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JP4656146B2 - Radar equipment - Google Patents
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JP4656146B2 - Radar equipment - Google Patents

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Description

この発明は、ターゲットを探知するレーダ装置、特に、進行波アンテナを用いて略垂直な2方向への探知を行うレーダ装置に関するものである。   The present invention relates to a radar device that detects a target, and more particularly to a radar device that performs detection in two substantially vertical directions using a traveling wave antenna.

従来、自車の周囲に存在する他車や障害物等のターゲットを検知して、追尾するレーダ装置が各種考案されている。このようなレーダ装置では、通常、路面に略水平な方向のターゲット検知のみを行うものが多いが、中には、路面に略水平な方向の検知とともに、垂直な方向の検知も行うレーダ装置がある。   Conventionally, various radar devices that detect and track targets such as other vehicles and obstacles existing around the vehicle have been devised. In many cases, such radar devices usually only detect a target in a direction substantially horizontal to the road surface. However, some radar devices detect not only a direction substantially horizontal to the road surface but also a vertical direction. is there.

例えば、特許文献1に記載のレーダ装置は、アンテナに進行波アンテナを用いて、それぞれに異なる単一周波数のパルス信号を放射することで、垂直方向(仰角方向)に対するターゲット検知を行う。そして、ターゲットが検知された方向に対応する周波数を中心周波数として、狭周波数帯域のFMCW方式で水平方向の検知を行って、ターゲットの速度、距離等の詳細な情報を取得する。この際、垂直方向の検知と水平方向の検知とは時分割で交互に行われる。   For example, the radar apparatus described in Patent Document 1 performs target detection in the vertical direction (elevation direction) by using a traveling wave antenna as an antenna and radiating pulse signals having different single frequencies. Then, using the frequency corresponding to the direction in which the target is detected as the center frequency, the detection in the horizontal direction is performed by the FMCW method in the narrow frequency band, and detailed information such as the speed and distance of the target is acquired. At this time, the detection in the vertical direction and the detection in the horizontal direction are alternately performed in a time division manner.

また、特許文献2に記載のレーダ装置は、アンテナに進行波アンテナを用いて、それぞれに異なる中心周波数でFMCW方式の水平方向走査を行うことで、複数の垂直方向の角度(仰角)で水平方向のターゲット検知を行う。
特開2004−101347公報 特開2004−226158公報
In addition, the radar apparatus described in Patent Document 2 uses a traveling wave antenna as an antenna and performs horizontal scanning in the FMCW method at different center frequencies, so that a horizontal direction is obtained at a plurality of vertical angles (elevation angles). Target detection.
JP 2004-101347 A JP 2004-226158 A

ところが、特許文献1や特許文献2に記載のレーダ装置は、検知を行う垂直方向の角度に応じた中心周波数を設定して狭周波数帯域によるFMCW方式を採用する。一般に、FMCW方式のレーダ装置では、変調を行う周波数帯域の幅に比例して距離分解能が高くなるので、これらのレーダ装置のように狭周波数帯域とすると、距離分解能が低下してしまう。さらに、自動車用のミリ波レーダでは、元々使用できる周波数帯域が狭いので、より一層距離分解能が劣化してしまう。   However, the radar devices described in Patent Document 1 and Patent Document 2 adopt an FMCW system based on a narrow frequency band by setting a center frequency corresponding to the angle in the vertical direction for detection. In general, in the FMCW radar device, the distance resolution increases in proportion to the width of the frequency band for modulation. Therefore, if the frequency band is narrow as in these radar devices, the distance resolution decreases. Furthermore, in the millimeter wave radar for automobiles, since the frequency band that can be used originally is narrow, the distance resolution is further deteriorated.

また、特許文献1に記載のレーダ装置は、垂直方向に対するターゲット検知と水平方向に対するターゲット検知とを時分割で交互に行っているので、主検知方向である水平方向の検知処理に、垂直方向の検知処理を挿入しなければならない。そして、垂直方向の検知処理時には水平方向の検知を行うことができないので、水平方向の検知間隔が広くなってしまう。   In addition, since the radar apparatus described in Patent Document 1 alternately performs target detection in the vertical direction and target detection in the horizontal direction in a time-sharing manner, the detection process in the vertical direction is performed in the detection process in the horizontal direction that is the main detection direction. A detection process must be inserted. In addition, since the horizontal detection cannot be performed during the vertical detection process, the horizontal detection interval is widened.

したがって、本発明の目的は、水平方向と垂直方向とを同時にターゲット検知することができるレーダ装置を提供することにある。   Therefore, an object of the present invention is to provide a radar apparatus that can simultaneously detect a target in the horizontal direction and the vertical direction.

この発明は、所定の第1方向に沿って走査され、送信信号を放射して該送信信号に基づく反射信号を受信して受信信号を出力するアンテナと、連続的または断続的な周波数変調を所定時間区間毎に周期的に行うことで送信信号を生成してアンテナに与えるとともに、送信信号と受信信号とミキシングしてビート信号を生成し、該ビート信号に基づいて第1方向に沿ったターゲットの検知を行うターゲット検知手段と、を備えたレーダ装置において、アンテナを、第1方向に略垂直な第2方向に対して周波数毎に異なる角度で送信信号を放射する進行波アンテナで構成し、ターゲット検知手段で、第1方向に沿ったターゲット検知を行うと同時にビート信号の時間変化に基づいて第2方向に沿ったターゲットの方位を検知することを特徴としている。   The present invention provides an antenna that scans along a predetermined first direction, emits a transmission signal, receives a reflected signal based on the transmission signal, and outputs a reception signal, and performs continuous or intermittent frequency modulation. The transmission signal is generated periodically and given to the antenna by performing every time interval, and the beat signal is generated by mixing the transmission signal and the reception signal. Based on the beat signal, the target signal along the first direction is generated. And a target detection means for performing detection, wherein the antenna is configured by a traveling wave antenna that radiates a transmission signal at a different angle for each frequency with respect to a second direction substantially perpendicular to the first direction. The detecting means detects the target along the first direction and simultaneously detects the azimuth of the target along the second direction based on the time change of the beat signal. That.

この構成では、進行波アンテナを用い、所定時間区間毎に周期的に連続的または断続的な周波数変調を行うことで形成させる、例えばFMCW方式の送信信号を用いる。FMCW方式の送信信号は時系列で周波数が変化するので、進行波アンテナから放射される送信信号の方向が、時系列に変化する。   In this configuration, for example, an FMCW transmission signal that is formed by using a traveling wave antenna and periodically or intermittently performing frequency modulation every predetermined time interval is used. Since the frequency of the FMCW transmission signal changes in time series, the direction of the transmission signal radiated from the traveling wave antenna changes in time series.

これを利用し、例えば、第1方向を水平方向として、進行波アンテナを水平方向に複数配列する。そして、進行波アンテナ群を電子的または機械的に走査することで、水平方向(第1方向)へ送信ビームが走査される。この際、FMCW方式の送信信号は周波数が時間的に変化するので、進行波アンテナから放射される送信信号の放射角度が変化して第2方向である垂直方向に対して送信ビームが走査される。   Using this, for example, a plurality of traveling wave antennas are arranged in the horizontal direction with the first direction as the horizontal direction. Then, the transmission beam is scanned in the horizontal direction (first direction) by scanning the traveling wave antenna group electronically or mechanically. At this time, since the frequency of the FMCW transmission signal changes with time, the radiation angle of the transmission signal radiated from the traveling wave antenna changes and the transmission beam is scanned in the vertical direction, which is the second direction. .

このように進行波アンテナとFMCW方式の送信信号を組み合わせることで、水平方向(第1方向)を検知しながら、垂直方向(第2方向)の走査が行われる。ここで、垂直方向の方位は、周波数の変化すなわち時間変化に依存するので、送信信号と受信信号とのミキシングによるビート信号における時間位置を検出することで、周波数が判別され、さらに垂直方向の方位が判別される。   By combining the traveling wave antenna and the FMCW transmission signal in this way, scanning in the vertical direction (second direction) is performed while detecting the horizontal direction (first direction). Here, since the vertical direction depends on the frequency change, that is, the time change, the frequency is determined by detecting the time position in the beat signal by the mixing of the transmission signal and the reception signal, and further the vertical direction Is determined.

また、この発明のレーダ装置のターゲット検知手段は、ビート信号の1周期分を複数の部分時間区間に時分割し、それぞれの部分時間区間におけるFFT処理を実行するFFT処理手段と、FFT処理結果により得られるビート周波数の信号レベルを各部分時間区間で比較する信号レベル比較手段と、を備え、各部分時間区間の信号レベル比較結果に基づいて第2方向に沿ったターゲットの方位を検知することを特徴としている。   In addition, the target detection means of the radar apparatus according to the present invention time-divides one period of the beat signal into a plurality of partial time intervals, and performs FFT processing in each partial time interval, and the FFT processing result. Signal level comparison means for comparing the signal level of the obtained beat frequency in each partial time interval, and detecting the direction of the target along the second direction based on the signal level comparison result in each partial time interval It is a feature.

この構成では、具体的に、レーダ装置は、例えば、第2方向(垂直方向)の方位とビート信号1周期内における時間位置との関係を予め記憶している。そして、レーダ装置は、ビート信号の1周期分、例えば、三角波形状に周波数変調するFMCW方式の送信信号であれば、上り変調区間分の時間区間を、複数の部分時間区間に分割する。次に、レーダ装置は、それぞれの部分時間区間のビート信号をFFT処理する。ここで、このビート信号(送受信信号)に対応する第1方向の方位にターゲットが存在すれば、いずれの部分時間区間に対する周波数スペクトルでも、ターゲットに対応するピークが同じ周波数で検出される。   Specifically, in this configuration, for example, the radar apparatus stores in advance the relationship between the azimuth in the second direction (vertical direction) and the time position within one cycle of the beat signal. Then, the radar device divides the time interval corresponding to the upstream modulation interval into a plurality of partial time intervals if the transmission signal is an FMCW transmission signal that is frequency-modulated into a triangular wave shape for one cycle of the beat signal. Next, the radar apparatus performs FFT processing on the beat signal in each partial time interval. Here, if the target is present in the first direction corresponding to the beat signal (transmission / reception signal), the peak corresponding to the target is detected at the same frequency in the frequency spectrum for any partial time interval.

