特開 2024-135748 レーダ装置およびレーダ装置の信号処理方法

(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】P2024135748

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】レーダ装置およびレーダ装置の信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/34 20060101AFI20240927BHJP

   G01S 7/40 20060101ALI20240927BHJP

【ＦＩ】

G01S13/34

G01S7/40 121

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023046598

(22)【出願日】2023-03-23

(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】100126561

【弁理士】

【氏名又は名称】原嶋 成時郎

(72)【発明者】

【氏名】西山 拓真

(72)【発明者】

【氏名】小田 康明

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB17

5J070AC02

5J070AF03

5J070AF05

5J070AH35

5J070AK04

(57)【要約】

【課題】ハイパスフィルタのフィルタ特性に基づく誤検出を抑制することが可能なレーダ装置およびレーダ装置の信号処理方法を提供する。
【解決手段】ＦＭＣＷレーダ装置１は、ビート信号を物標までの距離に応じてＨＰＦ１５により減衰し、減衰されたビート信号をＡ／Ｄ変換部１６によりデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換されたビート信号に距離周波数解析部１７によって距離方向に対する周波数解析を行なって第１の距離スペクトラムを生成し、第１の距離スペクトラムをＨＰＦ逆特性補正部１９によりＨＰＦ１５のフィルタ特性の逆特性を用いて補正して第２の距離スペクトラムを生成し、第２の距離スペクトラムに基づいて物標までの距離を検出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物標に向けて送信波を送信し、前記物標からの反射波を受信する送受信手段と、
前記送信波と前記反射波とを混合してビート信号を生成するビート信号生成部と、
前記ビート信号を前記物標までの距離に応じて減衰するハイパスフィルタと、
減衰された前記ビート信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、
デジタル信号に変換された前記ビート信号に距離方向に対する周波数解析を行なって第１の距離スペクトラムを生成する距離周波数解析部と、
前記第１の距離スペクトラムを、前記ハイパスフィルタのフィルタ特性の逆特性を用いて補正して第２の距離スペクトラムを生成する逆特性補正部と、
前記第２の距離スペクトラムに基づいて前記物標までの距離を検出する距離検出部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。

【請求項2】

前記逆特性補正部は、前記ハイパスフィルタの逆特性を前記物標までの距離に応じて前記第１の距離スペクトラムに乗算する、
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項3】

物標に向けて送信波を送信し、前記物標からの反射波を受信して前記物標までの距離を検出するレーダ装置の信号処理方法であって、
前記送信波と前記反射波とを混合してビート信号を生成し、
前記ビート信号を前記物標までの距離に応じてハイパスフィルタにより減衰し、
減衰された前記ビート信号をデジタル信号に変換し、
デジタル信号に変換された前記ビート信号に距離方向に対する周波数解析を行なって第１の距離スペクトラムを生成し、
前記第１の距離スペクトラムを前記ハイパスフィルタのフィルタ特性の逆特性を用いて補正して第２の距離スペクトラムを生成し、
前記第２の距離スペクトラムに基づいて前記物標までの距離を検出する、
ことを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、物標までの距離を検出するレーダ装置およびレーダ装置の信号処理方法に関する。

【背景技術】

【0002】

物標に向けて送信波を送信し、物標からの反射波を受信して物標までの距離を検出するレーダ装置には、感度時間制御（ＳＴＣ：Sensitivity Time Control）機能を備えたものがある。ＳＴＣ機能は、物標からの反射波の信号強度が物標までの距離の４乗に反比例するという基本的原理に基づき、物標までの距離に応じて反射波の信号強度を減衰させるものである。レーダ装置では、このＳＴＣ機能により、アンテナ近傍の地面からの反射波（グランドクラッタ）などの信号を減衰することにより、受信系統における信号の飽和（サチュレーション）を抑制している。

【0003】

特許文献１に開示されている発明では、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ：High-pass filter）を用いてＳＴＣ機能を実現している。図３は、特許文献１に記載されているＦＭＣＷ（Frequency Modulation Continuous Wave）レーダ装置１０の概略構成を示す。ＦＭＣＷレーダ装置１０は、送信アンテナ１０１と、受信アンテナ１０２と、発振器１０３と、ミキサ１０４と、ＨＰＦ１０５と、Ａ／Ｄ変換部１０６と、距離周波数解析部１０７と、検出部１０８と、を備えている。

