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JP7620488B2 - FMCW radar signal processing device and FMCW radar signal processing program - Google Patents
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JP7620488B2 - FMCW radar signal processing device and FMCW radar signal processing program - Google Patents

FMCW radar signal processing device and FMCW radar signal processing program Download PDF

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Description

本開示は、FMCW(Frequency Modulation-Continuous Wave)レーダを用いるFMCWレーダ信号処理技術に関する。 This disclosure relates to FMCW (Frequency Modulation-Continuous Wave) radar signal processing technology using FMCW radar.

FMCWレーダを用いるFMCWレーダ信号処理技術が、特許文献1及び非特許文献1に開示されており、ミリ波帯等の高周波帯及びMIMO(Multiple-Input and Multiple-Output)等のアンテナ配列に適用されている。 FMCW radar signal processing technology using FMCW radar is disclosed in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, and is applied to high frequency bands such as millimeter wave bands and antenna arrangements such as MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output).

特開2003-315447号公報JP 2003-315447 A

ミリ波レーダの基礎1[距離・速度・角度検出について]、[online]、丸文株式会社、[令和3年4月7日検索]、<URL:https://www.marubun.co.jp/service/technicalsquare/a7ijkd000000dtyd.html>Millimeter wave radar basics 1 [distance, speed, and angle detection], [online], Marubun Co., Ltd., [searched on April 7, 2021], <URL: https://www. marubun. co. jp/service/technicalsquare/a7ijkd000000dtyd. html>

従来技術のFMCWレーダ信号処理装置の構成を図1に示す。従来技術のFMCWレーダ信号処理プログラムの手順を図2に示す。FMCWレーダ信号処理装置R1は、送信アンテナ1、受信アンテナ2-1~2-a、ミキサ3-1~3-a、発振器4、A/D(Analog/Digital)変換部5-1~5-a、距離解析部6-1~6-a、データ記憶部7、速度解析部8-1~8-a、データ記憶部9、角度解析部10、データ記憶部11及び物標検出部12を備える。 The configuration of a conventional FMCW radar signal processing device is shown in Figure 1. The procedure of a conventional FMCW radar signal processing program is shown in Figure 2. The FMCW radar signal processing device R1 includes a transmitting antenna 1, receiving antennas 2-1 to 2-a, mixers 3-1 to 3-a, an oscillator 4, A/D (Analog/Digital) conversion units 5-1 to 5-a, distance analysis units 6-1 to 6-a, a data storage unit 7, speed analysis units 8-1 to 8-a, a data storage unit 9, an angle analysis unit 10, a data storage unit 11, and a target detection unit 12.

ミキサ3-1~3-a、発振器4及びA/D変換部5-1~5-aは、複数のサンプル数Nsだけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数Nc及び複数のアンテナ数Naだけ算出する(図2の左上欄)。 The mixers 3-1 to 3-a, the oscillator 4, and the A/D converters 5-1 to 5-a calculate beat signals between the transmission signal and the reception signal sampled for a number of samples Ns, for a number of chirps Nc and a number of antennas Na (top left column of Figure 2).

距離解析部6-1~6-aは、時間経過方向において、ミキサ3-1~3-a等で算出されたビート信号をフーリエ変換するにあたり、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向の全座標値を含むビート信号を抽出する(図2の左上欄及び右上欄)。距離解析部6-1~6-aでのフーリエ変換回数は、Nc×Naである。 When distance analysis units 6-1 to 6-a perform a Fourier transform on the beat signals calculated by mixers 3-1 to 3-a etc. in the time direction, they extract beat signals that include all coordinate values in the chirp number direction and the antenna array direction (top left and top right columns in Figure 2). The number of Fourier transforms performed by distance analysis units 6-1 to 6-a is Nc x Na.

データ記憶部7は、距離解析部6-1~6-aでのフーリエ変換結果を記憶する(図2の右上欄)。データ記憶部7での必要なメモリ量は、Br×Nc×Na×Dである(Brは、距離ビン方向の全ビン数、Dは、データ型に応じたデータ量。)。 The data storage unit 7 stores the Fourier transform results from the distance analysis units 6-1 to 6-a (top right column in Figure 2). The memory capacity required by the data storage unit 7 is Br x Nc x Na x D (Br is the total number of bins in the distance bin direction, and D is the amount of data according to the data type).

速度解析部8-1~8-aは、チャープ回数方向において、距離解析部6-1~6-aでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、距離ビン方向の全ビン値及びアンテナ配列方向の全座標値を含む位相値を抽出する(図2の右上欄及び左下欄)。速度解析部8-1~8-aでのフーリエ変換回数は、Br×Naである。 When the velocity analysis units 8-1 to 8-a perform a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform results from the distance analysis units 6-1 to 6-a in the chirp number direction, they extract phase values including all bin values in the distance bin direction and all coordinate values in the antenna array direction (top right column and bottom left column in Figure 2). The number of Fourier transforms in the velocity analysis units 8-1 to 8-a is Br x Na.

データ記憶部9は、速度解析部8-1~8-aでのフーリエ変換結果を記憶する(図2の左下欄)。データ記憶部9での必要なメモリ量は、Br×Bv×Na×Dである(Bvは、速度ビン方向の全ビン数、Dは、データ型に応じたデータ量。)。 The data storage unit 9 stores the Fourier transform results from the velocity analysis units 8-1 to 8-a (lower left column in Figure 2). The memory capacity required by the data storage unit 9 is Br x Bv x Na x D (Bv is the total number of bins in the velocity bin direction, and D is the amount of data according to the data type).

角度解析部10は、アンテナ配列方向において、速度解析部8-1~8-aでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、距離ビン方向及び速度ビン方向の全ビン値を含む位相値を抽出する(図2の左下欄及び右下欄)。角度解析部10でのフーリエ変換回数は、Br×Bvである。 When the angle analysis unit 10 performs a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform results from the speed analysis units 8-1 to 8-a in the antenna array direction, it extracts phase values including all bin values in the distance bin direction and the speed bin direction (lower left and lower right columns in Figure 2). The number of Fourier transforms performed by the angle analysis unit 10 is Br x Bv.

データ記憶部11は、角度解析部10でのフーリエ変換結果を記憶する(図2の右下欄)。データ記憶部11での必要なメモリ量は、Br×Bv×Ba×Dである(Baは、角度ビン方向の全ビン数、Dは、データ型に応じたデータ量。)。 The data storage unit 11 stores the Fourier transform results from the angle analysis unit 10 (lower right column in Figure 2). The memory capacity required by the data storage unit 11 is Br x Bv x Ba x D (Ba is the total number of bins in the angle bin direction, and D is the amount of data according to the data type).

物標検出部12は、閾値検出を行なったうえで、距離ビン方向、速度ビン方向及び角度ビン方向の物標ビン値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する(図2の右下欄)。物標検出部12での物標検出回数は、Br×Bv×Baである。 After performing threshold detection, the target detection unit 12 detects the target distance, target speed, and target angle based on the target bin values in the distance bin direction, speed bin direction, and angle bin direction (lower right column in Figure 2). The number of times the target is detected by the target detection unit 12 is Br x Bv x Ba.

