特開 2022-167686 レーダ信号処理装置及びレーダ信号処理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022167686

(43)【公開日】2022-11-04

(54)【発明の名称】レーダ信号処理装置及びレーダ信号処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/40 20060101AFI20221027BHJP

   G01S 13/02 20060101ALI20221027BHJP

【ＦＩ】

G01S7/40 121

G01S13/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021073652

(22)【出願日】2021-04-23

(71)【出願人】

【識別番号】318006365

【氏名又は名称】ＪＲＣモビリティ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100119677

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 賢治

(74)【代理人】

【識別番号】100160495

【弁理士】

【氏名又は名称】畑 雅明

(74)【代理人】

【識別番号】100173716

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 真理

(74)【代理人】

【識別番号】100115794

【弁理士】

【氏名又は名称】今下 勝博

(72)【発明者】

【氏名】西山 拓真

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB01

5J070AB17

5J070AB24

5J070AC02

5J070AH31

5J070AH35

5J070AH40

5J070AK07

(57)【要約】      （修正有）

【課題】本開示は、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射経路が、レーダの設計段階では不明であり、レーダの個体差、温度変化、経年変化及び筐体変更等で変動しても、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定することを目的とする。
【解決手段】本開示は、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定する検出閾値設定部８と、反射電力と検出閾値との間の大小関係に基づいて、近傍不要波を物標反射波と誤検知することなく、物標反射波を検出する物標反射波検出部９と、を備え、検出閾値設定部８は、リーク電波の電力の変動及び多重反射の経路の変動のうちの少なくともいずれかに応じて、検出閾値を可変に設定することを特徴とするレーダ信号処理装置Ｒである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定する検出閾値設定部と、
前記反射電力と前記検出閾値との間の大小関係に基づいて、前記近傍不要波を前記物標反射波と誤検知することなく、前記物標反射波を検出する物標反射波検出部と、
を備えることを特徴とするレーダ信号処理装置。

【請求項2】

前記検出閾値設定部は、前記リーク電波の電力の変動及び前記多重反射の経路の変動のうちの少なくともいずれかに応じて、前記検出閾値を可変に設定する
ことを特徴とする、請求項１に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項3】

前記検出閾値設定部は、前記反射電力がｄＢ単位で表わされるときに、前記検出閾値が物標距離の増加に対して線形的に減少するように、前記検出閾値を設定する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のレーダ信号処理装置。

【請求項4】

０ｍ近傍の物標距離の前記近傍不要波及び前記物標反射波をＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部の有効スケールまで減衰させる反射電力減衰部、をさらに備え、
前記検出閾値設定部は、前記反射電力がｄＢ単位で表わされるときに、前記検出閾値が０ｍ近傍の物標距離の減少に対して減少するように、前記検出閾値を設定する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のレーダ信号処理装置。

【請求項5】

リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定する検出閾値設定ステップと、
前記反射電力と前記検出閾値との間の大小関係に基づいて、前記近傍不要波を前記物標反射波と誤検知することなく、前記物標反射波を検出する物標反射波検出ステップと、
を順にコンピュータに実行させるためのレーダ信号処理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、近傍不要波を物標反射波と誤検知しないための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

近傍不要波を物標反射波と誤検知しないための技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１では、近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定する。そして、反射電力と検出閾値との間の大小関係に基づいて、近傍不要波を物標反射波と誤検知することなく、物標反射波を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－３００１０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１では、集積回路（レーダＩＣ等）、給電線（導波管等）及び送信アンテナ端等から、レーダ筐体内の多重反射を経て、受信アンテナ端等へと、リーク電波が伝搬することが、考慮されていない。そして、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射経路は、レーダの設計段階では不明であり、レーダの個体差、温度変化、経年変化及び筐体変更等で変動する。よって、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定することができなかった。

【0005】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射経路が、レーダの設計段階では不明であり、レーダの個体差、温度変化、経年変化及び筐体変更等で変動しても、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題を解決するために、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定することとした。そして、リーク電波の電力の変動及び多重反射の経路の変動のうちの少なくともいずれかに応じて、反射電力に対する検出閾値を可変に設定することとした。

【0007】

具体的には、本開示は、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定する検出閾値設定部と、前記反射電力と前記検出閾値との間の大小関係に基づいて、前記近傍不要波を前記物標反射波と誤検知することなく、前記物標反射波を検出する物標反射波検出部と、を備えることを特徴とするレーダ信号処理装置である。

