JP7706833B2 - Apparatus and method for suppressing spurious signals - Google Patents
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Description
この発明は、偽像信号の抑圧装置および抑圧方法に関し、具体的には、レーダを用いて移動体をターゲットとして検出する際に多重反射によって生じる偽像成分を抑圧する技術に関する。 This invention relates to a device and method for suppressing false image signals, and more specifically to a technique for suppressing false image components caused by multiple reflections when detecting moving objects as targets using radar.
レーダから送信した電波を物標に照射することで距離,方位,速度,および強度の各情報が得られる。この測定のとき、電波は、物標から直接反射して戻ってくる反射波だけでなく、地面や壁などを介して多重反射して戻ってくる反射波を生じ、多重反射して戻ってくる反射波による(別言すると、マルチパスによる)偽像(尚、「虚像」などとも呼ばれる)が発生する。多重反射によって生じる偽像は、実像と類似する信号の位置分布(即ち、点群の集合密度),強度,および速度の成分を有するため、ノイズであるにも関わらず、あたかもそこに目的のターゲットが存在しているかのような結果を返し、周囲の正確なセンシングを煩雑化させる。このため、前述のような偽像を除去・抑圧する技術の確立が大きな課題となっている。 By illuminating a target with radio waves transmitted from a radar, information on distance, direction, speed, and intensity can be obtained. During this measurement, the radio waves not only reflect back directly from the target, but also return after multiple reflections off the ground, walls, etc., resulting in false images (also called "virtual images") caused by the multiple reflections (in other words, caused by multipath). False images caused by multiple reflections have signal position distribution (i.e., point cloud set density), intensity, and speed components similar to those of a real image, so despite being noise, they return results as if the target of interest were present, complicating accurate sensing of the surroundings. For this reason, establishing technology to remove and suppress false images like those mentioned above is a major challenge.
実像と偽像とを区別する従来の技術として、電波が伝搬する往路と復路とが一致しているか否かを判断する手法(特許文献1参照)や、CFAR(Constant False Alarm Rate の略)アルゴリズムを用いて動的しきい値処理によってクラッタ(即ち、偽像を含むノイズ成分)とターゲットとを区別する手法(特許文献2参照)、および、検出したレーダ信号点の位置に相当する各所をカメラで撮像して画像処理にてターゲットの存在が確認できない位置のレーダ信号点は偽像であると判断する手法が知られている。 Conventional techniques for distinguishing between real and false images include a method for determining whether the outbound and return paths of radio wave propagation match (see Patent Document 1), a method for distinguishing between clutter (i.e., noise components including false images) and targets through dynamic threshold processing using a CFAR (Constant False Alarm Rate) algorithm (see Patent Document 2), and a method for capturing images of locations corresponding to the positions of detected radar signal points with a camera and determining that radar signal points in positions where the presence of a target cannot be confirmed through image processing are false images.
ところで、CFARアルゴリズムには大別してCA-CFARとOS-CFARとの2種類の手法がある。それぞれの特性として、CA-CFARは、小さい演算量で実現できるものの、しきい値計算にターゲットが含まれることがあるので実像の見逃しが発生する可能性があることが挙げられ、また、OS-CFARは、しきい値計算にターゲットが含まれる確率が小さいので安定したしきい値を得ることができるものの、演算量が大きくなることが挙げられる。そして、実像の信号特性と偽像の信号特性とが大きく異なる場合にはCFARアルゴリズムを用いるしきい値処理でクラッタ成分を有効に抑圧することができるものの、高強度の反射物によって生じるサイドローブやマルチパスによって生じる偽像は実像と同等の強度情報や速度情報を持つことがあるため、これらが偽像成分であることを識別して抑圧することは困難である、という問題がある。 CFAR algorithms are roughly divided into two types of methods: CA-CFAR and OS-CFAR. The characteristics of each method are that CA-CFAR can be realized with a small amount of calculation, but the target may be included in the threshold calculation, so there is a possibility that the real image may be overlooked. In addition, OS-CFAR can obtain a stable threshold value because the probability that the target will be included in the threshold calculation is low, but the amount of calculation is large. Furthermore, when the signal characteristics of the real image and the false image are significantly different, the clutter components can be effectively suppressed by threshold processing using the CFAR algorithm, but there is a problem in that side lobes caused by high-intensity reflectors and false images caused by multipath can have intensity information and velocity information equivalent to that of the real image, making it difficult to identify and suppress these as false image components.
また、レーダ装置とカメラとを用いて実像と偽像とを区別する場合には、装置構成が大掛かりになる、という問題がある。 In addition, when using a radar device and a camera to distinguish between real and false images, there is the problem that the device configuration becomes large-scale.
そこで本発明は、簡便な機器構成によって偽像成分の抑圧を高精度に行うことが可能な偽像信号の抑圧装置および抑圧方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide an artifact suppression device and method that can suppress artifact components with high accuracy using a simple device configuration.
上記課題を解決するために、この発明に係る偽像信号の抑圧装置は、検知対象エリアへと電波を送信するとともに前記検知対象エリアからの電波を受信してレーダスキャンを行うレーダ装置から出力されるレーダデータを周波数解析して位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を生成する信号処理部と、前記位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を用いて物標についてのレーダ信号点のクラスタを生成するとともに前記クラスタの追尾処理を行う物標位置検出部と、前記クラスタのうち移動体に関するクラスタおよび前記移動体に関するクラスタと前記追尾処理で関連づけられている所定の時間長さぶんのクラスタの集まり(「移動体時系列クラスタ」と呼ぶ)に関するレーダスキャン別の前記相対速度と前記信号強度に基づく信号強度情報との組み合わせデータを生成する物標計算部と、前記移動体時系列クラスタごとに、前記レーダスキャン別の前記相対速度の値と前記信号強度情報の値との組み合わせデータを時系列に配列したうえで、時系列の配列を時間軸方向に1つずつシフトさせながら、もとの時系列の配列のままの状態との対比における相関値を計算して配列の先頭のスキャン実行番号と相関値との組み合わせデータを生成するとともに、前記配列の先頭のスキャン実行番号に基づくスキャン時間と相関値との組み合わせデータに対してフーリエ変換処理を施して周波数スペクトルを生成する特徴量計算部と、前記移動体時系列クラスタ各々の前記周波数スペクトル同士の相関値に基づいて同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを抽出するとともに、前記同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中で前記レーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタを偽像として特定して除去する偽像抑圧部と、を有する、ことを特徴とする。 In order to solve the above problem, a false signal suppression device according to the present invention includes a signal processing unit that performs frequency analysis on radar data output from a radar device that transmits radio waves into a detection target area and receives radio waves from the detection target area to perform a radar scan, to generate a set of combined data of position, signal strength, and relative speed; a target position detection unit that uses the set of combined data of position, signal strength, and relative speed to generate a cluster of radar signal points for a target and performs a tracking process for the cluster; a target calculation unit that generates combined data of the relative speed and signal strength information based on the signal strength for each radar scan for a cluster related to a moving object among the clusters and a collection of clusters for a predetermined time length associated with the cluster related to the moving object in the tracking process (referred to as a "moving object time series cluster"); and a feature calculation unit which arranges combination data of values of relative speed and values of the signal strength information in a time series, and while shifting the time series arrangement by one in the time axis direction, calculates a correlation value in comparison with the original time series arrangement to generate combination data of the scan execution number at the head of the arrangement and the correlation value, and performs a Fourier transform process on the combination data of the scan time based on the scan execution number at the head of the arrangement and the correlation value to generate a frequency spectrum; and a false image suppression unit which extracts combinations of moving object time series clusters related to the same target based on the correlation value between the frequency spectra of each of the moving object time series clusters, and identifies and removes, as false images, moving object time series clusters other than the moving object time series cluster closest to the radar device among the combinations of moving object time series clusters related to the same target .
また、この発明に係る偽像信号の抑圧方法は、検知対象エリアへと電波を送信するとともに前記検知対象エリアからの電波を受信してレーダスキャンを行うレーダ装置から出力されるレーダデータを周波数解析して位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を生成する処理と、前記位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を用いて物標についてのレーダ信号点のクラスタを生成するとともに前記クラスタを追尾する処理と、前記クラスタのうち移動体に関するクラスタおよび前記移動体に関するクラスタと前記追尾する処理で関連づけられている所定の時間長さぶんのクラスタの集まり(「移動体時系列クラスタ」と呼ぶ)に関するレーダスキャン別の前記相対速度と前記信号強度に基づく信号強度情報との組み合わせデータを生成する処理と、前記移動体時系列クラスタごとに、前記レーダスキャン別の前記相対速度の値と前記信号強度情報の値との組み合わせデータを時系列に配列したうえで、時系列の配列を時間軸方向に1つずつシフトさせながら、もとの時系列の配列のままの状態との対比における相関値を計算して配列の先頭のスキャン実行番号と相関値との組み合わせデータを生成する処理と、前記配列の先頭のスキャン実行番号に基づくスキャン時間と相関値との組み合わせデータに対してフーリエ変換処理を施して周波数スペクトルを生成する処理と、前記移動体時系列クラスタ各々の前記周波数スペクトル同士の相関値に基づいて同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを抽出する処理と、前記同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中で前記レーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタを偽像として特定して除去する処理と、を有する、ことを特徴とする。 A method for suppressing false signals according to the present invention includes a process of frequency analyzing radar data output from a radar device that transmits radio waves into a detection target area and receives radio waves from the detection target area to perform a radar scan, generating a set of combined data of position, signal strength, and relative velocity, a process of generating a cluster of radar signal points for a target using the set of combined data of position, signal strength, and relative velocity and tracking the cluster, a process of generating combined data of the relative velocity for each radar scan for a cluster related to a moving object among the clusters and a collection of clusters for a predetermined time length associated with the cluster related to the moving object in the tracking process (referred to as a "moving object time series cluster") and signal strength information based on the signal strength, and a process of calculating, for each of the moving object time series clusters, a value of the relative velocity for each radar scan and the process includes a process of arranging combination data with the value of the signal strength information in a time series, and shifting the time series arrangement by one in the time axis direction to calculate a correlation value in comparison with the original time series arrangement to generate combination data of the scan execution number at the head of the arrangement and the correlation value; a process of performing a Fourier transform process on the combination data of the scan time based on the scan execution number at the head of the arrangement and the correlation value to generate a frequency spectrum; a process of extracting combinations of moving object time series clusters relating to the same target based on the correlation value between the frequency spectra of each of the moving object time series clusters; and a process of identifying and removing, as false images, moving object time series clusters other than the moving object time series cluster closest to the radar device among the moving object time series clusters included in the combinations of moving object time series clusters relating to the same target .
この発明に係る偽像信号の抑圧装置や偽像信号の抑圧方法によれば、レーダ以外のセンサ類を利用することなくレーダ情報のみから、実像に対応する偽像を的確に抽出して偽像成分の抑圧を高精度に行うことが可能となる。 The false image suppression device and false image suppression method of the present invention make it possible to accurately extract false images corresponding to real images from radar information alone, without using sensors other than the radar, and to suppress false image components with high precision.
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。 The present invention will be described below based on the illustrated embodiment.
図1は、この発明の実施の形態に係る偽像信号の抑圧装置1の概略構成を示す機能ブロック図である。図2は、偽像信号の抑圧装置1における処理手順であるとともにこの発明の実施の形態に係る偽像信号の抑圧方法の処理手順を示すフローチャートである。 Figure 1 is a functional block diagram showing the schematic configuration of a false image signal suppression device 1 according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a flowchart showing the processing procedure in the false image signal suppression device 1 and the processing procedure of a false image signal suppression method according to an embodiment of the present invention.
この偽像信号の抑圧装置1は、レーダを用いて検知対象エリア内の移動体を物標(別言すると、ターゲット)として検出するとともにレーダ信号点の分布に出現する前記物標の実像に対応する偽像を抽出して除去することにより偽像成分を抑圧する装置であり、主として、信号処理部2と、物標位置検出部3と、物標計算部4と、特徴量計算部5と、偽像抑圧部6と、を備える。 This false image suppression device 1 is a device that uses a radar to detect moving objects in a detection area as targets and suppresses false image components by extracting and removing false images corresponding to the real images of the targets that appear in the distribution of radar signal points, and is mainly equipped with a signal processing unit 2, a target position detection unit 3, a target calculation unit 4, a feature calculation unit 5, and a false image suppression unit 6.