一方、ピーク周波数の信号レベルはターゲットからの反射信号量に依存するので、ピーク周波数の信号レベルは、ターゲットの第2方向の位置に依存することとなる。この関係を用いて、各部分時間区間でのピーク周波数の信号レベルを比較して、最も高い信号レベルを有する部分時間区間を検出する。そして、検出した部分時間区間を、記憶された時間位置と第2方向における方位との関係に適用することで、ターゲットの第2方向における方位が得られる。   On the other hand, since the signal level at the peak frequency depends on the amount of the reflected signal from the target, the signal level at the peak frequency depends on the position of the target in the second direction. Using this relationship, the signal level of the peak frequency in each partial time interval is compared, and the partial time interval having the highest signal level is detected. And the azimuth | direction in the 2nd direction of a target is obtained by applying the detected partial time area to the relationship between the memorize | stored time position and the azimuth | direction in a 2nd direction.

この際、第1方向への検知は、周波数の遷移とともにビーム方位が第2方向に沿って移動するけれども、第1方向における方位は替わらないので、第1方向のターゲット検知も行われる。   At this time, in the detection in the first direction, the beam azimuth moves along the second direction along with the frequency transition, but the azimuth in the first direction is not changed, so that the target detection in the first direction is also performed.

また、この発明のレーダ装置のターゲット検知手段は、ビート信号の1周期分を該1周期よりも短いサンプリング期間でサンプリング開始タイミングを時系列にずらしながらビート信号をサンプリングし、それぞれのサンプリング期間に対するFFT処理を行うFFT処理手段と、該FFT処理結果により得られる各サンプリング期間のビート周波数の信号レベルを比較する信号レベル比較手段と、を備え、各サンプリング期間の信号レベル比較結果に基づいて第2方向に沿ったターゲットの方位を検知することを特徴としている。   Further, the target detecting means of the radar apparatus of the present invention samples the beat signal while shifting the sampling start timing in time series in one sampling period shorter than the one period of the beat signal, and performs FFT for each sampling period. FFT processing means for performing processing, and signal level comparison means for comparing the signal level of the beat frequency of each sampling period obtained by the FFT processing result, and the second direction based on the signal level comparison result of each sampling period It is characterized by detecting the orientation of the target along the line.

この構成では、レーダ装置は、ビート信号を所定のタイミング間隔でサンプリングし続け、それぞれに開始タイミングが異なり所定の時間長からなるサンプリング期間毎にFFT処理する。次に、レーダ装置は、各サンプリング期間のピーク周波数の信号レベルを比較して、最も高い信号レベルを有するサンプリング期間を検出する。そして、検出したサンプリング期間を前記記憶された時間位置と第2方向における方位との関係に適用することで、ターゲットの第2方向における方位が得られる。   In this configuration, the radar apparatus continues to sample the beat signal at a predetermined timing interval, and performs FFT processing for each sampling period having a different start timing and a predetermined time length. Next, the radar apparatus detects the sampling period having the highest signal level by comparing the signal level of the peak frequency of each sampling period. Then, the orientation of the target in the second direction is obtained by applying the detected sampling period to the relationship between the stored time position and the orientation in the second direction.

また、この発明のレーダ装置のターゲット検知手段は、ビート信号の振幅が1周期内で最大となる時間位置を検出するピーク時間検出手段を備え、検出した時間位置に基づいて第2方向に沿ったターゲットの方位を検知することを特徴としている。   The target detection means of the radar apparatus according to the present invention further includes a peak time detection means for detecting a time position at which the amplitude of the beat signal is maximum within one cycle, and is along the second direction based on the detected time position. It is characterized by detecting the orientation of the target.

この構成では、レーダ装置は、取得したビート信号の振幅を解析して、最も振幅の大きな時間位置を検出する。そして、検出した時間位置を、記憶された時間位置と第2方向における方位との関係に適用することで、ターゲットの第2方向における方位が得られる。この方法では、FFT処理を行うことなく第2方向の方位が得られるので、処理演算が省略される。   In this configuration, the radar apparatus analyzes the amplitude of the acquired beat signal and detects the time position having the largest amplitude. And the azimuth | direction in the 2nd direction of a target is obtained by applying the detected time position to the relationship between the memorize | stored time position and the azimuth | direction in a 2nd direction. In this method, since the azimuth in the second direction can be obtained without performing the FFT process, the processing calculation is omitted.

また、この発明のレーダ装置のターゲット検知手段は、ビート信号を前記1周期分でFFT処理するFFT処理手段と、該FFT処理により得られる周波数スペクトルのピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、該ピーク周波数を含む所定周波数領域の周波数スペクトルを逆FFT処理する逆FFT処理手段と、該逆FFT処理により得られる復元部分ビート信号の振幅が最大となる時間位置を検出するピーク時間検出手段と、を備え、検出した時間位置に基づいて第2方向に沿ったターゲットの方位を検知することを特徴としている。   The target detection means of the radar apparatus according to the present invention includes an FFT processing means for performing FFT processing on a beat signal for the one period, a peak frequency detection means for detecting a peak frequency of a frequency spectrum obtained by the FFT processing, Inverse FFT processing means for performing inverse FFT processing on a frequency spectrum in a predetermined frequency region including a peak frequency, and peak time detection means for detecting a time position where the amplitude of the restored partial beat signal obtained by the inverse FFT processing is maximum. And detecting the azimuth of the target along the second direction based on the detected time position.

この構成では、レーダ装置は、ビート信号を、1周期(例えば、三角波変調の上り変調区間)を単位としてFFT処理して、周波数スペクトルのピークを検出する。次に、レーダ装置は、ピーク周波数を略中心とした所定の周波数領域を抽出し、この周波数領域の周波数スペクトルを逆FFT処理する。この際、ピークが複数存在する場合には、それぞれについて周波数領域を抽出して逆FFT処理を行う。レーダ装置は、この逆FFT処理により、部分的にビート信号を復元して、それぞれの復元部分ビート信号から振幅が最大となる時間位置を検出する。そして、検出した時間位置を、記憶された時間位置と第2方向における方位との関係に適用することで、ターゲットの第2方向における方位が得られる。この方法を用いることで、同じ第1方向に距離の異なるターゲットが複数存在していても、それぞれの第2方向に対する方位が得られる。   In this configuration, the radar apparatus performs FFT processing on the beat signal in units of one period (for example, an uplink modulation section of triangular wave modulation), and detects the peak of the frequency spectrum. Next, the radar apparatus extracts a predetermined frequency region whose peak frequency is approximately the center, and performs an inverse FFT process on the frequency spectrum of this frequency region. At this time, if there are a plurality of peaks, the frequency domain is extracted for each and the inverse FFT process is performed. The radar apparatus partially restores the beat signal by this inverse FFT processing, and detects the time position where the amplitude is maximized from each restored partial beat signal. And the azimuth | direction in the 2nd direction of a target is obtained by applying the detected time position to the relationship between the memorize | stored time position and the azimuth | direction in a 2nd direction. By using this method, even if there are a plurality of targets having different distances in the same first direction, the orientation with respect to each second direction can be obtained.

また、この発明のレーダ装置のターゲット検知手段は、ビート信号の周波数帯域におけるそれぞれに異なる部分周波数変調帯域毎にビート信号を分離して部分周波数ビート信号を生成するフィルタ手段と、部分周波数ビート信号の振幅が最大となる時間位置を検出する部分ピーク時間検出手段と、を備え、検出した時間位置に基づいて第2方向に沿ったターゲットの方位を検知することを特徴としている。   Also, the target detection means of the radar apparatus of the present invention comprises: filter means for separating the beat signal for each different partial frequency modulation band in the frequency band of the beat signal and generating the partial frequency beat signal; and the partial frequency beat signal And a partial peak time detecting means for detecting a time position at which the amplitude is maximized, and detecting the direction of the target along the second direction based on the detected time position.

この構成では、レーダ装置は、ビート信号を複数の周波数帯域で分離して、部分周波数ビート信号を得る。レーダ装置は、それぞれの部分周波数ビート信号から振幅が最大となる時間位置を検出する。そして、検出した時間位置を、記憶された時間位置と第2方向における方位との関係に適用することで、ターゲットの第2方向における方位が得られる。このようにビート信号を複数の部分周波数帯域で分解することで、各部分周波数帯域に対応する距離毎に、第2方向における方位が検出される。   In this configuration, the radar apparatus obtains a partial frequency beat signal by separating the beat signal into a plurality of frequency bands. The radar apparatus detects a time position where the amplitude is maximum from each partial frequency beat signal. And the azimuth | direction in the 2nd direction of a target is obtained by applying the detected time position to the relationship between the memorize | stored time position and the azimuth | direction in a 2nd direction. Thus, by decomposing the beat signal in a plurality of partial frequency bands, the azimuth in the second direction is detected for each distance corresponding to each partial frequency band.

また、この発明のレーダ装置のターゲット検知手段は、検知された前記第2方向に沿った方位に基づいて、複数の時間区間のピーク周波数同士をペアリングすることを特徴としている。   Further, the target detection means of the radar apparatus according to the present invention is characterized in that the peak frequencies of a plurality of time sections are paired based on the detected direction along the second direction.

この構成では、同じターゲットであれば、時間的に近い区間同士、例えば、三角波変調における連続する上り変調区間と下り変調区間、隣り合う上り変調区間や下り変調区間等で検出される方位が同じであることを利用する。レーダ装置は、送信信号の異なる区間で検出されるピーク周波数をペアリングする際に、検出した方位を比較し、これらの方位が略同じであれば、ペアリングを行う。   In this configuration, if the target is the same, the detected directions are the same in sections that are close in time, for example, continuous upstream and downstream modulation sections in triangular wave modulation, adjacent upstream and downstream modulation sections, etc. Take advantage of something. When pairing peak frequencies detected in different sections of the transmission signal, the radar apparatus compares detected directions and performs pairing if the directions are substantially the same.

また、この発明のレーダ装置のターゲット検知手段は、ペアリングに利用するビート信号レベルの時間遷移を補正することを特徴としている。   Further, the target detection means of the radar apparatus according to the present invention is characterized by correcting the time transition of the beat signal level used for pairing.

この構成では、ビート信号を取得中にビームが走査されても、信号レベルの補正が適宜行われることで、ビート信号の振幅が安定し、FFT処理演算が安定且つ正確になる。この際、前述の第2方向の方位検知に利用するビート信号については補正処理を行わず、ペアリングに利用するビート信号のみを補正処理する。これにより、第2方向の方位検出とピークの安定した検出とが両立する。   In this configuration, even if the beam is scanned during acquisition of the beat signal, the signal level is appropriately corrected, so that the amplitude of the beat signal is stabilized and the FFT processing calculation is stable and accurate. At this time, correction processing is not performed on the beat signal used for the above-described direction detection in the second direction, and only the beat signal used for pairing is corrected. As a result, the orientation detection in the second direction and the stable detection of the peak are compatible.

