JP7069643B2 - Signal processing equipment, signal processing methods and signal processing programs - Google Patents
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Description
本発明は、信号処理システム、信号処理装置、信号処理方法および信号処理プログラムに関する。 The present invention relates to a signal processing system, a signal processing apparatus, a signal processing method and a signal processing program.
上記技術分野において、非特許文献1には、対象物体までの距離を測定するために、音波を送信し、対象物体から反射した音波を受信し、受信した音波波形と送信した音波波形との相互相関関数で距離を測定する方法が公開されている。
In the above technical field, in
しかしながら、上記文献に記載の技術では、周波数変調波形が似ている区間同士で相関をもつため、相関関数において、本当の相関のピーク以外にもサイドローブ(side lobe)あるいはグレーティングローブ(grating lobe)と呼ばれるピークが発生していた。このサイドローブやグレーティングローブは、曖昧度関数(ambiguity function)とよばれる表示で確認できるが、周波数変調の周期時間ごとに発生するグレーティングローブには本当の相関ピークに匹敵する高さとなる場合があり、誤検出につながっていた。 However, in the technique described in the above document, since the intervals having similar frequency modulation waveforms are correlated with each other, in the correlation function, in addition to the peak of the true correlation, a side lobe or a grating lobe is used. There was a peak called. These sidelobes and grating lobes can be confirmed by a display called the ambiguity function, but the grating lobes that occur at each period of frequency modulation may have a height comparable to the true correlation peak. , Leading to false positives.
本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique for solving the above-mentioned problems.
上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理装置は、
周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段を備える信号処理装置であって、
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変え、前記滑らかに変化する波形として正弦波を含む。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理装置は、
周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段を備える信号処理装置であって、
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅を狭くしたのち広くするように変調する、または、前記周波数変調の帯域幅を広くしたのち狭くするように変調する。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理装置は、
周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段を備える信号処理装置であって、
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅の中心が移動するように変調する。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理装置は、
周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段を備える信号処理装置であって、
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅の変化するタイミングを移動させる。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理装置は、
周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段を備える信号処理装置であって、
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅の変化が少なくとも2回繰り返されるように変調する。
また、上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理装置は、
周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段を備える信号処理装置であって、
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅を少なくとも2つの波形で変調する。
In order to achieve the above object, the signal processing device according to the present invention is
A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means modulates and changes the bandwidth of the frequency modulation with a smoothly changing waveform, and includes a sine wave as the smoothly changing waveform .
Further, in order to achieve the above object, the signal processing apparatus according to the present invention is
A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means modulates the frequency modulation bandwidth to narrow and then widen, or widens and then narrows the frequency modulation bandwidth.
Further, in order to achieve the above object, the signal processing apparatus according to the present invention is
A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means modulates so that the center of the bandwidth of the frequency modulation moves.
Further, in order to achieve the above object, the signal processing apparatus according to the present invention is
A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means moves the timing at which the bandwidth of the frequency modulation changes.
Further, in order to achieve the above object, the signal processing apparatus according to the present invention is
A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means modulates the frequency modulation so that the bandwidth change is repeated at least twice.
Further, in order to achieve the above object, the signal processing apparatus according to the present invention is
A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means modulates the bandwidth of the frequency modulation with at least two waveforms.
上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理方法は、
周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成ステップを含む信号処理装置の信号処理方法であって、
前記送信波形生成ステップは、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更ステップを含み、
前記帯域幅変更ステップにおいては、前記周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変え、前記滑らかに変化する波形として正弦波を含む。
In order to achieve the above object, the signal processing method according to the present invention
It is a signal processing method of a signal processing apparatus including a transmission waveform generation step of generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation step includes a bandwidth change step for generating the transmission waveform in which the frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
In the bandwidth changing step, the bandwidth of the frequency modulation is modulated and changed by a smoothly changing waveform, and a sine wave is included as the smoothly changing waveform .
上記目的を達成するため、本発明に係る信号処理プログラムは、
周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成ステップをコンピュータに実行させる信号処理プログラムであって、
前記送信波形生成ステップは、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更ステップを有し、
前記帯域幅変更ステップにおいては、前記周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変え、前記滑らかに変化する波形として正弦波を含む、コンピュータに実行させる。
In order to achieve the above object, the signal processing program according to the present invention is
A signal processing program that causes a computer to execute a transmission waveform generation step that generates a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation step has a bandwidth change step for generating the transmission waveform in which the frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation .
In the bandwidth change step, the bandwidth of the frequency modulation is modulated and changed by a smoothly changing waveform, and a computer including a sine wave as the smoothly changing waveform is executed.
本発明によれば、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the generation of grating lobes and detect an object with high accuracy.
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素は単なる例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail exemplary with reference to the drawings. However, the components described in the following embodiments are merely examples, and the technical scope of the present invention is not intended to be limited thereto.
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態としての信号処理装置100について、図1Aおよび図1Bを用いて説明する。信号処理装置100は、物体を検出するための送信波形を生成する装置である。
[First Embodiment]
The
図1Aに示すように、信号処理装置100は、送信波形生成部101と、帯域幅変更部102と、を含む。送信波形生成部101は、周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を行った送信波形を生成する。帯域幅変更部102は、送信波形生成部101において周波数変調の帯域幅を変える。
As shown in FIG. 1A, the
図1Bに示すように、送信波形生成部101は、初期位相指定部111と、周波数変調波形生成部112と、帯域幅変更部102と、を備える。そして、帯域幅変更部102は、周波数指定部121と、変調波発生部122と、変調波発生部122と、を備える。周波数変調波形生成部112は、初期位相指定部111から初期位相の指定を受け、周波数指定部121からの周波数情報に基づき、正弦波周波数変調(以下SFM:Sinusoidal Frequency Modulation)による送信波形を生成する。周波数指定部121に対しては、変調波発生部122からSFMの変調を支配する正弦波が提供され、変調波発生部123から帯域幅を時変制御する変調波が提供される。
As shown in FIG. 1B, the transmission
本実施形態によれば、周波数変調の帯域幅を変えることにより周波数変調周期の整数倍の位相における相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present embodiment, by changing the bandwidth of the frequency modulation, the height of the correlation function in the phase which is an integral multiple of the frequency modulation cycle is suppressed, so that the generation of the grating lobe is suppressed and the object is detected with high accuracy. Can be done.
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、中心周波数に加算する周波数の最大周波数に相当する周波数変調の帯域幅を時変制御することにより、周波数変調周期の整数倍の位相における相関関数の高さを抑える。
[Second Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The signal processing apparatus according to the present embodiment controls the bandwidth of the frequency modulation corresponding to the maximum frequency of the frequency to be added to the center frequency by time-varying control, so that the height of the correlation function in the phase of an integral multiple of the frequency modulation cycle can be determined. suppress.
《前提技術の説明》
本実施形態の信号処理装置を説明する前に、その特徴を明瞭とするため前提技術の構成および動作とその問題点について説明する。
<< Explanation of prerequisite technology >>
Before explaining the signal processing apparatus of this embodiment, the configuration and operation of the prerequisite technique and its problems will be described in order to clarify its characteristics.
まず、SFMについて説明する。SFMは、正弦波で正弦波を周波数変調した波形である。送信素子の共振周波数をキャリア周波数とし、キャリア周波数と比較して低い周波数の正弦波で周波数変調する。このキャリア周波数と比較して低い周波数の波形、変調波と呼ぶ。SFMでは変調波は正弦波である。周波数変調の範囲は、送信素子の共振周波数を大きく外れないように設定する。このSFMで発生される波形は、キャリア送信素子への負担が少なく、信号の電力を大きくすることができる。 First, SFM will be described. SFM is a waveform obtained by frequency-modulating a sine wave with a sine wave. The resonance frequency of the transmitting element is set as the carrier frequency, and the frequency is modulated by a sine wave having a frequency lower than the carrier frequency. It is called a waveform or modulated wave with a frequency lower than this carrier frequency. In SFM, the modulated wave is a sine wave. The range of frequency modulation is set so as not to deviate significantly from the resonance frequency of the transmitting element. The waveform generated by this SFM has less burden on the carrier transmission element, and can increase the power of the signal.
SFMを生成する周波数f1(ti)を生成する式を式(1)に、それにより波形を発生する擬似プログラムの例を式(2)に示す。ここで、*は乗算、tiはサンプル番号(つまり時間)を、f1は変調正弦波(送信信号)の周波数、fcは中心周波数、beta0は帯域幅、piは円周率、Mは波形の長さの間に繰り返す変調正弦波変調の回数、lenは信号の長さをそれぞれ表す。sig(ti)は送信波形、phiは位相、fsはサンプリング周波数、1iは虚数単位、expは複素指数関数である。特に指定のない記号や変数については、他の数式や擬似プログラムでも同様である。
(信号処理装置の機能構成)
図5は、前提技術に係る信号処理装置における送信波形生成部501の機能構成を示すブロック図である。
(Functional configuration of signal processing device)
FIG. 5 is a block diagram showing a functional configuration of a transmission waveform generation unit 501 in a signal processing device according to a prerequisite technique.
