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JP-2026077699-A - レーダシステム、データ転送装置及び方法

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Abstract

【課題】データ誤りの影響を抑制することが可能なレーダシステム、データ転送装置及び方法を提供することにある。 【解決手段】実施形態によれば、レーダ装置は、レーダ信号を送信する送信素子と、レーダ信号の反射波に基づく反射波信号を受信する受信素子と、反射波信号に基づいて時間方向に配列された複数の部分データから構成される複数の第１観測データを取得する取得手段と、複数の第１観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をインタリーブすることによって当該複数の第１観測データを複数の第２観測データに変換する第１変換手段と、複数の第２観測データを処理装置に転送する転送手段とを含む。処理装置は、複数の第２観測データを複数の第１観測データに変換する第２変換手段と、複数の第１観測データを利用した演算処理を実行する処理手段とを含む。 【選択図】図５

Inventors

  • 関谷 亮太

Assignees

  • 株式会社東芝

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20260209

Claims (14)

  1. レーダ装置及び当該レーダ装置と通信可能に接続される処理装置を備えるレーダシステムにおいて、 前記レーダ装置は、 時分割でレーダ信号を送信する複数の送信素子と、 前記時分割で送信されたレーダ信号の各々の反射波に基づく反射波信号を受信する複数の受信素子と、 前記受信された反射波信号に基づいて複数の第１観測データを取得する取得手段と、 前記取得された複数の第１観測データを複数の第２観測データに変換する第１変換手段と、 前記複数の第２観測データを前記処理装置に転送する転送手段と を含み、 前記複数の第１観測データの各々は、前記複数の受信素子の各々によって受信された反射波信号に基づいて時間方向に配列された複数の部分データから構成され、 前記複数の第２観測データの各々は、前記複数の第１観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をインタリーブすることによって生成され、 前記処理装置は、 前記転送された複数の第２観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をデインタリーブすることによって、当該複数の第２観測データを前記複数の第１観測データに変換する第２変換手段と、 前記複数の第２観測データから変換された複数の第１観測データを利用した演算処理を実行する処理手段と を含み、 前記部分データは、前記レーダ信号と前記反射波信号とにおける周波数差に関する時間波形の一部であり、 前記複数の受信素子は、第１及び第２受信素子を含み、 前記複数の第１観測データは、複数の第１部分データから構成される第１観測データ及び複数の第２部分データから構成される第１観測データを含み、 前記複数の第１部分データは、前記第１受信素子によって受信された反射波信号に基づいて時間方向に配列されており、 前記複数の第２部分データは、前記第２受信素子によって受信された反射波信号に基づいて時間方向に配列されており、 前記複数の第２観測データの各々は、前記複数の第１観測データとは異なる順番に配置されている第１部分データ及び第２部分データから構成される レーダシステム。
  2. 前記第１及び第２受信素子の間には、当該第１及び第２受信素子とは異なる第３受信素子が配置されており、 前記複数の第２観測データの各々は、前記第１受信素子によって受信された反射波信号に基づく第１観測データを構成する第１部分データと、前記第２受信素子によって受信された反射波信号に基づく第１観測データを構成する第２部分データとから構成される 請求項１記載のレーダシステム。
  3. 前記レーダ装置は、ＭＩＭＯレーダを含む請求項１または２記載のレーダシステム。
  4. 前記第１変換手段は、前記複数の送信素子及び前記複数の受信素子の配置、当該複数の送信素子がレーダ信号を送信する順序及び前記複数の第１観測データのデータサイズのうちの少なくとも１つに基づいて、前記複数の第１観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をインタリーブする請求項１または２記載のレーダシステム。
  5. 前記レーダ装置及び前記処理装置は、前記複数の部分データを並び替えるためのシードを共有し、 前記第１変換手段は、前記シードに基づいてインタリーブし、 前記第２変換手段は、前記シードに基づいてデインタリーブする 請求項１または２記載のレーダシステム。
  6. 前記送信素子からレーダ信号が送信される度に取得される複数の第１観測データを格納するバッファを更に具備し、 前記第１変換手段は、前記バッファに格納された複数の第１観測データを前記複数の第２観測データに変換する 請求項１または２記載のレーダシステム。
  7. 前記転送手段は、前記レーダ装置と前記処理装置との間において採用されている通信方式に従って、前記複数の第２観測データから生成される複数のパケットを順次転送する請求項１または２記載のレーダシステム。
  8. 前記第１変換手段は、前記複数の第１観測データのうちの同一の第１観測データを構成する複数の部分データが同一のパケットで転送されないように前記複数の第１観測データを前記複数の第２観測データに変換する請求項７記載のレーダシステム。
  9. 前記複数の第２観測データは、前記複数の第１観測データの各々において時間方向に配列されている複数の部分データをインタリーブし、当該時間方向にインタリーブされた後の複数の部分データにおいて、空間方向に配列されている複数の部分データをインタリーブすることによって、前記複数の第１観測データから変換される請求項１または２記載のレーダシステム。
