雷达信号处理装置、雷达信号处理方法及雷达信号处理程序的制作方法
【专利摘要】本发明提供雷达信号处理装置，该雷达信号处理装置即使反射部位随着目标的移动而发生变化，仍能够高精度地检测出目标的移动速度。在该装置中，时间序列相位数据生成单元(3)根据以距离库为单位表示来自目标的反射波的相位的距离像，生成关注距离库中的时间序列相位数据。相位旋转量时间序列数据生成单元(4)以规定的时间长度划分时间序列相位数据，并对划分后的时间长度内所产生的相位的旋转量进行计量，从而生成相位旋转量时间序列数据。模式匹配单元(6)对已生成的相位旋转量时间序列数据、和按照距离及移动速度所规定的相位旋转量时间序列数据的模板进行模式匹配。速度检测单元(7)根据模式匹配的结果来检测目标的移动速度。
【专利说明】雷达信号处理装置、雷达信号处理方法及雷达信号处理程序
【技术领域】
[0001]本发明涉及对移动目标照射电波并检测反射后的电波，由此检测目标的移动速度的雷达信号处理装置、雷达信号处理方法及雷达信号处理程序。
【背景技术】
[0002]以往，作为使用雷达检测目标的移动速度的方法，已有利用多普勒效应的方法。该方法是根据向移动中的目标发送(照射)的电波的频率、与从该目标反射回来的电波(以下称为“反射波”)的频率之差(以下称为“多普勒频率变化”)来检测目标的移动速度的方法。
[0003]然而，对于利用多普勒效应的方法，若从与目标移动方向正交的方向(以下称为“正交方向”)照射电波，则不会发生多普勒频率变化，因此，无法检测出目标的移动速度。
[0004]另一方面，作为从正交方向照射电波来检测目标的移动速度的方法，例如已有专利文献I所公开的技术(以下称为“以往技术”)。
[0005]图1是说明以往技术的概要的图。如图1A及图1B所示，以往技术使用以下的雷达，该雷达具有与目标23的移动方向平行地设置的阵列天线。目标23匀速地从图中的左侧向右侧移动。构成阵列天线的各天线元件(Akl、Akm、…)从正交方向对目标23的侧面照射电波，并且检测该电波的反射波。
[0006]在图1A中，虚线24表示时刻t = tl时的来自目标23的反射波的到来方向。dim表示天线元件之间的距离(间隔)。在时刻t = tl时，来自存在于距离R、角度Θ1处的目标23的反射波由各天线元件接收。此时，在任意的两个天线元件例如Akl与Akm之间，产生dlmsine I的电波的路径差。因此，在两个天线元件之间，能够检测出具有与该路径差对应的相位差的反射波。
[0007]同样在图1B中，在时刻t = t2(t2 > tl)时，若角度为Θ 2，则在Akl与Akm之间，能够检测出具有与dlmsin Θ 2的路径差对应的相位差的反射波。
[0008]接着，以往技术通过计算在两个天线元件之间检测出的相位差的时间微分，能够求出目标23的移动速度。
[0009]每当求出目标23的移动速度时，以往技术以在时刻tl与t2时，雷达所发送的电波在目标23上进行反射的部位(以下称为“反射部位”)是相同的为前提。换句话说，以往技术是以电波总是在移动目标上的相同部位进行反射为前提的。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本专利公开公报第2616318号
【发明内容】
[0013]发明要解决的课题[0014]然而，以往技术是对目标侧方照射电波并检测该电波的反射波，因此，会产生反射部位随着目标的移动而有所不同的情况(以下称为“反射部位的变化”)。特别是在将雷达配置在目标附近的情况下，反射部位容易发生变化。这样，在反射部位随着目标的移动而发生了变化的情况下，以往技术存在无法高精度地检测出目标的移动速度的问题。
[0015]本发明的目的在于提供即使反射部位随着目标的移动而发生变化，仍能够高精度地检测出目标的移动速度的雷达信号处理装置、雷达信号处理方法及雷达信号处理程序。
[0016]解决问题的方案
[0017]根据本发明的一个方案的雷达信号处理装置，采用以下的结构，该结构包括:时间序列相位数据生成单元，根据以距离库(range bin)为单位来表示对在规定轨道上移动的目标所发送的电波的反射波的相位的距离像(range profile),生成以时间序列表示特定的距离库中的上述反射波的相位的时间序列相位数据；相位旋转量时间序列数据生成单元，以规定的时间长度划分上述时间序列相位数据，并算出划分后的时间长度内所产生的相位的旋转量，从而生成表示该相位的旋转量的相位旋转量时间序列数据；模式匹配单元，对上述相位旋转量时间序列数据和相位旋转量时间序列数据的模板进行模式匹配，所述相位旋转量时间序列数据的模板根据从雷达至上述轨道为止的距离及上述目标的移动速度而规定；以及速度检测单元，根据上述模式匹配的结果来检测上述目标的移动速度。