この発明によれば、従来の構成からさらなる構成を殆ど追加することなく、第1方向でのターゲット検知を行いながら、このターゲットに対する第2方向の検知を同時に行うことができる。例えば、水平方向を走査しながらターゲット検知を行い、このターゲットの垂直方向位置を同時に検知することができる。   According to the present invention, it is possible to simultaneously detect the target in the second direction while performing target detection in the first direction without adding a further configuration from the conventional configuration. For example, target detection can be performed while scanning in the horizontal direction, and the vertical position of the target can be detected simultaneously.

また、この発明によれば、この検知した第2方向に方位を用いてペアリングを行うことで、高精度なペアリングを実現することができる。これにより、第1方向、第2方向の両方向に検知が可能で、第1方向に関してはさらに高精度なターゲット検知を実現することができる。   Further, according to the present invention, highly accurate pairing can be realized by performing pairing using the direction in the detected second direction. Thereby, it is possible to detect in both the first direction and the second direction, and it is possible to realize more accurate target detection in the first direction.

第1の実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the principal part of the radar apparatus of 1st Embodiment. 図1に示すアンテナ装置1のブロック図である。It is a block diagram of the antenna apparatus 1 shown in FIG. 図2に示すアンテナ10の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of the antenna 10 shown in FIG. 第1の実施形態のレーダ装置が搭載される車両に対する各送受信ビームBeamの方向を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the direction of each transmission / reception beam Beam with respect to the vehicle by which the radar apparatus of 1st Embodiment is mounted. ターゲットが自車に対して相対速度0である場合の、送信信号Stxと受信信号(反射信号)Srxとの関係を示す図、および、周波数変化による送信信号Stxの垂直指向性の変化を示す図である。The figure which shows the relationship between the transmission signal Stx and the received signal (reflection signal) Srx when the target has a relative speed of 0, and the figure which shows the change in the vertical directivity of the transmission signal Stx due to the frequency change It is. 第1の実施形態の信号処理部2のターゲット検知部分の主要構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main structures of the target detection part of the signal processing part 2 of 1st Embodiment. A/D変換されたビート信号波形を示す図である。It is a figure which shows the beat signal waveform after A / D conversion. それぞれ図7(A)〜(E)に示したビート信号をFFT処理してなる周波数スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the frequency spectrum formed by carrying out the FFT process of the beat signal shown to FIG. 7 (A)-(E), respectively. 各分割時間区間T1〜T4でのピークスペクトルの信号レベルの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the signal level of the peak spectrum in each division | segmentation time area T1-T4. 第2の実施形態における各部分時間区間でのピークスペクトルの信号レベルの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship of the signal level of the peak spectrum in each partial time interval in 2nd Embodiment. 第3の実施形態の信号処理部2の検知機能部の主構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main structures of the detection function part of the signal processing part 2 of 3rd Embodiment. 時間区間Tでのビート信号波形を示し、ピークの検出概念を示す図である。It is a figure which shows the beat signal waveform in the time interval T, and shows the detection concept of a peak. 第4の実施形態の信号処理部2のターゲット検知部分の主要構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the main structures of the target detection part of the signal processing part 2 of 4th Embodiment. A/D変換されたビート信号波形を示す図、および、図14(A)に示すビート信号のFFT処理後の周波数スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the beat signal waveform after A / D conversion, and the figure which shows the frequency spectrum after the FFT process of the beat signal shown to FIG. 14 (A). 図14(B)の周波数スペクトルにおけるピーク付近のみを逆FFT処理した後のビート信号波形を示す図である。It is a figure which shows the beat signal waveform after carrying out the inverse FFT process only for the peak vicinity in the frequency spectrum of FIG.14 (B). 第5の実施形態の信号処理部2のターゲット検知部分の主要構成を示すブロック図、および、図16(A)に示すBPF281〜BPF284の通過特性を示した図である。It is the block diagram which shows the main structures of the target detection part of the signal processing part 2 of 5th Embodiment, and the figure which showed the passage characteristic of BPF281-BPF284 shown to FIG. 16 (A). 間欠FMCW方式の送信信号Stx′波形および受信信号Srx′波形を示す図である。It is a figure which shows the transmission signal Stx 'waveform and reception signal Srx' waveform of an intermittent FMCW system.

符号の説明Explanation of symbols

1−アンテナ装置、2−信号処理部、3−VCO、4−カプラ、5−サーキュレータ、6−ミキサ、7−LNA、8−A/D変換器、10−アンテナ、11A〜11I−進行波アンテナ、12A〜12I−可変移相器、13−分岐回路、14−送受信部、21,21A〜21D−FFT処理部、211−ビート信号時分割部、212〜215−FFT演算器、22,22A〜22D−ピークレベル検出部、23−メモリ、24,24A〜24D−仰角検出部、25,25A〜25D−ピーク検出部、26−部分周波数領域抽出部、27−逆FFT処理部、28−フィルタバンク、29−ペアリング処理部、100−筐体、111A〜111I−ホーン部、112A〜112I−スリット、113A〜113I−導波管、900−自動車(自車)   1-antenna device, 2-signal processing unit, 3-VCO, 4-coupler, 5-circulator, 6-mixer, 7-LNA, 8-A / D converter, 10-antenna, 11A-11I-traveling wave antenna 12A-12I-variable phase shifter, 13-branch circuit, 14-transmission / reception unit, 21,21A-21D-FFT processing unit, 211-beat signal time division unit, 212-215-FFT arithmetic unit, 22, 22A- 22D-peak level detector, 23-memory, 24, 24A-24D-elevation angle detector, 25, 25A-25D-peak detector, 26-partial frequency domain extractor, 27-inverse FFT processor, 28-filter bank 29-pairing processing unit, 100-housing, 111A to 111I-horn unit, 112A to 112I-slit, 113A to 113I-waveguide, 900-automobile (own vehicle)

第1の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。なお、本実施形態では、ミリ波帯を利用した自動車用のレーダ装置について説明する。また、本実施形態では、周波数が時系列で三角波状に変化する送信信号を用いるFMCW方式のレーダ装置について説明する。また、本実施形態では、送受信ビームを電子的に水平方向走査するレーダ装置について説明する。
図1は本実施形態のレーダ装置の主要部の構成を示すブロック図である。
A radar apparatus according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, an automotive radar apparatus using the millimeter wave band will be described. In the present embodiment, an FMCW radar device using a transmission signal whose frequency changes in a triangular shape in a time series will be described. In the present embodiment, a radar apparatus that electronically scans a transmission / reception beam in the horizontal direction will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the main part of the radar apparatus of this embodiment.

図2は図1に示すアンテナ装置1のブロック図であり、図3は図2に示すアンテナ10の外観斜視図である。   2 is a block diagram of the antenna device 1 shown in FIG. 1, and FIG. 3 is an external perspective view of the antenna 10 shown in FIG.

図4は本実施形態のレーダ装置が搭載される車両に対する各送受信ビームBeamの方向を示す概念図であり、(A)が水平走査方向のビームBeamHmを示す平面図、(B)が垂直走査方向のビームBeamHmVnを示す側面図である。
図5(A)はターゲットが自車に対して相対速度0である場合の、送信信号Stxと受信信号(反射信号)Srxとの関係を示す図であり、(B)は周波数変化による送信信号Stxの垂直指向性の変化を示す図である。
4A and 4B are conceptual diagrams showing the directions of the transmission and reception beams Beam with respect to the vehicle on which the radar apparatus of the present embodiment is mounted. FIG. 4A is a plan view showing the beam BeamHm in the horizontal scanning direction, and FIG. It is a side view which shows the beam BeamHVmVn.
FIG. 5A is a diagram showing the relationship between the transmission signal Stx and the reception signal (reflection signal) Srx when the target has a relative speed of 0 with respect to the host vehicle, and FIG. It is a figure which shows the change of the vertical directivity of Stx.

本実施形態のレーダ装置は、アンテナ装置1、信号処理部2、VCO3、カプラ4、サーキュレータ5、ミキサ6、LNA7、A/D変換器8を備える。   The radar apparatus according to this embodiment includes an antenna apparatus 1, a signal processing unit 2, a VCO 3, a coupler 4, a circulator 5, a mixer 6, an LNA 7, and an A / D converter 8.

信号処理部2は、後述する検知処理に基づいて、送信ビームを形成するための制御電圧を生成してVCO3に与える。VCO3は与えられた制御電圧にしたがって、周波数を時系列で連続的に三角形状に変化させた送信信号Stxを発生する。カプラ4は、入力された送信信号Stxをサーキュレータ5に出力するとともに、その一部を局部信号としてミキサ6に与える。サーキュレータ5は、カプラ4からの送信信号Stxをアンテナ装置1に出力する。   The signal processing unit 2 generates a control voltage for forming a transmission beam based on a detection process to be described later, and applies the control voltage to the VCO 3. The VCO 3 generates a transmission signal Stx in which the frequency is continuously changed in a triangular shape in time series according to a given control voltage. The coupler 4 outputs the input transmission signal Stx to the circulator 5 and provides a part thereof to the mixer 6 as a local signal. The circulator 5 outputs the transmission signal Stx from the coupler 4 to the antenna device 1.

