專利名稱：雷達裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及通過FMCW (Frequency Modulated ContinuousWave)方式等來觀測車 輛速度的雷達裝置，特別是涉及實施相關追蹤的技術。
背景技術：
作為用雷達裝置來觀測行駛于道路的車輛時的簡易雷達方式已知有FMCW方式 (例如，參照非專利文獻1)。在用這一FMCW方式的雷達裝置來觀測車輛時，在其他輛及背景 等之類的復雜且許多反射點存在的環(huán)境下，檢測出目標車輛并進行相關追蹤。在這種環(huán)境 下，天線波束寬度寬、基于FMCW方式的拍頻(beat frequency)軸的分辨率較低的情況下， 無論角度軸還是頻率軸都在主瓣(main lobe)之中存在多個反射點，接收因基于振幅/相 位的矢量合成而紊亂。因此，就有無法檢測出目標或即便檢測出目標也是位置精度較低，通 過相關追蹤也無法探測穩(wěn)定的位置之類的問題。圖1是表示以往的雷達裝置之構成的系統(tǒng)圖。圖2是表示此雷達裝置之動作的流 程圖。該雷達裝置具備天線10、收發(fā)器20以及信號處理器30。下面，以追蹤處理為中心 來說明該雷達裝置之動作。在雷達裝置中，首先輸入收發(fā)數(shù)據(jù)(步驟S101)。S卩，在收發(fā)器 20內(nèi)部的發(fā)送器21被掃頻后的信號用天線發(fā)射元件11變換成電波并將其進行發(fā)射。與此 相應地，用多個天線接收元件12接收到的信號分別通過多個混頻器22進行頻率變換，并發(fā) 送到信號處理器30。在信號處理器30用AD變換器31將來自收發(fā)器20的信號變換成數(shù)字 信號，并作為元件信號發(fā)送到FFT(Fast Fourier Transform 快速傅立葉變換)部32。FFT部32將發(fā)自AD變換器31的元件信號進行快速傅立葉變換后變換成頻率軸上 的信號，并將其發(fā)送到DBF (Digital Beam Forming 數(shù)字波束形成)部33。DBF部33使用 發(fā)自FFT部32的頻率軸的信號形成Σ波束和Δ波束。在DBF部33所形成的Σ波束被送 到測距/測速部34，Δ波束被送到測角部35。接下來，計算距離以及速度(步驟S102)。即，測距/測速部34利用來自DBF部33 的Σ波束來計算距離以及速度，并發(fā)送到相關追蹤部37。接下來，計算角度(步驟S103)。 即，測角部35利用經(jīng)由測距/測速部34發(fā)自DBF部33的Σ波束以及發(fā)自DBF部33的Δ波 束進行測角，并將所獲得的角度發(fā)送到相關追蹤部37。接下來，進行相關追蹤(步驟S104)。S卩，相關追蹤部37進行相關追蹤處理以計算目標的位置以及速度，并輸出到外 部。之后，檢查循環(huán)是否已結束(步驟S105)。若在步驟S105中判斷為循環(huán)尚未結束，則進 行用于將下一循環(huán)設為處理對象的處理(步驟S106)。之后，返回到步驟SlOl反復進行上 述處理。另一方面，若在步驟S105中判斷為循環(huán)已結束，則此雷達裝置的追蹤處理結束。然而，在上述以往的雷達裝置中，雷達反射點如圖3所示那樣，除正在移動的車輛 101以外，護欄102、路肩103以及處于停止的車輛104等混在一起。一般而言，在相關追蹤 中如圖4所示那樣進行由平滑值來求解預測值，并由此預測值和NN(Nearest Neighbor)觀 測值來求解新的平滑值以計算下一預測值之類的處理。但是，這些都以觀測位置為基礎來 進行實施，所以就有在背景的反射也包含在內(nèi)的許多反射點之中誤認車輛目標而進行追蹤的可能性，另外，因超過可追蹤目標數(shù)故有時候無法進行穩(wěn)定的相關追蹤。