JP2013113723A - Radar system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、距離アンビギュィティ(ambiguity:あいまいさ)を解消し,目標の距離を正確に測定するレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a radar apparatus that eliminates distance ambiguity and accurately measures a target distance.
PRI(Pulse Repetition Interval:パルス繰り返し周期)内に距離アンビギュィティがある場合に、アンビギュィティなく距離を測定する従来技術について、非特許文献1で示されたレーダ装置を例に説明する。
従来のPRI内に距離アンビギュィティがあるレーダ装置では、図15に示すように1CPI(Coherent Processing Interval:コヒーレントに処理可能な時間)の内、ドップラ周波数(速度)を算出するための一定周波数の送信信号を用いるパルスドップラ処理と、距離情報と速度情報を含むビート周波数を得るための複数PRIに渡って周波数変調を施した送信信号を用いるFM(Frequency Modulation)レンジング方式により、測距が行われる。FMレンジングで得られるビート周波数には速度と距離情報が含まれているため、事前にパルスドップラ処理で得られる速度情報を用いて、ビート周波数から距離情報を算出する。このように、パルスドップラ処理とFMレンジングを行うことにより、PRI内に距離アンビギュィティがある場合にも、目標との相対距離を算出することが可能になり、測距性能の改善が期待される。
A conventional technique for measuring a distance without ambiguity when there is a distance ambiguity within a PRI (Pulse Repetition Interval) will be described by taking the radar apparatus disclosed in
In a conventional radar apparatus having a distance ambiguity in the PRI, as shown in FIG. 15, a transmission signal having a constant frequency for calculating a Doppler frequency (speed) within 1 CPI (Coherent Processing Interval). Ranging is performed by a pulse Doppler process using, and an FM (Frequency Modulation) ranging method using a transmission signal subjected to frequency modulation over a plurality of PRIs for obtaining a beat frequency including distance information and speed information. Since the beat frequency obtained by FM ranging includes speed and distance information, the distance information is calculated from the beat frequency using speed information obtained in advance by pulse Doppler processing. Thus, by performing pulse Doppler processing and FM ranging, it is possible to calculate the relative distance to the target even when there is a distance ambiguity in the PRI, and it is expected to improve the ranging performance.
非特許文献1に代表される従来のレーダ装置では、パルスドップラ処理、および周波数変調を行うFMレンジング処理の2つの処理が必要となり、1CPIを2分割するため、1つの処理に対する観測時間が短縮され、検出性能が劣化するという課題があった。また、図16に示すように複数目標の対処を想定した場合、従来のレーダ装置ではパルスドップラ処理により、速度とFMレンジングによるビート周波数の組み合わせを解くために、パルスドップラ処理と、周波数変調が異なる2つのFMレンジング、つまり3つの処理が必要となり、1CPIを3分割するため、さらに検出性能が劣化するという課題があった。さらに、距離分解能を向上させるためには、FMレンジングの周波数変調帯域幅を広げる必要があるが、距離分解能に比例してあいまいさなく算出可能な距離は短縮されるため、距離分解能の高分解能化には限界があるという課題があった。
The conventional radar apparatus represented by Non-Patent
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、PRI内に距離アンビギュィティが存在する場合における、検出性能、測距性能および距離分解能の向上を図ると共に、複数目標の対処を可能にするレーダ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. In the case where a distance ambiguity exists in the PRI, the present invention aims to improve detection performance, distance measurement performance and distance resolution, and cope with multiple targets. It is an object to obtain a radar device that enables this.
この発明に係るレーダ装置は、目標があらかじめ設定された範囲内の相対速度および相対距離を有し、相対速度を有する目標のPRI内距離のアンビギュィティを解く第1の条件と、相対距離を有する目標のPRI内の距離分解能が、FMレンジング後の距離分解能よりも高精度となる第2の条件とを備えたパラメータを設定し、設定したパラメータに基づき複数のPRIに渡って周波数変調されたキャリア信号に対してPRIでパルス内変調された送信信号を放射する送信機と、目標で反射して戻った送信信号を受信信号として受信し、この受信信号に対して、送信機から得られるキャリア信号を用いてダウンコンバートし受信ビート信号に変換する受信機と、受信機から得られる受信ビート信号に対しFMレンジングを行い、目標との相対距離を算出するためのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを作成するPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成部と、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成部から得られるPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップに対し、信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出部と、目標候補検出部から得られる目標候補のFMレンジング後の距離を用いて、PRI内の距離の距離アンビギュィティを解消し目標との相対距離を高精度に算出する目標相対距離算出部とを備えるものである。 In the radar apparatus according to the present invention, the target has a relative speed and a relative distance within a preset range, the first condition for solving the ambiguity of the PRI internal distance of the target having the relative speed, and the target having the relative distance. A parameter having a second condition in which the distance resolution in the PRI is higher than the distance resolution after FM ranging is set, and a carrier signal frequency-modulated over a plurality of PRIs based on the set parameter A transmitter that radiates a transmission signal modulated in the pulse by PRI and a transmission signal reflected back by the target as a reception signal, and a carrier signal obtained from the transmitter is received with respect to the reception signal. FM conversion is performed on the received beat signal obtained from the receiver and the received beat signal obtained from the receiver by down-converting the received beat signal. Distance in PRI for calculating distance-Distance in PRI for creating distance map after FM ranging-Distance map creating unit after FM ranging and Distance in PRI-Distance map creating unit after FM ranging The target candidate detection unit that detects the target candidate based on the signal strength and the distance after the FM ranging of the target candidate obtained from the target candidate detection unit with respect to the distance map after the FM-distance range in the PRI, A target relative distance calculation unit that eliminates the distance ambiguity of the distance in the PRI and calculates the relative distance to the target with high accuracy is provided.
