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JP4266674B2 - Radar equipment - Google Patents

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JP4266674B2
JP4266674B2 JP2003058568A JP2003058568A JP4266674B2 JP 4266674 B2 JP4266674 B2 JP 4266674B2 JP 2003058568 A JP2003058568 A JP 2003058568A JP 2003058568 A JP2003058568 A JP 2003058568A JP 4266674 B2 JP4266674 B2 JP 4266674B2
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Japan
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sampling
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修 伊佐治
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Denso Ten Ltd
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Denso Ten Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ装置に関し、特に、衝突防止、オートクルーズコントロール、自動運転等を目的として使用される車載用として好適なレーダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自車両と目標物体との間の距離や自車両に対する目標物体の相対速度を計測するレーダ装置には、FM−CW(Frequency Modulated−Continuous Wave)、パルスドプラ等の各種レーダ方式が採用されている。その中でも、特に、FM−CWレーダ装置は、その回路構成が比較的小型・低廉であって移動体間の車間距離及び相対速度が同時に求まるという利点を有しているため、現在、多くの車両で採用されている。
【0003】
一般に、かかるFM−CWレーダ装置においては、例えば、下記特許文献1に示されるように、送信信号と受信信号とを混合する混合器と、その混合器から出力されるビート信号(アナログ信号)をサンプリングしてディジタル信号に変換するAD変換器(Analog-to-Digital Converter)と、そのAD変換器の出力に対して高速フーリエ変換(FFT)処理を施して解析を行い対象までの距離及び対象の相対速度を算出する処理器と、が設けられている。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−174548号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、信号処理を行う上で、信号対雑音比(SN比)(signal-to-noise ratio)を向上させる方法として、ハードウェアの性能アップによる方法の他に、演算による方法がある。演算によるSN比向上法としては、取得時刻の異なるデータに対して平均化処理(アベレージング)を施すことでSN比を向上させる方法が一般的である。
【0006】
しかし、レーダの場合、対象(目標物)が移動することに起因してそのビート信号は元来時間的に変化するため、そのデータを単純に平均化することができず、平均化処理(アベレージング)によるSN比向上法を適用することは困難である。
【0007】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、信号処理演算によりノイズの影響を除去することが可能なレーダ装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第一の面によれば、信号の周波数帯域に対して充分に高いサンプリング周波数で該信号をサンプリングしてAD変換するAD変換器と、前記AD変換器から出力されるデータを順次振り分けていくことにより、一定周期のデータの列からなるグループを複数個作成するグループ化手段と、前記グループ化手段によってグループ化されたグループごとに、該グループ内のデータに対してフーリエ変換を実施するフーリエ変換手段と、を具備するレーダ装置。が提供される。
【0009】
また、本発明の第二の面によれば、前記第一の面によるレーダ装置において、前記フーリエ変換手段によってグループごとに得られるフーリエ変換結果に基づいて平均化処理を行う平均化処理手段が更に具備される。
【0010】
また、本発明の第三の面によれば、前記第一の面によるレーダ装置において、前記サンプリング周波数は、信号の周波数帯域における最大周波数の4倍以上である。
【0011】
また、本発明の第四の面によれば、信号をサンプリングしてAD変換するAD変換器と、前記AD変換器から連続して出力される一定個数ごとのデータに対して平均化処理を実施していくことにより、時間平均されたデータ列を作成する平均化処理手段と、前記平均化処理手段によって作成されたデータ列に対してフーリエ変換を実施するフーリエ変換手段と、を具備するレーダ装置が提供される。
【0012】
また、本発明の第五の面によれば、前記第四の面によるレーダ装置において、前記AD変換器は、前記ビート信号の周波数帯域における最大周波数の4倍以上のサンプリング周波数でサンプリングを実行する。