FMCWレーダ信号処理装置R1の全体でのフーリエ変換回数は、Nc×Na+Br×Na+Br×Bvである。FMCWレーダ信号処理装置R1の全体でのフーリエ変換計算量は、Nc×Na×Br×lоgBr+Br×Na×Bv×lоgBv+Br×Bv×Ba×lоgBaである。FMCWレーダ信号処理装置R1の全体での物標検出回数は、Br×Bv×Baである。FMCWレーダ信号処理装置R1の全体での最小限の必要なメモリ量は、Br×Bv×Ba×Dである(メモリの上書きをしている。)。 The total number of Fourier transforms performed by the FMCW radar signal processing device R1 is Nc×Na+Br×Na+Br×Bv. The total amount of Fourier transform calculations performed by the FMCW radar signal processing device R1 is Nc×Na×Br×log 2 Br+Br×Na×Bv×log 2 Bv+Br×Bv×Ba×log 2 Ba. The total number of target detections performed by the FMCW radar signal processing device R1 is Br×Bv×Ba. The total minimum required memory amount for the FMCW radar signal processing device R1 is Br×Bv×Ba×D (memory is overwritten).

例えば、Ns=128、Nc=128、Na=16、Br=128、Bv=256、Ba=32であるとする。FMCWレーダ信号処理装置R1の全体でのフーリエ変換回数は、36,864である。FMCWレーダ信号処理装置R1の全体でのフーリエ変換計算量は、11,272,192である。FMCWレーダ信号処理装置R1の全体での物標検出回数は、1,048,576である。FMCWレーダ信号処理装置R1の全体での最小限の必要なメモリ量は、1,048,576×Dである。そして、フーリエ変換でゼロ補間するときや、アレイアンテナを仮想拡張するときに、データ型に応じたデータ量Dが増えるため、FMCWレーダ信号処理装置R1の全体での最小限の必要なメモリ量が増える。 For example, assume that Ns = 128, Nc = 128, Na = 16, Br = 128, Bv = 256, and Ba = 32. The total number of Fourier transforms performed by the FMCW radar signal processing device R1 is 36,864. The total amount of Fourier transform calculations performed by the FMCW radar signal processing device R1 is 11,272,192. The total number of target detections performed by the FMCW radar signal processing device R1 is 1,048,576. The total minimum memory required by the FMCW radar signal processing device R1 is 1,048,576 x D. When performing zero interpolation using Fourier transform or when virtually expanding the array antenna, the data amount D increases according to the data type, and therefore the total minimum memory required by the FMCW radar signal processing device R1 also increases.

このように、従来技術では、FMCWレーダ信号処理装置R1を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減することが困難であった。 As such, with conventional technology, it was difficult to reduce the amount of signal processing and data memory required when implementing the FMCW radar signal processing device R1 in an actual aircraft.

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、FMCWレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減することを目的とする。 Therefore, in order to solve the above problems, the present disclosure aims to reduce the amount of signal processing and data memory required when implementing an FMCW radar signal processing device in an actual device.

前記課題を解決するにあたり、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちのいずれかを、第1次元方向、第2次元方向及び第3次元方向と定義する。そして、距離ビン方向、速度ビン方向及び角度ビン方向のうちのいずれかを、第1次元方向の逆空間方向、第2次元方向の逆空間方向及び第3次元方向の逆空間方向と定義する。 To solve the above problem, any one of the time passage direction, the chirp number direction, and the antenna array direction is defined as the first dimension direction, the second dimension direction, and the third dimension direction. Any one of the distance bin direction, the velocity bin direction, and the angle bin direction is defined as the reciprocal space direction of the first dimension direction, the reciprocal space direction of the second dimension direction, and the reciprocal space direction of the third dimension direction.

前記課題を解決するために、第1段階では、第1次元方向及び第2次元方向において、フーリエ変換を実行したうえで、第1次元方向の逆空間方向及び第2次元方向の逆空間方向において、物標を検出する。そして、第2段階では、第3次元方向において、フーリエ変換を実行するにあたり、物標が検出されないデータを抽出しないで、物標が検出されたデータのみを抽出したうえで、第3次元方向の逆空間方向において、物標を検出する。 To solve the above problem, in the first stage, a Fourier transform is performed in the first and second dimensional directions, and then targets are detected in the reciprocal space direction of the first and second dimensional directions. Then, in the second stage, when a Fourier transform is performed in the third dimensional direction, data in which a target is not detected is not extracted, and only data in which a target is detected is extracted, and then targets are detected in the reciprocal space direction of the third dimensional direction.

具体的には、本開示は、FMCWレーダを用いるFMCWレーダ信号処理装置であって、複数のサンプル数だけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数だけ算出するビート信号算出部と、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第1次元方向において、前記ビート信号算出部で算出されたビート信号をフーリエ変換するにあたり、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第2次元方向及び第3次元方向の全座標値を含むビート信号を抽出する第1フーリエ変換部と、前記第2次元方向において、前記第1フーリエ変換部でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第1次元方向の逆空間方向の全座標値及び前記第3次元方向の特定座標値を含む位相値を抽出する第2フーリエ変換部と、前記第1次元方向及び前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度のうちのいずれか2つを検出する第1物標検出部と、前記第2次元方向において、前記第1フーリエ変換部でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第1次元方向の逆空間方向の物標座標値及び前記第3次元方向の全座標値を含む位相値を抽出する第3フーリエ変換部と、前記第3次元方向において、前記第3フーリエ変換部でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値を含む位相値を抽出する第4フーリエ変換部と、前記第1次元方向、前記第2次元方向及び前記第3次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する第2物標検出部と、を備えることを特徴とするFMCWレーダ信号処理装置である。 Specifically, the present disclosure relates to an FMCW radar signal processing device that uses an FMCW radar, the device including: a beat signal calculation unit that calculates beat signals between a transmission signal and a reception signal sampled by a plurality of sample numbers, for a plurality of chirp numbers and a plurality of antenna numbers; a first Fourier transform unit that, in performing a Fourier transform on the beat signal calculated by the beat signal calculation unit in a first dimensional direction among the time elapse direction, the chirp number direction, and the antenna array direction, extracts beat signals including all coordinate values in a second dimensional direction and a third dimensional direction among the time elapse direction, the chirp number direction, and the antenna array direction; a second Fourier transform unit that, in performing a Fourier transform on a phase value of the Fourier transform result in the first Fourier transform unit in the second dimensional direction, extracts phase values including all coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimensional direction and a specific coordinate value in the third dimensional direction; The FMCW radar signal processing device is characterized by comprising: a first target detection unit that detects any two of a target distance, a target speed, and a target angle based on the target coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimension and the second dimension; a third Fourier transform unit that extracts phase values including the target coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimension and all coordinate values in the third dimension when Fourier transforming the phase values of the Fourier transform result in the first Fourier transform unit in the second dimension; a fourth Fourier transform unit that extracts phase values including the target coordinate values in the reciprocal space direction of the second dimension when Fourier transforming the phase values of the Fourier transform result in the third Fourier transform unit in the third dimension; and a second target detection unit that detects a target distance, a target speed, and a target angle based on the target coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimension, the second dimension, and the third dimension.