  10. 前記複数の第２観測データの各々は、前記第１受信素子によって受信された反射波信号に基づく第１観測データを構成する第１部分データと、前記第１受信素子と隣り合う前記第３受信素子によって受信された反射波信号に基づく第１観測データを構成する第３部分データとから構成されない請求項２記載のレーダシステム。
  11. 前記複数の第２観測データの各々は、同一の時系列順に配置されている第１部分データ及び第２部分データから構成されない請求項２記載のレーダシステム。
  12. レーダ装置から出力された複数の第１観測データを複数の第２観測データに変換する変換手段と、 前記複数の第２観測データを処理装置に転送する転送手段と を具備し、 前記複数の第１観測データの各々は、時間方向に配列された複数の部分データから構成され、 前記複数の第２観測データの各々は、前記複数の第１観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をインタリーブすることによって生成され、 前記処理装置は、前記複数の第２観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をデインタリーブすることによって、当該複数の第２観測データを前記複数の第１観測データに変換し、当該複数の第１観測データを利用した演算処理を実行し、 前記レーダ装置は、時分割でレーダ信号を送信する複数の送信素子と、前記時分割で送信されたレーダ信号の各々の反射波に基づく反射波信号を受信する複数の受信素子とを含み、 前記部分データは前記レーダ信号と前記反射波信号とにおける周波数差に関する時間波形の一部であり、 前記複数の受信素子は、第１及び第２受信素子を含み、 前記複数の第１観測データは、複数の第１部分データから構成される第１観測データ及び複数の第２部分データから構成される第１観測データを含み、 前記複数の第１部分データは、前記第１受信素子によって受信された反射波信号に基づいて時間方向に配列されており、 前記複数の第２部分データは、前記第２受信素子によって受信された反射波信号に基づいて時間方向に配列されており、 前記複数の第２観測データの各々は、前記複数の第１観測データとは異なる順番に配置されている第１部分データ及び第２部分データから構成される データ転送装置。
  13. レーダ装置及び当該レーダ装置と通信可能に接続される処理装置を備えるレーダシステムが実行する方法であって、 時分割でレーダ信号を送信するステップと、 前記時分割で送信されたレーダ信号の各々の反射波に基づく反射波信号を受信するステップと、 前記受信された反射波信号に基づいて複数の第１観測データを取得するステップと、 前記取得された複数の第１観測データを複数の第２観測データに変換するステップと、 前記複数の第２観測データを前記レーダ装置から前記処理装置に転送するステップと を具備し、 前記複数の第１観測データの各々は、時間方向に配列された複数の部分データから構成され、 前記複数の第２観測データの各々は、前記複数の第１観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をインタリーブすることによって生成され、 前記転送された複数の第２観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をデインタリーブすることによって、当該複数の第２観測データを前記複数の第１観測データに変換するステップと、 前記複数の第２観測データから変換された複数の第１観測データを利用した演算処理を実行するステップと を更に具備し、 前記部分データは、前記レーダ信号と前記反射波信号とにおける周波数差に関する時間波形の一部であり、 前記反射波信号を受信する複数の受信素子は、第１及び第２受信素子を含み、 前記複数の第１観測データは、複数の第１部分データから構成される第１観測データ及び複数の第２部分データから構成される第１観測データを含み、 前記複数の第１部分データは、前記第１受信素子によって受信された反射波信号に基づいて時間方向に配置されており、 前記複数の第２部分データは、前記第２受信素子によって受信された反射波信号に基づいて時間方向に配列されており、 前記複数の第２観測データの各々は、前記複数の第１観測データとは異なる順番に配置されている第１部分データ及び第２部分データから構成される 方法。
  14. データ転送装置が実行する方法であって、 レーダ装置から出力された複数の第１観測データを複数の第２観測データに変換するステップと、 前記複数の第２観測データを処理装置に転送するステップと を具備し、 前記複数の第１観測データの各々は、時間方向に配列された複数の部分データから構成され、 前記複数の第２観測データの各々は、前記複数の第１観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をインタリーブすることによって生成され、 前記処理装置は、前記複数の第２観測データの各々を構成する複数の部分データの配列をデインタリーブすることによって、当該複数の第２観測データを前記複数の第１観測データに変換し、当該複数の第１観測データを利用した演算処理を実行し、 前記レーダ装置は、時分割でレーダ信号を送信する複数の送信素子と、前記時分割で送信されたレーダ信号の各々の反射波に基づく反射波信号を受信する複数の受信素子とを含み、 前記部分データは、前記レーダ信号と前記反射波信号とにおける周波数差に関する時間波形の一部であり、 前記複数の受信素子は、第１及び第２受信素子を含み、 前記複数の第１観測データは、複数の第１部分データから構成される第１観測データ及び複数の第２部分データから構成される第１観測データを含み、 前記複数の第１部分データは、前記第１受信素子によって受信された反射波信号に基づいて時間方向に配列されており、 前記複数の第２部分データは、前記第２受信素子によって受信された反射波信号に基づいて時間方向に配列されており、 前記複数の第２観測データの各々は、前記複数の第１観測データとは異なる順番に配置されている第１部分データ及び第２部分データから構成される 方法。