【0013】
また、本発明の第六の面によれば、前記第四の面によるレーダ装置において、前記AD変換器は、前記ビート信号のナイキスト間隔以下の一定間隔ごとに近接して複数回サンプリングを実行し、前記平均化処理手段は、該複数回のサンプリングに対応する前記AD変換器の出力データに対して平均化処理を実行する。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明をFM−CWレーダ装置に適用した場合の実施形態について説明する。
【0015】
まず、FM−CWレーダによる距離及び相対速度の測定原理について、図1及び図2に基づき説明する。FM−CWレーダは、周波数変調(FM)を施しつつ連続波(CW)を送信し、その覆域内の対象(障害物)からのエコー(反射波)を受信するレーダである。
【0016】
ここで、その周波数変調(FM)を三角波(周波数f0を中心として±Δf/2の範囲で変化する)を用いて制御するとすれば、送信信号の周波数と時間との関係は、図1(A)における実線のようになる。
【0017】
そして、距離Rだけ離隔した場所に存在する対象からの反射信号の周波数と時間との関係は、その対象とレーダとの相対速度が0であるとすれば、図1(A)の破線のようになる。したがって、送信信号と受信信号(即ち、反射信号)とが混合(ミキシング)せしめられて得られるビート信号の周波数(ビート周波数)frは、図1(B)のようになる。
【0018】
ここで、変調三角波の繰り返し周波数をfm、光速をcとすれば、
r/(2R/c)=(Δf/2)/{(1/fm)/4}
∴ R=frc/4fmΔf
の関係が成立し、ビート周波数frを測定すれば、距離Rを算出することができる。
【0019】
対象とレーダとの相対速度が0でない場合には、ドプラ効果が起こるため、送受信信号は図2(A)のようになる。したがって、送信信号の周波数が上昇していく区間のビート周波数fup及び送信信号の周波数が下降していく区間のビート周波数fdownは、図2(B)に示すようになる。
【0020】
すなわち、fup及びfdownは、相対速度が0の場合のビート周波数frにドプラ周波数fdを重畳したものとなり、
up =fr−fd
down=fr+fd
と表される。
【0021】
なお、周知のように、ターゲットが速度vrの相対運動をするときには、レーダが受信する反射波の周波数は、送信波の周波数f0に対して、
d=2・vr・f0/c
によって表されるドプラ周波数だけずれる。ただし、c=3×108〔m/s〕である。
【0022】
したがって、このfup及びfdownを別々に測定し、fup及びfdownに基づいてfr及びfdを算出すれば、これらよりレーダから対象までの距離Rとレーダに対する対象の相対速度vrとを求めることができる。
【0023】
図3は、本発明の一実施形態に係るFM−CWレーダ装置の構成を示すブロック図である。同図において、変調信号発生器10は、変調信号として三角波信号を発生させる装置である。そして、電圧制御型発振器(Voltage-Controlled Oscillator)12は、その三角波信号に基づく周波数変調(FM)を施された送信信号を発生させる。その送信信号は、送信アンテナ14から送信波(電波)として放射される。
【0024】
受信アンテナ16は、かかる送信波に対する反射波を受信するものであり、その受信信号は、混合器(mixer)18に導かれる。混合器18は、その受信信号と送信信号とを混合して前述のビート信号を生成する。生成されたビート信号は、フィルタ20を介してAD変換器(Analog-to-Digital Converter)22に入力される。AD変換器22は、入力信号をサンプリングしてAD変換を行い、ディジタルデータを出力する。
【0025】
そして、AD変換器22の出力データは、処理器24へと導かれる。処理器24は、マイクロプロセッサ、DSP(Digital Signal Processor)等から構成され、ビート信号を表すディジタルデータ列に対して高速フーリエ変換(FFT)処理を施して周波数解析を行い、前述した測定原理に従って対象までの距離及び対象の相対速度を算出する。
【0026】
ところで、AD変換器22におけるAD変換のタイミングすなわちサンプリングの周期は、入力信号の周波数帯域を考慮して決定される。すなわち、ナイキストの標本化定理(sampling theorem)によれば、信号が有する最大周波数の2倍以上の周波数でサンプリングを行えば、原信号を復元することが可能である。この条件はナイキスト条件と呼ばれ、ナイキスト条件を満足する最低のサンプリング周波数はナイキスト周波数、その逆数はナイキスト周期又はナイキスト間隔とそれぞれ呼ばれる。
【0027】
したがって、AD変換器22におけるサンプリングも、ビート信号の周波数帯域における最大周波数の2倍以上の周波数をサンプリング周波数として実行される。例えば、図4のタイムチャートは、入力信号たるビート信号を便宜的に正弦波信号として、その周波数の4倍のサンプリング周波数でその入力信号電圧vをサンプリングする例を示している。
【0028】
ところで、同図に示されるサンプリング時刻t0,t1,t2,…において、偶然にも、入力信号にインパルス状のノイズが重畳する場合には、その後の信号処理の精度が大きく劣化することとなる。そこで、本発明は、最近のLSI技術の進歩を背景として、ナイキスト周波数よりも充分に高い周波数によるサンプリングすなわちオーバサンプリングを行い、SN比の向上を図るものである。
【0029】