現(xiàn)有技術文獻非專利文獻非專利文獻1 吉田孝監(jiān)修、‘修訂雷達技術’、電子信息通信學會、 pp.274-275(1996)在以往的雷達裝置中，如上述那樣在其他輛、背景等復雜且存在許多反射點的環(huán) 境下，天線波束寬度寬、基于FMCW方式的拍頻軸的分辨率較低時，無論角度軸還是頻率軸 都在主瓣之中存在多個反射點，接收因基于振幅/相位的矢量合成而紊亂，所以就有無法 檢測出目標或即便檢測出目標也是位置精度較低，通過相關追蹤也無法探測穩(wěn)定的位置之 類的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的課題就是提供一種能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的相關追蹤的雷達裝置。為了解決上述課題，本發(fā)明的雷達裝置具備收發(fā)FMCW方式的掃頻信號的收發(fā) 器；根據(jù)基于來自上述收發(fā)器的信號而計算出的目標速度將該目標按每個速度范圍進行分 組的速度分組部；以及對由上述速度分組部所分組的每個速度組進行相關追蹤的相關追蹤 部。另外，本發(fā)明的雷達裝置具備收發(fā)FMCW方式的掃頻信號的收發(fā)器；根據(jù)基于來 自上述收發(fā)器的信號而計算出的目標速度將該目標按每個速度范圍進行分組，并基于每個 速度范圍的速度直方圖的頻度抽取自速度，在包含自速度的速度組內(nèi)分割區(qū)域，對每個分 割區(qū)域計算交叉區(qū)域的直方圖，并計算所計算出的直方圖的頻度最大的交叉區(qū)域位置，使 用對每個分割區(qū)域所抽取出的頻度最大的交叉區(qū)域位置進行曲線擬合以抽取反射點的曲 線的速度分組部；以及對由上述速度分組部所分組的每個速度組進行相關追蹤的相關追蹤 部。根據(jù)本發(fā)明，即便在復雜的背景下也能夠提高目標的觀測位置精度以實現(xiàn)穩(wěn)定的 相關追蹤。另外，根據(jù)本發(fā)明，即便在復雜的背景下也可抽取護欄及路肩等的曲線并抑制無 用反射點，這就能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的相關追蹤。即，根據(jù)本發(fā)明，通過速度分組來抽取自速度并 分割區(qū)域，對每個分割區(qū)域分別計算直方圖的頻度最大的交叉區(qū)域位置，通過計算擬合曲 線就能夠抽取將路肩連結起來的曲線。因此，較路肩靠外側的反射點作為無用反射點而抑 制，這就能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的相關追蹤。


圖1是表示以往的雷達裝置之構成的系統(tǒng)圖。圖2是表示在以往的雷達裝置上進行的相關追蹤處理的流程圖。圖3是用于說明以往的雷達裝置之問題點的圖。圖4是用于說明以往的雷達裝置之問題點的圖。圖5是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置之構成的系統(tǒng)圖。圖6是表示在本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置上進行的相關追蹤處理流程7是用于說明在本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置上進行的自速度抽取的圖8是用于說明在本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置上進行的速度分組的圖。圖9是用于說明在本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置上進行的霍夫變換的圖。圖10是用于說明在本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置上進行的霍夫變換的圖。圖11是用于說明在本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置上進行的霍夫變換的圖。圖12是用于說明在本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置上進行的霍夫變換的圖。圖13是用于說明在本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置上進行的霍夫變換的圖。