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JP6843568B2 - Radar device and arrival direction estimation method - Google Patents

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JP6843568B2 JP2016185944A JP2016185944A JP6843568B2 JP 6843568 B2 JP6843568 B2 JP 6843568B2 JP 2016185944 A JP2016185944 A JP 2016185944A JP 2016185944 A JP2016185944 A JP 2016185944A JP 6843568 B2 JP6843568 B2 JP 6843568B2
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Description

開示の実施形態は、レーダ装置および到来方向推定方法に関する。 The disclosed embodiments relate to radar devices and methods of estimating direction of arrival.

従来、アレーアンテナを備え、かかるアレーアンテナを用いて受信した反射波を解析することによってかかる反射波の到来方向を推定し、推定した到来方向に基づいて物標を検出するレーダ装置が知られている(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a radar device having an array antenna, estimating the arrival direction of the reflected wave by analyzing the reflected wave received by the array antenna, and detecting a target based on the estimated arrival direction has been known. (See, for example, Patent Document 1).

反射波の到来方向を推定する技術として、カトリ・ラオ(Khatri-Rao)積拡張アレー処理を行って仮想的にアレー素子数などを増加させ、到来方向に対する分解能や反射波の検知数を向上させる技術が提案されている。かかるカトリ・ラオ積拡張アレー処理では、反射波間の相関成分によって到来方向の推定誤差が大きくなるという課題がある。 As a technique for estimating the arrival direction of the reflected wave, the Katri-Rao product expansion array processing is performed to virtually increase the number of array elements, etc., and the resolution for the arrival direction and the number of detected reflected waves are improved. Technology has been proposed. In such a Katri-Lao product expansion array process, there is a problem that the estimation error in the arrival direction becomes large due to the correlation component between the reflected waves.

そこで、EM(Expectation Maximization)アルゴリズム法を用いて到来方向の推定誤差を低減するKR(Khatri-Rao)−EM(Expectation Maximization)−DBF(Digital Beam Forming)法が提案されている。 Therefore, a KR (Khatri-Rao) -EM (Expectation Maximization) -DBF (Digital Beam Forming) method has been proposed that reduces the estimation error in the arrival direction by using the EM (Expectation Maximization) algorithm method.

青柳岳泰、山田寛喜、山口芳雄、「カトリ・ラオ積拡張アレーを用いたDOA推定誤差と改善法に関する一検討」、電子情報通信学会技術研究報告、2012年01月、Vol.AP2011-167、No.1、119-124頁Takeyasu Aoyagi, Hiroki Yamada, Yoshio Yamaguchi, "A Study on DOA Estimation Error and Improvement Method Using Katri-Lao Product Expansion Array", IEICE Technical Report, January 2012, Vol.AP2011-167, No.1, pp. 119-124

しかしながら、上述した到来方向推定方法では、到来方向の推定にかかる計算量が多く、到来方向の推定に時間がかかるという課題がある。 However, the above-mentioned method of estimating the arrival direction has a problem that the amount of calculation required for estimating the arrival direction is large and it takes time to estimate the arrival direction.

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することができるレーダ装置および到来方向推定方法を提供することを目的とする。 One aspect of the embodiment is made in view of the above, and provides a radar device and an arrival direction estimation method capable of reducing the amount of calculation required for estimating the arrival direction and reducing the estimation time of the arrival direction. The purpose is to do.

実施形態の一態様に係るレーダ装置は、拡張信号生成部と、到来方向推定部とを備える。前記拡張信号生成部は、複数の物標による複数の反射波を受信するアレーアンテナに含まれる複数のアンテナそれぞれから出力される受信信号に基づく前記アンテナ毎の信号から相関行列を生成し、当該相関行列の非重複要素によって拡張信号を生成する。前記到来方向推定部は、前記拡張信号と当該拡張信号の推定値である推定拡張信号との差に基づいて前記各反射波の到来方向および前記反射波間の相関成分を推定する推定処理を、前記到来方向の探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う。 The radar device according to one aspect of the embodiment includes an extended signal generation unit and an arrival direction estimation unit. The extended signal generation unit generates a correlation matrix from signals for each antenna based on reception signals output from each of a plurality of antennas included in an array antenna that receives a plurality of reflected waves from a plurality of targets, and the correlation is generated. An extended signal is generated by the non-overlapping elements of the matrix. The arrival direction estimation unit performs an estimation process of estimating the arrival direction of each reflected wave and the correlation component between the reflected waves based on the difference between the extended signal and the estimated extended signal which is an estimated value of the extended signal. Repeat while gradually reducing the search range in the direction of arrival.

実施形態の一態様によれば、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することができるレーダ装置および到来方向推定方法を提供することができる。 According to one aspect of the embodiment, it is possible to provide a radar device and an arrival direction estimation method capable of reducing the amount of calculation required for estimating the arrival direction and reducing the estimation time of the arrival direction.

図1Aは、実施形態に係る到来方向推定処理の説明図である。FIG. 1A is an explanatory diagram of the arrival direction estimation process according to the embodiment. 図1Bは、停止条件が満たされるまで繰り返し実行される推定処理における各到来方向の推定範囲の変化を示す図である。FIG. 1B is a diagram showing changes in the estimation range in each arrival direction in the estimation process that is repeatedly executed until the stop condition is satisfied. 図2は、実施形態に係るレーダ装置の構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a radar device according to an embodiment. 図3は、送信波と反射波の関係およびビート信号を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the transmitted wave and the reflected wave and the beat signal. 図4は、KR積拡張アレー処理によって増加する仮想アンテナ素子(拡張アレー)と実アンテナ素子(実アレー)との配置関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the arrangement relationship between the virtual antenna element (extended array) and the real antenna element (real array), which are increased by the KR product expansion array processing. 図5は、側角処理部の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the side angle processing unit. 図6は、測角処理部が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing an example of a processing procedure executed by the angle measuring processing unit.

以下、添付図面を参照して、本願の開示するレーダ装置および到来方向推定方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the radar device and the arrival direction estimation method disclosed in the present application will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is not limited to the embodiments shown below.

[1.到来方向推定処理]
実施形態に係るレーダ装置は、アレーアンテナを備え、かかるアレーアンテナを用いて受信した複数の反射波を解析することによってかかる複数の反射波の到来方向を推定する到来方向推定処理を実行する。実施形態に係る到来方向推定処理は、最尤推定に基づく推定方法であり、例えば、KR(Khatri-Rao)−EM(Expectation Maximization)−DBF(Digital Beam Forming)法による推定処理方法である。
[1. Arrival direction estimation process]
The radar device according to the embodiment includes an array antenna, and executes an arrival direction estimation process for estimating the arrival direction of the plurality of reflected waves by analyzing a plurality of reflected waves received by the array antenna. The arrival direction estimation process according to the embodiment is an estimation method based on maximum likelihood estimation, and is, for example, an estimation processing method by the KR (Khatri-Rao) -EM (Expectation Maximization) -DBF (Digital Beam Forming) method.

図1Aは、実施形態に係る到来方向推定処理の説明図であり、かかる到来方向推定処理は実施形態に係るレーダ装置によって実行される。実施形態に係るレーダ装置は、アレーアンテナの各受信アンテナで受信した物標による反射波を受信信号へ変換して、受信した1以上の反射波に応じた受信信号を取得する(ステップS1)。 FIG. 1A is an explanatory diagram of the arrival direction estimation process according to the embodiment, and the arrival direction estimation process is executed by the radar device according to the embodiment. The radar device according to the embodiment converts the reflected wave by the target received by each receiving antenna of the array antenna into a received signal, and acquires a received signal corresponding to one or more received reflected waves (step S1).

次に、レーダ装置は、ステップS1で取得した受信信号に基づく受信アンテナ毎の信号から相関行列を求め(ステップS2)、かかる相関行列における非重複要素を抽出し、カトリ・ラオ積(Khatri-Rao)拡張アレー処理(以下、KR積拡張アレー処理と記載する)における拡張信号zを生成する(ステップS3)。 Next, the radar device obtains a correlation matrix from the signal for each receiving antenna based on the received signal acquired in step S1 (step S2), extracts non-overlapping elements in the correlation matrix, and Katri-Rao product (Khatri-Rao product). ) An extended signal z in the extended array process (hereinafter referred to as KR product extended array process) is generated (step S3).

また、レーダ装置は、反射波の到来方向と反射波間の相関成分とをパラメータとして、拡張信号zの推定値である推定拡張信号z^を生成し(ステップS4)、拡張信号zと推定拡張信号z^との差を演算する(ステップS5)。 Further, the radar device generates an estimated extended signal z ^ which is an estimated value of the extended signal z using the arrival direction of the reflected wave and the correlation component between the reflected waves as parameters (step S4), and the extended signal z and the estimated extended signal. The difference from z ^ is calculated (step S5).

そして、レーダ装置は、拡張信号zと推定拡張信号z^との差Δzに基づき、各反射波の到来方向と反射波間の相関成分(相関項)の推定値を更新する(ステップS6)。例えば、レーダ装置は、かかる差Δzに基づき、反射波の到来方向および反射波間の相関成分のそれぞれについての推定拡張信号z^の最尤推定値を推定し、かかる推定拡張信号z^の尤度を最大化する到来方向の推定値と相関成分の推定値を演算する。 Then, the radar device updates the estimated value of the correlation component (correlation term) between the arrival direction of each reflected wave and the reflected wave based on the difference Δz between the extended signal z and the estimated extended signal z ^ (step S6). For example, the radar device estimates the maximum likelihood estimation value of the estimated extended signal z k ^ for each of the direction of arrival of the reflected wave and the correlation component between the reflected waves based on the difference Δz, and the estimated extended signal z k ^ of the estimated extended signal z k ^. Calculate the estimated value of the arrival direction that maximizes the likelihood and the estimated value of the correlation component.

そして、レーダ装置は、停止条件が満たされるか否かを判定する(ステップS7)。かかる停止条件は、例えば、到来方向の推定値の変化量が所定閾値以下になるという条件や、拡張信号zと推定拡張信号z^との差Δzが所定範囲に収束するという条件である。 Then, the radar device determines whether or not the stop condition is satisfied (step S7). Such a stop condition is, for example, a condition that the amount of change in the estimated value in the arrival direction is equal to or less than a predetermined threshold value, and a condition that the difference Δz between the extended signal z and the estimated extended signal z ^ converges within a predetermined range.

レーダ装置は、停止条件を満たさない場合(ステップS7;No)、停止条件を満たすまで、ステップS4〜S6の処理(推定処理の一例)を繰り返し行う。このとき、レーダ装置は、ステップS4において、ステップS6で演算した各反射波の到来方向の推定値と各相関成分の推定値を用いて推定拡張信号z^を算出し、かかる推定拡張信号z^を用いてステップS5、S6の処理を実行する。 When the stop condition is not satisfied (step S7; No), the radar device repeats the processes of steps S4 to S6 (an example of the estimation process) until the stop condition is satisfied. At this time, in step S4, the radar device calculates an estimated extended signal z ^ using the estimated value of the arrival direction of each reflected wave calculated in step S6 and the estimated value of each correlation component, and the estimated extended signal z ^. Is used to execute the processes of steps S5 and S6.

一方、レーダ装置は、停止条件を満たす場合(ステップS7;Yes)、ステップS6で更新した各反射波の到来方向の推定値を各反射波の到来方向の確定推定値として出力する(ステップS8)。なお。ステップS1〜S8までの処理は、受信信号を取得する毎に実行され、受信信号毎に各反射波の到来方向の確定推定値が推定結果として出力される。 On the other hand, when the stop condition is satisfied (step S7; Yes), the radar device outputs the estimated value of the arrival direction of each reflected wave updated in step S6 as a definite estimated value of the arrival direction of each reflected wave (step S8). .. In addition. The processes of steps S1 to S8 are executed every time a received signal is acquired, and a definite estimated value of the arrival direction of each reflected wave is output as an estimation result for each received signal.

このように、実施形態に係る到来方向推定処理は、カトリ・ラオ積拡張アレー処理を行って仮想的にアレー素子数を増加させつつ、各反射波の到来方向の推定値と各相関成分の推定値の演算(推定処理)を停止条件が満たされるまで繰り返す。これにより、到来方向の推定誤差を低減することができる。 As described above, in the arrival direction estimation process according to the embodiment, the estimated value of the arrival direction of each reflected wave and the estimation of each correlation component are estimated while virtually increasing the number of array elements by performing the Katri-Lao product expansion array processing. The value calculation (estimation process) is repeated until the stop condition is satisfied. This makes it possible to reduce the estimation error in the arrival direction.

さらに、実施形態に係るレーダ装置は、各到来方向と相関成分の推定値を演算するステップS6の推定処理を、各到来方向の探索範囲を変化させて繰り返し行う。図1Bは、停止条件が満たされるまで繰り返し実行されるステップS6の推定処理における各到来方向の探索範囲の変化を示す図である。図1Bに示す例では、2つの反射波がアレーアンテナで受信した場合の例を示している。 Further, the radar device according to the embodiment repeats the estimation process of step S6 for calculating the estimated value of each arrival direction and the correlation component by changing the search range of each arrival direction. FIG. 1B is a diagram showing changes in the search range in each arrival direction in the estimation process of step S6, which is repeatedly executed until the stop condition is satisfied. In the example shown in FIG. 1B, an example in which two reflected waves are received by the array antenna is shown.