また、本開示は、FMCWレーダを用いるFMCWレーダ信号処理プログラムであって、複数のサンプル数だけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数だけ算出するビート信号算出ステップと、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第1次元方向において、前記ビート信号算出ステップで算出されたビート信号をフーリエ変換するにあたり、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第2次元方向及び第3次元方向の全座標値を含むビート信号を抽出する第1フーリエ変換ステップと、前記第2次元方向において、前記第1フーリエ変換ステップでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第1次元方向の逆空間方向の全座標値及び前記第3次元方向の特定座標値を含む位相値を抽出する第2フーリエ変換ステップと、前記第1次元方向及び前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度のうちのいずれか2つを検出する第1物標検出ステップと、前記第2次元方向において、前記第1フーリエ変換ステップでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第1次元方向の逆空間方向の物標座標値及び前記第3次元方向の全座標値を含む位相値を抽出する第3フーリエ変換ステップと、前記第3次元方向において、前記第3フーリエ変換ステップでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値を含む位相値を抽出する第4フーリエ変換ステップと、前記第1次元方向、前記第2次元方向及び前記第3次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する第2物標検出ステップと、を順にコンピュータに実行させるためのFMCWレーダ信号処理プログラムである。 The present disclosure also relates to an FMCW radar signal processing program using an FMCW radar, comprising: a beat signal calculation step of calculating beat signals between a transmission signal and a reception signal sampled by a plurality of sample numbers, for a plurality of chirp numbers and a plurality of antenna numbers; a first Fourier transform step of extracting beat signals including all coordinate values in a second dimensional direction and a third dimensional direction among the time elapse direction, the chirp number direction and the antenna array direction when Fourier transforming the beat signal calculated in the beat signal calculation step in a first dimensional direction among the time elapse direction, the chirp number direction and the antenna array direction; a second Fourier transform step of extracting phase values including all coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimensional direction and specific coordinate values in the third dimensional direction when Fourier transforming the phase values of the Fourier transform result in the first Fourier transform step in the second dimensional direction; This is an FMCW radar signal processing program for causing a computer to sequentially execute the following steps: a first target detection step for detecting any two of target distance, target speed, and target angle based on target coordinate values in the reciprocal space direction of a two-dimensional direction; a third Fourier transform step for extracting phase values including target coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimension and all coordinate values in the third dimension when Fourier transforming the phase values of the Fourier transform result in the first Fourier transform step in the second dimension; a fourth Fourier transform step for extracting phase values including target coordinate values in the reciprocal space direction of the second dimension when Fourier transforming the phase values of the Fourier transform result in the third Fourier transform step in the third dimension; and a second target detection step for detecting target distance, target speed, and target angle based on target coordinate values in the reciprocal space directions of the first dimension, the second dimension, and the third dimension.

これらの構成によれば、FMCWレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、フーリエ変換回数、物標検出回数及びデータメモリ量を削減することができる。 With these configurations, it is possible to reduce the number of Fourier transforms, the number of target detections, and the amount of data memory required when implementing an FMCW radar signal processing device in an actual aircraft.

また、本開示は、前記FMCWレーダ信号処理装置の全体でのフーリエ変換回数は、N2×N3+B1+T1×N3+T2である(N2及びN3は、それぞれ前記第2次元方向及び前記第3次元方向の全座標値数、B1は、前記第1次元方向の逆空間方向の全座標値数、T1及びT2は、それぞれ前記第1次元方向及び前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値数。)ことを特徴とするFMCWレーダ信号処理装置である。 The present disclosure also provides an FMCW radar signal processing device, characterized in that the number of Fourier transforms performed in the entire FMCW radar signal processing device is N2×N3+B1+T1×N3+T2 (N2 and N3 are the total number of coordinate values in the second and third dimensional directions, respectively, B1 is the total number of coordinate values in the reciprocal spatial direction of the first dimensional direction, and T1 and T2 are the number of target coordinate values in the reciprocal spatial direction of the first and second dimensional directions, respectively).

この構成によれば、FMCWレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、フーリエ変換回数をN2×N3+B1+T1×N3+T2に削減することができる。 With this configuration, when implementing an FMCW radar signal processing device in an actual device, the number of Fourier transforms can be reduced to N2 x N3 + B1 + T1 x N3 + T2.

また、本開示は、前記FMCWレーダ信号処理装置の全体での物標検出回数は、B1×B2+B3×T3である(B1、B2及びB3は、それぞれ前記第1次元方向、前記第2次元方向及び前記第3次元方向の逆空間方向の全座標値数、T3は、前記第2物標検出部での全検出数。)ことを特徴とするFMCWレーダ信号処理装置である。 The present disclosure also provides an FMCW radar signal processing device, characterized in that the total number of target detections in the FMCW radar signal processing device is B1 x B2 + B3 x T3 (B1, B2, and B3 are the total number of coordinate values in the reciprocal spatial directions of the first dimension, the second dimension, and the third dimension, respectively, and T3 is the total number of detections in the second target detection unit).

この構成によれば、FMCWレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、物標検出回数をB1×B2+B3×T3に削減することができる。 With this configuration, when implementing an FMCW radar signal processing device in an actual aircraft, the number of target detections can be reduced to B1 x B2 + B3 x T3.

また、本開示は、前記FMCWレーダ信号処理装置の全体での最小限の必要なメモリ量は、B1×N2×N3×Dである(B1は、前記第1次元方向の逆空間方向の全座標値数、N2及びN3は、それぞれ前記第2次元方向及び前記第3次元方向の全座標値数、Dは、前記第1フーリエ変換部での各フーリエ変換結果のデータ型に応じたデータ量。)ことを特徴とするFMCWレーダ信号処理装置である。 The present disclosure also provides an FMCW radar signal processing device, characterized in that the overall minimum memory requirement of the FMCW radar signal processing device is B1 x N2 x N3 x D (B1 is the total number of coordinate values in the reciprocal spatial direction of the first dimension, N2 and N3 are the total number of coordinate values in the second and third dimensions, respectively, and D is the amount of data according to the data type of each Fourier transform result in the first Fourier transform unit).

この構成によれば、FMCWレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、最小限の必要なデータメモリ量をB1×N2×N3×Dに削減することができる。 With this configuration, when implementing an FMCW radar signal processing device in an actual aircraft, the minimum amount of data memory required can be reduced to B1 x N2 x N3 x D.

このように、本開示は、FMCWレーダ信号処理装置を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減することができる。 In this way, this disclosure can reduce the amount of signal processing and data memory required when implementing an FMCW radar signal processing device in an actual device.

従来技術のFMCWレーダ信号処理装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a conventional FMCW radar signal processing device. 従来技術のFMCWレーダ信号処理プログラムの手順を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the procedure of a prior art FMCW radar signal processing program. 第1実施形態のFMCWレーダ信号処理装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an FMCW radar signal processing device according to a first embodiment. 第1実施形態のFMCWレーダ信号処理プログラムの手順を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a procedure of an FMCW radar signal processing program according to the first embodiment. 第2実施形態のFMCWレーダ信号処理装置の構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of an FMCW radar signal processing device according to a second embodiment. 第2実施形態のFMCWレーダ信号処理プログラムの手順を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a procedure of an FMCW radar signal processing program according to the second embodiment.

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。 Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of implementations of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.

