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JP7622479B2 - Radar device and control method thereof - Google Patents
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Description

本発明は、例えばミリ波センサ等を用いたレーダ装置とその制御方法に関する。 The present invention relates to a radar device using, for example, a millimeter wave sensor, and a control method thereof.

従来は、ノイズレベルの時間変動を監視することで、レーダ装置への干渉又はレーダ装置の故障などのレーダ装置の異常状態を検出していた。 Conventionally, abnormal conditions in the radar device, such as interference with the radar device or a malfunction of the radar device, were detected by monitoring the time fluctuation of the noise level.

例えば、特許文献1では、レーダ装置のレドームにセンサ等を配設せずに、レドームの氷結、着雪、レドームに対する汚れの付着を検出して報知するために、以下の構成を有するレーダ装置を開示している。当該レーダ装置は、周波数を掃引したFM信号を送信し、物体からの反射信号を受信し、反射信号と送信信号の一部を混合することによって得られるビート信号の周波数から物体の位置を検出するFMレーダ装置であり、前記ビート信号の低周波成分のレベルに基づいてアンテナのレドームに付着した汚れを検出する手段を備えたことを特徴としている。 For example, Patent Document 1 discloses a radar device having the following configuration for detecting and reporting ice, snow, and dirt on the radome without installing sensors or the like in the radome of the radar device. This radar device is an FM radar device that transmits a frequency-swept FM signal, receives a reflected signal from the object, and detects the position of the object from the frequency of a beat signal obtained by mixing the reflected signal with a portion of the transmitted signal, and is characterized by having a means for detecting dirt on the antenna radome based on the level of the low-frequency component of the beat signal.

また、特許文献2では、ターゲット検出の時間分解能を低下させずに汚れを検出するために、以下の構成を有する車載用レーダ装置を開示している。当該レーダ装置は、車両の周辺物体を検出し、検出範囲に走行路面が含まれる車両用レーダ装置において、信号処理部は、前記周辺物体の検出に第2のしきい値を越えたビート周波数を用いるとともに、所定の周波数範囲において第1のしきい値を越える受信レベルのビート周波数の所定時間内の発生数が所定値以下のときに前記送信部または受信部に汚れがあると判定することを特徴としている。 Patent Document 2 also discloses an on-vehicle radar device having the following configuration for detecting dirt without reducing the time resolution of target detection. The radar device detects objects around the vehicle, and the detection range includes the road surface. The signal processing unit uses beat frequencies that exceed a second threshold to detect the objects around the vehicle, and determines that dirt is present in the transmitting unit or receiving unit when the number of occurrences of beat frequencies with reception levels exceeding a first threshold in a predetermined frequency range within a predetermined time period is equal to or less than a predetermined value.

特開平10-282229号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-282229 特開2000-019242号公報JP 2000-019242 A

しかし、これら従来例に係るレーダ装置では、基準となるノイズレベルを算出する際に、静止物体や地面などマルチパスの影響を極力避けるため、周囲反射の少ない理想環境(例えば、電波暗室や開けた屋外空間など)で行なう必要があった。また、ノイズレベルはデバイス熱などに起因して変動するため、デバイスの温度も常に把握する方策が別途必要であった。 However, in these conventional radar devices, when calculating the reference noise level, it was necessary to do so in an ideal environment with little ambient reflection (such as an anechoic chamber or an open outdoor space) in order to minimize the effects of multipath from stationary objects and the ground. In addition, because the noise level fluctuates due to factors such as device heat, a separate measure was required to constantly monitor the device temperature.

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して簡単な方法でかつ短時間で、レーダ装置の異常状態を検出することができるレーダ装置とその制御方法を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above problems and provide a radar device and a control method thereof that can detect an abnormal state of the radar device in a simpler manner and in a shorter time than conventional techniques.

本発明に係るレーダ装置は、
送信チャープ信号を含む無線信号を送信する無線送信部と、前記送信チャープ信号を含む無線信号が物標で反射された後、前記反射された受信チャープ信号を含む無線信号を受信する無線受信部とを備えるレーダ装置であって、
前記無線受信部は、
前記受信された受信チャープ信号を含む無線信号と、前記送信チャープ信号を含む無線信号とを混合することで、ビート信号を検出し、
前記ビート信号を所定の通過帯域幅で帯域通過フィルタリングし、もしくは所定の低域遮断周波数で低域通過フィルタリングし、
前記フィルタリングされたビート信号に対して、距離及び相対速度の2次元FFT処理を実行して、複数の相対速度に対する距離スペクトルを含むマップ情報を計算し、
前記マップ情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲となる、距離と相対速度の周波数範囲を決定し、前記決定された周波数範囲から、受信された無線信号の信号強度の平均値を計算し、
前記計算された信号強度を所定の異常検出用閾値と比較することで、前記レーダ装置が異常状態であるか否かが判断する。
The radar device according to the present invention comprises:
A radar device comprising: a radio transmitting unit that transmits a radio signal including a transmission chirp signal; and a radio receiving unit that receives a radio signal including the reflected reception chirp signal after the radio signal including the transmission chirp signal is reflected by a target,
The wireless receiving unit includes:
Detecting a beat signal by mixing the received radio signal including the received chirp signal with the radio signal including the transmitted chirp signal;
band-pass filtering the beat signal with a predetermined passband width or low-pass filtering with a predetermined lower cutoff frequency;
performing two-dimensional FFT processing of distance and relative velocity on the filtered beat signal to calculate map information including distance spectra for a plurality of relative velocities;
determining a frequency range of distance and relative speed that is a blind spot range of the radar device based on the map information, and calculating an average value of the signal strength of the received wireless signal from the determined frequency range;
The calculated signal strength is compared with a predetermined abnormality detection threshold to determine whether or not the radar device is in an abnormal state.

従って、本発明に係るレーダ装置等によれば、従来技術に比較して簡単な方法でかつ短時間で、レーダ装置の異常状態を検出することができる。 Therefore, the radar device according to the present invention can detect an abnormal state of the radar device in a simpler manner and in a shorter time than the conventional technology.

実施形態に係るレーダ装置100の構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an example of the configuration of a radar device 100 according to an embodiment. 図1のレーダ装置100で用いるチャープ信号の周波数変化波形図を示すグラフである。2 is a graph showing a frequency change waveform of a chirp signal used in the radar device 100 of FIG. 1 . 図1のレーダ装置100で用いるバンドパスフィルタ24-1~24-Nの利得周波数特性を示す図である。2 is a diagram showing gain frequency characteristics of bandpass filters 24-1 to 24-N used in the radar device 100 of FIG. 1. 道路400上に設置されたレーダ装置100と、走行車線411を走行する車両310との位置関係を示す平面図である。4 is a plan view showing the positional relationship between a radar device 100 installed on a road 400 and a vehicle 310 traveling on a traffic lane 411. 道路400上に設置されたレーダ装置100と、道路400の地面300上を走行する車両310との位置関係を示す側面図である。1 is a side view showing the positional relationship between a radar device 100 installed on a road 400 and a vehicle 310 traveling on the ground 300 of the road 400. FIG. 図1のレーダ装置100により計算される距離スペクトルとRVマップ(車両の距離と速度をマッピングしたマップ)を示す図である。2 is a diagram showing a distance spectrum and an RV map (a map in which the distance and speed of a vehicle are mapped) calculated by the radar device 100 of FIG. 1. 図1のレーダ装置100により計算されるRVマップとパワーとの関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the RV map calculated by the radar device 100 of FIG. 1 and power. 図1のレーダ装置100により実行される受信前の前置処理を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a pre-processing before reception executed by the radar device 100 of FIG. 1 . 図1のレーダ装置100により実行される受信信号処理を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a received signal process executed by the radar device 100 of FIG. 1 .

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る、例えばFCM方式を用いたレーダ装置とその制御方法の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。 Below, an embodiment of a radar device using, for example, the FCM method and a control method thereof according to the embodiment will be described with reference to the attached drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment.