図1Bに示す例では、到来方向推定処理を開始した1回目のステップS6の処理において、−21.8〜+21.8[deg]の範囲(最大探索範囲)を探索範囲として反射波の到来方向の推定値を演算する。その後、2回目のステップS6の処理において、−14.0〜−13.0[deg]と+12.0〜+13.0[deg]の範囲を探索範囲として反射波の到来方向を推定する。さらに、その後、3回目のステップS6の処理において、−13.74〜−13.14[deg]と+12.1〜+12.6[deg]の範囲を探索範囲として反射波の到来方向を推定する。 In the example shown in FIG. 1B, in the process of the first step S6 in which the arrival direction estimation process is started, the arrival direction of the reflected wave is set in the range of -21.8 to +21.8 [deg] (maximum search range). Calculate the estimated value of. After that, in the second process of step S6, the arrival direction of the reflected wave is estimated with the range of -14.0 to -13.0 [deg] and +12.0 to +13.0 [deg] as the search range. Further, after that, in the third process of step S6, the arrival direction of the reflected wave is estimated with the range of -13.74 to -13.14 [deg] and + 12.1 to + 12.6 [deg] as the search range. ..

なお、ここでは2つの物標に係る反射波の到来方向を推定する例を説明するが、3つ以上の物標に係る反射波の到来方向の推定にも本実施の形態の内容は適用できる。そして、2つの物標に係る反射波の場合、1回目は両方とも最大探索範囲で到来方向を推定するが、2回目以降はそれぞれの反射波の推定角度に対応する範囲が探索範囲となる。例えば、2つの物標のうち一方の物標に係る反射波の角度の探索範囲は、2回目が−14.0〜−13.0[deg]の範囲であり、3回目が−13.74〜−13.14[deg]の範囲である。また、他方の物標に係る反射波の角度の探索範囲は、2回目が+12.0〜+13.0[deg]の範囲であり、3回目が+12.1〜+12.6[deg]の範囲である。 Although an example of estimating the arrival direction of the reflected wave related to two targets will be described here, the content of the present embodiment can be applied to the estimation of the arrival direction of the reflected wave related to three or more targets. .. Then, in the case of the reflected waves related to the two targets, the arrival direction is estimated in the maximum search range for both the first time, but the search range is the range corresponding to the estimated angle of each reflected wave after the second time. For example, the search range of the angle of the reflected wave related to one of the two targets is in the range of -14.0 to -13.0 [deg] for the second time and -13.74 for the third time. It is in the range of ~ -13.14 [deg]. The search range for the angle of the reflected wave related to the other target is the range of +12.0 to +13.0 [deg] for the second time and the range of +12.1 to +12.6 [deg] for the third time. Is.

このように、実施形態に係るレーダ装置の到来方向推定処理は、反射波の到来方向を探索する範囲を段階的に小さくしながらステップS6の推定処理を繰り返し行う。これにより、到来方向を探索する範囲を変更せずにステップS6の推定処理を繰り返し行う場合に比べ、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を大幅に低減することができる。以下、実施形態に係るレーダ装置の構成例について具体的に説明する。 As described above, in the arrival direction estimation process of the radar device according to the embodiment, the estimation process of step S6 is repeated while gradually reducing the range for searching the arrival direction of the reflected wave. As a result, the amount of calculation required for estimating the arrival direction can be reduced and the estimation time for the arrival direction can be significantly reduced as compared with the case where the estimation process of step S6 is repeated without changing the range for searching the arrival direction. it can. Hereinafter, a configuration example of the radar device according to the embodiment will be specifically described.

また、実施形態に係るレーダ装置の到来方向推定処理は、各反射波の到来方向を探索する探索範囲での探索間隔を到来方向の推定値の変化量に基づいて、小さくすることができる。これにより、例えば、到来方向の推定値が真値に近くなるまで、探索間隔を大きくしておくことができ、探索間隔を一定にしている場合に比べ、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することができる。 Further, in the arrival direction estimation process of the radar device according to the embodiment, the search interval in the search range for searching the arrival direction of each reflected wave can be reduced based on the amount of change in the estimated value in the arrival direction. As a result, for example, the search interval can be increased until the estimated value in the arrival direction approaches the true value, and the amount of calculation required for estimating the arrival direction is reduced as compared with the case where the search interval is constant. However, the estimated time in the arrival direction can be reduced.

[2.レーダ装置の構成例]
図2は、実施形態に係るレーダ装置1の構成例を示す図である。図2に示すように、レーダ装置1は、送信部10と、受信部20と、信号処理部30とを備える。かかるレーダ装置1は、車両に搭載された車載レーダ装置であり、車両の挙動を制御する車両制御装置2と接続される。
[2. Radar device configuration example]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the radar device 1 according to the embodiment. As shown in FIG. 2, the radar device 1 includes a transmission unit 10, a reception unit 20, and a signal processing unit 30. Such a radar device 1 is an in-vehicle radar device mounted on a vehicle, and is connected to a vehicle control device 2 that controls the behavior of the vehicle.

かかる車両制御装置2は、レーダ装置1による物標の検出結果に基づいて、PCS(Pre-crash Safety System)やAEB(Advanced Emergency Braking System)などの車両制御を行う。なお、レーダ装置1は、車載レーダ装置以外の各種用途(例えば、飛行機や船舶の監視等)に用いられてもよい。 The vehicle control device 2 controls a vehicle such as a PCS (Pre-crash Safety System) or an AEB (Advanced Emergency Braking System) based on the detection result of a target by the radar device 1. The radar device 1 may be used for various purposes other than the in-vehicle radar device (for example, monitoring of an airplane or a ship).

[2.1.送信部10]
送信部10は、信号生成部11と、発振器12と、送信アンテナ13とを備える。信号生成部11は三角波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発振器12に供給する。発振器12は、信号生成部11で生成された変調信号に基づいて、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号STを生成して、送信アンテナ13へ出力する。
[2.1. Transmitter 10]
The transmission unit 10 includes a signal generation unit 11, an oscillator 12, and a transmission antenna 13. The signal generation unit 11 generates a modulated signal whose voltage changes in a triangular wave shape and supplies it to the oscillator 12. The oscillator 12 generates a transmission signal ST whose frequency changes with the passage of time based on the modulated signal generated by the signal generation unit 11, and outputs the transmission signal ST to the transmission antenna 13.

送信アンテナ13は、発振器12からの送信信号STを送信波TWへ変換し、かかる送信波TWをレーダ装置1が搭載された車両(以下、自車両と記載する場合がある)の前方に出力する。送信アンテナ13が出力する送信波TWは、所定の周期で周波数が上下するFM−CWとなる。送信アンテナ13から自車両の前方に送信された送信波TWは、他車両などの物標で反射されて反射波RWとなる。 The transmission antenna 13 converts the transmission signal ST from the oscillator 12 into a transmission wave TW, and outputs the transmission wave TW in front of the vehicle on which the radar device 1 is mounted (hereinafter, may be referred to as a own vehicle). .. The transmitted wave TW output by the transmitting antenna 13 is an FM-CW whose frequency fluctuates in a predetermined cycle. The transmitted wave TW transmitted from the transmitting antenna 13 to the front of the own vehicle is reflected by a target such as another vehicle and becomes a reflected wave RW.

[2.2.受信部20]
受信部20は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ21〜21(以下、受信アンテナ21と総称する場合がある)と、複数のミキサ22と、複数のA/D変換器23とを備える。ミキサ22およびA/D変換器23は、受信アンテナ21毎に設けられる。複数の受信アンテナ21〜21は、所定間隔dで等間隔に並べて配置されており、受信アンテナ21〜21によってアレーアンテナとして4素子等間隔アレーが形成されている。
[2.2. Receiver 20]
Receiving unit 20, a plurality of receiving antennas 21 1 to 21 4 to form the array antenna (hereinafter, may be collectively referred to as the receiving antenna 21), a plurality of mixers 22, and a plurality of A / D converter 23 Be prepared. The mixer 22 and the A / D converter 23 are provided for each receiving antenna 21. A plurality of receiving antennas 21 1 to 21 4 are arranged at equal predetermined intervals d, 4 element uniform array as array antennas by the receiving antennas 21 1 to 21 4 are formed.

複数の受信アンテナ21〜21は物標からの反射波RWとして受信し、かかる反射波RWを受信信号SR〜SR(以下、受信信号SRと総称する場合がある)へ変換する。なお、図2に示すアレーアンテナは、4素子等間隔アレーであるが、受信アンテナ21が3つ以下の等間隔アレーであってもよく、また、受信アンテナ21が5つ以上の等間隔アレーであってもよい。 The plurality of receiving antennas 21 1 to 21 4 receives the reflected wave RW from the target, according to the reflected wave RW received signal SR 1 to SR 4 (hereinafter, may be collectively referred to as received signal SR) is converted into. The array antenna shown in FIG. 2 is a 4-element equidistant array, but the receiving antenna 21 may be an equidistant array of 3 or less, and the receiving antenna 21 may be an equidistant array of 5 or more. There may be.

受信アンテナ21から出力された受信信号SRは、不図示の増幅器(例えば、ローノイズアンプ)で増幅された後にミキサ22へ入力される。ミキサ22は、送信信号STと受信信号SRとの一部をミキシングし不要な信号成分を除去してビート信号SBを生成し、A/D変換器23へ出力する。 The received signal SR output from the receiving antenna 21 is amplified by an amplifier (for example, a low noise amplifier) (not shown) and then input to the mixer 22. The mixer 22 mixes a part of the transmission signal ST and the reception signal SR to remove unnecessary signal components to generate a beat signal SB, and outputs the beat signal SB to the A / D converter 23.

これにより、送信信号STの周波数と受信信号SRの周波数との差となるビート周波数を示すビート信号SBが生成される。ミキサ22で生成されたビート信号SBは、A/D変換器23でデジタルの信号に変換された後に信号処理部30に出力される。 As a result, a beat signal SB indicating a beat frequency that is the difference between the frequency of the transmission signal ST and the frequency of the reception signal SR is generated. The beat signal SB generated by the mixer 22 is converted into a digital signal by the A / D converter 23 and then output to the signal processing unit 30.

図3は、送信TW波と反射波RWの関係およびビート信号SBを示す図である。図3の上図に示すように、送信波TWは、所定の周波数を中心として所定の周期で周波数が上下する連続波であり、かかる送信波TWの周波数は、時間に対して線形的に変化する。ここでは、送信波TWの中心周波数をf0、周波数の変位幅をΔF、周波数が上下する一周期の逆数をfmとする。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the transmitted TW wave and the reflected wave RW and the beat signal SB. As shown in the upper part of FIG. 3, the transmitted wave TW is a continuous wave whose frequency fluctuates in a predetermined period around a predetermined frequency, and the frequency of the transmitted wave TW changes linearly with time. To do. Here, the center frequency of the transmitted wave TW is f0, the displacement width of the frequency is ΔF, and the reciprocal of one cycle in which the frequency goes up and down is fm.

反射波RWは、送信波TWが物標で反射したものであるため、送信波TWと同様に、所定の周波数を中心として所定の周期で周波数が上下する連続波となり、また、送信波TWに対して遅延が生じる。送信波TWに対する反射波RWの遅延時間τは、自車両から物標までの縦距離に応じた時間になる。また、反射波RWには、自車両に対する物標の相対速度に応じたドップラ効果により、送信波TWに対して周波数fdの周波数偏移が生じる。 Since the reflected wave RW is the one reflected by the transmitted wave TW with a target, it becomes a continuous wave whose frequency fluctuates in a predetermined period around a predetermined frequency as in the transmitted wave TW, and also becomes a transmitted wave TW. On the other hand, there is a delay. The delay time τ of the reflected wave RW with respect to the transmitted wave TW is a time corresponding to the vertical distance from the own vehicle to the target. Further, in the reflected wave RW, a frequency shift of the frequency fd occurs with respect to the transmitted wave TW due to the Doppler effect according to the relative speed of the target with respect to the own vehicle.

このように、反射波RWには、送信波TWに対して、縦距離に応じた遅延時間τとともに物標との相対速度に応じた周波数偏移が生じる。このため、図3の下図に示すように、ビート信号SBのビート周波数は、送信信号STの周波数が上昇する区間(以下、アップ期間と記載する)と周波数が下降する区間(以下、ダウン区間と記載する)とで異なる値となる。 In this way, the reflected wave RW has a frequency shift with respect to the transmitted wave TW with a delay time τ according to the vertical distance and a frequency shift according to the relative velocity with the target. Therefore, as shown in the lower figure of FIG. 3, the beat frequency of the beat signal SB includes a section in which the frequency of the transmission signal ST rises (hereinafter, referred to as an up period) and a section in which the frequency falls (hereinafter, a down section). The values will be different from those described).