(第1実施形態のFMCWレーダ信号処理装置)
第1段階では、時間経過方向及びチャープ回数方向において、フーリエ変換を実行したうえで、距離ビン方向及び速度ビン方向において、物標を検出する。第2段階では、アンテナ配列方向において、フーリエ変換を実行するにあたり、物標が検出されないデータを抽出しないで、物標が検出されたデータのみを抽出したうえで、角度ビン方向において、物標を検出する。以下では、各段階を具体的に説明する。
(First embodiment of FMCW radar signal processing device)
In the first stage, a Fourier transform is performed in the time direction and the chirp number direction, and then a target is detected in the range bin direction and the velocity bin direction. In the second stage, when a Fourier transform is performed in the antenna array direction, data in which a target is not detected is not extracted, and only data in which a target is detected is extracted, and then a target is detected in the angle bin direction. Each stage will be described in detail below.

第1実施形態のFMCWレーダ信号処理装置の構成を図3に示す。第1実施形態のFMCWレーダ信号処理プログラムの手順を図4に示す。FMCWレーダ信号処理装置R2は、送信アンテナ21、受信アンテナ22-1~22-a、ミキサ23-1~23-a、発振器24、A/D変換部25-1~25-a、距離解析部26-1~26-a、データ記憶部27、速度解析部28、物標検出部29、リスト記憶部30、速度解析部31、角度解析部32、物標検出部33及びリスト記憶部34を備える。 The configuration of the FMCW radar signal processing device of the first embodiment is shown in Figure 3. The procedure of the FMCW radar signal processing program of the first embodiment is shown in Figure 4. The FMCW radar signal processing device R2 includes a transmitting antenna 21, receiving antennas 22-1 to 22-a, mixers 23-1 to 23-a, an oscillator 24, A/D conversion units 25-1 to 25-a, distance analysis units 26-1 to 26-a, a data storage unit 27, a speed analysis unit 28, a target detection unit 29, a list storage unit 30, a speed analysis unit 31, an angle analysis unit 32, a target detection unit 33, and a list storage unit 34.

ミキサ23-1~23-a、発振器24及びA/D変換部25-1~25-aは、複数のサンプル数Nsだけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数Nc及び複数のアンテナ数Naだけ算出する(図4の左上欄)。 The mixers 23-1 to 23-a, the oscillator 24, and the A/D converters 25-1 to 25-a calculate beat signals between the transmission signal and the reception signal sampled for a number of samples Ns, for a number of chirps Nc and a number of antennas Na (top left column of Figure 4).

距離解析部26-1~26-aは、時間経過方向において、ミキサ23-1~23-a等で算出されたビート信号をフーリエ変換するにあたり、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向の全座標値を含むビート信号を抽出する(図4の左上欄及び中上欄)。距離解析部26-1~26-aでのフーリエ変換回数は、Nc×Naである。 When distance analysis units 26-1 to 26-a perform a Fourier transform on the beat signals calculated by mixers 23-1 to 23-a etc. in the time direction, they extract beat signals that include all coordinate values in the chirp number direction and the antenna array direction (top left column and top center column in Figure 4). The number of Fourier transforms performed by distance analysis units 26-1 to 26-a is Nc x Na.

データ記憶部27は、距離解析部26-1~26-aでのフーリエ変換結果を記憶する(図4の中上欄)。データ記憶部27での必要なメモリ量は、Br×Nc×Na×Dである(Brは、距離ビン方向の全ビン数、Dは、データ型に応じたデータ量。)。 The data storage unit 27 stores the Fourier transform results from the distance analysis units 26-1 to 26-a (top center column of Figure 4). The memory capacity required by the data storage unit 27 is Br x Nc x Na x D (Br is the total number of bins in the distance bin direction, and D is the amount of data according to the data type).

速度解析部28は、チャープ回数方向において、距離解析部26-1~26-aでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、距離ビン方向の全ビン値及びアンテナ配列方向の特定座標値(1個の座標値)を含む位相値を抽出する(図4の中上欄及び右上欄)。速度解析部28でのフーリエ変換回数は、Br×1=Brである。 When the velocity analysis unit 28 performs a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform results from the distance analysis units 26-1 to 26-a in the chirp number direction, it extracts phase values including all bin values in the distance bin direction and a specific coordinate value (one coordinate value) in the antenna array direction (upper middle and upper right columns in Figure 4). The number of Fourier transforms in the velocity analysis unit 28 is Br x 1 = Br.

物標検出部29は、閾値検出を行なったうえで、距離ビン方向及び速度ビン方向の物標ビン値に基づいて、物標距離及び物標速度を検出する(図4の右上欄)。物標検出部29での物標検出回数は、Br×Bvである(Bvは、速度ビン方向の全ビン数。)。 After performing threshold detection, the target detection unit 29 detects the target distance and target speed based on the target bin values in the distance bin direction and speed bin direction (top right column of Figure 4). The number of times the target is detected by the target detection unit 29 is Br x Bv (Bv is the total number of bins in the speed bin direction).

リスト記憶部30は、物標検出部29での物標検出結果及びフーリエ変換強度を記憶する(図4の右上欄)。リスト記憶部30での必要なメモリ量は、Tr×D又はTv×Dである(Tr(図4では1)は、距離ビン方向の全検出数、Tv(図4では1)は、速度ビン方向の全検出数、Dは、データ型に応じたデータ量。同一の距離/速度ビン値において、複数の物標が存在することがあるため、TrとTvとは、異なることもあり得る。)。 The list storage unit 30 stores the target detection results and Fourier transform intensity from the target detection unit 29 (top right column in Figure 4). The amount of memory required by the list storage unit 30 is Tr x D or Tv x D (Tr (1 in Figure 4) is the total number of detections in the distance bin direction, Tv (1 in Figure 4) is the total number of detections in the speed bin direction, and D is the amount of data according to the data type. Since multiple targets may exist at the same distance/speed bin value, Tr and Tv may be different).

速度解析部31は、チャープ回数方向において、距離解析部26-1~26-aでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、距離ビン方向の物標ビン値(図4では、1個のビン値)及びアンテナ配列方向の全座標値を含む位相値を抽出する(図4の左下欄及び中下欄)。速度解析部31でのフーリエ変換回数は、Tr×Naである。 When the velocity analysis unit 31 performs a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform results from the distance analysis units 26-1 to 26-a in the chirp number direction, it extracts the target bin value in the range bin direction (one bin value in FIG. 4) and the phase value including all coordinate values in the antenna array direction (lower left column and lower center column in FIG. 4). The number of Fourier transforms in the velocity analysis unit 31 is Tr×Na.

ここで、速度解析部28は、アンテナ配列方向の特定座標値(1個の座標値)を含む位相値のみをフーリエ変換する。そこで、速度解析部31は、アンテナ配列方向の全座標値を含む位相値をフーリエ変換する。すると、角度解析部32の処理が可能となる。 Here, the velocity analysis unit 28 performs a Fourier transform on only the phase value that includes a specific coordinate value (one coordinate value) in the antenna array direction. Therefore, the velocity analysis unit 31 performs a Fourier transform on the phase value that includes all coordinate values in the antenna array direction. This enables processing by the angle analysis unit 32.