Description

本発明の実施形態は、レーダシステム、データ転送装置及び方法に関する。 近年では、送信素子から送信（照射）されるレーダ信号（送信波）の反射波に基づく反射波信号を受信素子で受信することによって、対象物に関する情報を取得するレーダシステムが開発されている。 ところで、上記した送信素子及び受信素子を備えるレーダ装置と対象物に関して取得した情報を処理するホストマシン（処理装置）とを備えるレーダシステムの場合には、受信素子において受信された反射波信号に基づく観測データ（つまり、レーダ装置において観測されるデータ）をレーダ装置からホストマシンに転送する必要がある。 しかしながら、上記したように観測データがレーダ装置からホストマシンに転送される際に当該観測データに誤り（以下、データ誤りと表記）が発生した場合には、当該観測データが欠損（欠落）し、レーダシステムにおける情報の処理に悪影響を与える。 このため、レーダシステムにおいてデータ誤りが発生した場合に、当該データ誤りの影響を抑制する仕組みが求められている。 特開２０２０－２０４５１３号公報 レーダ装置に採用されるＦＭＣＷ方式の概要について説明するための図。ＭＩＭＯレーダの概要について説明するための図。第１実施形態の比較例に係るレーダシステムの動作について説明するための図。第１実施形態の比較例に係るレーダシステムの動作について説明するための図。第１実施形態に係るレーダシステムの構成の一例を示す図。第１実施形態に係るレーダシステムの処理手順の一例を示すシーケンスチャート。インタリーブされる複数のＡＤＣデータについて具体的に説明するための図。レーダ装置からホストマシンに転送されるパケットについて説明するための図。第１実施形態におけるデータ誤りの影響について説明するための図。第１実施形態におけるデータ誤りの影響について説明するための図。第１実施形態の変形例に係るレーダシステムの構成の一例を示す図。第２実施形態に係るレーダシステムの構成の一例を示す図。第２実施形態に係るレーダシステムの処理手順の一例を示すシーケンスチャート。インタリーブされる複数のＡＤＣデータについて具体的に説明するための図。レーダ装置からホストマシンに転送されるパケットについて説明するための図。第３実施形態に係るレーダシステムの構成の一例を示す図。第３実施形態に係るレーダシステムの処理手順の一例を示すシーケンスチャート。 以下、図面を参照して、各実施形態について説明する。 （第１実施形態） まず、第１実施形態について説明する。本実施形態に係るレーダシステムは、送信素子から送信（照射）されるレーダ信号の反射波に基づく反射波信号を受信素子で受信することによって、対象物（目標）までの距離を測定するように構成されている。なお、このようなレーダシステムにおいて送信素子から送信されるレーダ信号は、例えばミリ波（ＥＨＦ：Extra High Frequency）のような電波である。なお、本実施形態においてはレーダシステムが対象物までの距離を測定するものとして主に説明するが、当該レーダシステムは、対象物の方位（方角）及び速度等を測定することも可能である。 以下、レーダシステムの概要について簡単に説明する。まず、周波数変調を行うレーダ変調方式の一例として、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式について説明する。 ＦＭＣＷ方式によれば、図１に示すように時間の経過に応じて周波数が変化するような変調が行われたレーダ信号（送信波）が送信され、当該レーダ信号と反射波信号（受信波）とにおける周波数差（以下、ビート周波数と表記）から対象物までの距離が測定される。 具体的には、ＦＭＣＷ方式においては、送信素子から送信されたレーダ信号と受信素子において受信された反射波信号とをミキシングすることにより中間周波数（ＩＦ：Intermediate Frequency）信号（以下、ＩＦ信号と表記）が取得される。