この実施の形態に係る偽像信号の抑圧装置1は、検知対象エリアへと電波を送信するとともに検知対象エリアからの電波を受信してレーダスキャンを行うレーダ装置から出力されるレーダデータを周波数解析して位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を生成する信号処理部2と、位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を用いて物標についてのレーダ信号点のクラスタを生成するとともにクラスタの追尾処理を行う物標位置検出部3と、クラスタのうち移動体に関するクラスタおよび移動体に関するクラスタと追尾処理で関連づけられている所定の時間長さぶんのクラスタの集まり(「移動体時系列クラスタ」と呼ぶ)に関するレーダスキャン別の相対速度と信号強度に基づく信号強度情報との組み合わせデータを生成する物標計算部4と、移動体時系列クラスタごとに、レーダスキャン別の相対速度の値と信号強度情報の値との組み合わせデータを時系列に配列したうえで、時系列の配列を時間軸方向に1つずつシフトさせながら、もとの時系列の配列のままの状態との対比における相関値を計算して配列の先頭のスキャン実行番号と相関値との組み合わせデータを生成するとともに、配列の先頭のスキャン実行番号に基づくスキャン時間と相関値との組み合わせデータに対してフーリエ変換処理を施して周波数スペクトルを生成する特徴量計算部5と、移動体時系列クラスタ各々の周波数スペクトル同士の相関値に基づいて同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを抽出するとともに、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中でレーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタを偽像として特定して除去する偽像抑圧部6と、を有する、ようにしている(図1参照)。 The false signal suppression device 1 according to this embodiment includes a signal processing unit 2 that performs frequency analysis on radar data output from a radar device that transmits radio waves to a detection target area and receives radio waves from the detection target area to perform radar scanning, generates a set of combined data of position, signal strength, and relative speed, a target position detection unit 3 that uses the set of combined data of position, signal strength, and relative speed to generate a cluster of radar signal points for a target and performs a tracking process for the cluster, a target calculation unit 4 that generates combined data of signal strength information based on the relative speed and signal strength for each radar scan for a cluster related to a moving object among the clusters and a collection of clusters for a predetermined length of time associated with the cluster related to the moving object by tracking processing (referred to as a "moving object time series cluster"); and a target calculation unit 5 that calculates, for each moving object time series cluster, the value of the relative speed for each radar scan and the signal strength information. The system further includes a feature calculation unit 5 that arranges combination data of the scan execution number at the beginning of the array and the correlation value in a time series, and then shifts the time series array one by one in the time axis direction to calculate a correlation value in comparison with the original time series array to generate combination data of the scan execution number at the beginning of the array and the correlation value, and performs a Fourier transform process on the combination data of the scan time and the correlation value based on the scan execution number at the beginning of the array to generate a frequency spectrum; and a false image suppression unit 6 that extracts combinations of moving object time series clusters related to the same target based on the correlation value between the frequency spectra of each moving object time series cluster, and identifies and removes, as false images, moving object time series clusters included in the combinations of moving object time series clusters related to the same target, other than the moving object time series cluster closest to the radar device (see FIG. 1).
また、この実施の形態に係る偽像信号の抑圧方法は、検知対象エリアへと電波を送信するとともに検知対象エリアからの電波を受信してレーダスキャンを行うレーダ装置から出力されるレーダデータを周波数解析して位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を生成する処理(ステップS1~S3)と、位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を用いて物標についてのレーダ信号点のクラスタを生成するとともにクラスタを追尾する処理(ステップS4~S5)と、クラスタのうち移動体に関するクラスタおよび移動体に関するクラスタと前記追尾する処理で関連づけられている所定の時間長さぶんのクラスタの集まり(「移動体時系列クラスタ」と呼ぶ)に関するレーダスキャン別の相対速度と信号強度に基づく信号強度情報との組み合わせデータを生成する処理(ステップS6~S8)と、移動体時系列クラスタごとに、レーダスキャン別の相対速度の値と信号強度情報の値との組み合わせデータを時系列に配列したうえで、時系列の配列を時間軸方向に1つずつシフトさせながら、もとの時系列の配列のままの状態との対比における相関値を計算して配列の先頭のスキャン実行番号と相関値との組み合わせデータを生成する処理(ステップS9)と、配列の先頭のスキャン実行番号に基づくスキャン時間と相関値との組み合わせデータに対してフーリエ変換処理を施して周波数スペクトルを生成する処理(ステップS10)と、移動体時系列クラスタ各々の周波数スペクトル同士の相関値に基づいて同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを抽出する処理(ステップS11)と、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中でレーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタを偽像として特定して除去する処理(ステップS12)と、を有する、ようにしている(図2参照)。 In addition, the method for suppressing false signals according to this embodiment includes a process of frequency analyzing radar data output from a radar device that transmits radio waves to a detection target area and receives radio waves from the detection target area to perform radar scanning, to generate a set of combined data of position, signal strength, and relative velocity (steps S1 to S3), a process of generating a cluster of radar signal points for a target object using the set of combined data of position, signal strength, and relative velocity and tracking the cluster (steps S4 to S5), a process of generating combined data of signal strength information based on the relative velocity for each radar scan and the signal strength for a cluster related to a moving object among the clusters and a collection of clusters for a predetermined length of time associated with the cluster related to the moving object in the tracking process (referred to as a "moving object time series cluster") (steps S6 to S8), and a process of generating combined data of the relative velocity value for each radar scan and the signal strength information for each moving object time series cluster. The method includes a process (step S9) of arranging combination data with the value of the scan execution number at the beginning of the array in a time series, shifting the time series array one by one in the time axis direction, calculating a correlation value in comparison with the original time series array, and generating combination data of the scan execution number at the beginning of the array and the correlation value, a process (step S10) of performing a Fourier transform process on the combination data of the scan time and the correlation value based on the scan execution number at the beginning of the array to generate a frequency spectrum, a process (step S11) of extracting combinations of mobile object time series clusters related to the same target based on the correlation value between the frequency spectra of each of the mobile object time series clusters, and a process (step S12) of identifying and removing, as false images, mobile object time series clusters other than the mobile object time series cluster closest to the radar device among the combinations of mobile object time series clusters related to the same target (see FIG. 2).
この発明では、例えば、レーダ方式としてFMCW(Frequency Modulated-Continuous Wave の略;周波数変調連続波)方式のレーダスキャンを行うレーダ装置によって取得されて出力されるレーダデータが用いられ得る。FMCW方式では、周波数変調した連続波を送信するとともに物標の表面で反射して戻ってくる反射波を受信し、送信信号と受信信号との間での周波数差に基づいて物標の位置や相対速度を検出する。なお、FMCW方式では、周波数が三角波状または鋸波状に変化する電波(別言すると、送信信号)が送信される。 In this invention, for example, radar data acquired and output by a radar device performing radar scanning using the FMCW (Frequency Modulated-Continuous Wave) radar method may be used. In the FMCW method, a frequency-modulated continuous wave is transmitted and a reflected wave reflected off the surface of the target is received, and the position and relative speed of the target are detected based on the frequency difference between the transmitted signal and the received signal. In the FMCW method, radio waves (in other words, transmitted signals) whose frequency changes in a triangular or sawtooth waveform are transmitted.
この発明で用いられ得るレーダデータを出力するレーダ装置としては、例えば、送信部と受信部とを備えて電波を送信するとともに受信する機能を備え、FMCW方式のレーダスキャンを行ってレーダデータを出力する装置が挙げられる。 A radar device that outputs radar data and can be used in this invention is, for example, a device that has a transmitter and a receiver and has the ability to transmit and receive radio waves, performs FMCW radar scans, and outputs radar data.
レーダ装置の送信部としては、例えば、所定電圧を生成して出力する電圧発生器、電圧発生器から出力される前記所定電圧に応じた周波数を有する電波(送信信号)を生成して出力する電圧制御発振器、および、電圧制御発振器から出力される電波(送信信号)を検知対象エリアへと送信波として送信する(別言すると、出射する,放射する)送信アンテナなどを含む仕組みが挙げられる。 The transmitter of the radar device may include, for example, a mechanism including a voltage generator that generates and outputs a predetermined voltage, a voltage-controlled oscillator that generates and outputs radio waves (transmission signals) having a frequency corresponding to the predetermined voltage output from the voltage generator, and a transmission antenna that transmits (in other words, emits or radiates) the radio waves (transmission signals) output from the voltage-controlled oscillator as transmission waves to the detection target area.
送信部は、例えば79GHz帯、76GHz帯、或いは60GHz帯の周波数を有する電波(尚、「ミリ波」とも呼ばれる)を生成して送信アンテナを介して送信する。なお、この発明では、高周波数帯の電波を利用することが好ましい。 The transmitter generates radio waves having a frequency of, for example, 79 GHz, 76 GHz, or 60 GHz (also called "millimeter waves") and transmits them via the transmitting antenna. In this invention, it is preferable to use radio waves in a high frequency band.
レーダ装置の受信部としては、例えば、送信アンテナから送信された電波(即ち、送信波)が検知対象エリア内の物標の表面で反射して戻ってくる電波(即ち、反射波;「ドップラ反射波」とも呼ばれる)を含む電波を受信波として受信する受信アンテナ、送信部から供給される電波(送信信号)と受信アンテナから出力される電波(別言すると、受信信号)とをミキシングして差分信号を生成して出力するミキサ、および、ミキサから出力される差分信号に対して所定のサンプリング周波数を用いてサンプリング処理(別言すると、アナログ-デジタル変換処理)を施して前記差分信号をデジタルデータに変換してデジタル信号を出力するA/D変換器(Analog to Digital converter)などを含む仕組みが挙げられる。 The receiving section of the radar device may include, for example, a receiving antenna that receives radio waves including radio waves transmitted from a transmitting antenna (i.e., transmitted waves) that are reflected off the surface of a target within the detection area and return (i.e., reflected waves; also called "Doppler reflected waves"); a mixer that mixes the radio waves (transmitted signal) supplied from the transmitting section with the radio waves (in other words, received signal) output from the receiving antenna to generate and output a differential signal; and an A/D converter (Analog to Digital converter) that performs sampling processing (in other words, analog-to-digital conversion processing) on the differential signal output from the mixer using a predetermined sampling frequency, converts the differential signal into digital data, and outputs the digital signal.
なお、FMCW方式では、単数もしくは複数のアンテナによってアレーアンテナが形成され、受信アンテナとしてのアレーアンテナによって電波(反射波)を受信する。そして、ミキサおよびA/D変換器は、受信アンテナごとに設けられる。 In the FMCW system, an array antenna is formed by one or more antennas, and radio waves (reflected waves) are received by the array antenna as a receiving antenna. A mixer and an A/D converter are provided for each receiving antenna.
レーダ装置から出力されるレーダデータとしての差分信号は、送信部から供給される電波(送信信号)の周波数成分と受信アンテナから出力される電波(受信信号)の周波数成分との差の周波数成分を有する信号(つまり、ビート周波数を有する信号であり、「ビート信号」とも呼ばれる)である。 The differential signal output as radar data from the radar device is a signal that has a frequency component that is the difference between the frequency component of the radio wave (transmitted signal) supplied from the transmitter and the frequency component of the radio wave (received signal) output from the receiving antenna (i.e., a signal that has a beat frequency, also known as a "beat signal").
レーダ装置は、あくまで一例として挙げると、自動車などの車両に取り付けられて車両周囲の所定範囲を検知対象エリアとしたり、建物などの構造物に取り付けられて構造体周囲や建物敷地内の所定範囲を検知対象エリアとしたりする。 As just one example, a radar device may be attached to a vehicle such as an automobile so that a specified range around the vehicle is the detection target area, or may be attached to a structure such as a building so that a specified range around the structure or within the building site is the detection target area.
偽像信号の抑圧装置1は、レーダ装置から出力されるレーダデータを記録して格納しておく記憶部を備えて前記記憶部からレーダデータを読み込んで用いるようにしてもよく、また、レーダ装置から出力されてサーバなどの外部記憶装置に格納されているレーダデータを読み込んで用いるようにしてもよい。 The false signal suppression device 1 may be provided with a memory unit that records and stores radar data output from the radar device, and may read and use the radar data from the memory unit, or may read and use radar data that is output from the radar device and stored in an external storage device such as a server.
下記の信号処理部2,物標位置検出部3,および物標計算部4による処理は、ここでは、レーダ装置によるレーダスキャンのたびに出力されるレーダデータが用いられてレーダスキャンごとに行われることを前提として説明する。 The processing by the signal processing unit 2, target position detection unit 3, and target calculation unit 4 described below is explained on the assumption that it is performed for each radar scan using the radar data output each time the radar device performs a radar scan.
信号処理部2は、レーダ装置から出力されるレーダデータ(即ち、レーダ生データ、レーダRawデータ)としての差分信号を用いて検知対象エリア内の物標の位置および相対速度を計算する。信号処理部2は、周波数解析部21,位置計算部22,および速度計算部23を有する。 The signal processing unit 2 calculates the position and relative speed of a target within the detection area using a differential signal as radar data (i.e., radar raw data) output from the radar device. The signal processing unit 2 has a frequency analysis unit 21, a position calculation unit 22, and a speed calculation unit 23.
周波数解析部21は、レーダ装置から出力されるレーダデータ(別言すると、波形データ)としての差分信号(別言すると、ビート信号;尚、デジタル信号である)の周波数解析を行う。 The frequency analysis unit 21 performs frequency analysis of the differential signal (in other words, a beat signal; this is a digital signal) as radar data (in other words, waveform data) output from the radar device.