ビート周波数は、送信波TWの周波数と反射波RWの周波数との差の周波数である。以下、アップ区間のビート周波数をfup、ダウン区間のビート周波数をfdnとする。図3の下図では、縦軸は周波数[kHz]、横軸は時間[msec]を示す。 The beat frequency is the frequency of the difference between the frequency of the transmitted wave TW and the frequency of the reflected wave RW. Hereinafter, the beat frequency in the up section is referred to as pup, and the beat frequency in the down section is referred to as fdn. In the lower figure of FIG. 3, the vertical axis represents frequency [kHz] and the horizontal axis represents time [msec].

[2.3.信号処理部30]
信号処理部30は、図2に示すように、送信制御部31と、フーリエ変換部32と、ピーク抽出部33と、測角処理部34と、距離・相対速度演算部35とを備える。かかる信号処理部30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポート等を含むマイクロコンピュータであり、レーダ装置1全体を制御する。
[2.3. Signal processing unit 30]
As shown in FIG. 2, the signal processing unit 30 includes a transmission control unit 31, a Fourier transform unit 32, a peak extraction unit 33, an angle measurement processing unit 34, and a distance / relative velocity calculation unit 35. The signal processing unit 30 is, for example, a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an input / output port, and the like, and controls the entire radar device 1.

かかるマイクロコンピュータのCPUがROMに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、送信制御部31、フーリエ変換部32、ピーク抽出部33、測角処理部34および距離・相対速度演算部35として機能する。なお、送信制御部31、フーリエ変換部32、ピーク抽出部33、測角処理部34および距離・相対速度演算部35は全部をASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアで構成することもできる。 When the CPU of the microcomputer reads and executes the program stored in the ROM, it functions as a transmission control unit 31, a Fourier transform unit 32, a peak extraction unit 33, an angle measurement processing unit 34, and a distance / relative velocity calculation unit 35. To do. The transmission control unit 31, the Fourier transform unit 32, the peak extraction unit 33, the angle measurement processing unit 34, and the distance / relative velocity calculation unit 35 are all such as ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and FPGA (Field Programmable Gate Array). It can also be configured in hardware.

[2.3.1.送信制御部31]
送信制御部31は、送信部10の信号生成部11を制御し、信号生成部11から三角波状に電圧が変化する変調信号を発振器12へ出力させる。これにより、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号STが発振器12から送信アンテナ13へ出力される。
[2.3.1. Transmission control unit 31]
The transmission control unit 31 controls the signal generation unit 11 of the transmission unit 10 to output a modulated signal whose voltage changes in a triangular wave shape from the signal generation unit 11 to the oscillator 12. As a result, the transmission signal ST whose frequency changes with the passage of time is output from the oscillator 12 to the transmission antenna 13.

[2.3.2.フーリエ変換部32]
フーリエ変換部32は、複数のA/D変換器23のそれぞれから出力されるビート信号SBに対してそれぞれ高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を行う。これにより、フーリエ変換部32は、複数のA/D変換器23のそれぞれから出力されるビート信号SBを周波数スペクトルのデータにそれぞれ変換する。
[2.3.3. Fourier transform unit 32]
The Fourier transform unit 32 performs a fast Fourier transform (FFT) process on each of the beat signals SB output from each of the plurality of A / D converters 23. As a result, the Fourier transform unit 32 converts the beat signal SB output from each of the plurality of A / D converters 23 into frequency spectrum data.

フーリエ変換部32で変換された周波数スペクトルは、ピーク抽出部33へ出力される。なお、かかる周波数スペクトルのデータには、フーリエ変換部32の周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごとの信号レベルの情報が含まれる。 The frequency spectrum converted by the Fourier transform unit 32 is output to the peak extraction unit 33. The frequency spectrum data includes signal level information for each frequency bin set at frequency intervals according to the frequency resolution of the Fourier transform unit 32.

[2.3.3.ピーク抽出部33]
ピーク抽出部33は、フーリエ変換部32で変換された周波数スペクトルにおいて、所定の信号レベルを超えるピークを、送信信号STの周波数が上昇するアップ区間と、送信信号STの周波数が下降するダウン区間とのそれぞれの区間で抽出する。以下、このように抽出される周波数を「ピーク周波数」という。
[2.3.3. Peak extraction unit 33]
In the frequency spectrum converted by the Fourier transform unit 32, the peak extraction unit 33 sets peaks exceeding a predetermined signal level as an up section in which the frequency of the transmission signal ST rises and a down section in which the frequency of the transmission signal ST falls. Extract in each section of. Hereinafter, the frequency extracted in this way is referred to as a "peak frequency".

同一の物標からの反射波RWは4つの受信アンテナ21で受信されるため、4つのビート信号SBの周波数スペクトルの相互間において、抽出されるピーク周波数は同一となる。また、同一周波数ビンの異なる角度に複数の物標が存在する場合は、周波数スペクトルにおける1つのピーク周波数の信号に、それら複数の物標についての情報が含まれる。 Since the reflected wave RW from the same target is received by the four receiving antennas 21, the extracted peak frequencies are the same between the frequency spectra of the four beat signals SB. Further, when a plurality of targets are present at different angles in the same frequency bin, the signal of one peak frequency in the frequency spectrum contains information about the plurality of targets.

なお、4つの受信アンテナ21の位置は互いに異なるため、4つの受信アンテナ21で受信される反射波RWの位相は互いに異なる。このため、同一周波数ビンとなる受信信号SRの位相情報は、受信アンテナ21毎に異なっている。 Since the positions of the four receiving antennas 21 are different from each other, the phases of the reflected waves RW received by the four receiving antennas 21 are different from each other. Therefore, the phase information of the received signal SR having the same frequency bin is different for each receiving antenna 21.

[2.3.4.測角処理部34]
測角処理部34は、複数の受信アンテナ21からそれぞれ出力される複数の受信信号SRに対応する信号に基づき、各反射波RWの到来方向を推定する。
[2.3.4. Angle measuring unit 34]
The angle measuring unit 34 estimates the arrival direction of each reflected wave RW based on the signals corresponding to the plurality of received signals SR output from the plurality of receiving antennas 21.

かかる測角処理部34は、ピーク抽出部33によって特定された所定値以上のピークを有する各距離ビンの信号(以下、ピーク信号と記載する)から、同一距離ビンに存在する複数の物標についての情報を分離し、それら複数の物標それぞれの角度を各反射波RWの到来方向として推定する。 From the signal of each distance bin having a peak of a predetermined value or more specified by the peak extraction unit 33 (hereinafter, referred to as a peak signal), the angle measuring unit 34 refers to a plurality of targets existing in the same distance bin. The information is separated, and the angle of each of the plurality of targets is estimated as the arrival direction of each reflected wave RW.

方位演算部46は、4つの受信アンテナ21の受信信号SRに基づく4つのビート信号SBの全ての周波数スペクトルにおいて同一ピーク周波数ビンのピーク信号に注目し、それらピーク信号の位相情報に基づいて各反射波RWの到来方向を推定する。以下、受信信号SR〜SRに対応するピーク信号をピーク信号x1〜x4と記載する。また、測角処理部34は、アップ区間におけるピーク信号x1〜x4と、ダウン区間におけるピーク信号x1〜x4とに対してそれぞれ、各反射波RWの到来方向を推定する。 The azimuth calculation unit 46 pays attention to the peak signals of the same peak frequency bin in all the frequency spectra of the four beat signals SB based on the received signal SRs of the four receiving antennas 21, and each reflection is based on the phase information of the peak signals. Estimate the direction of arrival of the wave RW. Hereinafter, the peak signals corresponding to the received signals SR 1 to SR 4 will be referred to as peak signals x1 to x4. Further, the angle measuring unit 34 estimates the arrival direction of each reflected wave RW with respect to the peak signals x1 to x4 in the up section and the peak signals x1 to x4 in the down section, respectively.

測角処理部34は、到来方向推定方法として、例えば、KR−EM−DBF法を用いて各到来方向を推定する。かかるKR−EM−DBF法は、カトリ・ラオ(Khatri-Rao)積拡張アレー処理を行って仮想的にアレー素子数などを増加させ、EMアルゴリズム法を用いて相関成分(相関項)の値を変化させることで、到来方向の推定誤差を低減することができる。 The angle measuring unit 34 estimates each arrival direction by using, for example, the KR-EM-DBF method as an arrival direction estimation method. In such a KR-EM-DBF method, the Katri-Rao product expansion array processing is performed to virtually increase the number of array elements and the like, and the value of the correlation component (correlation term) is calculated using the EM algorithm method. By changing it, it is possible to reduce the estimation error in the arrival direction.

図5は、測角処理部34の構成例を示す図である。図5に示すように、測角処理部34は、拡張信号生成部41と、パラメータ初期値演算部42と、到来方向推定部43とを備える。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the angle measuring unit 34. As shown in FIG. 5, the angle measurement processing unit 34 includes an extended signal generation unit 41, a parameter initial value calculation unit 42, and an arrival direction estimation unit 43.

[2.3.4.1.拡張信号生成部41]
拡張信号生成部41は、複数の受信アンテナ21それぞれから出力される受信信号SRに基づくピーク信号x1〜x4から相関行列Rxxを生成し、かかる相関行列Rxxの非重複要素によって拡張信号zを生成する。
[2.3.4.1. Extended signal generator 41]
The extended signal generation unit 41 generates the correlation matrix Rxx from the peak signals x1 to x4 based on the received signals SR output from each of the plurality of receiving antennas 21, and generates the extended signal z by the non-overlapping elements of the correlation matrix Rxx. ..

ここで、相関行列Rxxは、下記式(1)のように表すことができる。拡張信号生成部41は、下記式(1)の演算によって、相関行列Rxxを求めることができる。なお、下記式(1)において、X=[x1,x2,x3,x4]であり、E[・]はアンサンプル平均を表し、[・]は、複素共役転置を表す。

Figure 0006843568
Here, the correlation matrix Rxx can be expressed as the following equation (1). The extended signal generation unit 41 can obtain the correlation matrix Rxx by the calculation of the following equation (1). In the following equation (1), X = [x1, x2, x3, x4], E [・] represents the unsampled average, and [・] H represents the complex conjugate transpose.
Figure 0006843568

次に、拡張信号生成部41は、上記式(1)における4×4の行列のうち非重複要素を抽出し、下記式(2)に示すように、カトリ・ラオ積拡張アレー処理(以下、KR積拡張アレー処理と記載する)における拡張信号zを生成する。

Figure 0006843568
Next, the extended signal generation unit 41 extracts non-overlapping elements from the 4 × 4 matrix in the above equation (1), and as shown in the following equation (2), the Katri-Lao product extended array process (hereinafter, hereinafter, The extended signal z in (described as KR product extended array processing) is generated.
Figure 0006843568

KR積拡張アレー処理は、仮想的に受信アンテナの数を増加させる信号処理である。かかるKR積拡張アレー処理によって、物理的な受信アンテナ21の数Lに対して、(L−1)個の仮想的な受信アンテナが増加した仮想的なアンテナアレーによって信号処理を行うことができる。 The KR product expansion array processing is a signal processing that virtually increases the number of receiving antennas. By such KR product expansion array processing, signal processing can be performed by a virtual antenna array in which (L-1) virtual receiving antennas are increased for several L of physical receiving antennas 21.

例えば、図2に示すようにアンテナアレーが4素子等間隔アレーである場合、KR積拡張アレー処理によって、図4に示すように、7(2L−1)素子等間隔アレーに相当するアンテナアレーとして扱うことができる。図4は、KR積拡張アレー処理によって増加する仮想アンテナ素子(拡張アレー)と実アンテナ素子(実アレー)との配置関係を示す図である。 For example, when the antenna array is a 4-element equidistant array as shown in FIG. 2, the KR product expansion array processing is performed to obtain an antenna array corresponding to a 7 (2L-1) element equidistant array as shown in FIG. Can be handled. FIG. 4 is a diagram showing the arrangement relationship between the virtual antenna element (extended array) and the real antenna element (real array), which are increased by the KR product expansion array processing.

[2.3.4.2.パラメータ初期値演算部42]
パラメータ初期値演算部42は、ピーク信号x1〜x4または拡張信号生成部41によって演算された拡張信号zから各反射波RWの到来方向の推定値を演算する。かかる到来方向の推定値は、後述する推定拡張信号z^、z^の演算パラメータの初期値として到来方向推定部43において用いられる。
[2.3.4.2. Parameter initial value calculation unit 42]
The parameter initial value calculation unit 42 calculates an estimated value in the arrival direction of each reflected wave RW from the peak signals x1 to x4 or the expansion signal z calculated by the expansion signal generation unit 41. The estimated value of the arrival direction is used in the arrival direction estimation unit 43 as an initial value of the calculation parameters of the estimation extension signals z ^ and z k ^ described later.