図5は、AD変換器22におけるオーバサンプリングについて説明するためのタイムチャートである。図5における例では、図4の場合に比較して、3倍のサンプリング周波数で入力信号(電圧v)がサンプリングされている。以下、このようにしてオーバサンプリングされたデータによる信号処理について説明する。
【0030】
図6は、本発明の第一実施形態に係る、処理器24による信号処理手順を示すフローチャートである。まず、ステップ102では、AD変換器22において図5に示されるようにオーバサンプリングされAD変換されたAD変換器出力データ、すなわちビート信号としての3N(Nは正の整数)個のディジタルデータ列A(n)(n=0,1,2,…,3N−1)が取り込まれる。
【0031】
次いで、ステップ104では、取り込まれた3N個のデータのうちのN個のデータの列A(3i)(i=0,1,2,…,N−1)に対して高速フーリエ変換(FFT)が施されて周波数解析が行われる。すなわち、図5におけるサンプリング時刻t0,t3,t6,t9,t12,t15,…において収集されたデータに基づいて周波数解析が行われる。
【0032】
次いで、ステップ106では、同様に、取り込まれた3N個のデータのうちのN個のデータの列A(3i+1)(i=0,1,2,…,N−1)に対して高速フーリエ変換(FFT)が施されて周波数解析が行われる。すなわち、図5におけるサンプリング時刻t1,t4,t7,t10,t13,t16,…において収集されたデータに基づいて周波数解析が行われる。
【0033】
次いで、ステップ108では、同様に、取り込まれた3N個のデータのうちのN個のデータの列A(3i+2)(i=0,1,2,…,N−1)に対して高速フーリエ変換(FFT)が施されて周波数解析が行われる。すなわち、図5におけるサンプリング時刻t2,t5,t8,t11,t14,t17,…において収集されたデータに基づいて周波数解析が行われる。
【0034】
このように、本実施形態においては、AD変換器22から出力されるデータが順次振り分けられていき、一定周期のデータの列からなるグループが複数個作成され、そのグループごとに、その中のデータに対してフーリエ変換が実施される。かくして、図7(A)、(B)及び(C)に示されるように、3個のフーリエ変換結果が得られることとなる。
【0035】
最後のステップ110では、グループごとに得られたフーリエ変換結果に対して平均化処理が実施される。その平均化処理後の周波数データは、送信信号の周波数が上昇していく区間のビート周波数fup又は送信信号の周波数が下降していく区間のビート周波数fdownとして、レーダから対象までの距離Rとレーダに対する対象の相対速度vrとの算出に利用されることとなる。
【0036】
以上のような第一実施形態によれば、たとえ、あるサンプリング時刻にインパルス状のノイズが入力信号に重畳する場合にあっても、その後の信号処理の精度が大きく劣化することはなく、信号に重畳する熱雑音等によるフロア雑音に対しても平均化処理を行うことで低減化が図れSN比が向上する。
【0037】
なお、上記の第一実施形態では、3個のグループを作成したが、サンプリング周波数がビート信号の周波数帯域における最大周波数の4倍以上であれば、少なくとも2個のグループを作成することができ、本発明を利用することができることとなる。
【0038】
図8は、本発明の第二実施形態に係る、処理器24による信号処理手順を示すフローチャートである。まず、まず、ステップ202では、AD変換器22において図5に示されるようにオーバサンプリングされAD変換されたAD変換器出力データ、すなわちビート信号としての3N(Nは正の整数)個のディジタルデータ列A(n)(n=0,1,2,…,3N−1)が取り込まれる。
【0039】
次いで、ステップ204では、取り込まれた3N個のデータに対し、3個のデータごとに平均化処理が行われる。具体的には、
B(m)=[A(3m)+A(3m+1)+A(3m+2)]/3
(m=0,1,2,…,N−1)
なる演算が行われて、新たなN個のデータ列B(m)(m=0,1,2,…,N−1)が作成される。すなわち、図5におけるサンプリング時刻t0,t1及びt2において収集されたデータに対して平均化が行われ、次いで、サンプリング時刻t3,t4及びt5において収集されたデータに対して平均化が行われ、以下同様に平均化処理が行われていくこととなる。
【0040】
このように、第二実施形態では、AD変換器から連続して出力される一定個数ごとのデータに対して平均化処理が実施されていき、時間平均されたデータ列が作成される。そして、最後のステップ206では、時間平均処理後のデータ列B(m)(m=0,1,2,…,N−1)に対して高速フーリエ変換(FFT)が施されて周波数解析が行われ、送信信号の周波数が上昇していく区間のビート周波数fup又は送信信号の周波数が下降していく区間のビート周波数fdownが求められる。そして、その値は、レーダから対象までの距離Rとレーダに対する対象の相対速度vrとの算出に利用されることとなる。
【0041】
以上のような第二実施形態においても、前述の第一実施形態と同様に、あるサンプリング時刻にインパルス状のノイズが入力信号に重畳しても、その後の信号処理の精度が大きく劣化することはなく、信号に重畳する熱雑音等によるフロア雑音に対しても平均化処理を行うことで低減化が図れSN比が向上する。
【0042】
なお、上記の第二実施形態では、3個のデータごとに時間平均処理を施しているが、サンプリング周波数がビート信号の周波数帯域における最大周波数の4倍以上であれば、2個以上のデータごとに時間平均処理を施すことができ、本発明を利用することができることとなる。
