ここで、AR係数の算出には、Xの一般化逆行列以外の一般化逆行列を利用してもよい。例えば、共役転置(Hで表示)を左からかけたとき、XHXが正則であれば逆行列が存在するため、これを対角化することでAR係数を求めることができる。ここで、XHb=XHXa、を正規方程式という。よって、XHXの一般化逆行列を用いてもよい。 The calculation unit 13A-3 calculates the AR coefficient using a generalized inverse matrix of X. Here, a generalized inverse matrix other than the generalized inverse matrix of X may be used to calculate the AR coefficient. For example, when a conjugate transpose (denoted by H) is multiplied from the left, if X H X is regular, an inverse matrix exists, and the AR coefficient can be found by diagonalizing this. Here, X H b = X H Xa is called a normal equation. Therefore, a generalized inverse matrix of X H X may be used.
一般化逆行列は、Xの特異値分解から計算できる。(6)式は、特異値分解を示す。(7)式は、一般化逆行列を示す。
X=USVH ・・・(6)
X+=VS+UH ・・・(7)
The generalized inverse matrix can be calculated from the singular value decomposition of X. Equation (6) shows the singular value decomposition. Equation (7) shows the generalized inverse matrix.
X=USV H ...(6)
X + =VS + UH ...(7)
なお、本実施例では、(7)式に示す立式について説明したが、相関行列を用いた立式を行い、上述した文献に示されている線形予測法を用いてもよい。また、Yule-Walker方程式として計算し、AR係数を求めてもよい。 In this embodiment, the formula shown in equation (7) was described, but it is also possible to formulate the formula using a correlation matrix and use the linear prediction method shown in the above-mentioned literature. It is also possible to calculate the Yule-Walker equation and find the AR coefficient.
拡張部13A-4は、算出部13A-3により算出したAR係数とアンテナチャネル信号に基づいて(4)式のARモデルによりアンテナチャネル信号の情報を推定し、信号を拡張する。拡張する信号の数は、分離したいターゲット間の角度とアンテナアレイのサイズ(開口、間隔等)によって決定することができる。拡張したアンテナチャネル信号を拡張アンテナチャネル信号と称する。 The expansion unit 13A-4 estimates information about the antenna channel signal using the AR model of equation (4) based on the AR coefficients calculated by the calculation unit 13A-3 and the antenna channel signal, and expands the signal. The number of signals to expand can be determined based on the angle between the targets to be separated and the size of the antenna array (aperture, spacing, etc.). The expanded antenna channel signal is referred to as the expanded antenna channel signal.
分離処理部13A-5は、拡張アンテナチャネル信号をFFT(Fast Fourier Transform)処理して拡張角度スペクトル信号を算出する。位置推定部13A-6は、分離処理部13A-5により算出された拡張角度スペクトル信号に対してピーク検出処理を行う。 The separation processing unit 13A-5 performs FFT (Fast Fourier Transform) processing on the extended antenna channel signal to calculate an extended angular spectrum signal. The position estimation unit 13A-6 performs peak detection processing on the extended angular spectrum signal calculated by the separation processing unit 13A-5.
レーダ装置100は、分離処理部13A-5により拡張アンテナチャネル信号をFFT処理して拡張角度スペクトル信号を算出し、位置推定部13A-6により拡張角度スペクトル信号に基づいてピークを検出することにより、ターゲットを分離し、レーダ装置100からターゲットまでの距離をより正確に求めることができる。また、レーダ装置100は、信号送受信部11を構成するすべてのアンテナチャネルに対して上述した処理を行うことにより、各ターゲットの方位角も分離した状態で算出(推定)することができる。 The radar device 100 separates targets and more accurately determines the distance from the radar device 100 to the targets by performing FFT processing on the extended antenna channel signal using the separation processing unit 13A-5 to calculate an extended angular spectrum signal, and then detecting peaks based on the extended angular spectrum signal using the position estimation unit 13A-6. Furthermore, by performing the above-described processing on all antenna channels that make up the signal transmission/reception unit 11, the radar device 100 can also calculate (estimate) the azimuth angle of each target separately.
なお、ターゲットがレーダ装置100に対して相対的に静止している場合には、分離処理部13A-5により算出された拡張角度スペクトル信号に基づいて、各ターゲットの位置を推定することが可能である。しかしながら、上述のように時系列方向における極値検出による処理によりピーク検出を行うことで、各ターゲットがレーダ装置100に対して相対的に移動する場合においてもターゲット同士を分離して位置を推定することができるためより好ましい。 When targets are stationary relative to the radar device 100, it is possible to estimate the position of each target based on the expanded angular spectrum signal calculated by the separation processing unit 13A-5. However, performing peak detection using extreme value detection processing in the time series direction as described above is more preferable, as it allows targets to be separated and their positions to be estimated even when the targets are moving relative to the radar device 100.
つぎに、レーダ装置100(特に信号処理部13A)の具体的な動作について説明する。図4,5は、レーダ装置100による信号処理の手順を示すフローチャートである。図6は、図4,5に示すフローチャートに関する信号処理部13Aの構成ついての説明に供する図である。 Next, the specific operation of the radar device 100 (particularly the signal processing unit 13A) will be described. Figures 4 and 5 are flowcharts showing the signal processing procedure performed by the radar device 100. Figure 6 is a diagram used to explain the configuration of the signal processing unit 13A related to the flowcharts shown in Figures 4 and 5.
以下では、信号処理部13Aで信号処理を行う前の工程である、アンテナチャネル信号を取得するアンテナチャネル信号取得工程ST1と、信号処理部13Aにより行われる、ARによる拡張処理を行うAR拡張処理工程ST2と、ターゲット信号の分離処理を行うターゲット信号分離処理工程ST3とについて説明する。まず、アンテナチャネル信号取得工程ST1の詳細について説明する。 The following describes the antenna channel signal acquisition process ST1, which is a process prior to signal processing by the signal processing unit 13A, and which acquires an antenna channel signal; the AR extension processing process ST2, which is performed by the signal processing unit 13A and which performs extension processing using AR; and the target signal separation processing process ST3, which performs target signal separation processing. First, the antenna channel signal acquisition process ST1 will be described in detail.
ステップST11において、信号送受信部11は、最初のアンテナチャネルの番号を設定する。本工程では、信号送受信部11は、i=0、に設定する。「i=0」は、例えば、アンテナチャネルch1である。 In step ST11, the signal transmission/reception unit 11 sets the number of the first antenna channel. In this process, the signal transmission/reception unit 11 sets i=0. "i=0" is, for example, antenna channel ch1.
ステップST12において、信号送受信部11は、レーダ計測を開始する。信号送受信部11は、信号(送信信号)を送信する。 In step ST12, the signal transmitter/receiver 11 starts radar measurement. The signal transmitter/receiver 11 transmits a signal (transmission signal).
ステップST13において、信号送受信部11は、対象物により反射された反射信号を受信信号として受信し、この受信信号を処理して時系列信号を取得(生成)する。 In step ST13, the signal transmitter/receiver unit 11 receives the reflected signal reflected by the object as a received signal, and processes this received signal to obtain (generate) a time series signal.
ステップST14において、信号送受信部11は、ステップST13により取得した時系列信号をアンテナチャネルごとにメモリ(不図示)に格納する。 In step ST14, the signal transmission/reception unit 11 stores the time series signals acquired in step ST13 in memory (not shown) for each antenna channel.
ステップST15において、信号送受信部11は、アンテナチャネルの番号「i」を繰り上げる。アンテナチャネルの番号「i」の繰り上げを「i=i+1」と表現する。 In step ST15, the signal transmission/reception unit 11 increments the antenna channel number "i". The incrementing of the antenna channel number "i" is expressed as "i = i + 1".