【0004】

発振器１０３は、例えば、三角波を周波数変調した送信波を送信アンテナ１０１から送信させ、受信アンテナ１０２は、物標にて反射された送信波である反射波を受信する。ミキサ１０４は、送信波と反射波とを混合してビート信号を生成し、ＨＰＦ１０５は、物標までの距離（ビート信号の周波数）に応じてビート信号を減衰する。Ａ／Ｄ変換部１０６は、減衰されたビート信号をデジタル信号に変換し、距離周波数解析部１０７は、デジタル信号に変換されたビート信号に距離方向に対する周波数解析（フーリエ変換）を行なって距離スペクトラムを生成し、検出部１０８は、距離スペクトラムに基づいて物標までの距離を検出する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平０７－０５５９２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述したように、ハイパスフィルタを用いることにより受信系統における信号の飽和を抑制することはできるが、ハイパスフィルタのフィルタ特性によっては極めて近い位置に存在する物標からの反射波の信号強度よりも、その物標との間で生じた多重反射による信号強度のほうが大きくなり、偽像（虚像ともいう）が発生し、物標が適切に検出できなくなることがある。例えば、図４は、ＦＭＣＷレーダ装置１０の距離周波数解析部１０７により生成された距離スペクトラムを示している。この距離スペクトラムでは、ＦＭＣＷレーダ装置１０から１ｍの位置に存在する物標の信号ＴはＨＰＦ１０５のフィルタ特性によって抑圧され、ＦＭＣＷレーダ装置１０から２ｍ程度の位置に発生している偽像の信号Ｆの強度が物標の信号Ｔよりも大きくなっており、誤検出が生じてしまう。

【0007】

そこで本発明は、ハイパスフィルタのフィルタ特性に基づく誤検出を抑制することが可能なレーダ装置およびレーダ装置の信号処理方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、物標に向けて送信波を送信し、前記物標からの反射波を受信する送受信手段と、前記送信波と前記反射波とを混合してビート信号を生成するビート信号生成部と、前記ビート信号を前記物標までの距離に応じて減衰するハイパスフィルタと、減衰された前記ビート信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、デジタル信号に変換された前記ビート信号に距離方向に対する周波数解析を行なって第１の距離スペクトラムを生成する距離周波数解析部と、前記第１の距離スペクトラムを、前記ハイパスフィルタのフィルタ特性の逆特性を用いて補正して第２の距離スペクトラムを生成する逆特性補正部と、前記第２の距離スペクトラムに基づいて前記物標までの距離を検出する距離検出部と、を備えることを特徴とするレーダ装置である。

【0009】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のレーダ装置において、前記逆特性補正部は、前記ハイパスフィルタの逆特性を前記物標までの距離に応じて前記第１の距離スペクトラムに乗算する、ことを特徴とする。

【0010】

請求項３に記載の発明は、物標に向けて送信波を送信し、前記物標からの反射波を受信して前記物標までの距離を検出するレーダ装置の信号処理方法であって、前記送信波と前記反射波とを混合してビート信号を生成し、前記ビート信号を前記物標までの距離に応じてハイパスフィルタにより減衰し、減衰された前記ビート信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号に変換された前記ビート信号に距離方向に対する周波数解析を行なって第１の距離スペクトラムを生成し、前記第１の距離スペクトラムを前記ハイパスフィルタのフィルタ特性の逆特性を用いて補正して第２の距離スペクトラムを生成し、前記第２の距離スペクトラムに基づいて前記物標までの距離を検出する、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

請求項１および請求項３に記載の発明によれば、減衰後のビート信号の第１の距離スペクトラムを、ハイパスフィルタのフィルタ特性の逆特性を用いて補正して第２の距離スペクトラムを生成し、第２の距離スペクトラムに基づいて物標までの距離を検出するので、反射波の信号の飽和を抑制しながら、物標と偽像との信号強度の強度関係を正確に求めることができ、ハイパスフィルタのフィルタ特性によって発生する物標の誤検出を抑制することが可能である。すなわち、本発明によれば、ハイパスフィルタにより信号強度の距離依存性を小さくして信号の飽和を抑制しつつ、受信以降の信号処理でハイパスフィルタの逆特性を用いて補正することで、信号強度の距離依存性を復元し、物標の検出精度を向上することが可能である。

【0012】

請求項２に記載の発明によれば、ハイパスフィルタの逆特性を物標までの距離に応じて第１の距離スペクトラムに乗算するので、物標までの距離に応じて第１の距離スペクトラムを適切に減衰前の第２の距離スペクトラムに補正することができ、物標と偽像との信号強度の強度関係を正確に求めて、ハイパスフィルタのフィルタ特性によって発生する物標の誤検出を抑制することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】この発明の実施の形態に係るＦＭＣＷレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示すＨＰＦ逆特性補正部により生成された第２の距離スペクトラムを示すグラフである。

【図3】従来のＦＭＣＷレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

【図4】図３に示す距離周波数解析部により生成された距離スペクトラムを示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

【0015】

図１は、この発明の実施の形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１の概略構成を示すブロック図である。ＦＭＣＷレーダ装置１は、例えば、船舶や車両などの移動体に搭載されている。

【0016】

ＦＭＣＷレーダ装置１は、送信アンテナ１１と、受信アンテナ１２と、発振器１３と、ミキサ１４と、ＨＰＦ１５と、Ａ／Ｄ変換部１６と、距離周波数解析部１７と、ＨＰＦ逆特性補正部１９と、検出部１８と、を備えている。

【0017】

発振器１３は、例えば、三角波を周波数変調した送信波を送信アンテナ１１から送信させる。受信アンテナ１２は、物標にて反射された送信波である反射波を受信する。

【0018】

ミキサ１４は、送信波と反射波とを混合してビート信号を生成する。ＨＰＦ１５は、物標までの距離（ビート信号の周波数）に応じてビート信号の低周波成分を除去して減衰させる。