【0043】
また、この第二実施形態の場合には、必ずしも一定周期でサンプリングを行う必要はなく、図9に示されるように、ナイキスト条件を満足する本来のサンプリング時刻の近傍で複数回データを採取するようにしてもよい。すなわち、ビート信号のナイキスト間隔以下の一定間隔ごとに近接して複数回サンプリングを実行し、該複数回のサンプリングに対応するデータに対して平均化処理を実行するようにしてもよい。
【0044】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、もちろん本発明はこれに限定されるものではなく、様々な実施形態を採用することが可能である。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、レーダ装置において、信号処理演算によりノイズの影響を除去することが可能となり、処理精度の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)及び(B)は、FM−CWレーダにおいて相対速度が0である場合の、送受信信号の周波数と時間との関係及びビート周波数と時間との関係をそれぞれ示す特性図である。
【図2】(A)及び(B)は、FM−CWレーダにおいて相対速度が0でない場合の、送受信信号の周波数と時間との関係及びビート周波数と時間との関係をそれぞれ示す特性図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るFM−CWレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図4】入力信号(電圧v)をサンプリングする例を示すタイムチャートである。
【図5】AD変換器におけるオーバサンプリングについて説明するためのタイムチャートである。
【図6】本発明の第一実施形態に係る、処理器による信号処理手順を示すフローチャートである。
【図7】グループごとに得られるフーリエ変換結果を例示する図である。
【図8】本発明の第二実施形態に係る、処理器による信号処理手順を示すフローチャートである。
【図9】AD変換器におけるオーバサンプリングについて説明するための他のタイムチャートである。
【符号の説明】
10…変調信号発生器
12…電圧制御型発振器(Voltage-Controlled Oscillator)
14…送信アンテナ
16…受信アンテナ
18…混合器(mixer)
20…フィルタ
22…AD変換器(Analog-to-Digital Converter)
24…処理器
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radar apparatus, and more particularly to a radar apparatus suitable for in-vehicle use used for the purpose of collision prevention, auto cruise control, automatic driving, and the like.
[0002]
[Prior art]
Various radar systems such as FM-CW (Frequency Modulated-Continuous Wave), pulse Doppler, etc. are employed in a radar apparatus that measures the distance between the host vehicle and the target object and the relative speed of the target object with respect to the host vehicle. Among them, in particular, the FM-CW radar apparatus has an advantage that its inter-vehicle distance and relative speed between moving bodies can be obtained at the same time because its circuit configuration is relatively small and inexpensive. It is adopted in.
[0003]
In general, in such an FM-CW radar apparatus, for example, as shown in Patent Document 1 below, a mixer that mixes a transmission signal and a reception signal, and a beat signal (analog signal) output from the mixer are used. An AD converter (Analog-to-Digital Converter) that samples and converts it to a digital signal, and performs an analysis by applying a fast Fourier transform (FFT) process to the output of the AD converter, and the distance to the target and the target And a processor for calculating the relative speed.