ステップST16において、信号送受信部11は、ステップST15で更新したアンテナチャネルの番号「i」が所定の数である「N-1」に達したか否かを判断する。Nは、アンテナチャネル数を示し、本実施例では「8」であるが、「8」に限定されない。「i=N-1」の場合(Yes)には、ステップST17に進み、「i=N-1」ではない場合(No)には、ステップST12に戻る。 In step ST16, the signal transmission/reception unit 11 determines whether the antenna channel number "i" updated in step ST15 has reached a predetermined number, "N-1." N indicates the number of antenna channels, and is "8" in this embodiment, but is not limited to "8." If "i = N-1" (Yes), proceed to step ST17; if "i = N-1" is not true (No), return to step ST12.
ステップST17において、信号送受信部11は、メモリに格納されているアンテナチャネルごとの時系列信号に対してFFT処理を行う(距離FFT処理)。時系列信号をFFT処理することにより、時系列信号が距離信号に変換される。 In step ST17, the signal transmitter/receiver unit 11 performs FFT processing on the time series signals for each antenna channel stored in memory (distance FFT processing). By performing FFT processing on the time series signals, the time series signals are converted into distance signals.
ステップST18において、信号送受信部11は、アンテナチャネル別の距離信号(以下、「アンテナチャネル信号」と称する場合がある)の取得(生成)を完了する。すべてのアンテナチャネル信号は、メモリ(不図示)に格納されている。 In step ST18, the signal transmission/reception unit 11 completes the acquisition (generation) of distance signals for each antenna channel (hereinafter sometimes referred to as "antenna channel signals"). All antenna channel signals are stored in memory (not shown).
このようにして、アンテナチャネル信号取得工程ST1では、送信信号を送信し、その反射信号を受信信号として受信して、すべてのアンテナチャネル信号を取得(生成)し、これらの信号をメモリ(不図示)に格納する。 In this way, in the antenna channel signal acquisition process ST1, a transmission signal is sent and the reflected signal is received as a received signal to acquire (generate) all antenna channel signals, which are then stored in memory (not shown).
次に、AR拡張処理工程ST2の詳細について説明する。 Next, we will explain the details of the AR extension processing step ST2.
ステップST21において、配列抽出部15は、最初のアンテナチャネル信号の時系列上の番号「j」を設定する。本工程では、配列抽出部15は、j=0、に設定する。配列抽出部15は、上述した取得部13A-1および抽出部13A-2に相当する。 In step ST21, the sequence extraction unit 15 sets the time series number "j" of the first antenna channel signal. In this step, the sequence extraction unit 15 sets j = 0. The sequence extraction unit 15 corresponds to the acquisition unit 13A-1 and extraction unit 13A-2 described above.
ステップST22において、配列抽出部15は、設定されたj番目のアンテナチャネル信号をメモリから取り出す。配列抽出部15は、取り出したアンテナチャネル信号をAR係数算出部16と信号拡張部19に送信する。AR係数算出部16は、上述した算出部13A-3に相当する。信号拡張部19は、上述した拡張部13A-4に相当する。 In step ST22, the sequence extraction unit 15 retrieves the set jth antenna channel signal from memory. The sequence extraction unit 15 transmits the retrieved antenna channel signal to the AR coefficient calculation unit 16 and the signal expansion unit 19. The AR coefficient calculation unit 16 corresponds to the calculation unit 13A-3 described above. The signal expansion unit 19 corresponds to the expansion unit 13A-4 described above.
ステップST23において、AR係数算出部16は、配列抽出部15から送信されてきたアンテナチャネル信号から行列形式の方程式を生成する。行列形式の方程式は、上述した(7)式に相当する。AR係数算出部16は、記憶部17に格納されているAR次数(AR係数の個数p)に基づいて生成した方程式からAR係数を算出する。本実施例では、p=3、として説明するが、p=3、に限定されない。 In step ST23, the AR coefficient calculation unit 16 generates a matrix equation from the antenna channel signals transmitted from the sequence extraction unit 15. The matrix equation corresponds to equation (7) described above. The AR coefficient calculation unit 16 calculates the AR coefficients from the generated equation based on the AR order (number p of AR coefficients) stored in the memory unit 17. In this embodiment, p = 3 is used for explanation, but this is not limited to p = 3.
ステップST24において、AR係数算出部16は、ステップST23の工程で算出したAR係数をAR係数格納部18に格納する。AR係数格納部18は、記憶部17と同一であってもよい。 In step ST24, the AR coefficient calculation unit 16 stores the AR coefficient calculated in step ST23 in the AR coefficient storage unit 18. The AR coefficient storage unit 18 may be the same as the memory unit 17.
ステップST25において、信号拡張部19は、AR係数格納部18に格納されているAR係数と、配列抽出部15により抽出されたアンテナチャネル信号に基づいて、ARモデルによりアンテナ方向に推定して拡張した拡張信号(以下、「拡張アンテナチャネル信号」と称することがある)を算出する。この拡張信号は、ターゲット距離に依存した各アンテナチャネルに対する位相変化を推定して拡張した信号である。信号拡張部19は、上述した拡張部13A-4に相当する。 In step ST25, the signal expansion unit 19 calculates an expanded signal (hereinafter sometimes referred to as the "expanded antenna channel signal") that has been estimated and expanded in the antenna direction using an AR model based on the AR coefficients stored in the AR coefficient storage unit 18 and the antenna channel signals extracted by the sequence extraction unit 15. This expanded signal is a signal that has been expanded by estimating the phase change for each antenna channel that depends on the target distance. The signal expansion unit 19 corresponds to the expansion unit 13A-4 described above.
ステップST26において、信号拡張部19は、拡張信号を拡張したアンテナチャネル順にメモリに格納する。 In step ST26, the signal extension unit 19 stores the extension signals in memory in the order of the extended antenna channels.
ステップST27において、配列抽出部15は、アンテナチャネル信号の番号「j」を繰り上げる。アンテナチャネル信号の番号「j」の繰り上げを「j=j+1」と表現する。 In step ST27, the sequence extraction unit 15 increments the antenna channel signal number "j". The incrementing of the antenna channel signal number "j" is expressed as "j = j + 1".
ステップST28において、配列抽出部15は、ステップST27で更新したアンテナチャネル信号の番号「j」が所定の数である「M-1」に達したか否かを判断する。Mは、アンテナチャネル信号のサンプル数を示している。「j=M-1」の場合(Yes)には、ステップST29に進み、「j=M-1」ではない場合(No)には、ステップST22に戻る。 In step ST28, the sequence extraction unit 15 determines whether the antenna channel signal number "j" updated in step ST27 has reached a predetermined number, "M-1." M indicates the number of samples of the antenna channel signal. If "j = M-1" (Yes), proceed to step ST29; if "j = M-1" is not true (No), return to step ST22.
ステップST29において、信号処理部13Aは、拡張したアンテナチャネル別の拡張信号(拡張アンテナチャネル信号)の取得(生成)を完了する。メモリには、この拡張アンテナチャネル信号が格納される。 In step ST29, the signal processing unit 13A completes the acquisition (generation) of the extended signal (extended antenna channel signal) for each extended antenna channel. This extended antenna channel signal is stored in memory.
このようにして、AR拡張処理工程ST2では、アンテナチャネル信号取得工程ST1で取得したすべてのアンテナチャネル信号をAR拡張し、拡張アンテナチャネル信号を取得する。 In this way, in the AR extension processing step ST2, all antenna channel signals acquired in the antenna channel signal acquisition step ST1 are AR extended to acquire extended antenna channel signals.
つぎに、ターゲット信号分離処理工程ST3の詳細について説明する。 Next, we will explain the details of the target signal separation processing step ST3.
ステップST31において、FFT計算部20は、拡張アンテナチャネル信号をFFT処理して角度スペクトル信号を算出する。FFT計算部20は、メモリに格納されている距離ごとの拡張アンテナ信号をアンテナ方向にFFT処理して距離ごとの角度スペクトル信号を算出する。FFT計算部20は、上述した分離処理部13A-5に相当する。 In step ST31, the FFT calculation unit 20 performs FFT processing on the extended antenna channel signal to calculate an angular spectrum signal. The FFT calculation unit 20 performs FFT processing on the extended antenna signal for each distance stored in memory in the antenna direction to calculate an angular spectrum signal for each distance. The FFT calculation unit 20 corresponds to the separation processing unit 13A-5 described above.