この発明によれば、1CPIを分割しないため検出性能の向上と、距離アンビギュィティなく、高い距離分解能を有するレーダ装置を得ることができる。また、複数目標の対処を可能にするレーダ装置を得ることができる。 According to the present invention, since 1 CPI is not divided, it is possible to obtain a radar apparatus having improved detection performance and high distance resolution without distance ambiguity. Further, it is possible to obtain a radar apparatus that can deal with a plurality of targets.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるレーダ装置の構成を示すブロック図である。
レーダ装置は、送信RF(高周波)信号を送信し、当該送信RF信号の反射RF信号を受信する空中線1、送信機2、受信機4、送信機2と受信機4を切り替えて空中線1に接続する送受信切替器3、受信機4で得られた受信ビート信号の処理を行う例えばコンピュータからなる信号処理器5、および信号処理器5での処理結果などを表示する表示器6を備えている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus according to
The radar apparatus transmits the transmission RF (high frequency) signal and switches the
また、送信機2は、局部発振器21、パルス変調器22、パルス内変調信号発生器23および送信部24で構成されている。信号処理器5は、CPU、RAM、ROM、インターフェース回路などを有するコンピュータから構成され、ROMに記憶されるプログラムに従って、CPUで演算処理が行われる。信号処理器5の処理結果は、RAMなどのメモリに記録される。信号処理器5は、相関処理部52およびFM(Frequency Modulation)レンジング処理部53を備えるPRI(Pulse Repetition Interval)内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成部51、目標候補検出部54、および目標相対距離算出部55で構成されている。
The
まず、図2および図3を参照しながら、受信ビート信号を生成するまでの動作について説明する。図2は、この実施の形態1によるレーダ装置の1CPI(coherent Pulse Interval)に対する処理を示す説明図である。図3は、実施の形態1によるレーダ装置の周波数変調およびパルス内符号変調を行った送信信号と受信信号の関係を示す説明図である。
図2において、P個のパルス信号の繰り返し送信数をCPI数と呼ぶ。1つのCPI(P=1)に、複数パルスに渡る周波数変調と、PRI内は相関処理すなわちパルス圧縮を行う処理(RGH:Range Gated High Pulse Repetition Frequency、以下、RGH処理と称する)を行う。このように、1つのCPIに対して1つの処理のみを行えばよいため、従来技術(図15、図16参照)のように複数の処理を行う必要がなく、1つの処理に対する観測時間が長くなり、検出性能を向上させることができる。
First, the operation until the reception beat signal is generated will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is an explanatory diagram showing processing for 1 CPI (coherent pulse interval) of the radar apparatus according to the first embodiment. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a transmission signal and a reception signal subjected to frequency modulation and intra-pulse code modulation of the radar apparatus according to the first embodiment.
In FIG. 2, the number of repeated transmissions of P pulse signals is referred to as the CPI number. One CPI (P = 1) performs frequency modulation over a plurality of pulses and correlation processing, that is, pulse compression processing within the PRI (RGH: Range Gated High Pulse Repetition Frequency, hereinafter referred to as RGH processing). Thus, since only one process needs to be performed for one CPI, there is no need to perform a plurality of processes as in the prior art (see FIGS. 15 and 16), and the observation time for one process is long. Thus, the detection performance can be improved.
図3において、f0は送信開始周波数、TLは送信信号周波数掃引時間、BLは送信信号帯域幅、T0ビート信号観測時間、B0はT0の時間間隔での送信信号帯域幅、Tp送信パルス幅、φ0は送信信号と局部発振信号の初期位相、cは光速を表している。また、送信信号周波数掃引時間TL内の周波数変調はアップチャープ変調として説明する。 In FIG. 3, f 0 is a transmission start frequency, T L is a transmission signal frequency sweep time, B L is a transmission signal bandwidth, T 0 beat signal observation time, B 0 is a transmission signal bandwidth at a time interval of T 0 , T p transmission pulse width, φ 0 represents the initial phase of the transmission signal and the local oscillation signal, and c represents the speed of light. The frequency modulation within the transmission signal frequency sweep time TL will be described as up-chirp modulation.