周波数解析部21は、具体的には、1回のレーダスキャンあたりのサンプリング時間幅(例えば、100ミリ秒間)ぶんの波形データに対して、つまり、1回のレーダスキャンあたりのサンプリング時間幅ぶんの差分信号(ビート信号)の振幅(即ち、受信レベル)に対して、フーリエ変換処理を施して前記差分信号の振幅の周波数分布を示す周波数スペクトルを生成し、スペクトル強度および位相情報を生成する。周波数解析部21によって生成される周波数スペクトルは、差分信号に含まれる各周波数成分の振幅(受信レベル)を表す。 Specifically, the frequency analysis unit 21 performs a Fourier transform on the waveform data for the sampling time width (e.g., 100 milliseconds) per radar scan, that is, on the amplitude (i.e., reception level) of the differential signal (beat signal) for the sampling time width per radar scan, to generate a frequency spectrum that indicates the frequency distribution of the amplitude of the differential signal, and generates spectral intensity and phase information. The frequency spectrum generated by the frequency analysis unit 21 represents the amplitude (reception level) of each frequency component contained in the differential signal.
フーリエ変換処理に際しては、例えば検知対象とする物標について想定される移動速度や動作速度などが考慮されるなどしたうえで、前記物標の移動や動作によって発生し得る周波数の範囲が設定されるとともに周波数間隔がドップラ周波数として設定される。周波数解析部21は、つまり、レーダ装置から出力されるレーダデータ(波形データ)についてドップラ成分、すなわち差分信号のドップラ周波数ごとのスペクトル強度と位相とを周波数解析して求める。 When performing Fourier transform processing, the range of frequencies that may be generated by the movement or movement of the target to be detected is set, taking into consideration the expected moving speed and movement speed of the target to be detected, and the frequency interval is set as the Doppler frequency. In other words, the frequency analysis unit 21 performs frequency analysis on the radar data (waveform data) output from the radar device to determine the Doppler component, that is, the spectral intensity and phase for each Doppler frequency of the differential signal.
位置計算部22は、周波数解析部21によって生成される周波数スペクトルにおける位相情報に基づいて、レーダ装置(具体的には、レーダ装置のアンテナ)と物標との間の距離に関する距離情報、および、レーダ装置(具体的には、レーダ装置のアンテナ)に対する前記物標の方位角度に関する角度情報を生成する。距離情報および角度情報は、ドップラ周波数ごとに求められる。 The position calculation unit 22 generates distance information regarding the distance between the radar device (specifically, the radar device antenna) and the target, and angle information regarding the azimuth angle of the target relative to the radar device (specifically, the radar device antenna) based on the phase information in the frequency spectrum generated by the frequency analysis unit 21. The distance information and angle information are obtained for each Doppler frequency.
差分信号(ビート信号)に基づく距離や方位角度の計算の仕法は、公知の手法が存在し、また、この発明では特定の手法には限定されないので、ここでは詳細の説明は省略する。例えば、レーダ装置と物標との間の距離は、送信波の周波数と受信波の周波数との差がレーダ装置と物標との間の距離に比例して増減する、ことを利用する手法などの公知の手法によって計算され得る。また、レーダ装置に対する物標の方位角度は、具体的には例えば、MUSIC(MUltiple SIgnal Classification の略)法やESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques の略)法などの公知の測角方式によって計算され得る。 There are known methods for calculating distance and azimuth angle based on the difference signal (beat signal), and this invention is not limited to a specific method, so detailed explanation will be omitted here. For example, the distance between the radar device and the target can be calculated by a known method such as a method that utilizes the fact that the difference between the frequency of the transmitted wave and the frequency of the received wave increases or decreases in proportion to the distance between the radar device and the target. In addition, the azimuth angle of the target relative to the radar device can be calculated by a known angle measurement method such as the MUSIC (short for MULTIPLE SIgnal Classification) method or the ESPRIT (short for Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) method.
速度計算部23は、周波数解析部21における周波数解析で用いられたドップラ周波数のそれぞれを用いて、レーダ装置(具体的には、レーダ装置のアンテナ)に対する物標の速度である相対速度(具体的には、送信波が物標の表面で反射した時の瞬時の相対速度)を計算する。すなわち、相対速度は、ドップラ周波数ごとに求められる。 The velocity calculation unit 23 calculates the relative velocity (specifically, the instantaneous relative velocity when the transmitted wave is reflected by the surface of the target) which is the velocity of the target relative to the radar device (specifically, the antenna of the radar device) using each of the Doppler frequencies used in the frequency analysis in the frequency analysis unit 21. In other words, the relative velocity is calculated for each Doppler frequency.
相対速度の計算の仕法は、公知の手法が存在し、また、この発明では特定の手法には限定されないので、ここでは詳細の説明は省略する。例えば、相対速度は、レーダに対して相対的に移動している物標の表面で反射して受信アンテナによって受信される電波(即ち、受信波)の周波数は、送信アンテナから送信される電波(即ち、送信波)の周波数に対して、前記物標の表面で反射した際に受信波が前記物標の速度による影響を受け、ドップラ効果により、前記物標とレーダ装置との間の相対速度に応じてシフトする、ことを利用する手法などの公知の手法によって計算され得る。 There are known methods for calculating relative velocity, and this invention is not limited to a specific method, so detailed explanation will be omitted here. For example, the relative velocity can be calculated by known methods such as a method that utilizes the fact that the frequency of radio waves (i.e., received waves) reflected by the surface of a target moving relative to the radar and received by the receiving antenna is affected by the speed of the target when reflected by the surface of the target, and shifts according to the relative speed between the target and the radar device due to the Doppler effect, compared to the frequency of radio waves (i.e., transmitted waves) transmitted from the transmitting antenna.
信号処理部2は、上記の処理により、レーダ装置から出力されるレーダデータ(即ち、レーダ生データ、レーダRawデータ)に対して信号処理/周波数解析処理を施して、速度成分別の、直交座標系における信号強度分布を表す4次元データ(X,Y,I,V)の集合を生成する。なお、XおよびYは、x軸とy軸とが相互に直交する2次元直交座標系におけるx座標およびy座標(単位:m)である。Iは信号強度(別言すると、受信レベル)(単位:dB)であり、Vは相対速度(単位:km/h)である。信号処理部2によって生成される4次元データ(X,Y,I,V)の相対速度V[km/h]は、必要に応じ、相対速度Vの値が例えば0.1[km/h]などの所定のピッチで区分されたうえで相対速度Vの実際の値が前記区分に当てはめられて、相対速度のランクとされるようにしてもよい。 The signal processing unit 2 performs signal processing/frequency analysis on the radar data (i.e., radar raw data) output from the radar device by the above processing, and generates a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) that represents the signal strength distribution in a Cartesian coordinate system by speed component. Note that X and Y are the x and y coordinates (unit: m) in a two-dimensional Cartesian coordinate system in which the x and y axes are mutually orthogonal. I is the signal strength (in other words, the reception level) (unit: dB), and V is the relative speed (unit: km/h). The relative speed V [km/h] of the four-dimensional data (X, Y, I, V) generated by the signal processing unit 2 may be divided into a predetermined pitch, such as 0.1 [km/h], as necessary, and the actual value of the relative speed V may be assigned to the division to obtain the rank of the relative speed.
物標位置検出部3は、信号処理部2によって生成される4次元データ(X,Y,I,V)の集合を用いて検知対象エリア内の物標に関する情報を計算する。物標位置検出部3は、信号点抽出部31,クラスタ生成部32,および追尾処理部33を有する。 The target position detection unit 3 calculates information about targets in the detection area using a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) generated by the signal processing unit 2. The target position detection unit 3 has a signal point extraction unit 31, a cluster generation unit 32, and a tracking processing unit 33.
信号点抽出部31は、信号処理部2によって生成される4次元データ(X,Y,I,V)の集合に含まれるデータのうち所定の条件を満たすデータを、検知対象エリア内の物標についてのレーダ信号点として抽出する。 The signal point extraction unit 31 extracts data that satisfies predetermined conditions from the set of four-dimensional data (X, Y, I, V) generated by the signal processing unit 2 as radar signal points for targets within the detection area.
信号点抽出部31による処理は、検知対象エリア内の物標についてのレーダ信号点を抽出し得る手法であれば、特定の手法には限定されない。例えば、物標についてのレーダ信号点を検出するための信号強度Iに関するしきい値(「強度しきい値」と呼ぶ)が予め設定され、信号強度Iが強度しきい値以上になっているデータが、物標についてのレーダ信号点として抽出される。 The processing by the signal point extraction unit 31 is not limited to a specific method as long as it is a method capable of extracting radar signal points for targets within the detection area. For example, a threshold value (called the "intensity threshold value") for the signal strength I used to detect radar signal points for targets is set in advance, and data in which the signal strength I is equal to or greater than the intensity threshold value is extracted as a radar signal point for the target.
強度しきい値は、特定の値に限定されるものではなく、例えば送信波が物標の表面で反射して戻ってくる電波(即ち、反射波)を的確に検出し得ることが考慮されるなどしたうえで、適当な値に適宜設定される。強度しきい値は、例えば、しきい値アルゴリズムの1つであるCFAR(Constant False Alarm Rate の略)アルゴリズムが用いられて設定されるようにしてもよい。 The intensity threshold is not limited to a specific value, but is set appropriately, for example, taking into consideration the ability to accurately detect radio waves that are reflected by the surface of a target and return (i.e., reflected waves). The intensity threshold may be set, for example, using the CFAR (short for Constant False Alarm Rate) algorithm, which is one of the threshold algorithms.
なお、強度しきい値として、相対速度V別の信号強度Iに関するしきい値が設定されるようにしてもよく、或いは、4次元データ(X,Y,I,V)のx座標Xとy座標Yとの組み合わせごと(つまり、座標ごと)に相対速度V別の信号強度Iが積算されて算出される積算信号強度ΣIに関するしきい値が設定されるようにしてもよい。 The intensity threshold may be a threshold value related to signal strength I for each relative speed V, or a threshold value related to integrated signal strength ΣI calculated by integrating signal strength I for each relative speed V for each combination of x coordinate X and y coordinate Y of the four-dimensional data (X, Y, I, V) (i.e., for each coordinate).
強度しきい値として相対速度V別の信号強度Iに関するしきい値が設定される場合は、x座標Xとy座標Yとの組み合わせごと(つまり、座標ごと)に前記組み合わせのうちのいずれかの相対速度V別の信号強度Iが強度しきい値以上になっている前記組み合わせ(つまり、座標)の4次元データ(X,Y,I,V)が物標についてのレーダ信号点として抽出されるようにすることが考えられる。 When a threshold value for signal strength I for each relative speed V is set as the intensity threshold value, it is conceivable that for each combination of x coordinate X and y coordinate Y (i.e., for each coordinate), the four-dimensional data (X, Y, I, V) of the combination (i.e., coordinates) where the signal strength I for any of the combinations for each relative speed V is equal to or greater than the intensity threshold value is extracted as a radar signal point for the target.
強度しきい値として積算信号強度ΣIに関するしきい値が設定される場合は、4次元データ(X,Y,I,V)についてx座標Xとy座標Yとの組み合わせごと(つまり、座標ごと)に相対速度V別の信号強度Iが積算されて積算信号強度ΣIが算出されて、積算信号強度ΣIが強度しきい値以上になっている前記組み合わせ(つまり、座標)の4次元データ(X,Y,I,V)が物標についてのレーダ信号点として抽出されるようにすることが考えられる。 When a threshold value for the integrated signal strength ΣI is set as the intensity threshold value, the signal strength I for each combination of x coordinate X and y coordinate Y (i.e., for each coordinate) of four-dimensional data (X, Y, I, V) for each relative speed V is integrated to calculate the integrated signal strength ΣI, and the four-dimensional data (X, Y, I, V) for the combination (i.e., coordinates) for which the integrated signal strength ΣI is equal to or greater than the intensity threshold value is extracted as a radar signal point for the target.
信号点抽出部31は、検知対象エリア内の物標についてのレーダ信号点としての4次元データ(X,Y,I,V)の集合を生成する。 The signal point extraction unit 31 generates a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) as radar signal points for targets within the detection area.
クラスタ生成部32は、信号点抽出部31によって生成される物標についてのレーダ信号点としての4次元データ(X,Y,I,V)の集合を用いてクラスタリング処理を行い、空間位置を座標軸とする座標系(ここでは、x軸とy軸とが相互に直交する2次元直交座標系)における、レーダ信号点のクラスタを生成する。 The cluster generation unit 32 performs clustering processing using a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) as radar signal points for the target generated by the signal point extraction unit 31, and generates a cluster of radar signal points in a coordinate system whose coordinate axes are spatial positions (here, a two-dimensional orthogonal coordinate system in which the x-axis and y-axis are mutually orthogonal).
