特開 2024-25408 ＦＭＣＷレーダ信号処理装置及びＦＭＣＷ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】P2024025408

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】ＦＭＣＷレーダ信号処理装置及びＦＭＣＷレーダ信号処理プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/34 20060101AFI20240216BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

G01S13/34

G01S7/02 212

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022128822

(22)【出願日】2022-08-12

(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）】

5J070AB17

5J070AB24

5J070AC03

5J070AC06

5J070AC11

5J070AD06

5J070AH31

5J070AH35

5J070AH50

5J070AK22

(57)【要約】

【課題】本開示は、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減するとともに、物標検出性能（信号対雑音比及び物標検出分解能）を向上させることを目的とする。
【解決手段】本開示は、第１次元方向及び第２次元方向において、フーリエ変換を実行したうえで、第１ビン方向及び第２ビン方向のうちの少なくともいずれか（第１ビン方向のみ等。）について、データを間引いて残りをメモリに保存する。すると、第１次元方向及び第２次元方向において、フーリエ変換結果は、信号積算効果が強いため、信号対雑音比が高くなり、物標検出帯域幅が広いため、物標検出分解能が高くなる。そして、第１ビン方向及び第２ビン方向のうちの少なくともいずれか（第１ビン方向のみ等。）について、データが間引かれても、信号対雑音比及び物標検出分解能は影響を受けない。
【選択図】図９

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ－Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダを用いるＦＭＣＷレーダ信号処理装置であって、
複数のサンプル数だけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数だけ算出するビート信号算出部と、
時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第１方向において、前記ビート信号算出部でのビート信号をフーリエ変換する第１フーリエ変換部と、
時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第２方向において、前記第１フーリエ変換部でのフーリエ変換位相をフーリエ変換する第２フーリエ変換部と、
時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第３方向において、前記第２フーリエ変換部でのフーリエ変換位相をフーリエ変換する第３フーリエ変換部と、
前記第１フーリエ変換部及び前記第２フーリエ変換部でのフーリエ変換結果のうちの少なくともいずれかについて、データを間引いて残りをメモリに保存するデータ間引き部と、
前記第１フーリエ変換部、前記第２フーリエ変換部及び前記第３フーリエ変換部でのフーリエ変換結果に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する物標検出部と、
を備えることを特徴とするＦＭＣＷレーダ信号処理装置。

【請求項2】

前記データ間引き部は、単数又は複数のチャープからなる各々のフレームにおいて、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法を周期的に切り替える
ことを特徴とする、請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ信号処理装置。

【請求項3】

前記第１フーリエ変換部及び前記第２フーリエ変換部のうちの少なくともいずれかは、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法において、フーリエ変換強度のメインローブを形成するデータが間引かれず残るように、窓関数を適用してフーリエ変換する
ことを特徴とする、請求項２に記載のＦＭＣＷレーダ信号処理装置。

【請求項4】

前記第１フーリエ変換部は、時間経過方向及びアンテナ配列方向のうちの前記第１方向において、前記ビート信号算出部でのビート信号をフーリエ変換し、
前記第２フーリエ変換部は、時間経過方向及びアンテナ配列方向のうちの前記第２方向において、前記第１フーリエ変換部でのフーリエ変換位相をフーリエ変換する
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のＦＭＣＷレーダ信号処理装置。

【請求項5】

前記データ間引き部が、データの間引き率を高くするほど、前記物標検出部は、物標距離、物標速度及び物標角度のうちの少なくともいずれかの検出範囲を拡げる
ことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のＦＭＣＷレーダ信号処理装置。

【請求項6】

請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ信号処理装置が備える各処理部が実行する各処理ステップを、コンピュータに実行させるためのＦＭＣＷ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、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ－Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダを用いるＦＭＣＷレーダ信号処理技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ＦＭＣＷレーダを用いるＦＭＣＷレーダ信号処理技術が、特許文献１及び非特許文献１に開示されており、ミリ波帯等の高周波帯及びＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）等のアンテナ配列に適用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１０６４３２号公報

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】ミリ波レーダの基礎１［距離・速度・角度検出について］、［ｏｎｌｉｎｅ］、丸文株式会社、［令和４年６月１６日検索］、＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｍａｒｕｂｕｎ．ｃｏ．ｊｐ／ｓｅｒｖｉｃｅ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｑｕａｒｅ／ａ７ｉｊｋｄ００００００ｄｔｙｄ．ｈｔｍｌ＞