アンテナ装置1は、図2に示すように、各個別アンテナ11A〜11Iが水平方向に沿って配列形成されたアンテナ10、各個別アンテナ11A〜11Iのそれぞれに接続する可変移相器12A〜12I、分岐回路13、送受信部14を備える。送受信部14は、サーキュレータ5から入力される送信信号Stxを分岐回路13に与え、分岐回路13から入力される受信信号Srxをサーキュレータ5に与える。分岐回路13は、送受信部14から与えられた送信信号Stxを各可変移相器12A〜12Iに分配して出力し、各可変移相器12A〜12Iからの受信信号Srxを送受信部14に与える。各可変移相器12A〜12Iは、レーダ装置から与えられる送信ビーム指向性制御命令にしたがって、入力された送信信号Stxを移相処理して、アンテナ10の各アンテナ11A〜11Iに出力する。このように、送信信号Stxに対して各可変移相器で所定の移相処理を行うことで、図4(A)のビームBeamH1〜BeamH7に示すような水平方向へ送信ビームを走査することができる。また、各アンテナ11A〜11Iで受信した反射信号を、受信ビーム指向性制御命令にしたがって移相処理することで、受信信号Srxとして分岐回路13に出力する。このように、反射信号(受信信号)Srxに対して、各可変移相器で所定の移相処理を行うことで、水平方向へ受信ビームを走査することができる。   As shown in FIG. 2, the antenna device 1 includes an antenna 10 in which the individual antennas 11A to 11I are arranged in the horizontal direction, variable phase shifters 12A to 12I connected to the individual antennas 11A to 11I, A branch circuit 13 and a transceiver 14 are provided. The transmission / reception unit 14 gives the transmission signal Stx input from the circulator 5 to the branch circuit 13 and gives the reception signal Srx input from the branch circuit 13 to the circulator 5. The branch circuit 13 distributes and outputs the transmission signal Stx given from the transmission / reception unit 14 to the variable phase shifters 12A to 12I, and gives the reception signal Srx from the variable phase shifters 12A to 12I to the transmission / reception unit 14. . Each of the variable phase shifters 12 </ b> A to 12 </ b> I performs a phase shift process on the input transmission signal Stx in accordance with a transmission beam directivity control command given from the radar apparatus, and outputs it to the antennas 11 </ b> A to 11 </ b> I of the antenna 10. In this way, by performing predetermined phase shift processing on each transmission signal Stx by each variable phase shifter, it is possible to scan the transmission beam in the horizontal direction as indicated by the beams BeamH1 to BeamH7 in FIG. it can. Further, the reflected signals received by the antennas 11A to 11I are phase-shifted in accordance with the received beam directivity control command, and are output to the branch circuit 13 as the received signal Srx. As described above, by performing predetermined phase shift processing on the reflected signal (reception signal) Srx by each variable phase shifter, the reception beam can be scanned in the horizontal direction.

また、アンテナ10を形成するアンテナ11A〜11Iは、それぞれがいわゆる導波管型漏れ波アンテナであり、図3に示す構造からなる。具体的な構造としては、図3に示すように、略平板状の筐体100には、それぞれ平行して同形状の導波管113A〜113Iが形成されており、これら導波管113A〜113Iの一方端が筐体100の一側面(図における左手前面)に開口している。この開口部が可変移相器12A〜12Iにそれぞれ接続される。また、筐体100の一主面(図における上面)には、導波管113A〜113Iに沿って延びる形状で、筐体100の内部側(導波管113A〜113I側)から表面へ徐々に開口面が広くなるホーン部111A〜111Iが形成されている。これらホーン部111A〜111Iは、それぞれ導波管113A〜113Iに対応する位置に設置されている。ホーン部111A〜111Iと、これらに対応する導波管113A〜113Iとは、導波管113A〜113Iの延びる方向に沿って形成されたスリット112A〜112Iにより導通されている。スリット112A〜112Iは、導波管113A〜113Iの開口面側から、これに対向する終端側に沿って、徐々に幅広になる構造で形成されている。   Each of the antennas 11A to 11I forming the antenna 10 is a so-called waveguide-type leaky wave antenna and has a structure shown in FIG. As a specific structure, as shown in FIG. 3, waveguides 113 </ b> A to 113 </ b> I having the same shape are formed in a substantially flat casing 100 in parallel, and these waveguides 113 </ b> A to 113 </ b> I are formed. Is open to one side surface of the housing 100 (the front surface of the left hand in the figure). This opening is connected to each of the variable phase shifters 12A to 12I. In addition, one main surface (upper surface in the drawing) of the housing 100 has a shape extending along the waveguides 113A to 113I and gradually moves from the inner side (the waveguides 113A to 113I side) of the housing 100 to the surface. Horn portions 111A to 111I having wide opening surfaces are formed. The horn portions 111A to 111I are installed at positions corresponding to the waveguides 113A to 113I, respectively. The horn portions 111A to 111I and the corresponding waveguides 113A to 113I are electrically connected by slits 112A to 112I formed along the extending direction of the waveguides 113A to 113I. The slits 112 </ b> A to 112 </ b> I are formed in a structure that gradually increases from the opening surface side of the waveguides 113 </ b> A to 113 </ b> I along the terminal end side facing the waveguides 113 </ b> A to 113 </ b> I.

アンテナ10は、ホーン開口面がアンテナ装置1の正面方向、すなわち、アンテナ装置1を搭載する自動車900の正面方向となるように設置される。この際、アンテナ10のホーン開口面が水平方向と略垂直な所定角度になり、且つ導波管型漏れ波アンテナ11A〜11Iの延びる方向がこの略垂直方向に沿うように設置する。そして、このような構造であり、且つ送信信号Stxの周波数が変化すれば、図4(B)のビームBeamHmV1〜BeamHmV5に示すように、垂直方向へビームの指向性の中心が遷移する。例えば、可変移相器12A〜12Iを制御してBeamH1方向に送信ビームを放射する。この際、送信信号Stxは、FMCW変調の周波数帯域内で三角波状に変化するので、この周波数に応じて送信ビームの仰角が変化する。このように、本実施形態のレーダ装置では、送受信ビームを水平方向に走査するとともに、ビームの仰角の変化により送受信ビームが垂直方向へ自動的に走査される。   The antenna 10 is installed such that the horn opening surface is in the front direction of the antenna device 1, that is, the front direction of the automobile 900 on which the antenna device 1 is mounted. At this time, the antenna 10 is installed such that the horn opening surface of the antenna 10 is at a predetermined angle substantially perpendicular to the horizontal direction, and the extending direction of the waveguide leaky wave antennas 11A to 11I is along this substantially vertical direction. And if it is such a structure and the frequency of the transmission signal Stx changes, as shown in the beam BeamHmV1 to BeamHmV5 in FIG. For example, the variable phase shifters 12A to 12I are controlled to emit a transmission beam in the BeamH1 direction. At this time, since the transmission signal Stx changes in a triangular wave shape within the frequency band of FMCW modulation, the elevation angle of the transmission beam changes according to this frequency. Thus, in the radar apparatus of the present embodiment, the transmission / reception beam is scanned in the horizontal direction, and the transmission / reception beam is automatically scanned in the vertical direction by the change in the elevation angle of the beam.

例えば、76GHz〜77GHz帯を利用するアンテナの場合、導波管型漏れ波アンテナ11A〜11Iとしては、導波管のサイズを開口面が2.0mm×1.27mmで長さ50mmとし、スリットを適宜設定する。このような構成として、図5(A)に示すように、三角波状に送信信号の周波数を76GHzから77GHzまで変化させることで送信ビームの仰角が変化して、図5(B)に示すように垂直方向へ約4.7°のビーム走査が行われる。   For example, in the case of an antenna using a 76 GHz to 77 GHz band, the waveguide type leaky wave antennas 11A to 11I have a waveguide size of 2.0 mm × 1.27 mm and a length of 50 mm, and slits. Set as appropriate. With such a configuration, as shown in FIG. 5A, the elevation angle of the transmission beam is changed by changing the frequency of the transmission signal from 76 GHz to 77 GHz in a triangular wave shape, as shown in FIG. A beam scan of about 4.7 ° is performed in the vertical direction.

アンテナ装置1が出力した受信信号Srxはサーキュレータ5に与えられ、サーキュレータ5は、この受信信号Srxをミキサ6に出力する。ミキサ6は、カプラ4からの局部信号とサーキュレータ5からの受信信号Srxとをミキシングすることでビート信号を生成してLNA7に出力する。LNA7はビート信号を増幅してA/D変換器8に与える。A/D変換器8は増幅されたビート信号をA/D変換して信号処理部2に与える。   The reception signal Srx output from the antenna device 1 is given to the circulator 5, and the circulator 5 outputs this reception signal Srx to the mixer 6. The mixer 6 generates a beat signal by mixing the local signal from the coupler 4 and the received signal Srx from the circulator 5 and outputs the beat signal to the LNA 7. The LNA 7 amplifies the beat signal and supplies it to the A / D converter 8. The A / D converter 8 A / D converts the amplified beat signal and gives it to the signal processing unit 2.

信号処理部2はディジタル化されたビート信号に基づいて既知のFMCW方式のデータ処理方法を用いて、水平方向に対するターゲットの検知、ターゲットの相対速度、距離等の算出を行う。また、信号処理部2は、後述するデータ処理方法を用いて、得られたビート信号からターゲットの垂直方向位置(仰角)を検知する。すなわち、垂直方向に対する検知と水平方向に対する検知とを時分割で行わず、水平方向、垂直方向の2方向に対して同時にターゲット検知を行う。   Based on the digitized beat signal, the signal processing unit 2 uses a known FMCW data processing method to detect the target in the horizontal direction, calculate the relative speed of the target, and the distance. Further, the signal processing unit 2 detects the vertical position (elevation angle) of the target from the obtained beat signal using a data processing method described later. That is, the detection in the vertical direction and the detection in the horizontal direction are not performed in a time-sharing manner, and target detection is performed simultaneously in two directions, the horizontal direction and the vertical direction.

次に、水平走査に利用するビート信号を用いた垂直方向位置の検知方法について詳述する。
図6は本実施形態の信号処理部2のターゲット検知部分の主要構成を示すブロック図である。
図7はA/D変換されたビート信号波形を示す図であり、横軸が時間軸、縦軸が振幅を示す。そして、(A)は所定の時間区間T(例えば、図5(A)に示す上り変調区間Tuに相当)でのビート信号波形を示し、(B)は(A)に示す時間区間Tを4分割してなる分割時間区間の第1分割時間区間T1でのビート信号波形を示す。同様に(C)は時間区間Tのうちの第2分割時間区間T2でのビート信号波形を示し、(D)は第3分割時間区間T3でのビート信号波形を示し、(E)は第4分割時間区間T4でのビート信号波形を示す。
Next, a method for detecting a vertical position using a beat signal used for horizontal scanning will be described in detail.
FIG. 6 is a block diagram showing the main configuration of the target detection portion of the signal processing unit 2 of the present embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing a beat signal waveform after A / D conversion, where the horizontal axis represents the time axis and the vertical axis represents the amplitude. (A) shows a beat signal waveform in a predetermined time section T (for example, equivalent to the upstream modulation section Tu shown in FIG. 5A), and (B) shows four time sections T shown in (A). The beat signal waveform in the 1st division | segmentation time area T1 of the division | segmentation time area divided | segmented is shown. Similarly, (C) shows the beat signal waveform in the second divided time interval T2 in the time interval T, (D) shows the beat signal waveform in the third divided time interval T3, and (E) shows the fourth signal. The beat signal waveform in divided time section T4 is shown.