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-174548
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in general, as a method for improving a signal-to-noise ratio (signal-to-noise ratio) in performing signal processing, there is a method by calculation in addition to a method by improving hardware performance. As a method for improving the S / N ratio by calculation, a method of improving the S / N ratio by performing averaging processing (averaging) on data having different acquisition times is common.
[0006]
However, in the case of radar, since the beat signal originally changes in time due to the movement of the target (target), the data cannot be simply averaged, and the averaging process (average) is performed. It is difficult to apply the SN ratio improvement method by the
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a radar apparatus capable of removing the influence of noise by signal processing calculation.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, an AD converter that samples and AD-converts the signal at a sufficiently high sampling frequency with respect to the frequency band of the signal, and the AD converter Grouping means for creating a plurality of groups each consisting of a sequence of data having a fixed period by sequentially distributing data output from the data, and for each group grouped by the grouping means, the data in the group And a Fourier transform means for performing Fourier transform on the radar apparatus. Is provided.
[0009]
Further, according to the second aspect of the present invention, in the radar device according to the first aspect, the averaging processing means for performing averaging processing based on the Fourier transform result obtained for each group by the Fourier transform means is further provided. It is equipped.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the radar device according to the first aspect, the sampling frequency is four times or more the maximum frequency in the signal frequency band.
[0011]
In addition, according to the fourth aspect of the present invention, an averaging process is performed on an AD converter that samples and AD-converts a signal, and a predetermined number of pieces of data continuously output from the AD converter. A radar apparatus comprising: averaging processing means for creating a time-averaged data string by performing the processing; and Fourier transform means for performing Fourier transform on the data string created by the averaging processing means Is provided.
[0012]
According to a fifth aspect of the present invention, in the radar device according to the fourth aspect, the AD converter performs sampling at a sampling frequency that is four times or more the maximum frequency in the frequency band of the beat signal. .
[0013]
According to a sixth aspect of the present invention, in the radar device according to the fourth aspect, the AD converter performs sampling a plurality of times close to each other at a constant interval equal to or less than the Nyquist interval of the beat signal. The averaging processing means executes an averaging process on the output data of the AD converter corresponding to the plurality of samplings.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is applied to an FM-CW radar apparatus will be described with reference to the accompanying drawings.
[0015]
First, the measurement principle of distance and relative velocity by FM-CW radar will be described with reference to FIGS. The FM-CW radar is a radar that transmits a continuous wave (CW) while performing frequency modulation (FM) and receives an echo (reflected wave) from a target (obstacle) in the coverage area.
[0016]
Here, if the frequency modulation (FM) is controlled using a triangular wave (which changes within a range of ± Δf / 2 around the frequency f 0 ), the relationship between the frequency of the transmission signal and time is shown in FIG. It looks like the solid line in A).
[0017]
Then, the relationship between the frequency of the reflected signal from the target existing at a location separated by the distance R and time is as shown by the broken line in FIG. 1A if the relative speed between the target and the radar is zero. become. Accordingly, transmitted and received signals (i.e., reflection signal) and mixed (mixing) allowed is in the beat signal obtained frequency (beat frequency) f r is as shown in FIG. 1 (B).
[0018]
Here, if the repetition frequency of the modulation triangular wave is f m and the speed of light is c,
f r / (2R / c) = (Δf / 2) / {(1 / f m ) / 4}
∴ R = f r c / 4f m Δf
If the relationship is established and the beat frequency fr is measured, the distance R can be calculated.
[0019]
When the relative speed between the target and the radar is not 0, the Doppler effect occurs, and the transmission / reception signal is as shown in FIG. Therefore, the beat frequency f up in the interval in which the frequency of the transmission signal increases and the beat frequency f down in the interval in which the frequency of the transmission signal decreases are as shown in FIG.
[0020]
That, f Stay up-and f down becomes shall relative velocity is superimposed Doppler frequency f d to the beat frequency f r in the case of 0,
f up = f r −f d
f down = f r + f d
It is expressed.
[0021]
As is well known, when the target moves relative to the velocity v r , the frequency of the reflected wave received by the radar is relative to the frequency f 0 of the transmitted wave.
f d = 2 · v r · f 0 / c
Is shifted by the Doppler frequency represented by. However, c = 3 × 10 8 [m / s].