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来技術のＦＭＣＷレーダ信号処理装置の構成を図１に示す。従来技術のＦＭＣＷレーダ信号処理プログラムの手順を図２に示す。ＦＭＣＷレーダ信号処理装置Ｒ１は、送信アンテナ１、受信アンテナ２－１～２－ａ、ミキサ３－１～３－ａ、発振器４、Ａ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ／Ｄｉｇｉｔａｌ）変換部５－１～５－ａ、データ間引き部６、距離解析部７－１～７－ａ、データ記憶部８、速度解析部９－１～９－ａ、データ記憶部１０、角度解析部１１、データ記憶部１２及び物標検出部１３を備える。

【0006】

従来技術では、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置Ｒ１を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減するために、第１の方法として、ＦＭＣＷレーダの電波設定段階において、サンプル数、チャープ数又はアンテナ数を減らすことが一般的であるが、第２の方法として、Ａ／Ｄ変換部５－１～５－ａでのビート信号について、データを間引いて残りをメモリに保存することも考えられる。従来技術（図１、２）の以下の説明では、本開示（図３～１１）の後述の説明と比較しやすいように、第１の方法ではなく第２の方法について説明するが、第１の方法であっても第２の方法と同様な課題が生じる。

【0007】

ミキサ３－１～３－ａ、発振器４及びＡ／Ｄ変換部５－１～５－ａは、複数のサンプル数Ｎ_ｓだけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数Ｎ_ｃ及び複数のアンテナ数Ｎ_ａだけ算出する（図２の左上欄）。

【0008】

データ間引き部６は、Ａ／Ｄ変換部５－１～５－ａでのビート信号について、データを間引いて残りをメモリに保存する（図２の中上欄）。データ間引き部６での必要なメモリ量は、（Ｎ_ｓ／２）×Ｎ_ｃ×Ｎ_ａ×Ｄである（Ｄは、データ型に応じたデータ量。）。

【0009】

距離解析部７－１～７－ａは、時間経過方向において、Ａ／Ｄ変換部５－１～５－ａでのビート信号をフーリエ変換する（図２の左下欄）。距離解析部７－１～７－ａでのフーリエ変換回数は、Ｎ_ｃ×Ｎ_ａである。データ記憶部８は、距離解析部７－１～７－ａでのフーリエ変換結果を記憶する（図２の左下欄）。データ記憶部８での必要なメモリ量は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｎ_ｃ×Ｎ_ａ×Ｄである（Ｂ_ｒは、距離ビン方向の半分間引き前の全ビン数。）。

【0010】

速度解析部９－１～９－ａは、チャープ回数方向において、距離解析部７－１～７－ａでのフーリエ変換位相をフーリエ変換する（図２の中下欄）。速度解析部９－１～９－ａでのフーリエ変換回数は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｎ_ａである。データ記憶部１０は、速度解析部９－１～９－ａでのフーリエ変換結果を記憶する（図２の中下欄）。データ記憶部１０での必要なメモリ量は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｂ_ｖ×Ｎ_ａ×Ｄである（Ｂ_ｖは、速度ビン方向の全ビン数。）。

【0011】

角度解析部１１は、アンテナ配列方向において、速度解析部９－１～９－ａでのフーリエ変換位相をフーリエ変換する（図２の右下欄）。角度解析部１１でのフーリエ変換回数は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｂ_ｖである。データ記憶部１２は、角度解析部１１でのフーリエ変換結果を記憶する（図２の右下欄）。データ記憶部１２での必要なメモリ量は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｂ_ｖ×Ｂ_ａ×Ｄである（Ｂ_ａは、角度ビン方向の全ビン数。）。

【0012】

物標検出部１３は、閾値検出を行なったうえで、距離ビン方向、速度ビン方向及び角度ビン方向の物標ビン値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する（図２の右下欄）。物標検出部１３での物標検出回数は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｂ_ｖ×Ｂ_ａである。

【0013】

ここで、距離解析部７－１～７－ａは、数１に基づいて、時間経過方向において、Ａ／Ｄ変換部５－１～５－ａでのビート信号ｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ｆ）を算出する。

【数1】

つまり、Ａ／Ｄ変換部５－１～５－ａでのビート信号ｆ（ｔ）のデータは、半分間引かれる。よって、ビート信号ｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ｆ）は、信号積算効果が弱いため、信号対雑音比が低くなり、物標検出帯域幅が狭いため、物標検出分解能が低くなる。