【0019】

なお、ＨＰＦ１５のフィルタ特性は、定式化可能であり、物標までの距離（ビート信号の周波数）に応じてビート信号を減衰するものであれば、特定の特性、種類に限定されず、例えば、所定の条件に応じてカットオフ周波数が複数種類の間で切り替えられるようなものであっても適用可能である。

【0020】

Ａ／Ｄ変換部１６は、減衰されたビート信号をデジタル信号に変換する。その際に、ビート信号はＨＰＦ１５によって減衰されているため、Ａ／Ｄ変換部１６にてビート信号が飽和することはない。

【0021】

距離周波数解析部１７は、デジタル信号に変換されたビート信号に距離方向に対する周波数解析（フーリエ変換）を行なって第１の距離スペクトラムを生成する。すなわち、距離周波数解析部１７は、ＨＰＦ１５によって減衰されたビート信号の距離スペクトラムを生成する。

【0022】

なお、距離周波数解析部１７にて生成される第１の距離スペクトラムは、ＨＰＦ１５のフィルタ特性によっては、図４のグラフに示すように、物標の信号Ｔが抑圧され、ＦＭＣＷレーダ装置１から２ｍ程度の位置に発生している偽像の信号Ｆの強度が物標の信号Ｔよりも大きくなることがある。

【0023】

ＨＰＦ逆特性補正部１９は、距離周波数解析部１７により生成された第１の距離スペクトラムをＨＰＦ１５のフィルタ特性の逆特性を用いて補正し、第２の距離スペクトラムを生成する。すなわち、第２の距離スペクトラムは、ＨＰＦ１５によって減衰される前のビート信号の距離方向に対する周波数解析結果を示す。

【0024】

ＨＰＦ逆特性補正部１９は、より具体的には、物標までの距離（ビート信号の周波数）に応じて、ＨＰＦ１５のフィルタ特性Ｆｃの逆数１／Ｆｃを第１の距離スペクトラムに乗算し、第２の距離スペクトラムを計算する。

【0025】

図２は、ＦＭＣＷレーダ装置１のＨＰＦ逆特性補正部１９により生成された第２距離スペクトラムを示している。この第２距離スペクトラムは、ＨＰＦ１５によって減衰される前のビート信号の距離方向に対する周波数解析結果を示しているため、ＦＭＣＷレーダ装置１から１ｍの位置に存在する物標の信号Ｔの信号強度は、ＦＭＣＷレーダ装置１から２ｍ程度の位置に発生している偽像の信号Ｆよりも大きくなる。

【0026】

検出部１８は、第２の距離スペクトラムに基づいて物標までの距離を検出する。すなわち、図２に示す第２の距離スペクトラムに基づき、信号強度が最も大きな信号Ｔが物標として検出される。

【0027】

上記の実施の形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１によれば、減衰後のビート信号の第１の距離スペクトラムを、ＨＰＦ１５のフィルタ特性の逆特性を用いて補正して第２の距離スペクトラムを生成し、第２の距離スペクトラムに基づいて物標までの距離を検出するので、反射波の信号の飽和を抑制しながら、物標と偽像との信号強度の強度関係を正確に求めることができ、ＨＰＦ１５のフィルタ特性によって発生する物標の誤検出を抑制することが可能である。

【0028】

すなわち、本実施の形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１によれば、ＨＰＦ１５により信号強度の距離依存性を小さくして信号の飽和を抑制しつつ、受信以降の信号処理でＨＰＦ１５の逆特性を用いて補正することで、信号強度の距離依存性を復元し、物標の検出精度を向上することが可能である。

【0029】

また、本実施の形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１によれば、ＨＰＦ１５の逆特性を物標までの距離に応じて第１の距離スペクトラムに乗算して第２の距離スペクトラムを得るので、物標までの距離に応じて第１の距離スペクトラムを適切に減衰前の第２の距離スペクトラムに補正することができ、物標と偽像との信号強度の強度関係を正確に求めて、ＨＰＦ１５のフィルタ特性によって発生する物標の誤検出を抑制することが可能である。

【0030】

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、ＦＭＣＷレーダを例に本発明を説明したが、本発明はパルスレーダに適用することも可能である。また、ハイパスフィルタをＳＴＦ機能のために用いるレーダ装置を例にして説明したが、ハイパスフィルタをＳＴＦ機能以外に用いるレーダ装置にも適用することが可能である。

【0031】

１ ＦＭＣＷレーダ装置（レーダ装置）
１１ 送信アンテナ（送受信手段）
１２ 受信アンテナ（送受信手段）
１３ 発振器（送受信手段）
１４ ミキサ（ビート信号生成部）
１５ ハイパスフィルタ
１６ Ａ／Ｄ変換部
１７ 距離周波数解析部
１８ 検出部
１９ ＨＰＦ逆特性補正部（逆特性補正部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】