(実施形態)
図1は実施形態に係るレーダ装置100の構成例を示すブロック図である。以下、レーダ装置100の構成例について説明する。
(Embodiment)
1 is a block diagram showing an example of the configuration of a radar device 100 according to an embodiment. The example of the configuration of the radar device 100 will be described below.

上述の課題を解決するために、本発明の実施形態に係るレーダ装置100は、前置処理部4と、異常検出部32-1~32-N(総称して、符号32を付す)とを備える。
(A)前置処理部4は、レーダ装置100の設置位置の情報に基づいて、レーダ装置100の死角範囲51,52(レーダ装置100により検出できない範囲をいう;図6参照))となる周波数範囲(距離と相対速度との関係を示す周波数範囲)を決定し、当該周波数範囲に基づいて、信号強度の平均値を算出し、当該信号強度の平均値に基づいて異常検出用閾値を算出し、
(B)異常検出部32は、複数のアンテナ21-1~21-N(総称して、符号21を付す)で受信された各受信信号に対する各ビート信号に対して2次元FFT(Fast Fourier Transformation)処理を行って処理後の信号強度の平均値を、前記異常検出用閾値と比較することで、「異常状態」の検出を行うことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the radar device 100 according to the embodiment of the present invention includes a pre-processing unit 4 and anomaly detection units 32-1 to 32-N (collectively denoted by the reference symbol 32).
(A) The pre-processing unit 4 determines a frequency range (a frequency range indicating the relationship between distance and relative speed) that corresponds to the blind spots 51, 52 (meaning a range that cannot be detected by the radar device 100; see FIG. 6 ) of the radar device 100 based on information on the installation position of the radar device 100, calculates an average value of the signal strength based on the frequency range, and calculates an anomaly detection threshold value based on the average value of the signal strength.
(B) The abnormality detection unit 32 detects an “abnormal state” by performing two-dimensional FFT (Fast Fourier Transformation) processing on each beat signal for each reception signal received by a plurality of antennas 21-1 to 21-N (collectively referred to as 21) and comparing the average value of the signal strength after the processing with the abnormality detection threshold value.

以下、実施形態及び変形例に係るレーダ装置100について以下に説明する。なお、以下の実施形態及び変形例は一例であって、本発明の一実施形態であって、これに限定されない。 The following describes the radar device 100 according to the embodiment and the modified examples. Note that the following embodiment and the modified examples are merely examples and are one embodiment of the present invention, and are not limited to these.

図1において、レーダ装置100は、例えばFCM(Fast Chirp Modulation)方式を用いて、物標との距離及び相対速度を推定する。FCM方式では、周波数が連続的に変化する複数のチャープ信号が繰り返される送信チャープ信号を、物標に対して無線送信して、検出範囲内に存在する各物標との距離及び相対速度を検出する。具体的には、FCM方式は、チャープ信号Stを生成する変調信号と物標による送信信号の反射波を受信して得られる受信信号とから生成されたビート信号b(t)に対して2次元高速フーリエ変換処理(以下、2次元FFT処理という)を実行して物標との距離及び相対速度を推定する。なお、2次元FFT処理は、距離FFT処理及び速度FFT処理の2回のFFT処理を含む。 In FIG. 1, the radar device 100 estimates the distance and relative speed of a target using, for example, the FCM (Fast Chirp Modulation) method. In the FCM method, a transmission chirp signal, which is a repeat of multiple chirp signals whose frequency changes continuously, is wirelessly transmitted to the target to detect the distance and relative speed of each target present within the detection range. Specifically, the FCM method estimates the distance and relative speed of the target by performing two-dimensional fast Fourier transform processing (hereinafter referred to as two-dimensional FFT processing) on a beat signal b(t) generated from a modulated signal that generates a chirp signal St and a received signal obtained by receiving a reflected wave of the transmission signal by the target. Note that the two-dimensional FFT processing includes two FFT processes, a distance FFT process and a speed FFT process.

図2Aは、図1のレーダ装置100で用いるチャープ信号の周波数変化波形図を示すグラフである。図2Aに示すように、チャープ信号は、時間経過とともに、チャープ勾配Δf「Hz/s]で上昇する。 Figure 2A is a graph showing a frequency change waveform diagram of the chirp signal used in the radar device 100 of Figure 1. As shown in Figure 2A, the chirp signal increases over time with a chirp gradient Δf (Hz/s).

図2Aのチャープ信号を用いたときのレーダ装置100の最大検出距離Rmax及び最大検出速度Vmaxは、公知の通り次式で表される。 The maximum detectable distance R max and maximum detectable speed V max of the radar device 100 when using the chirp signal of FIG. 2A are expressed by the following equations, as is well known.

Figure 0007622479000001
Figure 0007622479000001

Figure 0007622479000002
Figure 0007622479000002

ここで、fsはサンプリングレートであり、cは光速(299792458であって固定値である)であり、Sはチャープ信号の勾配であり、Bはレーダ信号の占有帯域幅であり、λはレーダ信号の波長であり、Tcはチャープ信号の周期(=占有帯域幅B/チャープ信号の勾配S)である。 Here, fs is the sampling rate, c is the speed of light (a fixed value of 299792458), S is the slope of the chirp signal, B is the occupied bandwidth of the radar signal, λ is the wavelength of the radar signal, and Tc is the period of the chirp signal (=occupied bandwidth B/slope of the chirp signal S).

図2Bは図1のレーダ装置100で用いるバンドパスフィルタ24-1~24-N(総称して、符号24を付す)の利得周波数特性を示す図である。図2Bに示すように、バンドパスフィルタ24の利得は、例えば、利得Gminから上昇して、通過帯域の正規化下限周波数fminで最大利得Gmaxを有し、当該通過帯域内で当該最大利得Gmaxを保持した後、正規化上限周波数fmaxから所定の周波数fmまでに低下する周波数特性を有する。すなわち、バンドパスフィルタ24は、ビート信号b(t)の主成分を通過させる所定の通過帯域幅を有する。なお、各バンドパスフィルタ24に代えて、所定の低域遮断周波数を有してビート信号b(t)の主成分を通過させるローパスフィルタであってもよい。 Figure 2B is a diagram showing the gain frequency characteristics of bandpass filters 24-1 to 24-N (collectively designated by the reference symbol 24) used in the radar device 100 of Figure 1. As shown in Figure 2B, the gain of bandpass filter 24 has a frequency characteristic in which, for example, it rises from gain Gmin, has a maximum gain Gmax at the normalized lower limit frequency fmin of the passband, and after maintaining the maximum gain Gmax within the passband, it drops from the normalized upper limit frequency fmax to a predetermined frequency fm. In other words, bandpass filter 24 has a predetermined passband width that passes the main component of beat signal b(t). Note that, instead of each bandpass filter 24, a lowpass filter having a predetermined lower cutoff frequency and passing the main component of beat signal b(t) may be used.

図1において、レーダ装置100は、無線送信部1と、無線受信部2と、信号処理部3とを備える。ここで、無線送信部1は、送信制御部10と、変調信号生成部11と、発振器12と、電力増幅器13と、送信アンテナ14とを備える。また、無線受信部2は、1個以上のN個の受信アンテナ21-1~21-N(以下、総称して符号21を付す)と、複数N個の低雑音増幅器22-1~22-N(以下、総称して符号22を付す)と、複数N個の混合器23-1~23-N(以下、総称して符号23を付す)と、複数N個のバンドパスフィルタ(BPF)24と、複数N個のAD変換器(ADC)25-1~25-N(以下、総称して符号25を付す)とを備える。 In FIG. 1, the radar device 100 includes a wireless transmitter 1, a wireless receiver 2, and a signal processor 3. Here, the wireless transmitter 1 includes a transmission controller 10, a modulated signal generator 11, an oscillator 12, a power amplifier 13, and a transmission antenna 14. The wireless receiver 2 includes one or more N receiving antennas 21-1 to 21-N (hereinafter collectively referred to as 21), a plurality of N low noise amplifiers 22-1 to 22-N (hereinafter collectively referred to as 22), a plurality of N mixers 23-1 to 23-N (hereinafter collectively referred to as 23), a plurality of N band pass filters (BPFs) 24, and a plurality of N AD converters (ADCs) 25-1 to 25-N (hereinafter collectively referred to as 25).