【0014】

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減するとともに、物標検出性能（信号対雑音比及び物標検出分解能）を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

前記課題を解決するにあたり、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちのいずれかを、第１次元方向、第２次元方向及び第３次元方向と定義する。そして、距離ビン方向、速度ビン方向及び角度ビン方向のうちのいずれかを、第１ビン方向、第２ビン方向及び第３ビン方向と定義する。ここで、第１ビン方向、第２ビン方向及び第３ビン方向は、第１次元方向、第２次元方向及び第３次元方向の逆空間方向である。

【0016】

比較対象として従来技術では、第１次元方向及び第２次元方向のうちの少なくともいずれかについて、データを間引いて残りをメモリに保存したうえで、第１次元方向及び第２次元方向において、フーリエ変換を実行する。前記課題を解決するために、第１次元方向及び第２次元方向において、フーリエ変換を実行したうえで、第１ビン方向及び第２ビン方向のうちの少なくともいずれかについて、データを間引いて残りをメモリに保存する。

【0017】

すると、第１次元方向及び第２次元方向において、フーリエ変換結果は、信号積算効果が強いため、信号対雑音比が高くなり、物標検出帯域幅が広いため、物標検出分解能が高くなる。そして、第１ビン方向及び第２ビン方向のうちの少なくともいずれかについて、データが間引かれても、信号対雑音比及び物標検出分解能は影響を受けない。

【0018】

具体的には、本開示は、ＦＭＣＷレーダを用いるＦＭＣＷレーダ信号処理装置であって、複数のサンプル数だけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数だけ算出するビート信号算出部と、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第１方向において、前記ビート信号算出部でのビート信号をフーリエ変換する第１フーリエ変換部と、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第２方向において、前記第１フーリエ変換部でのフーリエ変換位相をフーリエ変換する第２フーリエ変換部と、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第３方向において、前記第２フーリエ変換部でのフーリエ変換位相をフーリエ変換する第３フーリエ変換部と、前記第１フーリエ変換部及び前記第２フーリエ変換部でのフーリエ変換結果のうちの少なくともいずれかについて、データを間引いて残りをメモリに保存するデータ間引き部と、前記第１フーリエ変換部、前記第２フーリエ変換部及び前記第３フーリエ変換部でのフーリエ変換結果に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する物標検出部と、を備えることを特徴とするＦＭＣＷレーダ信号処理装置である。

【0019】

この構成によれば、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、フーリエ変換回数、物標検出回数及びデータメモリ量を削減するとともに、物標検出性能（信号対雑音比及び物標検出分解能）を向上させることができる。

【0020】

また、本開示は、前記データ間引き部は、単数又は複数のチャープからなる各々のフレームにおいて、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法を周期的に切り替えることを特徴とするＦＭＣＷレーダ信号処理装置である。

【0021】

この構成によれば、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法の間において、データを補完するため、物標の見逃しを防止することができる。

【0022】

また、本開示は、前記第１フーリエ変換部及び前記第２フーリエ変換部のうちの少なくともいずれかは、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法において、フーリエ変換強度のメインローブを形成するデータが間引かれず残るように、窓関数を適用してフーリエ変換することを特徴とするＦＭＣＷレーダ信号処理装置である。

【0023】

この構成によれば、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法において、フーリエ変換強度のメインローブを検出するため、物標の見逃しを防止することができる。

【0024】

また、本開示は、前記第１フーリエ変換部は、時間経過方向及びアンテナ配列方向のうちの前記第１方向において、前記ビート信号算出部でのビート信号をフーリエ変換し、前記第２フーリエ変換部は、時間経過方向及びアンテナ配列方向のうちの前記第２方向において、前記第１フーリエ変換部でのフーリエ変換位相をフーリエ変換することを特徴とするＦＭＣＷレーダ信号処理装置である。

【0025】

この構成によれば、時間経過方向又はアンテナ配列方向において、チャープ回数方向と比べて、先行してフーリエ変換するため、データメモリ量を削減することができる。

【0026】

また、本開示は、前記データ間引き部が、データの間引き率を高くするほど、前記物標検出部は、物標距離、物標速度及び物標角度のうちの少なくともいずれかの検出範囲を拡げることを特徴とするＦＭＣＷレーダ信号処理装置である。