クラスタの生成の仕法は、特定の方法・方式に限定されるものではなく、例えば、信号点抽出部31によって抽出されたレーダ信号点の密度に基づくなどして物標についてのレーダ信号点の集まりをクラスタリングすることができれば、言い換えると、相互の位置関係が一定距離以内で近接しているレーダ信号点の集まりを括って抽出することができれば、どのような方法・方式であってもよい。クラスタの生成の仕法として、例えば、クラスタリングアルゴリズムの1つであるDBSCAN(Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise の略)が用いられるようにしてもよい。 The method of generating clusters is not limited to a specific method or system, and any method or system may be used as long as it is possible to cluster a collection of radar signal points for a target based on the density of the radar signal points extracted by the signal point extraction unit 31, in other words, as long as it is possible to extract a collection of radar signal points that are close to each other within a certain distance. As a method of generating clusters, for example, DBSCAN (short for Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise), which is one of the clustering algorithms, may be used.
追尾処理部33は、過去に検出されている物標を追尾する処理を、クラスタ生成部32によって生成されるクラスタごと(即ち、物標ごと)に行う。つまり、追尾処理部33は、連続する時点それぞれにおいてクラスタ生成部32によって生成される、同一の物標に関するクラスタ同士を時系列で関連づけることにより、過去のレーダスキャンによって検出されているクラスタの追尾処理を行う。 The tracking processing unit 33 performs a process of tracking targets detected in the past for each cluster (i.e., for each target) generated by the cluster generation unit 32. In other words, the tracking processing unit 33 performs a tracking process for clusters detected by past radar scans by chronologically associating clusters related to the same target generated by the cluster generation unit 32 at successive points in time.
クラスタ/物標の追尾の仕法は、公知の手法が存在し、また、この発明では特定の手法には限定されないので、ここでは詳細の説明は省略する。例えば、クラスタ/物標の追尾は、追尾フィルタとしてα-βフィルタ、カルマンフィルタ、或いはパーティクルフィルタを用いる手法などの公知の手法によって行われ得る。 There are known methods for tracking clusters/targets, and this invention is not limited to a specific method, so a detailed explanation will be omitted here. For example, tracking of clusters/targets can be performed by known methods such as a method using an α-β filter, a Kalman filter, or a particle filter as a tracking filter.
追尾処理部33は、必要に応じ、クラスタ生成部32によって生成されるクラスタ各々の代表点を決定したうえで追尾処理を行うようにしてもよい。例えば、追尾処理部33は、1つのクラスタとして認識された信号点群について、当該の信号点群に含まれる信号点それぞれの位置における信号強度(受信レベル)I[dB]を重みとして用いた加重平均の位置を計算するなどして、前記1つのクラスタの代表点を決定したうえで追尾処理を行うようにしてもよい。 The tracking processing unit 33 may perform tracking processing after determining a representative point of each cluster generated by the cluster generation unit 32 as necessary. For example, the tracking processing unit 33 may perform tracking processing after determining a representative point of a signal point group recognized as one cluster by calculating a weighted average position using the signal strength (reception level) I [dB] at the position of each signal point included in the signal point group as a weight.
追尾処理部33は、今回のレーダスキャンにおいてクラスタ生成部32によって生成されるクラスタのそれぞれについて、追尾処理の結果として、前回のレーダスキャンにおいてクラスタ生成部32によって生成されたクラスタとの時系列での追尾の関連づけを生成する。 For each cluster generated by the cluster generation unit 32 in the current radar scan, the tracking processing unit 33 generates, as a result of the tracking process, a time-series tracking association with the cluster generated by the cluster generation unit 32 in the previous radar scan.
上記の信号処理部2および物標位置検出部3による処理は、従来と同様の仕法が用いられ得る。すなわち、上記の信号処理部2および物標位置検出部3による処理は、上記の内容に限定されるものではなく、レーダデータに基づいて、レーダ信号点の位置(X,Y),信号強度I,および相対速度Vが計算されたり、クラスタが生成されるとともに追尾が行われたりする種々の仕法が用いられ得る。 The processing by the signal processing unit 2 and the target position detection unit 3 may be performed in the same manner as in the past. In other words, the processing by the signal processing unit 2 and the target position detection unit 3 is not limited to the above, and various methods may be used, such as calculating the position (X, Y), signal strength I, and relative velocity V of the radar signal point based on the radar data, generating clusters, and performing tracking.
ここで、従来と同様の処理が行われることにより、クラスタ生成部32による処理では、或る物標に関する実像に相当するクラスタと前記物標に関する偽像に相当するクラスタとが別個のクラスタとしてそれぞれ生成される(ことが想定される)。また、従来と同様の処理が行われることにより、追尾処理部33による処理では、或る物標に関する実像に相当するクラスタ同士が時系列の追尾で関連づけられるとともに前記物標に関する偽像に相当するクラスタ同士が時系列の追尾で関連づけられる(ことが想定される)。 Here, by performing the same processing as in the past, in the processing by the cluster generation unit 32, a cluster corresponding to a real image of a certain target and a cluster corresponding to a false image of the target are generated as separate clusters (it is assumed). Also, by performing the same processing as in the past, in the processing by the tracking processing unit 33, the clusters corresponding to the real image of a certain target are associated with each other by tracking in a time series, and the clusters corresponding to the false images of the target are associated with each other by tracking in a time series.
物標計算部4は、クラスタ生成部32によって生成されるクラスタごとに、当該のクラスタに関する情報を計算する。物標計算部4は、クラスタ抽出部41,信号強度特定部42,およびVTデータ生成部43を有する。 The target calculation unit 4 calculates information about each cluster generated by the cluster generation unit 32. The target calculation unit 4 has a cluster extraction unit 41, a signal strength identification unit 42, and a VT data generation unit 43.
クラスタ抽出部41は、まず、クラスタ生成部32によって生成されるクラスタごとに、当該のクラスタが、移動体に関するものであるか否かを判別する。生成されたクラスタが移動体(例えば、歩行者,車両)に関するものであるか或いは固定物(例えば、建物,不動の構造物)に関するものであるかを判別する仕法は、公知の手法が存在し、また、この発明では特定の手法には限定されないので、ここでは詳細の説明は省略する。 The cluster extraction unit 41 first determines, for each cluster generated by the cluster generation unit 32, whether the cluster is related to a moving object. There are known methods for determining whether a generated cluster is related to a moving object (e.g., a pedestrian, a vehicle) or a fixed object (e.g., a building, an immovable structure), and the present invention is not limited to a specific method, so a detailed description is omitted here.
移動体に関するものであると判別されたクラスタが無い場合は、偽像信号の抑圧装置1は当該のレーダスキャンに関する処理を終了する。また、移動体に関するものであると判別されたクラスタが1つのみである場合は、偽像信号の抑圧装置1は、前記クラスタは物標の実像に相当するクラスタであるとしたうえで、当該のレーダスキャンに関する処理を終了する。 If there is no cluster determined to be related to a moving object, the false image suppression device 1 ends the processing for the radar scan. Also, if there is only one cluster determined to be related to a moving object, the false image suppression device 1 determines that the cluster is a cluster corresponding to the real image of the target, and ends the processing for the radar scan.
移動体に関するものであると判別されたクラスタが複数ある場合は、クラスタ抽出部41は、前記クラスタごとに、追尾処理部33による処理の結果に基づいて、所定の時間長さぶん(言い換えると、レーダスキャンの所定の回数ぶん)の、当該のクラスタについての最新の(言い換えると、今回の)レーダスキャンによる4次元データ(X,Y,I,V)の集合と、当該のクラスタと時系列の追尾で関連づけられている過去の(言い換えると、前回以前の)レーダスキャンによる4次元データ(X,Y,I,V)の集合とからなる時系列データを抽出する。 If there are multiple clusters that are determined to be related to a moving object, the cluster extraction unit 41 extracts, for each cluster, time series data consisting of a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) from the latest (in other words, the current) radar scan for the cluster for a predetermined time length (in other words, a predetermined number of radar scans) based on the results of processing by the tracking processing unit 33, and a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) from past (in other words, previous to the previous) radar scans that are associated with the cluster by time series tracking.
1回の処理対象として抽出される時系列データは、特定の時間長さ(言い換えると、レーダスキャンの回数)に限定されるものではなく、検知対象の物標の特に移動速度や動作速度ならびに信号強度に纏わる特性を適切に把握し得ることが考慮されるなどしたうえで、適当な時間長さ(レーダスキャンの回数)に適宜設定される。1回の処理対象として抽出される時系列データの時間長さ(レーダスキャンの回数)は、あくまで一例として挙げると、1回のレーダスキャンあたりのサンプリング時間幅が100ミリ秒である場合に1000ミリ秒(即ち、10スキャン)に設定されることが考えられる。 The time series data extracted for one processing session is not limited to a specific time length (in other words, the number of radar scans), but is set to an appropriate time length (number of radar scans) taking into consideration that the characteristics of the target to be detected, particularly the moving speed, operating speed, and signal strength, can be adequately grasped. As just one example, the time length (number of radar scans) of the time series data extracted for one processing session could be set to 1000 milliseconds (i.e., 10 scans) when the sampling time width per radar scan is 100 milliseconds.
ここで、最新の(言い換えると、今回の)レーダスキャンにおけるクラスタのうち、移動体に関するものであると判別されたクラスタのことを「移動体クラスタ」と呼ぶ。また、移動体クラスタを含む、追尾処理部33によって前記移動体クラスタと時系列の追尾で関連づけられている、1回の処理対象として抽出される時系列データの時間長さぶん(レーダスキャンの回数ぶん)のクラスタの集まりことを「移動体時系列クラスタ」と呼ぶ。 Here, of the clusters in the latest (in other words, the current) radar scan, the cluster that is determined to be related to a moving object is called a "moving object cluster." Also, a collection of clusters including the moving object cluster, which are associated with the moving object cluster by the tracking processing unit 33 through time series tracking, and which correspond to the time length of the time series data extracted as the object of one processing (the number of radar scans) is called a "moving object time series cluster."
信号強度特定部42は、移動体時系列クラスタごとに、当該の移動体時系列クラスタを構成する最新(今回)および過去(前回以前)のクラスタのそれぞれについて、当該のクラスタについての4次元データ(X,Y,I,V)の集合を用いて、速度成分別に強度情報を生成する。 For each mobile object time series cluster, the signal strength identification unit 42 generates strength information by speed component for each of the latest (current) and past (previous) clusters that make up the mobile object time series cluster, using a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) for the cluster.
信号強度特定部42は、移動体時系列クラスタを構成するクラスタそれぞれについての4次元データ(X,Y,I,V)の集合を用いて強度情報を生成するようにしてもよく、或いは、当該のクラスタを含む所定の範囲内の4次元データ(X,Y,I,V)の集合を用いて強度情報を生成するようにしてもよい。当該のクラスタを含む所定の範囲は、特定の大きさや形状に限定されるものではなく、検知対象の物標の特に動作速度や信号強度に纏わる特性を適切に把握し得ることが考慮されるなどしたうえで、適当な大きさや形状に適宜設定される。当該のクラスタを含む所定の範囲は、あくまで一例として挙げると、当該のクラスタを含む±1[m]の四角形で囲まれる範囲に設定されることが考えられる。 The signal strength identification unit 42 may generate the strength information using a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) for each cluster that constitutes the mobile object time series cluster, or may generate the strength information using a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) within a predetermined range that includes the cluster. The predetermined range that includes the cluster is not limited to a specific size or shape, but is appropriately set to an appropriate size and shape, taking into consideration that the characteristics of the target to be detected, particularly the operating speed and signal strength, can be appropriately grasped. As one example, the predetermined range that includes the cluster may be set to a range surrounded by a rectangle of ±1 [m] that includes the cluster.
信号強度特定部42は、具体的には、クラスタについての4次元データ(X,Y,I,V)の集合(尚、当該のクラスタを含む所定の範囲の4次元データ(X,Y,I,V)の集合の場合を含む)について、相対速度V[km/h](尚、所定のピッチで区分された相対速度のランクでもよい)ごとに、例えば、信号強度(受信レベル)I[dB]のうちの最大値Imax[dB]を特定して強度情報としたり、信号強度I[dB]の平均値Iavg[dB]を計算して強度情報としたりする。信号強度特定部42によって特定されたり計算されたりする所定の特性をもった信号強度[dB]のことを「信号強度情報」と呼ぶ。 Specifically, for a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) for a cluster (including a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) in a predetermined range including the cluster), the signal strength identification unit 42 identifies, for example, the maximum value Imax [dB] of the signal strength (reception level) I [dB] for each relative speed V [km/h] (which may be a rank of the relative speed divided at a predetermined pitch) and uses this as strength information, or calculates the average value Iavg [dB] of the signal strength I [dB] and uses this as strength information. The signal strength [dB] with the predetermined characteristics identified or calculated by the signal strength identification unit 42 is called "signal strength information".
信号強度特定部42は、つまり、移動体時系列クラスタごとの、当該の移動体時系列クラスタを構成する最新(今回)および過去(前回以前)のクラスタのそれぞれについて、言い換えると、当該の移動体時系列クラスタに関する(尚、当該のクラスタを含む所定の範囲に関する場合を含む)レーダスキャン別の、相対速度Vの値と信号強度情報の値(例えば、最大値Imax,平均値Iavg[dB])との組み合わせデータを生成する。 The signal strength identification unit 42 generates combination data of the value of the relative velocity V and the value of the signal strength information (e.g., maximum value Imax, average value Iavg [dB]) for each of the latest (current) and past (previous) clusters that make up each mobile object time series cluster, in other words, for each radar scan related to the mobile object time series cluster (including cases related to a predetermined range that includes the cluster).