SFM送信波形は周波数変調波形生成部211において生成される。周波数変調波形生成部211は、初期位相指定部212から初期位相の指定を受け、帯域幅指定部502からの周波数情報に基づき、SFM送信波形を生成する。帯域幅指定部502は、周波数指定部503と変調波発生部204とを有する。周波数指定部503は、加算部231と乗算部532とを有する。
The SFM transmission waveform is generated by the frequency modulation
変調波発生部204はSFMの変調を支配する正弦波を振幅“1”で生成し、周波数指定部503の乗算部532に送る。乗算部532は、変調波発生部204から受けた正弦波に帯域幅betaを乗じて、加算部231へと送る。加算部231は、乗算部532から受けた波形に中心周波数fcを加算して、周波数情報として、周波数変調波形生成部211へと送る。
The modulation
(送信波形のスペクトログラム)
図6Aは、前提技術に係る送信波形のスペクトログラム610を示す図である。ここでは、例示的に、中心周波数fcは1GHz、変調の帯域幅beta0はプラスマイナス5MHz、波形長は100μSec、繰り返し回数Mを16.5とした。サンプリング周波数fsは3GHzとした。波形長lenは300000サンプルになる。横軸は時間で縦軸は周波数である。スペクトログラム上で周波数が正弦波を描いていることが分かる。つまり、スペクトログラムは、送信信号の周波数の変化を表わすものである。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 6A is a diagram showing a
SFMは、相関関数に鋭いピークをもつため、位置の検出精度は高い。またドップラー検出能力も低くない。そのためレーダーなどで利用されている。ただし、周波数変調波形が似ている区間では相関をもつため、相関関数において、本当の相関のピーク以外にもサイドローブあるいはグレーティングローブと呼ばれるピークが発生する。このサイドローブやグレーティングローブは、環境雑音などがある環境では、本当の相関ピークに匹敵する高さとなる場合があり、誤検出につながる。 Since SFM has a sharp peak in the correlation function, the position detection accuracy is high. Also, the Doppler detection capability is not low. Therefore, it is used in radar and the like. However, since there is a correlation in the section where the frequency modulation waveforms are similar, a peak called a side lobe or a grating lobe is generated in the correlation function in addition to the peak of the true correlation. These sidelobes and grating lobes may have a height comparable to the true correlation peak in an environment with environmental noise, leading to false positives.
このサイドローブとグレーティングローブを自己曖昧度関数(Auto ambiguity function)とよばれる表示で確認する。自己曖昧度関数は、例えば[非特許文献2]に記載されたように、式(3)で定義される。
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図6Bは、前提技術に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示620を示す図である。図6Bにおいて、縦軸は周波数偏移(移動速度に対応)、横軸は時間差(距離に対応)、明るさが相関関数の値となる。原点を通る横軸上をたどると、その濃さは対象物体の移動速度“0”の際の相関関数になる。理想的には、中央部にのみ明るい(高い)部分があり、それ以外は低いことが望ましい。図6Bは中央部付近の領域だけを見ると理想に近いことが分かる。ただし、縦軸の原点以外にあるいくつかのピークがサイドローブである。ここでは問題になるほど高くない。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 6B is a diagram showing a two-
(自己曖昧度関数の3次元表示)
図6Cは、前提技術に係る送信波形の自己曖昧度関数の3次元表示630を示す図である。図6Cでは、横軸の原点以外でいくつかの高いピークがある。これらのピークがグレーティングローブである。グレーティングローブは本当のピーク(この図では中央部)に近い高さがあり、間違って検出してしまう場合がある。これは対象物体の位置(距離)を誤って測定してしまうことになる。
(Three-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 6C is a diagram showing a three-
《本実施形態の説明》
以下、上記課題を解決する本実施形態について、詳細に説明する。本実施形態では、SFMの変調正弦波の周波数の変化のさせ方をさらに変調している。本実施形態における変調正弦波の周波数の変化のさせ方として、滑らかな変化にしていくことが望ましい。滑らかな変化として、変調の帯域幅を徐々に狭くしたのちに広くする、徐々に広くしたのち狭くする、徐々に狭くしていく、徐々に広くしていく、帯域幅全体を徐々に高くする、帯域幅全体を徐々に低くする、帯域幅の広い狭いと高低の両方を徐々に変える、などの方法がある。
<< Explanation of the present embodiment >>
Hereinafter, the present embodiment for solving the above problems will be described in detail. In this embodiment, the method of changing the frequency of the modulated sine wave of SFM is further modulated. As a method of changing the frequency of the modulated sine wave in the present embodiment, it is desirable to make a smooth change. Smooth changes include gradually narrowing and then widening the modulation bandwidth, gradually widening and then narrowing, gradually narrowing, gradually widening, and gradually increasing the overall bandwidth. There are methods such as gradually lowering the entire bandwidth, gradually changing both wide and narrow bandwidth and high and low bandwidth.
本実施形態の送信波形を発生する式を式(4)に示す。前提技術の式(1)と比較して、周波数f1の帯域幅beta0が定数であったのに対し、式(4)では、帯域幅beta(ti)が時間的に変化することが特徴である。
(本実施形態の具体例)
本実施形態の具体例として、徐々に狭くしたのちに広くする場合の送信波形を例に説明する。本具体例において送信波形を発生する式を式(5)に示す。
As a specific example of this embodiment, a transmission waveform in the case of gradually narrowing and then widening will be described as an example. The equation that generates the transmission waveform in this specific example is shown in equation (5).
《信号処理装置の機能構成》
図2は、本実施形態に係る信号処理装置200の機能構成を示すブロック図である。なお、図2において、前提技術の図5と同様の機能構成には同じ参照番号を付す。
<< Functional configuration of signal processing equipment >>
FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the
信号処理装置200は、送信波形生成部201を備える。送信波形生成部201は、周波数変調波形生成部211と、初期位相指定部212と、帯域幅変更部202と、を有する。そして、帯域幅変更部202は、周波数指定部203と、変調波発生部204と、変調波発生部205と、を有する。さらに、周波数指定部203は、加算部231と、乗算部232と、を有する。
The
本実施形態のSFM送信波形は、周波数変調波形生成部211において生成される。周波数変調波形生成部211は、初期位相指定部212から初期位相の指定を受け、帯域幅変更部202からの周波数情報に基づき、SFM送信波形を生成する。変調波発生部204はSFMの変調を支配する正弦波を振幅“1”で生成し、周波数指定部203の乗算部232に送る。乗算部232は、変調波発生部204から受けた正弦波に、変調波発生部205からの変化する帯域幅beta1(ti)を乗じて、加算部231へと送る。加算部231は、乗算部232から受けた波形に中心周波数fcを加算して、周波数情報として、周波数変調波形生成部211へと送る。
The SFM transmission waveform of this embodiment is generated by the frequency modulation
《信号処理システムの構成》
図3は、本実施形態に係る送信機としての信号処理装置200を含む信号処理システム300の構成を示すブロック図である。
<< Configuration of signal processing system >>
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a
図3に示すように、信号処理システム300は、送信機として送信信号331を送信する信号処理装置200と、送信信号331が対象物体330で反射することによって得られた反射信号332を受信する受信機350と、を備える。受信機350は、送信信号331と反射信号332との相関関係に基づいて、対象物体330の存在、および、対象物体330までの距離を検出する。
As shown in FIG. 3, the
送信機としての信号処理装置200は、送信波形生成部201と、無線送信部301と、送信アンテナ302と、を備える。受信機350は、受信アンテナ352と、無線受信部353と、相関計算部354と、絶対値生成部355と、出力部356と、を含む。
The
送信波形生成部201は、送信波形を生成して無線送信部301へと送るとともに、相関計算部354へ、送信波形を送る。無線送信部301は送信波形に周波数変換などを行い、無線信号へと変換して、送信アンテナ302から送信する。無線受信部353は、送信信号331が対象物体330で反射することによって得られた反射信号332を、受信アンテナ352を経由して受信し、受信した無線信号の周波数変換などを行い、所望の周波数帯域の受信波形として相関計算部354へと送る。相関計算部354は、送信波形と受信波形との相互相関関数を計算し、絶対値生成部355へと送る。絶対値生成部355が出力部356から出力する相互相関関数に基づいて、対象物体330の存在、および、対象物体330までの距離が検出される。
The transmission
なお、本実施形態においては、送信機を信号処理装置としているが、送信機と受信機とが一体となった装置や、それらの一部の構成グループにより構成される装置を、信号処理装置としてもよい。 In the present embodiment, the transmitter is used as a signal processing device, but a device in which a transmitter and a receiver are integrated or a device composed of some constituent groups thereof is used as a signal processing device. May be good.
(送信波形のスペクトログラム)
図4Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム410を示す図である。スペクトログラム410は、式(5)に従って発生した送信波形のスペクトログラムである。ここで、c1=2、c2=1とした。図4Aでは、SFMと同様に、スペクトログラム(周波数変化)に正弦波的な変調があるが、その周波数変化の帯域幅が次第に狭くなったのち広くなっていることがわかる。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 4A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図4Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示420を示す図である。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 4B is a diagram showing a two-
(自己曖昧度関数の3次元表示)
図4Cは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の3次元表示430を示す図である。
(Three-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 4C is a diagram showing a three-
図4Bおよび図4Cは、図4Aのスペクトログラムの波形の自己曖昧度関数であり、曖昧度関数から本実施形態の効果を分析する。図6B、図6Cに示したSFMの曖昧度関数と比較して、原点付近が高く、それ以外の部分での相関係数が小さくなっていることが分かる。原点を通る横軸にしたがって相関関数を見ると、サイドローブやグレーティングローブがほとんど存在しないことが分かる。原点を通る縦軸に従って相関関数を見ても原点以外の相関関数が高い点が少ない。この曖昧度関数は、誤検出が少なくできるということを意味している。 4B and 4C are self-ambiguity functions of the waveform of the spectrogram of FIG. 4A, and the effect of the present embodiment is analyzed from the ambiguity function. Compared with the ambiguity function of SFM shown in FIGS. 6B and 6C, it can be seen that the vicinity of the origin is high and the correlation coefficient in other parts is small. Looking at the correlation function along the horizontal axis passing through the origin, we can see that there are almost no sidelobes or grating lobes. Even if you look at the correlation function along the vertical axis passing through the origin, there are few points where the correlation function other than the origin is high. This ambiguity function means that false positives can be reduced.