さらに、信号処理部3は、前置処理部4と、複数N個の距離及び速度推定部31-1~31-N(以下、総称して符号31を付す)と、複数N個の異常検出部32-1~32-N(以下、総称して符号32を付す)と、到来角度推定部33と、表示部34とを備える。ここで、各異常検出部32はそれぞれ、異常検出用閾値を記憶する異常検出用閾値メモリ321m,322m,323m,…,32Nmを含む。 The signal processing unit 3 further includes a pre-processing unit 4, a plurality of N distance and speed estimation units 31-1 to 31-N (hereinafter collectively referred to as 31), a plurality of N anomaly detection units 32-1 to 32-N (hereinafter collectively referred to as 32), an arrival angle estimation unit 33, and a display unit 34. Here, each anomaly detection unit 32 includes anomaly detection threshold memory 321m, 322m, 323m, ..., 32Nm that stores anomaly detection thresholds.

また、前置処理部4は、情報入力部41と、死角範囲計算部42と、異常検出用閾値計算部43とを備える。前置処理部4はレーダ信号の送信前に予め、後述する図5の前置処理を実行する。ここで、ユーザは、情報入力部41を用いてレーダ装置100の設置位置の情報を入力する。次いで、死角範囲計算部42は、入力されるレーダ装置100の設置位置の情報に基づいて、死角範囲51,52(図6参照)となる周波数範囲(距離と相対速度との関係を示す周波数範囲)を決定する。さらに、異常検出用閾値計算部43は、決定された周波数範囲に基づいて、信号強度の平均値を算出し、当該信号強度の平均値に基づいて異常検出用閾値を算出し、各異常検出部32内の異常検出用閾値メモリ321m~32Nmに格納して記憶させる。 The pre-processing unit 4 also includes an information input unit 41, a blind spot range calculation unit 42, and an abnormality detection threshold calculation unit 43. The pre-processing unit 4 executes the pre-processing shown in FIG. 5, which will be described later, before transmitting the radar signal. Here, the user inputs information on the installation location of the radar device 100 using the information input unit 41. Next, the blind spot range calculation unit 42 determines the frequency range (frequency range showing the relationship between distance and relative speed) that will be the blind spot ranges 51, 52 (see FIG. 6) based on the input information on the installation location of the radar device 100. Furthermore, the abnormality detection threshold calculation unit 43 calculates the average value of the signal strength based on the determined frequency range, calculates the abnormality detection threshold based on the average value of the signal strength, and stores and memorizes it in the abnormality detection threshold memory 321m to 32Nm in each abnormality detection unit 32.

無線送信部1の送信制御部10は、所定の送信間隔Tを有する送信間隔信号Siを発生して変調信号生成部11に出力する。変調信号生成部11は、例えば図2Aに示す鋸波形状などの三角波形状で周波数が変化する変調信号(チャープ信号)を生成し、発振器12に出力する。発振器12は、変調信号に従って、前記送信間隔Tnを有する送信チャープ信号を含む無線信号Stを生成して、電力増幅器13を介して送信アンテナ14に出力されて、送信チャープ信号Stを含む無線信号が送信アンテナ14から物標(対象物)に向けて放射される。なお、発振器12からの送信チャープ信号を含む無線信号Stは無線受信部2の混合器23にも分配される。 The transmission control unit 10 of the wireless transmitting unit 1 generates a transmission interval signal Si having a predetermined transmission interval Tn and outputs it to the modulating signal generating unit 11. The modulating signal generating unit 11 generates a modulating signal (chirp signal) whose frequency changes in a triangular wave shape such as a sawtooth wave shape shown in FIG. 2A, and outputs it to the oscillator 12. The oscillator 12 generates a wireless signal St including a transmission chirp signal having the transmission interval Tn in accordance with the modulating signal, and outputs it to the transmitting antenna 14 via the power amplifier 13, and the wireless signal including the transmission chirp signal St is radiated from the transmitting antenna 14 toward a target (object). The wireless signal St including the transmission chirp signal from the oscillator 12 is also distributed to the mixer 23 of the wireless receiving unit 2.

無線受信部2は、アレーアンテナを構成する複数N個の受信アンテナ21は、反射体である物標からの反射波である、送信チャープ信号を含む無線信号Stを、受信チャープ信号を含む無線信号Srとして受信し、当該無線信号Srを、低雑音増幅器22を介して混合器23に出力する。各混合器23は、各低雑音増幅器22からの無線信号に含まれる受信チャープ信号を含む無線信号Srと、発振器12からの送信チャープ信号を含む無線信号Stとを混合して、各バンドパスフィルタ24に出力する。各バンドパスフィルタ24は、上述の図2Bの帯域通過特性を有してフィルタリングを行うことで、ビート周波数を有するビート信号b(t)を検出して各AD変換器25に出力する。各AD変換器25は入力されるビート信号b(t)をデジタル形式のビート信号にAD変換して信号処理部3の各距離及び速度推定部31に出力する。 In the radio receiving unit 2, the N receiving antennas 21 constituting the array antenna receive the radio signal St including the transmitted chirp signal, which is a reflected wave from a target that is a reflector, as a radio signal Sr including the received chirp signal, and output the radio signal Sr to the mixer 23 via the low noise amplifier 22. Each mixer 23 mixes the radio signal Sr including the received chirp signal contained in the radio signal from each low noise amplifier 22 with the radio signal St including the transmitted chirp signal from the oscillator 12, and outputs the result to each band pass filter 24. Each band pass filter 24 performs filtering with the band pass characteristics of FIG. 2B described above, thereby detecting a beat signal b(t) having a beat frequency and outputting it to each AD converter 25. Each AD converter 25 AD converts the input beat signal b(t) into a digital beat signal and outputs it to each distance and speed estimation unit 31 of the signal processing unit 3.

なお、図1に示す受信アンテナ21等の個数Nは、例えば1以上である。本実施形態において、距離の推定、又は速度の推定は1個の受信アンテナ21で可能であるが、到来角度の推定まで行なう場合、2個以上の受信アンテナ21が必要である。 The number N of the receiving antennas 21, etc. shown in FIG. 1 is, for example, 1 or more. In this embodiment, distance estimation or speed estimation is possible with one receiving antenna 21, but if the arrival angle is also to be estimated, two or more receiving antennas 21 are required.

信号処理部30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、入出力ポート等を含むマイクロコンピュータで構成され、レーダ装置100の全体を制御する。 The signal processing unit 30 is composed of a microcomputer including, for example, a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), input/output ports, etc., and controls the entire radar device 100.

各距離及び速度推定部31は、各AD変換器25から出力されるビート信号b(t)に対してそれぞれ公知の2次元FFT処理(距離FFT処理及び速度FFT処理)を行い、かかる2次元FFT処理の結果に基づいて物標の距離及び相対速度を演算して異常検出部32に出力する。 Each distance and speed estimation unit 31 performs known two-dimensional FFT processing (distance FFT processing and speed FFT processing) on the beat signal b(t) output from each AD converter 25, calculates the distance and relative speed of the target based on the results of the two-dimensional FFT processing, and outputs them to the anomaly detection unit 32.