[0018]根据本发明的一个方案的雷达信号处理方法，包括以下步骤:根据以距离库为单位来表示对在规定轨道上移动的目标所发送的电波的反射波的相位的距离像，生成以时间序列表示特定的距离库中的上述反射波的相位的时间序列相位数据的步骤；以规定的时间长度划分上述时间序列相位数据，并算出划分后的时间长度内所产生的相位的旋转量，从而生成表示上述相位的旋转量的相位旋转量时间序列数据的步骤；对该相位旋转量时间序列数据和相位旋转量时间序列数据的模板进行模式匹配的步骤，所述相位旋转量时间序列数据的模板根据从雷达至上述轨道为止的距离及上述目标的移动速度而规定；以及根据上述模式匹配的结果来检测上述目标的移动速度的步骤。
[0019]根据本发明的一个方案的雷达信号处理程序，使计算机执行以下处理:根据以距离库为单位来表示对在规定轨道上移动的目标所发送的电波的反射波的相位的距离像，生成以时间序列表示特定的距离库中的上述反射波的相位的时间序列相位数据的处理；以规定的时间长度划分上述时间序列相位数据，并算出划分后的时间长度内所产生的相位的旋转量，从而生成表示上述相位的旋转量的相位旋转量时间序列数据的处理；对该相位旋转量时间序列数据和相位旋转量时间序列数据的模板进行模式匹配的处理，所述相位旋转量时间序列数据的模板根据从雷达至上述轨道为止的距离及上述目标的移动速度而规定；以及根据上述模式匹配的结果来检测上述目标的移动速度的处理。
[0020]发明的效果
[0021]根据本发明，即使反射部位随着目标的移动而发生变化，仍能够高精度地检测出目标的移动速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是说明以往的移动速度检测方式的概要的图。
[0023]图2是说明来自目标的反射波的相位变化的情况的图。[0024]图3是表示设置了雷达天线的情况的俯视图和侧视图。
[0025]图4是描绘了车辆行驶时的时间序列相位数据的图。
[0026]图5是重叠地表示反射点未发生变化时和反射点发生了变化时的时间序列相位数据的曲线图。
[0027]图6是表示相位旋转量时间序列数据的图。
[0028]图7是反射点发生变化的状况下的时间序列相位数据。
[0029]图8是表示本发明实施方式I中的雷达信号处理装置及其周边的结构的方框图。
[0030]图9是表示实施方式I中的雷达信号处理装置的动作的流程图。
[0031]图10是表示模式匹配处理的动作的详细情况的流程图。
[0032]图11是表示相当于目标所通过的距离的距离库的相位旋转量时间序列数据、和按照假设速度区分的相位旋转量时间序列数据的模板的图。
[0033]图12是表示本发明实施方式2中的雷达信号处理装置及其周边的结构的方框图。
[0034]图13是表示实施方式2中的雷达信号处理装置的动作的流程图。
[0035]标号说明
[0036]I雷达信号处理装置
[0037]2距离像生成单元
[0038]3时间序列相位数据生成单元
[0039]3b时间序列相位数据生成单元
[0040]4相位旋转量时间序列数据生成单元
[0041]5模板准备单元
[0042]5b模板准备单元
[0043]6模式匹配单元
[0044]7速度检测单元
[0045]8物体检测单元
[0046]23 目标
[0047]24来自目标的反射波的到来方向
[0048]31雷达的天线
[0049]32 轨道
[0050]33 目标
[0051]34从天线下垂至轨道的垂线
[0052]41 车辆
[0053]42来自雷达的电波的照射范围
[0054]43反射点
[0055]44反射点
[0056]51来自目标的反射波的相位发生了变化的部位
[0057]71包含反射点发生了变化的定时的区间
[0058]101目标处在雷达探测范围外时的相位旋转量数据
[0059]102来自目标的反射波的相位旋转量
[0060]103目标处在雷达的探测范围外时的相位旋转量数据【具体实施方式】
[0061]以下参照附图详细地说明本发明的实施方式。
[0062](原理)
[0063]首先，叙述在说明本发明的原理方面所必需的与雷达相关的基本内容，然后说明本发明所依据的原理。
[0064]一般而言，雷达是对目标照射电波并测量直至接收到来自该目标的反射波为止的延迟时间，由此测定出直至目标为止的距离的装置。在使用A/D (模拟/数字)转换器进行数字处理的雷达的情况下，该延迟时间的测量分辨率为依赖于A/D转换器的采样速度的离散值。因此，距离分辨率也为依赖于A/D转换器的采样速度的离散值。该距离分辨率的单位一般称为距离库。通常，在使用雷达测量距离的情况下，以该距离库为单位来测量距离。