例えば、パラメータ初期値演算部42は、DBF法に基づいて、ピーク信号x1〜x4または拡張信号zから各反射波RWの到来方向を推定することができる。また、パラメータ初期値演算部42は、例えば、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)やMUSIC(Multiple Signal Classification)によってピーク信号x1〜x4または拡張信号zから各反射波RWの到来方向を推定することもできる。 For example, the parameter initial value calculation unit 42 can estimate the arrival direction of each reflected wave RW from the peak signals x1 to x4 or the extended signal z based on the DBF method. Further, the parameter initial value calculation unit 42 estimates the arrival direction of each reflected wave RW from the peak signals x1 to x4 or the extended signal z by, for example, ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) or MUSIC (Multiple Signal Classification). You can also do it.

[2.3.4.3.到来方向推定部43]
到来方向推定部43は、拡張信号zと推定拡張信号z^との差Δzに基づいて、演算パラメータΘ(l)を更新する推定処理を繰り返す。到来方向推定部43は、停止条件が満たされる場合に、演算パラメータΘ(l)に含まれる最新の到来方向の推定値θ^(l)を到来方向の確定推定値θとして出力する。なお、「(l)」は、あるタイミングで取得された1組のピーク信号x1〜x4に基づく推定処理の演算回数を示し、「k」は、反射波の到来方向や相関成分などのパラメータを区別するための番号である。
[2.3.4.3. Arrival direction estimation unit 43]
The arrival direction estimation unit 43 repeats the estimation process of updating the calculation parameter Θ (l) based on the difference Δz between the extension signal z and the estimation extension signal z ^. When the stop condition is satisfied, the arrival direction estimation unit 43 outputs the latest estimated value θ k ^ (l) included in the calculation parameter Θ (l) as a definite estimated value θ k in the arrival direction. Note that " (l) " indicates the number of operations for estimation processing based on a set of peak signals x1 to x4 acquired at a certain timing, and "k" indicates parameters such as the arrival direction of the reflected wave and the correlation component. It is a number to distinguish.

到来方向推定部43は、図5に示すように、推定拡張信号生成部51と、最尤推定値演算部52と、パラメータ推定部53と、停止条件判定部54と、パラメータ更新部55とを備える。 As shown in FIG. 5, the arrival direction estimation unit 43 includes an estimation extension signal generation unit 51, a maximum likelihood estimation value calculation unit 52, a parameter estimation unit 53, a stop condition determination unit 54, and a parameter update unit 55. Be prepared.

[2.3.4.3.1.推定拡張信号生成部51]
推定拡張信号生成部51は、各反射波RWの到来方向の推定値と反射波RW間の相関成分の推定値を演算パラメータとして、拡張信号zとして推定される推定拡張信号z^を生成する。
[2.3.4.3.1.1. Estimated extended signal generation unit 51]
The estimated extended signal generation unit 51 generates an estimated extended signal z ^ estimated as an extended signal z using the estimated value of the arrival direction of each reflected wave RW and the estimated value of the correlation component between the reflected waves RW as calculation parameters.

推定拡張信号生成部51は、演算パラメータの初期値として、パラメータ初期値演算部42によって演算された各反射波RWの到来方向の推定値と、反射波RW間の相関成分の初期推定値(例えば、固定値)とを設定する。ここでは、パラメータ初期値演算部42によって演算された各反射波RWの到来方向の推定値を「θ^(0)」とし、相関成分の初期推定値を「φ^(0)」とする。なお、「(0)」は初期値であることを示す。 The estimation extended signal generation unit 51 uses the parameter initial value calculation unit 42 as the initial value of the calculation parameter to estimate the arrival direction of each reflected wave RW and the initial estimation value of the correlation component between the reflected waves RW (for example,). , Fixed value) and set. Here, the estimated value of the arrival direction of each reflected wave RW calculated by the parameter initial value calculation unit 42 is "θ k ^ (0) ", and the initial estimated value of the correlation component is "φ k ^ (0) ". To do. In addition, " (0) " indicates that it is an initial value.

ここで、説明を容易にするため、第1反射波RWと第2反射波RWの2つの反射波RWが受信アンテナ21で受信されているものとする。また、第1反射波RWの到来方向の初期値をθ^(0)とし、第2反射波RWの到来方向の初期値をθ^(0)とし、かかる2つの反射波RW、RW間の相関成分の初期値をφ^(0)とする。この場合、演算パラメータの初期値Θ(0)は下記式(3)のように表される。なお、φ^(0)は、例えば、ゼロである。

Figure 0006843568
Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the two reflected waves RW, the first reflected wave RW 1 and the second reflected wave RW 2 , are received by the receiving antenna 21. Further, the initial value of the arrival direction of the first reflected wave RW 1 is θ 1 ^ (0) , the initial value of the arrival direction of the second reflected wave RW 2 is θ 2 ^ (0), and the two reflected waves RW Let the initial value of the correlation component between 1 and RW 2 be φ 3 ^ (0) . In this case, the initial value Θ (0) of the operation parameter is expressed by the following equation (3). Note that φ 3 ^ (0) is, for example, zero.
Figure 0006843568

推定拡張信号生成部51は、下記式(4)の演算によって、最新の演算パラメータΘ(l)を用いて複素振幅の推定値s(l)を演算する。なお、推定値s(l)には、例えば、第1反射波RWの複素振幅の推定値s (l)、第2反射波RWの複素振幅の推定値s (0)、および、反射波RW、RW間の相関成分(相関項)の複素振幅の推定値s (l)が含まれる。

Figure 0006843568
The estimation extended signal generation unit 51 calculates the estimated value s (l) of the complex amplitude using the latest calculation parameter Θ (l) by the calculation of the following equation (4). The estimated value s (l) includes, for example, the estimated value s 1 (l) of the complex amplitude of the first reflected wave RW 1 , the estimated value s 2 (0) of the complex amplitude of the second reflected wave RW 2 , and the estimated value s 2 (0). , The estimated value s 3 (l) of the complex amplitude of the correlation component (correlation term) between the reflected waves RW 1 and RW 2 is included.
Figure 0006843568

例えば、初回の演算の場合、l=0であり、推定拡張信号生成部51は、上記式(4)の演算によって、演算パラメータの初期値Θ(0)に基づき、反射波および相関成分(相関項)の複素振幅の推定値s(0)を求める。 For example, in the case of the first calculation, l = 0, and the estimated extended signal generation unit 51 performs the calculation of the above equation (4) based on the initial value Θ (0) of the calculation parameter, and the reflected wave and the correlation component (correlation). Item) The estimated value s (0 ) of the complex amplitude is obtained.

次に、推定拡張信号生成部51は、複素振幅の推定値s(l)に基づき、拡張信号zの推定値である推定拡張信号z^を生成する。例えば、推定拡張信号生成部51は、下記式(5)の演算によって、推定拡張信号z^を生成することができる。

Figure 0006843568
Next, the estimated extended signal generation unit 51 generates an estimated extended signal z ^ which is an estimated value of the extended signal z based on the estimated value s (l) of the complex amplitude. For example, the estimated extended signal generation unit 51 can generate the estimated extended signal z ^ by the calculation of the following equation (5).
Figure 0006843568

推定拡張信号生成部51は、停止条件判定部54によって推定処理の終了が判定されるまで、パラメータ更新部55によって演算パラメータΘ(l)が更新される毎に、かかる更新された演算パラメータΘ(l)に基づいて、複素振幅の推定値s(l)および推定拡張信号z^を繰り返し更新する。 In the estimation extended signal generation unit 51, every time the calculation parameter Θ (l) is updated by the parameter update unit 55 until the stop condition determination unit 54 determines the end of the estimation process, the updated calculation parameter Θ ( Based on l) , the complex amplitude estimate s (l) and the estimated extension signal z ^ are repeatedly updated.

[2.3.4.3.2.最尤推定値演算部52]
最尤推定値演算部52は、拡張信号zと推定拡張信号z^との差に基づいて反射波RWの到来方向および反射波RW間の相関成分のそれぞれについての推定拡張信号z^の最尤推定値を求める。
[2.3.4.3.2.2. Maximum likelihood estimation value calculation unit 52]
The maximum likelihood estimation value calculation unit 52 determines the maximum likelihood extension signal z k ^ for each of the direction of arrival of the reflected wave RW and the correlation component between the reflected waves RW based on the difference between the extension signal z and the estimated extension signal z ^. Find the maximum likelihood estimate.

かかる最尤推定値演算部52は、例えば、拡張信号生成部41から取得した拡張信号z、推定拡張信号生成部51から取得した推定拡張信号z^および複素振幅の推定値s(l)を用いて、推定拡張信号z^の最尤推定値を求める。 The maximum likelihood estimation value calculation unit 52 uses, for example, the extended signal z acquired from the extended signal generation unit 41, the estimated extended signal z ^ acquired from the estimated extended signal generation unit 51, and the estimated value s (l) of the complex amplitude. The maximum likelihood estimation value of the estimated extension signal zk ^ is obtained.

最尤推定値演算部52は、例えば、下記式(6)の演算によって、反射波RWの到来方向や反射波RW間の相関成分のそれぞれについての推定拡張信号z^の最尤推定値(以下、最尤推定値z^と記載する場合がある)を求める。

Figure 0006843568
Maximum likelihood estimation value calculation unit 52, for example, the estimated extension signal z k ^ maximum likelihood estimates of each of the correlation components between arrival direction and the reflected wave RW calculation by the reflected wave RW of the formula (6) ( Hereinafter, the maximum likelihood estimation value may be described as z k ^).
Figure 0006843568

上記式(6)において、「(l)」は、あるタイミングで取得された1組のピーク信号x1〜x4に基づく推定処理の演算回数を示し、「k」は、パラメータを区別するための番号である。また、「a (l)」は、モードベクトルを示し、「s (l)」は、複素振幅の推定値であり、「β」は、推定の係数である。 In the above equation (6), " (l) " indicates the number of operations of estimation processing based on a set of peak signals x1 to x4 acquired at a certain timing, and "k" is a number for distinguishing parameters. Is. Further, " ak (l) " indicates a mode vector, " sk (l) " is an estimated value of complex amplitude, and "β k " is an estimated coefficient.

ここでは、反射波RWが2つであるとしているため、最尤推定値演算部52は、下記式(7)〜(9)の演算によって、2つの反射波RWの到来方向の最尤推定値z^(l)、z^(l)と2つの反射波RW間の相関成分(相関項)の最尤推定値z^(l)とを求める。

Figure 0006843568
Here, since it is assumed that there are two reflected wave RWs, the maximum likelihood estimation value calculation unit 52 performs the maximum likelihood estimation values in the arrival directions of the two reflected waves RW by the calculations of the following equations (7) to (9). The maximum likelihood estimation value z 3 ^ (l) of the correlation component (correlation term) between z 1 ^ (l) and z 2 ^ (l) and the two reflected waves RW is obtained.
Figure 0006843568

なお、上記式(7)〜(9)において、「a (l)」は、第1反射波RWの到来方向のモードベクトル、「a (l)」は、第2反射波RWの到来方向のモードベクトル、「a (l)」は、反射波RW、RWの間の相関成分(相関項)のモードベクトルである。なお、上述した拡張モード単位ベクトルa(θ)により、例えば、a (l)=a(θ^(l))、a (l)=a(θ^(l))、a (l)=a(φ^(l))と表すことができる。 In the above equations (7) to (9), "a 1 (l) " is the mode vector in the arrival direction of the first reflected wave RW 1 , and "a 2 (l) " is the second reflected wave RW 2. The mode vector in the direction of arrival, “a 3 (l) ”, is the mode vector of the correlation component (correlation term) between the reflected waves RW 1 and RW 2. According to the above-mentioned extended mode unit vector a (θ), for example, a 1 (l) = a (θ 1 ^ (l) ), a 2 (l) = a (θ 2 ^ (l) ), a 3 It can be expressed as (l) = a (φ 1 ^ (l)).

また、上記式(7)〜(9)において、「s (l)」は、第1反射波RWの到来方向の複素振幅、「s (l)」は、第2反射波RWの到来方向の複素振幅、「s (l)」は、反射波RW、RWの間の相関成分の複素振幅である。なお、「β」、「β」、「β」は、予め設定された値であり、例えば、1/3である。 Further, in the above equations (7) to (9), "s 1 (l) " is the complex amplitude of the first reflected wave RW 1 in the arrival direction, and "s 2 (l) " is the second reflected wave RW 2. The complex amplitude in the direction of arrival, “s 3 (l) ”, is the complex amplitude of the correlation component between the reflected waves RW 1 and RW 2. Note that "β 1 ", "β 2 ", and "β 3 " are preset values, for example, 1/3.