各異常検出部32は、複数のアンテナ21-1~21-N(総称して、符号21を付す)で受信された各受信信号に対する各ビート信号b(t)に対して2次元FFT処理を行って処理後の信号強度の平均値を、異常検出用閾値メモリ321m~32Nmに格納された異常検出用閾値と比較することで、「異常状態」であるか否かの検出を行い、検出結果を表示部34に出力して表示すると共に、到来角度推定部33に出力する。なお、異常検出部32における異常検出処理の詳細については詳細後述する。 Each anomaly detection unit 32 performs two-dimensional FFT processing on each beat signal b(t) for each received signal received by a plurality of antennas 21-1 to 21-N (collectively referred to as 21), and compares the average value of the signal strength after processing with the anomaly detection threshold stored in the anomaly detection threshold memory 321m to 32Nm to detect whether or not there is an "abnormal state", and outputs the detection result to the display unit 34 for display, as well as to the arrival angle estimation unit 33. Details of the anomaly detection processing in the anomaly detection unit 32 will be described in detail later.

到来角度推定部33は、複数の受信チャープ信号を含む無線信号Sr又はそれに基づいて生成されたビート信号b(t)に基づいて、所定の公知の到来角度演算処理により物標の到来角度を推定する。例えば、各到来角度推定部33は、受信アンテナ21で受信された複数個の受信信号に基づく複数個のビート信号b(t)の周波数スペクトルそれぞれの同一距離ビンのピークの位相の違いにより物標の到来角度を推定する。なお、同一距離ビンのピークの位相の違いにより、同一距離ビンに複数の物標(反射体)が存在することが検出された場合、それら複数の物標それぞれについて角度推定を行う。なお、到来角度推定部33における角度の推定は、例えば、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques)、DBF(Digital Beam Forming)、又はMUSIC(Multiple Signal Classification)などの公知の推定方式を用いて実行される。 The arrival angle estimation unit 33 estimates the arrival angle of the target by a predetermined known arrival angle calculation process based on the radio signal Sr including multiple received chirp signals or the beat signal b(t) generated based on the same. For example, each arrival angle estimation unit 33 estimates the arrival angle of the target based on the difference in phase of the peaks of the same distance bin of each of the frequency spectra of the multiple beat signals b(t) based on the multiple received signals received by the receiving antenna 21. Note that when the presence of multiple targets (reflectors) in the same distance bin is detected due to the difference in the phase of the peaks of the same distance bin, angle estimation is performed for each of the multiple targets. The angle estimation in the arrival angle estimation unit 33 is performed using a known estimation method such as ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques), DBF (Digital Beam Forming), or MUSIC (Multiple Signal Classification).

到来角度推定部33は、演算した物標で反射された無線信号の到来角度に加えて、各距離及び速度推定部31において推定された、物標との距離及び相対速度に係る情報を他制御装置200に出力する。なお、図1において、他制御装置200は、他のレーダ装置、又は、当該レーダ装置100及び他のレーダ装置を統括的に制御する制御装置である。 The arrival angle estimation unit 33 outputs information related to the distance and relative speed to the target estimated by each distance and speed estimation unit 31, in addition to the calculated arrival angle of the radio signal reflected by the target, to the other control device 200. In FIG. 1, the other control device 200 is another radar device, or a control device that comprehensively controls the radar device 100 and the other radar devices.

次いで、異常検出部32の異常検出処理の詳細について、以下に説明する。 Next, the details of the anomaly detection process performed by the anomaly detection unit 32 are described below.

図3は、道路400上に設置されたレーダ装置100と、走行車線411を走行する車両310との位置関係を示す平面図である。また、図4は道路400上に設置されたレーダ装置100と、道路400の地面300上を走行する車両310との位置関係を示す側面図である。 Figure 3 is a plan view showing the positional relationship between the radar device 100 installed on the road 400 and a vehicle 310 traveling on a traffic lane 411. Also, Figure 4 is a side view showing the positional relationship between the radar device 100 installed on the road 400 and a vehicle 310 traveling on the ground 300 of the road 400.

図3において、道路400は、中央線401と路側帯402との間に走行車線411と、中央線401と路側帯403との間に走行車線423とを有する。ここで、車両310が速度Vで走行車線411を走行し、レーダ装置100は、走行車線412上であって、路側帯403の近傍上に設置されている。また、レーダ装置100からのレーダ信号はフロントガラスの上部の反射点Rpで反射されている。さらに、図4において、レーダ装置100は、道路400の地面300から高さHの位置に設けられ、車両310は車高hを有する。 In FIG. 3, the road 400 has a driving lane 411 between the center line 401 and the shoulder 402, and a driving lane 423 between the center line 401 and the shoulder 403. Here, a vehicle 310 travels in the driving lane 411 at a speed V, and the radar device 100 is installed on the driving lane 412, near the shoulder 403. Also, the radar signal from the radar device 100 is reflected at a reflection point Rp on the upper part of the windshield. Furthermore, in FIG. 4, the radar device 100 is installed at a height H from the ground 300 of the road 400, and the vehicle 310 has a vehicle height h.

ここで、図3の水平面において、レーダ装置100の設置座標を[0,0]とし、車両310における反射点座標を[x,y]とする。また、図4の垂直面において、レーダ装置100の設置座標を[0,0]とし、車両310における反射点座標を[x,H-y]とする。このとき、レーダ装置100からの相対速度V(φ,θ)は次式で表される。 Here, in the horizontal plane of Fig. 3, the installation coordinates of the radar device 100 are [0,0], and the reflection point coordinates on the vehicle 310 are [x,y]. In addition, in the vertical plane of Fig. 4, the installation coordinates of the radar device 100 are [0,0], and the reflection point coordinates on the vehicle 310 are [x,H-y]. In this case, the relative speed V R (φ,θ) from the radar device 100 is expressed by the following equation.

Figure 0007622479000003
Figure 0007622479000003

ここで、水平角φと鉛直角θは次式で表される。 Here, the horizontal angle φ and vertical angle θ are expressed by the following equations.

Figure 0007622479000004
Figure 0007622479000004

Figure 0007622479000005
Figure 0007622479000005

図5は図1のレーダ装置100により計算される距離スペクトルとRVマップ(車両の距離と速度をマッピングしたマップ)を示す図であり、図6は図1のレーダ装置100により計算されるRVマップとパワーとの関係を示す図である。ここで、本実施形態に係る異常検出処理では、特定の距離及び速度ビンに対して、図6の死角範囲51,52を設定することを特徴としている。 Figure 5 shows the distance spectrum and RV map (a map that maps the distance and speed of a vehicle) calculated by the radar device 100 of Figure 1, and Figure 6 shows the relationship between the RV map and power calculated by the radar device 100 of Figure 1. Here, the abnormality detection process according to this embodiment is characterized in that blind spot ranges 51 and 52 in Figure 6 are set for specific distance and speed bins.

各距離及び速度推定部31は、各AD変換器25から出力されるビート信号b(t)に対してそれぞれ公知の2次元FFT処理(距離FFT処理及び速度FFT処理)を行い、かかる2次元FFT処理の結果に基づいて物標の距離及び相対速度を演算する。ここで、演算され物標の距離及び相対速度は、図5に示すように、各速度ビン番号毎に距離ビンに対するスペクトルを演算し、演算された複数のスペクトルをRVマップ(距離Rと速度Vのマップ)として演算する。 Each distance and speed estimation unit 31 performs known two-dimensional FFT processing (distance FFT processing and speed FFT processing) on the beat signal b(t) output from each AD converter 25, and calculates the distance and relative speed of the target based on the results of the two-dimensional FFT processing. Here, the calculated distance and relative speed of the target are calculated by calculating a spectrum for the distance bin for each speed bin number, as shown in Figure 5, and the calculated multiple spectra are calculated as an RV map (a map of distance R and speed V).