ステップST32において、ピーク検出部21は、距離ごとの角度スペクトル信号の絶対値からピークを検出する。ピーク検出部21は、上述の位置推定部13A-6に相当する。図7は、ピーク検出部21で検出した結果(レンジアングルマップ)を示す図である。図7では、二つのターゲット(ターゲットT11、ターゲットT12)が異なる角度、異なる位置に配置されていることを示している。ターゲットの濃淡により振幅の大きさ(ピークの高さ)を示している。図7では、ターゲットT11の方がターゲットT12よりも振幅が高い結果を示している。なお、FFT計算部20により算出された角度スペクトル信号によりピーク検出ができれば、ステップST32の工程はスキップしてもよい。 In step ST32, the peak detection unit 21 detects peaks from the absolute values of the angular spectrum signal for each distance. The peak detection unit 21 corresponds to the position estimation unit 13A-6 described above. Figure 7 is a diagram showing the results (range angle map) detected by the peak detection unit 21. Figure 7 shows that two targets (target T11, target T12) are positioned at different angles and positions. The shading of the targets indicates the magnitude of the amplitude (peak height). Figure 7 shows that target T11 has a higher amplitude than target T12. Note that if peaks can be detected from the angular spectrum signal calculated by the FFT calculation unit 20, step ST32 may be skipped.
ステップST33において、配列抽出部22は、ピーク検出された角度に対応した拡張アンテナチャネル信号を任意の距離範囲について抽出する。任意の距離範囲とは、図7に示すように、ターゲットT11を検出した角度における距離範囲R1、および、ターゲットT11を検出した角度における任意の距離範囲R2である。なお、任意の距離とは、0mを含むすべての距離範囲でもよいし、50cm~20mなどの距離範囲でもよい。ステップST33の工程で抽出された拡張アンテナチャネル信号は、単一のターゲットとして区別された信号である。配列抽出部22は、上述の位置推定部13A-6に相当する。 In step ST33, the sequence extraction unit 22 extracts the extended antenna channel signal corresponding to the angle at which the peak was detected for an arbitrary distance range. As shown in FIG. 7, the arbitrary distance range is the distance range R1 at the angle at which target T11 was detected, and an arbitrary distance range R2 at the angle at which target T11 was detected. Note that the arbitrary distance may be any distance range including 0 m, or may be a distance range such as 50 cm to 20 m. The extended antenna channel signal extracted in step ST33 is a signal distinguished as a single target. The sequence extraction unit 22 corresponds to the position estimation unit 13A-6 described above.
ステップST34において、メモリ23は、ステップST33の工程により抽出された拡張アンテナチャネル信号を単一のターゲットとして区別された信号として格納する。なお、メモリ23は、記憶部17と同一でもよい。 In step ST34, memory 23 stores the extended antenna channel signals extracted in step ST33 as signals distinguished as a single target. Note that memory 23 may be the same as storage unit 17.
ステップST35において、配列抽出部22は、ステップST32の工程で検出したすべてのピークに対応した拡張アンテナチャネル信号を抽出したかどうかを判断する。すべてのピークに対応した拡張アンテナチャネル信号を抽出した場合(Yes)には、ステップST36に進み、すべてのピークに対応した拡張アンテナチャネル信号を抽出していない場合(No)には、ステップST33に戻る。 In step ST35, the sequence extraction unit 22 determines whether or not it has extracted extended antenna channel signals corresponding to all of the peaks detected in step ST32. If it has extracted extended antenna channel signals corresponding to all of the peaks (Yes), it proceeds to step ST36; if it has not extracted extended antenna channel signals corresponding to all of the peaks (No), it returns to step ST33.
ステップST36において、信号処理部13Aは、単一のターゲットとして区別された信号の取得(生成)を完了する。メモリ23には、すべての単一のターゲットとして区別された信号が格納される。 In step ST36, the signal processing unit 13A completes the acquisition (generation) of signals identified as single targets. All signals identified as single targets are stored in the memory 23.
このようにして、レーダ装置100は、AR拡張処理工程ST2において、アンテナチャネル信号取得工程ST1で取得したすべてのアンテナチャネル信号に対してAR処理を適用することで、ターゲット距離に依存した、各アンテナチャネルに対する位相変化を推定して拡張した拡張アンテナチャネル信号を生成し、ターゲット信号分離処理工程ST3において、この拡張アンテナチャネル信号をFFT処理することで、距離方向においてターゲット別に分離する。よって、レーダ装置100は、開口が小さくても距離方向に近接したターゲットを角度分離することができ、狭帯域でもターゲットの距離分離することができる(距離精度の向上を図ることができる)。 In this way, in the AR extension processing step ST2, the radar device 100 applies AR processing to all antenna channel signals acquired in the antenna channel signal acquisition step ST1, estimating phase changes for each antenna channel that depend on the target distance to generate extended extended antenna channel signals. In the target signal separation processing step ST3, the radar device 100 performs FFT processing on these extended antenna channel signals to separate targets in the distance direction. Therefore, even with a small aperture, the radar device 100 can angularly separate targets that are close in the distance direction, and can distance-separate targets even with a narrow bandwidth (improving distance accuracy).
(第2実施例について)
つぎに、ARモデルによる周波数別信号情報の拡張処理を行わず、ターゲット別信号の再構成を行う実施例について説明する。
(Regarding the second embodiment)
Next, an embodiment will be described in which target-specific signals are reconstructed without performing the processing of expanding frequency-specific signal information using an AR model.
図8は、第2実施例に係るレーダ装置300の構成を示すブロック図である。なお、第1実施例に係るレーダ装置100と同一の構成要素については同一の番号を付し、詳細な説明を省略する。 Figure 8 is a block diagram showing the configuration of a radar device 300 according to the second embodiment. Note that the same components as those in the radar device 100 according to the first embodiment are assigned the same numbers, and detailed descriptions will be omitted.
レーダ装置300は、信号送受信部11と、信号処理部13Bと、データ処理部14とを備える。信号送受信部11は、1または複数の物標によって反射された信号を現実的(物理的)にまたは仮想的に異なる位置に配置された複数のアンテナにより受信する。 The radar device 300 comprises a signal transmitter/receiver 11, a signal processor 13B, and a data processor 14. The signal transmitter/receiver 11 receives signals reflected by one or more targets using multiple antennas located at different real (physically) or virtually different positions.
信号処理部13Bは、メモリ(不図示)に記憶されているデジタルデータに対して所定の信号処理を行い、信号処理の結果をデータ処理部14に供給する。具体的には、信号処理部13Bは、分離処理部13B-5と、位置推定部13B-6とを備える。 The signal processing unit 13B performs predetermined signal processing on the digital data stored in memory (not shown) and supplies the results of the signal processing to the data processing unit 14. Specifically, the signal processing unit 13B includes a separation processing unit 13B-5 and a position estimation unit 13B-6.
分離処理部13B-5は、信号送受信部11により受信された複数の受信信号と、自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、複数の受信信号をそれぞれの物標から反射された物標信号に分離する。 The separation processing unit 13B-5 separates the multiple received signals into target signals reflected from each target based on the results of calculations performed using the multiple received signals received by the signal transmission/reception unit 11 and the coefficients of the autoregressive model.
位置推定部13B-6は、分離処理部13B-5で分離されたそれぞれの物標信号に基づいて、それぞれの物標の位置を推定する。 The position estimation unit 13B-6 estimates the position of each target based on the target signals separated by the separation processing unit 13B-5.
データ処理部14は、信号処理部13Bから供給されるデジタルデータ(位置推定部13B-6により推定されたそれぞれの物標の位置に関する情報)に対して、クラスタリング処理およびトラッキング処理等を施し、対象物を検出する処理を実行する。なお、検出された対象物に関する情報は、図示しない上位装置(例えば、ECU)に供給される。なお、データ処理部14は、上位装置に備えられる構成でもよい。 The data processing unit 14 performs processes such as clustering and tracking on the digital data supplied from the signal processing unit 13B (information relating to the positions of each target estimated by the position estimation unit 13B-6) to detect the target. Information relating to the detected target is supplied to a higher-level device (e.g., an ECU) (not shown). The data processing unit 14 may also be configured to be included in the higher-level device.