《信号処理装置のハードウェア構成》
図7は、本実施形態に係る信号処理装置200のハードウェア構成を示すブロック図である。図7は、信号処理装置200の機能構成部がソフトウェアで実行される場合の構成を示す。
<< Hardware configuration of signal processing device >>
FIG. 7 is a block diagram showing a hardware configuration of the
図7で、CPU(Central Processing Unit)710は演算制御用のプロセッサであり、プログラムを実行することで図2および図3の機能構成部を実現する。なお、CPU710は、それぞれの機能に対応して複数あってもよい。ROM(Read Only Memory)720は、初期データおよびプログラムなどの固定データおよびプログラムを記憶する。ネットワークインタフェース730は、ネットワークを介して、他の装置との通信を制御する。
In FIG. 7, the CPU (Central Processing Unit) 710 is a processor for arithmetic control, and the functional components of FIGS. 2 and 3 are realized by executing a program. There may be a plurality of CPU 710s corresponding to each function. The ROM (Read Only Memory) 720 stores fixed data and programs such as initial data and programs. The
RAM(Random Access Memory)740は、CPU710が一時記憶のワークエリアとして使用するランダムアクセスメモリである。RAM740には、本実施形態の実現に必要なデータを記憶する領域が確保されている。送信波形生成テーブル741は、本実施形態の送信波形を生成するために使用されるテーブルである。送信波形生成テーブル741には、送信波形の生成に使用される送信波形生成パラメータ742と、送信波形生成パラメータ742を用いて生成される変調周波数743と、送信波形生成パラメータ742と変調周波数743とにより生成される送信波形744と、を記憶する。送信無線データ745は、送信波形744に対応して生成された送信無線用のためのデータである。入出力データ746は、入出力インタフェース760を介して、無線送信部301を含む入出力機器と入出力するデータである。送受信データ747は、ネットワークインタフェース730を介して、他の装置と送受信を行うデータである。
The RAM (Random Access Memory) 740 is a random access memory used by the
ストレージ750は、データベースや各種のパラメータ、あるいは本実施形態の実現に必要な以下のデータまたはプログラムが記憶されている。変調周波数生成アルゴリズム751は、送信波形生成パラメータ742から変調周波数743を生成するアルゴリズムである。送信波形生成アルゴリズム752は、送信波形生成パラメータ742と変調周波数743とから送信波形を生成するアルゴリズムである。
The
ストレージ750には、以下のプログラムが格納される。信号処理装置制御プログラム753は、本実施形態の信号処理装置200の全体の処理を制御するプログラムである。変調周波数生成モジュール754は、変調周波数生成アルゴリズム751に従い、送信波形生成パラメータ742から変調周波数743を生成するモジュールである。送信波形生成モジュール756は、送信波形生成アルゴリズム752に従い、送信波形生成パラメータ742と変調周波数743とから送信波形を生成するモジュールである。無線送信モジュール757は、無線送信部301から送信波形信号の送信を制御するモジュールである。
The following programs are stored in the
入出力インタフェース760は、入出力デバイスとのデータ入出力を制御するためのインタフェースを行なう。本実施形態においては、入出力インタフェース760には、送信アンテナ302への信号を送信する無線送信部301が接続される。なお、本信号処理装置200が反射信号の受信による対象物体の検出機能も有する装置の場合は、受信アンテナおよび無線受信部を接続してもよい。入出力インタフェース760には、さらに、信号処理装置200の動作を監視し操作するため、表示部761と、操作部762と、が接続されてもよい。
The input /
なお、図7のRAM740やストレージ750には、信号処理装置200が有する汎用の機能や他の実現可能な機能に関連するプログラムやデータは図示されていない。
The
(送信波形生成テーブル)
図8は、本実施形態に係る送信波形生成テーブル741の構成を示す図である。送信波形生成テーブル741は、本実施形態の送信波形を生成するために使用される。なお、図8において、図7と同様の構成要素には同じ参照番号を付す。
(Transmission waveform generation table)
FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the transmission waveform generation table 741 according to the present embodiment. The transmission waveform generation table 741 is used to generate the transmission waveform of the present embodiment. In FIG. 8, the same reference numbers are assigned to the same components as those in FIG. 7.
送信波形生成テーブル741は、送信波形生成パラメータ742と、変調周波数743と、送信波形744と、を記憶する。送信波形生成パラメータ742は、中心波形fcと、帯域幅beta1(ti)と、繰り返し回数Mu(ti)と、信号長さ(len)と、初期位相(phi)と、を含む。また、帯域幅beta1(ti)を生成するためのパラメータ845である、帯域幅の最大値beta0と、帯域幅変更パラメータc1、c2と、を含む。
The transmission waveform generation table 741 stores the transmission
《信号処理装置の処理手順》
図9は、本実施形態に係る信号処理装置200の処理手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、図7のCPU710がRAM740を使用して実行し、図2および図3の機能構成部を実現する。
<< Processing procedure of signal processing device >>
FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of the
信号処理装置200は、ステップS901において、帯域幅変更用のパラメータ845を取得する。そして、信号処理装置200は、ステップS903において、帯域幅変更用のパラメータ845を用いて帯域幅beta1(ti)を生成する。信号処理装置200は、ステップS905において、送信波形生成パラメータ742を取得する。そして、信号処理装置200は、ステップS907において、式(5)に従い、変調正弦波の周波数(f1(ti))の生成処理を実行する。次に、信号処理装置200は、ステップS909において、式(2)のプログラムに従い、送信波形(sig(ti))の生成を実行する。そして、信号処理装置200は、ステップS911において、送信波形(sig(ti))に従い無線送信処理を行う。
In step S901, the
本実施形態によれば、変調正弦波の周波数(f1(ti))を時間により変化させることにより、周波数変調の帯域幅を変えて相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present embodiment, the generation of the grating lobe is suppressed by changing the frequency (f1 (ti)) of the modulated sine wave with time to change the bandwidth of the frequency modulation and suppressing the height of the correlation function. It is possible to detect an object with high accuracy.
つまり、式(5)に示したように、変調正弦波の振幅beta1(ti)を時間に対して変化させることで、図4Aのスペクトログラムに現われる変調の帯域幅を連続的に変化させることになり、この複雑な変化が曖昧度関数を望ましい方向に変化させている。 That is, as shown in Eq. (5), by changing the amplitude beta1 (ti) of the modulated sine wave with time, the modulation bandwidth appearing in the spectrogram of FIG. 4A is continuously changed. , This complex change changes the ambiguity function in the desired direction.
本実施形態の波形は、パラメータを若干変えるだけで他の波形と区別しやすい波形を作ることが容易であり、時間-周波数の枠内における波形の選択肢を多くするという効果がある。 The waveform of the present embodiment can easily create a waveform that can be easily distinguished from other waveforms by slightly changing the parameters, and has the effect of increasing the choice of waveforms within the time-frequency frame.
このことを示すために、図4Aの波形が他の波形と区別しやすいかどうかを、次の式(6)であらわされる相互曖昧度関数と呼ばれる関数で評価し、十分に区別しやすいことを確認した。
式(3)と式(6)との差異は、Uとして別の関数U1とU2が用いられていることである。別の関数U1とU2の間の相互的な類似度を算出することに相当する。この値が全体に小さければ、U1とU2は、時間をずらした場合、ドップラー効果がある場合などでも、類似しない、すなわち区別できるということを意味している。 The difference between equation (3) and equation (6) is that different functions U1 and U2 are used as U. Equivalent to calculating the reciprocal similarity between another function U1 and U2. If this value is small overall, it means that U1 and U2 are dissimilar, that is, distinguishable, even if they are staggered or have a Doppler effect.
図4Aの波形と、LFM(Linear Frequency Modulation)あるいはCW(continuous wave)とは、波形のスペクトログラムの形が大きく異なるので、相互曖昧度関数は、全ての場合で“0.1”を下回る。これは波形の区別が容易ということである。図4Aの波形を時間周波数の枠における選択肢の1つとすることが可能ということであり、選択肢が増えるということは、多くの波形を同時に受信する場合にも区別して処理することが可能になるという効果が得られるということである。 Since the waveform of FIG. 4A and LFM (Linear Frequency Modulation) or CW (continuous wave) are significantly different in the shape of the spectrogram of the waveform, the mutual ambiguity function is less than "0.1" in all cases. This means that it is easy to distinguish waveforms. It is possible to use the waveform of FIG. 4A as one of the options in the frame of time frequency, and the increase in the options means that it is possible to process many waveforms separately even when they are received at the same time. It means that the effect can be obtained.
本実施形態の波形を使った場合には、時間周波数の枠がひとつしかない場合でも、相互相関関数による区別がしやすい。 When the waveform of the present embodiment is used, it is easy to distinguish by the cross-correlation function even when there is only one frame of time frequency.
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第2実施形態と比べると、波形の長さの間に繰り返す変調正弦波変調の回数(M)を変化させた点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[Third Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described. The signal processing apparatus according to the present embodiment is different from the second embodiment in that the number of times (M) of repeated modulation sine wave modulation is changed during the length of the waveform. Since other configurations and operations are the same as those in the second embodiment, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
《本実施形態の第1例》
本実施形態は、変調の速度を変えた場合である。式は式(5)と同様であるが、Mを“11.5”として変調速度を遅くしている。
<< First Example of the present embodiment >>
This embodiment is a case where the modulation speed is changed. The equation is the same as the equation (5), but the modulation speed is slowed down by setting M to "11.5".