次に、図4および図5を参照しながら、送信機2における送信信号に関するパラメータの設定方法について説明する。
具体的には、後段の信号処理器5の目標相対距離算出部55において、図4に示すFMレンジングの距離と、PRI内の距離を用いて、図5に示すようなPRI内距離のアンビギュィティ(ambiguity:あいまいさ)をFMレンジングの距離で解き、PRI内の距離を用いて高分解能に測距可能とするために、送信信号のパラメータを最適値に設定する。
なお、以下では、目標相対速度が0の場合と、目標相対速度が0でない場合に分けて説明を行う。
Next, a method for setting parameters relating to transmission signals in the
Specifically, the target relative distance calculation unit 55 of the
In the following description, the case where the target relative speed is 0 and the case where the target relative speed is not 0 will be described separately.
(i)目標相対速度が0の場合
PRI内の距離の距離アンビギュィティの解消と、ビート周波数から算出される距離(以下、FMレンジングによる距離と称する)の距離分解能よりも、相関処理後の距離分解能が高距離分解能となるような以下の式(1),(2),(3)の条件を満たすFMレンジングによる距離の距離分解能ΔR’FMとサンプリング間隔ΔRFM、相関処理後の距離分解能ΔR’PC、1PRIの折り返し距離Rpriを算出するパラメータ(ビート信号観測時間T0、T0の時間間隔での送信信号帯域幅B0、パルス繰り返し周期Tpri、サンプリング周波数Fsamp)が設定される。また、FMレンジングによる距離の距離分解能ΔR’FMは以下の式(4)、FMレンジングによる距離のサンプリング間隔ΔRFMは以下の式(5)、PRI内折返し距離Rpriは以下の式(6)、相関処理後の距離分解能ΔR’PCは以下の式(7)で算出される。ここで、HはFMレンジングのFFT点数を表す。
送信機2は、目標相対速度が0と限定できる場合、以上のように設定されたパラメータに基づいて動作する。
(I) When Target Relative Speed is 0 Distance resolution after correlation processing rather than distance ambiguity of distance in PRI and distance resolution of distance calculated from beat frequency (hereinafter referred to as distance by FM ranging) Distance resolution ΔR ′ FM and sampling interval ΔR FM by FM ranging that satisfy the following conditions (1), (2), and (3) satisfying the following expressions (1), (2), and (3), and distance resolution ΔR ′ after correlation processing PC, the parameters for calculating the aliasing distance R pri of 1PRI (beat
When the target relative speed can be limited to 0, the
(ii)目標相対速度が0でない場合
FMレンジングの距離は、FMレンジングにより得られたビート周波数から算出することができる。相対距離R0、相対速度vの目標のビート周波数fbは以下の式(8)で表される。
(Ii) When the target relative speed is not 0 The FM ranging distance can be calculated from the beat frequency obtained by the FM ranging. The target beat frequency fb of the relative distance R 0 and the relative speed v is expressed by the following formula (8).
式(8)では、距離項(右辺第1項)と速度項(右辺第2項)が混在している。非特許文献1では、ビート周波数から距離を算出するため、事前に得た速度情報を用いて速度項を消去する(速度補償)する必要があり、これにより1CPIに複数の処理を行うためそれぞれの処理の観測時間が短縮され、検出性能が劣化するという問題が生じていたが、この実施の形態1のレーダ装置では、事前に速度情報を得ることなく、PRI内距離の距離アンビギュィティを解くことが可能なFMレンジングの距離条件を求める。これにより、事前に速度情報を得る必要がなく、RGH処理の観測時間を長く維持することが可能となり、検出性能を向上させることができる。
In equation (8), the distance term (first term on the right side) and the velocity term (second term on the right side) are mixed. In
ビート周波数fbに対して速度補償を行わないFMレンジング後の距離R’FMは、以下の式(9)で表される。式(9)に示すように、速度項の影響により、FMレンジング後の距離が移動してずれが生じ、PRI内距離折返し数に誤りが発生し、目標相対距離を正しく算出することができない(図6参照)。
The distance R ′ FM after FM ranging without speed compensation for the beat frequency fb is expressed by the following equation (9). As shown in Equation (9), due to the influence of the velocity term, the distance after the FM ranging is shifted and a deviation occurs, an error occurs in the number of PRI distance return, and the target relative distance cannot be calculated correctly ( (See FIG. 6).