死角範囲51,52は死角範囲計算部42により計算され、当該RVマップにおいて、図示されており、以下のように定義される。
(A)死角範囲51:距離ビン番号1~m及び速度ビン1~nの範囲;
(B)死角範囲52:距離ビン番号1~m及び速度ビン(N-n-1)~Nの範囲。
The blind spot ranges 51 and 52 are calculated by the blind spot range calculation unit 42, are illustrated in the RV map, and are defined as follows:
(A) Blind spot range 51: range of distance bin numbers 1 to m and speed bins 1 to n;
(B) Blind spot range 52: Range of distance bin numbers 1 to m and speed bin numbers (N−n−1) to N.

ここで、異常検出処理で用いる各パラメータは以下の通りである。 Here, the parameters used in the anomaly detection process are as follows:

(1)最大検出距離Rmax[m](前述の式参照)
(2)最大検出速度±Vmax[km/h](前述の式参照)
(3)距離ビン数M[bin]
(4)速度ビン数N[bin]
(5)レーダ装置100の設置高さH[m](図4参照)
(6)大型車両の高さ制限高hlim[m](例えば3.8~4.1m程度)
(7)マージン距離ビンm[bin](例えば5~10程度)
(1) Maximum detection distance R max [m] (see the above formula)
(2) Maximum detectable speed ±V max [km/h] (see the formula above)
(3) Number of distance bins M [bin]
(4) Number of speed bins N [bin]
(5) Installation height H [m] of the radar device 100 (see FIG. 4)
(6) Height limit for large vehicles h lim [m] (for example, about 3.8 to 4.1 m)
(7) Margin distance bin m [bin] (e.g., about 5 to 10)

(8)マージン距離Rmargin[m]は次式で表される。 (8) The margin distance R margin [m] is expressed by the following equation.

Figure 0007622479000006
Figure 0007622479000006

ただし、Rmargin>H-hである(図4参照)。 However, R margin >Hh (see FIG. 4).

(9)マージン速度ビンn[bin](ただし、nは整数)は次式で表される。 (9) The margin speed bin n [bin] (where n is an integer) is expressed by the following formula:

Figure 0007622479000007
Figure 0007622479000007

Figure 0007622479000008
Figure 0007622479000008

(10)マージン速度Vmargin[km/h]は次式で表される。 (10) The margin speed V margin [km/h] is expressed by the following equation.

Figure 0007622479000009
Figure 0007622479000009

(11)最大検出距離Rmaxは図2Aを参照して上述したように表される。 (11) The maximum detection distance R max is expressed as described above with reference to FIG. 2A.

(12)最大検出速度±Vmaxは図2Aを参照して上述したように表される。 (12) The maximum detectable velocity ±V max is expressed as described above with reference to FIG. 2A.

次いで、異常検出に用いる閾値について以下に説明する。 Next, we will explain the thresholds used for anomaly detection.

(1)死角範囲51,52の平均信号強度

Figure 0007622479000010
は次式で表される。 (1) Average signal strength of blind spots 51 and 52
Figure 0007622479000010
is expressed by the following equation.

Figure 0007622479000011
Figure 0007622479000011

ここで、rは距離インデックスであり、vは速度インデックスである。また、|S(v;r)は正常時の振幅スペクトルである。 Here, r is the distance index, v is the velocity index, and |S(v;r) is the normal amplitude spectrum.

(2)異常検出用閾値STHは次式で表される。 (2) The abnormality detection threshold S TH is expressed by the following equation.

Figure 0007622479000012
Figure 0007622479000012

ここで、αは3~5程度の値である。 Here, α is a value between 3 and 5.

さらに、フレーム毎のしきい値判定による異常検出の判定結果について以下に説明する。 Furthermore, the results of anomaly detection based on threshold judgment for each frame are explained below.

フレーム毎のしきい値判定による異常検出の判定結果は次式で表される。 The result of anomaly detection based on threshold judgment for each frame is expressed by the following formula.

Figure 0007622479000013
Figure 0007622479000013

従って、死角範囲51,52の平均信号強度

Figure 0007622479000014
は次式で表される。 Therefore, the average signal strength of the blind spots 51 and 52
Figure 0007622479000014
is expressed by the following equation.

Figure 0007622479000015
Figure 0007622479000015

ここで、tはフレームインデックスであり、|Q(t;v;r)|は評価対象の振幅スペクトルである。 where t is the frame index and |Q(t;v;r)| is the amplitude spectrum to be evaluated.

図7は図1のレーダ装置100の前置処理部4により実行される受信前の前置処理を示すフローチャートである。 Figure 7 is a flowchart showing the pre-reception pre-processing executed by the pre-processing unit 4 of the radar device 100 in Figure 1.

図7のステップS1において、ユーザは情報入力部41を用いて、レーダ装置100の設置位置の情報を入力し、ステップS2において、死角範囲計算部42は、入力されたレーダ装置100の設置位置の情報に基づいて、死角範囲51,52(特定の距離及び速度を示す周波数範囲)を計算する。次いで、ステップS3において、異常検出用閾値計算部43は、計算された死角範囲51,52に基づいて、当該死角範囲51,52の信号強度の平均値

Figure 0007622479000016
を計算し、計算された死角範囲51,52の信号強度の平均値
Figure 0007622479000017
に基づいて、異常検出用閾値Sthを計算し、異常検出部32-1~32-Nの各閾値メモリ321m~32Nmに格納して記憶させ、当該全理処理を終了する。 7, the user inputs information on the installation location of the radar device 100 using the information input unit 41, and in step S2, the blind spot range calculation unit 42 calculates blind spot ranges 51, 52 (frequency ranges indicating specific distances and speeds) based on the input information on the installation location of the radar device 100. Next, in step S3, the abnormality detection threshold calculation unit 43 calculates the average value of the signal strength of the blind spot ranges 51, 52 based on the calculated blind spot ranges 51, 52.
Figure 0007622479000016
The average value of the signal strength of the calculated blind spots 51 and 52 is calculated.
Figure 0007622479000017
The abnormality detection threshold value Sth is calculated based on the above, and is stored in the threshold value memories 321m to 32Nm of the abnormality detection units 32-1 to 32-N, and the overall processing ends.

図8は図1のレーダ装置100により実行される受信信号処理を示すフローチャートである。 Figure 8 is a flowchart showing the received signal processing performed by the radar device 100 of Figure 1.

図8のステップS11において、無線送信部1からチャープ信号を含む無線信号を送信し、無線受信部2でチャープ信号を含む無線信号を受信する。次いで、ステップS12において、送信チャープ信号と受信チャープ信号を混合し、バンドパスフィルタ24により帯域通過フィルタリングを行い、AD変換器25によりAD変換して、各ビート信号を生成する。さらに、ステップS13において、距離及び速度推定部31は、各ビート信号に対して、距離及びドップラー速度の2次元FFT処理を行う。 In step S11 of FIG. 8, a radio signal including a chirp signal is transmitted from the radio transmitting unit 1, and the radio receiving unit 2 receives the radio signal including the chirp signal. Next, in step S12, the transmitted chirp signal and the received chirp signal are mixed, band-pass filtered by the band-pass filter 24, and AD converted by the AD converter 25 to generate each beat signal. Furthermore, in step S13, the distance and velocity estimation unit 31 performs two-dimensional FFT processing of the distance and Doppler velocity for each beat signal.

次いで、ステップS14において、異常検出部32は、死角範囲51,52の信号強度の平均値

Figure 0007622479000018
を算出し、閾値判定により、異常検出を行い、ステップS15において、異常を検出したか否かが判断される。ステップS15でYESのときはステップS16に進む一方、NOのときはステップS17に進む。ステップS16において、「異常状態の検出」を表示部34に表示し、当該受信信号処理を終了する。一方、ステップS17では、異常状態を検出しないと判断し、到来角度推定部33は、各受信アンテナの位相差から到来角度を推定し、推定した到来角度を表示部34に表示し、当該受信信号処理を終了する。 Next, in step S14, the abnormality detection unit 32 calculates the average value of the signal strength in the blind spots 51 and 52.
Figure 0007622479000018
is calculated, abnormality detection is performed by threshold judgment, and in step S15, it is judged whether or not an abnormality has been detected. If the answer is YES in step S15, the process proceeds to step S16, whereas if the answer is NO, the process proceeds to step S17. In step S16, "abnormal state detected" is displayed on the display unit 34, and the received signal processing is terminated. On the other hand, in step S17, it is judged that an abnormal state has not been detected, and the arrival angle estimation unit 33 estimates the arrival angle from the phase difference of each receiving antenna, displays the estimated arrival angle on the display unit 34, and the received signal processing is terminated.