このＩＦ信号は、上記したビート周波数の時間波形（正弦波）に相当する。なお、ビート周波数をｆｂ、チャープレートと称されるレーダ信号の傾き（周波数の変化レート）をγ（Ｈｚ／ｓ）、レーダ信号に対する反射波信号の遅延時間をτとすると、当該ｆｂ、γ及びτにはｆｂ＝γτのような関係がある。 上記したＩＦ信号に対して例えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）が適用されると、当該ＩＦ信号が周波数領域表現に変換される。このＦＦＴの結果においてはビート周波数ｆｂの位置にピークが立ち、当該ピークの位置に応じた距離（つまり、レーダ信号を反射した対象物までの距離）を得ることができる。 なお、図１に示すように直線的に周波数変調を行うＦＭＣＷ方式は、特にＬｉｎｅｒ－ＦＭＣＷ方式と称される。 ここで、レーダシステムは送信素子（送信アンテナ）及び受信素子（受信アンテナ）を有するレーダ装置を備えるが、当該レーダ装置としては、ＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）レーダを利用することができる。ＭＩＭＯレーダは、複数の送信素子（送信アンテナアレイ）及び複数の受信素子（受信アンテナアレイ）を有し、各送信素子が時分割でレーダ信号を照射し、当該レーダ信号の反射波に基づく反射波信号を複数の受信素子において受信することで、少ないレーダ信号の送信回数（つまり、レーダ照射回数）で多くの反射波信号の受信（つまり、レーダ観測）を実現することができる。 具体的には、図２に示すように、ＭＩＭＯレーダが例えば所定の空間方向に直線的に配列された２つの送信素子１ａ及び１ｂと４つの受信素子２ａ～２ｄとを有している場合を想定する。なお、以下の説明において、空間方向とは、送信素子１ａ及び１ｂと受信素子２ａ～２ｄとの配列方向（または当該配列方向によって定まる方向）をいう。 この場合において例えば送信素子１ａからレーダ信号が送信されたものとすると、当該レーダ信号の反射波に基づく反射波信号が受信素子２ａにおいて受信される。ここでは受信素子２ａについて説明したが、送信素子１ａから送信されたレーダ信号の反射波に基づく反射波信号は、受信素子２ｂ～２ｄにおいても同様に受信される。 なお、図２においては示されていないが、例えば送信素子１ｂからレーダ信号が送信されたものとすると、当該レーダ信号の反射波に基づく反射波信号が受信素子２ａにおいて受信される。ここでは受信素子２ａについて説明したが、送信素子１ｂから送信されたレーダ信号の反射波に基づく反射波信号は、受信素子２ｂ～２ｄにおいても同様に受信される。 すなわち、上記したＭＩＭＯレーダにおいては、送信素子１ａからレーダ信号が送信された場合には受信素子２ａ～２ｄの各々においてレーダ観測が行われ、送信素子１ｂからレーダ信号が送信された場合にも同様に受信素子２ａ～２ｄにおいてレーダ観測が行われる。 これによれば、図２に示すような２つの送信素子１ａ及び１ｂと４つの受信素子２ａ～２ｄとを有するＭＩＭＯレーダは、送信素子１ａ及び１ｂからそれぞれ１回ずつレーダ信号を照射するのみで、空間方向に配列された８つの観測点３ａ～３ｈを実現することができる。なお、例えば観測点３ａは、送信素子１ａから送信されたレーダ信号の反射波に基づく反射波信号を受信素子２ａが受信することによって実現される観測点である。同様に、観測点３ｂ～３ｄは、送信素子１ａから送信されたレーダ信号の反射波に基づく反射波信号を受信素子２ｂ～２ｄが受信することによって実現される観測点である。更に、観測点３ｅは、送信素子１ｂから送信されたレーダ信号の反射波に基づく反射波信号を受信素子２ａが受信することによって実現される観測点である。同様に、観測点３ｆ～３ｈは、送信素子１ｂから送信されたレーダ信号の反射波に基づく反射波信号を受信素子２ｂ～２ｄが受信することによって実現される観測点である。