そこで、この実施の形態1のレーダ装置では、想定する最大目標相対距離Rtgt,maxと最大目標相対速度vtgt,maxの目標相対距離を算出するために、上述した式(1),(2),(3)に加え、送信信号のパラメータに2つの制約条件を同時に満たすように構成することにより、速度補償を行うことなく、高分解能に測距する。 Therefore, in the radar apparatus of the first embodiment, in order to calculate the target relative distance of the assumed maximum target relative distance R tgt, max and the maximum target relative speed v tgt, max , the above-described equations (1), (2 In addition to (3) and (3), the transmission signal parameters are configured to satisfy the two constraints at the same time, so that the distance is measured with high resolution without speed compensation.
図6に示すように、速度補償を行わない場合、速度項により距離の移動量が大きくなり、PRI内距離折返し数を誤り、正しく高分解能に測距できないため、図7に示す想定する最大目標相対速度vtgt,maxの目標のPRI内距離のアンビギュィティを解くための条件を満たすパラメータを設定する。まず、想定する最大目標相対速度vtgt,maxを持つ目標のPRI内距離の距離アンビギュィティを解くための、以下の式(10)で表される速度項による距離の移動量Rv,moveの条件を設定する。ここで、パルス幅Tpとパルス繰り返し周期Tpriの比Dutyは、式(11)で表される。
As shown in FIG. 6, when speed compensation is not performed, the amount of movement of the distance becomes large due to the speed term, the number of return distances in the PRI is incorrect, and the distance cannot be accurately measured with high resolution. A parameter that satisfies the condition for solving the ambiguity of the target PRI distance within the relative speed v tgt, max is set. First, the condition of the distance movement amount R v, move by the speed term expressed by the following equation (10) for solving the distance ambiguity of the distance within the PRI of the target having the assumed maximum target relative speed v tgt, max Set. Here, the ratio Duty of the pulse width T p and the pulse repetition period T pri is expressed by Expression (11).
さらに、想定する最大目標相対距離Rtgt,maxをアンビギュィティなく計測可能にするための、以下の式(12)で表されるアンビギュィティのないFMレンジング後の距離RFM,ambの条件を設定する(図8参照)。
Furthermore, in order to make it possible to measure the assumed maximum target relative distance R tgt, max without ambiguity, conditions for the distance R FM, amb after FM ranging without ambiguity expressed by the following equation (12) are set ( (See FIG. 8).
送信機2は、以下に示す式(13)で表される式(10)と式(12)を同時に満たす送信信号のパラメータに基づいて動作する。
式(13)が示すように、相対距離0からRtgt,maxと相対速度−vtgt,maxからvtgt,maxの範囲内の目標を高分解能に距離を算出することができる。
The
As shown in Expression (13), it is possible to calculate a distance with high resolution for a target within the range of the
このように構成することにより、相対速度がある場合においても、正しくPRI内距離折返し数を算出することが可能になり、PRI内距離を用いることにより高分解能に距離を算出することができる。また、事前に速度情報を得る必要がないため、パルスドップラ処理の速度とFMレンジングによるビート周波数の組合せをする必要がなく、1CPIを全てRGH処理として複数目標の高分解能の距離を算出することができる。 With this configuration, even when there is a relative speed, it is possible to calculate the number of PRI distance wraps correctly, and the distance can be calculated with high resolution by using the PRI distance. In addition, since it is not necessary to obtain speed information in advance, it is not necessary to combine the speed of pulse Doppler processing and the beat frequency by FM ranging, and it is possible to calculate a high-resolution distance of multiple targets using all 1 CPI as RGH processing. it can.
また、相対速度がある場合のパラメータ設定の効果の一例を示す。
図9は、異なる送信周波数において送信信号のパラメータとFMレンジングの距離の関係を示す説明図である。
図9(a)は、送信周波数f0’の場合(図9のパルス繰り返し周期Tpriの範囲)であって、式(13)を満たさない場合を示している、図9(b)は、送信周波数f0の場合(図9のパルス繰り返し周期Tpriの範囲)であって、式(13)を満たす場合を示している。図9(a)および図9(b)にそれぞれ一例として、設定したパラメータの一例を○●で示している。
In addition, an example of the effect of parameter setting when there is a relative speed is shown.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the relationship between the parameter of the transmission signal and the distance of FM ranging at different transmission frequencies.
FIG. 9A shows a case where the transmission frequency is f 0 ′ (the range of the pulse repetition period T pri of FIG. 9) and does not satisfy the equation (13). FIG. This is a case where the transmission frequency is f 0 (the range of the pulse repetition period T pri in FIG. 9) and satisfies the equation (13). In FIG. 9A and FIG. 9B, an example of the set parameter is indicated by ◯ ● as an example.