ここで、信号処理部13Bの詳細な構成について説明する。信号処理部13Bは、上述した分離処理部13B-5および位置推定部13B-6に加えて、取得部13B-1と、抽出部13B-2と、第1算出部13B-3と、第2算出部13B-4とを備える。 Here, the detailed configuration of the signal processing unit 13B will be described. In addition to the separation processing unit 13B-5 and position estimation unit 13B-6 described above, the signal processing unit 13B includes an acquisition unit 13B-1, an extraction unit 13B-2, a first calculation unit 13B-3, and a second calculation unit 13B-4.
取得部13B-1は、複数のアンテナ(信号送受信部11)からの距離に対する第1振幅情報をそれぞれの受信信号(アンテナチャネル)ごとに取得する。取得部13B-1は、第1実施例に係るレーダ装置100の取得部13A-1と同様の構成である。 The acquisition unit 13B-1 acquires first amplitude information for each received signal (antenna channel) relative to the distance from multiple antennas (signal transmission/reception unit 11). The acquisition unit 13B-1 has the same configuration as the acquisition unit 13A-1 of the radar device 100 according to the first embodiment.
距離に対する第1振幅情報は、実数成分の振幅情報と、虚数成分の振幅情報を含んでいる。取得部13B-1は、距離に対する振幅情報および距離に対する位相情報のいずれか一方または双方をアンテナチャネルごとに取得する。 The first amplitude information relative to distance includes amplitude information for the real component and amplitude information for the imaginary component. The acquisition unit 13B-1 acquires either or both of the amplitude information relative to distance and the phase information relative to distance for each antenna channel.
抽出部13B-2は、取得部13B-1で取得したそれぞれの受信信号(アンテナチャネル)ごとの第1振幅情報の中から、複数のアンテナから所定の距離に対応する第1振幅情報をアンテナごとにアンテナチャネル信号の情報として抽出する。抽出部13B-2は、第1実施例に係るレーダ装置100の抽出部13A-2と同様の構成である。 The extraction unit 13B-2 extracts, from the first amplitude information for each received signal (antenna channel) acquired by the acquisition unit 13B-1, first amplitude information corresponding to a predetermined distance from multiple antennas as antenna channel signal information for each antenna. The extraction unit 13B-2 has a configuration similar to that of the extraction unit 13A-2 of the radar device 100 according to the first embodiment.
第1算出部13B-3は、アンテナから所定の距離に対応する第1振幅情報に基づいて、自己回帰モデルの係数(AR係数)を算出する。 The first calculation unit 13B-3 calculates the coefficients of the autoregressive model (AR coefficients) based on the first amplitude information corresponding to a predetermined distance from the antenna.
第2算出部13B-4は、自己回帰モデルの係数(AR係数)に基づいて、1または複数の物標から反射された物標信号に対応する位相情報と第2振幅情報とを算出する。本実施例では、複数の物標を想定しており、第2算出部13B-4は、AR係数に基づいて、それぞれの物標信号に対応する位相情報と第2振幅情報とを算出する。第2振幅情報は、物標信号に対応する振幅情報を意味する。 The second calculation unit 13B-4 calculates phase information and second amplitude information corresponding to target signals reflected from one or more targets based on the coefficients (AR coefficients) of the autoregressive model. In this embodiment, multiple targets are assumed, and the second calculation unit 13B-4 calculates phase information and second amplitude information corresponding to each target signal based on the AR coefficients. The second amplitude information refers to the amplitude information corresponding to the target signal.
分離処理部13B-5は、第2算出部13B-4で算出されたそれぞれの物標信号の位相情報と第2振幅情報とに基づいて、それぞれの物標信号を再構成する。 The separation processing unit 13B-5 reconstructs each target signal based on the phase information and second amplitude information of each target signal calculated by the second calculation unit 13B-4.
位置推定部13B-6は、第2算出部13B-4で算出された物標信号の位相情報と第2振幅情報とに基づいて、分離処理部13B-6により物標信号を再構成し、この再構成された物標信号に基づいて、1または複数の物標の位置を推定する。本実施例では、複数の物標を想定しており、位置推定部13B-6は、分離処理部13B-5で再構成されたそれぞれの物標信号に基づいて、それぞれの物標の位置を推定する。 The position estimation unit 13B-6 reconstructs the target signal using the separation processing unit 13B-6 based on the phase information and second amplitude information of the target signal calculated by the second calculation unit 13B-4, and estimates the position of one or more targets based on this reconstructed target signal. In this embodiment, multiple targets are assumed, and the position estimation unit 13B-6 estimates the position of each target based on the respective target signals reconstructed by the separation processing unit 13B-5.
このようにして、レーダ装置300は、ARモデルによる周波数別信号情報の拡張処理を行わず、ターゲット別信号の再構成を行うことができる。 In this way, the radar device 300 can reconstruct target-specific signals without performing expansion processing of frequency-specific signal information using an AR model.
つぎに、レーダ装置300(特に信号処理部13B)の具体的な動作について説明する。図9,10は、レーダ装置300による信号処理の手順を示すフローチャートである。図11は、図9,10に示すフローチャートに関する信号処理部13Bの構成ついての説明に供する図である。なお、図4を用いて説明した第1実施例に係るレーダ装置100による信号処理の手順に含まれている工程と同一の工程には、同一のステップ番号を付し、詳細な説明は省略する。 Next, the specific operation of the radar device 300 (particularly the signal processing unit 13B) will be described. Figures 9 and 10 are flowcharts showing the signal processing procedure by the radar device 300. Figure 11 is a diagram used to explain the configuration of the signal processing unit 13B related to the flowcharts shown in Figures 9 and 10. Note that steps that are the same as those included in the signal processing procedure by the radar device 100 according to the first embodiment described using Figure 4 are assigned the same step numbers, and detailed explanations will be omitted.
以下では、信号処理部13Bで信号処理を行う前の工程である、アンテナチャネル信号を取得するアンテナチャネル信号取得工程ST4と、信号処理部13Bにより行われる、ターゲット信号の分離処理を行うARによるターゲット信号分離処理工程ST5と、距離・角度・振幅処理工程ST7について説明する。 The following describes the antenna channel signal acquisition process ST4, which acquires antenna channel signals and is a process that precedes signal processing by the signal processing unit 13B; the target signal separation processing process ST5 using AR, which separates and processes target signals and is performed by the signal processing unit 13B; and the distance, angle, and amplitude processing process ST7.
アンテナチャネル信号取得工程ST4(ステップST41~ステップST48)は、第1実施例に係るレーダ装置100による信号処理の手順に係るアンテナチャネル信号取得工程ST1(ステップST11~ステップST18)と同様である。よって、アンテナチャネル信号取得工程ST4では、送信信号を送信し、その反射信号を受信信号として受信して、すべてのアンテナチャネル信号を取得(生成)し、これらの信号をメモリ(不図示)に格納する。 The antenna channel signal acquisition process ST4 (steps ST41 to ST48) is the same as the antenna channel signal acquisition process ST1 (steps ST11 to ST18) in the signal processing procedure by the radar device 100 according to the first embodiment. Therefore, in the antenna channel signal acquisition process ST4, a transmission signal is transmitted, and the reflected signal is received as a received signal to acquire (generate) all antenna channel signals, and these signals are stored in memory (not shown).
次に、ARによるターゲット信号分離処理工程ST5の詳細について説明する。 Next, we will explain the details of the target signal separation processing step ST5 using AR.