図8はそれぞれ図7(A)〜(E)に示したビート信号をFFT処理してなる周波数スペクトルを示す図であり、横軸がFFTbin単位、縦軸が信号レベルを示す。図8(A)は図7(A)に示す時間区間Tのビート信号の周波数スペクトルであり、図8(B)は図7(B)に示す第1分割時間区間T1のビート信号の周波数スペクトルである。図8(C)は図7(C)示す第2分割時間区間T2のビート信号の周波数スペクトルであり、図8(D)は図7(D)示す第3分割時間区間T3のビート信号の周波数スペクトルであり、図8(E)は図7(E)に示す第4分割時間区間T4のビート信号の周波数スペクトルである。   FIG. 8 is a diagram showing frequency spectra obtained by subjecting the beat signals shown in FIGS. 7A to 7E to FFT processing, with the horizontal axis representing FFT bins and the vertical axis representing the signal level. 8A is a frequency spectrum of the beat signal in the time interval T shown in FIG. 7A, and FIG. 8B is a frequency spectrum of the beat signal in the first divided time interval T1 shown in FIG. 7B. It is. 8C shows the frequency spectrum of the beat signal in the second divided time interval T2 shown in FIG. 7C, and FIG. 8D shows the frequency of the beat signal in the third divided time interval T3 shown in FIG. 7D. FIG. 8E shows the frequency spectrum of the beat signal in the fourth divided time interval T4 shown in FIG. 7E.

図9は各分割時間区間T1〜T4でのピークスペクトルの信号レベルの関係を示す図である。   FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the signal levels of the peak spectrum in each divided time section T1 to T4.

信号処理部2は、FFT処理部21、ピークレベル検出部22、メモリ23、および仰角検出部24を備える。   The signal processing unit 2 includes an FFT processing unit 21, a peak level detection unit 22, a memory 23, and an elevation angle detection unit 24.

FFT処理部21のビート信号分割部211は、入力された所定時間区間T分のビート信号を、バッファリングして第1〜第4分割時間区間T1〜T4にそれぞれ対応する部分ビート信号に時分割する。例えば、図5に示すような三角波のFMCW変調した送信信号に対して、上り変調区間Tuに対応する時間を時間区間Tに設定する。そして、この時間区間Tを時系列で四半期に分け、時間の早い順に、第1分割時間区間T1、第2分割時間区間T2、第3分割時間区間T3、第4分割時間区間T4に設定する。そして、時間区間T分のビート信号をそれぞれ第1〜第4分割時間区間T1〜T4の部分ビート信号に時分割する。ビート信号分割部211は、このように生成した部分ビート信号を各FFT演算器212〜215に出力する。   The beat signal dividing unit 211 of the FFT processing unit 21 buffers the input beat signal for a predetermined time interval T and time-divides it into partial beat signals corresponding to the first to fourth divided time intervals T1 to T4, respectively. To do. For example, for the triangular wave FMCW modulated transmission signal as shown in FIG. Then, the time interval T is divided into quarters in time series, and the first divided time interval T1, the second divided time interval T2, the third divided time interval T3, and the fourth divided time interval T4 are set in ascending order of time. Then, the beat signal for the time interval T is time-divided into partial beat signals for the first to fourth divided time intervals T1 to T4, respectively. The beat signal dividing unit 211 outputs the partial beat signal generated in this way to the FFT calculators 212 to 215.

各FFT演算器212〜215は、各部分ビート信号をそれぞれの分割時間区間T1〜T4でFFT処理する。このようにFFT処理を行うことにより、分割時間区間T1〜T4に対して、それぞれに図8(B)〜(E)に示すような周波数スペクトルが得られる。FFT処理部21は、このように生成された周波数スペクトルを、対応する分割時間区間T1〜T4の情報とともに、ピークレベル検出部22に出力する。   Each of the FFT calculators 212 to 215 performs FFT processing on each partial beat signal in each divided time interval T1 to T4. By performing FFT processing in this way, frequency spectra as shown in FIGS. 8B to 8E are obtained for the divided time intervals T1 to T4, respectively. The FFT processing unit 21 outputs the frequency spectrum generated in this way to the peak level detection unit 22 together with information on the corresponding divided time intervals T1 to T4.

ピークレベル検出部22は、各周波数スペクトルを解析して、ピーク周波数の信号レベルA1〜A4を検出する。そして、これらピーク周波数の信号レベルA1〜A4と、これらに対応する分割時間区間T1〜T4とを、仰角検出部24に出力する。   The peak level detection unit 22 analyzes each frequency spectrum and detects signal levels A1 to A4 of the peak frequency. The peak frequency signal levels A1 to A4 and the corresponding divided time intervals T1 to T4 are output to the elevation angle detector 24.

仰角検出部24は、分割時間区間T1〜T4とピーク信号レベルA1〜A4とに基づき、仰角を検出する。具体的に、メモリ23には各部分時間区間T1〜T4のピーク信号レベルA1〜A4の強度関係と仰角との関係が予め記憶されている。仰角検出部24は、ピーク信号レベルA1〜A4が入力されると、これらの強度比較および時系列の強度分布の算出を行い、メモリ23に記憶されている強度比較や時系列の強度分布と照合する。そして、仰角検出部24は、照合の一致度が最も高い強度比較結果や強度分布結果を検出して、これに対応する仰角を検出する。   The elevation angle detector 24 detects the elevation angle based on the divided time intervals T1 to T4 and the peak signal levels A1 to A4. Specifically, the memory 23 stores in advance the relationship between the intensity relationship and the elevation angle of the peak signal levels A1 to A4 of the partial time intervals T1 to T4. When the peak signal levels A <b> 1 to A <b> 4 are input, the elevation angle detection unit 24 compares the intensity and calculates the time-series intensity distribution, and compares the intensity comparison and time-series intensity distribution stored in the memory 23. To do. Then, the elevation angle detection unit 24 detects the intensity comparison result and the intensity distribution result with the highest matching degree, and detects the elevation angle corresponding thereto.

なお、これらFFT処理部21、ピークレベル検出部22、仰角検出部24は、それぞれ個別のハードウエアで構成しても良いが、これらをソフトウエアで構成し、1つの半導体チップで構成しても良い。   The FFT processing unit 21, the peak level detection unit 22, and the elevation angle detection unit 24 may be configured by individual hardware, but may be configured by software and configured by one semiconductor chip. good.

また、仰角検出部24は、強度比較結果や強度分布等で仰角を決定したが、最もピーク信号レベルが高い分割時間区間に基づいて仰角を決定しても良い。   Moreover, although the elevation angle detection unit 24 determines the elevation angle based on the intensity comparison result, the intensity distribution, and the like, the elevation angle may be determined based on the divided time interval in which the peak signal level is the highest.

このような構成および処理を用いることで、従来と同様な水平方向へのターゲット検知を行いながら、同時に垂直方向のターゲット位置(仰角)を検出することができる。これにより、水平方向検知の実行中に、水平方向検知処理を中断して垂直方向検知処理を挿入する必要が無くなり、処理フローが簡素化される。   By using such a configuration and processing, the target position (elevation angle) in the vertical direction can be detected at the same time while performing the target detection in the horizontal direction as in the prior art. This eliminates the need to interrupt the horizontal direction detection process and insert the vertical direction detection process during the horizontal direction detection, thereby simplifying the processing flow.

また、このように垂直方向検知を行いながら水平方向検知を継続的に行うことで、水平方向検知の周期が一定で、且つこの水平方向検知周期内に垂直方向検知をも実行される。これにより、垂直方向検知と水平方向検知とを時分割で行う従来のレーダ装置よりも検知周期を速くすることができる。   Further, by continuously performing the horizontal direction detection while performing the vertical direction detection in this way, the horizontal direction detection cycle is constant, and the vertical direction detection is also executed within this horizontal direction detection cycle. Thereby, a detection cycle can be made faster than the conventional radar apparatus which performs a vertical direction detection and a horizontal direction detection by a time division.

さらに、従来の水平方向のみを検知するレーダ装置から殆どハードウエアの追加を行うことなく、水平方向と垂直方向との2方向の検知を行うことができる。   Furthermore, it is possible to perform detection in two directions, the horizontal direction and the vertical direction, with almost no additional hardware from the conventional radar device that detects only the horizontal direction.

なお、本実施形態では、時間区間Tを4分割(T1〜T4)する例を示したが、検知の仕様や装置の仕様に応じて、分割数は適宜設定することができる。また、本実施形態では、三角波状の送信信号を用いたFMCW方式について示したが、鋸波状の送信信号を用いたFMCW方式や、他波形のFMCW方式についても前述の構成および効果を適用することができる。   In the present embodiment, an example is shown in which the time interval T is divided into four (T1 to T4). However, the number of divisions can be set as appropriate according to the detection specifications and the apparatus specifications. Further, in the present embodiment, the FMCW method using a triangular wave-like transmission signal has been described. However, the above-described configuration and effects are also applied to an FMCW method using a sawtooth wave-like transmission signal and an FMCW method having other waveforms. Can do.

次に、第2の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
図10は各部分時間区間でのピーク周波数の信号レベルの関係を示す図である。
Next, a radar apparatus according to a second embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship of the signal level of the peak frequency in each partial time section.

本実施形態のレーダ装置は、第1の実施形態のレーダ装置に対して、信号処理部2の構成及びデータ処理方法が異なるだけで、他の部分は同じであるので、同じ部分については説明を省略する。   The radar apparatus of this embodiment differs from the radar apparatus of the first embodiment only in the configuration of the signal processing unit 2 and the data processing method, and the other parts are the same. Omitted.

本実施形態の信号処理部2のFFT処理部21は、サンプルシフトFFT処理を実行する回路構成からなる。   The FFT processing unit 21 of the signal processing unit 2 of the present embodiment has a circuit configuration that performs sample shift FFT processing.

