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公開番号2025013859
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-28
出願番号2024181854,2020531441
出願日2024-10-17,2018-12-07
発明の名称FMCWレーダーシステムのためのレーダー処理チェーン
出願人テキサスインスツルメンツインコーポレイテッド
代理人個人
主分類G01S 13/34 20060101AFI20250121BHJP(測定;試験)
要約【課題】周波数変調連続波レーダーシステムのためのレーダー処理チェーンのためのシステム及び方法
【解決手段】電磁放射信号を各々が含む複数のチャープを、対象領域においてトランスミッタ102が送信する。レシーバフロントエンド104が、各チャープについての反射された電磁放射を受け取り、複数のアンテナの各アンテナにおいて各チャープについての時系列のビート信号サンプルを生成する。信号プロセッサ106は、レシーバからのそれぞれの距離を表すレンジビンのセットに対するサンプル値として、各時系列のビート信号サンプルの周波数ドメイン表現を提供し、各レンジビンに対するクラッタ補正サンプルのセットを提供するためにレンジビンのセットの各々に対する角度スペクトルを補正し、クラッタ補正サンプルからのレンジビンのセットのサブセットの各々に対する角度スペクトルを判定することによって、対象領域内のオブジェクトを検出する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
システムであって、
周波数変調された連続波電磁放射信号を各々が含む複数のチャープを対象領域において送信するトランスミッタ、
複数のアンテナの各々で各チャープに対して前記対象領域から反射された電磁放射を受け取り、前記複数のアンテナの各アンテナで各チャープに対して時系列のビート信号サンプルを生成するレシーバフロントエンド、及び
前記システムからのそれぞれの距離を表すレンジビンのセットに対するサンプル値として各時系列のビート信号サンプルの周波数ドメイン表現を提供すること、各レンジビンに対するクラッタ補正サンプルのセットを提供するために前記レンジビンのセットの各々に対して前記サンプル値を補正すること、及び、前記クラッタ補正サンプルからの前記レンジビンのセットのサブセットの各々に対する角度スペクトルを判定することによって、前記対象領域内のオブジェクトを検出する信号プロセッサ、
を含む、システム。
続きを表示（約 2,500 文字）【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、
前記複数のアンテナが、物理的な送信及び受信アンテナの対応するアレイから導出される仮想アンテナアレイの時分割多重化された多重入力及び多重出力（ＴＤＭ－ＭＩＭＯ）実装である、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、
前記複数のアンテナの各アンテナに対する各レンジビンに対して、前記信号プロセッサが、レーダーリターンのフレームにおけるチャープにわたる前記レンジビンについての前記サンプル値の算術平均を計算して平均値を提供し、前記レンジビンについての各サンプル値から前記平均値を差し引いて、各レンジビンについてクラッタ補正サンプルのセットを提供する、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、
前記信号プロセッサが前記複数の仮想アンテナにわたる各レンジビンについて前記クラッタ補正サンプルの空間共分散を共分散推定マトリックスとして推定し、対角負荷マトリックスを前記共分散推定マトリックスに付加することであって、前記対角負荷前記システムの対角に沿った各要素が、前記レンジビンのノイズ分散推定と選択された定数との積として判定され、前記共分散推定マトリックスと前記対角負荷マトリックスとの和を用いて、共分散ベースの到着方向判定アルゴリズムに従って前記角度スペクトルを計算する、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、
前記共分散ベースの到着方向アルゴリズムが、最小分散無歪応答（ＭＶＤＲ）アルゴリズム、ＭＵＳＩＣ（ｍｕｌｔｉｐｌｅｓｉｇｎａｌｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）システム、又はＥＳＰＲＩＴ（ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆＳｉｇｎａｌＰａｒａｍｅｔｅｒｓｂｙＲｏｔａｔｉｏｎａｌＩｎｖａｒｉａｎｃｅＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）アルゴリズムのうちの少なくとも１つである、アルゴリズム、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、