2つの反射波RWが受信アンテナ21で受信されている場合、推定拡張信号z^(l)は、無雑音と仮定した場合、下記式(10)のように表すことができる。下記式(10)において、s (l)、s (l)、s (l)の初期値は、s (0)、s (0)、s (0)であり、上記式(4)の演算によって求められる。

Figure 0006843568
When the two reflected waves RW are received by the receiving antenna 21, the estimated extended signal z ^ (l) can be expressed by the following equation (10), assuming that there is no noise. In the following formula (10), the initial values of s 1 (l) , s 2 (l) , and s 3 (l) are s 1 (0) , s 2 (0) , and s 3 (0). It is obtained by the calculation of equation (4).
Figure 0006843568

最尤推定値演算部52は、停止条件判定部54によって推定処理の終了が判定されるまで、推定拡張信号生成部51によって複素振幅の推定値s(l)および推定拡張信号z^が更新される毎に、かかる更新された複素振幅の推定値s(l)および推定拡張信号z^に基づいて、最尤推定値z^を繰り返し演算する。 In the maximum likelihood estimation value calculation unit 52, the estimated value s (l) of the complex amplitude and the estimated expansion signal z ^ are updated by the estimation extension signal generation unit 51 until the stop condition determination unit 54 determines the end of the estimation process. Each time, the maximum likelihood estimation value z k ^ is repeatedly calculated based on the updated complex amplitude estimation value s (l) and the estimation extension signal z ^.

[2.3.4.3.3.パラメータ推定部53]
パラメータ推定部53は、反射波RWの到来方向についての推定拡張信号z^の尤度をそれぞれ最大化する反射波RWの到来方向の推定値θ^(以下、到来方向推定値θ^と記載する)を演算する。また、パラメータ推定部53は、相関成分についての推定拡張信号z^の尤度を最大化する相関成分の推定値φ^(以下、相関成分推定値φ^と記載する)を演算する。
[2.3.4.3.3. Parameter estimation unit 53]
The parameter estimation unit 53 maximizes the likelihood of the estimated extended signal z k ^ for the arrival direction of the reflected wave RW, respectively, and estimates the arrival direction of the reflected wave RW θ k ^ (hereinafter, the estimated value θ k ^ of the arrival direction). ) Is calculated. Further, the parameter estimation unit 53 calculates an estimated value φ k ^ of the correlation component (hereinafter, referred to as a correlation component estimated value φ k ^) that maximizes the likelihood of the estimated extended signal z k ^ for the correlation component. ..

ここでは、反射波RWが2つであるとしているため、パラメータ推定部53は、最尤推定値z^(l)、z^(l)の尤度をそれぞれ最大化する2つの反射波RWの到来方向推定値θ^、θ^と最尤推定値z^(l)の尤度をそれぞれ最大化する相関成分推定値φ^とを演算する。 Here, since it is assumed that there are two reflected waves RW, the parameter estimation unit 53 maximizes the likelihoods of the maximum likelihood estimation values z 1 ^ (l) and z 2 ^ (l), respectively. Calculate the correlation component estimates φ 3 ^ that maximize the likelihood of the RW arrival direction estimates θ 1 ^ and θ 2 ^ and the maximum likelihood estimates z 3 ^ (l), respectively.

パラメータ推定部53は、例えば、下記式(11)の演算によって、各推定拡張信号z^(l)の相関行列c (l)を求める。例えば、最尤推定値演算部52は、推定拡張信号z^(l)〜z^(l)の相関行列c (l)〜c (l)を演算する。なお、下記式(11)において、[・]は、複素共役転置を表す。また、相関行列c (l)〜c (l)は、カトリ・ラオ積による拡張相関行列である。

Figure 0006843568
The parameter estimation unit 53 obtains the correlation matrix kk (l) of each estimated extension signal z k ^ (l) by, for example, the calculation of the following equation (11). For example, the maximum likelihood estimation value calculation unit 52 calculates the correlation matrices c 1 (l) to c 3 (l) of the estimated extension signals z 1 ^ (l) to z 3 ^ (l). In the following equation (11), [・] H represents a complex conjugate transpose. Further, the correlation matrices c 1 (l) to c 3 (l) are extended correlation matrices based on the Katri-Lao product.
Figure 0006843568

次に、パラメータ推定部53は、下記式(12)、(13)の演算によって、各推定拡張信号z^(l)の尤度を最大化する到来方向推定値θ^(l+1)と相関成分推定値φ^(l+1)とを演算する。

Figure 0006843568
Next, the parameter estimation unit 53 uses the following equations (12) and (13) to calculate the arrival direction estimated value θ k ^ (l + 1) that maximizes the likelihood of each estimated extended signal z k ^ (l). Calculate the correlation component estimate φ k ^ (l + 1).
Figure 0006843568

例えば、パラメータ推定部53は、下記式(14)〜(16)の演算によって、各推定拡張信号z^(l)、z^(l)、z^(l)の尤度を最大化する到来方向推定値θ^(l+1)、θ^(l+1)と相関成分推定値φ^(l+1)とを演算する。

Figure 0006843568
For example, the parameter estimation unit 53 maximizes the likelihood of each estimated extension signal z 1 ^ (l) , z 2 ^ (l) , and z 3 ^ (l) by the calculation of the following equations (14) to (16). The estimated arrival direction θ 1 ^ (l + 1) and θ 2 ^ (l + 1) and the estimated correlation component φ 3 ^ (l + 1) are calculated.
Figure 0006843568

パラメータ推定部53は、上記式(12)〜(16)の演算を行う際、探索する到来方向θの範囲(探索範囲)を推定処理の回数などに従って段階的に小さくしていくことができる。 When performing the operations of the above equations (12) to (16), the parameter estimation unit 53 can gradually reduce the range (search range) of the arrival direction θ to be searched according to the number of estimation processes and the like.

例えば、パラメータ推定部53は、図1Bに示すように、最初の推定処理において、−21.8〜+21.8[deg]の範囲を探索範囲として推定拡張信号z^の尤度を最大化する到来方向推定値θ^、θ^を演算する。−21.8〜+21.8[deg]の範囲は、最大の探索範囲である。 For example, the parameter estimation unit 53, as shown in FIG. 1B, in the first estimation process, maximizing the estimation extension signal z k ^ likelihood of the scope of -21.8~ + 21.8 [deg] as the search range Calculate the estimated arrival direction θ 1 ^ and θ 2 ^. The range from -21.8 to +21.8 [deg] is the maximum search range.

その後、パラメータ推定部53は、2回目以降の推定処理において、前回演算された到来方向推定値θ^の変化量Aが小さいほど、今回の探索範囲を小さくすることもできる。前回の到来方向推定値θ^の変化量Aは、前々回の到来方向推定値θ^と前回の到来方向推定値θ^との差分である。 Then, the parameter estimation unit 53, the estimation processing of the second and subsequent, as change amount A k of the last computed arrival direction estimation value theta k ^ is small, it is also possible to reduce the time of the search range. Arrival direction estimation value theta k ^ of variation A k of the last is the difference between the arrival direction estimation value of the second preceding theta k ^ and the previous arrival direction estimation value theta k ^.

なお、2回目の推定処理では、前々回の到来方向推定値θ^は、パラメータ初期値演算部42によって演算された「θ^(0)」であり、前回の到来方向推定値θ^は、パラメータ推定部53によって演算された到来方向推定値θ^(1)である。したがって、A=|θ^(0)−θ^(1)|である。 In the second estimation process, the arrival direction estimated value θ k ^ two times before is “θ k ^ (0) ” calculated by the parameter initial value calculation unit 42, and the previous arrival direction estimated value θ k ^. Is the arrival direction estimated value θ k ^ (1) calculated by the parameter estimation unit 53. Therefore, Ak = | θ k ^ (0) −θ k ^ (1) |.

また、3回目の推定処理では、前々回の到来方向推定値θ^は、パラメータ推定部53によって演算された「θ^(1)」であり、前回の到来方向推定値θ^は、パラメータ推定部53によって演算された到来方向推定値θ^(2)である。したがって、A=|θ^(1)−θ^(2)|である。 Further, in the third estimation process, the arrival direction estimated value θ k ^ two times before is “θ k ^ (1) ” calculated by the parameter estimation unit 53, and the previous arrival direction estimated value θ k ^ is It is the arrival direction estimated value θ k ^ (2) calculated by the parameter estimation unit 53. Therefore, Ak = | θ k ^ (1) −θ k ^ (2) |.

パラメータ推定部53は、2回目以降の推定処理において、例えば、前回演算された到来方向推定値θ^と、到来方向推定値θ^の変化量Aとに基づいて、θ^−Ka×A〜θ^+Ka×Aの範囲を探索範囲とすることができる。「Ka」は係数である。 Parameter estimation unit 53, the estimation processing of the second and subsequent, for example, the previous computed arrival direction estimation value theta k ^, on the basis of the change amount A k of the arrival direction estimation value θ k ^, θ k ^ - the range of the Ka × a k ~θ k ^ + Ka × a k can be a search range. "Ka" is a coefficient.

ここでは、一例として、Ka=5とし、A=0.1、A=0.1、θ^(0)=−13.5、θ^(0)=+12.5であるとする。この場合、パラメータ推定部53は、2回目の推定処理において、−14.0〜−13.0[deg]での範囲を探索範囲として到来方向推定値θ^(1)を演算し、+12.0〜+13.0[deg]の範囲を探索範囲として到来方向推定値θ^(1)を演算する。 Here, as an example, Ka = 5, A 1 = 0.1, A 2 = 0.1, θ 1 ^ (0) = -13.5, θ 2 ^ (0) = +12.5. To do. In this case, in the second estimation process, the parameter estimation unit 53 calculates the arrival direction estimated value θ 1 ^ (1) with the range of -14.0 to -13.0 [deg] as the search range, and +12. The estimated arrival direction θ 2 ^ (1) is calculated with the range of 0 to +13.0 [deg] as the search range.

このように、2回目の推定処理の結果、θ^(1)=−13.44、θ^(1)=+12.35になったとする。この場合、A=0.06、A=0.05である。したがって、パラメータ推定部53は、3回目の推定処理において、−13.74〜−13.14[deg]での範囲を探索範囲として推定拡張信号z^の尤度を最大化する到来方向推定値θ (2)^を演算し、+12.1〜+12.6[deg]の範囲を探索範囲として推定拡張信号z^の尤度を最大化する到来方向推定値θ^(2)を演算する。 In this way, it is assumed that the result of the second estimation process is θ 1 ^ (1) = -13.44 and θ 2 ^ (1) = + 12.35. In this case, Ak = 0.06 and Ak = 0.05. Accordingly, the parameter estimation unit 53, the estimation processing of the third, -13.74~-13.14 [deg] range estimation extension signal z k ^ DOA estimation to maximize the likelihood of a search range in value theta 1 (2) ^ computes, + 12.1~ + 12.6 estimate the range of [deg] as the search range extension signal z k incoming maximize the likelihood of the ^ direction estimation value θ 2 ^ (2) Is calculated.

このように、パラメータ推定部53は、推定処理を行う毎に変化量Aに応じて探索範囲を変更することができるが、探索範囲の変更方法は、かかる例に限定されない。例えば、パラメータ推定部53は、変化量Aに応じて複数回の推定処理毎に探索範囲を変更することができる。 Thus, parameter estimation unit 53, which can change the search range in accordance with the change amount A k each time the estimation process, the method of changing the search range is not limited to such an example. For example, the parameter estimation unit 53 may change the search range for each of a plurality of times of estimation processing according to the change amount A k.

このように、変化量Aが大きいほど探索範囲が大きくなるため、推定誤差が大きいような場合であっても、推定できないといった状況を回避でき、また、変化量Aが小さいほど探索範囲が小さくなるため、推定精度が劣化することを防止できる。 Since the higher the search range variation A k is large increases, even if the estimated error as large, can avoid a situation can not be estimated, also, as the search range variation A k is small Since it becomes smaller, it is possible to prevent the estimation accuracy from deteriorating.

また、パラメータ推定部53は、到来方向推定値θ^の変化量Aにかかわらず、推定処理を行う毎に探索範囲を段階的に小さくしたり、複数回の推定処理毎に探索範囲を段階的に小さくしたりすることができる。 The parameter estimation unit 53, regardless of the direction of arrival estimate theta k ^ of variation A k, or by reducing the search range every time the estimation process in stages, the search range to a plurality of times for each of the estimation process It can be made smaller in stages.

また、パラメータ推定部53は、例えば、過去の推定処理(例えば、1〜N回目までの推定処理)における到来方向推定値θ^のばらつき範囲(例えば、最大値と最小値の差)が小さいほど、探索範囲を小さくすることもできる。 Further, the parameter estimation unit 53 has a small variation range (for example, the difference between the maximum value and the minimum value ) of the arrival direction estimated value θ k ^ in the past estimation process (for example, the estimation process from the 1st to the Nth time). The search range can be made smaller.

また、パラメータ推定部53は、例えば、推定対象となる到来方向推定値θ^の数、すなわち、反射波RWの検知数が多くなるほど、探索範囲を小さくすることもできる。また、パラメータ推定部53は、例えば、レーダ装置1が搭載される車両の速度が遅くなるほど、探索範囲を小さくすることもできる。 Further, the parameter estimation unit 53 can reduce the search range as, for example, the number of arrival direction estimated values θ k ^ to be estimated, that is, the number of detected reflected wave RWs increases. Further, the parameter estimation unit 53 can reduce the search range as the speed of the vehicle on which the radar device 1 is mounted becomes slower, for example.