ステップST51において、配列抽出部15は、最初のアンテナチャネル信号の時系列上の番号「j」を設定する。本工程では、配列抽出部15は、j=0、に設定する。配列抽出部15は、上述した取得部13B-1および抽出部13B-2に相当する。 In step ST51, the sequence extraction unit 15 sets the time series number "j" of the first antenna channel signal. In this process, the sequence extraction unit 15 sets j = 0. The sequence extraction unit 15 corresponds to the acquisition unit 13B-1 and extraction unit 13B-2 described above.
ステップST52において、配列抽出部15は、設定された時系列のj番目のアンテナチャネル信号をメモリから取り出す。配列抽出部15は、取り出したアンテナチャネル信号をAR係数算出部16に送信する。AR係数算出部16は、上述した第1算出部13B-3に相当する。 In step ST52, the sequence extraction unit 15 extracts the jth antenna channel signal of the set time series from the memory. The sequence extraction unit 15 transmits the extracted antenna channel signal to the AR coefficient calculation unit 16. The AR coefficient calculation unit 16 corresponds to the first calculation unit 13B-3 described above.
ステップST53において、AR係数算出部16は、配列抽出部15から送信されてきたアンテナチャネル信号から行列形式の方程式を生成する。行列形式の方程式は、上述した(5)式に相当する。AR係数算出部16は、記憶部17に格納されているAR次数(AR係数の個数p)に基づいて生成した方程式からAR係数を算出する。本実施例では、p=3、として説明するが、p=3、に限定されない。 In step ST53, the AR coefficient calculation unit 16 generates a matrix equation from the antenna channel signals transmitted from the sequence extraction unit 15. The matrix equation corresponds to equation (5) described above. The AR coefficient calculation unit 16 calculates the AR coefficients from the generated equation based on the AR order (number p of AR coefficients) stored in the memory unit 17. In this embodiment, p = 3 is used for explanation, but this is not limited to p = 3.
ステップST54において、AR係数算出部16は、ステップST53の工程で算出したAR係数をAR係数格納部18に格納する。AR係数格納部18は、記憶部17と同一であってもよい。 In step ST54, the AR coefficient calculation unit 16 stores the AR coefficient calculated in step ST53 in the AR coefficient storage unit 18. The AR coefficient storage unit 18 may be the same as the memory unit 17.
ステップST55において、特性多項式演算部31は、AR係数格納部18に格納されているAR係数に基づいて特性多項式を生成し、根を算出する。特性多項式演算部31は、根を算出することにより、ターゲット別信号(物標信号)の位相情報(位相項)を得ることができる。特性多項式演算部31は、上述した第2算出部13B-4に相当する。 In step ST55, the characteristic polynomial calculation unit 31 generates a characteristic polynomial based on the AR coefficients stored in the AR coefficient storage unit 18 and calculates the roots. By calculating the roots, the characteristic polynomial calculation unit 31 can obtain phase information (phase terms) of the target-specific signal (target signal). The characteristic polynomial calculation unit 31 corresponds to the second calculation unit 13B-4 described above.
ステップST56において、特性多項式演算部31は、ターゲット別信号の位相情報を時系列順にメモリ32に格納する。 In step ST56, the characteristic polynomial calculation unit 31 stores the phase information of the target-specific signals in chronological order in the memory 32.
ステップST57において、ターゲット別振幅算出部33は、ターゲット別信号の位相情報と、アンテナチャネル信号からターゲット別信号の第2振幅情報(振幅項)を算出するための行列形式の方程式を生成する。なお、以下では、ターゲット別信号の第2振幅情報(振幅項)を「ターゲット別振幅信号」と称する場合がある。ターゲット別振幅算出部33は、上述した第2算出部13B-4に相当する。 In step ST57, the target-specific amplitude calculation unit 33 generates a matrix equation for calculating the phase information of the target-specific signal and the second amplitude information (amplitude term) of the target-specific signal from the antenna channel signal. Note that, hereinafter, the second amplitude information (amplitude term) of the target-specific signal may be referred to as the "target-specific amplitude signal." The target-specific amplitude calculation unit 33 corresponds to the second calculation unit 13B-4 described above.
ステップST58において、ターゲット別振幅算出部33は、ステップST57の工程で生成した方程式から最小二乗法によりターゲット別信号の第2振幅情報(ターゲット別振幅信号)を算出する。 In step ST58, the target-specific amplitude calculation unit 33 calculates second amplitude information (target-specific amplitude signal) of the target-specific signal using the least squares method from the equation generated in step ST57.
ステップST59において、ターゲット別振幅算出部33は、ステップST58の工程で算出したターゲット別信号の第2振幅情報(ターゲット別振幅信号)を時系列順にメモリ34に格納する。 In step ST59, the target-specific amplitude calculation unit 33 stores the second amplitude information of the target-specific signal (target-specific amplitude signal) calculated in step ST58 in the memory 34 in chronological order.
ステップST60において、配列抽出部15は、ターゲット別振幅信号の時系列上の番号「j」を繰り上げる。ターゲット別振幅信号の時系列上の番号「j」の繰り上げを「j=j+1」と表現する。 In step ST60, the sequence extraction unit 15 increments the number "j" in the time series of the target-specific amplitude signal. The incrementing of the number "j" in the time series of the target-specific amplitude signal is expressed as "j = j + 1."
ステップST61において、配列抽出部15は、ステップST60の工程で更新した時系列上の番号(j)が所定の数である「M-1」に達したか否かを判断する。Mは、時系列上のサンプル数を示している。「j=M-1」の場合(Yes)には、ステップST62に進み、「j=M-1」ではない場合(No)には、ステップST52に戻る。 In step ST61, the sequence extraction unit 15 determines whether the number (j) on the time series updated in step ST60 has reached a predetermined number, "M-1." M indicates the number of samples on the time series. If "j = M-1" (Yes), proceed to step ST62; if "j = M-1" is not true (No), return to step ST52.
ステップST62において、信号処理部13Bは、ターゲット別信号(物標信号)の取得を完了する。メモリ34には、この物標信号が格納される。 In step ST62, the signal processing unit 13B completes acquisition of the target-specific signal (target signal). This target signal is stored in memory 34.
つぎに、ARによるターゲット信号分離処理工程ST5の具体的な演算処理の手順について説明する。 Next, we will explain the specific calculation processing steps of the AR target signal separation processing step ST5.
ステップST55の工程で生成する特性多項式は、(8)式に示すように、時系列「j」についてのAR係数を有する多項式である。
s(v)=a1v1+ a2v2+・・・+apvp-1 ・・・(8)
The characteristic polynomial generated in step ST55 is a polynomial having an AR coefficient for the time series "j" as shown in equation (8).
s(v)=a 1 v 1 + a 2 v 2 +...+a p v p -1...(8)
上述した特性多項式は、AR係数から(9)式に示す同伴行列の固有値を求めるための多項式である。これを対角化することで固有値が求まる。この固有値がp個の特性多項式の根λm(mは、1~pの整数)となる。
また、ターゲット毎の振幅を並べた縦ベクトルを(10)式のように置く。
(B1~Bp)j
T ・・・(10)
Also, a vertical vector in which the amplitudes for each target are arranged is placed as shown in equation (10).
(B 1 ~B p ) j T ...(10)
p個の特性多項式の根λm(mは、1~pの整数)のべき乗を並べた行列を作り、(11)式に示される方程式を考える。
この方程式を解くことでターゲット別振幅Bmを推定することができる。p個の特性多項式の根λmとターゲット別振幅Bmからターゲットが分離された状態の信号を再構成することができる。この方程式を解く際には、例えば、最小二乗法を用いることができる。 By solving this equation, the target-specific amplitude B m can be estimated. A signal with the target separated can be reconstructed from the roots λ m of the p characteristic polynomials and the target-specific amplitude B m . When solving this equation, for example, the least squares method can be used.
つぎに、距離・角度・振幅処理工程ST7について説明する。 Next, we will explain the distance, angle, and amplitude processing step ST7.