角度解析部32は、アンテナ配列方向において、速度解析部31でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、速度ビン方向の物標ビン値(図4では、1個のビン値)を含む位相値を抽出する(図4の中下欄及び右下欄)。角度解析部32でのフーリエ変換回数は、Tvである(Tv(図4では1)は、速度ビン方向の全検出数。)。 When the angle analysis unit 32 performs a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform results from the speed analysis unit 31 in the antenna array direction, it extracts phase values including the target bin value in the speed bin direction (one bin value in Figure 4) (lower middle and lower right columns in Figure 4). The number of Fourier transforms performed by the angle analysis unit 32 is Tv (Tv (1 in Figure 4) is the total number of detections in the speed bin direction).

物標検出部33は、閾値検出を行なったうえで、距離ビン方向、速度ビン方向及び角度ビン方向の物標ビン値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する(図4の右下欄)。物標検出部33での物標検出回数は、Ba×Taである(Baは、角度ビン方向の全ビン数、Ta(図4では1)は、物標検出部33での全検出数。)。 After performing threshold detection, the target detection unit 33 detects the target distance, target speed, and target angle based on the target bin values in the distance bin direction, speed bin direction, and angle bin direction (lower right column in Figure 4). The number of target detections by the target detection unit 33 is Ba x Ta (Ba is the total number of bins in the angle bin direction, and Ta (1 in Figure 4) is the total number of detections by the target detection unit 33).

リスト記憶部34は、物標検出部33での物標検出結果及びフーリエ変換強度を記憶する(図4の右下欄)。リスト記憶部34での必要なメモリ量は、Ta×Dである(Dは、データ型に応じたデータ量。同一の距離/速度/角度ビン値において、複数の物標が存在することがあるため、Taは、Tr及びTvと異なることもあり得る。)。 The list storage unit 34 stores the target detection results and Fourier transform intensity from the target detection unit 33 (lower right column in Figure 4). The amount of memory required by the list storage unit 34 is Ta x D (D is the amount of data according to the data type. Since multiple targets may exist at the same distance/speed/angle bin value, Ta may be different from Tr and Tv.).

FMCWレーダ信号処理装置R2の全体でのフーリエ変換回数は、Nc×Na+Br+Tr×Na+Tvである。FMCWレーダ信号処理装置R2の全体でのフーリエ変換計算量は、Nc×Na×Br×lоgBr+Br×Bv×lоgBv+Tr×Na×Bv×lоgBv+Tv×Ba×lоgBaである。FMCWレーダ信号処理装置R2の全体での物標検出回数は、Br×Bv+Ba×Taである。FMCWレーダ信号処理装置R2の全体での最小限の必要なメモリ量は、Br×Nc×Na×Dである(速度解析部28より以降において、データ記憶部27から必要なデータを読み出し、途中の演算結果を保存することなく破棄すればよいため、データ記憶部27のメモリ量を確保すれば足りる。)。 The number of Fourier transforms performed in the entire FMCW radar signal processing device R2 is Nc×Na+Br+Tr×Na+Tv. The amount of Fourier transform calculations performed in the entire FMCW radar signal processing device R2 is Nc×Na×Br×log 2 Br+Br×Bv×log 2 Bv+Tr×Na×Bv×log 2 Bv+Tv×Ba×log 2 Ba. The number of target detections performed in the entire FMCW radar signal processing device R2 is Br×Bv+Ba×Ta. The minimum memory capacity required in the entire FMCW radar signal processing device R2 is Br×Nc×Na×D (after the speed analysis unit 28, necessary data is read from the data storage unit 27 and the intermediate calculation results are discarded without being stored, so it is sufficient to secure the memory capacity of the data storage unit 27).

例えば、Ns=128、Nc=128、Na=16、Br=128、Bv=256、Ba=32であるとする。ただし、最悪条件として、物標検出部33での全検出数は、最大検出数の512であり、距離ビン方向の物標ビン値数は、全ビン値数の128である。 For example, assume that Ns = 128, Nc = 128, Na = 16, Br = 128, Bv = 256, and Ba = 32. However, in the worst case, the total number of detections in the target detection unit 33 is the maximum number of detections, 512, and the number of target bin values in the distance bin direction is the total number of bin values, 128.

FMCWレーダ信号処理装置R2の全体でのフーリエ変換回数は、4,736である。FMCWレーダ信号処理装置R2の全体でのフーリエ変換計算量は、6,373,376である。FMCWレーダ信号処理装置R2の全体での物標検出回数は、49,152である。FMCWレーダ信号処理装置R2の全体での最小限の必要なメモリ量は、262,144×Dである。そして、フーリエ変換でゼロ補間するときや、アレイアンテナを仮想拡張するときに、データ型に応じたデータ量Dが増えるとしても、FMCWレーダ信号処理装置R2の全体での最小限の必要なメモリ量が大きくは増えない。 The total number of Fourier transforms performed by the FMCW radar signal processing device R2 is 4,736. The total number of Fourier transform calculations performed by the FMCW radar signal processing device R2 is 6,373,376. The total number of target detections by the FMCW radar signal processing device R2 is 49,152. The total minimum memory required by the FMCW radar signal processing device R2 is 262,144 x D. Even if the amount of data D increases according to the data type when performing zero interpolation in the Fourier transform or when virtually expanding the array antenna, the total minimum memory required by the FMCW radar signal processing device R2 does not increase significantly.

このように、第1実施形態では、FMCWレーダ信号処理装置R2を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減することが容易になる。 In this way, in the first embodiment, it becomes easy to reduce the amount of signal processing and data memory required when implementing the FMCW radar signal processing device R2 in an actual aircraft.

(第2実施形態のFMCWレーダ信号処理装置)
第2実施形態では、第1実施形態を拡張する。時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちのいずれかを、第1次元方向、第2次元方向及び第3次元方向と定義する。距離ビン方向、速度ビン方向及び角度ビン方向のうちのいずれかを、第1次元方向の逆空間方向、第2次元方向の逆空間方向及び第3次元方向の逆空間方向と定義する。
(FMCW radar signal processing device of the second embodiment)
In the second embodiment, the first embodiment is expanded. Any of the time passage direction, the chirp number direction, and the antenna array direction is defined as the first dimension direction, the second dimension direction, and the third dimension direction. Any of the range bin direction, the velocity bin direction, and the angle bin direction is defined as the reciprocal space direction of the first dimension direction, the reciprocal space direction of the second dimension direction, and the reciprocal space direction of the third dimension direction.

第1段階では、第1次元方向及び第2次元方向において、フーリエ変換を実行したうえで、第1次元方向の逆空間方向及び第2次元方向の逆空間方向において、物標を検出する。第2段階では、第3次元方向において、フーリエ変換を実行するにあたり、物標が検出されないデータを抽出しないで、物標が検出されたデータのみを抽出したうえで、第3次元方向の逆空間方向において、物標を検出する。以下では、各段階を具体的に説明する。 In the first stage, a Fourier transform is performed in the first and second dimensional directions, and then targets are detected in the reciprocal space direction of the first and second dimensional directions. In the second stage, when a Fourier transform is performed in the third dimensional direction, data in which a target is not detected is not extracted, and only data in which a target is detected is extracted, and then targets are detected in the reciprocal space direction of the third dimensional direction. Each stage is described in detail below.