このように、パラメータ推定部53は、推定拡張信号z^の尤度を最大化する到来方向推定値θ^を演算する際の到来方向を探索する範囲を段階的に小さくしながら推定処理を繰り返し行う。これにより、到来方向を探索する範囲を変更せずに推定処理を繰り返し行う場合に比べ、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を大幅に低減することができる。 In this way, the parameter estimation unit 53 performs estimation processing while gradually reducing the range for searching the arrival direction when calculating the arrival direction estimated value θ k ^ that maximizes the likelihood of the estimated extension signal z k ^. Is repeated. As a result, the amount of calculation required for estimating the arrival direction can be reduced and the estimation time for the arrival direction can be significantly reduced as compared with the case where the estimation process is repeated without changing the range for searching the arrival direction.

また、パラメータ推定部53は、到来方向の探索範囲の場合と同様に、上記(13)の演算を行う際、探索する相関成分の範囲(探索範囲)を相関成分推定値φ^の変化量などに従って段階的に小さくしていくことができる。例えば、パラメータ推定部53は、相関成分推定値φ^の変化量Aが小さいほど、相関成分の探索範囲を小さくしたり推定処理の回数などに応じて相関成分の探索範囲を小さくしたりすることができる。 Further, as in the case of the search range in the arrival direction, the parameter estimation unit 53 changes the range (search range) of the correlation component to be searched by the correlation component estimated value φ k ^ when performing the calculation (13) above. It can be made smaller step by step according to the above. For example, the parameter estimation unit 53, or reduce the search range of the correlation component in accordance with the number of the correlation as component estimation value phi k ^ variation A k is small, the estimation process or to reduce the search range of the correlation components can do.

このように、パラメータ推定部53は、推定拡張信号z^の尤度を最大化する相関成分推定値φ^を演算する際の相関成分を探索する範囲を段階的に小さくしながら推定処理を繰り返し行う。これによっても、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することができる。 In this way, the parameter estimation unit 53 performs estimation processing while gradually reducing the range for searching for the correlation component when calculating the correlation component estimation value φ k ^ that maximizes the likelihood of the estimation extension signal z k ^. Is repeated. This also makes it possible to reduce the amount of calculation required for estimating the arrival direction and reduce the estimation time in the arrival direction.

また、パラメータ推定部53は、到来方向の探索範囲や相関成分の探索範囲における探索間隔を推定値の変化量などに応じて小さくすることができる。 Further, the parameter estimation unit 53 can reduce the search interval in the search range in the arrival direction and the search range of the correlation component according to the amount of change in the estimated value and the like.

例えば、パラメータ推定部53は、1回目の推定処理において、探索間隔を0.1に設定して、探索範囲を探索する。これにより、パラメータ推定部53は、例えば、図1Bに示す−21.8〜+21.8[deg]の範囲を、0.1[deg]の間隔で到来方向θを変化させて上記式(12)、(13)の演算を行い、到来方向推定値θ^や相関成分推定値φ^を求める。 For example, the parameter estimation unit 53 searches the search range by setting the search interval to 0.1 in the first estimation process. As a result, the parameter estimation unit 53 changes the arrival direction θ in the range of -21.8 to +21.8 [deg] shown in FIG. 1B at intervals of 0.1 [deg], for example, in the above equation (12). ) And (13) are performed to obtain the arrival direction estimated value θ k ^ and the correlation component estimated value φ k ^.

2回目以降の推定処理において、パラメータ推定部53は、到来方向推定値θ^の変化量Aを求める。パラメータ推定部53は、A>0.2である場合、探索間隔を0.1に設定して、探索範囲を探索する。また、0.002≦A≦0.2である場合、パラメータ推定部53は、探索間隔を「A/2」に設定して、探索範囲を探索する。また、A<0.002である場合、パラメータ推定部53は、探索間隔を「0.001」に設定して、探索範囲を探索する。 In the estimation process of second or subsequent parameter estimation unit 53 obtains the arrival direction estimate theta k ^ of variation A k. When Ak > 0.2, the parameter estimation unit 53 sets the search interval to 0.1 and searches the search range. Further, when 0.002 ≦ Ak ≦ 0.2, the parameter estimation unit 53 sets the search interval to “ Ak / 2” and searches the search range. Also, if it is A k <0.002, parameter estimating unit 53 sets the search interval "0.001", to search the search range.

なお、パラメータ推定部53は、相関成分推定値φ^についても到来方向推定値θ^の場合と同様に相関成分推定値φ^の変化量Bに応じて探索間隔を小さくすることができる。変化量Bは、例えば、B=φ^(l)−φ^(l−1)である。 The parameter estimation unit 53, to reduce the search space according to the correlation component estimate phi k ^ DOA estimates also theta k ^ if similar correlation component estimate phi k ^ variation B k Can be done. The amount of change B k is, for example, B k = φ k ^ (l) −φ k ^ (l-1) .

このように、パラメータ推定部53は、到来方向の探索範囲や相関成分の探索範囲における探索間隔を推定値の変化量に応じて段階的に小さくすることができる。すなわち、パラメータ推定部53は、推定値の変化量が小さいほど探索間隔を小さくすることができ、これにより、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することができる。 In this way, the parameter estimation unit 53 can gradually reduce the search interval in the search range in the arrival direction and the search range of the correlation component according to the amount of change in the estimated value. That is, the parameter estimation unit 53 can reduce the search interval as the amount of change in the estimated value is smaller, thereby reducing the amount of calculation required for estimating the arrival direction and reducing the estimation time in the arrival direction. it can.

なお、パラメータ推定部53は、推定処理の回数などに応じて探索間隔を小さくしたり、過去の推定処理における推定値のばらつき範囲(例えば、最大値と最小値の差)が小さいほど、探索間隔を小さくしたりすることもできる。また、パラメータ推定部53は、探索範囲が小さいほど探索間隔を小さくすることもできる。 The parameter estimation unit 53 reduces the search interval according to the number of estimation processes, and the smaller the variation range of the estimated values in the past estimation process (for example, the difference between the maximum value and the minimum value), the more the search interval. Can also be made smaller. Further, the parameter estimation unit 53 can reduce the search interval as the search range becomes smaller.

パラメータ推定部53は、停止条件判定部54によって推定処理の終了が判定されるまで、最尤推定値演算部52によって推定拡張信号z^(l)が更新される毎に、かかる更新された推定拡張信号z^(l)に基づいて、到来方向推定値θ^(l+1)と相関成分推定値φ^(l+1)を繰り返し演算する。 Parameter estimation unit 53, until the end of the estimation processing by the stop condition determining unit 54 is determined, estimated extension signal by maximum likelihood estimation value calculation unit 52 z k ^ (l) is each time it is updated, is such updated Based on the estimated extension signal z k ^ (l) , the arrival direction estimated value θ k ^ (l + 1) and the correlation component estimated value φ k ^ (l + 1) are repeatedly calculated.

[2.3.4.3.4.停止条件判定部54]
停止条件判定部54は、停止条件が満たされるか否かを判定する。停止条件は、拡張信号zと推定拡張信号z^との差Δzが所定範囲内に収束するという条件や、到来方向推定値θ^の変化量Aおよび相関成分推定値φ^の変化量Bが所定値以下になるという条件である。
[2.3.4.3.3.4. Stop condition determination unit 54]
The stop condition determination unit 54 determines whether or not the stop condition is satisfied. Stop condition, the extension signal z and the estimated extension signal z ^ change difference Δz is or condition that converges within the predetermined range, the arrival direction estimation value theta k ^ variation A k and correlation component estimates phi k ^ and The condition is that the quantity B k is equal to or less than a predetermined value.

例えば、停止条件判定部54は、拡張信号zと推定拡張信号z^との差が所定数連続して所定範囲内に収まる場合に、停止条件を満たすと判定する。また、停止条件判定部54は、到来方向推定値θ^、θ^および相関成分推定値φ^のいずれの変化量も所定値以下になった場合に、停止条件を満たすと判定する。 For example, the stop condition determination unit 54 determines that the stop condition is satisfied when the difference between the extended signal z and the estimated extended signal z ^ is continuously within a predetermined range by a predetermined number. Further, the stop condition determination unit 54 determines that the stop condition is satisfied when the amount of change in any of the arrival direction estimated values θ 1 ^ and θ 2 ^ and the correlation component estimated value φ 3 ^ is equal to or less than a predetermined value. ..

停止条件判定部54は、停止条件を満たすと判定した場合、パラメータ推定部53によって演算された最新の到来方向推定値θ^、θ^を確定推定値θ、θとして出力する。一方、停止条件判定部54は、停止条件を満たさないと判定した場合、確定推定値θ、θの出力は行わない。 When the stop condition determination unit 54 determines that the stop condition is satisfied, the stop condition determination unit 54 outputs the latest arrival direction estimation values θ 1 ^ and θ 2 ^ calculated by the parameter estimation unit 53 as final estimation values θ 1 and θ 2 . On the other hand, when the stop condition determination unit 54 determines that the stop condition is not satisfied, the stop condition determination unit 54 does not output the definite estimated values θ 1 and θ 2.

[2.3.4.3.5.パラメータ更新部55]
パラメータ更新部55は、停止条件判定部54が停止条件を満たさないと判定した場合、パラメータ推定部53によって演算された最新の到来方向推定値θ^(l+1)、θ^(l+1)と相関成分推定値φ^(l+1)とを演算パラメータΘ(l+1)として推定拡張信号生成部51へ通知する。このように、パラメータ更新部55は、演算パラメータを更新することができる。
[2.3.4.4.3.5. Parameter update unit 55]
When the parameter update unit 55 determines that the stop condition determination unit 54 does not satisfy the stop condition, the parameter update unit 55 sets the latest arrival direction estimates θ 1 ^ (l + 1) and θ 2 ^ (l + 1) calculated by the parameter estimation unit 53. The estimated correlation component φ 3 ^ (l + 1) is notified to the estimated extended signal generation unit 51 as an arithmetic parameter Θ (l + 1). In this way, the parameter update unit 55 can update the calculation parameters.

推定拡張信号生成部51は、パラメータ推定部53によって更新された演算パラメータに基づき、推定拡張信号z^を演算する。最尤推定値演算部52は、新たな推定拡張信号z^と拡張信号zとの差に基づいて新たな推定拡張信号z^、z^、z^を演算する。パラメータ推定部53は、新たな推定拡張信号z^、z^、z^の尤度を最大化する到来方向推定値θ^、θ^と相関成分推定値φ^とを演算する。 The estimation extension signal generation unit 51 calculates the estimation extension signal z ^ based on the calculation parameters updated by the parameter estimation unit 53. The maximum likelihood estimation value calculation unit 52 calculates new estimated extension signals z 1 ^, z 2 ^, and z 3 ^ based on the difference between the new estimated extension signal z ^ and the extension signal z. The parameter estimation unit 53 uses the arrival direction estimates θ 1 ^ and θ 2 ^ that maximize the likelihood of the new estimation extension signals z 1 ^, z 2 ^, and z 3 ^ and the correlation component estimation values φ 3 ^. Calculate.

このように、到来方向推定部43は、停止条件判定部54によって推定処理の終了が判定されるまで、推定拡張信号z^の尤度を最大化するように演算パラメータΘを更新する。 Thus, the arrival direction estimation unit 43, until the end of the estimation processing by the stop condition determining unit 54 is determined to update the calculation parameter Θ to maximize the estimated extension signal z k ^ likelihood.

すなわち、到来方向推定部43は、推定拡張信号z^の尤度を最大化するように演算パラメータΘを変化させながら推定拡張信号z^、z^の演算を繰り返し、演算パラメータである反射波の到来方向および反射波間の相関成分の最尤推定を行う。これにより、到来方向推定部43は、反射波RW間の相関成分を考慮して各反射波RWの到来方向を推定することができるため、反射波RWの到来方向の推定誤差を低減することができる。 That is, the arrival direction estimation unit 43 repeats the calculation of the estimated extension signals z ^ and z k ^ while changing the calculation parameter Θ so as to maximize the likelihood of the estimation extension signal z k ^, and the reflection which is the calculation parameter. Maximum likelihood estimation of the wave arrival direction and the correlation component between the reflected waves is performed. As a result, the arrival direction estimation unit 43 can estimate the arrival direction of each reflected wave RW in consideration of the correlation component between the reflected waves RW, so that the estimation error of the arrival direction of the reflected wave RW can be reduced. it can.

[2.3.5.距離・相対速度演算部35]
距離・相対速度演算部35は、測角処理部34によって推定されたアップ区区間における到来方向の確定推定値とダウン区間における到来方向の確定推定値との一致度合い等に基づき、アップ区間のピークおよびダウン区間のピークを対応づけるペアリングを行う。
[2.3.5. Distance / relative velocity calculation unit 35]
The distance / relative velocity calculation unit 35 determines the peak of the up section based on the degree of agreement between the definite estimated value of the arrival direction in the up section and the definite estimated value of the arrival direction in the down section estimated by the angle measuring unit 34. And pairing is performed to associate the peaks in the down section.