[0022]
Therefore, if f up and f down are measured separately and f r and f d are calculated based on f up and f down , the distance R from the radar to the object and the relative velocity v r of the object with respect to the radar are calculated. Can be requested.
[0023]
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an FM-CW radar apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, a modulation signal generator 10 is a device that generates a triangular wave signal as a modulation signal. A voltage-controlled oscillator (Voltage-Controlled Oscillator) 12 generates a transmission signal subjected to frequency modulation (FM) based on the triangular wave signal. The transmission signal is radiated from the transmission antenna 14 as a transmission wave (radio wave).
[0024]
The receiving antenna 16 receives a reflected wave with respect to the transmitted wave, and the received signal is guided to a mixer 18. The mixer 18 mixes the reception signal and the transmission signal to generate the beat signal. The generated beat signal is input to an AD converter (Analog-to-Digital Converter) 22 through a filter 20. The AD converter 22 samples the input signal, performs AD conversion, and outputs digital data.
[0025]
Then, the output data of the AD converter 22 is guided to the processor 24. The processor 24 is composed of a microprocessor, a DSP (Digital Signal Processor), etc., performs a fast Fourier transform (FFT) process on a digital data string representing a beat signal, performs frequency analysis, and performs processing according to the measurement principle described above. And the relative speed of the object is calculated.
[0026]
By the way, the AD conversion timing in the AD converter 22, that is, the sampling period is determined in consideration of the frequency band of the input signal. That is, according to the Nyquist sampling theorem, the original signal can be restored if sampling is performed at a frequency that is twice or more the maximum frequency of the signal. This condition is called the Nyquist condition, and the lowest sampling frequency that satisfies the Nyquist condition is called the Nyquist frequency, and its reciprocal is called the Nyquist period or the Nyquist interval.
[0027]
Therefore, the sampling in the AD converter 22 is also executed with a frequency that is twice or more the maximum frequency in the frequency band of the beat signal as the sampling frequency. For example, the time chart of FIG. 4 shows an example in which the input signal voltage v is sampled at a sampling frequency four times the frequency of the beat signal as the input signal for convenience.
[0028]
By the way, at the sampling times t 0 , t 1 , t 2 ,... Shown in the figure, if impulse noise is superimposed on the input signal by chance, the accuracy of the subsequent signal processing is greatly deteriorated. It becomes. Therefore, the present invention is intended to improve the SN ratio by sampling at a frequency sufficiently higher than the Nyquist frequency, that is, oversampling, against the background of recent advances in LSI technology.
[0029]
FIG. 5 is a time chart for explaining oversampling in the AD converter 22. In the example in FIG. 5, the input signal (voltage v) is sampled at a sampling frequency three times that in the case of FIG. Hereinafter, signal processing using data oversampled in this manner will be described.
[0030]
FIG. 6 is a flowchart showing a signal processing procedure by the processor 24 according to the first embodiment of the present invention. First, in step 102, the AD converter 22 oversamples and AD-converts AD converter output data as shown in FIG. 5, that is, 3N (N is a positive integer) digital data string A as a beat signal. (N) (n = 0, 1, 2,..., 3N−1) is captured.
[0031]
Next, in step 104, a fast Fourier transform (FFT) is performed on a column A (3i) (i = 0, 1, 2,..., N−1) of N pieces of data taken in 3N pieces. Is applied to perform frequency analysis. That is, frequency analysis is performed based on data collected at sampling times t 0 , t 3 , t 6 , t 9 , t 12 , t 15 ,.
[0032]
Next, in step 106, the fast Fourier transform is similarly performed on a column A (3i + 1) (i = 0, 1, 2,..., N−1) of N pieces of data taken in 3N pieces. (FFT) is applied to perform frequency analysis. That is, frequency analysis is performed based on data collected at sampling times t 1 , t 4 , t 7 , t 10 , t 13 , t 16 ,.
[0033]
Next, in step 108, similarly, fast Fourier transform is performed on a column A (3i + 2) (i = 0, 1, 2,..., N−1) of N pieces of data taken in 3N pieces. (FFT) is applied to perform frequency analysis. That is, the frequency analysis is performed based on the data collected at the sampling times t 2 , t 5 , t 8 , t 11 , t 14 , t 17 ,.