ステップST71において、距離・角度・振幅評価処理部36は、最初のターゲットの番号「k」を設定する。本工程では、距離・角度・振幅評価処理部36は、最初のターゲットの番号として、k=0、に設定する。距離・角度・振幅評価処理部36は、上述した分離処理部13B-5および位置推定部13B-6に相当する。 In step ST71, the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 sets the number "k" of the first target. In this process, the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 sets the number of the first target to k = 0. The distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 corresponds to the separation processing unit 13B-5 and position estimation unit 13B-6 described above.
ステップST72において、距離・角度・振幅評価処理部36は、ターゲット別信号の第2振幅情報(ターゲット別振幅信号)をメモリ34から時系列に取り出して距離評価処理を行う。図12は、ターゲット数を3つ(ターゲットT21,T22,T23)に想定した場合における距離評価処理の結果を示す図である。なお、図12に示す各ターゲットの波形は滑らかな曲線で示してあるが、一例で合って、滑らかな曲線に限定されない。 In step ST72, the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 retrieves the second amplitude information (target-specific amplitude signal) of the target-specific signal from the memory 34 in chronological order and performs distance evaluation processing. Figure 12 shows the results of distance evaluation processing when the number of targets is assumed to be three (targets T21, T22, and T23). Note that while the waveforms of each target in Figure 12 are shown as smooth curves, this is merely an example and is not limited to smooth curves.
ステップST73において、距離・角度・振幅評価処理部36は、対応する距離のターゲット別信号の位相情報(位相項)から角度スペクトルを計算し、角度評価処理を行う。図13は、ターゲット数を3つ(ターゲットT21,T22,T23)に想定した場合における角度評価処理の結果を示す図である。 In step ST73, the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 calculates the angular spectrum from the phase information (phase term) of the target-specific signal at the corresponding distance and performs angle evaluation processing. Figure 13 shows the results of angle evaluation processing when the number of targets is assumed to be three (targets T21, T22, and T23).
ステップST74において、距離・角度・振幅評価処理部36は、ターゲットの振幅、距離、角度をメモリ(不図示)に格納する。具体的には、距離・角度・振幅評価処理部36は、ステップST72の距離評価処理を行った結果から得られたターゲットの振幅および距離と、ステップ73の角度評価処理を行った結果から得られたターゲットの角度とをメモリに格納する。 In step ST74, the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 stores the amplitude, distance, and angle of the target in memory (not shown). Specifically, the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 stores the amplitude and distance of the target obtained as a result of the distance evaluation processing in step ST72, and the angle of the target obtained as a result of the angle evaluation processing in step ST73 in memory.
ステップST75において、距離・角度・振幅評価処理部36は、ターゲットの番号「k」を繰り上げる。ターゲットの番号「k」の繰り上げを「k=k+1」と表現する。 In step ST75, the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 increments the target number "k". The incrementing of the target number "k" is expressed as "k = k + 1".
ステップST76において、距離・角度・振幅評価処理部36は、ステップST75で更新したターゲットの番号「k」が所定の数である「P-1」に達したか否かを判断する。Pは、ターゲット数を示している。「k=P-1」の場合(Yes)には、ステップST77に進み、「k=P-1」ではない場合(No)には、ステップST72に戻る。 In step ST76, the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 determines whether the target number "k" updated in step ST75 has reached a predetermined number, "P-1." P indicates the number of targets. If "k = P-1" (Yes), proceed to step ST77; if "k = P-1" is not true (No), return to step ST72.
ステップST77において、距離・角度・振幅評価処理部36は、すべてのターゲットのプロファイル取得を完了する。 In step ST77, the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36 completes profile acquisition for all targets.
このようにして、レーダ装置300は、ARによるターゲット信号分離処理工程ST5において、AR係数から特性多項式を生成し、根を求めることでターゲット別信号の位相情報を算出し、ターゲット別信号の位相情報と計測データの最小二乗法による演算によりターゲット別信号の第2振幅情報を算出し、ターゲット別信号の第2振幅情報(ターゲット別振幅信号)を時系列に距離評価処理を行い、また、ターゲット別信号の位相情報から角度スペクトルを計算し、角度評価処理を行うことにより、ターゲットの振幅、距離、角度を算出することができる。よって、レーダ装置300は、開口が小さくても距離方向に近接したターゲットを角度分離することができ、狭帯域でもターゲットの距離分離することができる(距離精度の向上を図ることができる)。なお、メモリ32,34は、備えない構成でもよい。この構成の場合、特性多項式演算部31は、ターゲット別信号の位相情報を時系列順にターゲット別振幅算出部33に送信する。また、ターゲット別振幅算出部33は、ターゲット別信号の第2振幅情報(ターゲット別振幅信号)と、ターゲット別信号の位相情報(位相項)とを距離・角度・振幅評価処理部36に送信する。 In this way, in the AR target signal separation processing step ST5, the radar device 300 generates a characteristic polynomial from the AR coefficients, finds the roots, calculates phase information of the target-specific signal, calculates second amplitude information of the target-specific signal using the phase information of the target-specific signal and the measurement data through a least-squares method, performs distance evaluation processing on the second amplitude information of the target-specific signal (target-specific amplitude signal) in a time series, and calculates an angular spectrum from the phase information of the target-specific signal and performs angle evaluation processing, thereby calculating the amplitude, distance, and angle of the target. Therefore, the radar device 300 can angularly separate targets close in the distance direction even with a small aperture, and can distance-separate targets even with a narrow bandwidth (improving distance accuracy). Note that the memories 32 and 34 may not be included. In this configuration, the characteristic polynomial calculation unit 31 transmits the phase information of the target-specific signal to the target-specific amplitude calculation unit 33 in chronological order. In addition, the target-specific amplitude calculation unit 33 transmits second amplitude information of the target-specific signal (target-specific amplitude signal) and phase information of the target-specific signal (phase term) to the distance/angle/amplitude evaluation processing unit 36.
(対象物検出方法について)
つぎに、狭帯域下においても、距離方向についてターゲットの分離性能を向上させるレーダ装置100の対象物検出方法について説明する。図14は、狭帯域下においても、距離方向についてターゲットの分離性能を向上させる対象物検出方法の手順を示すフローチャートである。
(About the object detection method)
Next, an object detection method for the radar device 100 that improves target separation performance in the distance direction even in a narrow band will be described. Fig. 14 is a flowchart showing the steps of the object detection method that improves target separation performance in the distance direction even in a narrow band.
ステップST101において、信号送受信部11は、1または複数の物標によって反射された信号を現実的にまたは仮想的に異なる位置に配置された複数のアンテナにより受信する(信号送受信工程)。 In step ST101, the signal transmission/reception unit 11 receives signals reflected by one or more targets using multiple antennas located at different real or virtual positions (signal transmission/reception process).
ステップST102において、分離処理部13A-5,13B-5は、複数のアンテナにより受信されたそれぞれの受信信号と、自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する(分離処理工程)。 In step ST102, separation processing units 13A-5 and 13B-5 separate the target angles based on the results of calculations performed using the signals received by the multiple antennas and the coefficients of the autoregressive model (separation processing step).
このような構成によれば、対象物検出方法は、分離処理部工程により複数の受信信号をそれぞれの物標から反射された物標信号に分離することができる。よって、対象物検出方法は、開口が小さくても距離方向に近接したターゲットを角度分離することができ、狭帯域でもターゲットの距離分離することができる(距離精度の向上を図ることができる)。 With this configuration, the object detection method can separate multiple received signals into target signals reflected from each target using the separation processing step. Therefore, the object detection method can angularly separate targets that are close in the distance direction even with a small aperture, and can distance-separate targets even with a narrow bandwidth (improving distance accuracy).
(プログラムについて)
狭帯域下においても、距離方向についてターゲットの分離性能を向上させるためのプログラムは、主に以下の工程で構成されており、コンピュータ500(ハードウェア)によって実行される。
(About the program)
The program for improving target separation performance in the distance direction even in a narrow band mainly comprises the following steps, and is executed by the computer 500 (hardware).