FFT処理部21は、入力されたディジタル形式のビート信号をバッファリングして、区間の開始タイミングをシフトさせながら所定区間長内のデータをFFT処理する。より具体的には、三角波の上り区間時間Tuに対応するビート信号のサンプリング時間長Tに対してnT個のサンプルデータを取得し、nTよりも小さい、部分区間長に対応するmT個のFFT処理用データグループを形成する。このmT個のFFT処理用データグループは、開始タイミングが順次時間的にシフトするグループであり、近傍のFFT処理グループ間で同じサンプリングデータが存在してもかまわない。そして、開始タイミングが時系列に並ぶこれらmT個のFFT処理用データグループに対して、順次FFT処理を行っていく。例えば、全サンプリング区間長T内にサンプリングデータが時系列順にD1からD1024まである場合に、まず第1部分区間Td1としてサンプリングデータD1〜D256でFFT処理を行う。次に、開始タイミングを1サンプルずらし、第2部分区間Td2としてサンプリングデータD2〜D257でFFT処理を行う。次に、さらに開始タイミングを1サンプルずらし、第3部分区間Td3としてサンプリングデータD3〜D258でFFT処理を行う。このように、最終の部分区間の最後のサンプリングデータがD1024になるまで、順次、開始タイミングを1サンプルずつずらしながら、それぞれデータ数256個によるFFT処理を行っていく。   The FFT processing unit 21 buffers the input digital beat signal and performs FFT processing on data within a predetermined section length while shifting the start timing of the section. More specifically, nT pieces of sample data are acquired with respect to the sampling time length T of the beat signal corresponding to the upward interval time Tu of the triangular wave, and mT FFT processing corresponding to the partial interval length smaller than nT. A data group is formed. The mT FFT processing data groups are groups whose start timings are sequentially shifted in time, and the same sampling data may exist between neighboring FFT processing groups. Then, the FFT processing is sequentially performed on these mT FFT processing data groups whose start timings are arranged in time series. For example, when there is sampling data from D1 to D1024 in chronological order within the entire sampling section length T, first, FFT processing is performed on the sampling data D1 to D256 as the first partial section Td1. Next, the start timing is shifted by one sample, and FFT processing is performed on the sampling data D2 to D257 as the second partial interval Td2. Next, the start timing is further shifted by one sample, and FFT processing is performed on the sampling data D3 to D258 as the third partial section Td3. In this way, until the last sampling data of the final partial section becomes D1024, the FFT processing is performed with 256 data pieces while sequentially shifting the start timing by one sample.

このような処理を行うと、部分区間毎に周波数スペクトルが得られ、これらからサンプルシフトFFTのスペクトログラムが得られる。   When such processing is performed, a frequency spectrum is obtained for each partial section, and a spectrogram of the sample shift FFT is obtained therefrom.

ピークレベル検出部22は、前述の方法により得られた各部分区間Tdの周波数スペクトルからピーク周波数の信号レベルを検出する。検出されたピーク周波数の信号レベルは、図10に示すような形状で変化する。ピークレベル検出部22は、このピーク信号レベルの遷移特性から最も高いピーク信号レベル値を判別し、これに対応する部分区間Tdを検出する。   The peak level detector 22 detects the signal level of the peak frequency from the frequency spectrum of each partial section Td obtained by the above method. The signal level of the detected peak frequency changes in a shape as shown in FIG. The peak level detector 22 discriminates the highest peak signal level value from the transition characteristics of the peak signal level, and detects the corresponding partial section Td.

メモリ23には、最も高いピーク信号レベルを有する部分区間Tdと仰角との関係が予め記憶されている。言い換えれば、ターゲットの仰角の変化による、最も高いピーク信号レベルを有する部分区間Tdの変化が記憶されている。   The memory 23 stores in advance the relationship between the partial interval Td having the highest peak signal level and the elevation angle. In other words, changes in the partial section Td having the highest peak signal level due to changes in the elevation angle of the target are stored.

仰角検出部24は、ピークレベル検出部22から出力される部分区間Tdをメモリ23に記憶されている関係に照合して、仰角を決定する。   The elevation angle detector 24 collates the partial section Td output from the peak level detector 22 with the relationship stored in the memory 23 to determine the elevation angle.

このような構成及び処理方法を用いることにより、仰角の分解能を細かく設定することができ、さらに高精度な仰角検知、すなわち垂直方向検知を行うことができる。   By using such a configuration and processing method, the resolution of the elevation angle can be set finely, and more accurate elevation angle detection, that is, vertical direction detection can be performed.

次に、第3の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。本実施形態のレーダ装置は、第1の実施形態のレーダ装置に対して、信号処理部2の構成及びデータ処理方法が異なるだけで他の部分は同じであるので、同じ部分については説明を省略する。   Next, a radar apparatus according to a third embodiment will be described with reference to the drawings. The radar apparatus according to the present embodiment is the same as the radar apparatus according to the first embodiment except that the configuration of the signal processing unit 2 and the data processing method are the same. To do.

図11は本実施形態の信号処理部2の検知機能部の主構成を示すブロック図である。
図12は時間区間Tでのビート信号波形を示し、ピークの検出概念を示す図である。
FIG. 11 is a block diagram showing the main configuration of the detection function unit of the signal processing unit 2 of the present embodiment.
FIG. 12 is a diagram showing a beat signal waveform in the time interval T and showing a concept of peak detection.

本実施形態の信号処理部2は、ピーク検出部25、仰角検出部24、メモリ23を備える。ピーク検出部25は、図12に示すように、例えば、三角波の上り変調区間Tuに対応する所定の時間区間Tで、ビート信号(サンプルデータ)を取得する。ピーク検出部25は、取得したサンプルデータの振幅を絶対値処理して振幅の大きさを比較する。そして、ピーク検出部25は、最大の振幅となるサンプリングデータを抽出し、このサンプリングデータの時間位置を取得する。ピーク検出部25は取得した時間位置を仰角検出部24に出力する。   The signal processing unit 2 of this embodiment includes a peak detection unit 25, an elevation angle detection unit 24, and a memory 23. As shown in FIG. 12, the peak detection unit 25 acquires a beat signal (sample data) in a predetermined time interval T corresponding to, for example, an upward modulation interval Tu of a triangular wave. The peak detector 25 performs absolute value processing on the amplitude of the acquired sample data and compares the amplitudes. Then, the peak detector 25 extracts sampling data having the maximum amplitude, and acquires the time position of this sampling data. The peak detector 25 outputs the acquired time position to the elevation angle detector 24.

メモリ23は、振幅が最大となるサンプリングデータの時間位置と仰角との関係が予め記憶されている。
仰角検出部24は、ピーク検出部25から入力される時間位置情報を、メモリ23に記憶する時間位置と仰角との関係に照合し、仰角を決定する。
The memory 23 stores in advance the relationship between the time position of the sampling data with the maximum amplitude and the elevation angle.
The elevation angle detector 24 collates the time position information input from the peak detector 25 with the relationship between the time position stored in the memory 23 and the elevation angle, and determines the elevation angle.

このような構成および処理方法を用いることにより、FFT処理等の煩雑なデータ処理を行うことなく、ターゲットの仰角を検知することができる。   By using such a configuration and processing method, the elevation angle of the target can be detected without performing complicated data processing such as FFT processing.

次に、第4の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。
図13は本実施形態の信号処理部2のターゲット検知部分の主要構成を示すブロック図である。
図14(A)はA/D変換されたビート信号波形を示す図であり、横軸が時間軸、縦軸が振幅を示す。図14(B)は図14(A)に示すビート信号のFFT処理後の周波数スペクトルを示す図であり、横軸がFFTbin、縦軸が信号レベルを示す。
Next, a radar apparatus according to a fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 13 is a block diagram showing the main configuration of the target detection portion of the signal processing unit 2 of the present embodiment.
FIG. 14A shows a beat signal waveform after A / D conversion, where the horizontal axis represents the time axis and the vertical axis represents the amplitude. FIG. 14B shows a frequency spectrum after the FFT processing of the beat signal shown in FIG. 14A, where the horizontal axis shows FFTbin and the vertical axis shows the signal level.

図15は、図14(B)の周波数スペクトルにおけるピーク付近のみを逆FFT処理した後のビート信号波形を示す図であり、(A)はピークFpaに対する結果、(B)はピークFpbに対する結果を示す。   15A and 15B are diagrams showing beat signal waveforms after the inverse FFT processing is performed only on the vicinity of the peak in the frequency spectrum of FIG. 14B. FIG. 15A shows the result for the peak Fpa, and FIG. 15B shows the result for the peak Fpb. Show.

本実施形態の信号処理部2は、FFT処理部21、ピークレベル検出部22、部分周波数領域抽出部26、逆FFT処理部27、ピーク検出部25、仰角検出部24、メモリ23を備える。   The signal processing unit 2 of the present embodiment includes an FFT processing unit 21, a peak level detection unit 22, a partial frequency region extraction unit 26, an inverse FFT processing unit 27, a peak detection unit 25, an elevation angle detection unit 24, and a memory 23.

FFT処理部21は、入力されたビート信号(図14(A))を、例えば、前述の図5に示す上り変調区間Tuに相当する所定時間区間Tに亘りサンプリングして、この時間区間TでFFT処理する。このFFT処理により、図14(B)に示すような周波数スペクトルが得られる。この周波数スペクトルデータは、ピークレベル検出部22に出力される。   The FFT processing unit 21 samples the input beat signal (FIG. 14A) over, for example, a predetermined time interval T corresponding to the upstream modulation interval Tu shown in FIG. Perform FFT processing. By this FFT processing, a frequency spectrum as shown in FIG. 14B is obtained. This frequency spectrum data is output to the peak level detector 22.

ピークレベル検出部22は、入力された周波数スペクトルを解析して、ピーク周波数(bin単位)とその信号レベルを検出する。この際、図14(B)に示すように、互いに所定bin以上離れた独立する複数のピークが存在すれば、これらは距離の異なる複数のターゲットに対応するので、それぞれについてピーク周波数Fpa,Fpbと信号レベルを検出する。ここで、ピークの検出は、得られた周波数スペクトルから適当な閾値を設定し、該閾値を超える信号レベルをピークとして検出すればよい。ピークレベル検出部22は、検出したピーク周波数Fpa,Fpbと信号レベルは、部分周波数領域抽出部26に出力する。   The peak level detector 22 analyzes the input frequency spectrum and detects the peak frequency (in bin units) and its signal level. At this time, as shown in FIG. 14B, if there are a plurality of independent peaks separated from each other by a predetermined number of bins or more, these correspond to a plurality of targets having different distances, so that peak frequencies Fpa, Fpb and Detect the signal level. Here, the peak may be detected by setting an appropriate threshold value from the obtained frequency spectrum and detecting a signal level exceeding the threshold value as a peak. The peak level detection unit 22 outputs the detected peak frequencies Fpa and Fpb and the signal level to the partial frequency region extraction unit 26.

部分周波数領域抽出部26は、入力された各ピーク周波数Fpa,Fpbに対して、それぞれ所定周波数bin範囲FA,FBを設定する。そして、部分周波数領域抽出部26は、該周波数bin範囲FA,FBに含まれる、周波数スペクトルデータ(各bin番号と信号レベル)を抽出する。この抽出された各周波数bin範囲FA,FBの周波数スペクトルデータは、逆FFT処理部27に出力される。   The partial frequency region extraction unit 26 sets predetermined frequency bin ranges FA and FB for the input peak frequencies Fpa and Fpb, respectively. Then, the partial frequency domain extracting unit 26 extracts frequency spectrum data (each bin number and signal level) included in the frequency bin ranges FA and FB. The extracted frequency spectrum data of each frequency bin range FA, FB is output to the inverse FFT processing unit 27.