[0034]
As described above, in this embodiment, the data output from the AD converter 22 is sequentially distributed, and a plurality of groups each including a data row having a certain period are created. Is subjected to Fourier transform. Thus, as shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, three Fourier transform results are obtained.
[0035]
In the final step 110, an averaging process is performed on the Fourier transform result obtained for each group. The frequency data after the averaging processing is a beat frequency f up in a section in which the frequency of the transmission signal increases or a beat frequency f down in a section in which the frequency of the transmission signal decreases, and the distance R from the radar to the target. the be used to calculate the relative velocity v r of the subject to the radar and.
[0036]
According to the first embodiment as described above, even if impulse noise is superimposed on the input signal at a certain sampling time, the accuracy of the subsequent signal processing is not greatly deteriorated, By performing the averaging process also on floor noise due to superposed thermal noise or the like, reduction is achieved and the SN ratio is improved.
[0037]
In the first embodiment, three groups are created. However, if the sampling frequency is four times or more the maximum frequency in the frequency band of the beat signal, at least two groups can be created. The present invention can be used.
[0038]
FIG. 8 is a flowchart showing a signal processing procedure by the processor 24 according to the second embodiment of the present invention. First, in step 202, the AD converter 22 over-samples and AD-converts AD converter output data as shown in FIG. 5, that is, 3N (N is a positive integer) digital data as a beat signal. Column A (n) (n = 0, 1, 2,..., 3N−1) is captured.
[0039]
Next, in step 204, averaging processing is performed for each of the three pieces of data with respect to the captured 3N pieces of data. In particular,
B (m) = [A (3m) + A (3m + 1) + A (3m + 2)] / 3
(M = 0, 1, 2, ..., N-1)
Is performed to create new N data strings B (m) (m = 0, 1, 2,..., N−1). That is, averaging is performed on the data collected at sampling times t 0 , t 1 and t 2 in FIG. 5, and then averaging is performed on the data collected at sampling times t 3 , t 4 and t 5 . The averaging process is performed in the same manner.
[0040]
As described above, in the second embodiment, the averaging process is performed on a certain number of pieces of data continuously output from the AD converter, and a time-averaged data string is created. In the last step 206, fast Fourier transform (FFT) is performed on the data sequence B (m) (m = 0, 1, 2,..., N−1) after the time averaging process, and frequency analysis is performed. performed, the beat frequency f down the section where the frequency of the beat frequency f Stay up-or transmit signals in the section where the frequency of the transmission signal rises is gradually lowered is obtained. Then, the value, and thus utilized for the calculation of the relative velocity v r of the target with respect to the distance R and the radar from the radar to the object.
[0041]
In the second embodiment as described above, as in the first embodiment described above, even if impulse noise is superimposed on the input signal at a certain sampling time, the accuracy of the subsequent signal processing is greatly deteriorated. However, the floor noise due to thermal noise or the like superimposed on the signal is also reduced by performing the averaging process, and the SN ratio is improved.
[0042]
In the second embodiment, time average processing is performed for every three pieces of data. However, if the sampling frequency is four times or more the maximum frequency in the frequency band of the beat signal, every two pieces of data or more. Can be subjected to a time average process, and the present invention can be utilized.
[0043]
Further, in the case of the second embodiment, it is not always necessary to perform sampling at a constant cycle, and as shown in FIG. 9, data is collected a plurality of times in the vicinity of the original sampling time that satisfies the Nyquist condition. It may be. That is, sampling may be performed a plurality of times close to each other at a certain interval equal to or less than the Nyquist interval of the beat signal, and the averaging process may be performed on the data corresponding to the plurality of samplings.
[0044]
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, of course, this invention is not limited to this, It is possible to employ | adopt various embodiment.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to remove the influence of noise by signal processing calculation in the radar apparatus, and the processing accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are characteristic diagrams respectively showing the relationship between the frequency and time of a transmission / reception signal and the relationship between a beat frequency and time when the relative speed is 0 in an FM-CW radar. is there.
FIGS. 2A and 2B are characteristic diagrams respectively showing the relationship between the frequency and time of a transmission / reception signal and the relationship between the beat frequency and time when the relative speed is not 0 in the FM-CW radar. .