図10は、図9(a)および図9(b)とした場合の測距結果を示す説明図である。図9(a)のように式(13)を満たさない場合には、パラメータ○で示すように、速度項の影響が大きくなり、PRI内距離折り返し数を誤り、正しく測距することができない。一方、図9(b)のように式(13)を満たす場合には、パラメータ●で示すようにPRI内距離折り返し数を誤ることなく、精度よく測距することができる。この実施の形態1のレーダ装置の送信機2は、送信信号のパラメータが式(13)を満たすように構成することから、図10のパラメータ●で示すように、精度よく測距することができる。また、速度情報を得る処理を行う必要がなく、RGH処理の観測時間が長くなり、検出性能を向上させることができる。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a distance measurement result in the case of FIGS. 9A and 9B. When Expression (13) is not satisfied as shown in FIG. 9A, the influence of the speed term becomes large as shown by the parameter ◯, and the number of PRI distance wrapping is incorrect, and the distance cannot be measured correctly. On the other hand, when Expression (13) is satisfied as shown in FIG. 9B, it is possible to measure the distance with high accuracy without making an error in the number of PRI inward foldings as indicated by the parameter ●. Since the
局部発振器21は、送信信号周波数掃引時間TL、送信信号帯域幅BLで周波数変調された局部発振信号L0(t)を生成し、パルス変調器22と受信機4に出力する。パルス変調器22は、局部発振器21から入力された局部発振信号L0(t)に対しパルス変調を行い、パルス変調された局部発振信号L’0(t)として、送信部24に出力する。パルス内変調信号発生器23は、図11に示す4bit Barkerコードをパルス内変調信号φ(t)として生成し、送信部24に出力する。パルス内変調信号として他のbit Barkerコードを用いてもよい。また、パルス内変調信号として他の符号変調や周波数変調を用いてもよい。送信部24は、パルス変調器22から入力されたパルス変調された局部発振信号L’0(t)に対して、パルス内変調信号発生器23から入力されたパルス内変調信号φ(t)を用いてパルス内変調を行い、第2の送信RF信号Tx(t)を送受切替器3に出力する。
The
送受切替器3は、送信部24から入力された送信RF信号を空中線1に出力する。そして、空中線1から送信RF信号が空中に放射される。空中に放射された送信RF信号は、目標で反射され、反射RF信号として空中線1に入射する。そこで、空中線1は、入射してきた反射RF信号を受信し、受信RF信号として送受切替器3に出力する。送受切替器3は、空中線1から入力された受信RF信号を受信機4に出力する。
The transmission / reception switch 3 outputs the transmission RF signal input from the
受信機4は、送受切替器3から入力された第2の受信RF信号Rxtgt(n,t)に対し、局部発振器21から入力された局部発振信号L0(t)を用いてダウンコンバートした後、増幅、位相検波を行い、以下に示す式(14)で表わされる受信ビート信号S(n,m)として信号処理器5に出力する。
The receiver 4 down-converts the second received RF signal Rx tgt (n, t) input from the transmission / reception switch 3 using the local oscillation signal L 0 (t) input from the
なお、式(14)において、ASは受信ビート信号の振幅、nはビート信号観測時間T0内のパルス番号、Nはビート信号観測時間T0内の受信パルス数、mを1PRI内のサンプリング番号、Mを1PRI内のサンプリング点数、Δtを1PRI内のサンプリング時間、Toffsetは時刻2Rtgt,max/c以上で初めての送信パルス送信開始時刻、R(t)は時刻tの目標相対距離を表わしている。また、式(14)における
は受信ビート信号の速度項、
は受信ビート信号の距離項、
は変調符号を表している。
In the equation (14), A S is the amplitude of the received beat signal, n represents the pulse number in 0 beat signal observation time T, N is the sampling in 1PRI the received pulse number, m in the 0 beat signal observation time T No., M is the number of sampling points in 1 PRI, Δt is the sampling time in 1 PRI, T offset is the first transmission pulse transmission start time at
Is the speed term of the received beat signal,
Is the distance term of the received beat signal,
Represents a modulation code.
次に、受信ビート信号に対する各構成の処理動作について説明する。
PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成部51は、相関処理部52とFMレンジング処理部53で構成され、受信ビート信号に対して相関処理とFMレンジングを行い、目標との相対距離を算出するためのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを作成する。
Next, the processing operation of each component for the received beat signal will be described.
The distance
相関処理部52は、式(14)で表される受信ビート信号S(n,m)と参照信号Ex(mτ)との相関処理、つまりパルス圧縮を行う。ここでは、周波数領域での相関処理について説明する。
送信RF信号のパルス内変調成分と同じA/D変換後の参照信号Ex(mτ)は以下の式(15)で表される。
The
The reference signal Ex (m τ ) after A / D conversion, which is the same as the intra-pulse modulation component of the transmission RF signal, is expressed by the following equation (15).