VTデータ生成部43は、信号強度特定部42によって生成される、移動体時系列クラスタに関するレーダスキャン別の相対速度Vの値と信号強度情報の値との組み合わせデータに対して、前記レーダスキャンの実行時刻に基づく経過時間Tの情報を付与する。 The VT data generation unit 43 adds information on the elapsed time T based on the time at which the radar scan was performed to the combined data of the relative velocity V value for each radar scan and the signal strength information value for the moving object time series cluster generated by the signal strength identification unit 42.
経過時間Tの情報は、この実施の形態では、レーダスキャンが行われるたびに1ずつ増加するレーダスキャンの実行番号S[回目]とする。1回のレーダスキャンあたりのサンプリング時間幅[秒](即ち、各レーダスキャン開始の時間間隔[秒])は予め設定されるので、レーダスキャンの実行番号S[回目]はレーダスキャンの経過時間[秒]へと変換され得る。 In this embodiment, the information on the elapsed time T is the radar scan execution number S [th], which increases by one each time a radar scan is performed. Since the sampling time width [seconds] per radar scan (i.e., the time interval [seconds] between the start of each radar scan) is set in advance, the radar scan execution number S [th] can be converted to the elapsed time [seconds] of the radar scan.
信号処理部2,物標位置検出部3,および物標計算部4による処理は、レーダスキャンごとに行われる。すなわち、1回のレーダスキャンが行われるたびに、移動体時系列クラスタごとの、1回の処理対象に相当する所定の時間長さぶん(言い換えると、レーダスキャンの所定の回数ぶん)の、レーダスキャンごとの相対速度V[km/h]と信号強度情報と経過時間Tの情報との組み合わせデータの集合(「VTデータ」と呼ぶ)が生成される。 The processing by the signal processing unit 2, the target position detection unit 3, and the target calculation unit 4 is performed for each radar scan. That is, each time a radar scan is performed, a set of combined data (called "VT data") is generated for each mobile object time series cluster, consisting of the relative speed V [km/h], signal strength information, and elapsed time T information for each radar scan, for a predetermined time length corresponding to one processing target (in other words, for a predetermined number of radar scans).
特徴量計算部5は、レーダ信号点の分布に出現する物標の実像に対応する偽像を識別するための特徴量を計算する。特徴量計算部5は、自己相関計算部51およびフーリエ変換部52を有する。下記の特徴量計算部5による処理は、ここでは、移動体時系列クラスタごとに(言い換えると、移動体時系列クラスタ各々を単位として)行われることを前提として説明する。 The feature calculation unit 5 calculates feature amounts for identifying false images corresponding to real images of targets appearing in the distribution of radar signal points. The feature calculation unit 5 has an autocorrelation calculation unit 51 and a Fourier transform unit 52. The processing by the feature calculation unit 5 described below is explained here on the premise that it is performed for each mobile object time series cluster (in other words, for each mobile object time series cluster).
自己相関計算部51は、VTデータについて自己相関分析を行う。自己相関計算部51は、具体的には、まず、VTデータについて、相対速度V[km/h]の値と信号強度情報の値との組み合わせデータを時系列(この実施の形態では、レーダスキャンの実行番号S[回目]の順番)に配列する。時系列で配列されたVTデータの集まりのことを「配列VTデータ」と呼ぶ。 The autocorrelation calculation unit 51 performs autocorrelation analysis on the VT data. Specifically, the autocorrelation calculation unit 51 first arranges the combined data of the relative speed V [km/h] value and the signal strength information value for the VT data in time series (in this embodiment, in the order of the radar scan execution number S [time]). A collection of VT data arranged in time series is called "arranged VT data."
配列VTデータの一例を図3に示す。図3は、レーダスキャンの実行番号S[回目]を横軸とするとともに相対速度V[km/h]を縦軸として、レーダスキャンの実行番号S[回目]の値と相対速度V[km/h]の値との組み合わせに対応する信号強度(受信レベル)I[dB]のうちの最大値Imax[dB]を明暗で表して表示したものである。図3では、信号強度が、弱い場合は暗く表示され、強いほど明るくなるように表示されている。なお、図3は、1回のレーダスキャンあたりのサンプリング時間幅が100ミリ秒であるとともに1回の処理対象として抽出される時系列データの長さが10スキャンぶんである場合で、1秒ぶんのデータが整理されている。 An example of array VT data is shown in Figure 3. In Figure 3, the horizontal axis represents the radar scan execution number S [time] and the vertical axis represents the relative speed V [km/h], and the maximum value Imax [dB] of the signal strength (reception level) I [dB] corresponding to the combination of the radar scan execution number S [time] and the relative speed V [km/h] is displayed as light and dark. In Figure 3, weak signal strength is displayed as dark, and stronger signal strength is displayed as bright. Note that Figure 3 shows a case where the sampling time width per radar scan is 100 milliseconds and the length of the time series data extracted for one processing target is 10 scans, and one second's worth of data is organized.
配列VTデータは、時系列の、物標に関する瞬時の相対速度の分布情報であるとも言える。そして、レーダ装置を用いて得られる相対速度の情報は、物標としての移動体である例えば人の胴体速度だけでなく、頭,上腕,前腕・手先,大腿,および下腿・足先などの様々な部位の速度成分を同時に取得している。したがって、移動している人の頭,胴体,上腕,前腕・手先,大腿,および下腿・足先などの各部位の速度の情報が内在することになるため、レーダスキャンごとの相対速度Vの値と信号強度情報の値との組み合わせデータを時系列に並べることにより、各部位の運動/動作の周期が重畳して現れるようになる。 The array VT data can be said to be distribution information of instantaneous relative velocities with respect to a target in a time series. The relative velocity information obtained using a radar device not only includes the velocity of the torso of a moving object such as a human, but also simultaneously obtains the velocity components of various parts such as the head, upper arms, forearms and hands, thighs, and lower legs and feet. Therefore, since the velocity information of each part of a moving person, such as the head, torso, upper arms, forearms and hands, thighs, and lower legs and feet, is inherent, by arranging the combined data of the relative velocity V value for each radar scan and the signal strength information value in a time series, the periodic movement/operation of each part appears superimposed.
自己相関計算部51は、続いて、配列VTデータについて、レーダスキャンごとの相対速度Vの値と信号強度情報の値との組み合わせデータの時系列の配列を時間軸方向に1つずつ(別言すると、1スキャンずつ)シフトさせながら内積を計算して、時間軸方向にシフトする前の、もとの時系列の配列のままの状態の組み合わせデータの集合との対比における相関値を計算する(図4参照)。組み合わせデータの時系列の配列を時間軸方向に1つシフトさせる際、時系列の配列の最初に配置されている組み合わせデータは時系列の配列の最後へと配置される(図4参照)。図4に示す例では、1回の処理対象として抽出される時系列データの長さが10スキャンぶんであり、したがって、時系列で配列された組み合わせデータの数が10である。 The autocorrelation calculation unit 51 then calculates the inner product of the time series array of the combined data of the relative velocity V value and the signal strength information value for each radar scan for the array VT data while shifting the time series array by one in the time axis direction (in other words, by one scan), and calculates the correlation value in comparison with the set of combined data in the original time series array state before shifting in the time axis direction (see Figure 4). When the time series array of the combined data is shifted by one in the time axis direction, the combined data arranged at the beginning of the time series array is moved to the end of the time series array (see Figure 4). In the example shown in Figure 4, the length of the time series data extracted as the target for one processing is 10 scans, and therefore the number of combined data arranged in time series is 10.
図4に示す例における相関値の計算では、もとの時系列の配列のままの状態(「もとの状態」と呼ぶ)を「配列の先頭のスキャン実行番号が1のデータ」とし、時間軸方向に1回シフトした状態を「配列の先頭のスキャン実行番号が2のデータ」とし、時間軸方向に2回シフトした状態を「配列の先頭のスキャン実行番号が3のデータ」とし、以降同様にして、時間軸方向に9回シフトした状態を「配列の先頭のスキャン実行番号が10のデータ」とし、さらに、時間軸方向に10回シフトした状態を「配列の先頭のスキャン実行番号が11のデータ」としている。 In the calculation of correlation values in the example shown in Figure 4, the state of the original time series array (called the "original state") is defined as "data with scan execution number 1 at the beginning of the array", the state after being shifted once along the time axis is defined as "data with scan execution number 2 at the beginning of the array", the state after being shifted twice along the time axis is defined as "data with scan execution number 3 at the beginning of the array", and so on. The state after being shifted nine times along the time axis is defined as "data with scan execution number 10 at the beginning of the array", and the state after being shifted ten times further along the time axis is defined as "data with scan execution number 11 at the beginning of the array".
つまり、自己相関計算部51による相関値の計算では、時系列で配列された組み合わせデータの数と同じだけ時間軸方向のシフト操作が繰り返し行われ、最後のシフト操作が行われた状態(図4に示す例では、10回シフトした状態)はもとの状態に戻って配列の先頭のスキャン実行番号が1のデータと一致する。 In other words, when the autocorrelation calculation unit 51 calculates the correlation value, the shift operation in the time axis direction is repeated the same number of times as the number of combination data arranged in time series, and when the final shift operation is performed (in the example shown in Figure 4, the state after 10 shifts) the original state is restored and the data with the scan execution number 1 at the beginning of the array is matched.
自己相関計算部51は、時間軸方向にシフトする前の、もとの時系列の配列のままの状態である配列VTデータと、配列の先頭のスキャン実行番号が1,2,3,・・・,10,および11のデータそれぞれとの相関値を計算する。 The autocorrelation calculation unit 51 calculates the correlation value between the array VT data, which is in the original time series array state before being shifted along the time axis, and each of the data at the beginning of the array whose scan execution numbers are 1, 2, 3, ..., 10, and 11.
自己相関計算部51は、配列の先頭のスキャン実行番号Sの値と相関値との組み合わせデータを生成する。 The autocorrelation calculation unit 51 generates combination data of the value of the scan execution number S at the beginning of the array and the correlation value.
フーリエ変換部52は、自己相関計算部51によって生成される配列の先頭のスキャン実行番号Sの値と相関値との組み合わせデータについてフーリエ変換処理を行う。この際、フーリエ変換部52は、配列の先頭のスキャン実行番号Sを「1回のレーダスキャンあたりのサンプリング時間幅×(S-1)」に従って時間[秒]に変換したうえでフーリエ変換処理を行う。配列の先頭のスキャン実行番号Sを変換して得られる時間のことを「スキャン時間」と呼ぶ。 The Fourier transform unit 52 performs Fourier transform processing on the combined data of the value of the scan execution number S at the beginning of the array generated by the autocorrelation calculation unit 51 and the correlation value. At this time, the Fourier transform unit 52 performs Fourier transform processing after converting the scan execution number S at the beginning of the array into time [seconds] according to "sampling time width per radar scan × (S-1)". The time obtained by converting the scan execution number S at the beginning of the array is called the "scan time".
フーリエ変換部52は、具体的には、1回の処理対象として抽出される時系列データの時間長さぶんのスキャン時間と相関値との組み合わせデータ(言い換えると、波形データ)に対して、つまり、1回の処理対象として抽出される時系列データの時間長さぶんのスキャン時間それぞれの相関値の大きさ(言い換えると、振幅)に対して、フーリエ変換処理を施して前記相関値の大きさ(言い換えると、振幅)の周波数分布を示す周波数スペクトルを生成し、フーリエ変換後の周波数[Hz]の値とスペクトル強度(言い換えると、振幅)の値との組み合わせデータを生成する。フーリエ変換部52によって生成される周波数スペクトルは、スキャン時間と相関値との組み合わせデータにおける各周波数成分の相関値の大きさ(言い換えると、振幅)を表す。 Specifically, the Fourier transform unit 52 performs a Fourier transform process on the combination data (in other words, waveform data) of the scan time and correlation value for the time length of the time series data extracted as the target for one processing, that is, on the magnitude (in other words, amplitude) of the correlation value for each scan time for the time length of the time series data extracted as the target for one processing, to generate a frequency spectrum indicating the frequency distribution of the magnitude (in other words, amplitude) of the correlation value, and generates combination data of the frequency [Hz] value after the Fourier transform and the value of the spectral intensity (in other words, amplitude). The frequency spectrum generated by the Fourier transform unit 52 represents the magnitude (in other words, amplitude) of the correlation value of each frequency component in the combination data of the scan time and the correlation value.
特徴量計算部5による処理により、複数の移動体時系列クラスタに関し、移動体時系列クラスタごとの周波数スペクトルが、すなわちフーリエ変換後の周波数[Hz]の値とスペクトル強度(言い換えると、振幅)の値との組み合わせデータが、生成される。 By processing by the feature calculation unit 5, the frequency spectrum for each mobile object time series cluster is generated for multiple mobile object time series clusters, that is, combination data of the frequency [Hz] value after Fourier transform and the spectral intensity (in other words, amplitude) value.