すなわち、ＭＩＭＯレーダにおいては、１つの送信素子と１つの受信素子との組み合わせで１つの観測点が実現される。 このようなＭＩＭＯレーダによれば、観測点３ａ～３ｈの各々において観測されたＩＦ信号（送信素子１ａ及び１ｂから時分割で送信されるレーダ信号及び受信素子２ａ～２ｄの各々によって受信された反射波信号に基づいて取得されるＩＦ信号）を用いて対象物までの距離を測定することが可能となる。 なお、図２においては観測点３ａ～３ｈの各々において観測されたＩＦ信号として便宜的に同一の波形が示されているが、当該ＩＦ信号は、対象物までの距離に応じて周波数が異なる。 また、ＭＩＭＯレーダを利用した場合には各反射信号に時間差が生じるため、例えば、信号処理により各反射信号の相関を計算することで対象物の方位を高い空間分解能で測定することができる。 ここで、図３を参照して、本実施形態の比較例に係るレーダシステムの動作について説明する。 なお、本実施形態の比較例に係るレーダシステムは、レーダ装置とホストマシンとが通信可能に接続された構成であるものとする。レーダ装置は、上記した２つの送信素子１ａ及び１ｂと４つの受信素子２ａ～２ｄとを備えることにより図２に示す８つの観測点３ａ～３ｈを実現するＦＭＣＷ方式を採用するＭＩＭＯレーダであるものとする。また、ホストマシンは、例えば対象物までの距離を測定するための処理を実行する機能を有する処理装置であるものとする。 まず、送信素子１ａによって送信されたレーダ信号の反射波に基づく反射波信号が受信素子２ａにおいて受信されたものとすると、当該レーダ信号と当該反射波信号とをミキシングすることによってＩＦ信号（つまり、観測点３ａにおいて観測されたＩＦ信号）が取得される。 本実施形態の比較例においては、このような観測点３ａにおいて観測されたＩＦ信号（アナログ信号）が観測データａ（デジタル信号）にＡ／Ｄ変換される。 なお、Ａ／Ｄ変換においては離散的な周期でサンプリングされたアナログ信号の振幅値（以下、サンプリング値と表記）が符号化されるが、観測データａは、ＩＦ信号に対する複数のサンプリング値の各々の符号化結果（以下、ＡＤＣデータと表記）から構成される。ここでは、観測データａは、ＡＤＣデータａ０～ａ３から構成されるものとする。この場合、観測データａは、ＡＤＣデータａ０～ａ３が時間方向に配列されたデータであるといえる。 ここでは観測点３ａにおいて観測されたＩＦ信号が観測データａにＡ／Ｄ変換される場合について説明したが、他の観測点３ｂ～３ｈにおいて観測されたＩＦ信号についても同様に観測データｂ～ｈにＡ／Ｄ変換される。 この場合、観測データｂはＡＤＣデータｂ０～ｂ３から構成され、観測データｃは複数のＡＤＣデータｃ０～ｃ３から構成され、観測データｄは複数のＡＤＣデータｄ０～ｄ３から構成され、観測データｅは複数のＡＤＣデータｅ０～ｅ３から構成され、観測データｆは複数のＡＤＣデータｆ０～ｆ３から構成され、観測データｇは複数のＡＤＣデータｇ０～ｇ３から構成され、観測データｈは複数のＡＤＣデータｈ０～ｈ３から構成されるものとする。 次に、上記した観測データａ～ｈを含むレーダデータがレーダ装置からホストマシンに転送される。なお、レーダデータの転送は、例えば送信素子単位で行われるものとする。具体的には、例えば送信素子１ａ及び受信素子２ａ～２ｄの各々の組み合わせによって実現される観測点３ａ～３ｄにおいて観測されたＩＦ信号がＡ／Ｄ変換された観測データａ～ｄを含むレーダデータがレーダ装置からホストマシンに転送され、送信素子１ｂ及び受信素子２ａ～２ｄの各々の組み合わせによって実現される観測点３ｅ～３ｈにおいて観測されたＩＦ信号がＡ／Ｄ変換された観測データｅ～ｈを含むレーダデータがレーダ装置からホストマシンに転送される。この場合、観測データａ～ｄを含むレーダデータは、観測点３ａ～３ｄと同様の空間