[0065]另一方面，能够通过使用与上述原理不同的原理的方法来求出直至目标为止的距离的变化。该方法观测由雷达观测的反射波受到的多普勒频率变化、或由多普勒频率变化引起的反射波的相位变化。以下，说明该方法的原理。
[0066]目前，若将目标相对于雷达天线的相对速度设为V，并将雷达所使用的电波的波长设为λ，则观测的多普勒频率fd—般由以下的式(I)求得。
【权利要求】
1.雷达信号处理装置，包括: 时间序列相位数据生成单元，根据以距离库为单位来表示对在规定轨道上移动的目标所发送的电波的反射波的相位的距离像，生成以时间序列表示特定的距离库中的所述反射波的相位的时间序列相位数据； 相位旋转量时间序列数据生成单元，以规定的时间长度划分所述时间序列相位数据，并算出划分后的时间长度内所产生的相位的旋转量，从而生成表示所述相位的旋转量的相位旋转量时间序列数据； 模式匹配单元，对所述相位旋转量时间序列数据和相位旋转量时间序列数据的模板进行模式匹配，所述相位旋转量时间序列数据的模板根据从雷达至所述轨道为止的距离及所述目标的移动速度而规定；以及 速度检测单元，根据所述模式匹配的结果来检测所述目标的移动速度。
2.如权利要求1所述的雷达信号处理装置， 所述规定的时间长度将在所述目标因所述电波所反射的部位的变化而产生的相位变化的不连续区间的时间长度设为上限值。
3.如权利要求1所述的雷达信号处理装置， 所述模式匹配单元对于由所述相位旋转量时间序列数据生成单元生成的相位旋转量时间序列数据，使用所述相位旋转量时间序列数据的所有模板进行所述模式匹配。
4.如权利要求1所述的雷达信号处理装置， 所述时间序列相位数据的生成，所述相位旋转量时间序列数据的生成，以及所述模式匹配对于所有的距离库进 行。
5.如权利要求1所述的雷达信号处理装置， 所述相位旋转量时间序列数据的模板是根据所述雷达的探测范围预先规定的。
6.如权利要求1所述的雷达信号处理装置， 所述时间序列相位数据生成单元从与所述轨道正交的方向发送所述电波的所述雷达接收所述距离像。
7.如权利要求1所述的雷达信号处理装置，还包括: 目标检测单元，所述目标检测单元根据所述距离像，检测所述雷达的探测范围内是否存在所述目标，并确定存在所述目标的距离库， 所述时间序列相位数据生成单元生成由所述目标检测单元确定的距离库中的时间序列相位数据，并向所述相位旋转量时间序列数据生成单元输出所述时间序列相位数据， 所述模式匹配单元对由所述相位旋转量时间序列数据生成单元生成的相位旋转量时间序列数据与相位旋转量时间序列数据的模板进行模式匹配，所述相位旋转量时间序列数据的模板根据相当于由所述目标检测单元确定的距离库的距离和所述目标的移动速度来规定且预先准备。
8.雷达信号处理方法，包括以下步骤: 根据以距离库为单位来表示对在规定轨道上移动的目标所发送的电波的反射波的相位的距离像，生成以时间序列表示特定的距离库中的所述反射波的相位的时间序列相位数据的步骤； 以规定的时间长度划分所述时间序列相位数据，并算出划分后的时间长度内所产生的相位的旋转量，从而生成表示所述相位的旋转量的相位旋转量时间序列数据的步骤； 对所述相位旋转量时间序列数据和相位旋转量时间序列数据的模板进行模式匹配的步骤，所述相位旋转量时间序列数据的模板根据从雷达至所述轨道为止的距离及所述目标的移动速度而规定；以及 根据所述模式匹配的结果来检测所述目标的移动速度的步骤。
9.雷达信号处理程序，使计算机执行以下处理: 根据以距离库为单位来表示对在规定轨道上移动的目标所发送的电波的反射波的相位的距离像，生成以时间序列表示特定的距离库中的所述反射波的相位的时间序列相位数据的处理； 以规定的时间长度划分所述时间序列相位数据，并算出划分后的时间长度内所产生的相位的旋转量，从而生成表示所述相位的旋转量的相位旋转量时间序列数据的处理； 对所述相位旋转量时间序列数据和相位旋转量时间序列数据的模板进行模式匹配的处理，所述相位旋转量时间序列数据的模板根据从雷达至所述轨道为止的距离及所述目标的移动速度而规定；以及 根据所述模式 匹配的结果来检测所述目标的移动速度的处理。
【文档编号】G01S13/58GK103890605SQ201380002541
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年5月30日 优先权日:2012年10月16日
【发明者】德弘崇文, 西村洋文, 岸上高明 申请人:松下电器产业株式会社