偽像抑圧部6は、特徴量計算部5によって生成される移動体時系列クラスタごとの周波数スペクトル、すなわちフーリエ変換後の周波数[Hz]の値とスペクトル強度の値との組み合わせデータに基づいて、移動体時系列クラスタそれぞれについて物標の実像に相当するクラスタであるか偽像に相当するクラスタであるかを識別して偽像成分を抑圧する。偽像抑圧部6は、ペアリング部61および偽像特定部62を有する。 The false image suppression unit 6 suppresses false image components by identifying whether each moving object time series cluster corresponds to a real image of the target or a false image based on the frequency spectrum for each moving object time series cluster generated by the feature calculation unit 5, i.e., the combined data of the frequency [Hz] value after Fourier transform and the spectral intensity value. The false image suppression unit 6 has a pairing unit 61 and a false image identification unit 62.
ペアリング部61は、複数の移動体時系列クラスタの中から選択した2つの移動体時系列クラスタの組み合わせのすべてについて、移動体時系列クラスタ各々の周波数スペクトル同士の相関値を計算する。具体的には、ペアリング部61は、特徴量計算部5によって生成されるフーリエ変換後の周波数[Hz]の値とスペクトル強度の値(振幅値)との組み合わせデータについて、組み合わせデータ同士の相関値を計算する。 The pairing unit 61 calculates the correlation value between the frequency spectra of each of the mobile object time series clusters for all combinations of two mobile object time series clusters selected from the multiple mobile object time series clusters. Specifically, the pairing unit 61 calculates the correlation value between the combined data of the frequency [Hz] value after Fourier transform and the spectral intensity value (amplitude value) generated by the feature amount calculation unit 5.
ペアリング部61は、続いて、複数の移動体時系列クラスタの中から選択した2つの移動体時系列クラスタの組み合わせのうち周波数スペクトル同士の相関値が所定の条件を満たす移動体時系列クラスタの組み合わせを、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせとして抽出する。具体的には、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを抽出するための周波数スペクトル同士の相関値に関するしきい値(「相関しきい値」と呼ぶ)が予め設定され、周波数スペクトル同士の相関値が相関しきい値よりも大きくなっている移動体時系列クラスタの組み合わせが、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせとして抽出される。 The pairing unit 61 then extracts, as a combination of mobile object time series clusters relating to the same target, a combination of two mobile object time series clusters selected from the multiple mobile object time series clusters, in which the correlation value between the frequency spectra satisfies a predetermined condition. Specifically, a threshold value (called a "correlation threshold value") for the correlation value between the frequency spectra for extracting combinations of mobile object time series clusters relating to the same target is set in advance, and a combination of mobile object time series clusters in which the correlation value between the frequency spectra is greater than the correlation threshold value is extracted as a combination of mobile object time series clusters relating to the same target.
ここで、物標の実像と前記実像に対応する偽像とは、どちらも同一の物標に関する像であるので、一致/類似する信号特性を有すると考えられる。特に、時系列的な情報を加味すると、実像と偽像とは運動/動作の周期性が一致したり動作が同期したりすると考えられる。例えば、移動する複数の人を検知対象とする場合、個々人の歩行動作の周期は異なり、歩行動作はばらばらで同期性は低いと考えられるので、異なる人に関する実像同士の動作の周期性や同期性には少なからず差異が生じる。これに対し、同一の人に関する実像と偽像とでは、どちらも同一の人を表しているので、動作の周期性が一致し、動作が同期する。 Here, the real image of a target and the false image corresponding to said real image are both images of the same target, and therefore are considered to have matching/similar signal characteristics. In particular, when time-series information is taken into account, the real image and false image are considered to have matching periodicities of movement/action and to have synchronized movements. For example, when multiple moving people are the detection targets, the walking movements of each person are considered to be different, and the walking movements are thought to be scattered and low in synchronism, so there will be no small difference in the periodicities and synchronicities of movements between real images of different people. In contrast, the real image and false image of the same person both represent the same person, so the periodicities of movement will match and the movements will be synchronized.
つまり、実像に加えて偽像が出現する場合には、周期性や同期性に関する信号特性が一致/類似する信号点群(即ち、クラスタ)の組み合わせが存在していると考えられる。そこで、移動体時系列クラスタ各々の周波数スペクトル同士の相関が高い移動体時系列クラスタの組み合わせを同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせとして抽出し、同一の物標に関する実像に相当する移動体時系列クラスタ(特に、移動体クラスタ)と偽像に相当する移動体時系列クラスタ(特に、移動体クラスタ)との組み合わせとして特定する。 In other words, when a false image appears in addition to a real image, it is considered that there exists a combination of signal point groups (i.e., clusters) whose signal characteristics related to periodicity and synchrony are the same/similar. Therefore, combinations of moving object time series clusters in which the frequency spectra of each moving object time series cluster are highly correlated are extracted as combinations of moving object time series clusters related to the same target, and they are identified as combinations of moving object time series clusters (particularly, moving object clusters) corresponding to real images related to the same target and moving object time series clusters (particularly, moving object clusters) corresponding to false images.
相関しきい値は、特定の値に限定されるものではなく、例えば物標の運動/動作の周期性や同期性の一致性/類似性を適切に判別して同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを的確に検出し得ることが考慮されるなどしたうえで、適当な値に適宜設定される。強度しきい値は、例えば、0.90~0.99程度の範囲のうちのいずれかの値に設定されることが考えられる。 The correlation threshold is not limited to a specific value, but is set to an appropriate value, taking into consideration, for example, whether the periodicity and synchronicity of the target's motion/operation can be appropriately determined and the combination of moving object time series clusters related to the same target can be accurately detected. The intensity threshold can be set to a value within the range of, for example, 0.90 to 0.99.
ペアリング部61は、また、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを構成する移動体時系列クラスタが、他の移動体時系列クラスタとの関係でも同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせとして抽出されている場合には、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせとして連関してつながる移動体時系列クラスタのすべてを、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせとする。つまり、ペアリング部61によって抽出される、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせは、2つの移動体時系列クラスタの組み合わせからなる場合や、3つ以上の移動体時系列クラスタの組み合わせからなる場合がある。 When the mobile body time series clusters constituting the combination of mobile body time series clusters relating to the same target are also extracted as a combination of mobile body time series clusters relating to the same target in relation to other mobile body time series clusters, the pairing unit 61 regards all of the mobile body time series clusters that are linked as a combination of mobile body time series clusters relating to the same target as a combination of mobile body time series clusters relating to the same target. In other words, the combination of mobile body time series clusters relating to the same target extracted by the pairing unit 61 may consist of a combination of two mobile body time series clusters or a combination of three or more mobile body time series clusters.
なお、移動体時系列クラスタ各々の周波数スペクトル同士の相関が高い移動体時系列クラスタの組み合わせとして抽出されない移動体時系列クラスタは、すなわち、他の移動体時系列クラスタとのいずれとも、周波数スペクトル同士の相関値が相関しきい値以下になる移動体時系列クラスタは、物標の実像に相当する移動体時系列クラスタ(特に、移動体クラスタ)であると判断される。 Note that a mobile object time series cluster that is not extracted as a combination of mobile object time series clusters with a high correlation between the frequency spectra of each mobile object time series cluster, i.e., a mobile object time series cluster whose frequency spectrum correlation value with any other mobile object time series cluster is equal to or less than the correlation threshold value, is determined to be a mobile object time series cluster (particularly a mobile object cluster) that corresponds to the real image of the target.
偽像特定部62は、ペアリング部61によって抽出される同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせごとに、当該の組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中でレーダ装置(具体的には、レーダ装置のアンテナ)に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタを偽像として特定する。 For each combination of moving object time series clusters related to the same target extracted by the pairing unit 61, the false image identification unit 62 identifies, as a false image, the moving object time series clusters included in the combination other than the moving object time series cluster closest to the radar device (specifically, the antenna of the radar device).
ここで、偽像の発生メカニズムを考慮すると、偽像に相当するレーダ信号点は、必ず、実像のレーダ信号点よりも遠方に出現する(図5参照)。すなわち、物標の実像は、送信波がレーダ装置のアンテナから物標へと直接至るとともに反射波が物標からレーダ装置のアンテナへと直接至る最短経路(即ち、最短距離)を伝搬する電波による像(別言すると、レーダ信号点,クラスタ)であるのに対し、物標の偽像は、送信波がレーダ装置のアンテナから例えば地面や壁などでの反射を経て物標へと至るとともに反射波が物標から地面や壁などでの反射を経てレーダ装置のアンテナへと至る迂回経路を伝搬する電波による像(別言すると、レーダ信号点,クラスタ)である(図5(A)参照)。 Here, when considering the mechanism by which false images occur, radar signal points corresponding to false images always appear farther away than radar signal points of real images (see Figure 5). That is, a real image of a target is an image (in other words, a radar signal point, cluster) of radio waves that propagate along the shortest path (i.e., the shortest distance) in which the transmitted wave travels directly from the radar device antenna to the target and the reflected wave travels directly from the target to the radar device antenna, whereas a false image of a target is an image (in other words, a radar signal point, cluster) of radio waves that propagate along a detour path in which the transmitted wave travels from the radar device antenna to the target via reflections on the ground or a wall, for example, and the reflected wave travels from the target to the radar device antenna via reflections on the ground or a wall, for example (see Figure 5(A)).
したがって、偽像の見かけ上の距離は実像の実際の距離よりも長くなり、偽像に相当するレーダ信号点は実像のレーダ信号点よりも遠方に出現する(図5(B)参照)。図5(B)は、例えば同図(A)のような場合にレーダ装置から出力されるレーダ信号点の分布の例を示すPPI(Plan Position Indicator の略;平面図表示)である。 As a result, the apparent distance of the false image is longer than the actual distance of the real image, and the radar signal points corresponding to the false image appear farther away than the radar signal points of the real image (see Figure 5(B)). Figure 5(B) is a PPI (short for Plan Position Indicator; shown in a plan view) that shows an example of the distribution of radar signal points output from a radar device in a case such as that shown in Figure 5(A).
このため、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中で、レーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ(具体的には、移動体クラスタ)は実像であり、レーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタ(具体的には、移動体クラスタ)は偽像であると判断することができる。 For this reason, among the moving object time series clusters included in the combination of moving object time series clusters related to the same target, the moving object time series cluster closest to the radar device (specifically, the moving object cluster) can be determined to be a real image, and the moving object time series clusters (specifically, the moving object clusters) other than the moving object time series cluster closest to the radar device can be determined to be false images.
偽像特定部62は、偽像であると特定した移動体時系列クラスタの移動体クラスタを、クラスタ抽出部41によって判別/特定された移動体クラスタから除去する。これにより、偽像に相当するレーダ信号点が除去されて偽像成分が抑圧される。 The false image identification unit 62 removes the moving object clusters of the moving object time series clusters that are identified as false images from the moving object clusters determined/identified by the cluster extraction unit 41. This removes the radar signal points that correspond to false images, and suppresses the false image components.
次に、このような構成の偽像信号の抑圧装置1および偽像信号の抑圧方法の動作や作用などについて、この発明に係る偽像信号の抑圧装置および偽像信号の抑圧方法の作用効果の検証例と合わせて、図2ならびに図6乃至図15も用いて説明する。 Next, the operation and function of the artifact suppression device 1 and artifact suppression method configured as described above will be described with reference to FIG. 2 and FIGS. 6 to 15 along with a verification example of the effect of the artifact suppression device and artifact suppression method according to the present invention.
検証例では、移動する複数の人を同時に測定した条件下での偽像信号の抑圧装置や偽像信号の抑圧方法の動作や処理を検証することを目的として、具体的には、下記の条件に従って測定が行われた(図6も参照)。
・レーダ高 :3m
・レーダ俯角:20°
・使用周波数:79GHz
・取得周期 :100ミリ秒
・処理対象 :10スキャン(処理対象とする時系列データのレーダスキャンの回数)
・移動物体 :2人の被験者
・移動態様 :歩き(遅い),歩き(普通),駆け足(速い)
In the verification example, the purpose of verifying the operation and processing of the artifact suppression device and the artifact suppression method under conditions in which multiple moving people were measured simultaneously was to specifically perform measurements according to the following conditions (see also Figure 6).
・Radar height: 3m
・Radar depression angle: 20°
・Frequency used: 79GHz
Acquisition period: 100 milliseconds Processing target: 10 scans (number of radar scans of the time series data to be processed)
Moving objects: 2 subjects Movement patterns: walking (slow), walking (normal), running (fast)
検証例では、下記の3つの解析パターンが設定されてそれぞれについて測定が行われた。
〈解析パターン1〉被験者A:駆け足(速い),被験者B:歩き(遅い)
〈解析パターン2〉被験者C:歩き(普通),被験者D:歩き(遅い)
〈解析パターン3〉被験者E:歩き(普通),被験者F:駆け足(速い)
In the verification example, the following three analysis patterns were set and measurements were performed for each.