前記信号プロセッサにおいてオブジェクトが検出されると、前記信号プロセッサが更に、前記レンジビンのセットにわたる前記判定された角度スペクトルから、前記対象領域内の少なくとも１つのオブジェクトの位置を判定する、システム。
【請求項７】
請求項６に記載のシステムであって、
前記シグナルプロセッサが、前記レンジビンのセットの所与のレンジビンについての全てのクラッタ補正サンプルと、前記複数のアンテナにわたる前記複数のチャープの所与のチャープとを含むＮａ次元空間ベクトルに空間ビームフォーミングを適用して、前記所与のレンジビン及びチャープに対して、前記レンジビンのためのビームフォーミングされたシグナルブロックを提供し、前記所与のレンジビンが、前記少なくとも１つのオブジェクトに関連する少なくとも１つのレンジビンのセットから選択され、前記レンジビンのための前記ビームフォーミングされたシグナルブロックに高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用してドップラースペクトルベクトルを提供し、前記ドップラースペクトルベクトルから前記所与のレンジビンに関連する前記少なくとも１つのオブジェクトのドップラー情報を抽出する、システム。
【請求項８】
請求項５に記載のシステムであって、
前記信号プロセッサが、前記複数のチャープ及び前記複数のアンテナにわたる前記レンジビンのセットの各々についての総信号強度を表すレンジプロファイルベクトルを生成し、前記レンジプロファイルベクトルから、オブジェクトを含む可能性のあるレンジビンのセットを前記レンジビンのセットの前記サブセットとして判定する、システム。
【請求項９】
対象領域内のオブジェクトを検出するための方法であって、
周波数変調された連続波電磁放射信号を各々が含む複数のチャープをレーダーセンサモジュールからの対象領域において送信すること、
少なくとも１つのレシーバフロントエンドに関連する複数の受信アンテナにおいて各チャープ後に、前記対象領域から反射された電磁放射を受け取ること、
ビート信号を提供するため、各チャープについて前記受けとった電磁放射を前記送信されたチャープを混合すること、
複数のアンテナの各アンテナにおける前記複数のチャープの各チャープのための時系列のビート信号サンプルを提供するため前記ビート信号をサンプルすること、
各アンテナでの各チャープについて、前記レーダーセンサモジュールからの関連距離を各々が表すレンジビンのセットの各々についてのサンプル値を提供するため、各時系列のビート信号サンプルの周波数ドメイン表現を提供すること、
各アンテナでの各レンジビンと各チャープとに対するサンプルを含む、クラッタ補正サンプルのセットを提供するため、前記レンジビンのセットの周波数ドメイン表現を補正すること、
前記クラッタ補正サンプルから前記レンジビンセットのサブセットについての角度スペクトルを判定すること、及び
前記レンジビンのセットにわたる前記判定された角度スペクトルから前記対象領域内に存在するオブジェクトを検出すること、
を含む、方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法であって、
前記クラッタ補正サンプルのセットを提供するために前記レンジビンのセットの前記周波数ドメイン表現を補正することが、
アンテナ及びレンジビンの可能な対の全てに対してＤＣ成分が生成されるように、各アンテナにおける各レンジビンについて、前記値の推定直流（ＤＣ）構成要素を提供するために、各アンテナにおける前記複数のチャープのサブセットにわたってサンプルを平均化すること、及び
所与のアンテナの所与のレンジビンにおける値の各々から、そのレンジビン及びアンテナ対についての前記推定ＤＣ成分を減じること、
を含む、方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、概して電気システムに関し、より詳細には、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステムのためのレーダー処理チェーンに関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
距離測定レーダーの１つの形態は周波数変調に基づいており、この手法では、戻ってきた信号の周波数が、送信された信号の周波数と比較される。この手法は連続波レーダーにおいて用いることができ、例えば、アダプティブクルーズコントロール（ＡＣＣ）、非常ブレーキ、歩行者検出、及び３６０度感知などの車両応用例、並びに、ビルディングオートメーション、人数計測、及び監視などの産業応用例において用いられる。これらのシステムでは、キャリア信号が所定の方式で周波数変調されて、チャープを提供し、対象領域に送信される。対象領域からの受信反射は、チャープの送信と反射の受信との間の時間遅延を表す周波数トーンを生成するビート周波数変調器を用いて、送信されたチャープと連続的に比較され得る。これは、チャープの既知の周波数変調から判定され得る。信号がレーダーシステムから反射したオブジェクトの距離の２倍である、反射信号が進む距離は、この時間遅延から求めることができる。