【0008】

また、本開示は、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定する検出閾値設定ステップと、前記反射電力と前記検出閾値との間の大小関係に基づいて、前記近傍不要波を前記物標反射波と誤検知することなく、前記物標反射波を検出する物標反射波検出ステップと、を順にコンピュータに実行させるためのレーダ信号処理プログラムである。

【0009】

これらの構成によれば、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射経路が、レーダの設計・運用段階で不明であっても、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定することができる。

【0010】

また、本開示は、前記検出閾値設定部は、前記リーク電波の電力の変動及び前記多重反射の経路の変動のうちの少なくともいずれかに応じて、前記検出閾値を可変に設定することを特徴とするレーダ信号処理装置である。

【0011】

この構成によれば、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射経路が、レーダの設計・運用段階では不明であり、レーダの個体差、温度変化、経年変化及び筐体変更等で変動しても、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定することができる。

【0012】

また、本開示は、前記検出閾値設定部は、前記反射電力がｄＢ単位で表わされるときに、前記検出閾値が物標距離の増加に対して線形的に減少するように、前記検出閾値を設定することを特徴とするレーダ信号処理装置である。

【0013】

この構成によれば、多重反射（反射回数及び反射物形状（点又は面等）は任意）を含むレーダ方程式に基づいて、反射電力に対する検出閾値を設定することができる。

【0014】

また、本開示は、０ｍ近傍の物標距離の前記近傍不要波及び前記物標反射波をＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部の有効スケールまで減衰させる反射電力減衰部、をさらに備え、前記検出閾値設定部は、前記反射電力がｄＢ単位で表わされるときに、前記検出閾値が０ｍ近傍の物標距離の減少に対して減少するように、前記検出閾値を設定することを特徴とするレーダ信号処理装置である。

【0015】

この構成によれば、反射電力減衰部（ハイパスフィルタ部又は近傍距離減衰部）での減衰特性に基づいて、反射電力に対する検出閾値を設定することができる。

【発明の効果】

【0016】

このように、本開示は、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射経路が、レーダの設計段階では不明であり、レーダの個体差、温度変化、経年変化及び筐体変更等で変動しても、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力に対する検出閾値を設定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本開示のレーダ信号処理装置の構成を示す図である。

【図2】本開示のレーダ信号処理プログラムの手順を示す図である。

【図3】本開示のレーダ信号処理内容の具体例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

【0019】

本開示のレーダ信号処理装置の構成を図１に示す。レーダ信号処理装置Ｒは、送信アンテナ１、受信アンテナ２、ミキサ３、発振器４、ハイパスフィルタ部５、Ａ／Ｄ変換部６、物標距離解析部７、検出閾値設定部８及び物標反射波検出部９を備える。

【0020】

レーダ信号処理装置Ｒは、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ－Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダである。ミキサ３及び発振器４は、送信信号と受信信号との間のビート信号を算出する。Ａ／Ｄ変換部６は、送信信号と受信信号との間のビート信号をＡ／Ｄ変換する。物標距離解析部７は、送信信号と受信信号との間のビート信号を時間軸方向にフーリエ変換することにより、物標距離を解析する。

【0021】

ここで、集積回路（レーダＩＣ等）、給電線（導波管等）及び送信アンテナ１のアンテナ端等から、レーダ筐体内の多重反射を経て、受信アンテナ２のアンテナ端等へと、リーク電波が伝搬する。そして、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射経路は、レーダの設計段階では不明であり、レーダの個体差、温度変化、経年変化及び筐体変更等で変動する。

【0022】

そこで、検出閾値設定部８は、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、かつ、リーク電波の電力の変動及び多重反射の経路の変動のうちの少なくともいずれかに応じて、反射電力に対する検出閾値を可変に設定する。そして、物標反射波検出部９は、反射電力と検出閾値との間の大小関係に基づいて、近傍不要波を物標反射波と誤検知することなく、物標反射波を検出する。

【0023】

さらに、Ａ／Ｄ変換部６は、数ビット分の有効スケールを有する。しかし、０ｍ近傍の物標距離では、送信信号と受信信号との間のビート信号の電力は大きい。そこで、ハイパスフィルタ部５は、送信信号と受信信号との間のビート信号の高周波成分を除去する。

【0024】

以下に、検出閾値設定及び物標反射波検出を具体的に説明する。本開示のレーダ信号処理プログラムの手順を図２に示す。本開示のレーダ信号処理内容の具体例を図３に示す。

【0025】

検出閾値設定部８は、リーク電波の電力の変動及び多重反射の経路の変動のうちの少なくともいずれかに応じて、反射電力に対する検出閾値を可変に設定する命令を取得する（ステップＳ１）。ここで、検出閾値設定のタイミングとして、レーダ装置の試験のタイミング、定期的な校正のタイミング及びレーダ筐体の変更のタイミング等が挙げられる。