Analysis pattern 1: Subject A: Running (fast), Subject B: Walking (slow)
<Analysis pattern 2> Subject C: walking (normal), Subject D: walking (slow)
Analysis pattern 3: Subject E: walking (normal), Subject F: running (fast)
上記の解析パターンについて、解析パターン1は被験者の移動の速度差が最大になる解析パターンであり、解析パターン2は被験者の移動の速度差が最小になる解析パターンである。 Regarding the above analysis patterns, analysis pattern 1 is the analysis pattern in which the speed difference between the subjects' movements is maximized, and analysis pattern 2 is the analysis pattern in which the speed difference between the subjects' movements is minimized.
偽像信号の抑圧装置1の動作としては、まず、信号処理部2の周波数解析部21が、レーダ装置から出力されるレーダデータとしての差分信号(ビート信号)に対してフーリエ変換を用いて周波数解析を行って周波数スペクトルを生成し、差分信号のドップラ周波数ごとのスペクトル強度および位相情報を生成する(ステップS1)。 The operation of the artifact suppression device 1 is as follows: first, the frequency analysis unit 21 of the signal processing unit 2 performs frequency analysis using a Fourier transform on the differential signal (beat signal) serving as radar data output from the radar device to generate a frequency spectrum, and generates spectral intensity and phase information for each Doppler frequency of the differential signal (step S1).
続いて、位置計算部22が、位相情報に基づいて、ドップラ周波数ごとに、レーダ装置と物標との間の距離を計算するとともにレーダ装置に対する前記物標の方位角度を計算し、距離情報および角度情報を生成する(ステップS2)。 Next, the position calculation unit 22 calculates the distance between the radar device and the target for each Doppler frequency based on the phase information, and calculates the azimuth angle of the target relative to the radar device, thereby generating distance information and angle information (step S2).
また、速度計算部23が、周波数解析部21における周波数解析で用いられたドップラ周波数のそれぞれを用いて、ドップラ周波数ごとに物標の相対速度を計算する(ステップS3)。 The velocity calculation unit 23 also calculates the relative velocity of the target for each Doppler frequency using each of the Doppler frequencies used in the frequency analysis in the frequency analysis unit 21 (step S3).
上記の信号処理部2によるステップS1乃至S3の処理により、レーダスキャンごとの4次元データ(X,Y,I,V)の集合が生成される。 The processing of steps S1 to S3 by the signal processing unit 2 generates a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) for each radar scan.
次に、物標位置検出部3の信号点抽出部31が、レーダスキャンごとの4次元データ(X,Y,I,V)の集合および信号強度Iに関する強度しきい値を用いて物標についてのレーダ信号点としての4次元データ(X,Y,I,V)の集合を生成する(ステップS4)。 Next, the signal point extraction unit 31 of the target position detection unit 3 generates a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) as radar signal points for the target using the set of four-dimensional data (X, Y, I, V) for each radar scan and the intensity threshold value for the signal intensity I (step S4).
続いて、クラスタ生成部32が、物標についてのレーダ信号点としての4次元データ(X,Y,I,V)の集合を用いてクラスタリング処理を行い、レーダ信号点のクラスタを生成する(ステップS5)。 Then, the cluster generation unit 32 performs a clustering process using a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) representing radar signal points for the target, and generates a cluster of radar signal points (step S5).
また、追尾処理部33が、連続する時点それぞれにおいて生成される、同一の物標に関するクラスタ同士を時系列で関連づけることにより、クラスタの追尾処理を行う。 The tracking processing unit 33 also performs cluster tracking processing by associating clusters related to the same target that are generated at successive points in time in time.
次に、物標計算部4のクラスタ抽出部41が、最新の(今回の)レーダスキャンにおける移動体クラスタを含む、前記移動体クラスタと時系列の追尾で関連づけられている、1回の処理対象として抽出される時系列データの時間長さぶんの(レーダスキャンの回数ぶんの)クラスタの集まりである移動体時系列クラスタを生成する(ステップS6)。 Next, the cluster extraction unit 41 of the target calculation unit 4 generates a moving object time series cluster, which is a collection of clusters including the moving object cluster in the latest (current) radar scan, that are associated with the moving object cluster by time series tracking, and whose time length (number of radar scans) of the time series data extracted as the target for one processing session is generated (step S6).
続いて、信号強度特定部42が、移動体時系列クラスタごとに、当該の移動体時系列クラスタを構成するクラスタについての4次元データ(X,Y,I,V)の集合を用いて、当該の移動体時系列クラスタに関するレーダスキャン別の、相対速度Vの値と信号強度情報の値(例えば、最大値Imax,平均値Iavg[dB])との組み合わせデータを生成する(ステップS7)。 Next, for each mobile object time series cluster, the signal strength identification unit 42 uses a set of four-dimensional data (X, Y, I, V) for the clusters that make up the mobile object time series cluster to generate combination data of the value of the relative velocity V and the value of the signal strength information (e.g., maximum value Imax, average value Iavg [dB]) for each radar scan for the mobile object time series cluster (step S7).
また、VTデータ生成部43が、移動体時系列クラスタに関するレーダスキャン別の相対速度Vの値と信号強度情報の値との組み合わせデータに対して経過時間Tの情報を付与してVTデータを生成する(ステップS8)。 The VT data generation unit 43 also generates VT data by adding information on the elapsed time T to the combined data of the relative velocity V value for each radar scan and the signal strength information value for the moving object time series cluster (step S8).
検証例における解析パターン1に関するVTデータ(特に、配列VTデータ)を図7に示し、解析パターン2に関するVTデータ(特に、配列VTデータ)を図8に示す。なお、検証例では、相対速度Vの値が-20~20[km/h]の範囲のVTデータを使用した。また、実像と偽像とのうちのどちらに関するVTデータであるのかは以降の処理が行われた結果として判明する情報であるが、説明の分かり易さを考慮して実像であるのか偽像であるのかの識別結果も合わせて示す。 VT data (particularly, array VT data) for analysis pattern 1 in the verification example is shown in FIG. 7, and VT data (particularly, array VT data) for analysis pattern 2 is shown in FIG. 8. In the verification example, VT data with relative velocity V values in the range of -20 to 20 [km/h] was used. Also, whether the VT data relates to a real image or a false image is information that is determined as a result of subsequent processing, but for ease of understanding, the results of identifying whether the image is real or false are also shown.
図7や図8に示す結果から、被験者の移動の速度差が最大である解析パターン1(図7)では被験者Aと被験者Bとの各々の相対速度Vに差違がみられるのに対し、被験者の移動の速度差が最小である解析パターン2(図8)では被験者Cと被験者Dとの各々の相対速度Vに大きな差違がみられないことが確認される。また、解析パターン1と解析パターン2とのどちらも、同一の被験者に関する実像と偽像とで、時系列における瞬時の相対速度の分布パターンが類似していることが確認される。 From the results shown in Figures 7 and 8, it can be seen that in analysis pattern 1 (Figure 7), where the difference in the speed of the subjects' movements is the largest, a difference is observed in the relative speed V between subjects A and B, whereas in analysis pattern 2 (Figure 8), where the difference in the speed of the subjects' movements is the smallest, no large difference is observed in the relative speed V between subjects C and D. It can also be seen that in both analysis pattern 1 and analysis pattern 2, the distribution patterns of instantaneous relative speeds in the time series are similar between real and false images for the same subject.
次に、特徴量計算部5の自己相関計算部51が、配列VTデータについて、時系列の配列を時間軸方向に1つずつ(別言すると、1スキャンずつ)シフトさせながら、もとの時系列の配列のままの状態との対比における相関値を計算して、配列の先頭のスキャン実行番号Sの値と相関値との組み合わせデータを生成する(ステップS9)。 Next, the autocorrelation calculation unit 51 of the feature calculation unit 5 shifts the time series array of the array VT data one by one along the time axis (in other words, one scan at a time), and calculates the correlation value in comparison with the original time series array state, to generate combination data of the value of the scan execution number S at the beginning of the array and the correlation value (step S9).
検証例における解析パターン1に関する配列の先頭のスキャン実行番号Sの値と相関値との組み合わせデータを図9に示し、解析パターン2に関する配列の先頭のスキャン実行番号Sの値と相関値との組み合わせデータを図10に示す。 Figure 9 shows the combination data of the value of the scan execution number S at the beginning of the array for analysis pattern 1 in the verification example and the correlation value, and Figure 10 shows the combination data of the value of the scan execution number S at the beginning of the array for analysis pattern 2 and the correlation value.
図9や図10に示す結果から、解析パターン1と解析パターン2とのどちらも、同一の被験者に関する実像と偽像とで、配列の先頭のスキャン実行番号Sの値と相関値との組み合わせによって現れる波形が類似していることが確認される。 From the results shown in Figures 9 and 10, it can be seen that in both analysis pattern 1 and analysis pattern 2, the waveforms that appear depending on the combination of the value of the scan execution number S at the beginning of the array and the correlation value are similar for real and false images of the same subject.
続いて、フーリエ変換部52が、配列の先頭のスキャン実行番号Sに基づくスキャン時間それぞれの相関値の大きさ(言い換えると、振幅)に対してフーリエ変換処理を施して周波数スペクトルを、すなわちフーリエ変換後の周波数[Hz]の値とスペクトル強度(言い換えると、振幅)の値との組み合わせデータを生成する(ステップS10)。 Next, the Fourier transform unit 52 performs a Fourier transform process on the magnitude (in other words, the amplitude) of the correlation value for each scan time based on the scan execution number S at the beginning of the array to generate a frequency spectrum, i.e., combination data of the frequency [Hz] value after the Fourier transform and the spectral intensity (in other words, the amplitude) value (step S10).
検証例における解析パターン1に関するフーリエ変換後の周波数の値とスペクトル強度の値との組み合わせデータを図11に示し、解析パターン2に関するフーリエ変換後の周波数の値とスペクトル強度の値との組み合わせデータを図12に示す。 Figure 11 shows combined data of frequency values and spectral intensity values after Fourier transform for analysis pattern 1 in the verification example, and Figure 12 shows combined data of frequency values and spectral intensity values after Fourier transform for analysis pattern 2.
図11に示す結果から、解析パターン1の被験者A(即ち、駆け足(速い))については実像と偽像とのどちらも2.7Hz付近にピークが確認される一方で、被験者B(即ち、歩き(遅い))については実像と偽像とのどちらも単調減少することが確認される。 The results shown in Figure 11 show that for subject A in analysis pattern 1 (i.e., running (fast)), a peak is observed around 2.7 Hz in both the real and false images, while for subject B (i.e., walking (slow)), both the real and false images decrease monotonically.
図12に示す結果から、解析パターン2の被験者C(即ち、歩き(普通))については実像と偽像とのどちらも1.7Hz付近にピークが確認される一方で、被験者D(即ち、歩き(遅い))については実像と偽像とのどちらも単調減少することが確認される。 From the results shown in Figure 12, it can be seen that for subject C (i.e., walking (normal)) in analysis pattern 2, both the real image and the false image have peaks around 1.7 Hz, while for subject D (i.e., walking (slow)), both the real image and the false image decrease monotonically.
図11や図12に示す結果から、自己相関の相関値をフーリエ変換して得られる周波数スペクトルについて、物標が異なる場合には特性/波形が異なり、且つ、同一の被験者に関する実像と偽像とでは特性/波形が類似することが確認される。 The results shown in Figures 11 and 12 confirm that the frequency spectrum obtained by Fourier transforming the autocorrelation correlation value has different characteristics/waveforms when the target is different, and that the characteristics/waveforms are similar between real and false images of the same subject.
次に、偽像抑圧部6のペアリング部61が、複数の移動体時系列クラスタの中から選択した2つの移動体時系列クラスタの組み合わせのすべてについて移動体時系列クラスタ各々の周波数スペクトル同士の相関値を計算するとともに、前記相関値および周波数スペクトル同士の相関値に関する相関しきい値を用いて同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを抽出する(ステップS11)。 Next, the pairing unit 61 of the false image suppression unit 6 calculates the correlation value between the frequency spectra of each of the moving object time series clusters for all combinations of two moving object time series clusters selected from the multiple moving object time series clusters, and extracts combinations of moving object time series clusters related to the same target using the correlation value and a correlation threshold value related to the correlation value between the frequency spectra (step S11).
複数の移動体時系列クラスタの中から選択した2つの移動体時系列クラスタの組み合わせのすべてについての、2つの移動体時系列クラスタの組み合わせごとの、移動体時系列クラスタ各々の周波数スペクトル同士の相関値に関して、検証例における解析パターン1についての結果を図13(A)に示し、解析パターン2についての結果を同図(B)に示し、さらに、解析パターン3についての結果を同図(C)に示す。 For all combinations of two mobile object time series clusters selected from multiple mobile object time series clusters, the correlation values between the frequency spectra of each combination of two mobile object time series clusters are shown in Figure 13 (A) for analysis pattern 1 in the verification example, in Figure 13 (B) for analysis pattern 2, and in Figure 13 (C) for analysis pattern 3.