(送信波形のスペクトログラム)
図10Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム1010を示す図である。図10Aから繰り返しの周期が長くなり、周波数上限の回数が減っていることがわかる。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 10A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図10Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示1020を示す図である。図10Bの自己曖昧度関数では、dopplerが高い場所に若干のピークが見えてくるが、この時の物体の速度はマッハ4と極めて高速であり、実用上問題にならない。すなわち対象物の速度に応じて、変調の速度を下げていくことも可能である。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 10B is a diagram showing a two-
(相互曖昧度関数の3次元表示)
図10Cは、本実施形態に係る送信波形の相互曖昧度関数の3次元表示1030を示す図である。第2実施形態の波形と本実施形態の波形とは一見とても似ているが、それらの相互曖昧度関数を示す図10Cを見ると、最大でも“0.1”程度であり、区別できることが分かる。この図10Cでは、図を見やすくするためにスケールを変更している(10倍の高感度にしている)。
(Three-dimensional display of mutual ambiguity function)
FIG. 10C is a diagram showing a three-
《本実施形態の第2例》
第2例では、第1例よりさらに変調正弦波の速度を下げている。式(5)の繰り返し回数Mを“4.5”にした場合である。
<< Second Example of the present embodiment >>
In the second example, the speed of the modulated sine wave is further reduced as compared with the first example. This is the case where the number of repetitions M of the equation (5) is set to “4.5”.
(送信波形のスペクトログラム)
図11Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム1110を示す図である。図11Aから、繰り返し回数が少ないことが分かる。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 11A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図11Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示1120を示す図である。図11Bにおいて、縦軸プラスマイナス5km/secを過ぎたあたりに、曖昧度関数の値が大きいところがあるが、検知する対象の物体がそこまでの速度で動く可能性がなければ誤検知の可能性は少ない。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 11B is a diagram showing a two-
本実施形態によれば、変調速度を遅くすることで時間周波数の枠に入れられる波形の候補が多数得られ、時間-周波数の枠における選択肢がさらに増えるという効果が得られる。 According to the present embodiment, by slowing down the modulation speed, a large number of waveform candidates that can be put in the time frequency frame can be obtained, and the effect that the choices in the time-frequency frame are further increased can be obtained.
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第2実施形態および第3実施形態と比べると、帯域幅を狭くするタイミングを変える点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態または第3実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described. The signal processing apparatus according to the present embodiment is different from the second embodiment and the third embodiment in that the timing for narrowing the bandwidth is changed. Since other configurations and operations are the same as those of the second embodiment or the third embodiment, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態は第2実施形態と同様に、変調正弦波の帯域幅を徐々に狭くしたのち広くするが、狭くするタイミングが異なる。タイミングを変えるための式を式(7)に示す。変調幅を決めるbeta(ti)において項(pi/4)によりタイミングがずれている。ずらすタイミングを決める量は(pi/4)に限る必要はない。
(送信波形のスペクトログラム)
図12Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム1210を示す図である。図12Aを図4Aと比較すると、変調帯域幅が狭くなるタイミングがずれていることが分かる。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 12A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図12Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示1220を示す図である。図12Bと図4Bを比較すると、自己曖昧度関数はほぼ同一であり、同様の効果が得られていることが分かる。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 12B is a diagram showing a two-
本実施形態によれば、変調正弦波の帯域幅を徐々に狭くするタイミングを変えても、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present embodiment, even if the timing of gradually narrowing the bandwidth of the modulated sine wave is changed, the height of the correlation function can be suppressed to suppress the generation of the grating lobe and detect the object with high accuracy. can.
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第2実施形態乃至第4実施形態と比べると、帯域幅を徐々に広くしたのち狭くする点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態から第4実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[Fifth Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention will be described. The signal processing apparatus according to the present embodiment is different from the second to fourth embodiments in that the bandwidth is gradually widened and then narrowed. Since other configurations and operations are the same as those of the second to fourth embodiments, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態では、変調正弦波の帯域幅を徐々に広くしたのち狭くしていることに特徴がある。その波形を発生する式を式(8)に示す。式(5)と比較して、c2にかかる正負符号が異なっている。
(送信波形のスペクトログラム)
図13Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム1310を示す図である。図13Aからわかるように、変調正弦波の帯域幅を徐々に広くしたのち狭くなっている。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 13A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図13Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示1320を示す図である。図14Bからわかるように、その曖昧度関数はほぼ第2実施形態と同等であるので、同様の効果が得られる。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 13B is a diagram showing a two-
本実施形態によれば、変調正弦波の帯域幅を徐々に広くしたのち狭くしても、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present embodiment, even if the bandwidth of the modulated sine wave is gradually widened and then narrowed, the height of the correlation function is suppressed to suppress the generation of the grating lobe and detect the object with high accuracy. can.
[第6実施形態]
次に、本発明の第6実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第2実施形態乃至第5実施形態と比べると、帯域幅の増減の回数を増加させる点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態から第5実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[Sixth Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention will be described. The signal processing apparatus according to the present embodiment is different from the second to fifth embodiments in that the number of times of increase / decrease in bandwidth is increased. Since other configurations and operations are the same as those of the second to fifth embodiments, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態は、第2実施形態と比較して変調正弦波の速度をさらに速めたことを特徴とする。本実施形態の送信波形を発生する式を式(9)に示す。
(送信波形のスペクトログラム)
図14Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム1410を示す図である。ここでは、Mを“16.5”、Rを“3”にしており、図14Aのスペクトルグラムを見るとわかるように、変調正弦波の変調幅の増減回数が3回である。また、波形全体の帯域幅の最大値はプラスマイナス5MHzに保たれていることが分かる。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 14A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図14Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示1420を示す図である。図14Bから、中央にのみピークがある望ましい形の自己曖昧度関数が得られていることがわかる。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 14B is a diagram showing a two-
本実施形態によれば、似ている波形が繰り返されても非対称なので、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present embodiment, since it is asymmetric even if similar waveforms are repeated, it is possible to suppress the generation of grating lobes and detect an object with high accuracy by suppressing the height of the correlation function.
[第7実施形態]
次に、本発明の第7実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第2実施形態乃至第6実施形態と比べると、変調幅の変化に加えて変調速度も変える点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[7th Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described. The signal processing apparatus according to the present embodiment is different from the second to sixth embodiments in that the modulation speed is changed in addition to the change in the modulation width. Since other configurations and operations are the same as those in the second embodiment, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態では、変調正弦波の帯域幅を変化させるだけでなく、変調正弦波の変調速度も変化させることを特徴とする。本実施形態の第1例の送信波形を発生させる式を式(10)に示す。式(10)では、変調正弦波の速度を変化させるために、第2実施形態の式(5)の定数Mを時変の関数Mu(ti)に変更している。ここでは、Mu(ti)はtiの3次多項式としたが、さらに高次の多項式や、指数関数、対数関数、三角関数など任意の関数を使うことができる。変調正弦波の速度変化の効果により、相互曖昧度関数を小さくする効果があり、さらにバリエーションが増える。
《信号処理装置の機能構成》
図15は、本発明の第7実施形態に係る信号処理装置1500の機能構成を示すブロック図である。なお、図15において、図2と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明は省略する。
<< Functional configuration of signal processing equipment >>
FIG. 15 is a block diagram showing a functional configuration of the
図15と図2との差異は、変調波発生部204における変調速度が、変調速度生成部1506が生成する変調速度Mu(ti)によって、さらに変調されていることである。これにより、式(10)が実現されている。
The difference between FIGS. 15 and 2 is that the modulation speed in the modulation
(送信波形のスペクトログラム)
図16Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム1610を示す図である。スペクトログラムの変調帯域幅が徐々に大きくなったあと小さくなるが、スペクトログラムの周波数変化を表わす正弦波の周波数が次第に大きくなっているのがわかる。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 16A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図16Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示1620を示す図である。図4Bおよび図4Cに示した第2実施形態の曖昧度関数と比較して、さらに、原点付近が高く、それ以外の部分での相関係数が小さくなっていることが分かる。原点を通る横軸や縦軸にしたがって相関関数を見ると、サイドローブやグレーティングローブがほとんど存在しないことが分かる。すなわち、この曖昧度関数は、誤検出が少なくできるということを意味している。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 16B is a diagram showing a two-
本実施形態の第2例の送信波形を発生させる式を式(11)に示す。式(11)では、変調正弦波の速度を変化させるために、第5実施形態の式(8)の定数Mを時変の関数Mu(ti)に変更している。ここでは、Mu(ti)はtiの3次多項式としたが、さらに高次の多項式や、指数関数、対数関数、三角関数など任意の関数を使うことができる。変調正弦波の速度変化の効果により、相互曖昧度関数を小さくする効果があり、さらにバリエーションが増える。
(送信波形のスペクトログラム)
図17Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム1710を示す図である。スペクトログラムの変調帯域幅が徐々に小さくなったあと大きくなるが、スペクトログラムの周波数変化を表わす正弦波の周波数が次第に大きくなっているのがわかる。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 17A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図17Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示1720を示す図である。図13Bおよび図13Cに示した第5実施形態の曖昧度関数と比較して、さらに、原点付近が高く、それ以外の部分での相関係数が小さくなっていることが分かる。原点を通る横軸や縦軸にしたがって相関関数を見ると、サイドローブやグレーティングローブがほとんど存在しないことが分かる。すなわち、この曖昧度関数は、誤検出が少なくできるということを意味している。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 17B is a diagram showing a two-
なお、本実施形態では、変調速度を徐々に速くしていく例を示したが、徐々に遅くしていく、徐々に速くしたのち遅くする、徐々に遅くしたのち速くする、などの方法においても、同様の効果を奏する。 In the present embodiment, an example in which the modulation speed is gradually increased is shown, but there are also methods such as gradually slowing down, gradually increasing the speed and then slowing down, and gradually slowing down and then speeding up. , Has the same effect.