第2実施形態のFMCWレーダ信号処理装置の構成を図5に示す。第2実施形態のFMCWレーダ信号処理プログラムの手順を図6に示す。FMCWレーダ信号処理装置R3は、送信アンテナ41、受信アンテナ42-1~42-a、ミキサ43-1~43-a、発振器44、A/D変換部45-1~45-a、第1解析部46、データ記憶部47、第2解析部48、物標検出部49、リスト記憶部50、第2解析部51、第3解析部52、物標検出部53及びリスト記憶部54を備える。 The configuration of the FMCW radar signal processing device of the second embodiment is shown in FIG. 5. The procedure of the FMCW radar signal processing program of the second embodiment is shown in FIG. 6. The FMCW radar signal processing device R3 includes a transmitting antenna 41, receiving antennas 42-1 to 42-a, mixers 43-1 to 43-a, an oscillator 44, A/D conversion units 45-1 to 45-a, a first analysis unit 46, a data storage unit 47, a second analysis unit 48, a target detection unit 49, a list storage unit 50, a second analysis unit 51, a third analysis unit 52, a target detection unit 53, and a list storage unit 54.

ミキサ43-1~43-a、発振器44及びA/D変換部45-1~45-aは、複数のサンプル数だけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数だけ算出する(図6の左上欄)。複数のサンプル数、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数のうちのいずれかを、N1、N2及びN3と定義する。 The mixers 43-1 to 43-a, the oscillator 44, and the A/D converters 45-1 to 45-a calculate beat signals between the transmission signal and the reception signal sampled for a number of samples, for a number of chirps and a number of antennas (top left column in FIG. 6). Any of the number of samples, the number of chirps, and the number of antennas are defined as N1, N2, and N3.

第1解析部46は、第1次元方向において、ミキサ43-1~43-a等で算出されたビート信号をフーリエ変換するにあたり、第2次元方向及び第3次元方向の全座標値を含むビート信号を抽出する(図6の左上欄及び中上欄)。第1解析部46でのフーリエ変換回数は、N2×N3である。 When the first analyzer 46 performs a Fourier transform on the beat signals calculated by the mixers 43-1 to 43-a in the first dimension, it extracts beat signals that include all coordinate values in the second and third dimensions (top left and top center columns in FIG. 6). The number of Fourier transforms performed by the first analyzer 46 is N2×N3.

データ記憶部47は、第1解析部46でのフーリエ変換結果を記憶する(図6の中上欄)。データ記憶部47での必要なメモリ量は、B1×N2×N3×Dである(B1は、第1次元方向の逆空間方向の全座標値数、Dは、データ型に応じたデータ量。)。 The data storage unit 47 stores the Fourier transform results from the first analysis unit 46 (top center column of Figure 6). The memory capacity required by the data storage unit 47 is B1 x N2 x N3 x D (B1 is the total number of coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimension, and D is the amount of data according to the data type).

第2解析部48は、第2次元方向において、第1解析部46でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、第1次元方向の逆空間方向の全座標値及び第3次元方向の特定座標値(1個の座標値)を含む位相値を抽出する(図6の中上欄及び右上欄)。第2解析部48でのフーリエ変換回数は、B1×1=B1である。 When the second analysis unit 48 performs a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform result of the first analysis unit 46 in the second dimensional direction, it extracts phase values including all coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimensional direction and a specific coordinate value (one coordinate value) in the third dimensional direction (upper middle and upper right columns of Figure 6). The number of Fourier transforms performed by the second analysis unit 48 is B1 x 1 = B1.

物標検出部49は、閾値検出を行なったうえで、第1次元方向及び第2次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度のうちのいずれか2つを検出する(図6の右上欄)。物標検出部49での物標検出回数は、B1×B2である(B2は、第2次元方向の逆空間方向の全座標値数。)。 After performing threshold detection, the target detection unit 49 detects any two of the target distance, target speed, and target angle based on the target coordinate values in the reciprocal space directions of the first and second dimensions (top right column of Figure 6). The number of times the target is detected by the target detection unit 49 is B1 x B2 (B2 is the total number of coordinate values in the reciprocal space direction of the second dimension).

リスト記憶部50は、物標検出部49での物標検出結果及びフーリエ変換強度を記憶する(図6の右上欄)。リスト記憶部50での必要なメモリ量は、T1×D又はT2×Dである(T1(図6では1)は、第1次元方向の逆空間方向の全検出数、T2(図6では1)は、第2次元方向の逆空間方向の全検出数、Dは、データ型に応じたデータ量。同一の第1/第2次元方向の逆空間方向の座標値において、複数の物標が存在することがあるため、T1とT2とは、異なることもあり得る。)。 The list storage unit 50 stores the target detection results and Fourier transform intensity from the target detection unit 49 (top right column in Figure 6). The memory capacity required by the list storage unit 50 is T1 x D or T2 x D (T1 (1 in Figure 6) is the total number of detections in the reciprocal space direction in the first dimension, T2 (1 in Figure 6) is the total number of detections in the reciprocal space direction in the second dimension, and D is the amount of data according to the data type. Since multiple targets may exist at the same coordinate value in the reciprocal space direction in the first/second dimension, T1 and T2 may be different).

第2解析部51は、第2次元方向において、第1解析部46でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、第1次元方向の逆空間方向の物標座標値(図6では、1個の座標値)及び第3次元方向の全座標値を含む位相値を抽出する(図6の左下欄及び中下欄)。第2解析部51でのフーリエ変換回数は、T1×N3である。 When the second analysis unit 51 performs a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform results from the first analysis unit 46 in the second dimensional direction, it extracts phase values including the target coordinate value in the reciprocal space direction of the first dimensional direction (one coordinate value in FIG. 6) and all coordinate values in the third dimensional direction (lower left column and lower center column in FIG. 6). The number of Fourier transforms performed by the second analysis unit 51 is T1×N3.

ここで、第2解析部48は、第3次元方向の特定座標値(1個の座標値)を含む位相値のみをフーリエ変換する。そこで、第2解析部51は、第3次元方向の全座標値を含む位相値をフーリエ変換する。すると、第3解析部52の処理が可能となる。 Here, the second analysis unit 48 performs a Fourier transform only on the phase values that include a specific coordinate value (one coordinate value) in the third dimensional direction. Therefore, the second analysis unit 51 performs a Fourier transform on the phase values that include all coordinate values in the third dimensional direction. This makes it possible for the third analysis unit 52 to perform processing.

第3解析部52は、第3次元方向において、第2解析部51でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、第2次元方向の逆空間方向の物標座標値(図6では、1個の座標値)を含む位相値を抽出する(図6の中下欄及び右下欄)。第3解析部52でのフーリエ変換回数は、T2である(T2(図6では1)は、第2次元方向の逆空間方向の全検出数。)。 When the third analysis unit 52 performs a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform results from the second analysis unit 51 in the third dimensional direction, it extracts phase values including the target coordinate values (one coordinate value in FIG. 6) in the reciprocal space direction of the second dimensional direction (bottom center column and bottom right column of FIG. 6). The number of Fourier transforms performed by the third analysis unit 52 is T2 (T2 (1 in FIG. 6) is the total number of detections in the reciprocal space direction of the second dimensional direction).