図13に示す結果から、相関しきい値を例えば0.95とすることにより、被験者各々についての(言い換えると、同一の物標に関する)実像と偽像との組み合わせが的確に抽出され得ることが確認される。 The results shown in Figure 13 confirm that by setting the correlation threshold to, for example, 0.95, it is possible to accurately extract combinations of real and false images for each subject (in other words, relating to the same target).
続いて、偽像特定部62が、同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせごとに、当該の組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中でレーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタを偽像として特定して除去する(ステップS12)。 Next, for each combination of moving object time series clusters related to the same target, the false image identification unit 62 identifies as false images and removes the moving object time series clusters included in the combination other than the moving object time series cluster closest to the radar device (step S12).
検証例における解析パターン1に関する偽像成分の抑圧の過程を図14に示し、解析パターン2に関する偽像成分の抑圧の過程を図15に示す。どちらの解析パターンに関しても、レーダ装置から出力されるレーダデータに基づくレーダ信号点の分布(各図(A)参照;具体的には、PPI)から生成される移動体時系列クラスタについての自己相関の周波数スペクトル同士の相関値に基づいて同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせが抽出され(各図(B)参照)、各組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中でレーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタを偽像として除去することによって偽像に相当するレーダ信号点が適切に抑圧される(各図(C)参照)ことが確認される。 The process of suppressing false image components for analysis pattern 1 in the verification example is shown in FIG. 14, and the process of suppressing false image components for analysis pattern 2 is shown in FIG. 15. For both analysis patterns, combinations of moving object time series clusters related to the same target are extracted (see each figure (B)) based on the correlation values between the frequency spectra of the autocorrelation for moving object time series clusters generated from the distribution of radar signal points based on the radar data output from the radar device (see each figure (A); specifically, PPI), and it is confirmed that radar signal points corresponding to false images are appropriately suppressed by removing, as false images, moving object time series clusters other than the moving object time series cluster closest to the radar device among the moving object time series clusters included in each combination (see each figure (C)).
実施の形態に係る偽像信号の抑圧装置1や偽像信号の抑圧方法によれば、移動体時系列クラスタを生成して実像と偽像との運動/動作の周期性の一致や動作の同期を利用するようにしているので、レーダ以外のセンサ類を利用することなくレーダ情報のみから、実像に対応する偽像を的確に抽出して偽像成分の抑圧を高精度に行うことが可能となる。 According to the embodiment of the false image suppression device 1 and the false image suppression method, a moving object time series cluster is generated to utilize the coincidence of periodicity of the movements/operations of the real image and the false image and the synchronization of the movements. This makes it possible to accurately extract the false image corresponding to the real image from only the radar information without using sensors other than the radar, and to suppress the false image component with high accuracy.
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。 The above describes an embodiment of the present invention, but the specific configuration is not limited to the above embodiment, and any design changes that do not deviate from the gist of the present invention are also included in the present invention.
例えば、上記の実施の形態では移動体時系列クラスタを生成して実像と偽像との運動/動作の周期性の一致や動作の同期を利用して実像に対応する偽像を抽出するようにしているが、検知対象が例えば二輪車や自動車である場合には車輪の回転運動の速度成分とボディの進行速度成分との運動周期から実像に対応する偽像を抽出するようにしてもよい。特に運動に伴う速度成分が大きく異なる物標が検知対象である場合は、時系列のデータにおける周期性を比較する必要はなく、一時点のデータにおける速度成分を比較することで、速度成分が一致/類似するクラスタの組み合わせを実像に相当するクラスタと偽像に相当するクラスタとの組み合わせとして抽出して偽像信号/偽像成分を抑圧するようにしてもよい。この場合には、追尾処理部33によるクラスタの追尾処理、ならびに、物標計算部4や特徴量計算部5による移動体時系列クラスタに関係する処理は不要であり、具体的には、物標計算部4は、クラスタ生成部32によって生成されるクラスタのうち移動体に関するクラスタ(即ち、移動体クラスタ)に関する相対速度と信号強度情報との組み合わせデータを生成し、偽像抑圧部6のペアリング部61は、複数の移動体クラスタの中から選択した2つの移動体クラスタの組み合わせのうち移動体クラスタ各々の相対速度の値と信号強度情報の値との組み合わせデータ同士の相関値が所定のしきい値よりも大きくなっている移動体クラスタの組み合わせを同一の物標に関する移動体クラスタの組み合わせとして抽出し、偽像特定部62は、同一の物標に関する移動体クラスタの組み合わせに含まれている移動体クラスタの中でレーダ装置に最も近い移動体クラスタ以外の移動体クラスタを偽像として特定して除去する、ようにする。 For example, in the above embodiment, a moving object time series cluster is generated and a false image corresponding to the real image is extracted by utilizing the coincidence of the periodicity of the motion/operation of the real image and the false image or the synchronization of the motion. However, if the detection target is, for example, a motorcycle or an automobile, a false image corresponding to the real image may be extracted from the motion period of the speed component of the rotational motion of the wheels and the traveling speed component of the body. In particular, if the detection target is an object with a significantly different speed component associated with the motion, there is no need to compare the periodicity in the time series data. By comparing the speed components in the data at a single point in time, a combination of clusters with matching/similar speed components may be extracted as a combination of a cluster corresponding to a real image and a cluster corresponding to a false image, and the false image signal/false image component may be suppressed. In this case, the cluster tracking process by the tracking processing unit 33 and the processes related to the moving object time series cluster by the target calculation unit 4 and the feature calculation unit 5 are not necessary. Specifically, the target calculation unit 4 generates combination data of relative speed and signal strength information for clusters related to moving objects (i.e., moving object clusters) among the clusters generated by the cluster generation unit 32, the pairing unit 61 of the false image suppression unit 6 extracts, as a combination of moving object clusters related to the same target, a combination of two moving object clusters selected from a plurality of moving object clusters, in which the correlation value between the combination data of the relative speed value and the signal strength information value of each moving object cluster is greater than a predetermined threshold value, and the false image identification unit 62 identifies and removes, as false images, the moving object clusters included in the combination of moving object clusters related to the same target, other than the moving object cluster closest to the radar device.
この発明は、簡便な機器構成によって偽像成分の抑圧を高精度に行うことができるので、例えば、自動車の運転支援,周辺環境認識システム,安全監視システム,および侵入者検知などの分野において有用な技術として適用され得る。 This invention can suppress false image components with high accuracy using a simple device configuration, and can therefore be used as a useful technology in fields such as automobile driving assistance, surrounding environment recognition systems, safety monitoring systems, and intruder detection.
1 偽像信号の抑圧装置
2 信号処理部
21 周波数解析部
22 位置計算部
23 速度計算部
3 物標位置検出部
31 信号点抽出部
32 クラスタ生成部
33 追尾処理部
4 物標計算部
41 クラスタ抽出部
42 信号強度特定部
43 VTデータ生成部
5 特徴量計算部
51 自己相関計算部
52 フーリエ変換部
6 偽像抑圧部
61 ペアリング部
62 偽像特定部
REFERENCE SIGNS LIST 1 False image signal suppression device 2 Signal processing unit 21 Frequency analysis unit 22 Position calculation unit 23 Speed calculation unit 3 Target position detection unit 31 Signal point extraction unit 32 Cluster generation unit 33 Tracking processing unit 4 Target calculation unit 41 Cluster extraction unit 42 Signal strength identification unit 43 VT data generation unit 5 Feature amount calculation unit 51 Autocorrelation calculation unit 52 Fourier transform unit 6 False image suppression unit 61 Pairing unit 62 False image identification unit
Claims (2)
前記位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を用いて物標についてのレーダ信号点のクラスタを生成するとともに前記クラスタの追尾処理を行う物標位置検出部と、
前記クラスタのうち移動体に関するクラスタおよび前記移動体に関するクラスタと前記追尾処理で関連づけられている所定の時間長さぶんのクラスタの集まり(「移動体時系列クラスタ」と呼ぶ)に関するレーダスキャン別の前記相対速度と前記信号強度に基づく信号強度情報との組み合わせデータを生成する物標計算部と、
前記移動体時系列クラスタごとに、前記レーダスキャン別の前記相対速度の値と前記信号強度情報の値との組み合わせデータを時系列に配列したうえで、時系列の配列を時間軸方向に1つずつシフトさせながら、もとの時系列の配列のままの状態との対比における相関値を計算して配列の先頭のスキャン実行番号と相関値との組み合わせデータを生成するとともに、前記配列の先頭のスキャン実行番号に基づくスキャン時間と相関値との組み合わせデータに対してフーリエ変換処理を施して周波数スペクトルを生成する特徴量計算部と、
前記移動体時系列クラスタ各々の前記周波数スペクトル同士の相関値に基づいて同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを抽出するとともに、前記同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中で前記レーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタを偽像として特定して除去する偽像抑圧部と、を有する、
ことを特徴とする偽像信号の抑圧装置。 a signal processing unit that performs frequency analysis on radar data output from a radar device that transmits radio waves to a detection target area and receives radio waves from the detection target area to perform a radar scan, and generates a set of combined data of position, signal strength, and relative speed;
a target position detection unit that generates a cluster of radar signal points for a target using a set of combination data of the position, signal strength, and relative velocity, and performs a tracking process for the cluster;
a target calculation unit that generates combination data of the relative speed for each radar scan and signal strength information based on the signal strength for a cluster related to a moving object among the clusters and a collection of clusters for a predetermined time length associated with the cluster related to the moving object in the tracking process (referred to as a "moving object time series cluster");
a feature calculation unit that arranges, for each moving object time series cluster, combination data of the value of the relative speed for each radar scan and the value of the signal strength information in a time series, and then, while shifting the time series arrangement by one in the time axis direction, calculates a correlation value in comparison with the state of the original time series arrangement to generate combination data of the scan execution number at the top of the arrangement and the correlation value, and performs a Fourier transform process on the combination data of the scan time and the correlation value based on the scan execution number at the top of the array to generate a frequency spectrum;
a false image suppression unit that extracts a combination of moving object time series clusters related to the same target based on a correlation value between the frequency spectra of each of the moving object time series clusters, and identifies and removes, as false images, moving object time series clusters other than the moving object time series cluster closest to the radar device among the moving object time series clusters included in the combination of moving object time series clusters related to the same target.
13. A device for suppressing false images, comprising:
前記位置と信号強度と相対速度との組み合わせデータの集合を用いて物標についてのレーダ信号点のクラスタを生成するとともに前記クラスタを追尾する処理と、
前記クラスタのうち移動体に関するクラスタおよび前記移動体に関するクラスタと前記追尾する処理で関連づけられている所定の時間長さぶんのクラスタの集まり(「移動体時系列クラスタ」と呼ぶ)に関するレーダスキャン別の前記相対速度と前記信号強度に基づく信号強度情報との組み合わせデータを生成する処理と、
前記移動体時系列クラスタごとに、前記レーダスキャン別の前記相対速度の値と前記信号強度情報の値との組み合わせデータを時系列に配列したうえで、時系列の配列を時間軸方向に1つずつシフトさせながら、もとの時系列の配列のままの状態との対比における相関値を計算して配列の先頭のスキャン実行番号と相関値との組み合わせデータを生成する処理と、
前記配列の先頭のスキャン実行番号に基づくスキャン時間と相関値との組み合わせデータに対してフーリエ変換処理を施して周波数スペクトルを生成する処理と、
前記移動体時系列クラスタ各々の前記周波数スペクトル同士の相関値に基づいて同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせを抽出する処理と、
前記同一の物標に関する移動体時系列クラスタの組み合わせに含まれている移動体時系列クラスタの中で前記レーダ装置に最も近い移動体時系列クラスタ以外の移動体時系列クラスタを偽像として特定して除去する処理と、を有する、
ことを特徴とする偽像信号の抑圧方法。 A process of performing frequency analysis on radar data output from a radar device that transmits radio waves to a detection target area and receives radio waves from the detection target area to perform a radar scan, thereby generating a set of combined data of position, signal strength, and relative speed;
generating a cluster of radar signal points for a target using the set of combined data of position, signal strength, and relative velocity, and tracking the cluster;
A process of generating combination data of the relative speed for each radar scan and signal strength information based on the signal strength for a cluster related to a moving object among the clusters and a collection of clusters for a predetermined time length associated with the cluster related to the moving object in the tracking process (referred to as a "moving object time series cluster");
a process of arranging, for each moving object time series cluster, combination data of the value of the relative speed for each radar scan and the value of the signal strength information in a time series, shifting the time series arrangement by one in the time axis direction, calculating a correlation value in comparison with the state of the original time series arrangement, and generating combination data of the scan execution number at the top of the arrangement and the correlation value;
A process of performing a Fourier transform process on combination data of a scan time and a correlation value based on the first scan execution number of the array to generate a frequency spectrum;
extracting a combination of moving object time series clusters related to the same target based on a correlation value between the frequency spectra of each of the moving object time series clusters;
and a process of identifying and removing, as spurious images, moving object time series clusters other than the moving object time series cluster closest to the radar device among the moving object time series clusters included in the combination of moving object time series clusters related to the same target.
13. A method for suppressing false images, comprising:
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