【0026】

検出閾値設定部８は、周囲に物標が「ない」環境において、反射電力ｙ［ｄＢ］－物標距離ｘ［ｍ］のデータを取得する（ステップＳ２）。図３の左上欄では、物標距離０ｍ～約２ｍにおいて、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が検出され、物標距離０ｍ～約０．４ｍにおいて、ハイパスフィルタ部５による近傍不要波の電力減衰が検出され、物標距離約２ｍ～約６ｍにおいて、ノイズ信号が検出される。

【0027】

検出閾値設定部８は、ノイズフロアｎ［ｄＢ］を算出し、ノイズの検出閾値ｔ［ｄＢ］を設定する（ステップＳ３）。図３の中上欄では、物標距離２ｍ～６ｍにおいて、ノイズフロア＝約１５［ｄＢ］が算出され、ノイズの検出閾値＝約１５［ｄＢ］が設定される。

【0028】

検出閾値設定部８は、物標距離０［ｍ］から開始して、ノイズフロアｎ［ｄＢ］を下回る物標距離ｘ_１［ｍ］を算出し、当該区間内の最大電力の物標距離ｘ_２［ｍ］を算出する（ステップＳ４）。図３の右上欄では、ノイズフロアｎ［ｄＢ］を下回る物標距離＝約２ｍが算出され、当該区間内の最大電力の物標距離＝約０．４ｍが算出される。

【0029】

検出閾値設定部８は、当該区間内の最大電力の物標距離ｘ_２［ｍ］から、ノイズフロアｎ［ｄＢ］を下回る物標距離ｘ_１［ｍ］までの、反射電力ｙ［ｄＢ］－物標距離ｘ［ｍ］のデータを、ｙ［ｄＢ］＝ａ_１［ｄＢ／ｍ］ｘ［ｍ］＋ｂ_１［ｄＢ］で近似する（ステップＳ５）。図３の左下欄では、最小二乗法を用いて、近似直線（ａ_１＜０）が算出される。

【0030】

検出閾値設定部８は、物標距離０［ｍ］から、当該区間内の最大電力の物標距離ｘ_２［ｍ］までの、反射電力ｙ［ｄＢ］－物標距離ｘ［ｍ］のデータを、ｙ［ｄＢ］＝ａ_２［ｄＢ／ｍ］ｘ［ｍ］＋ｂ_２［ｄＢ］で近似する（ステップＳ６）。図３の左下欄では、最小二乗法を用いて、近似直線（ａ_２＞０）が算出される（後述のように、曲線近似可能。）。

【0031】

検出閾値設定部８は、当該区間内の最大電力の物標距離ｘ_２［ｍ］から、ノイズフロアｎ［ｄＢ］を下回る物標距離ｘ_１［ｍ］までの、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を、ｙ_ｔ［ｄＢ］＝ａ_１［ｄＢ／ｍ］ｘ［ｍ］＋ｂ_１［ｄＢ］＋ｔ［ｄＢ］に設定する（ステップＳ７）。図３の中下欄では、近似直線（ａ_１＜０）にノイズの検出閾値ｔ［ｄＢ］が加算され、検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］（ａ_１＜０）が算出される。

【0032】

このように、検出閾値設定部８は、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］が物標距離ｘ［ｍ］の増加に対して線形的に減少するように、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を設定する。よって、検出閾値設定部８は、多重反射（反射回数及び反射物形状（点又は面等）は任意）を含むレーダ方程式に基づいて、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を設定することができる。

【0033】

検出閾値設定部８は、物標距離０［ｍ］から、当該区間内の最大電力の物標距離ｘ_２［ｍ］までの、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を、ｙ_ｔ［ｄＢ］＝ａ_２［ｄＢ／ｍ］ｘ［ｍ］＋ｂ_２［ｄＢ］＋ｔ［ｄＢ］に設定する（ステップＳ８）。図３の中下欄では、近似直線（ａ_２＞０）にノイズの検出閾値ｔ［ｄＢ］が加算され、検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］（ａ_２＞０）が算出される（後述のように、曲線近似可能。）。

【0034】

このように、検出閾値設定部８は、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］が０ｍ近傍の物標距離の減少に対して減少するように、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を設定する。よって、検出閾値設定部８は、ハイパスフィルタ部５での減衰特性（０ｍ近傍の物標距離の近傍不要波をＡ／Ｄ変換部６の有効スケールに減衰）に基づいて、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を設定することができる。