【0027】

この構成によれば、データメモリ量を削減することに代えて、物標距離、物標速度及び物標角度のうちの少なくともいずれかの検出範囲を拡げることができる。

【0028】

また、本開示は、以上に記載のＦＭＣＷレーダ信号処理装置が備える各処理部が実行する各処理ステップを、コンピュータに実行させるためのＦＭＣＷレーダ信号処理プログラムである。

【0029】

この構成によれば、以上に記載の効果を有するプログラムを提供することができる。

【0030】

なお、上記各開示の発明は、可能な限り組み合わせることができる。

【発明の効果】

【0031】

このように、本開示は、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減するとともに、物標検出性能（信号対雑音比及び物標検出分解能）を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】従来技術のＦＭＣＷレーダ信号処理装置の構成を示す図である。

【図2】従来技術のＦＭＣＷレーダ信号処理プログラムの手順を示す図である。

【図3】第１実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理装置の構成を示す図である。

【図4】第１実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理プログラムの手順を示す図である。

【図5】第１実施形態のデータ間引き部の処理を示す図である。

【図6】第１実施形態の距離解析部の処理を示す図である。

【図7】第１実施形態の物標検出部の処理を示す図である。

【図8】第２実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理装置の構成を示す図である。

【図9】第２実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理プログラムの手順を示す図である。

【図10】第２実施形態のデータ間引き部の処理を示す図である。

【図11】第３実施形態のデータ間引き部の処理を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

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。

【0034】

（第１実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理装置）
第１実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理装置の構成を図３に示す。第１実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理プログラムの手順を図４に示す。ＦＭＣＷレーダ信号処理装置Ｒ２は、送信アンテナ２１、受信アンテナ２２－１～２２－ａ、ミキサ２３－１～２３－ａ、発振器２４、Ａ／Ｄ変換部２５－１～２５－ａ、データ記憶部２６、距離解析部２７－１～２７－ａ、データ間引き部２８、速度解析部２９－１～２９－ａ、データ記憶部３０、角度解析部３１、データ記憶部３２及び物標検出部３３を備える。

【0035】

そして、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置Ｒ２を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減するために、時間経過方向及びチャープ回数方向において、フーリエ変換を実行したうえで、距離ビン方向及び速度ビン方向のうちの少なくともいずれか（時間経過方向のみ等。）について、データを間引いて残りをメモリに保存する。

【0036】

ミキサ２３－１～２３－ａ、発振器２４及びＡ／Ｄ変換部２５－１～２５－ａは、複数のサンプル数Ｎ_ｓだけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数Ｎ_ｃ及び複数のアンテナ数Ｎ_ａだけ算出する（図４の左上欄）。データ記憶部２６は、Ａ／Ｄ変換部２５－１～２５－ａでのビート信号を記憶する（図４の左上欄）。データ記憶部２６での必要なメモリ量は、Ｎ_ｓ×Ｎ_ｃ×Ｎ_ａ×Ｄである（Ｄは、データ型に応じたデータ量。）。

【0037】

距離解析部２７－１～２７－ａは、時間経過方向において、Ａ／Ｄ変換部２５－１～２５－ａでのビート信号をフーリエ変換する（図４の中上欄）。距離解析部２７－１～２７－ａでのフーリエ変換回数は、Ｎ_ｃ×Ｎ_ａである。

【0038】

データ間引き部２８は、距離解析部２７－１～２７－ａでのフーリエ変換位相について、データを間引いて残りをメモリに保存する（図４の左下欄）。データ間引き部２８での必要なメモリ量は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｎ_ｃ×Ｎ_ａ×Ｄである（Ｂ_ｒは、距離ビン方向の半分間引き前の全ビン数。）。

【0039】

速度解析部２９－１～２９－ａは、チャープ回数方向において、距離解析部２７－１～２７－ａでのフーリエ変換位相をフーリエ変換する（図４の中下欄）。速度解析部２９－１～２９－ａでのフーリエ変換回数は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｎ_ａである。データ記憶部３０は、速度解析部２９－１～２９－ａでのフーリエ変換結果を記憶する（図４の中下欄）。データ記憶部３０での必要なメモリ量は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｂ_ｖ×Ｎ_ａ×Ｄである（Ｂ_ｖは、速度ビン方向の全ビン数。）。