本実施形態によれば、変調幅の変化に加えて変調速度も変えることにより、相関関数の高さをさらに抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present embodiment, by changing the modulation speed in addition to the change in the modulation width, the height of the correlation function can be further suppressed, so that the generation of the grating lobe can be suppressed and the object can be detected with high accuracy.
つまり、式(10)や式(11)に示したように、正弦波の周波数変調f1を表わす角周波数を時間ti/lenに対して高次関数で変化させる。スペクトログラムに現われる変調の周波数を連続的かつ一方向(ここでは周波数が大きくなる方向)に変化させることにより、曖昧度関数を望ましい方向に変化させている。 That is, as shown in the equations (10) and (11), the angular frequency representing the frequency modulation f1 of the sine wave is changed by a higher-order function with respect to the time ti / len. By continuously and unidirectionally changing the frequency of the modulation appearing in the spectrogram (here, the direction in which the frequency increases), the ambiguity function is changed in the desired direction.
[第8実施形態]
次に、本発明の第8実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第2実施形態乃至第7実施形態と比べると、変調幅の中心を移動する点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[Eighth Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the eighth embodiment of the present invention will be described. The signal processing apparatus according to the present embodiment is different from the second to seventh embodiments in that it moves the center of the modulation width. Since other configurations and operations are the same as those in the second embodiment, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態に係る信号発生方式は、SFMの変調の帯域の中心が移動することを特徴とする。本実施形態の送信波形を発生するための周波数を表す式を式(12)に示す。その他は、これまでの式と同様であるため、同じ記号および変数については詳しい説明を省略する。
《信号処理装置の機能構成》
図18は、本実施形態に係る信号処理装置1800の機能構成を示すブロック図である。なお、図18において、図5と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明を省略する。
<< Functional configuration of signal processing equipment >>
FIG. 18 is a block diagram showing a functional configuration of the
図18と図5との差異は、帯域幅変更部1802の周波数指定部1803において、図5の加算部231が3入力の加算部1831に置換され、そこに変調波発生部2807で生成された変調波に乗算部1833で帯域幅beta2を乗じられた変調波が新たに入力されている。これにより、新たな変調が加えられている。
The difference between FIG. 18 and FIG. 5 is that in the
(送信波形のスペクトログラム)
図19Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム1910を示す図である。ここで、beta1=10/3[MHz]、beta2 = 5/3[MHz]、M2 = 1/2とした。波形全体の帯域幅の最大値は、プラスマイナス5MHzに保たれていることが分かる。SFMと同様に、スペクトログラム(周波数変化)に正弦波的な変調があるが、その周波数変化を表わす正弦波の帯域幅全体が徐々に低くなっているのがわかる。変調正弦波がさらに変調されているため、変調正弦波の曲線が一致している部分が少ない。これが相互相関を小さくしている。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 19A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の3次元表示)
図19Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数自己曖昧度関数の3次元表示1920を示す図である。図19Bの自己曖昧度関数には、高いサイドローブやグレーティングローブが現れない。図6B、図6Cに示したSFMの曖昧度関数と比較して、原点付近が高く、それ以外の部分での相関係数が小さくなっていることが分かる。原点を通る縦軸に従って相関関数を見ても原点以外の相関関数が高い点が少ない。この曖昧度関数は、対象物体の誤検出が少なく、対象物体までの距離測定の誤差を小さくできるという望ましい形になることを意味している。
(Three-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 19B is a diagram showing a three-dimensional display 1920 of the self-ambiguity function self-ambiguity function of the transmission waveform according to the present embodiment. High sidelobes and grating lobes do not appear in the self-ambiguity function of FIG. 19B. Compared with the ambiguity function of SFM shown in FIGS. 6B and 6C, it can be seen that the vicinity of the origin is high and the correlation coefficient in other parts is small. Even if you look at the correlation function along the vertical axis passing through the origin, there are few points where the correlation function other than the origin is high. This ambiguity function means that the false detection of the target object is small and the error of the distance measurement to the target object can be reduced, which is a desirable form.
本実施形態によれば、変調幅を変えなくても変調幅の中心を移動することにより、相関関数の高さを抑えることができ、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present embodiment, the height of the correlation function can be suppressed by moving the center of the modulation width without changing the modulation width, the generation of the grating lobe can be suppressed, and the object can be detected accurately. Can be done.
[第9実施形態]
次に、本発明の第9実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第2実施形態乃至第8実施形態と比べると、変調幅および中心を変調する点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[9th Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the ninth embodiment of the present invention will be described. The signal processing apparatus according to the present embodiment is different from the second embodiment to the eighth embodiment in that the modulation width and the center are modulated. Since other configurations and operations are the same as those in the second embodiment, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
本実施形態は、変調正弦波の変調幅と中心の両方にさらに変調を加えた形になっている。本実施形態の波形を発生する式を式(13)に示す。
《信号処理装置の機能構成》
図20は、本実施形態に係る信号処理装置2000の機能構成を示すブロック図である。なお、図20において、図2または図18と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明を省略する。
<< Functional configuration of signal processing equipment >>
FIG. 20 is a block diagram showing a functional configuration of the signal processing device 2000 according to the present embodiment. In FIG. 20, the same reference number is assigned to the same functional component as in FIG. 2 or FIG. 18, and duplicate description will be omitted.
図20と図2との差異は、帯域幅変更部2002の周波数指定部2003において、図2の加算部231が3入力の加算部1831に置換され、そこに変調波発生部2807で生成された変調波に乗算部1833で帯域幅beta2を乗じられた変調波が新たに入力されている。これにより、新たな変調が加えられている。
The difference between FIG. 20 and FIG. 2 is that in the
(送信波形のスペクトログラム)
図21Aは、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム2110を示す図である。図21Aのスペクトルグラムを見るとわかるように、変調正弦波の変調幅と中心の両方にさらに変調を加えた形になっている。また波形全体の帯域幅の最大値はプラスマイナス5MHzに保たれていることが分かる。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 21A is a diagram showing a
(自己曖昧度関数の2次元表示)
図21Bは、本実施形態に係る送信波形の自己曖昧度関数の2次元表示2120を示す図である。図21Bから、doppler軸でプラスマイナス10km/sec以下の中央にのみピークがある望ましい形の自己曖昧度関数が得られていることがわかる。
(Two-dimensional display of self-ambiguity function)
FIG. 21B is a diagram showing a two-
本実施形態によれば、変調幅の変化に加えて変調幅の中心を移動することによっても、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present embodiment, by moving the center of the modulation width in addition to the change of the modulation width, the height of the correlation function is suppressed, so that the generation of the grating lobe is suppressed and the object is detected with high accuracy. Can be done.
[第10実施形態]
次に、本発明の第10実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第2実施形態乃至第10実施形態と比べると、より一般化された構成を示す点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態から第9実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[10th Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the tenth embodiment of the present invention will be described. The signal processing apparatus according to the present embodiment is different from the second embodiment to the tenth embodiment in that it shows a more generalized configuration. Since other configurations and operations are the same as those of the second to ninth embodiments, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
上記実施形態では、変調正弦波の周波数変化を滑らかにした場合だけでなく、滑らかでない変化にしてもよい。周波数変調を行う変調波形として正弦波でない他の波形、例えば、三角波や台形波にしてもよいのは明らかである。その波形を発生する式は、既出の式(4)である。さらに、式(14)のように、項数を増やして変調を複雑にすることも可能である。
周波数変調が高速である場合には、スペクトルが広がり、変調の帯域幅を超える周波数成分が少なくない。スペクトルの広がりが送信素子の負担になる場合や、許容される帯域を超える周波数成分が発生し、他の機器を妨害する場合があるので注意が必要である。スペクトルの広がりを抑えるためには、波形開始時、終了時や変調波形の急変部などにおけるスペクトル広がりを抑えるためには窓がけ(テーパー処理、Raised Cosine処理とも呼ばれる)だけでなく、帯域制限フィルタを通してもよい。 When the frequency modulation is fast, the spectrum is widened and there are many frequency components that exceed the modulation bandwidth. It should be noted that the spread of the spectrum may be a burden on the transmitting element, or frequency components exceeding the allowable band may be generated and interfere with other devices. In order to suppress the spread of the spectrum, in order to suppress the spread of the spectrum at the start and end of the waveform or at the sudden change part of the modulated waveform, not only windowing (taper processing, also called Raised Cosine processing) but also through a band limiting filter May be good.
《信号処理装置の機能構成》
図22は、本実施形態に係る信号処理装置2210、2220の機能構成を示すブロック図である。なお、図22において、図2または図15と同様の機能構成部には同じ参照番号を付して、重複する説明を省略する。
<< Functional configuration of signal processing equipment >>
FIG. 22 is a block diagram showing a functional configuration of the
図22と図15との差異は、帯域幅変更部202の周波数指定部203が帯域幅変更部2202の周波数指定部2203に置換され、加算部231が複数入力の加算部2231に置換され多数の入力を加算されるようになったことである。かつ、変調波発生部204、変調波発生部205、変調速度生成部1506、乗算部232を、それぞれ含む変調ブロックを複数有し、加算部2231へと変調情報を送っていることである。この差異により、複雑な変調を施すことが可能となり、その結果、自己曖昧度関数をより望ましい波形を生成する、あるいは、相互曖昧度関数の小さい波形の候補をより多く生成することが可能となる。
The difference between FIG. 22 and FIG. 15 is that the
本実施形態によれば、種々の変調波形を組み合わせて変調幅を変えることによっても、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to the present embodiment, by suppressing the height of the correlation function by combining various modulation waveforms and changing the modulation width, it is possible to suppress the generation of the grating lobe and detect the object with high accuracy.