【0035】

検出閾値設定部８は、ノイズフロアｎ［ｄＢ］を下回る物標距離ｘ_１［ｍ］より長距離の物標距離ｘ［ｍ］での、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を、ｙ_ｔ［ｄＢ］＝ｎ［ｄＢ］＋ｔ［ｄＢ］に設定する（ステップＳ９、図３の中下欄）。

【0036】

物標反射波検出部９は、周囲に物標が「ある」環境において、反射電力ｙ［ｄＢ］－物標距離ｘ［ｍ］のデータを取得する（ステップＳ１０）。図３の右下欄では、物標距離０ｍ～約２ｍにおいて、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が検出され、物標距離０ｍ～約０．４ｍにおいて、ハイパスフィルタ部５による近傍不要波の電力減衰が検出され、物標距離約２ｍ～約６ｍにおいて、ノイズ信号が検出され、物標距離約１ｍにおいて、近傍不要波に重畳された物標反射波が検出される。

【0037】

物標反射波検出部９は、反射電力ｙ［ｄＢ］と検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］との間の大小関係に基づいて、近傍不要波を物標反射波と誤検知することなく、物標反射波を検出する（ステップＳ１１）。図３の右下欄では、物標距離約１ｍにおいて、反射電力ｙ［ｄＢ］が検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］より大きく、物標反射波が検出され、物標距離約１ｍ以外において、反射電力ｙ［ｄＢ］が検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］より小さく、物標反射波が検出されない。

【0038】

このように、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射経路が、レーダの設計・運用段階では不明であり、レーダの個体差、温度変化、経年変化及び筐体変更等で変動しても、リーク電波のレーダ筐体内の多重反射による近傍不要波が物標反射波と誤検知されないように、反射電力ｙ［ｄＢ］に対する検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を設定することができる。

【0039】

以上の実施形態では、レーダ信号処理装置Ｒは、ＦＭＣＷレーダであり、ハイパスフィルタ部５は、０ｍ近傍の物標距離の近傍不要波及び物標反射波を、Ａ／Ｄ変換部６の有効スケールまで減衰させる。実施形態の変形例として、レーダ信号処理装置Ｒは、パルスレーダであってもよく、近傍距離減衰部（不図示）は、０ｍ近傍の物標距離の近傍不要波及び物標反射波を、Ａ／Ｄ変換部６の有効スケールまで減衰させてもよい。

【0040】

以上の実施形態では、検出閾値設定部８は、ハイパスフィルタ部５又は近傍距離減衰部（不図示）での減衰特性に応じて、検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］が０ｍ近傍の物標距離の減少に対して「線形的に」減少するように、検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を設定する。実施形態の変形例として、検出閾値設定部８は、ハイパスフィルタ部５又は近傍距離減衰部（不図示）での減衰特性に応じて、検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］が０ｍ近傍の物標距離の減少に対して「非線形的に」減少するように、検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］を設定してもよい。

【0041】

以上の実施形態では、検出閾値設定部８は、０ｍ近傍以外の物標距離において、検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］＝ａ_１［ｄＢ／ｍ］ｘ［ｍ］＋ｂ_１［ｄＢ］＋ｔ［ｄＢ］を設定し、０ｍ近傍の物標距離において、検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］＝ａ_２［ｄＢ／ｍ］ｘ［ｍ］＋ｂ_２［ｄＢ］＋ｔ［ｄＢ］を設定する。実施形態の変形例として、検出閾値設定部８は、０ｍ近傍以外の物標距離のみならず、０ｍ近傍の物標距離においても、同一の検出閾値ｙ_ｔ［ｄＢ］＝ａ_１［ｄＢ／ｍ］ｘ［ｍ］＋ｂ_１［ｄＢ］＋ｔ［ｄＢ］を設定してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本開示のレーダ信号処理装置及びレーダ信号処理プログラムは、ミリ波帯等の高周波帯を用いる、ＦＭＣＷレーダ及びパルスレーダ等の測距レーダに適用することができる。

【符号の説明】

【0043】

Ｒ：レーダ信号処理装置
１：送信アンテナ
２：受信アンテナ
３：ミキサ
４：発振器
５：ハイパスフィルタ部
６：Ａ／Ｄ変換部
７：物標距離解析部
８：検出閾値設定部
９：物標反射波検出部

【図1】

【図2】

【図3】