工程1(信号送受信工程):1または複数の物標によって反射された信号を現実的にまたは仮想的に異なる位置に配置された複数のアンテナにより受信する工程。
工程2(分離処理工程):複数のアンテナにより受信されたそれぞれの受信信号と、自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する工程。
Step 1 (signal transmitting/receiving step): A step of receiving signals reflected by one or more targets by a plurality of antennas arranged at different positions, either actually or virtually.
Step 2 (separation processing step): A step of separating the angles of the target based on the results of calculations performed using the signals received by the multiple antennas and the coefficients of the autoregressive model.
ここで、コンピュータ500の構成と動作について図15を用いて説明する。図15は、コンピュータ500の構成を示す図である。コンピュータ500は、図15に示すように、プロセッサ501と、メモリ502と、ストレージ503と、入出力I/F504と、通信I/F505とがバスA上に接続されて構成されている。これらの各構成要素の協働により、本開示に記載される機能、および/または、方法を実現する。 The configuration and operation of computer 500 will now be described using FIG. 15. FIG. 15 is a diagram showing the configuration of computer 500. As shown in FIG. 15, computer 500 is configured by connecting a processor 501, memory 502, storage 503, input/output I/F 504, and communication I/F 505 on bus A. The functions and/or methods described in this disclosure are realized by the cooperation of these components.
メモリ502は、RAM(Random Access Memory)で構成される。RAMは、揮発メモリまたは不揮発性メモリで構成されている。 Memory 502 is composed of RAM (Random Access Memory). RAM is composed of volatile or non-volatile memory.
ストレージ503は、ROM(Read Only Memory)で構成される。ROMは、不揮発性メモリで構成されており、例えば、HDD(Hard Disc Drive)やSSD(Solid State Drive)、Flash Memoryにより実現される。ストレージ503には、上述した工程1~工程2で実現されるプログラムなどの各種のプログラムが格納されている。 Storage 503 is composed of ROM (Read Only Memory). ROM is composed of non-volatile memory, and is realized, for example, by an HDD (Hard Disc Drive), SSD (Solid State Drive), or Flash Memory. Storage 503 stores various programs, such as the programs realized in steps 1 and 2 described above.
入出力I/F504には、信号処理回路600が接続されている。信号処理回路600には、1または複数の送信アンテナ601と、1または複数の受信アンテナ602とが接続されている。ここで、送信アンテナと受信アンテナの構成は複数考えられる。信号処理回路600、送信アンテナ601および受信アンテナ602は、上述した信号送受信部11に相当する。 A signal processing circuit 600 is connected to the input/output I/F 504. One or more transmitting antennas 601 and one or more receiving antennas 602 are connected to the signal processing circuit 600. There are multiple possible configurations of transmitting antennas and receiving antennas. The signal processing circuit 600, transmitting antenna 601, and receiving antenna 602 correspond to the signal transmitting/receiving unit 11 described above.
プロセッサ501は、コンピュータ500全体の動作を制御する。プロセッサ501は、ストレージ503からオペレーティングシステムや多様な機能を実現する様々なプログラムをメモリ502にロードし、ロードしたプログラムに含まれる命令を実行する演算装置である。 The processor 501 controls the overall operation of the computer 500. The processor 501 is an arithmetic unit that loads an operating system and various programs that realize various functions from the storage 503 into the memory 502 and executes the instructions contained in the loaded programs.
具体的には、プロセッサ501は、ユーザの操作を受け付けた場合、ストレージ503に格納されているプログラム(例えば、本発明に係るプログラム)を読み出し、読み出したプログラムをメモリ502に展開し、プログラムを実行する。また、プロセッサ501が処理プログラムを実行することにより、信号処理部13Aと、データ処理部14などの各機能が実現される。 Specifically, when processor 501 receives a user operation, it reads a program (e.g., a program related to the present invention) stored in storage 503, loads the read program into memory 502, and executes the program. Furthermore, by processor 501 executing the processing program, various functions such as signal processing unit 13A and data processing unit 14 are realized.
ここで、プロセッサ501の構成について説明する。プロセッサ501は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)、これら以外の各種演算装置、またはこれらの組み合わせにより実現される。 The configuration of the processor 501 will now be described. The processor 501 may be realized, for example, by a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), various other computing devices, or a combination of these.
また、本開示に記載される機能、および/または、方法を実現するために、プロセッサ501、メモリ502およびストレージ503などの機能の一部または全部は、専用のハードウェアであるコンピュータ(以下、処理回路という)700で構成されてもよい。図16は、処理回路700の構成を示す図である。処理回路700は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又はこれらを組み合わせたものである。処理回路700には、信号処理回路600が接続されている。信号処理回路600には、1または複数の送信アンテナ601と、1または複数の受信アンテナ602とが接続されている。 Furthermore, to realize the functions and/or methods described in this disclosure, some or all of the functions of the processor 501, memory 502, storage 503, etc. may be configured as dedicated hardware, such as a computer (hereinafter referred to as a processing circuit) 700. Figure 16 is a diagram showing the configuration of the processing circuit 700. The processing circuit 700 may be, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a combination thereof. A signal processing circuit 600 is connected to the processing circuit 700. One or more transmitting antennas 601 and one or more receiving antennas 602 are connected to the signal processing circuit 600.
また、プロセッサ501は、単一の構成要素として説明したが、これに限られず、複数の物理的に別体のプロセッサの集合により構成されてもよい。本明細書において、プロセッサ501によって実行されるとして説明されるプログラムまたは当該プログラムに含まれる命令は、単一のプロセッサ501で実行されてもよいし、複数のプロセッサにより分散して実行されてもよい。また、プロセッサ501によって実行されるプログラムまたは当該プログラムに含まれる命令は、複数の仮想プロセッサにより実行されてもよい。 Furthermore, while the processor 501 has been described as a single component, it is not limited to this and may be configured as a collection of multiple physically separate processors. In this specification, a program described as being executed by the processor 501 or instructions included in the program may be executed by a single processor 501, or may be executed in a distributed manner by multiple processors. Furthermore, a program executed by the processor 501 or instructions included in the program may be executed by multiple virtual processors.
通信I/F505は、所定の通信規格(例えば、CAN(Controller Area Network))に準拠したインターフェースであり、有線または無線により外部の上位装置(例えば、ECUなど)と通信を行う。 The communication I/F 505 is an interface that conforms to a specific communication standard (e.g., CAN (Controller Area Network)) and communicates with an external higher-level device (e.g., an ECU) via wired or wireless communication.
このようにして、本実施形態に係るプログラムは、コンピュータ500,700で実行されて、信号処理回路600、送信アンテナ601および受信アンテナ602を利用することにより、工程1(信号送受信工程)により1または複数の物標によって反射された信号を現実的にまたは仮想的に異なる位置に配置された複数のアンテナにより受信し、工程2(分離処理工程)により複数のアンテナにより受信されたそれぞれの受信信号と、自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する処理を行う。よって、本実施形態に係るプログラムがコンピュータ500,700で実行されて、信号処理回路600、送信アンテナ601および受信アンテナ602を利用することにより、開口が小さくても距離方向に近接したターゲットを角度分離することができ、狭帯域でもターゲットの距離分離することができる(距離精度の向上を図ることができる)。 In this way, the program according to this embodiment is executed on the computer 500, 700, and utilizes the signal processing circuit 600, the transmitting antenna 601, and the receiving antenna 602 to receive signals reflected by one or more targets in step 1 (signal transmission/reception step) using multiple antennas located at different real or virtual locations, and then performs processing to separate the target angles in step 2 (separation processing step) based on the results of a calculation using the received signals received by the multiple antennas and the coefficients of an autoregressive model. Therefore, by executing the program according to this embodiment on the computer 500, 700, and utilizing the signal processing circuit 600, the transmitting antenna 601, and the receiving antenna 602, it is possible to separate targets close in the distance direction by angle even with a small aperture, and to separate targets by distance even with a narrow bandwidth (improving distance accuracy).
以上、本願の実施の形態のいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、本発明の開示の欄に記載の態様を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。 The above describes in detail some of the embodiments of the present application based on the drawings, but these are merely examples, and the present invention can be implemented in other forms that incorporate various modifications and improvements based on the knowledge of those skilled in the art, including the aspects described in the disclosure of the present invention.