【0040】

角度解析部３１は、アンテナ配列方向において、速度解析部２９－１～２９－ａでのフーリエ変換位相をフーリエ変換する（図４の右下欄）。角度解析部３１でのフーリエ変換回数は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｂ_ｖである。データ記憶部３２は、角度解析部３１でのフーリエ変換結果を記憶する（図４の右下欄）。データ記憶部３２での必要なメモリ量は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｂ_ｖ×Ｂ_ａ×Ｄである（Ｂ_ａは、角度ビン方向の全ビン数。）。

【0041】

物標検出部３３は、閾値検出を行なったうえで、距離ビン方向、速度ビン方向及び角度ビン方向の物標ビン値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する（図４の右下欄）。物標検出部３３での物標検出回数は、（Ｂ_ｒ／２）×Ｂ_ｖ×Ｂ_ａである。

【0042】

ここで、距離解析部２７－１～２７－ａは、数２に基づいて、時間経過方向において、Ａ／Ｄ変換部２５－１～２５－ａでのビート信号ｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ｆ）を算出する。

【数2】

つまり、Ａ／Ｄ変換部２５－１～２５－ａでのビート信号ｆ（ｔ）のデータは、間引かれない。よって、ビート信号ｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ｆ）は、信号積算効果が強いため、信号対雑音比が高くなり、物標検出帯域幅が広いため、物標検出分解能が高くなる。そして、ビート信号ｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ｆ）が間引かれても、信号対雑音比及び物標検出分解能は影響を受けない。

【0043】

このように、第１実施形態では、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置Ｒ２を実機に実装するにあたり、フーリエ変換回数、物標検出回数及びデータメモリ量を削減するとともに、物標検出性能（信号対雑音比及び物標検出分解能）を向上させることができる。

【0044】

第１実施形態のデータ間引き部の処理を図５に示す。データ間引き部２８は、単数又は複数のチャープからなる各々のフレームにおいて、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法を周期的に切り替える。具体的には、以下の処理を実行する。

【0045】

まず、データ間引き部２８は、４受信アンテナ分の単数のチャープからなるフレームＦ１において、距離解析部２７－１～２７－ａでの距離スペクトラムＳ１のデータのうち、奇数距離ビンデータを間引いて、偶数距離ビンデータＥ１をメモリに保存する。

【0046】

次に、データ間引き部２８は、４受信アンテナ分の単数のチャープからなるフレームＦ２において、距離解析部２７－１～２７－ａでの距離スペクトラムＳ２のデータのうち、偶数距離ビンデータを間引いて、奇数距離ビンデータО２をメモリに保存する。

【0047】

その後は、データ間引き部２８は、４受信アンテナ分の単数のチャープからなるフレームにおいて、距離解析部２７－１～２７－ａでの距離スペクトラムのデータのうち、奇数距離ビンデータを間引いて、偶数距離ビンデータをメモリに保存することと、偶数距離ビンデータを間引いて、奇数距離ビンデータをメモリに保存することと、を順に繰り返す。

【0048】

このように、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法の間において、データを補完するため、物標の見逃しを防止することができる。

【0049】

第１実施形態の距離解析部の処理を図６に示す。距離解析部２７－１～２７－ａは（必要ならば、速度解析部２９－１～２９－ａも）、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法において、フーリエ変換強度のメインローブを形成するデータが間引かれず残るように、窓関数を適用してフーリエ変換する。具体的には、以下の処理を実行する。

【0050】

まず、距離解析部２７－１～２７－ａは、Ａ／Ｄ変換部２５－１～２５－ａでのビート信号について、ブラックマンウィンドウ等の窓関数を適用する。次に、距離解析部２７－１～２７－ａは、窓関数を適用したビート信号について、フーリエ変換する。

【0051】

ここで、距離解析部２７－１～２７－ａが、ブラックマンウィンドウ等の窓関数を適用したときには、距離解析部２７－１～２７－ａでの距離スペクトラムのデータは、メインローブ幅が広くなるため、メインローブ信号数が多くなる。よって、データ間引き部２８は、距離解析部２７－１～２７－ａでの距離スペクトラムのデータのうち、奇数距離ビンデータを間引いたときと、偶数距離ビンデータを間引いたときと、の両方の場合において、メインローブを形成するデータを間引くことなく残すことができる。

【0052】

一方で、距離解析部２７－１～２７－ａが、矩形窓に近い窓関数を適用したときには、距離解析部２７－１～２７－ａでの距離スペクトラムのデータは、メインローブ幅が狭くなるため、メインローブ信号数が少なくなる。よって、データ間引き部２８は、距離解析部２７－１～２７－ａでの距離スペクトラムのデータのうち、奇数距離ビンデータを間引いたときと、偶数距離ビンデータを間引いたときと、の一方の場合において、メインローブを形成するデータを間引いてしまい残さないことがあり得る。