圖14是用于說明在本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置上進行的相關追蹤的圖。圖15是表示本發(fā)明的實施例2所涉及的雷達裝置之構成的系統(tǒng)圖。圖16是表示在本發(fā)明的實施例2所涉及的雷達裝置上進行的相關追蹤處理的流程圖。圖17是表示在本發(fā)明的實施例2所涉及的雷達裝置上進行的相關追蹤處理的流程圖。圖18是用于說明在本發(fā)明的實施例2所涉及的雷達裝置上進行的路肩檢測的圖。圖19是用于說明在本發(fā)明的實施例2所涉及的雷達裝置上進行的事項的圖。圖20是用于說明在本發(fā)明的實施例3所涉及的雷達裝置上進行的EL測角的圖。圖21是用于說明在本發(fā)明的實施例3所涉及的雷達裝置上進行的EL測角的圖。圖22是用于說明在本發(fā)明的實施例3所涉及的雷達裝置上進行的EL測角的圖。 圖23是表示在本發(fā)明的實施例3所涉及的雷達裝置上進行的相關追蹤處理的流程圖。
具體實施例方式下面，一邊參照附圖一邊詳細地說明本發(fā)明的實施方式。實施例1圖5是表示本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置之構成的系統(tǒng)圖。該雷達裝置具 備天線10、收發(fā)器20以及信號處理器30。天線10由天線發(fā)射元件11和多個天線接收元件12所構成。天線發(fā)射元件11將 發(fā)自收發(fā)器20作為電信號的發(fā)射信號變換成電波并送出到外部。多個天線接收元件12接 收來自外部的電波并變換成電信號，將其作為接收信號發(fā)送到收發(fā)器20。收發(fā)器20具備發(fā)送器21和多個混頻器22，多個混頻器22分別對應于多個天線 接收元件12而設置。在一般的采用了上行線性調頻脈沖和下行線性調頻脈沖發(fā)送信號的 FMCW方式的情況下，在發(fā)送器21生成掃頻后的發(fā)送信號并將其發(fā)送到天線發(fā)射元件11以 及多個混頻器22。多個混頻器22將分別從多個天線接收元件12接收到的接收信號依照來 自發(fā)送器21的信號進行頻率變換，并將其發(fā)送到信號處理器30。信號處理器30具備AD變換器31、FFT部32、DBF部33、測距/測速部34、測角部 35、速度分組部36以及相關追蹤部37。AD變換器31將發(fā)自收發(fā)器20的模擬信號變換成數(shù)字信號，并將其作為元件信號發(fā)送到FFT部32。FFT部32將發(fā)自AD變換器31的元件信號通過快速傅立葉變換變換成 頻率軸上的元件信號，并將其發(fā)送到DBF部33。DBF部33使用發(fā)自FFT部32的頻率軸上的信號，形成Σ波束和Δ波束。在該DBF 部33所形成的Σ波束被送到測距/測速部34，Δ波束被送到測角部35。測距/測速部34基于發(fā)自DBF部33的Σ波束進行測距以及測速。通過在該測距 /測速部34進行測距以及測速而獲得的距離以及速度被送到速度分組部36。另外，測距/ 測速部34將發(fā)自DBF部33的Σ波束送到測角部35。測角部35基于發(fā)自測距/測速部34的Σ波束以及發(fā)自DBF部33的Δ波束進行 測角。通過在測角部35進行測角而獲得的角度被送到速度分組部36。速度分組部36基于發(fā)自測距/測速部34的距離以及速度和發(fā)自測角部35的角 度，根據(jù)觀測速度對目標進行分類并分組。在該速度分組部36進行分組的結果被送到相關 追蹤部37ο相關追蹤部37基于來自速度分組部36的處理結果執(zhí)行相關追蹤處理。通過在相 關追蹤部37進行處理而獲得的位置以及速度被送到外部。其次，以追蹤處理為中心一邊參照圖6所示的流程圖一邊說明如上述那樣所構成 的本發(fā)明的實施例1所涉及的雷達裝置之動作。在追蹤處理中，首先以FMCW方式進行收發(fā)，輸入收發(fā)數(shù)據(jù)(步驟Sll)。S卩，在收發(fā) 器20內(nèi)部的發(fā)送器21掃頻后的信號用天線發(fā)射元件11變換成電波進行發(fā)射。