【発明の概要】
【０００３】
本開示の一態様に従って、周波数変調連続波レーダーシステムのためのレーダー処理チェーンが提供される。トランスミッタが、各々が電磁放射信号を含む複数のチャープを対象領域において送信し、複数のアンテナの各アンテナにおいて各チャープに対して時系列のビート信号サンプルを生成する。レシーバフロントエンドが、各チャープについて反射電磁放射を受けとる。信号プロセッサが、レシーバからのそれぞれの距離を表すレンジビンのセットに対するサンプル値として、ビート信号サンプルの各時系列の周波数ドメイン表現を提供すること、各レンジビンに対するクラッタ補正サンプルのセットを提供するためにレンジビンのセットの各々に対するサンプル値を補正すること、及び、クラッタ補正サンプルからのレンジビンのセットのサブセットの各々に対する角度スペクトルを判定することによって、対象領域内の任意のオブジェクトを検出する。
【０００４】
本開示の別の態様に従って或る方法が提供される。各々が周波数変調連続波電磁放射信号を含む複数のチャープが、対象領域において送信される。各チャープ後に対象領域から反射された電磁放射が、レシーバフロントエンドで受信される。各チャープに対する受信された電磁放射は、ビート信号を提供するために送信チャープと混合される。ビート信号は、サンプリングされて、複数のアンテナの各アンテナにおける複数のチャープの各チャープに対する時系列のビート信号サンプルを提供する。各アンテナにおける各チャープに対して、各々がレシーバフロントエンドからの関連距離を表す、レンジビンのセットの各々についてサンプル値を提供するために、ビート信号サンプルの各時系列の周波数ドメイン表現が生成される。レンジビンのセットの周波数ドメイン表現を補正して、各アンテナでの各レンジビンと各チャープに対するサンプルを含む、クラッタ補正サンプルのセットを提供する。クラッタ補正サンプルからのレンジビンのセットのサブセットに対して角度スペクトルが判定される。対象領域内の任意のオブジェクトが、レンジビンのセットにわたる判定された角度スペクトルから検出される。
【０００５】
本開示の更に別の態様に従って、対象領域内のオブジェクトを検出するためにレーダーリターンを処理するための方法が提供される。複数のアンテナの各アンテナにおける複数のチャープの各チャープに対して、時系列のビート信号サンプルが生成される。各アンテナにおける各チャープに対して、各々がレーダーセンサからの関連距離を表す、レンジビンのセットの各々についてサンプル値を提供するために、ビート信号サンプルの各時系列の周波数ドメイン表現が生成される。レンジビンのセットの周波数ドメイン表現を補正して、各アンテナでの各レンジビンと各チャープに対するサンプルを含む、クラッタ補正サンプルのセットを提供する。レンジビンのセットのサブセットの角度スペクトルが、クラッタ補正サンプルから判定される。対象領域内の少なくとも１つのオブジェクトの位置が、レンジビンのセットにわたる判定された角度スペクトルから判定される。所与のレンジビン及びチャープに対して、レンジビンのためのビームフォーミングされたベクトルを提供するために、複数のアンテナにわたってレンジビンのセットの所与のレンジビンと複数のチャープの所与のチャープとに対して全てのクラッタ補正サンプルを含む次元空間信号ブロックに空間ビームフォーミングが適用される。所与のレンジビンは、少なくとも１つのオブジェクトに関連する少なくとも１つのレンジビンのセットから選択される。ドップラースペクトルベクトルを提供するために、レンジビンのためのビームフォーミング信号ブロックに高速フーリエ変換（ＦＦＴ）が適用される。ドップラースペクトルベクトルから、ドップラー情報が抽出されるか、又は所与のレンジビンに関連する少なくとも１つのオブジェクトのオブジェクトが抽出される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダーシステムを図示する。
【０００７】
周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）レーダー信号を処理するための信号処理構成要素の一例を図示する。
【０００８】
対象領域を監視するための方法の一例を図示する。
【０００９】
対象領域からの受信レーダー信号を処理するための方法の一例を図示する。
【００１０】
図２に図示されたデジタルシグナルプロセッサなど、図１～図４に開示されたシステム及び方法の例を実装することができるハードウェア構成要素の例示的なシステムを図示する概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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