[第11実施形態]
次に、本発明の第11実施形態に係る信号処理装置について説明する。本実施形態に係る信号処理装置は、上記第2実施形態乃至第11実施形態と比べると、上記実施形態における時間および周波数の送信波形を1つのタイルとして、縦横複数のタイルにわたる送信波形を有する点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態から第10実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[11th Embodiment]
Next, the signal processing apparatus according to the eleventh embodiment of the present invention will be described. Compared with the second to eleventh embodiments, the signal processing apparatus according to the present embodiment has a transmission waveform over a plurality of vertical and horizontal tiles with the time and frequency transmission waveforms in the above embodiment as one tile. Is different. Since other configurations and operations are the same as those of the second to tenth embodiments, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
上記実施形態においては、1つの時間-周波数タイルの中で、本実施形態を説明してきたが、時間-周波数タイルが多数ある場合について適用した場合を説明する。 In the above embodiment, the present embodiment has been described in one time-frequency tile, but a case where there are many time-frequency tiles will be described.
本実施形態の波形を発生する式は、例えば式(15)で表される。すなわち、時間により中心周波数を変化させる。
(送信波形のスペクトログラム)
図23は、本実施形態に係る送信波形のスペクトログラム2300を示す図である。
(Spectrogram of transmitted waveform)
FIG. 23 is a diagram showing a
図23の上段は、本実施形態における送信波形の第1例の模式的スペクトログラムであり、スペクトログラムにおいてタイル状に配置する。送信波形として時間周波数枠が複数あり、その複数の時間周波数枠に、第2実施形態から第11実施形態の波形、または従来からある波形を割り当てている。時間-周波数タイル内の波形バリエーションが増えたことにより、さらに多種類の送信波形を区別して処理することが可能となる。 The upper part of FIG. 23 is a schematic spectrogram of the first example of the transmission waveform in the present embodiment, and is arranged in a tile shape in the spectrogram. There are a plurality of time frequency frames as transmission waveforms, and the waveforms of the second to eleventh embodiments or the conventional waveforms are assigned to the plurality of time frequency frames. The increased waveform variation within the time-frequency tile makes it possible to distinguish and process more types of transmitted waveforms.
図23の中段は、本実施形態における送信波形の第2例の模式的スペクトログラムであり、両端で値を緩やかに減衰させるテーパーをつけたタイル状になっている。テーパー処理を利用して、隣接する時間-周波数タイルが時間的に重なるようにしている。テーパー処理とは、波形の最初では徐々に振幅を大きくし、波形の最後では振幅を徐々に小さくすることにより、波形の最初と最後、すなわち時間-周波数タイルの接続部分において発生する広帯域な成分を低減する処理である。テーパー処理では波形の最初と最後で振幅が小さくなっているので、この時間区間を重ねることにより、時間方向に時間-周波数タイルを詰めることができる。その結果、同じ時間内に、より多くの時間-周波数タイルを設けることにより、区別可能な送信波形をさらに増やすことが可能になる。 The middle part of FIG. 23 is a schematic spectrogram of the second example of the transmission waveform in the present embodiment, and is tiled with a taper at both ends to gradually attenuate the value. Taper processing is used to ensure that adjacent time-frequency tiles overlap in time. Taper processing is to gradually increase the amplitude at the beginning of the waveform and gradually decrease the amplitude at the end of the waveform, so that the wideband component generated at the beginning and end of the waveform, that is, the connection part of the time-frequency tile, is removed. This is a process to reduce. Since the amplitude is small at the beginning and end of the waveform in the taper processing, the time-frequency tile can be packed in the time direction by overlapping these time intervals. As a result, it is possible to further increase the distinguishable transmission waveforms by providing more time-frequency tiles within the same time.
図23の下段は、本実施形態における送信波形の第3例の模式的なスペクトログラムであり、隣接するタイル間でスペクトログラムがなめらかにつながっている。すなわち、時間-周波数タイルが隣接しており、時間-周波数タイル内の波形において、タイル内の時間における最後の周波数が、次の時間-周波数タイルの最初の周波数と同一になることに特徴がある。周波数がなめらかに接続されており、急な振幅の変化もないので、時間-周波数タイルの接続部分で広帯域な成分は発生しにくい。時間-周波数タイル内の波形にテーパーをかけなくてもよい。時間-周波数タイルの組み合わせが限定されるが、テーパーをかけなくてよいため電力を大きく送信できる。第3例における時間周波数枠内の送信波形は、隣接する時間周波数枠と周波数が滑らかに接続できるような制約を設けて設計する。時間周波数の枠の重なりを許せるのであれば、単純に接続するだけでいいので簡単に設計することもできる。 The lower part of FIG. 23 is a schematic spectrogram of the third example of the transmission waveform in the present embodiment, and the spectrograms are smoothly connected between adjacent tiles. That is, the time-frequency tiles are adjacent, and in the waveform in the time-frequency tile, the last frequency in the time in the tile is the same as the first frequency in the next time-frequency tile. .. Since the frequencies are smoothly connected and there is no sudden change in amplitude, wideband components are unlikely to occur at the connection part of the time-frequency tile. The waveform in the time-frequency tile does not have to be tapered. Although the combination of time-frequency tiles is limited, it is not necessary to apply a taper, so a large amount of power can be transmitted. The transmission waveform within the time frequency frame in the third example is designed with restrictions so that the frequency can be smoothly connected to the adjacent time frequency frame. If you can allow the overlap of time and frequency frames, you can easily design it by simply connecting.
本実施形態によれば、多くの時間-周波数タイルにおいて、相関関数の高さを抑えることにより、グレーティングローブの発生を抑制して精度よく物体を検出することができる。 According to this embodiment, in many time-frequency tiles, by suppressing the height of the correlation function, it is possible to suppress the generation of grating lobes and detect an object with high accuracy.
[第12実施形態]
次に、本発明の第12実施形態に係る信号処理装置を含む信号処理システムについて説明する。本実施形態に係る信号処理システムは、上記第2実施形態乃至第11実施形態と比べると、受信機の構成を工夫した点で異なる。その他の構成および動作は、第2実施形態から第11実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。
[12th Embodiment]
Next, a signal processing system including the signal processing device according to the twelfth embodiment of the present invention will be described. The signal processing system according to the present embodiment is different from the second to eleventh embodiments described above in that the configuration of the receiver is devised. Since other configurations and operations are the same as those of the second to eleventh embodiments, the same configurations and operations are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted.
《信号処理システムの構成》
図24Aは、本実施形態に係る信号処理装置200を含む信号処理システム2400の構成を示すブロック図である。なお、図24において、図3と同様の機能構成部には同じ参照番号を付す。
<< Configuration of signal processing system >>
FIG. 24A is a block diagram showing a configuration of a
受信機2450は、無線受信部353と、相関処理部2454と、相関処理部2455と、合成部2456と、受信アンテナ352と、を備える。相関処理部2454と2455とでは、送信波形または送信波形の情報を基に、それぞれ異なる相関波形を生成し、受信波形とそれぞれの相関波形との相互相関関数を算出し、合成部2456へと送る。それぞれの相関波形は送信波形から生成されており、サンプリングなどは同期している。合成部2456は、合成された相互相関関数を出力部356から出力する。なお、図24Aには、対象物体の検出については図示されていないが、出力部356からの相互相関関数の出力から、移動速度に影響されずに対象物体の位置や移動速度が検出される。
The
(合成部)
図24Bは、本実施形態に係る合成部2456の機能構成を示すブロック図である。
(Synthesis part)
FIG. 24B is a block diagram showing a functional configuration of the
図24Bの左図において、合成部2456は、絶対値生成部2481および2482と、加算部2483とを有し、相関処理部2454と2455とからの相互相関関数を受けてそれぞれの絶対値を取って、合成された相互相関関数を出力部356から出力する。
In the left figure of FIG. 24B, the
図24Bの右図において、合成部2456は、絶対値生成部2481および2482と、減算部2485と、絶対値生成部2486とを有し、相関処理部2454および2455とからの相互相関関数を受けてそれぞれの絶対値を取って、合成された相互相関関数を出力部356から出力する。
In the right figure of FIG. 24B, the
《信号処理システムの処理概要》
図25Aおよび図25Bは、本実施形態に係る信号処理装置200を含む信号処理システム2400の処理概要を説明する図である。
<< Outline of processing of signal processing system >>
25A and 25B are diagrams for explaining the processing outline of the
(相互曖昧度関数のドップラー速度方向の接続)
図25Aは、本実施形態に係る合成部2456が図24Bの左図の構成の場合の、信号処理システム2400の処理概要を説明する図である。図25Aにおいては、送信波形と2つの相関波形との関係について、曖昧度関数を模式的に表して説明する。
(Mutual ambiguity function connection in Doppler velocity direction)
FIG. 25A is a diagram illustrating a processing outline of the
送信波形として、図25Aの左図(a)に示すように、自己曖昧度関数2510の値が大きい領域がdoppler=0、time=0に集中して島を形成する本実施形態の波形を用いる。
As the transmission waveform, as shown in the left figure (a) of FIG. 25A, the waveform of the present embodiment in which the region where the value of the self-
自己曖昧度関数は、相関波形として送信波形を用いた場合の相互曖昧度関数であるが、相関波形として、送信波形にドップラー効果を施した周波数補正を行った波形を用いる場合には、島は施したドップラー効果の分だけシフトした場所に形成される。相関波形の生成においては、このシフトした場所に形成された島が複数表れるような相関波形を生成する。補正波形を生成する場合に、ドップラーシフトの量が十分に離れていないと補正波形同士が干渉し、島を並べた形にならない。そこで、周波数補正の量を適切に設計すれば、図25Aの中央図(b)および(c)に示すように、離れた島が並んだ形の相互曖昧関数が得られる。 The self-ambiguity function is a mutual ambiguity function when a transmission waveform is used as the correlation waveform, but when a frequency-corrected waveform obtained by applying the Doppler effect to the transmission waveform is used as the correlation waveform, the island is It is formed in a place shifted by the amount of the Doppler effect applied. In the generation of the correlation waveform, the correlation waveform is generated so that a plurality of islands formed at the shifted locations appear. When generating the correction waveform, if the amount of Doppler shift is not sufficiently separated, the correction waveforms interfere with each other and the islands are not arranged side by side. Therefore, if the amount of frequency correction is appropriately designed, a mutual ambiguity function in which distant islands are lined up can be obtained as shown in the central figures (b) and (c) of FIG. 25A.