與此相應， 用多個天線接收元件12接收到的信號分別通過多個混頻器22進行頻率變換，并發(fā)送到信 號處理器30。在信號處理器30用AD變換器31將來自收發(fā)器20的信號變換成數(shù)字信號， 并作為元件信號發(fā)送到FFT部32。FFT部32對發(fā)自AD變換器31的元件信號進行快速傅立葉變換以變換成頻率軸上 的信號，并將其發(fā)送到DBF部33。DBF部33使用發(fā)自FFT部32的頻率軸的信號形成Σ波 束和Δ波束。在DBF部33所形成的Σ波束被送到測距/測速部34，Δ波束被送到測角部 35。接下來，計算距離以及速度(步驟S12)。S卩，測距/測速部34基于來自DBF部33 的Σ波束進行測距以及測速，并將通過測距以及測速所獲得的距離以及速度發(fā)送到速度分 組部36。接下來，計算角度(步驟S13)。即，測角部35使用經(jīng)由測距/測速部34發(fā)自DBF 部33的Σ波束以及發(fā)自DBF部33的Δ波束進行測角，并將所獲得的角度發(fā)送到速度分組 部36。接下來，對速度進行分類(步驟S14)。即，速度分組部36基于發(fā)自測距/測速部 34的距離以及速度和發(fā)自測角部35的角度，根據(jù)觀測速度對目標進行分類并分組，將分組 的結果發(fā)送到相關追蹤部37。接下來，進行自速度抽取(步驟S15)。即，速度分組部36將在步驟S14經(jīng)過分類 的組之中、反射點最多的組設為自速度組。接下來，進行從極坐標向XY坐標的變換(步驟S16)。即，速度分組部36將作為極 坐標(R、θ )所取得的觀測速度數(shù)據(jù)變換成XY的正交坐標。接下來，進行觀測速度數(shù)據(jù)的循環(huán)期間累積(步驟S17)。即，速度分組部36在觀測速度數(shù)據(jù)的循環(huán)期間乘以忘卻系數(shù)進行積分。接下來，檢查該組是否為自速度組(步驟S18)。在步驟S18中該組不是自速度組 的情況下，跳過步驟S19 S23的處理，處理進入步驟S24。另一方面，在步驟S18中該組為 自速度組的情況下，進行自速度組的基于霍夫變換的直線抽取(步驟S19)。即，速度分組部 36通過霍夫變換來抽取直線。此外，霍夫變換例如在“田村、‘計算機圖像處理，、Ohmsha, pp. 204-206 (2004)，，中
有所說明。接下來，進行循環(huán)期間直線累積(步驟S20)。即，速度分組部36對在步驟S19抽 取出的直線在循環(huán)期間乘以忘卻系數(shù)進行累積。接下來，刪除直線上的目標(步驟S21)。即，速度分組部36在步驟S20所累積的 結果超過規(guī)定閾值的情況下判斷為有直線，并刪除該直線附近的反射點。接下來，檢查直線抽取是否已結束(步驟S22)。在步驟S22中直線抽取尚未結束 的情況下，進行用于將下一直線作為處理對象的處理(步驟S23)。之后，處理返回到步驟 S19，反復進行上述處理。另一方面，在步驟S22中直線抽取已結束的情況下，抽取振幅極值(步驟S24)。即， 速度分組部36對每個速度組在各組內(nèi)計算極值(極大值)。接下來，進行重心運算(步驟S25)。即，速度分組部36以在步驟S24計算出的極 值為中心計算規(guī)定門限(gate)內(nèi)的重心，并將其發(fā)送到相關追蹤部37。接下來，檢查極值是否已結束(步驟S26)。在步驟S26中極值尚未結束的情況下， 進行用于將下一極值作為處理對象的處理。之后，處理返回到步驟S24，反復進行上述處理。在上述步驟S26中極值已結束的情況下，進行相關追蹤(步驟S28)。S卩，相關追蹤 部37使用對每個速度組計算出的重心位置，進行采用最靠近預測位置的點的NN(Nearest Neighbor)相關和基于α-β方式的追蹤，并將位置以及速度矢量的平滑值以及預測值 輸出到外部。此外，α-β方式在“吉田孝監(jiān)修、‘修訂雷達技術’、電子信息通信學會、 pp. 264-267(1996) ” 中有所說明。接下來，檢查處理對所有速度組是否已結束(步驟S29)。