本発明者らは、図1のレーダ装置100についてシミュレーションを行った。その結果を以下の実施例1及び2において説明する。 The inventors performed a simulation of the radar device 100 in FIG. 1. The results are described in Examples 1 and 2 below.

実施例1において、想定ターゲットを自動車とした実施例の各パラメータ及び計算結果を以下の表1に示す。 In Example 1, the parameters and calculation results for an example in which the assumed target is an automobile are shown in Table 1 below.

[表1]
――――――――――――――――――――――――――――――――――
最大検出距離Rmax=200[m]
最大検出速度±Vmax=70[km/h]
距離ビン数M=512[bin]
速度ビン数N=512[bin]
レーダ装置の設置高さH=6[m]
(信号機や交通標識、道路案内標識近傍への設置を仮定)
大型車両の高さ制限高hlim=4.1[m]
(H-hlim=1.9m)
マージン距離ビン数m=10[bin]
マージン距離Rmargin=3.9[m]
マージン速度ビン数n=32[bin]
マージン速度Vmargin=±8.75[km/h]
(-70~-61.25、61.25~70[km/h])
対象車両の走行位置x=5.00m
対象車両の走行位置y=1.75m
対象車両の高さh=2.30m(H-h=3.70m)
(特に大きい乗用車の一例であって、トヨタ自動車製
ハイエースワゴンGrandCabin(登録商標)の数値を参考例とする)
水平角φ=19.29度
鉛直角θ=36.50度
対象車両の速度V=60.00[km/h]
このときのレーダ装置からの相対速度V(φ,θ)=45.52[km/h]
――――――――――――――――――――――――――――――――――
[Table 1]
――――――――――――――――――――――――――――――――
Maximum detection distance R max = 200 [m]
Maximum detectable speed ±V max =70 [km/h]
Distance bin number M = 512 [bin]
Number of speed bins N = 512 [bin]
Radar equipment installation height H = 6 [m]
(Assuming installation near traffic lights, traffic signs, and road guide signs)
Height limit for large vehicles h lim = 4.1 [m]
(H-h lim = 1.9m)
Margin distance bin number m = 10 [bin]
Margin distance R margin = 3.9 [m]
Margin speed bin number n = 32 [bin]
Margin speed V margin = ±8.75 [km/h]
(-70 to -61.25, 61.25 to 70 [km/h])
Target vehicle's running position x = 5.00 m
Target vehicle running position y = 1.75 m
Height of target vehicle h = 2.30 m (H-h = 3.70 m)
(As an example of a particularly large passenger vehicle, the values of the Toyota Hiace Wagon Grand Cabin (registered trademark) are used as a reference example.)
Horizontal angle φ = 19.29 degrees Vertical angle θ = 36.50 degrees Speed of target vehicle V = 60.00 [km/h]
The relative speed from the radar device at this time is V R (φ, θ)=45.52 [km/h]
――――――――――――――――――――――――――――――――

表1から明らかなように、異常検出範囲に用いる周波数範囲と対象物の距離/速度を十分に切り分け可能であることがわかる。 As is clear from Table 1, it is possible to sufficiently separate the frequency range used for anomaly detection and the distance/speed of the target object.

実施例2において、想定ターゲットを歩行者又は自転車とした実施例の各パラメータ及び計算結果を以下の表2に示す。 In Example 2, the parameters and calculation results for an example in which the assumed target is a pedestrian or a bicycle are shown in Table 2 below.

[表2]
――――――――――――――――――――――――――――――――――
最大検出距離Rmax=100[m]
最大検出速度±Vmax=40[km/h]
距離ビン数M=512[bin]
速度ビン数N=512[bin]
レーダ装置の設置高さH=3[m](街灯などの付近への設置を仮定)
歩行者及び自転車の最大高さhlim=2[m](H-hlim=1m)
マージン距離ビン数m=10[bin]
マージン距離Rmargin=1.95[m]
マージン速度ビン数n=36[bin]
マージン速度Vmargin=±5.625[km/h]
(-40~-34.375、34.375~40[km/h])
対象物の位置x=1m
対象物の位置y=0m
対象物の高さh=1.7m(H-h=1.30m)
水平角φ=0度
鉛直角θ=52.43度
対象物の速度V=40.00[km/h]
レーダ装置からの相対速度V(φ,θ)=24.39[km/h]
(注)対象物として「自転車(特にロードバイク)」を仮定した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――
[Table 2]
――――――――――――――――――――――――――――――――
Maximum detection distance R max = 100 [m]
Maximum detectable speed ±V max = 40 [km/h]
Distance bin number M = 512 [bin]
Number of speed bins N = 512 [bin]
Radar device installation height H = 3 [m] (assuming installation near street lights, etc.)
Maximum height of pedestrians and bicycles h lim = 2 [m] (H-h lim = 1 m)
Margin distance bin number m = 10 [bin]
Margin distance R margin = 1.95 [m]
Margin speed bin number n = 36 [bin]
Margin speed V margin = ±5.625 [km/h]
(-40 to -34.375, 34.375 to 40 [km/h])
Position of object x = 1m
Position of object y = 0m
Height of object h = 1.7 m (H-h = 1.30 m)
Horizontal angle φ = 0 degrees Vertical angle θ = 52.43 degrees Speed of object V = 40.00 [km/h]
Relative speed from the radar device V R (φ, θ) = 24.39 [km/h]
(Note) The subject was assumed to be "bicycles (especially road bikes)."
――――――――――――――――――――――――――――――――

表2から明らかなように、異常検出範囲に用いる周波数範囲と対象物の距離/速度を十分に切り分け可能であることがわかる。 As is clear from Table 2, it is possible to sufficiently separate the frequency range used for anomaly detection and the distance/speed of the target object.

以上説明したように、本実施形態によれば、従来技術に比較して簡単な方法でかつ短時間で、例えばレーダ装置への干渉又はレーダ装置の故障などのレーダ装置の異常状態を検出することができる。 As described above, according to this embodiment, it is possible to detect an abnormal state of the radar device, such as interference with the radar device or a failure of the radar device, in a simpler manner and in a shorter time than with conventional technology.

なお、本実施形態に係るレーダ装置100は、車載レーダなどとは異なり、インフラ用レーダ装置(特に道路監視用途)はターゲット、特に移動体が必ずしもレーダの視線方向正面にあるわけではないという設置条件を有効活用している。これは、ターゲットがレーダに接近するほど急峻な角度に位置し、レーダの視線方向に対する相対速度が変化するということである。 The radar device 100 according to this embodiment differs from vehicle-mounted radars in that infrastructure radar devices (particularly for road monitoring applications) make effective use of the installation condition that targets, particularly moving objects, are not necessarily directly in the line of sight of the radar. This means that the closer the target is to the radar, the steeper the angle at which it is positioned, and the greater the change in its relative speed with respect to the line of sight of the radar.