逆FFT処理部27は、抽出された各周波数bin範囲FA,FBの周波数スペクトルデータをそれぞれ逆FFT処理して、それぞれに所定周波数範囲の信号のみからなり、時間区間Tのビート信号(図15(A)、図15(B)参照)を生成する。これら周波数限定復元ビート信号は、ピーク検出部25に出力される。   The inverse FFT processing unit 27 performs inverse FFT processing on the extracted frequency spectrum data of the frequency bin ranges FA and FB, respectively, each of which includes only a signal in a predetermined frequency range, and the beat signal of the time interval T (FIG. 15 ( A) and FIG. 15B) are generated. These frequency limited restored beat signals are output to the peak detector 25.

ピーク検出部25は、入力された各周波数限定復元ビート信号に対して、前述の実施形態のように振幅の絶対値の最大値を検出し、この振幅最大値を有するサンプリングデータの時間位置TA,TBを検出する。   The peak detection unit 25 detects the maximum value of the absolute value of the amplitude for each input frequency-limited restored beat signal as in the above-described embodiment, and the time position TA of the sampling data having this amplitude maximum value TA, TB is detected.

メモリ23は、振幅が最大となるサンプリングデータの時間位置と仰角との関係が予め記憶されている。   The memory 23 stores in advance the relationship between the time position of the sampling data with the maximum amplitude and the elevation angle.

仰角検出部24は、ピーク検出部25から入力される時間位置TA,TBを、メモリ23に記憶する時間位置と仰角との関係に照合し、それぞれの仰角を決定する。   The elevation angle detection unit 24 collates the time positions TA and TB input from the peak detection unit 25 with the relationship between the time position stored in the memory 23 and the elevation angle, and determines each elevation angle.

このように、本実施形態の構成および処理方法を用いることで、異なる距離に複数のターゲットが存在しても、それぞれの仰角を個別に且つ同時に検出することができる。   As described above, by using the configuration and the processing method of the present embodiment, even when there are a plurality of targets at different distances, the respective elevation angles can be detected individually and simultaneously.

なお、ピークレベル検出部22で得られたピーク周波数は、FMCW方式のターゲット検知におけるペアリングに利用する。すなわち、連続する区間、例えば、図5における上り変調区間とこれに続く下り変調区間とで検出されたピーク周波数に基づきペアリングを行うことで、ターゲットの相対速度、距離、RCS等を算出する。この際、仰角検出部24で検出された仰角を用いることで、ペアリングを容易にすることができる。すなわち、連続する区間で、略同じ仰角が検出されれば、これは同じターゲットであると判断してペアリングを行うことができる。そして、本実施形態のように、異なる距離に複数のターゲットが存在すれば、それぞれの仰角、すなわち複数の仰角に存在するターゲットを同時に検出することで、より高精度なペアリング、およびターゲット検知を行うことができる。   Note that the peak frequency obtained by the peak level detector 22 is used for pairing in FMCW target detection. That is, the target relative speed, distance, RCS, and the like are calculated by performing pairing based on the peak frequencies detected in successive sections, for example, the upstream modulation section in FIG. 5 and the subsequent downstream modulation section. At this time, pairing can be facilitated by using the elevation angle detected by the elevation angle detector 24. That is, if substantially the same elevation angle is detected in consecutive sections, it can be determined that they are the same target and pairing can be performed. And if there are a plurality of targets at different distances as in this embodiment, by detecting simultaneously the respective elevation angles, that is, the targets existing at a plurality of elevation angles, more precise pairing and target detection can be performed. It can be carried out.

次に、第5の実施形態に係るレーダ装置について図を参照して説明する。   Next, a radar apparatus according to a fifth embodiment will be described with reference to the drawings.

図16(A)は本実施形態の信号処理部2のターゲット検知部分の主要構成を示すブロック図であり、図16(B)は図16(A)に示すBPF281〜BPF284の通過特性を示した図である。   FIG. 16A is a block diagram showing the main configuration of the target detection portion of the signal processing unit 2 of this embodiment, and FIG. 16B shows the pass characteristics of the BPF 281 to BPF 284 shown in FIG. FIG.

本実施形態の信号処理部2は、フィルタバンク28、ピーク検出部25A〜25D、仰角検出部24A〜24D、FFT処理部21A〜21D、ピークレベル検出部22A〜22D、ペアリング処理部29を備える。   The signal processing unit 2 of this embodiment includes a filter bank 28, peak detection units 25A to 25D, elevation angle detection units 24A to 24D, FFT processing units 21A to 21D, peak level detection units 22A to 22D, and a pairing processing unit 29. .

フィルタバンク28は、図16(B)に示すように、それぞれに通過帯域が順に隣り合うBPF281、BPF282、BPF283、BPF284を並列に備える。これらBPF281〜284は、それぞれディジタルフィルタにより構成され、BPF281、BPF282、BPF283、BPF284の順に通過帯域が高くなるように設定されている。フィルタバンク28に入力されたビート信号は、BPF281〜284により各周波数帯域の信号(部分周波数帯域ビート信号)に分離される。   As shown in FIG. 16B, the filter bank 28 includes BPF 281, BPF 282, BPF 283, and BPF 284 that are adjacent to each other in order in the passband. Each of these BPFs 281 to 284 is constituted by a digital filter, and is set so that the pass band becomes higher in the order of BPF 281, BPF 282, BPF 283, and BPF 284. The beat signal input to the filter bank 28 is separated into signals in each frequency band (partial frequency band beat signals) by the BPFs 281 to 284.

ピーク検出部25Aは、BPF281から出力された第1部分周波数帯域ビート信号の振幅の絶対値の最大値を検出し、この最大値に対応する時間位置情報を仰角検出部24Aに出力する。仰角検出部24Aはメモリ(図示せず)に記憶された時間位置と仰角との関係に照合し、仰角を決定する。   The peak detection unit 25A detects the maximum absolute value of the amplitude of the first partial frequency band beat signal output from the BPF 281 and outputs time position information corresponding to the maximum value to the elevation angle detection unit 24A. The elevation angle detector 24A collates with the relationship between the time position and the elevation angle stored in a memory (not shown) to determine the elevation angle.

FFT処理部21AはBPF281から出力された第1部分周波数帯域ビート信号をFFT処理し、ピークレベル検出部22Aは第1部分周波数帯域ビート信号の周波数スペクトルからピーク周波数を検出し、ペアリング処理部29に出力する。   The FFT processing unit 21A performs FFT processing on the first partial frequency band beat signal output from the BPF 281. The peak level detection unit 22A detects the peak frequency from the frequency spectrum of the first partial frequency band beat signal, and the pairing processing unit 29 Output to.

ピーク検出部25Bは、BPF282から出力された第2部分周波数帯域ビート信号の振幅の絶対値の最大値を検出し、この最大値に対応する時間位置情報を仰角検出部24Bに出力する。仰角検出部24Bはメモリ(図示せず)に記憶された時間位置と仰角との関係に照合し、仰角を決定する。   The peak detector 25B detects the maximum absolute value of the amplitude of the second partial frequency band beat signal output from the BPF 282, and outputs time position information corresponding to the maximum value to the elevation angle detector 24B. The elevation angle detector 24B collates with the relationship between the time position and the elevation angle stored in a memory (not shown) to determine the elevation angle.

FFT処理部21BはBPF282から出力された第2部分周波数帯域ビート信号をFFT処理し、ピークレベル検出部22Bは第2部分周波数帯域ビート信号の周波数スペクトルからピーク周波数を検出し、ペアリング処理部29に出力する。   The FFT processing unit 21B performs FFT processing on the second partial frequency band beat signal output from the BPF 282, the peak level detection unit 22B detects the peak frequency from the frequency spectrum of the second partial frequency band beat signal, and the pairing processing unit 29 Output to.

ピーク検出部25Cは、BPF283から出力された第3部分周波数帯域ビート信号の振幅の絶対値の最大値を検出し、この最大値に対応する時間位置情報を仰角検出部24Cに出力する。仰角検出部24Cはメモリ(図示せず)に記憶された時間位置と仰角との関係に照合し、仰角を決定する。   The peak detection unit 25C detects the maximum absolute value of the amplitude of the third partial frequency band beat signal output from the BPF 283, and outputs time position information corresponding to the maximum value to the elevation angle detection unit 24C. The elevation angle detector 24C collates with the relationship between the time position and the elevation angle stored in a memory (not shown) to determine the elevation angle.

FFT処理部21CはBPF283から出力された第3部分周波数帯域ビート信号をFFT処理し、ピークレベル検出部22Cは第3部分周波数帯域ビート信号の周波数スペクトルからピーク周波数を検出し、ペアリング処理部29に出力する。   The FFT processing unit 21C performs FFT processing on the third partial frequency band beat signal output from the BPF 283, the peak level detection unit 22C detects the peak frequency from the frequency spectrum of the third partial frequency band beat signal, and the pairing processing unit 29 Output to.

ピーク検出部25Dは、BPF284から出力された第4部分周波数帯域ビート信号の振幅の絶対値の最大値を検出し、この最大値に対応する時間位置情報を仰角検出部24Dに出力する。仰角検出部24Dはメモリ(図示せず)に記憶された時間位置と仰角との関係に照合し、仰角を決定する。   The peak detector 25D detects the maximum absolute value of the amplitude of the fourth partial frequency band beat signal output from the BPF 284, and outputs time position information corresponding to the maximum value to the elevation angle detector 24D. The elevation angle detector 24D collates with the relationship between the time position and the elevation angle stored in a memory (not shown) to determine the elevation angle.

FFT処理部21DはBPF284から出力された第4部分周波数帯域ビート信号をFFT処理し、ピークレベル検出部22Dは第4部分周波数帯域ビート信号の周波数スペクトルからピーク周波数を検出し、ペアリング処理部29に出力する。   The FFT processing unit 21D performs FFT processing on the fourth partial frequency band beat signal output from the BPF 284, the peak level detection unit 22D detects the peak frequency from the frequency spectrum of the fourth partial frequency band beat signal, and the pairing processing unit 29 Output to.

ペアリング処理部29は、各ピークレベル検出部22A〜22Dから入力されたピーク周波数とその信号レベルの情報を適宜バッファリングするとともに、隣り合う変調区間の同情報と比較して、ペアリングを行う。この際、ペアリング処理部29は、仰角検出部24A〜24Dにより取得したターゲットの仰角情報を参照することで、ペアリングを容易にする。そして、このペアリング作業により、信号処理部2は、ターゲットの方位、相対速度、距離、RCS等を算出する。   The pairing processing unit 29 appropriately buffers the peak frequency and the signal level information input from each of the peak level detection units 22A to 22D, and performs pairing by comparing with the same information of adjacent modulation sections. . At this time, the pairing processing unit 29 facilitates pairing by referring to the elevation angle information of the target acquired by the elevation angle detection units 24A to 24D. Then, by this pairing operation, the signal processing unit 2 calculates the target orientation, relative speed, distance, RCS, and the like.