在步驟S29中處理對所 有速度組尚未結束的情況下，進行用于將處理對象變更成下一速度組的處理(步驟S30)， 之后，處理返回到步驟S17，反復進行上述處理。另一方面，在步驟S29中處理對所有速度組已結束的情況下，檢查循環(huán)是否已結 束(步驟S31)。在步驟S31中循環(huán)尚未結束的情況下，進行用于將下一循環(huán)作為處理對象 的處理(步驟S32)。之后，處理返回到步驟S11，反復進行上述處理。另一方面，在步驟S31 中循環(huán)已結束的情況下，追蹤處理結束。其次，為了加深本發(fā)明的理解，對上述過程之中主要過程的細節(jié)之處理進行說明。 在將極坐標變換成正交坐標的處理(步驟S16)中，如圖10所示那樣極坐標(R、θ )通過下 式被變換成XY坐標。[數(shù)學公式1]
其中，R 距離θ 方位角(azimuth)測角值觀測(位置)矢量y和平滑或者預測的矢量x(位置、速度)通過用X、Y的二維進 行表達就成為下式。[數(shù)學公式2]
權利要求
一種雷達裝置，其特征在于包括收發(fā)器，收發(fā)FMCW方式的掃頻信號；速度分組部，根據(jù)基于來自上述收發(fā)器的掃頻信號而計算出的目標的速度，針對每個速度范圍將該目標進行分組；以及相關追蹤部，對由上述速度分組部所分組的每個速度組進行相關追蹤。
2.按照權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于上述速度分組部進行對上述每個速度組計算重心位置的重心運算， 上述相關追蹤部使用由上述速度分組部對每個速度組計算出的上述重心位置，對經(jīng)過 分組的目標進行相關追蹤。
3.按照權利要求1所述的雷達裝置，其特征在于上述速度分組部在循環(huán)期間利用忘卻系數(shù)對速度進行積分，上述相關追蹤部使用由上述速度分組部在循環(huán)期間利用忘卻系數(shù)經(jīng)過積分的結果，對 經(jīng)過分組的目標進行相關追蹤。
4.按照權利要求2所述的雷達裝置，其特征在于上述速度分組部抽取來自上述目標的反射點最多的速度組作為自速度組，在抽取出的 自速度組中通過霍夫變換抽取出直線，并排除在抽取出的直線上乘以忘卻系數(shù)進行累積的 結果超過規(guī)定閾值的位置的反射點，進行重心運算。
5.一種雷達裝置，其特征在于包括 收發(fā)器，收發(fā)FMCW方式的掃頻信號；速度分組部，根據(jù)基于來自上述收發(fā)器的掃頻信號而計算出的目標的速度，針對每個 速度范圍將該目標進行分組，并基于每個速度范圍的速度直方圖的頻度抽取自速度，在包 含自速度的速度組內(nèi)分割范圍，對每個分割范圍計算交叉范圍的直方圖，并計算所計算出 的直方圖的頻度最大的交叉范圍位置，使用對每個分割范圍所抽取出的頻度最大的交叉范 圍位置進行曲線擬合以抽取反射點的曲線；以及相關追蹤部，對由上述速度分組部所分組的每個速度組進行相關追蹤。
6.按照權利要求5所述的雷達裝置，其特征在于包括 天線，通過使頻率可變而使波束在仰角方向變化；快速傅立葉變換部，對從上述天線接收到的信號內(nèi)的前半信號和后半信號進行快速傅 立葉變換以獲得Σ 1信號和Σ 2信號；以及測角部，通過基于在上述快速傅立葉變換部所獲得的Σ 1信號和Σ 2信號的振幅比的 仰角測角來計算上述反射點的仰角角度，上述速度分組部基于由上述測角部計算出的上述仰角角度，刪除超過規(guī)定角度值的反 射點。
全文摘要
本發(fā)明的雷達裝置具備收發(fā)FMCW方式的掃頻信號的收發(fā)器(20)；根據(jù)基于來自收發(fā)器的信號而計算出的目標速度，針對每個速度范圍將該目標進行分組的速度分組部(36)；以及對由上述速度分組部所分組的每個速度組進行相關追蹤的相關追蹤部(37)。
文檔編號G01S13/34GK101999084SQ201080001217
公開日2011年3月30日 申請日期2010年3月19日 優(yōu)先權日2009年5月25日
發(fā)明者丹羽雅人, 吉田卓司, 吉田大廣, 后藤秀人, 大須賀萬城, 川端一彰, 竹谷晉一 申請人:株式會社東芝