式(15)において、mτはサンプリング番号、Mτは1PRIのサンプリング点数(以下の式(16)参照)、Fsampはサンプリング周波数、floor(X)は変数Xを越えない最大の整数を表す。
In the formula (15), m tau sampling number, M tau is 1PRI sampling points (see the following equation (16)), F samp is the sampling frequency, floor (X) represents the maximum integer not exceeding the variable X .
相関処理部52は、受信ビート信号S(n,m)と参照信号Ex(mτ)を以下に示す式(17)および式(18)によりそれぞれ高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)した後、乗算する(以下の式(19)参照)。ここで、*は複素共役、lはPRI内サンプリング番号、L’は相関処理のFFT点数を表す。ただし、L’>Mの時にはS(n,m)に0を代入し、L’>Mτの時にはEx(mτ)に0を代入する。
The
また、相関処理部52は、相関処理後の信号を受信ビート信号のサンプリング間隔よりも高精度にサンプリングする場合、以下に示す式(20)により0を設定する。ここで、Lは相関処理の高速フーリエ逆変換(IFFT:Inverse Fast Fourier Transform)点数であり、以下に示す式(21)により表される。ただし、qは0以上の整数である。また、q=0の場合は、受信ビート信号のサンプリング間隔と同じサンプリング間隔になる。
In addition, when the
最後に、相関処理部52は、乗算結果FV・Ex(n,kr)に対して、以下の式(22)に基づき高速フーリエ逆変換(IFFT)を行い、相関処理の結果、すなわちパルス圧縮後の信号RV・Ex(n,l)を出力する。また、パルス圧縮後の信号RV・Ex(n,l)のサンプリング番号lに対応するPRI内相対距離RPC(l)は以下の式(23)により表される。
Finally, the
FMレンジング処理部53は、以下の式(24)によりパルス圧縮後の信号RV・Ex(n,l)をPRI方向にH点でIFFTすることでPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップRFMRPC(kh,l)を出力する。ただし、H>Nの時にはRV・Ex(n,l)に0埋めを行う。受信パルス数より多いIFFT点数でIFFTを実行することにより高精度にサンプリングを行うことができる。ここで、khはFMレンジング後のサンプリング番号を表す。また、FMレンジング後のサンプリング番号に対応するPRI間相対距離RFM(kh)は以下の式(25)により表される。
The FM ranging processing
図16は、従来のレーダ装置の送信周波数を示す図である。図16の構成では、1CPIのうち、パルスドップラ処理および異なる2つの周波数変調を用いるFMレンジング方式を行う(1CPIを3等分割)場合を示している。図2に示した実施の形態1のレーダ装置の1CPIを全てRGH処理した場合と、図16の従来の構成との比較結果を図12に示している、図12に示すようにFMレンジング後の目標信号の電力が向上し、検出性能を向上させることができる。 FIG. 16 is a diagram illustrating a transmission frequency of a conventional radar apparatus. The configuration of FIG. 16 shows a case where the FM ranging method using pulse Doppler processing and two different frequency modulations in 1 CPI is performed (1 CPI is divided into three equal parts). FIG. 12 shows a comparison result between the case where all 1 CPI of the radar apparatus of the first embodiment shown in FIG. 2 is RGH processed and the conventional configuration of FIG. 16, and after FM ranging as shown in FIG. The power of the target signal is improved and the detection performance can be improved.
また、PRI間にIFFTの前に、例えば、PRI方向にハミング窓を乗算することで、クラッタのビート周波数方向のサイドローブを抑圧し、クラッタサイドローブに埋もれるのを抑制し、検出性能を向上させることができる。また、レーダとクラッタの関係に基づき、PRI方向にクラッタを抑圧するフィルタ(FIR(Finite Impulse Response)フィルタあるいはIIR(Infinite Impulse Response)フィルタ)処理を用いてもよい。パルス内変調信号として周波数変調を用いた場合は、相関処理の際にも、参照信号にハミング窓を乗算することで、PRI内距離方向のサイドローブを抑圧し、クラッタサイドローブに埋もれるのを抑制し、検出性能を向上させることができる。 In addition, before IFFT between PRIs, for example, by multiplying a hamming window in the PRI direction, side lobes in the beat frequency direction of the clutter are suppressed, and buried in the clutter side lobes are suppressed, and detection performance is improved. be able to. A filter (FIR (Finite Impulse Response) filter or IIR (Infinite Impulse Response) filter) process that suppresses clutter in the PRI direction based on the relationship between the radar and the clutter may be used. When frequency modulation is used as an intra-pulse modulation signal, the side lobes in the PRI inner distance direction are suppressed by multiplying the reference signal by a Hamming window even during correlation processing, thereby suppressing the buried in the clutter side lobe. In addition, the detection performance can be improved.