【0053】

このように、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法において、フーリエ変換強度のメインローブを検出するため、物標の見逃しを防止することができる。

【0054】

第１実施形態の物標検出部の処理を図７に示す。物標検出部３３は、時刻ｔ＝ｔ_１、ｔ_２、ｔ_３、ｔ_４、ｔ_５の経過につれて、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置Ｒ２（Ｘ＝０、Ｙ＝０）に対して、遠ざかる移動物標Ｔ１及び近づく移動物標Ｔ２を検出することができた。

【0055】

（第２実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理装置）
第２実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理装置の構成を図８に示す。第２実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理プログラムの手順を図９に示す。ＦＭＣＷレーダ信号処理装置Ｒ３は、送信アンテナ４１、受信アンテナ４２－１～４２－ａ、ミキサ４３－１～４３－ａ、発振器４４、Ａ／Ｄ変換部４５－１～４５－ａ、データ記憶部４６、第１解析部４７－１～４７－ａ、データ間引き部４８、第２解析部４９－１～４９－ａ、データ記憶部５０、第３解析部５１、データ記憶部５２及び物標検出部５３を備える。

【0056】

ここで、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちのいずれかを、第１次元方向、第２次元方向及び第３次元方向と定義する。そして、距離ビン方向、速度ビン方向及び角度ビン方向のうちのいずれかを、第１ビン方向、第２ビン方向及び第３ビン方向と定義する。ここで、第１ビン方向、第２ビン方向及び第３ビン方向は、第１次元方向、第２次元方向及び第３次元方向の逆空間方向である。

【0057】

そして、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置Ｒ３を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減するために、第１次元方向及び第２次元方向において、フーリエ変換を実行したうえで、第１ビン方向及び第２ビン方向のうちの少なくともいずれか（第１ビン方向のみ等。）について、データを間引いて残りをメモリに保存する。

【0058】

ミキサ４３－１～４３－ａ、発振器４４及びＡ／Ｄ変換部４５－１～４５－ａは、複数のサンプル数だけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数だけ算出する（図９の左上欄）。複数のサンプル数、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数のうちのいずれかを、Ｎ_１、Ｎ_２及びＮ_３と定義する。データ記憶部４６は、Ａ／Ｄ変換部４５－１～４５－ａでのビート信号を記憶する（図９の左上欄）。データ記憶部４６での必要なメモリ量は、Ｎ_１×Ｎ_２×Ｎ_３×Ｄである（Ｄは、データ型に応じたデータ量。）。

【0059】

第１解析部４７－１～４７－ａは、第１次元方向において、Ａ／Ｄ変換部４５－１～４５－ａでのビート信号をフーリエ変換する（図９の中上欄）。第１解析部４７－１～４７－ａでのフーリエ変換回数は、Ｎ_２×Ｎ_３である。

【0060】

データ間引き部４８は、第１解析部４７－１～４７－ａでのフーリエ変換位相について、データを間引いて残りをメモリに保存する（図９の左下欄）。データ間引き部４８での必要なメモリ量は、（Ｂ_１／２）×Ｎ_２×Ｎ_３×Ｄである（Ｂ_１は、第１ビン方向の半分間引き前の全ビン数。）。

【0061】

第２解析部４９－１～４９－ａは、第２次元方向において、第１解析部４７－１～４７－ａでのフーリエ変換位相をフーリエ変換する（図９の中下欄）。第２解析部４９－１～４９－ａでのフーリエ変換回数は、（Ｂ_１／２）×Ｎ_３である。データ記憶部５０は、第２解析部４９－１～４９－ａでのフーリエ変換結果を記憶する（図９の中下欄）。データ記憶部５０での必要なメモリ量は、（Ｂ_１／２）×Ｂ_２×Ｎ_３×Ｄである（Ｂ_２は、第２ビン方向の全ビン数。）。

【0062】

第３解析部５１は、第３次元方向において、第２解析部４９－１～４９－ａでのフーリエ変換位相をフーリエ変換する（図９の右下欄）。第３解析部５１でのフーリエ変換回数は、（Ｂ_１／２）×Ｂ_２である。データ記憶部５２は、第３解析部５１でのフーリエ変換結果を記憶する（図９の右下欄）。データ記憶部５２での必要なメモリ量は、（Ｂ_１／２）×Ｂ_２×Ｂ_３×Ｄである（Ｂ_３は、第３ビン方向の全ビン数。）。