11 信号送受信部
13A,13B 信号処理部
13A-1,13B-1 取得部
13A-2,13B-2 抽出部
13A-3 算出部
13A-4 拡張部
13A-5,13B-5 分離処理部
13A-6,13B-6 位置推定部
13B-3 第1算出部
13B-4 第2算出部
14 データ処理部
15,22 配列抽出部
16 AR係数算出部
17 記憶部
18 AR係数格納部
19 信号拡張部
20 FFT計算部
21 ピーク検出部
23,32,34 メモリ
31 特性多項式演算部
33 ターゲット別振幅算出部
36 距離・角度・振幅評価処理部
100,300 レーダ装置
11 Signal transmitting/receiving unit 13A, 13B Signal processing unit 13A-1, 13B-1 Acquisition unit 13A-2, 13B-2 Extraction unit 13A-3 Calculation unit 13A-4 Expansion unit 13A-5, 13B-5 Separation processing unit 13A-6, 13B-6 Position estimation unit 13B-3 First calculation unit 13B-4 Second calculation unit 14 Data processing unit 15, 22 Sequence extraction unit 16 AR coefficient calculation unit 17 Memory unit 18 AR coefficient storage unit 19 Signal expansion unit 20 FFT calculation unit 21 Peak detection unit 23, 32, 34 Memory 31 Characteristic polynomial calculation unit 33 Target-specific amplitude calculation unit 36 Distance/angle/amplitude evaluation processing unit 100, 300 Radar device
Claims (5)
前記複数のアンテナからの距離に対する第1振幅情報を前記それぞれの受信信号ごとに取得する取得部と、
前記取得部で取得した前記それぞれの受信信号ごとの前記第1振幅情報の中から、前記複数のアンテナから複数の所定の距離に対応する前記第1振幅情報をアンテナチャネル信号の情報として抽出する抽出部と、
前記抽出部で抽出した前記アンテナチャネル信号の情報に基づいて、前記複数のアンテナから得られた第1振幅情報を所定の次数の自己回帰モデルによって表現し、一般化逆行列または自己相関関数を用いて前記自己回帰モデルの係数を算出する算出部と、
前記複数のアンテナにより受信されたそれぞれの受信信号と、前記算出部で算出された前記自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する分離処理部と、を備えるレーダ装置。 a signal transmitting/receiving unit that receives signals reflected by one or more targets using a plurality of antennas that are actually or virtually located at different positions;
an acquisition unit that acquires first amplitude information with respect to a distance from the plurality of antennas for each of the received signals;
an extracting unit that extracts, from the first amplitude information for each of the received signals acquired by the acquiring unit, the first amplitude information corresponding to a plurality of predetermined distances from the plurality of antennas as information of an antenna channel signal;
a calculation unit that represents first amplitude information obtained from the plurality of antennas by an autoregressive model of a predetermined order based on the information of the antenna channel signals extracted by the extraction unit, and calculates coefficients of the autoregressive model using a generalized inverse matrix or an autocorrelation function;
a separation processing unit that separates the angles of the targets based on a calculation result performed using each of the received signals received by the plurality of antennas and the coefficients of the autoregressive model calculated by the calculation unit .
前記分離処理部は、前記拡張部により拡張された拡張アンテナチャネル信号の情報をフーリエ変換することにより、前記第1振幅情報を物標ごとに分離するように処理する、請求項1に記載のレーダ装置。 an extension unit that estimates and extends the information of the antenna channel signal in an antenna direction based on the information of the antenna channel signal and a coefficient of the autoregressive model,
The radar device according to claim 1 , wherein the separation processing unit performs a Fourier transform on information of the extended antenna channel signal extended by the extension unit, thereby separating the first amplitude information for each target.
前記第2算出部で算出された前記物標信号の前記位相情報と前記第2振幅情報とに基づいて、前記分離処理部により物標信号を再構成し、この再構成された前記物標信号に基づいて、前記1または複数の物標の位置を推定する位置推定部とを備える請求項1に記載のレーダ装置。 a second calculation unit that calculates phase information and second amplitude information corresponding to the target signals reflected from the one or more targets based on the coefficients of the autoregressive model;
2. The radar device according to claim 1, further comprising: a position estimation unit that reconstructs a target signal by the separation processing unit based on the phase information and the second amplitude information of the target signal calculated by the second calculation unit, and estimates positions of the one or more targets based on the reconstructed target signal.
前記複数のアンテナからの距離に対する第1振幅情報を前記それぞれの受信信号ごとに取得する取得工程と、
前記取得工程で取得した前記それぞれの受信信号ごとの前記第1振幅情報の中から、前記複数のアンテナから複数の所定の距離に対応する前記第1振幅情報をアンテナチャネル信号の情報として抽出する抽出工程と、
前記抽出工程で抽出した前記アンテナチャネル信号の情報に基づいて、前記複数のアンテナから得られた第1振幅情報を所定の次数の自己回帰モデルによって表現し、一般化逆行列または自己相関関数を用いて前記自己回帰モデルの係数を算出する算出工程と、
前記複数のアンテナにより受信されたそれぞれの受信信号と、前記算出工程で算出された前記自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する分離処理工程と、を備える対象物検出方法。 a signal transmitting and receiving step of receiving signals reflected by one or more targets by a plurality of antennas disposed at different positions, either actually or virtually;
an acquisition step of acquiring first amplitude information with respect to a distance from the plurality of antennas for each of the received signals;
an extraction step of extracting, as information on antenna channel signals, the first amplitude information corresponding to a plurality of predetermined distances from the plurality of antennas from the first amplitude information for each of the received signals acquired in the acquisition step;
a calculation step of expressing first amplitude information obtained from the plurality of antennas by an autoregressive model of a predetermined order based on the information of the antenna channel signals extracted in the extraction step, and calculating coefficients of the autoregressive model using a generalized inverse matrix or an autocorrelation function;
a separation processing step of separating the angles of the target based on a calculation result performed using each of the received signals received by the plurality of antennas and the coefficients of the autoregressive model calculated in the calculation step .
1または複数の物標によって反射された信号を現実的にまたは仮想的に異なる位置に配置された複数のアンテナにより受信する信号送受信工程と、
前記複数のアンテナからの距離に対する第1振幅情報を前記それぞれの受信信号ごとに取得する取得工程と、
前記取得工程で取得した前記それぞれの受信信号ごとの前記第1振幅情報の中から、前記複数のアンテナから複数の所定の距離に対応する前記第1振幅情報をアンテナチャネル信号の情報として抽出する抽出工程と、
前記抽出工程で抽出した前記アンテナチャネル信号の情報に基づいて、前記複数のアンテナから得られた第1振幅情報を所定の次数の自己回帰モデルによって表現し、一般化逆行列または自己相関関数を用いて前記自己回帰モデルの係数を算出する算出工程と、
前記複数のアンテナにより受信されたそれぞれの受信信号と、前記算出工程で算出された前記自己回帰モデルの係数とを用いて行った演算結果に基づいて、物標の角度を分離する分離処理工程と、を実行させるためのプログラム。 On the computer,
a signal transmitting and receiving step of receiving signals reflected by one or more targets by a plurality of antennas disposed at different positions, either actually or virtually;
an acquisition step of acquiring first amplitude information with respect to a distance from the plurality of antennas for each of the received signals;
an extraction step of extracting, as information on antenna channel signals, the first amplitude information corresponding to a plurality of predetermined distances from the plurality of antennas from the first amplitude information for each of the received signals acquired in the acquisition step;
a calculation step of expressing first amplitude information obtained from the plurality of antennas by an autoregressive model of a predetermined order based on the information of the antenna channel signals extracted in the extraction step, and calculating coefficients of the autoregressive model using a generalized inverse matrix or an autocorrelation function;
a separation processing step of separating the angles of the target based on the calculation results performed using the signals received by the plurality of antennas and the coefficients of the autoregressive model calculated in the calculation step .
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