上記のように、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成部51は、相関処理としてPRI内パルス圧縮、FMレンジングとしてPRI間IFFTを行うことにより、目標との相対距離を算出するためのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ(図4参照)を目標候補検出部54に出力する。
As described above, the distance
図13を参照し、PRI内の距離−ビート周波数マップRFMRFM(kh,l)に対するCFAR(Constant False Alarm Rate)処理による目標候補検出の処理内容を説明する。図13は、CFAR処理に関わる注目セル、ガードセル、サンプルセルを示す説明図である。
目標候補検出部54は、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成部51から得られるPRI内の距離−ビート周波数マップRFMRPC(kh ,l)に対し、以下に示す式(26)によりCFAR処理を行い、目標候補を検出し、目標候補のFMレンジングによる距離RFM(kh)とPRI内の距離RPC(l)を目標候補組合せ目標相対距離算出部55へ出力する。ここで、RFMRPC,CFAR(kh,l)はCFAR処理による目標候補検出結果を表し、目標候補は0が設定される。
式(26)で示すように、「注目セルの振幅値>サンプルセルの振幅の平均値×CFAR係数」との条件を満たす場合、注目説が目標候補として検出される。
Referring to FIG. 13, the distance in the PRI - beat frequency map R FM R FM (k h, l) the processing content of the target candidate detection by CFAR (Constant False Alarm Rate) processing for explaining. FIG. 13 is an explanatory diagram showing a cell of interest, a guard cell, and a sample cell related to the CFAR process.
Target
As shown in Expression (26), when the condition “amplitude value of target cell> average value of amplitude of sample cell × CFAR coefficient” is satisfied, the target theory is detected as a target candidate.
また、CFAR閾値 CFAR_th (kh,l)は以下に示す式(27)により算出する。
式(27)において、CFAR_corはCFAR係数、Samp_cell (kh,l)はサンプルセル、ave (Z(p))は配列Z(p)の平均値を表す。
ただし、図14のようにCFAR閾値CFAR_th(kh,l)を越えるセルが集合した場合は、集合のなかで振幅の最大値を示すセルを目標候補として検出する。図14では、CFAR閾値CFAR_th(kh,l)を越えたセルを斜線領域で示している。
The CFAR threshold value CFAR_th (k h , l) is calculated by the following equation (27).
In the formula (27), CFAR_cor is CFAR factor, Samp_cell (k h, l) is the sample cell, ave (Z (p)) represents the average value of the sequence Z (p).
However, if you set the cell exceeds the CFAR threshold CFAR_th (k h, l) as shown in FIG. 14, to detect the cells showing the maximum value of the amplitude among the set as a target candidate. In FIG. 14, cells that exceed the CFAR threshold value CFAR_th (k h , l) are indicated by hatched areas.
目標相対距離算出部55は、目標候補検出部54から入力された目標候補に対し、PRI内相対距離RPC(l)の距離アンビギュィティをPRI間相対距離RFM(kh)を用いて以下に示す式(28)により解き、PRI内距離折返し数NR,rtnを算出する。
The target relative distance calculation unit 55 calculates the distance ambiguity of the relative distance R PC (l) within the PRI for the target candidate input from the target
最後に、目標相対距離算出部55は、PRI内距離折返し数NR,rtnとPRI内相対距離RPC(l)を用いて、以下に示す式(29)により目標相対距離RFM,PCを算出し、表示器6に出力する。ここで、int(X)は変数Xを超えない最大の整数である。
表示器6は、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップと、目標候補がある場合、目標情報として目標相対距離を画面上に表示する。
Finally, the target relative distance calculation unit 55 calculates the target relative distance R FM, PC by the following equation (29) using the PRI inner distance folding number N R, rtn and the PRI inner relative distance R PC (l). Calculate and output to the
The
以上のように、この実施の形態1によれば、想定範囲内の相対距離と相対速度を持つ目標相対距離を算出できるようにパラメータを設定し、FMレンジングを行うための周波数変調とパルス内パルス圧縮を行うためのパルス内変調を施した送信RF信号を送受信し、受信ビート信号に対し、PRI内はパルス圧縮、PRI間はFMレンジングを行いPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを作成し、PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップに対し、CFAR処理により目標候補を算出し、目標候補のPRI内の距離アンビギュィティをPRI間相対距離を用いて解き、目標相対距離を算出するように構成した。 As described above, according to the first embodiment, parameters are set so that a target relative distance having a relative distance and a relative speed within an assumed range can be calculated, and frequency modulation and intra-pulse pulses for FM ranging are performed. Transmits and receives transmission RF signals that have been subjected to intra-pulse modulation for compression, and creates a distance map within the PRI-distance-FM range by performing pulse compression within the PRI and FM ranging between the PRIs for the received beat signal Then, the target candidate is calculated by the CFAR process for the distance map in the PRI-distance map after FM ranging, and the target ambiguity in the PRI of the target candidate is solved using the relative distance between the PRIs so as to calculate the target relative distance. Configured.