【0063】

物標検出部５３は、閾値検出を行なったうえで、第１ビン方向、第２ビン方向及び第３ビン方向の物標ビン値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する（図９の右下欄）。物標検出部５３での物標検出回数は、（Ｂ_１／２）×Ｂ_２×Ｂ_３である。

【0064】

ここで、第１解析部４７－１～４７－ａは、数３に基づいて、第１次元方向において、Ａ／Ｄ変換部４５－１～４５－ａでのビート信号ｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ｆ）を算出する。

【数3】

つまり、Ａ／Ｄ変換部４５－１～４５－ａでのビート信号ｆ（ｔ）のデータは、間引かれない。よって、ビート信号ｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ｆ）は、信号積算効果が強いため、信号対雑音比が高くなり、物標検出帯域幅が広いため、物標検出分解能が高くなる。そして、ビート信号ｆ（ｔ）のフーリエ変換Ｆ（ｆ）が間引かれても、信号対雑音比及び物標検出分解能は影響を受けない。

【0065】

このように、第２実施形態では、ＦＭＣＷレーダ信号処理装置Ｒ３を実機に実装するにあたり、フーリエ変換回数、物標検出回数及びデータメモリ量を削減するとともに、物標検出性能（信号対雑音比及び物標検出分解能）を向上させることができる。

【0066】

第２実施形態のデータ間引き部の処理を図１０に示す。データ間引き部４８は、単数又は複数のチャープからなる各々のフレームにおいて、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法を周期的に切り替える。具体的には、以下の処理を実行する。

【0067】

まず、データ間引き部４８は、４受信アンテナ分の単数のチャープからなるフレームＦ１において、第１解析部４７－１～４７－ａでの第１スペクトラムＳ３のデータのうち、奇数第１ビンデータを間引いて、偶数第１ビンデータＥ３をメモリに保存する。

【0068】

次に、データ間引き部４８は、４受信アンテナ分の単数のチャープからなるフレームＦ２において、第１解析部４７－１～４７－ａでの第１スペクトラムＳ４のデータのうち、偶数第１ビンデータを間引いて、奇数第１ビンデータО４をメモリに保存する。

【0069】

その後は、データ間引き部４８は、４受信アンテナ分の単数のチャープからなるフレームにおいて、第１解析部４７－１～４７－ａでの第１スペクトラムのデータのうち、奇数第１ビンデータを間引いて、偶数第１ビンデータをメモリに保存することと、偶数第１ビンデータを間引いて、奇数第１ビンデータをメモリに保存することと、を順に繰り返す。

【0070】

このように、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法の間において、データを補完するため、物標の見逃しを防止することができる。

【0071】

第２実施形態でも、第１実施形態の図６とほぼ同様に、第１解析部４７－１～４７－ａは（必要ならば、第２解析部４９－１～４９－ａも）、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法において、フーリエ変換強度のメインローブを形成するデータが間引かれず残るように、窓関数を適用してフーリエ変換してもよい。

【0072】

このように、データを間引いて残りをメモリに保存する複数の方法において、フーリエ変換強度のメインローブを検出するため、物標の見逃しを防止することができる。

【0073】

第２実施形態では、第１解析部４７－１～４７－ａは、時間経過方向及びアンテナ配列方向のうちの第１次元方向において、Ａ／Ｄ変換部４５－１～４５－ａでのビート信号をフーリエ変換してもよい。そして、第２解析部４９－１～４９－ａは、時間経過方向及びアンテナ配列方向のうちの第２次元方向において、第１解析部４７－１～４７－ａでのフーリエ変換位相をフーリエ変換してもよい。図１０のように、時間経過方向又はアンテナ配列方向において、チャープ回数方向と比べて、先行してフーリエ変換が可能である。

【0074】

このように、時間経過方向又はアンテナ配列方向において、チャープ回数方向と比べて、先行してフーリエ変換するため、データメモリ量を削減することができる。

【0075】

（第３実施形態のＦＭＣＷレーダ信号処理装置）
第３実施形態のデータ間引き部の処理を図１１に示す。第３実施形態では、第２実施形態（第１実施形態の上位概念）に加えて、データ間引き部４８が、データの間引き率を高くするほど、物標検出部５３は、物標距離、物標速度及び物標角度のうちの少なくともいずれかの検出範囲を拡げる。具体的には、以下の処理を実行する。