このように、距離・相対速度演算部35は、同一の物標に関するピーク同士を対応付ける。これにより、距離・相対速度演算部35は、レーダ装置1を搭載した車両の前方に存在する複数の物標それぞれに係る物標データを導出する。かかる物標データは、2つのピークを対応付けて得られるため、「ペアデータ」とも呼ばれる。 In this way, the distance / relative velocity calculation unit 35 associates peaks related to the same target with each other. As a result, the distance / relative velocity calculation unit 35 derives the target data related to each of the plurality of targets existing in front of the vehicle equipped with the radar device 1. Since such target data is obtained by associating two peaks with each other, it is also called "pair data".

距離・相対速度演算部35は、ペアリングしたアップ区間およびダウン期間のピークから、レーダ装置1(レーダ装置1を搭載した車両)に対する各物標との相対速度および距離の観測値(瞬時値)を導出する。例えば、距離・相対速度演算部35は、物標データ(ペアデータ)の元となったアップ区間およびダウン区間の2つのピークデータのピーク周波数の差から相対速度の観測値(瞬時値)を導出し、これら2つのピークデータのピーク周波数の和から距離を導出することができる。 The distance / relative velocity calculation unit 35 is an observation value (instantaneous value) of the relative velocity and distance to each target with respect to the radar device 1 (vehicle equipped with the radar device 1) from the peak of the paired up section and down period. Is derived. For example, the distance / relative velocity calculation unit 35 derives the observed value (instantaneous value) of the relative velocity from the difference between the peak frequencies of the two peak data of the up section and the down section, which are the sources of the target data (pair data). Then, the distance can be derived from the sum of the peak frequencies of these two peak data.

また、距離・相対速度演算部35は、物標データ(ペアデータ)の元となったアップ区間およびダウン区間の2つの到来方向の確定推定値θの平均値からレーダ装置1を搭載した車両(またはレーダ装置1)に対する各物標の角度の観測値(瞬時値)を導出する。距離・相対速度演算部35は、検出した物標との距離、相対速度および角度を含むターゲット情報を車両制御装置2へ出力する。 Further, the distance / relative velocity calculation unit 35 is a vehicle equipped with the radar device 1 from the average value of the definite estimated values θ k of the two arrival directions of the up section and the down section, which are the sources of the target data (pair data). (Or the observed value (instantaneous value) of the angle of each target with respect to (or the radar device 1) is derived. The distance / relative speed calculation unit 35 outputs target information including the distance to the detected target, the relative speed, and the angle to the vehicle control device 2.

[3.測角処理部34による処理]
次に、フローチャートを用いて、測角処理部34が実行する処理の流れの一例を説明する。図6は、測角処理部34が実行する処理手順の一例を示すフローチャートであり、繰り返し実行される処理である。
[3. Processing by the angle measuring unit 34]
Next, an example of the flow of processing executed by the angle measuring unit 34 will be described with reference to the flowchart. FIG. 6 is a flowchart showing an example of a processing procedure executed by the angle measuring unit 34, which is a process that is repeatedly executed.

図6に示すように、測角処理部34は、受信信号SR〜SRに基づくピーク信号x1〜x4を取得し(ステップS10)、ピーク信号x1〜x4の相関行列Rxxを生成する(ステップS11)。測角処理部34は、相関行列Rxxを用いて拡張信号zを生成する(ステップS12)。 As shown in FIG. 6, the angle measuring unit 34 acquires peak signals x1 to x4 based on received signals SR 1 to SR 4 (step S10), and generates a correlation matrix Rxx of peak signals x1 to x4 (step). S11). The angle measuring unit 34 generates the extended signal z using the correlation matrix Rxx (step S12).

測角処理部34は、ピーク信号x1〜x4または拡張信号zに基づいて、反射波の到来方向を推定する(ステップS13)。ステップS13における推定値は、推定処理における演算パラメータの初期値である。測角処理部34は、最新の演算パラメータΘ(l)を用いて複素振幅の推定値s(l)を演算し(ステップS14)、かかる複素振幅の推定値s(l)に基づき、拡張信号zの推定値である推定拡張信号z^を生成する(ステップS15)。 The angle measuring unit 34 estimates the arrival direction of the reflected wave based on the peak signals x1 to x4 or the extended signal z (step S13). The estimated value in step S13 is an initial value of a calculation parameter in the estimation process. The angle measuring unit 34 calculates the estimated value s (l) of the complex amplitude using the latest calculation parameter Θ (l) (step S14), and based on the estimated value s (l) of the complex amplitude, the extended signal. An estimated extended signal z ^, which is an estimated value of z, is generated (step S15).

次に、測角処理部34は、拡張信号zと推定拡張信号z^との差Δzを演算する(ステップS16)。そして、測角処理部34は、かかる差Δzに基づいて反射波RWの到来方向や反射波RW間の相関成分のそれぞれについての推定拡張信号z^の最尤推定値を求める(ステップS17)。測角処理部34は、推定拡張信号z^の最尤推定値の相関行列c (l)を求め(ステップS18)、かかる相関行列c (l)に基づいて、推定拡張信号z^の尤度を最大化する到来方向推定値θ^と相関成分推定値φ^を演算して更新する(ステップS19)。 Next, the angle measuring unit 34 calculates the difference Δz between the extended signal z and the estimated extended signal z ^ (step S16). Then, the angle measuring unit 34 obtains the maximum likelihood estimation value of the estimated extended signal z k ^ for each of the arrival direction of the reflected wave RW and the correlation component between the reflected waves RW based on the difference Δz (step S17). .. The angle measuring unit 34 obtains the correlation matrix kk (l) of the maximum likelihood estimation value of the estimated extension signal z k ^ (step S18), and based on the correlation matrix kk (l), the estimated extension signal z k (l). The arrival direction estimation value θ k ^ that maximizes the likelihood of ^ and the correlation component estimation value φ k ^ are calculated and updated (step S19).

測角処理部34は、停止条件を満たすか否かを判定し(ステップS20)、停止条件を満たさないと判定した場合(ステップS20;No)、処理をステップS14へ移行する。一方、停止条件を満たすと判定した場合(ステップS20;Yes)、測角処理部34は、最新の到来方向の推定値θ^を確定推定値θとして出力する(ステップS21)。 The angle measuring unit 34 determines whether or not the stop condition is satisfied (step S20), and if it determines that the stop condition is not satisfied (step S20; No), the process proceeds to step S14. On the other hand, when it is determined that the stop condition is satisfied (step S20; Yes), the angle measuring unit 34 outputs the latest estimated value θ k ^ in the arrival direction as a definite estimated value θ k (step S21).

なお、上述した例では、レーダ装置1は、FM−CW(Frequency Modulated-Continuous Wave)を用いて、物標を検出するが、レーダ装置1は、FCM(Fast Chirp Modulation)方式のレーダ装置であってもよい。また、レーダ装置1は、2周波CW(Continuous Wave)、スペクトラム拡散方式またはパルス方式を用いて、物標を検出するレーダ装置であってもよい。 In the above example, the radar device 1 detects a target using FM-CW (Frequency Modulated-Continuous Wave), but the radar device 1 is an FCM (Fast Chirp Modulation) type radar device. You may. Further, the radar device 1 may be a radar device that detects a target by using a dual frequency CW (Continuous Wave), a spread spectrum method, or a pulse method.

また、上述した例では、等間隔リニアアレーを一例に挙げて説明したが、実施形態に係るレーダ装置1のアンテナアレーは、等間隔リニアアレーに限定されるものではなく、不等間隔リニアアレーであってもよい。 Further, in the above-described example, the equidistant linear array has been described as an example, but the antenna array of the radar device 1 according to the embodiment is not limited to the equidistant linear array, and even if it is an unequal interval linear array. Good.

なお、拡張信号生成部41は、ピーク信号x1〜x4ではなく、受信アンテナ21〜21から出力される受信信号SR〜SRをx1〜x4として相関行列Rxxを生成し、かかる相関行列Rxxの非重複要素によって拡張信号zを生成することもできる。 Incidentally, the extension signal generator 41, the peak signal x1 to x4 without the reception signal SR 1 to SR 4 output from the receiving antenna 21 1 to 21 4 to generate the correlation matrix Rxx as x1 to x4, such correlation matrix The extended signal z can also be generated by the non-overlapping elements of Rxx.

以上のように、実施形態に係るレーダ装置1は、拡張信号生成部41と、到来方向推定部43とを備える。拡張信号生成部41は、複数の物標による複数の反射波RWを受信するアレーアンテナに含まれる複数の受信アンテナ21〜21それぞれから出力される受信信号SR〜SRに基づく受信アンテナ21毎のピーク信号x1〜x4(アンテナ毎の信号の一例)から相関行列Rxxを生成し、かかる相関行列Rxxの非重複要素によって拡張信号zを生成する。到来方向推定部43は、拡張信号zと拡張信号zの推定値である推定拡張信号z^との差に基づいて各反射波RWの到来方向および反射波RW間の相関成分を推定する推定処理を、到来方向θの探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う。このように、到来方向θの探索範囲を段階的に小さくすることから、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することができる。 As described above, the radar device 1 according to the embodiment includes an extended signal generation unit 41 and an arrival direction estimation unit 43. The extended signal generation unit 41 is a receiving antenna based on the received signals SR 1 to SR 4 output from each of the plurality of receiving antennas 21 1 to 21 4 included in the array antenna that receives the plurality of reflected waves RW by the plurality of targets. The correlation matrix Rxx is generated from the peak signals x1 to x4 for each of 21 (an example of signals for each antenna), and the extended signal z is generated by the non-overlapping elements of the correlation matrix Rxx. The arrival direction estimation unit 43 estimates the arrival direction of each reflected wave RW and the correlation component between the reflected wave RWs based on the difference between the extended signal z and the estimated extended signal z ^ which is the estimated value of the extended signal z. Is repeated while gradually reducing the search range in the arrival direction θ. In this way, since the search range of the arrival direction θ is gradually reduced, the amount of calculation required for estimating the arrival direction can be reduced, and the estimation time of the arrival direction can be reduced.

また、到来方向推定部43は、推定拡張信号生成部51と、最尤推定値演算部52と、パラメータ推定部53とを備える。推定拡張信号生成部51は、推定拡張信号z^を生成する。最尤推定値演算部52は、反射波RWの到来方向と反射波RW間の相関成分とをパラメータとして、拡張信号zと推定拡張信号z^との差Δzに基づき、各到来方向および相関成分のそれぞれについての推定拡張信号z^の最尤推定値を演算する。パラメータ推定部53は、各到来方向の推定拡張信号z^の尤度を最大化する到来方向の推定値θ^と相関成分の推定拡張信号z^の尤度を最大化する相関成分の推定値φ^とを演算する。最尤推定値演算部52は、パラメータ推定部53によって演算される到来方向の推定値θ^と相関成分の推定値φ^とを演算パラメータとして、各到来方向の推定拡張信号z^の最尤推定値と相関成分の推定拡張信号z^の最尤推定値を演算する。これにより、到来方向の推定値θ^と相関成分の推定値φ^との最尤推定を行うことができ、到来方向の推定精度を向上させることができる。 Further, the arrival direction estimation unit 43 includes an estimation extension signal generation unit 51, a maximum likelihood estimation value calculation unit 52, and a parameter estimation unit 53. The estimated extended signal generation unit 51 generates the estimated extended signal z ^. The maximum likelihood estimation value calculation unit 52 uses the arrival direction of the reflected wave RW and the correlation component between the reflected waves RW as parameters, and based on the difference Δz between the extended signal z and the estimated extended signal z ^, each arrival direction and the correlation component. Calculate the maximum likelihood estimate of the estimated extension signal z k ^ for each of. The parameter estimation unit 53 maximizes the likelihood of the estimated extended signal z k ^ in each direction of arrival, and the estimated value θ k ^ in the direction of arrival and the correlation component that maximizes the likelihood of the estimated extended signal z k ^ in the correlation component. Calculate the estimated value φ k ^ of. The maximum likelihood estimation value calculation unit 52 uses the estimated value θ k ^ in the arrival direction calculated by the parameter estimation unit 53 and the estimated value φ k ^ of the correlation component as calculation parameters, and the estimated extension signal z k ^ in each arrival direction. Maximum likelihood estimation value of and correlation component estimation Calculate the maximum likelihood estimation value of the extended signal z k ^. Thus, it is possible to perform maximum likelihood estimation estimates the arrival direction theta k ^ and estimated value phi k ^ of the correlation components, can improve arrival direction estimation accuracy.

また、実施形態に係るレーダ装置1は、パラメータ初期値演算部42を備える。パラメータ初期値演算部42は、ピーク信号x1〜x4または拡張信号zに基づいて、反射波RWの到来方向の推定値θ^を演算する。最尤推定値演算部52は、パラメータ初期値演算部42によって演算された到来方向の推定値θ^を演算パラメータの初期値として、各到来方向の推定拡張信号z^の最尤推定値と相関成分の推定拡張信号z^の最尤推定値とを演算する。これにより、演算パラメータの初期値を固定値にする場合に比べ、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することができる。 Further, the radar device 1 according to the embodiment includes a parameter initial value calculation unit 42. The parameter initial value calculation unit 42 calculates an estimated value θ k ^ in the arrival direction of the reflected wave RW based on the peak signals x1 to x4 or the extended signal z. The maximum likelihood estimation value calculation unit 52 uses the estimated value θ k ^ in the arrival direction calculated by the parameter initial value calculation unit 42 as the initial value of the calculation parameter, and the maximum likelihood estimation value of the estimated extension signal z k ^ in each arrival direction. And the maximum likelihood estimation value of the estimated extension signal z k ^ of the correlation component are calculated. As a result, the amount of calculation required for estimating the arrival direction can be reduced and the estimation time in the arrival direction can be reduced as compared with the case where the initial value of the calculation parameter is set to a fixed value.