本実施形態に係るレーダ装置100は、例えばミリ波センサを搭載するインフラ用レーダ装置(FCM変調方式やFMCW変調方式、パルス圧縮変調方式)における異常動作の検出機能に適用可能である。特に、道路監視向けミリ波レーダ装置において、異常検出を実現するための技術手段として用いることができ、アプリケーションとしては、信号機や交通標識などに当該レーダ装置を取り付け、車両の位置と速度を検出し、渋滞緩和のためのトラフィックカウンタを行なうことができる。ここで、ユーザは、反射物体の距離、相対速度及び方位情報を得た際に、その情報が正常または異常な結果かどうかを判別でき、交通事故の発生低減に繋がる。 The radar device 100 according to this embodiment can be applied to the detection of abnormal operation in, for example, infrastructure radar devices (FCM modulation, FMCW modulation, pulse compression modulation) equipped with a millimeter wave sensor. In particular, it can be used as a technical means for realizing abnormality detection in millimeter wave radar devices for road monitoring. As an application, the radar device can be attached to traffic lights and traffic signs to detect the position and speed of vehicles and perform traffic counters to ease congestion. Here, when a user obtains distance, relative speed, and direction information of a reflecting object, the user can determine whether the information is normal or abnormal, which leads to a reduction in the occurrence of traffic accidents.

また、本実施形態に係るレーダ装置100によれば、処理速度の高速化で、物標を検出するCFAR(Constant False Alarm Rate)の前処理として要否判定を可能するとし、CFARの回数を軽減できる。すなわち、全ての距離及び相対速度ビンに対してCFARが不要であって、すなわち、2次元CFARが不要であるという特有の効果を有する。 In addition, the radar device 100 according to this embodiment can increase the processing speed, making it possible to determine whether or not a constant false alarm rate (CFAR) is required as pre-processing for detecting targets, thereby reducing the number of CFARs. In other words, the radar device has the unique effect of eliminating the need for CFAR for all distance and relative velocity bins, i.e., eliminating the need for two-dimensional CFAR.

(変形例)
以上の実施形態では、送信チャープ信号は、周波数が連続的に増加する(すなわち、アップチャープ)場合を示したが、周波数が連続的に減少する(すなわち、ダウンチャープ)チャープ信号であってもよい。また、それらの組み合わせであってもよい。
(Modification)
In the above embodiment, the transmission chirp signal has been described as having a continuously increasing frequency (i.e., an up-chirp), but it may be a chirp signal having a continuously decreasing frequency (i.e., a down-chirp), or a combination thereof.

以上の実施形態では、FCM方式を用いたレーダ装置について説明したが、本発明はこれに限らず、FMCW変調方式又はパルス圧縮変調方式を用いたレーダ装置に適用可能である。 In the above embodiment, a radar device using the FCM method has been described, but the present invention is not limited to this and can be applied to radar devices using the FMCW modulation method or the pulse compression modulation method.

以上の実施形態では、物標の位置及び相対速度を推定しているが、本発明はこれに限らず、物標の相対速度のみを推定するように構成してもよい。 In the above embodiment, the position and relative velocity of the target are estimated, but the present invention is not limited to this, and may be configured to estimate only the relative velocity of the target.

以上の実施形態に対してさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。 Further advantages and modifications to the above embodiments may be readily derived by those skilled in the art. Therefore, the invention in its broader aspects is not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Accordingly, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and equivalents thereof.

(本実施形態と特許文献1との相違点)
本実施形態では、ビート信号に対して、2次元FFT処理(距離FFT処理および速度FFT処理)を行い、設置位置の情報から死角範囲となる周波数範囲(距離と相対速度)を決定する。次いで、死角となる周波数範囲から信号強度の平均値を算出し、閾値判定により異常検出を行っている。
(Differences between this embodiment and Patent Document 1)
In this embodiment, two-dimensional FFT processing (distance FFT processing and velocity FFT processing) is performed on the beat signal, and the frequency range (distance and relative velocity) of the blind spot is determined from the installation position information. Next, the average value of the signal strength is calculated from the frequency range of the blind spot, and anomaly detection is performed by threshold judgment.

これに対して、特許文献1では、ビート信号に対して、距離FFT処理を行い、近距離範囲における信号強度の平均値を算出し、閾値判定により異常(レドームの汚れ)検出を行う。次いで、角度FFT処理の結果から、物標との距離及び方位を演算して出力する。 In contrast, in Patent Document 1, distance FFT processing is performed on the beat signal, the average value of the signal strength in the short distance range is calculated, and anomalies (dirt on the radome) are detected by threshold judgment. Next, the distance and direction to the target are calculated and output from the results of angle FFT processing.

(本実施形態と特許文献2との相違点)
本実施形態では、ビート信号に対して、2次元FFT処理(距離FFT処理および速度FFT処理)を行い、設置位置の情報から死角範囲となる周波数範囲(距離と相対速度)を決定する。次いで、死角となる周波数範囲から信号強度の平均値を算出し、閾値判定により異常検出を行っている。
(Differences between this embodiment and Patent Document 2)
In this embodiment, two-dimensional FFT processing (distance FFT processing and velocity FFT processing) is performed on the beat signal, and the frequency range (distance and relative velocity) of the blind spot is determined from the installation position information. Next, the average value of the signal strength is calculated from the frequency range of the blind spot, and anomaly detection is performed by threshold judgment.

これに対して、特許文献1では、・ビート信号に対して、2次元FFT処理(距離
FFT処理および速度FFT処理)を行い、車両速度と路面反射距離から路面反射信号の周波数(距離)範囲を決定する。次いで、路面反射に対する信号強度と継続時間を閾値判定し、異常(アンテナの汚れ)検出を行う。そして、角度FFT処理の結果から、物標との距離及び相対速度、方位を演算して出力する。
In response to this, in Patent Document 1, two-dimensional FFT processing (distance FFT processing and speed FFT processing) is performed on the beat signal, and the frequency (distance) range of the road surface reflection signal is determined from the vehicle speed and road surface reflection distance. Next, the signal strength and duration of the road surface reflection are judged based on thresholds to detect abnormalities (antenna dirt). Then, the distance to the target, the relative speed, and the direction are calculated and output based on the results of the angle FFT processing.

以上詳述したように、本発明に係るレーダ装置とその制御方法によれば、従来技術に比較して簡単な方法でかつ短時間で、レーダ装置の異常状態を検出することができる。 As described above in detail, the radar device and control method of the present invention can detect an abnormal state of the radar device in a simpler manner and in a shorter time than conventional techniques.

本発明に係るレーダ装置は、例えば道路監視向けミリ波レーダにおいて、干渉対策を実現するための技術手段に適用することができる。アプリケーションとしては、信号機や交通標識などに当該レーダ装置を取り付け、車両の位置と速度を検出し、渋滞緩和のためのトラフィックカウンタを行なうことができる。また、本発明は、ミリ波センサを搭載するレーダ装置(FCM変調方式やFMCW変調方式、パルス圧縮変調方式)の干渉検出機能に適用可能であり、例えば気象、船舶、航空機用途など遠距離用レーダに適用可能である。 The radar device according to the present invention can be applied as a technical means for implementing interference countermeasures, for example, in millimeter wave radar for road monitoring. Applications include attaching the radar device to traffic signals and traffic signs to detect the position and speed of vehicles and perform traffic counters to ease congestion. The present invention can also be applied to the interference detection function of radar devices (FCM modulation type, FMCW modulation type, pulse compression modulation type) equipped with millimeter wave sensors, and can be applied to long-range radar for weather, marine, and aircraft applications, for example.