【0076】

まず、データ間引き部４８は、４受信アンテナ分の単数のチャープからなるフレームＦ１において、第１解析部４７－１～４７－ａでの第１スペクトラムＳ５のデータのうち、奇数第１ビンデータを間引いて、偶数第１ビンデータＥ５をメモリに保存する。

【0077】

ここで、データ間引き部４８は、データの間引き率を半分としている。よって、第１スペクトラムＳ５が、第１ビン方向の検出範囲を２倍としたときに、偶数第１ビンデータＥ５は、偶数第１ビンデータＥ３（図１０を参照）と比べて、必要なメモリ量を２倍とするものの、データ間引きを実行しない従来技術と比べて、必要なメモリ量を同等とする。

【0078】

次に、データ間引き部４８は、４受信アンテナ分の単数のチャープからなるフレームＦ２において、第１解析部４７－１～４７－ａでの第１スペクトラムＳ６のデータのうち、偶数第１ビンデータを間引いて、奇数第１ビンデータО６をメモリに保存する。

【0079】

ここで、データ間引き部４８は、データの間引き率を半分としている。よって、第１スペクトラムＳ６が、第１ビン方向の検出範囲を２倍としたときに、奇数第１ビンデータО６は、奇数第１ビンデータО４（図１０を参照）と比べて、必要なメモリ量を２倍とするものの、データ間引きを実行しない従来技術と比べて、必要なメモリ量を同等とする。

【0080】

その後は、データ間引き部４８は、４受信アンテナ分の単数のチャープからなるフレームにおいて、第１解析部４７－１～４７－ａでの第１スペクトラムのデータのうち、奇数第１ビンデータを間引いて、偶数第１ビンデータをメモリに保存することと、偶数第１ビンデータを間引いて、奇数第１ビンデータをメモリに保存することと、を順に繰り返す。

【0081】

このように、データメモリ量を削減することに代えて、物標距離、物標速度及び物標角度のうちの少なくともいずれかの検出範囲を拡げることができる。

【産業上の利用可能性】

【0082】

本開示のＦＭＣＷレーダ信号処理装置及びＦＭＣＷレーダ信号処理プログラムは、ミリ波帯等の高周波帯及びＭＩＭＯ等のアンテナ配列に適用することができる。

【符号の説明】

【0083】

Ｒ１：ＦＭＣＷレーダ信号処理装置
１：送信アンテナ
２－１、２－ａ：受信アンテナ
３－１、３－ａ：ミキサ
４：発振器
５－１、５－ａ：Ａ／Ｄ変換部
６：データ間引き部
７－１、７－ａ：距離解析部
８：データ記憶部
９－１、９－ａ：速度解析部
１０：データ記憶部
１１：角度解析部
１２：データ記憶部
１３：物標検出部
Ｒ２：ＦＭＣＷレーダ信号処理装置
２１：送信アンテナ
２２－１、２２－ａ：受信アンテナ
２３－１、２３－ａ：ミキサ
２４：発振器
２５－１、２５－ａ：Ａ／Ｄ変換部
２６：データ記憶部
２７－１、２７－ａ：距離解析部
２８：データ間引き部
２９－１、２９－ａ：速度解析部
３０：データ記憶部
３１：角度解析部
３２：データ記憶部
３３：物標検出部
Ｒ３：ＦＭＣＷレーダ信号処理装置
４１：送信アンテナ
４２－１、４２－ａ：受信アンテナ
４３－１、４３－ａ：ミキサ
４４：発振器
４５－１、４５－ａ：Ａ／Ｄ変換部
４６：データ記憶部
４７－１、４７－ａ：第１解析部
４８：データ間引き部
４９－１、４９－ａ：第２解析部
５０：データ記憶部
５１：第３解析部
５２：データ記憶部
５３：物標検出部
Ｆ１、Ｆ２：フレーム
Ｓ１、Ｓ２：距離スペクトラム
Ｅ１：偶数距離ビンデータ
Ｏ２：奇数距離ビンデータ
Ｓ３、Ｓ４：第１スペクトラム
Ｅ３：偶数第１ビンデータ
Ｏ４：奇数第１ビンデータ
Ｓ５、Ｓ６：第１スペクトラム
Ｅ５：偶数第１ビンデータ
Ｏ６：奇数第１ビンデータ
Ｔ１、Ｔ２：移動物標

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】