本実施形態においては、交互にドップラーシフトの量が異なる位置に離れた島が並んだ形の相互曖昧関数が得られる、2つの相関波形を生成する。その2つの相関波形と受信波形との相互曖昧度関数2522Aおよび2522Bが、図25Aの中央の2つの図(b)および(c)である。周波数補正の量を適切に設計すれば、図25Aの中央図(b)および(c)のように、お互いに補い合うような場所に島を形成することができる。 In the present embodiment, two correlation waveforms are generated in which a mutual ambiguity function is obtained in which islands separated by alternating Doppler shift amounts are arranged at different positions. The mutual ambiguity functions 2522A and 2522B between the two correlated waveforms and the received waveform are the two central figures (b) and (c) of FIG. 25A. If the amount of frequency correction is properly designed, islands can be formed in places that complement each other, as shown in the central figures (b) and (c) of FIG. 25A.
続いての図25Aの右図(d)を用いて、本実施形態の合成の処理と効果を説明する。本実施形態の合成処理では、受信波形と2つの相関波形とから計算された2つの相互相関関数のそれぞれの絶対値をとり、加算する。相互相関関数は複素数なので、そのまま加算すると干渉するが、絶対値を加算することで、干渉の問題を低減できる。その結果、図25Aの右図(d)に示すように、図25Aの中央図(b)と(c)とを単純に加算したような曖昧度関数2530が得られる。この図25Aの右図(d)の曖昧度関数2530は、縦にほぼまっすぐであり、縦軸、すなわちドップラー効果の影響を受けにくいことがわかる。これは、ドップラー効果がある場合であっても横軸の時間timeすなわち距離を正しく検出できるということを示している。
The processing and effect of the synthesis of the present embodiment will be described with reference to the following right figure (d) of FIG. 25A. In the synthesis process of the present embodiment, the absolute values of the two cross-correlation functions calculated from the received waveform and the two correlation waveforms are taken and added. Since the cross-correlation function is a complex number, it interferes if it is added as it is, but the problem of interference can be reduced by adding the absolute value. As a result, as shown in the right figure (d) of FIG. 25A, an
(相互曖昧度関数のドップラー速度方向ゼロのギャップ生成)
図25Bは、本実施形態に係る合成部2456が図24Bの右図の構成の場合の、信号処理システム2400の処理概要を説明する図である。なお、図25Bにおいて、図25Aと同様の構成要素には同じ参照番号を付す。
(Mutual ambiguity function Doppler velocity direction zero gap generation)
FIG. 25B is a diagram illustrating a processing outline of the
送信波形として、図25Bの左図(a)に示すように、自己曖昧度関数2510の値が大きい領域がdoppler=0、time=0に集中して島を形成する本実施形態の波形を用いる。
As the transmission waveform, as shown in the left figure (a) of FIG. 25B, the waveform of the present embodiment in which the region where the value of the self-
自己曖昧度関数は、相関波形として送信波形を用いた場合の相互曖昧度関数であるが、相関波形として、送信波形にドップラー効果を施した周波数補正を行った波形を用いる場合には、島は施したドップラー効果の分だけシフトした場所に形成される。本実施形態においては、複数の相関処理部で使用する相関波形の生成においては、それぞれの島がドップラー方向で逆にシフトした場所に形成され、かつ、絶対値を取って減算した場合にドップラーゼロを含む範囲に曖昧度関数の値が閾値以下のギャップが形成されるような相関波形を生成する。 The self-ambiguity function is a mutual ambiguity function when a transmission waveform is used as the correlation waveform, but when a frequency-corrected waveform obtained by applying the Doppler effect to the transmission waveform is used as the correlation waveform, the island is It is formed in a place shifted by the amount of the Doppler effect applied. In the present embodiment, in the generation of the correlation waveform used by the plurality of correlation processing units, when each island is formed at a position shifted in the opposite direction in the Doppler direction and the absolute value is taken and subtracted, the Doppler zero A correlation waveform is generated such that a gap in which the value of the ambiguity function is equal to or less than the threshold is formed in the range including.
図25Bの(b)および(c)は、相関処理部で用いる相関波形と、送信波形との相互曖昧度関数2542Aおよび2542Bを示す。周波数補正の量を適切に設計すれば、図25Bの(b)および図25Bの(c)のようにお互いに対称な形の島を形成することができる。 (B) and (c) of FIGS. 25B show the mutual ambiguity functions 2542A and 2542B between the correlation waveform used in the correlation processing unit and the transmission waveform. If the amount of frequency correction is properly designed, it is possible to form islands having symmetrical shapes as shown in FIG. 25B (b) and FIG. 25B (c).
続いての図25Bの右図(d)を用いて、本実施形態の合成の処理と効果を説明する。本実施形態の合成処理では、受信波形と2つの相関波形とから計算された2つの相互相関関数のそれぞれの絶対値をとり、減算する。相互相関関数は複素数なので、そのまま減算すると干渉するが、絶対値を減算することで、干渉の問題を低減できる。その結果、図25Bの右図(d)に示すように、図25Bの中央図(b)と(c)とを単純に減算したような曖昧度関数2550が得られる。この図25Bの右図(d)の曖昧度関数2550は、ドップラーゼロを含む範囲に曖昧度関数の値が閾値以下のギャップが形成される。すなわち、この図25Bの(d)の曖昧度関数には、doppler=0付近のところで横にほぼまっすぐ0(ゼロ)であり、横軸すなわち速度が0(ゼロ)の反射物体を検知しないことがわかる。また、速度が0(ゼロ)付近以外の反射物体は正しいtimeすなわち距離を検知できる。
The processing and effect of the synthesis of the present embodiment will be described with reference to the following right figure (d) of FIG. 25B. In the synthesis process of the present embodiment, the absolute values of the two cross-correlation functions calculated from the received waveform and the two correlation waveforms are taken and subtracted. Since the cross-correlation function is a complex number, it interferes if it is subtracted as it is, but the problem of interference can be reduced by subtracting the absolute value. As a result, as shown in the right figure (d) of FIG. 25B, an
このギャップの形成は、ドップラーゼロを含む範囲、すなわち、静止を含む低速度の物体の検知信号を含まない出力信号が生成されるため、後処理においては既に静止を含む低速度の物体が除かれた受信信号を処理すればよく、処理の単純化および高速化を実現する。また、図25Bの(a)のように自己曖昧度関数が島を形成し、かつ、それらの波形間の相互相関関数、相互曖昧度関数が小さくなるような波形は複数存在する。これらの波形を用いれば、同一周波数帯域で運用することが可能であるという効果も得られる。 Since the formation of this gap generates an output signal that does not include the detection signal of a low-speed object including Doppler zero, that is, a low-speed object including stationary, the low-speed object already including stationary is excluded in the post-processing. It suffices to process the received signal, which simplifies and speeds up the processing. Further, as shown in FIG. 25B (a), there are a plurality of waveforms in which the self-ambiguity function forms an island and the cross-correlation function and the mutual ambiguity function between the waveforms become small. By using these waveforms, it is possible to obtain the effect that they can be operated in the same frequency band.
本実施形態によれば、本実施形態の送信波形を用いて、広い速度範囲の物体を切れ目無く検出すること、あるいは、移動している物体のみを検出することができる。 According to the present embodiment, the transmission waveform of the present embodiment can be used to seamlessly detect an object in a wide speed range, or to detect only a moving object.
[他の実施形態]
なお、本実施形態の送信波形を生成することで、これまでの送信波形を重畳することが可能である。それぞれの送信波形は区別が容易な波形であるから、重畳してもその分離は容易である。重畳の組み合わせ方で、区別しやすさを適切に設計することも可能である。特に、変調の方向を逆にした波形を重畳した場合には、本発明の効果に加えて、曖昧度関数が速度0(ゼロ)の軸について、速度方向に対称となり、相関関数を合成することにより、特定の速度に対する感度を低くするなどの処理が容易になるという効果が発生する。 また、上記実施形態においては、帯域幅を変える送信波形としてSFM波形が使用されたが、これら波形に限定されない。その他の位相変調信号が使用されてもよい。
[Other embodiments]
By generating the transmission waveform of the present embodiment, it is possible to superimpose the transmission waveform so far. Since each transmitted waveform is a waveform that can be easily distinguished, it is easy to separate them even if they are superimposed. It is also possible to properly design the ease of distinction by combining superpositions. In particular, when a waveform with the modulation direction reversed is superimposed, in addition to the effect of the present invention, the ambiguity function becomes symmetric in the velocity direction with respect to the axis of velocity 0 (zero), and the correlation function is synthesized. This has the effect of facilitating processing such as lowering the sensitivity to a specific speed. Further, in the above embodiment, the SFM waveform is used as the transmission waveform that changes the bandwidth, but the present invention is not limited to these waveforms. Other phase-modulated signals may be used.