物標検出部53は、閾値検出を行なったうえで、第1次元方向、第2次元方向及び第3次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する(図6の右下欄)。物標検出部53での物標検出回数は、B3×T3である(B3は、第3次元方向の逆空間方向の全座標値数、T3(図6では1)は、物標検出部53での全検出数。)。 After performing threshold detection, the target detection unit 53 detects the target distance, target speed, and target angle based on the target coordinate values in the reciprocal space directions of the first dimension, second dimension, and third dimension (lower right column in Figure 6). The number of target detections by the target detection unit 53 is B3 x T3 (B3 is the total number of coordinate values in the reciprocal space direction of the third dimension, and T3 (1 in Figure 6) is the total number of detections by the target detection unit 53).

リスト記憶部54は、物標検出部53での物標検出結果及びフーリエ変換強度を記憶する(図6の右下欄)。リスト記憶部54での必要なメモリ量は、T3×Dである(Dは、データ型に応じたデータ量。同一の第1/第2/第3次元方向の逆空間方向の座標値において、複数の物標が存在することがあるため、T3は、T1及びT2と異なることもあり得る。)。 The list storage unit 54 stores the target detection results and Fourier transform intensity from the target detection unit 53 (lower right column in Figure 6). The memory capacity required by the list storage unit 54 is T3 x D (D is the amount of data according to the data type. Since multiple targets may exist at the same coordinate value in the reciprocal space direction of the first/second/third dimensional direction, T3 may be different from T1 and T2.).

FMCWレーダ信号処理装置R3の全体でのフーリエ変換回数は、N2×N3+B1+T1×N3+T2である。FMCWレーダ信号処理装置R3の全体でのフーリエ変換計算量は、N2×N3×B1×lоgB1+B1×B2×lоgB2+T1×N3×B2×lоgB2+T2×B3×lоgB3である。FMCWレーダ信号処理装置R3の全体での物標検出回数は、B1×B2+B3×T3である。FMCWレーダ信号処理装置R3の全体での最小限の必要なメモリ量は、B1×N2×N3×Dである(第2解析部48より以降において、データ記憶部47から必要なデータを読み出し、途中の演算結果を保存することなく破棄すればよいため、データ記憶部47のメモリ量を確保すれば足りる。)。 The number of Fourier transforms performed in the entire FMCW radar signal processing device R3 is N2×N3+B1+T1×N3+T2. The amount of Fourier transform calculations performed in the entire FMCW radar signal processing device R3 is N2×N3×B1×log 2 B1+B1×B2×log 2 B2+T1×N3×B2×log 2 B2+T2×B3×log 2 B3. The number of target detections performed in the entire FMCW radar signal processing device R3 is B1×B2+B3×T3. The minimum memory capacity required in the entire FMCW radar signal processing device R3 is B1×N2×N3×D (after the second analysis unit 48, necessary data is read from the data storage unit 47 and the intermediate calculation results are discarded without being stored, so it is sufficient to secure the memory capacity of the data storage unit 47).

このように、第2実施形態でも、FMCWレーダ信号処理装置R3を実機に実装するにあたり、信号処理量及びデータメモリ量を削減することが容易になる。 In this way, even in the second embodiment, it becomes easy to reduce the amount of signal processing and data memory required when implementing the FMCW radar signal processing device R3 in an actual aircraft.

本開示のFMCWレーダ信号処理装置及びFMCWレーダ信号処理プログラムは、ミリ波帯等の高周波帯及びMIMO等のアンテナ配列に適用することができる。 The FMCW radar signal processing device and FMCW radar signal processing program disclosed herein can be applied to high frequency bands such as millimeter wave bands and antenna arrangements such as MIMO.

R1:FMCWレーダ信号処理装置
1:送信アンテナ
2-1、2-a:受信アンテナ
3-1、3-a:ミキサ
4:発振器
5-1、5-a:A/D変換部
6-1、6-a:距離解析部
7:データ記憶部
8-1、8-a:速度解析部
9:データ記憶部
10:角度解析部
11:データ記憶部
12:物標検出部
R2:FMCWレーダ信号処理装置
21:送信アンテナ
22-1、22-a:受信アンテナ
23-1、23-a:ミキサ
24:発振器
25-1、25-a:A/D変換部
26-1、26-a:距離解析部
27:データ記憶部
28:速度解析部
29:物標検出部
30:リスト記憶部
31:速度解析部
32:角度解析部
33:物標検出部
34:リスト記憶部
R3:FMCWレーダ信号処理装置
41:送信アンテナ
42-1、42-a:受信アンテナ
43-1、43-a:ミキサ
44:発振器
45-1、45-a:A/D変換部
46:第1解析部
47:データ記憶部
48:第2解析部
49:物標検出部
50:リスト記憶部
51:第2解析部
52:第3解析部
53:物標検出部
54:リスト記憶部
R1: FMCW radar signal processing device 1: Transmitting antennas 2-1, 2-a: Receiving antennas 3-1, 3-a: Mixer 4: Oscillator 5-1, 5-a: A/D converter 6-1, 6-a: Distance analysis unit 7: Data storage unit 8-1, 8-a: Speed analysis unit 9: Data storage unit 10: Angle analysis unit 11: Data storage unit 12: Target detection unit R2: FMCW radar signal processing device 21: Transmitting antennas 22-1, 22-a: Receiving antennas 23-1, 23-a: Mixer 24: Oscillator 25-1, 25-a: A/D converter 26-1, 26-a: Distance Separation analysis unit 27: Data storage unit 28: Speed analysis unit 29: Target detection unit 30: List storage unit 31: Speed analysis unit 32: Angle analysis unit 33: Target detection unit 34: List storage unit R3: FMCW radar signal processing device 41: Transmitting antennas 42-1, 42-a: Receiving antennas 43-1, 43-a: Mixer 44: Oscillators 45-1, 45-a: A/D conversion unit 46: First analysis unit 47: Data storage unit 48: Second analysis unit 49: Target detection unit 50: List storage unit 51: Second analysis unit 52: Third analysis unit 53: Target detection unit 54: List storage unit

Claims (5)