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an FM-CW radar apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a time chart showing an example of sampling an input signal (voltage v).
FIG. 5 is a time chart for explaining oversampling in an AD converter;
FIG. 6 is a flowchart showing a signal processing procedure by the processor according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a Fourier transform result obtained for each group.
FIG. 8 is a flowchart showing a signal processing procedure by the processor according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is another time chart for explaining oversampling in the AD converter.
[Explanation of symbols]
10 ... Modulation signal generator 12 ... Voltage-controlled oscillator
14 ... Transmitting antenna 16 ... Receiving antenna 18 ... Mixer
20. Filter 22 ... AD converter (Analog-to-Digital Converter)
24 ... Processor

Claims (2)

レーダ送信信号とレーダ受信信号とを混合してビート信号を出力する混合器と、
前記混合器から出力されるビート信号の周波数帯域に対して充分に高いサンプリング周波数で該ビート信号をサンプリングしてAD変換するAD変換器と、
前記AD変換器から出力されるデータを順次振り分けていくことにより、一定周期のデータの列からなるグループを複数個作成するサンプリング手段と、
前記サンプリング手段によってグループ化されたグループごとに、該グループ内のデータに対してフーリエ変換を実施するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換手段によりグループごとに得られるフーリエ変換結果に対して平均化処理を実施し、該平均化処理後のビート周波数から、レーダから対象までの距離とレーダに対する対象の相対速度とを算出する手段と、
を具備し、前記サンプリング手段は、前記AD変換器から出力されるデータのうち作成するグループに振り分けられるサンプリングデータから前記作成するグループの個数分サンプリングデータをずらして各グループに順次振り分けていくことにより、一定周期のデータの列からなるグループを2個以上作成するFM−CWレーダ装置。
A mixer for mixing a radar transmission signal and a radar reception signal and outputting a beat signal;
An AD converter that samples the beat signal at a sufficiently high sampling frequency with respect to the frequency band of the beat signal output from the mixer and performs AD conversion;
Sampling means for creating a plurality of groups of data rows having a constant period by sequentially distributing data output from the AD converter;
For each group grouped by the sampling means, Fourier transform means for performing Fourier transform on the data in the group;
Averaging processing is performed on the Fourier transform results obtained for each group by the Fourier transforming means, and the distance from the radar to the target and the relative velocity of the target with respect to the radar are calculated from the beat frequency after the averaging processing. Means,
And the sampling means shifts the sampling data by the number of groups to be created from the sampling data assigned to the group to be created among the data output from the AD converter, and sequentially assigns the data to each group. , to create two or more groups of rows of data having a predetermined period F M-CW radar apparatus.
レーダ送信信号とレーダ受信信号とを混合してビート信号を出力する混合器と、
前記混合器から出力されるビート信号をサンプリングしてAD変換するAD変換器と、
前記AD変換器から連続して出力される一定個数ごとのデータに対して平均化処理を実施していくことにより、時間平均されたデータ列を作成するサンプリング手段と、
前記サンプリング手段によって作成されたデータ列に対してフーリエ変換を実施するフーリエ変換手段と、
前記フーリエ変換手段によるフーリエ変換結果に基づくビート周波数から、レーダから対象までの距離とレーダに対する対象の相対速度とを算出する手段と、
を具備し、前記AD変換器は、前記ビート信号のナイキスト間隔以下の一定間隔ごとに近接して複数回サンプリングを実行し、前記サンプリング手段は、該複数回のサンプリングに対応する前記AD変換器の出力データに対して平均化処理を実行するFM−CWレーダ装置。
A mixer for mixing a radar transmission signal and a radar reception signal and outputting a beat signal;
An AD converter that samples the beat signal output from the mixer and performs AD conversion;
Sampling means for creating a time-averaged data string by performing averaging processing on a fixed number of pieces of data continuously output from the AD converter,
Fourier transform means for performing Fourier transform on the data string created by the sampling means;
Means for calculating the distance from the radar to the object and the relative speed of the object with respect to the radar from the beat frequency based on the Fourier transform result by the Fourier transform means;
And the AD converter performs sampling a plurality of times close to each other at a constant interval equal to or less than the Nyquist interval of the beat signal, and the sampling means includes the AD converter corresponding to the sampling of the plurality of times. F M-CW radar apparatus that perform averaging processing on the output data.
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