また、図26は、本発明を利用可能な他の分野について示す図である。図26に示したように、以上に説明した物体検出方法は、ロボット同士がぶつからずにすれ違うための技術2610や、車両の衝突回避技術2620、人工衛星の衝突回避技術や地球上の観測技術2630に利用することができる。しかし、本発明はこれらに限定されるものではなく、オフィスなどでの侵入者の監視や、体育館での人の動きの検出などにも用いることが可能である。本発明は、空中の電波による物体検出方式にも、空中や水中の音波による物体検出方式にも利用できるが、送信波の周波数などから音波による物体検出により適している。港湾など水中の監視におけるアクティブソーナー(Active Sonar)と呼ばれる音波を利用した、距離検出方式の原理に本発明を適用できる。したがって、音波に適した中心周波数(キャリア周波数)、波形時間長、変調波周波数、周波数補正量などを適切に設定すれば、本発明の効果は同様に得られる。以上説明してきたように、距離検出において本発明を用いることにより、移動物体に対しても、距離測定における誤差が少ない検出が可能となる。
Further, FIG. 26 is a diagram showing other fields in which the present invention can be used. As shown in FIG. 26, the object detection methods described above include a
また、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。すなわち、上記各実施形態の帯域幅の変化を任意に組み合わせても、同様の効果が得られる。 Further, although the invention of the present application has been described with reference to the embodiments, the invention of the present application is not limited to the above-described embodiment. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made within the scope of the present invention in terms of the configuration and details of the present invention. Also included in the scope of the present invention are systems or devices in which the different features contained in each embodiment are combined in any way. That is, the same effect can be obtained by arbitrarily combining the changes in the bandwidth of each of the above embodiments.
また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する信号処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるWWW(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。特に、少なくとも、上述した実施形態に含まれる処理ステップをコンピュータに実行させるプログラムを格納した非一時的コンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)は本発明の範疇に含まれる。 Further, the present invention may be applied to a system composed of a plurality of devices, or may be applied to a single device. Furthermore, the present invention is also applicable when the signal processing program that realizes the functions of the embodiment is supplied directly or remotely to the system or device. Therefore, in order to realize the functions of the present invention on a computer, a program installed on the computer, a medium containing the program, and a WWW (World Wide Web) server for downloading the program are also included in the scope of the present invention. .. In particular, at least a non-transitory computer readable medium containing a program for causing a computer to execute the processing steps included in the above-described embodiment is included in the scope of the present invention.
[実施形態の他の表現]
上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
(付記1)
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段と、
前記送信波形生成手段において前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更手段と、
を備える信号処理装置。
(付記2)
前記送信波形生成手段が、正弦波で周波数変調を行ったSFM(Sinusoidal Frequency Modulation)波形を生成する場合に、前記帯域幅変更手段により前記SFM波形をさらに変調する付記1に記載の信号処理装置。
(付記3)
前記周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変える付記1または2に記載の信号処理装置。
(付記4)
前記周波数変調の帯域幅を、正弦波で変調して変える付記1乃至3のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記5)
前記周波数変調の変調帯域幅を、速度の変化する正弦波で変調して変える付記4に記載の信号処理装置。
(付記6)
前記周波数変調の帯域幅を狭くしたのち広くするように変調する付記1乃至5のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記7)
前記周波数変調の帯域幅を広くしたのち狭くするように変調する付記1乃至5のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記8)
前記周波数変調の帯域幅の変化が少なくとも2回繰り返されるように変調する付記6または7に記載の信号処理装置。
(付記9)
前記周波数変調の帯域幅の中心が移動するように変調する付記1乃至8のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記10)
前記周波数変調の帯域幅の変化するタイミングを移動させる付記1乃至9のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記11)
前記周波数変調の帯域幅を少なくとも2つの波形で変調する付記1乃至10のいずれか1項に記載の信号処理装置。
(付記12)
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する場合に、前記周波数変調の帯域幅を変える信号処理方法。
(付記13)
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成ステップを含み、
前記送信波形生成ステップは、前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更ステップを有する、コンピュータに実行させる信号処理プログラム。
(付記14)
送信機と受信機とを備え、
前記送信機は、
周波数が非反復的に変化する変調波を生成するため、周波数変調を滑らかに行った送信波形を生成する送信波形生成手段と、
前記送信波形生成手段において前記周波数変調の帯域幅を変える帯域幅変更手段と、
前記送信波形の信号を送信する送信手段と、
を有し、
前記受信機は、
前記送信波形の信号が対象物体により反射された反射信号を受信する受信手段と、
前記送信波形と前記反射信号の波形との相関関数を計算する相関計算手段と、
前記相関関数に基づいて、前記対象物体を検出する物体検出手段と、
を有する信号処理システム。
[Other expressions of the embodiment]
Some or all of the above embodiments may also be described, but not limited to:
(Appendix 1)
In order to generate a modulated wave whose frequency changes non-repetitively, a transmission waveform generation means that generates a transmission waveform in which frequency modulation is smoothly performed, and a transmission waveform generation means.
In the transmission waveform generation means, a bandwidth changing means for changing the bandwidth of the frequency modulation, and a bandwidth changing means.
A signal processing device.
(Appendix 2)
The signal processing apparatus according to
(Appendix 3)
The signal processing apparatus according to
(Appendix 4)
The signal processing apparatus according to any one of
(Appendix 5)
The signal processing apparatus according to
(Appendix 6)
The signal processing apparatus according to any one of
(Appendix 7)
The signal processing apparatus according to any one of
(Appendix 8)
The signal processing apparatus according to Appendix 6 or 7, wherein the change in the bandwidth of the frequency modulation is modulated so as to be repeated at least twice.
(Appendix 9)
The signal processing apparatus according to any one of
(Appendix 10)
The signal processing apparatus according to any one of
(Appendix 11)
The signal processing apparatus according to any one of
(Appendix 12)
A signal processing method that changes the bandwidth of the frequency modulation when a transmission waveform that is smoothly frequency-modulated is generated in order to generate a modulated wave whose frequency changes non-repetitively.
(Appendix 13)
In order to generate a modulated wave whose frequency changes non-repetitively, a transmission waveform generation step is included to generate a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation step is a signal processing program to be executed by a computer, which has a bandwidth changing step for changing the bandwidth of the frequency modulation.
(Appendix 14)
Equipped with transmitter and receiver,
The transmitter is
In order to generate a modulated wave whose frequency changes non-repetitively, a transmission waveform generation means that generates a transmission waveform in which frequency modulation is smoothly performed, and a transmission waveform generation means.
In the transmission waveform generation means, a bandwidth changing means for changing the bandwidth of the frequency modulation, and a bandwidth changing means.
A transmission means for transmitting the signal of the transmission waveform and
Have,
The receiver is
A receiving means for receiving the reflected signal in which the signal of the transmitted waveform is reflected by the target object,
Correlation calculation means for calculating the correlation function between the transmission waveform and the waveform of the reflection signal, and
An object detection means for detecting the target object based on the correlation function,
Signal processing system with.
Claims (10)
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変え、前記滑らかに変化する波形として正弦波を含む信号処理装置。 A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means is a signal processing device that modulates and changes the bandwidth of the frequency modulation with a smoothly changing waveform, and includes a sine wave as the smoothly changing waveform .
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅を狭くしたのち広くするように変調する、または、前記周波数変調の帯域幅を広くしたのち狭くするように変調する信号処理装置。 A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means is a signal processing device that narrows and widens the bandwidth of the frequency modulation, or widens and then narrows the bandwidth of the frequency modulation.
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅の中心が移動するように変調する信号処理装置。 A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means is a signal processing device that modulates the frequency modulation so that the center of the bandwidth moves.
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅の変化するタイミングを移動させる信号処理装置。 A signal processing device provided with a transmission waveform generation means for generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
The bandwidth changing means is a signal processing device that moves the timing at which the bandwidth of the frequency modulation changes.
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、 The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅の変化が少なくとも2回繰り返されるように変調する信号処理装置。 The bandwidth changing means is a signal processing device that modulates the frequency modulation so that the bandwidth change is repeated at least twice.
前記送信波形生成手段は、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更手段を有し、 The transmission waveform generation means has a bandwidth changing means for generating the transmission waveform whose frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
前記帯域幅変更手段は、前記周波数変調の帯域幅を少なくとも2つの波形で変調する信号処理装置。 The bandwidth changing means is a signal processing device that modulates the bandwidth of the frequency modulation with at least two waveforms.
前記送信波形生成ステップは、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更ステップを含み、
前記帯域幅変更ステップにおいては、前記周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変え、前記滑らかに変化する波形として正弦波を含む信号処理方法。 It is a signal processing method of a signal processing apparatus including a transmission waveform generation step of generating a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation step includes a bandwidth change step for generating the transmission waveform in which the frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation.
In the bandwidth changing step, a signal processing method in which the bandwidth of the frequency modulation is modulated and changed by a smoothly changing waveform, and a sine wave is included as the smoothly changing waveform .
前記送信波形生成ステップは、前記周波数変調の帯域幅を変えて周波数が非反復的に変化する前記送信波形を生成するための帯域幅変更ステップを有し、
前記帯域幅変更ステップにおいては、前記周波数変調の帯域幅を、滑らかに変化する波形で変調して変え、前記滑らかに変化する波形として正弦波を含む、コンピュータに実行させる信号処理プログラム。 A signal processing program that causes a computer to execute a transmission waveform generation step that generates a transmission waveform with smooth frequency modulation.
The transmission waveform generation step has a bandwidth change step for generating the transmission waveform in which the frequency changes non-repetitively by changing the bandwidth of the frequency modulation .
In the bandwidth change step, a signal processing program for causing a computer to modulate and change the bandwidth of the frequency modulation with a smoothly changing waveform and include a sine wave as the smoothly changing waveform .
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