これにより、事前に速度情報を得ることなく目標相対距離を算出することができ、1CPIに1つのRGH処理のみを行えばよく、レーダ装置の検出性能を向上させることができる。さらに、高距離分解能を維持しつつ、距離アンビギュィティを持つPRI内相対距離を、FMレンジング後のPRI間相対距離を用いて解くことにより、距離アンビギュィティなく高距離分解能のレーダ装置を得ることができる。また、パルスドップラ処理による速度とFMレンジングによるビート周波数の組合せを行わずとも、複数目標に対処し、目標相対距離を算出可能なレーダ装置を得ることができる。 Thereby, the target relative distance can be calculated without obtaining speed information in advance, and only one RGH process needs to be performed for one CPI, and the detection performance of the radar apparatus can be improved. Furthermore, a radar apparatus with high distance resolution without distance ambiguity can be obtained by solving the relative distance in PRI having distance ambiguity while maintaining high distance resolution using the relative distance between PRIs after FM ranging. Further, it is possible to obtain a radar apparatus capable of dealing with a plurality of targets and calculating a target relative distance without performing a combination of a speed by pulse Doppler processing and a beat frequency by FM ranging.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, any constituent element of the embodiment can be modified or any constituent element of the embodiment can be omitted within the scope of the invention.
1 空中線、2 送信機、3 送受切替器、4 受信機、5 信号処理器、6 表示器、21 局部発振器、22 パルス変調器、23 パルス内変調信号発生器、24 送信部、51 PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成部、52 相関処理部、53 FMレンジング処理部、54 目標候補検出部、55 目標相対距離算出部。 1 antenna, 2 transmitter, 3 transmission / reception switch, 4 receiver, 5 signal processor, 6 display, 21 local oscillator, 22 pulse modulator, 23 intra-pulse modulation signal generator, 24 transmitter, 51 in PRI A distance map creation unit after distance-FM ranging, 52 correlation processing unit, 53 FM ranging processing unit, 54 target candidate detection unit, 55 target relative distance calculation unit.
Claims (7)
前記目標があらかじめ設定された範囲内の相対速度および相対距離を有し、前記相対速度を有する目標のPRI内距離のアンビギュィティを解く第1の条件と、前記相対距離を有する目標のPRI内の距離分解能が、FMレンジング後の距離分解能よりも高精度となる第2の条件とを備えたパラメータを設定し、設定したパラメータに基づき複数のPRIに渡って周波数変調されたキャリア信号に対してPRIでパルス内変調された送信信号を放射する送信機と、
目標で反射して戻った前記送信信号を受信信号として受信し、この受信信号に対して、前記送信機から得られる前記キャリア信号を用いてダウンコンバートし受信ビート信号に変換する受信機と、
前記受信機から得られる受信ビート信号に対しFMレンジングを行い、目標との相対距離を算出するためのPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップを作成するPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成部と、
前記PRI内の距離−FMレンジング後の距離マップ作成部から得られるPRI内の距離−FMレンジング後の距離マップに対し、信号の強度に基づき目標候補を検出する目標候補検出部と、
前記目標候補検出部から得られる目標候補のFMレンジング後の距離を用いて、PRI内の距離の距離アンビギュィティを解消し目標との相対距離を高精度に算出する目標相対距離算出部とを備えたことを特徴とするレーダ装置。 In the radar device that calculates the relative distance to the target and performs target detection,
The target has a relative speed and a relative distance within a preset range, the first condition for solving the ambiguity of the target PRI distance having the relative speed, and the target PRI distance having the relative distance A parameter having a second condition in which the resolution is higher than the distance resolution after FM ranging is set, and a carrier signal that is frequency-modulated over a plurality of PRIs based on the set parameter is set in PRI. A transmitter that emits an intra-pulse modulated transmission signal;
A receiver that receives the transmission signal reflected back from the target as a reception signal, downconverts the reception signal using the carrier signal obtained from the transmitter, and converts it into a reception beat signal;
FM ranging is performed on the received beat signal obtained from the receiver, and a distance in the PRI for calculating a relative distance from the target-a distance map after the FM ranging-a distance in the PRI-a distance after the FM ranging A map creator,
A target candidate detection unit that detects a target candidate based on signal strength with respect to a distance map in the PRI-distance map after the FM ranging obtained from the distance map generation unit after the FM ranging in the PRI;
A target relative distance calculation unit that eliminates the distance ambiguity of the distance in the PRI and calculates the relative distance to the target with high accuracy by using the distance after FM ranging of the target candidate obtained from the target candidate detection unit; Radar apparatus characterized by the above.
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