1 無線送信部
2 無線受信部
3 信号処理部
4 前置処理部
10 送信制御部
11 変調信号生成部
12 発振器
13 電力増幅器
14 送信アンテナ
21,21-1~21-N 受信アンテナ
22,22-1~22-N 低雑音増幅器
23,23-1~23-N 混合器
24,24-1~24-N バンドパスフィルタ(BPF)
25,25-1~25-N AD変換器(ADC)
31,31-1~31-N 距離及び速度推定部
32,32-1~32-N 異常検出部
321m,322m,323m~32Nm 異常検出用閾値メモリ
33 到来角度推定部
34 表示部
41 情報入力部
42 死角範囲計算部
43 異常検出用閾値計算部
51,52 死角範囲
100 レーダ装置
200 他制御装置
300 地面
310 車両
400 道路
401 中央線
402,403 路側帯
411,412 走行車線
1 Radio transmitter 2 Radio receiver 3 Signal processor 4 Pre-processor 10 Transmission controller 11 Modulated signal generator 12 Oscillator 13 Power amplifier 14 Transmitting antennas 21, 21-1 to 21-N Receiving antennas 22, 22-1 to 22-N Low noise amplifiers 23, 23-1 to 23-N Mixers 24, 24-1 to 24-N Bandpass filters (BPFs)
25, 25-1 to 25-N Analog-to-digital converter (ADC)
31, 31-1 to 31-N Distance and speed estimation unit 32, 32-1 to 32-N Abnormality detection unit 321m, 322m, 323m to 32Nm Abnormality detection threshold memory 33 Arrival angle estimation unit 34 Display unit 41 Information input unit 42 Blind spot range calculation unit 43 Abnormality detection threshold calculation units 51, 52 Blind spot range 100 Radar device 200 Other control device 300 Ground 310 Vehicle 400 Road 401 Center line 402, 403 Roadside strip 411, 412 Travel lane

Claims (8)

送信チャープ信号を含む無線信号を送信する無線送信部と、前記送信チャープ信号を含む無線信号が物標で反射された後、前記反射された受信チャープ信号を含む無線信号を受信する無線受信部とを備えるレーダ装置であって、
前記無線受信部は、
前記レーダ装置の設置情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲を計算し、
前記受信された受信チャープ信号を含む無線信号と、前記送信チャープ信号を含む無線信号とを混合することで、ビート信号を検出し、
前記ビート信号を所定の通過帯域幅で帯域通過フィルタリングし、もしくは所定の低域遮断周波数で低域通過フィルタリングし、
前記フィルタリングされたビート信号に対して、距離及び相対速度の2次元FFT処理を実行して、複数の相対速度に対する距離スペクトルを含むマップ情報を計算し、
前記マップ情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲となる、距離と相対速度の周波数範囲を決定し、前記決定された周波数範囲から、受信された無線信号の信号強度の平均値を計算し、
前記計算された信号強度を所定の異常検出用閾値と比較することで、前記レーダ装置が異常状態であるか否かが判断する、
レーダ装置。
A radar device comprising: a radio transmitting unit that transmits a radio signal including a transmission chirp signal; and a radio receiving unit that receives a radio signal including the reflected reception chirp signal after the radio signal including the transmission chirp signal is reflected by a target,
The wireless receiving unit includes:
Calculating a blind spot range of the radar device based on installation information of the radar device;
Detecting a beat signal by mixing the received radio signal including the received chirp signal with the radio signal including the transmitted chirp signal;
band-pass filtering the beat signal with a predetermined passband width or low-pass filtering with a predetermined lower cutoff frequency;
performing two-dimensional FFT processing of distance and relative velocity on the filtered beat signal to calculate map information including distance spectra for a plurality of relative velocities;
determining a frequency range of distance and relative speed that is a blind spot range of the radar device based on the map information, and calculating an average value of the signal strength of the received wireless signal from the determined frequency range;
The calculated signal strength is compared with a predetermined abnormality detection threshold to determine whether the radar device is in an abnormal state.
Radar equipment.
前記無線受信部は、前記計算されたレーダ装置の死角範囲に基づいて、当該死角範囲の信号強度の平均値を計算し、前記計算された信号強度の平均値に基づいて異常検出用閾値を計算する、
請求項に記載のレーダ装置。
the wireless receiving unit calculates an average value of signal strength in the blind spot range based on the calculated blind spot range of the radar device, and calculates an anomaly detection threshold value based on the calculated average value of signal strength.
The radar device according to claim 1 .
前記無線受信部は、前記レーダ装置が異常状態ではないときに、受信チャープ信号をそれぞれ含む複数の無線信号を受信し、前記受信された複数の無線信号に基づいて、前記物標の到来角度を推定する、
請求項1又は2に記載のレーダ装置。
the wireless receiving unit receives a plurality of wireless signals each including a received chirp signal when the radar device is not in an abnormal state, and estimates an arrival angle of the target based on the received plurality of wireless signals;
3. A radar device according to claim 1 or 2 .
前記送信チャープ信号は、連続的に変化する周波数を有する、
請求項1~のうちのいずれか1つに記載のレーダ装置。
The transmit chirp signal has a continuously varying frequency.
The radar device according to any one of claims 1 to 3 .
信チャープ信号を含む無線信号を送信する無線送信部と、前記送信チャープ信号を含む無線信号が物標で反射された後、前記反射された受信チャープ信号を含む無線信号を受信する無線受信部とを備えるレーダ装置の制御方法であって、
前記無線受信部が、
前記レーダ装置の設置情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲を計算するステップと、
前記受信された受信チャープ信号を含む無線信号と、前記送信チャープ信号を含む無線信号とを混合することで、ビート信号を検出するステップと、
前記ビート信号を所定の通過帯域幅で帯域通過フィルタリングし、もしくは所定の低域遮断周波数で低域通過フィルタリングするステップと、
前記フィルタリングされたビート信号に対して、距離及び相対速度の2次元FFT処理を実行して、複数の相対速度に対する距離スペクトルを含むマップ情報を計算するステップと、
前記マップ情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲となる、距離と相対速度の周波数範囲を決定し、前記決定された周波数範囲から、受信された無線信号の信号強度の平均値を計算するステップと、
前記計算された信号強度を所定の異常検出用閾値と比較することで、前記レーダ装置が異常状態であるか否かが判断するステップと、
をさらに含む、
レーダ装置の制御方法。
A method for controlling a radar device including a radio transmitting unit that transmits a radio signal including a transmission chirp signal, and a radio receiving unit that receives a radio signal including the reflected reception chirp signal after the radio signal including the transmission chirp signal is reflected by a target, comprising:
The wireless receiving unit,
calculating a blind spot range of the radar device based on installation information of the radar device;
detecting a beat signal by mixing the received radio signal including the received chirp signal with the radio signal including the transmitted chirp signal;
band-pass filtering the beat signal with a predetermined passband width or low-pass filtering with a predetermined lower cutoff frequency;
performing a two-dimensional FFT process of distance and relative velocity on the filtered beat signal to calculate map information including distance spectra for a plurality of relative velocities;
determining a frequency range of distance and relative speed that is a blind spot range of the radar device based on the map information, and calculating an average value of the signal strength of the received wireless signal from the determined frequency range;
determining whether the radar device is in an abnormal state by comparing the calculated signal strength with a predetermined abnormality detection threshold;
Further comprising:
A method for controlling a radar device.
前記無線受信部が、前記計算されたレーダ装置の死角範囲に基づいて、当該死角範囲の信号強度の平均値を計算し、前記計算された信号強度の平均値に基づいて異常検出用閾値を計算するステップをさらに含む、
請求項に記載のレーダ装置の制御方法。
the wireless receiving unit calculates an average value of signal strength in the blind spot range based on the calculated blind spot range of the radar device, and calculates an anomaly detection threshold value based on the calculated average value of signal strength.
A method for controlling a radar device according to claim 5 .
前記無線受信部が、前記レーダ装置が異常状態ではないときに、受信チャープ信号をそれぞれ含む複数の無線信号を受信し、前記受信された複数の無線信号に基づいて、前記物標の到来角度を推定するステップをさらに含む、
請求項5又は6に記載のレーダ装置の制御方法。
The method further includes a step of receiving a plurality of radio signals each including a received chirp signal by the radio receiving unit when the radar device is not in an abnormal state, and estimating an arrival angle of the target based on the received plurality of radio signals.
A method for controlling a radar device according to claim 5 or 6 .
前記送信チャープ信号は、連続的に変化する周波数を有する、
請求項5~7のうちのいずれか1つに記載のレーダ装置の制御方法。
The transmit chirp signal has a continuously varying frequency.
A method for controlling a radar device according to any one of claims 5 to 7 .
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