また、到来方向推定部43は、到来方向の推定値θ^の変化量Aが所定閾値以下になるまで、または、拡張信号zと推定拡張信号z^との差が所定範囲に収束するまで、推定処理を繰り返し行う。これにより、到来方向の推定値θ^を精度よく確定することができる。 Moreover, the arrival direction estimation unit 43 to estimate theta k ^ of variation A k of the arrival direction falls below a predetermined threshold value, or the difference between the extended signal z and the estimated extension signal z ^ converges to a predetermined range The estimation process is repeated until. As a result, the estimated value θ k ^ in the direction of arrival can be accurately determined.

また、到来方向推定部43は、到来方向の探索範囲を到来方向の推定値θ^の変化量Aに応じて小さくする。これにより、探索範囲を変化させない場合に比べ、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することができる。 Moreover, the arrival direction estimation unit 43, to reduce in accordance with the search range of the arrival direction estimation value theta k ^ of variation A k of DOA. As a result, the amount of calculation required for estimating the arrival direction can be reduced and the estimation time in the arrival direction can be reduced as compared with the case where the search range is not changed.

また、到来方向推定部43は、到来方向の探索範囲において到来方向の推定値θ^を探索する探索間隔を、到来方向の推定値θ^の変化量Aに応じて小さくする。これにより、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することをより効果的に行うことができる。 Moreover, the arrival direction estimation unit 43, the search interval for searching the arrival direction estimate theta k ^ in the search range of DOA, reduced in accordance with the estimated value theta k ^ of variation A k of DOA. As a result, the amount of calculation required for estimating the arrival direction can be reduced, and the estimation time in the arrival direction can be reduced more effectively.

また、到来方向推定部43は、到来方向の推定値θ^の変化量Aが小さくなるほど、到来方向の探索間隔を小さくする。これにより、到来方向の推定にかかる計算量を低減し、到来方向の推定時間を低減することをより効果的に行うことができる。 Moreover, the arrival direction estimation unit 43 as the estimated value theta k ^ of variation A k of the arrival direction is reduced, to reduce the search space of the arrival directions. As a result, the amount of calculation required for estimating the arrival direction can be reduced, and the estimation time in the arrival direction can be reduced more effectively.

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further effects and variations can be easily derived by those skilled in the art. For this reason, the broader aspects of the invention are not limited to the particular details and representative embodiments expressed and described as described above. Therefore, various modifications can be made without departing from the spirit or scope of the general concept of the invention as defined by the appended claims and their equivalents.

1 レーダ装置
34測角処理部
41拡張信号生成部
42 パラメータ初期値演算部
43 到来方向推定部
51 推定拡張信号生成部
52 最尤推定値演算部
53 パラメータ推定部
54 停止条件判定部
55 パラメータ更新部
1 Radar device 34 Angle measurement processing unit 41 Extended signal generation unit 42 Parameter initial value calculation unit 43 Arrival direction estimation unit 51 Estimated extended signal generation unit 52 Maximum likelihood estimation value calculation unit 53 Parameter estimation unit 54 Stop condition judgment unit 55 Parameter update unit

Claims (7)

複数の物標による複数の反射波を受信するアレーアンテナに含まれる複数のアンテナそれぞれから出力される受信信号に基づく前記アンテナ毎の信号から相関行列を生成し、当該相関行列の非重複要素によって拡張信号を生成する拡張信号生成部と、
前記拡張信号と当該拡張信号の推定値である推定拡張信号との差に基づいて前記各反射波の到来方向および前記反射波間の相関成分を推定する推定処理を、前記到来方向の探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う到来方向推定部と、を備え
前記到来方向推定部は、
前記探索範囲を前記到来方向の推定値の変化量に応じて小さくす
ことを特徴とするレーダ装置。
A correlation matrix is generated from the signals for each antenna based on the received signals output from each of the plurality of antennas included in the array antenna that receives a plurality of reflected waves by a plurality of targets, and is extended by the non-overlapping elements of the correlation matrix. An extended signal generator that generates signals and
The estimation process for estimating the arrival direction of each reflected wave and the correlation component between the reflected waves based on the difference between the extended signal and the estimated extended signal which is an estimated value of the extended signal is performed by stepping the search range in the arrival direction. It is equipped with an arrival direction estimation unit that repeats while making it smaller .
The arrival direction estimation unit is
Radar apparatus, characterized in that you reduced in accordance with the search range to the amount of change in the estimated value of the arrival direction.
前記到来方向推定部は、
前記推定拡張信号を生成する推定拡張信号生成部と、
前記反射波の到来方向と前記反射波間の相関成分とをパラメータとして、前記拡張信号と前記推定拡張信号との差に基づき、前記各到来方向および前記相関成分のそれぞれについての推定拡張信号の最尤推定値を演算する最尤推定値演算部と、
前記各到来方向の前記推定拡張信号の尤度を最大化する前記到来方向の推定値と前記相関成分の前記推定拡張信号の尤度を最大化する前記相関成分の推定値とを演算するパラメータ推定部と、を備え、
前記最尤推定値演算部は、
前記パラメータ推定部によって演算される前記到来方向の推定値と前記相関成分の推定値とを前記パラメータとして、前記各到来方向の前記推定拡張信号の最尤推定値と前記相関成分の前記推定拡張信号の最尤推定値を演算する
ことを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。
The arrival direction estimation unit is
An estimated extended signal generator that generates the estimated extended signal,
With the arrival direction of the reflected wave and the correlation component between the reflected waves as parameters, the maximum likelihood of the estimated expansion signal for each of the arrival directions and the correlation component is based on the difference between the expansion signal and the estimated expansion signal. Maximum likelihood estimation value calculation unit that calculates the estimated value, and
Parameter estimation for calculating the estimated value of the coming direction that maximizes the likelihood of the estimated extended signal in each arrival direction and the estimated value of the correlation component that maximizes the likelihood of the estimated extended signal of the correlation component. With a department,
The maximum likelihood estimation value calculation unit is
Using the estimated value of the arrival direction and the estimated value of the correlation component calculated by the parameter estimation unit as the parameters, the maximum likelihood estimation value of the estimated extension signal in each arrival direction and the estimated extension signal of the correlation component. The radar device according to claim 1, wherein the maximum likelihood estimation value of is calculated.
複数の物標による複数の反射波を受信するアレーアンテナに含まれる複数のアンテナそれぞれから出力される受信信号に基づく前記アンテナ毎の信号から相関行列を生成し、当該相関行列の非重複要素によって拡張信号を生成する拡張信号生成部と、 A correlation matrix is generated from the signals for each antenna based on the received signals output from each of the plurality of antennas included in the array antenna that receives a plurality of reflected waves by a plurality of targets, and is extended by the non-overlapping elements of the correlation matrix. An extended signal generator that generates signals and
前記拡張信号と当該拡張信号の推定値である推定拡張信号との差に基づいて前記各反射波の到来方向および前記反射波間の相関成分を推定する推定処理を、前記到来方向の探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う到来方向推定部と、を備え、 The estimation process for estimating the arrival direction of each reflected wave and the correlation component between the reflected waves based on the difference between the extended signal and the estimated extended signal which is an estimated value of the extended signal is performed by stepping the search range in the arrival direction. It is equipped with an arrival direction estimation unit that repeats while making it smaller.
前記到来方向推定部は、 The arrival direction estimation unit is
前記探索範囲において前記到来方向の推定値を探索する探索間隔を、前記到来方向の推定値の変化量に応じて小さくする The search interval for searching the estimated value in the arrival direction in the search range is reduced according to the amount of change in the estimated value in the arrival direction.
ことを特徴とするレーダ装置。 A radar device characterized by that.
前記到来方向推定部は、 The arrival direction estimation unit is
前記推定拡張信号を生成する推定拡張信号生成部と、 An estimated extended signal generator that generates the estimated extended signal,
前記反射波の到来方向と前記反射波間の相関成分とをパラメータとして、前記拡張信号と前記推定拡張信号との差に基づき、前記各到来方向および前記相関成分のそれぞれについての推定拡張信号の最尤推定値を演算する最尤推定値演算部と、 With the arrival direction of the reflected wave and the correlation component between the reflected waves as parameters, the maximum likelihood of the estimated expansion signal for each of the arrival directions and the correlation component is based on the difference between the expansion signal and the estimated expansion signal. Maximum likelihood estimation value calculation unit that calculates the estimated value, and
前記各到来方向の前記推定拡張信号の尤度を最大化する前記到来方向の推定値と前記相関成分の前記推定拡張信号の尤度を最大化する前記相関成分の推定値とを演算するパラメータ推定部と、を備え、 Parameter estimation for calculating the estimated value of the coming direction that maximizes the likelihood of the estimated extended signal in each arrival direction and the estimated value of the correlation component that maximizes the likelihood of the estimated extended signal of the correlation component. With a department,
前記最尤推定値演算部は、 The maximum likelihood estimation value calculation unit is
前記パラメータ推定部によって演算される前記到来方向の推定値と前記相関成分の推定値とを前記パラメータとして、前記各到来方向の前記推定拡張信号の最尤推定値と前記相関成分の前記推定拡張信号の最尤推定値を演算する Using the estimated value of the arrival direction and the estimated value of the correlation component calculated by the parameter estimation unit as the parameters, the maximum likelihood estimation value of the estimated extension signal in each arrival direction and the estimated extension signal of the correlation component. Calculate the maximum likelihood estimate of
ことを特徴とする請求項3に記載のレーダ装置。 The radar device according to claim 3, wherein the radar device is characterized by the above.
前記到来方向推定部は、
前記到来方向の推定値の変化量が小さくなるほど、前記探索間隔を小さくする
ことを特徴とする請求項3又は4に記載のレーダ装置。
The arrival direction estimation unit is
The radar device according to claim 3 or 4 , wherein the search interval is reduced as the amount of change in the estimated value in the arrival direction becomes smaller.
複数の物標による複数の反射波を受信するアレーアンテナに含まれる複数のアンテナそれぞれから出力される受信信号に基づく前記アンテナ毎の信号から相関行列を生成し、当該相関行列の非重複要素によって拡張信号を生成する第1工程と、
前記拡張信号と当該拡張信号の推定値である推定拡張信号との差に基づいて前記各反射波の到来方向および前記反射波間の相関成分を推定する推定処理を、前記到来方向の探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う第2工程と、を含み、
前記第2工程は、
前記探索範囲を前記到来方向の推定値の変化量に応じて小さくする
ことを特徴とする到来方向推定方法。
A correlation matrix is generated from the signals for each antenna based on the reception signals output from each of the plurality of antennas included in the array antenna that receives a plurality of reflected waves by a plurality of targets, and is extended by the non-overlapping elements of the correlation matrix. The first step of generating a signal and
The estimation process for estimating the arrival direction of each reflected wave and the correlation component between the reflected waves based on the difference between the extended signal and the estimated extended signal which is an estimated value of the extended signal is performed by stepping the search range in the arrival direction. only contains a second step, the carried out while repeatedly to small,
The second step is
An arrival direction estimation method, characterized in that the search range is reduced according to the amount of change in the estimated value in the arrival direction.
複数の物標による複数の反射波を受信するアレーアンテナに含まれる複数のアンテナそれぞれから出力される受信信号に基づく前記アンテナ毎の信号から相関行列を生成し、当該相関行列の非重複要素によって拡張信号を生成する第1工程と、 A correlation matrix is generated from the signals for each antenna based on the reception signals output from each of the plurality of antennas included in the array antenna that receives a plurality of reflected waves by a plurality of targets, and is extended by the non-overlapping elements of the correlation matrix. The first step of generating a signal and
前記拡張信号と当該拡張信号の推定値である推定拡張信号との差に基づいて前記各反射波の到来方向および前記反射波間の相関成分を推定する推定処理を、前記到来方向の探索範囲を段階的に小さくしながら繰り返し行う第2工程と、を含み、 The estimation process for estimating the arrival direction of each reflected wave and the correlation component between the reflected waves based on the difference between the extended signal and the estimated extended signal which is an estimated value of the extended signal is performed by stepping the search range in the arrival direction. Including the second step, which is repeated while making the size smaller,
前記第2工程は、 The second step is
前記探索範囲において前記到来方向の推定値を探索する探索間隔を、前記到来方向の推定値の変化量に応じて小さくする The search interval for searching the estimated value in the arrival direction in the search range is reduced according to the amount of change in the estimated value in the arrival direction.
ことを特徴とする到来方向推定方法。 A method of estimating the direction of arrival, which is characterized by the fact that.
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