このようにビート信号の周波数を分割することで、異なる距離に存在するターゲットを分離して検知することができる。これにより、ターゲットが複数存在していても、距離が異なれば、これらのターゲットの仰角を同時に検知することができる。   By dividing the frequency of the beat signal in this way, targets existing at different distances can be separated and detected. Thereby, even if there are a plurality of targets, if the distances are different, the elevation angles of these targets can be detected simultaneously.

本実施形態では、A/D変換器の後段にディジタルフィルタからなるフィルタバンクを設置した例を示したが、A/D変換器の前段にアナログフィルタからなるフィルタバンクを設置してもよい。   In the present embodiment, an example in which a filter bank made of a digital filter is installed at the subsequent stage of the A / D converter is shown, but a filter bank made of an analog filter may be installed before the A / D converter.

また、本実施形態では、ビート信号を4つの周波数帯域に分離する例を示したが、分離数はこれに限らず、検知精度や装置仕様により適宜設定すればよい。   In the present embodiment, an example in which the beat signal is separated into four frequency bands has been described.

なお、前述の各実施形態では、連続的に周波数変調を行うFMCW方式の送信信号を例に説明したが、図17に示すような変調区間内で断続的に周波数変調を行う間欠FMCW方式の送信信号Stx′を用いても良い。図17は、間欠FMCW方式の送信信号Stx′波形および受信信号Srx′波形を示す図である。   In each of the above-described embodiments, an FMCW transmission signal that performs frequency modulation continuously has been described as an example. However, intermittent FMCW transmission that performs frequency modulation intermittently within a modulation section as shown in FIG. The signal Stx ′ may be used. FIG. 17 is a diagram illustrating a waveform of a transmission signal Stx ′ and a reception signal Srx ′ of the intermittent FMCW method.

このような間欠FMCW方式では、ターゲットまでの距離に応じて反射信号(受信信号)Srx′が得られる時間が変化するので、受信信号Srx′の取得タイミングを調整することで、距離の異なるターゲットを分別して検知することができる。このような方法を用いることで、前述の第5の実施形態に示したようなフィルタバンクを用いることなく、距離の異なるターゲットの仰角を同時に検知することができる。   In such an intermittent FMCW method, the time during which the reflected signal (received signal) Srx ′ is obtained changes according to the distance to the target. Therefore, by adjusting the acquisition timing of the received signal Srx ′, targets having different distances can be obtained. It can be detected separately. By using such a method, the elevation angles of targets with different distances can be detected at the same time without using a filter bank as shown in the fifth embodiment.

また、前述の各実施形態では、ターゲット検知に利用するビート信号を直接FFT処理していたが、このターゲット検知用ビート信号の振幅レベルのみを、AGC等により一定に調整しても良い。これにより、ビート信号の取得中に水平方向にビーム走査が行われても、FFT処理後の周波数スペクトルの膨張を抑制して、近接する複数のターゲットを確実に分離して検知することができる。また、直流に近い低周波成分に偽のピークが発生することも防止することができる。この結果、より正確に水平方向および垂直方向へのターゲット検知を行うことができる。
また、前述の実施形態では、水平方向の走査を電子式で行う例を示したが、機械的に行う構成を用いても良い。また、進行波アンテナとして、導波管漏れ波アンテナを例に示したが、他の進行波アンテナを用いても良い。
In each of the above-described embodiments, the beat signal used for target detection is directly subjected to FFT processing. However, only the amplitude level of the target detection beat signal may be adjusted to be constant by AGC or the like. Thereby, even if beam scanning is performed in the horizontal direction during acquisition of a beat signal, expansion of the frequency spectrum after FFT processing can be suppressed, and a plurality of adjacent targets can be reliably separated and detected. In addition, it is possible to prevent a false peak from occurring in a low frequency component close to direct current. As a result, the target detection in the horizontal direction and the vertical direction can be performed more accurately.
In the above-described embodiment, an example in which the horizontal scanning is performed electronically has been described. However, a mechanically configured configuration may be used. In addition, as a traveling wave antenna, a waveguide leakage wave antenna is shown as an example, but another traveling wave antenna may be used.

Claims (8)

所定の第1方向に沿って走査され、送信信号を放射して該送信信号に基づく反射信号を受信して受信信号を出力するアンテナと、
連続的または断続的な周波数変調を所定時間区間毎に周期的に行うことで前記送信信号を生成して前記アンテナに与えるとともに、前記送信信号と前記受信信号とミキシングしてビート信号を生成し、該ビート信号に基づいて前記第1方向に沿ったターゲットの検知を行うターゲット検知手段と、を備えたレーダ装置において、
前記アンテナは、前記第1方向に略垂直な第2方向に対して、前記周波数毎に異なる角度で送信信号を放射する進行波アンテナであり、
前記ターゲット検知手段は、前記第1方向に沿ったターゲット検知を行うと同時に、前記ビート信号の時間変化に基づいて前記第2方向に沿ったターゲットの方位を検知する、ことを特徴とするレーダ装置。
An antenna that scans along a predetermined first direction, radiates a transmission signal, receives a reflected signal based on the transmission signal, and outputs a reception signal;
Continuously or intermittently frequency modulation is periodically performed at predetermined time intervals to generate the transmission signal and give it to the antenna, and generate a beat signal by mixing the transmission signal and the reception signal, In a radar apparatus comprising: target detection means for detecting a target along the first direction based on the beat signal;
The antenna is a traveling wave antenna that radiates a transmission signal at a different angle for each frequency with respect to a second direction substantially perpendicular to the first direction;
The radar apparatus characterized in that the target detection means detects the target along the first direction and simultaneously detects the azimuth of the target along the second direction based on a time change of the beat signal. .
前記ターゲット検知手段は、
前記ビート信号の1周期分を複数の部分時間区間に時分割し、それぞれの部分時間区間におけるFFT処理を実行するFFT処理手段と、
該FFT処理結果により得られるビート周波数の信号レベルを各部分時間区間で比較する信号レベル比較手段と、を備え、
前記各部分時間区間の信号レベル比較結果に基づいて前記第2方向に沿ったターゲットの方位を検知する請求項1に記載のレーダ装置。
The target detection means includes
FFT processing means for time-dividing one period of the beat signal into a plurality of partial time sections and executing FFT processing in each partial time section;
Signal level comparison means for comparing the signal level of the beat frequency obtained by the FFT processing result in each partial time interval,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the azimuth of the target along the second direction is detected based on a signal level comparison result of each partial time interval.
前記ターゲット検知手段は、
前記ビート信号の1周期分を、該1周期よりも短いサンプリング期間でサンプリング開始タイミングを時系列にずらしながら前記ビート信号をサンプリングし、それぞれのサンプリング期間に対するFFT処理を行うFFT処理手段と、
該FFT処理結果により得られる各サンプリング期間のビート周波数の信号レベルを比較する信号レベル比較手段と、を備え、
前記各サンプリング期間の信号レベル比較結果に基づいて前記第2方向に沿ったターゲットの方位を検知する請求項1に記載のレーダ装置。
The target detection means includes
FFT processing means for sampling the beat signal while shifting the sampling start timing in a time series in a sampling period shorter than the one period of the beat signal, and performing FFT processing for each sampling period;
Signal level comparison means for comparing the signal level of the beat frequency of each sampling period obtained by the FFT processing result,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the direction of the target along the second direction is detected based on a signal level comparison result in each sampling period.
前記ターゲット検知手段は、
前記ビート信号の振幅が前記1周期内で最大となる前記時間位置を検出するピーク時間検出手段を備え、
検出した時間位置に基づいて前記第2方向に沿ったターゲットの方位を検知する請求項1に記載のレーダ装置。
The target detection means includes
Peak time detecting means for detecting the time position at which the amplitude of the beat signal is maximum within the one cycle;
The radar apparatus according to claim 1, wherein the direction of the target along the second direction is detected based on the detected time position.
前記ターゲット検知手段は、
前記ビート信号を前記1周期分でFFT処理するFFT処理手段と、
該FFT処理により得られる周波数スペクトルのピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、
該ピーク周波数を含む所定周波数領域の周波数スペクトルを逆FFT処理する逆FFT処理手段と、
該逆FFT処理により得られる復元部分ビート信号の振幅が最大となる前記時間位置を検出するピーク時間検出手段と、を備え、
検出した時間位置に基づいて前記第2方向に沿ったターゲットの方位を検知する請求項1に記載のレーダ装置。
The target detection means includes
FFT processing means for performing FFT processing on the beat signal in one cycle;
Peak frequency detection means for detecting the peak frequency of the frequency spectrum obtained by the FFT processing;
An inverse FFT processing means for performing an inverse FFT process on a frequency spectrum in a predetermined frequency region including the peak frequency;
Peak time detection means for detecting the time position at which the amplitude of the restored partial beat signal obtained by the inverse FFT processing is maximized,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the direction of the target along the second direction is detected based on the detected time position.
前記ターゲット検知手段は、
前記ビート信号をそれぞれに異なる部分周波数変調帯域毎に分離して、部分周波数ビート信号を生成するフィルタ手段と、
前記部分周波数ビート信号の振幅が最大となる時間位置を検出する部分ピーク時間検出手段と、を備え、
検出した時間位置に基づいて前記第2方向に沿ったターゲットの方位を検知する請求項1に記載のレーダ装置。
The target detection means includes
Filter means for separating the beat signal into different partial frequency modulation bands, and generating a partial frequency beat signal;
A partial peak time detection means for detecting a time position at which the amplitude of the partial frequency beat signal is maximum,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the direction of the target along the second direction is detected based on the detected time position.
前記ターゲット検知手段は、検知された前記第2方向に沿った方位に基づいて、複数の前記時間区間のピーク周波数同士をペアリングする請求項1〜6のいずれかに記載のレーダ装置。  The radar device according to any one of claims 1 to 6, wherein the target detection unit pairs peak frequencies of a plurality of the time intervals based on the detected direction along the second direction. 前記ターゲット検知手段は、前記ペアリングに利用するビート信号レベルの時間遷移を補正する請求項7に記載のレーダ装置。  The radar apparatus according to claim 7, wherein the target detection unit corrects a time transition of a beat signal level used for the pairing.
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