FMCW(Frequency Modulation-Continuous Wave)レーダを用いるFMCWレーダ信号処理装置であって、
複数のサンプル数だけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数だけ算出するビート信号算出部と、
時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第1次元方向において、前記ビート信号算出部で算出されたビート信号をフーリエ変換するにあたり、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第2次元方向及び第3次元方向の全座標値を含むビート信号を抽出する第1フーリエ変換部と、
前記第2次元方向において、前記第1フーリエ変換部でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第1次元方向の逆空間方向の全座標値及び前記第3次元方向の特定座標値を含む位相値を抽出する第2フーリエ変換部と、
前記第1次元方向及び前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度のうちのいずれか2つを検出する第1物標検出部と、
前記第2次元方向において、前記第1フーリエ変換部でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第1次元方向の逆空間方向の物標座標値及び前記第3次元方向の全座標値を含む位相値を抽出する第3フーリエ変換部と、
前記第3次元方向において、前記第3フーリエ変換部でのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値を含む位相値を抽出する第4フーリエ変換部と、
前記第1次元方向、前記第2次元方向及び前記第3次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する第2物標検出部と、
を備えることを特徴とするFMCWレーダ信号処理装置。
A frequency modulation-continuous wave (FMCW) radar signal processing device using an FMCW radar,
a beat signal calculation unit that calculates beat signals between a transmission signal and a reception signal sampled by a plurality of samples, the number of the beat signals corresponding to a plurality of chirp numbers and the number of the antennas;
a first Fourier transform unit that extracts beat signals including all coordinate values in a second and third dimensional directions among the time elapse direction, the chirp number direction, and the antenna array direction when performing a Fourier transform on the beat signal calculated by the beat signal calculation unit in a first dimensional direction among the time elapse direction, the chirp number direction, and the antenna array direction;
a second Fourier transform unit that extracts phase values including all coordinate values in a reciprocal space direction of the first dimensional direction and specific coordinate values in the third dimensional direction when performing a Fourier transform on phase values of the Fourier transform result in the first Fourier transform unit in the second dimensional direction;
a first target detection unit that detects any two of a target distance, a target velocity, and a target angle based on target coordinate values in a reciprocal space direction of the first dimension direction and the second dimension direction;
a third Fourier transform unit that extracts phase values including a target coordinate value in a reciprocal space direction of the first dimensional direction and all coordinate values in the third dimensional direction when performing a Fourier transform on a phase value of a Fourier transform result in the first Fourier transform unit in the second dimensional direction;
a fourth Fourier transform unit that extracts a phase value including a target coordinate value in a reciprocal space direction of the second dimensional direction when performing a Fourier transform on a phase value of a Fourier transform result in the third Fourier transform unit in the third dimensional direction;
a second target detection unit that detects a target distance, a target velocity, and a target angle based on target coordinate values in reciprocal spatial directions of the first dimension direction, the second dimension direction, and the third dimension direction;
1. An FMCW radar signal processing device comprising:
前記FMCWレーダ信号処理装置の全体でのフーリエ変換回数は、N2×N3+B1+T1×N3+T2である(N2及びN3は、それぞれ前記第2次元方向及び前記第3次元方向の全座標値数、B1は、前記第1次元方向の逆空間方向の全座標値数、T1及びT2は、それぞれ前記第1次元方向及び前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値数。)
ことを特徴とする、請求項1に記載のFMCWレーダ信号処理装置。
The number of Fourier transforms performed in the entire FMCW radar signal processing device is N2×N3+B1+T1×N3+T2 (N2 and N3 are the total number of coordinate values in the second dimensional direction and the third dimensional direction, respectively, B1 is the total number of coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimensional direction, and T1 and T2 are the number of target coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimensional direction and the second dimensional direction, respectively).
2. An FMCW radar signal processing device according to claim 1 .
前記FMCWレーダ信号処理装置の全体での物標検出回数は、B1×B2+B3×T3である(B1、B2及びB3は、それぞれ前記第1次元方向、前記第2次元方向及び前記第3次元方向の逆空間方向の全座標値数、T3は、前記第2物標検出部での全検出数。)
ことを特徴とする、請求項1又は2に記載のFMCWレーダ信号処理装置。
The total number of target detections in the FMCW radar signal processing device is B1×B2+B3×T3 (B1, B2, and B3 are the total number of coordinate values in the reciprocal space directions of the first dimension, the second dimension, and the third dimension, respectively, and T3 is the total number of detections in the second target detection unit).
3. An FMCW radar signal processing device according to claim 1 or 2.
前記FMCWレーダ信号処理装置の全体での最小限の必要なメモリ量は、B1×N2×N3×Dである(B1は、前記第1次元方向の逆空間方向の全座標値数、N2及びN3は、それぞれ前記第2次元方向及び前記第3次元方向の全座標値数、Dは、前記第1フーリエ変換部での各フーリエ変換結果のデータ型に応じたデータ量。)
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載のFMCWレーダ信号処理装置。
The minimum memory amount required for the entire FMCW radar signal processing device is B1×N2×N3×D (B1 is the total number of coordinate values in the reciprocal space direction of the first dimension, N2 and N3 are the total numbers of coordinate values in the second dimension and the third dimension, respectively, and D is the data amount according to the data type of each Fourier transform result in the first Fourier transform unit).
4. An FMCW radar signal processing device according to claim 1, wherein the FMCW radar signal processing device comprises:
FMCW(Frequency Modulation-Continuous Wave)レーダを用いるFMCWレーダ信号処理プログラムであって、
複数のサンプル数だけサンプリングした送信信号と受信信号との間のビート信号を、複数のチャープ数及び複数のアンテナ数だけ算出するビート信号算出ステップと、
時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第1次元方向において、前記ビート信号算出ステップで算出されたビート信号をフーリエ変換するにあたり、時間経過方向、チャープ回数方向及びアンテナ配列方向のうちの第2次元方向及び第3次元方向の全座標値を含むビート信号を抽出する第1フーリエ変換ステップと、
前記第2次元方向において、前記第1フーリエ変換ステップでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第1次元方向の逆空間方向の全座標値及び前記第3次元方向の特定座標値を含む位相値を抽出する第2フーリエ変換ステップと、
前記第1次元方向及び前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度のうちのいずれか2つを検出する第1物標検出ステップと、
前記第2次元方向において、前記第1フーリエ変換ステップでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第1次元方向の逆空間方向の物標座標値及び前記第3次元方向の全座標値を含む位相値を抽出する第3フーリエ変換ステップと、
前記第3次元方向において、前記第3フーリエ変換ステップでのフーリエ変換結果の位相値をフーリエ変換するにあたり、前記第2次元方向の逆空間方向の物標座標値を含む位相値を抽出する第4フーリエ変換ステップと、
前記第1次元方向、前記第2次元方向及び前記第3次元方向の逆空間方向の物標座標値に基づいて、物標距離、物標速度及び物標角度を検出する第2物標検出ステップと、
を順にコンピュータに実行させるためのFMCWレーダ信号処理プログラム。
A frequency modulation-continuous wave (FMCW) radar signal processing program using an FMCW radar,
a beat signal calculation step of calculating beat signals between a transmission signal and a reception signal sampled by a plurality of samples, the beat signals being calculated for a plurality of chirp numbers and a plurality of antennas;
a first Fourier transform step of extracting beat signals including all coordinate values in a second and third dimensional directions among the time elapse direction, the chirp number direction, and the antenna array direction, when performing a Fourier transform on the beat signal calculated in the beat signal calculation step in a first dimensional direction among the time elapse direction, the chirp number direction, and the antenna array direction;
a second Fourier transform step of extracting phase values including all coordinate values in a reciprocal space direction of the first dimensional direction and specific coordinate values in the third dimensional direction when performing a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform result in the first Fourier transform step in the second dimensional direction;
a first target detection step of detecting any two of a target distance, a target velocity, and a target angle based on target coordinate values in a reciprocal space direction of the first dimension direction and the second dimension direction;
a third Fourier transform step of extracting phase values including a target coordinate value in a reciprocal space direction of the first dimensional direction and all coordinate values in the third dimensional direction when performing a Fourier transform on the phase values of the Fourier transform result in the first Fourier transform step in the second dimensional direction;
a fourth Fourier transform step of extracting a phase value including a target coordinate value in a reciprocal space direction of the second dimensional direction when performing a Fourier transform on the phase value of the Fourier transform result in the third Fourier transform step in the third dimensional direction;
a second target detection step of detecting a target distance, a target velocity, and a target angle based on target coordinate values in reciprocal spatial directions of the first dimension direction, the second dimension direction, and the third dimension direction;
An FMCW radar signal processing program for causing a computer to execute the above steps in sequence.
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