us 7532154

8/13/2019 Us 7532154

1/10

US007532154B2

1 2 ) United States Patent 1 0 ) P a t e n t N 0 . : U S 7 , 5 3 2 , 1 5 4 B2Noda 4 5 ) D a t e o f P a t e n t : May 2 , 2 0 0 9

(54) FREQUENCY MODULATION RADAR 6,480,139 B1 * 11/2002 Hoctor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342/ 3DEVICE 7 , 2 7 7 , 0 4 7 B1 * 1 0 / 2 0 0 7 Mookerjee t a l . 3 4 2 / 1 9 5

7 , 3 5 8 , 8 9 1 B2 * 4/2008 Struckman e t a 1 . 342/156( 7 5 ) Inventor: shinsaku Noda chiyodaqql ( J P ) 7 , 4 3 2 , 8 4 9 B2 * 10/2008 Noda . . . . . . . . . . . . . . 342/702007/0008210 A1* 1/2007 Klbayashl e t a l . . 342/70

- _ . . . . - 2008/0224918 A1 9/2008 ShimiZu ......... . 342/147( 7 3 ) A s s l g n e e y l t s u b l l s g n Elecmc C o r p o r a t l o n 2 0 0 8 / 0 2 3 1 5 0 5 A 1 * 9 / 2 0 0 8 Z h u e t a l . 3 4 2 / 3 5 0Okyo ) 2 0 0 8 / 0 2 3 8 7 6 1 A1 1 0 / 2 0 0 8 Noda 3 4 2 / 7 0

. . . . , 2008/0278368 A1 11/2008 N a ....................... . 342/133* ) N o t 1 c e : S u b j e c t t o any d i s c l a i m e r , t h e term o f h 1 s 0p a t e n t i s e x t e n d e d o r a d j u s t e d u n d e r 3 5 FOREIGN PATENT DOCUMENTSUSC 5 4 6 ) by 0 d a y s J P 0 4 - 3 1 8 7 0 0 A 1 1 / 1 9 9 2

JP 2004112508 A 4/2004( 2 1 ) A P P 1 ~ No 11/927910 J P 2 0 0 6 - 0 4 7 2 8 2 A 2 / 2 0 0 6( 2 2 ) F i l e d : O c t . 3 0 , 2007 OTHER PUBLICATIONS( 6 5 ) P r i o r P u b l i c a t i o n Data J a p a n e s e O f ? c e A c t i o n d a t e d D e c . 2 , 2 0 0 8 .

Us 2008/0278368 A 1 N o v . 1 3 , 2008 * C i t e d by examiner_ _ _ _ _ Primary ExaminerilohnBSotomayor3 0 ) F o r e l g n A p p h c a t l o n Pnonty D a t a 7 4 ) A t t o r n e y , A g e n t , o r F i r m i S u g h r u e M i o n , PLLC

May 10,2007 ( J P ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2007-125520 5 7 ) ABSTRACT5 1 I t . C ] .) G 1 1 0 1 S 1 3 / 4 2 ( 2 0 0 6 0 1 ) T h e f r e q u e n c y m o d u l a t i o n r a d a r d e v i c e i n c l u d e s a t r a n s m i t

_ _ _ t i n g u n i t ( 5 ) ,Meceiving u n i t s f o r receiving a re?ected s i g n a l( 5 2 ) us a s M h a n n e l s , a m i x i n g u n i t 7 ) f o r m i x i n g t h e t r a n s m i t t i n g

3 4 2 / 1 9 5 _ 3 4 2 / 1 9 6 _ 3 4 2 / 4 1 7 _ 3 4 2 / 4 4 4 s i g n a l W i t h t h e M e c e i v e d s i g n a l s t o o b t a i n b e a t s i g n a l s f o r5 8 F M Cl _ ? _ s h 3 4 2 / 1 3 t h e M h a n n e l s , a f r e q u e n c y a n a l y Z i n g u n i t ( 9 ) f o r a n a l y Z i n g

) 1 e 0 3 4 2 2 5 5 1 55 1 5 1 8 ? 1 3 2 m l 1 4 7 t h e b e a t s i g n a l s f o r t h e M h a n n e l s i n f r e q u e n c y , a n d a c a l T 3 4 2 / 1 9 2 1 9 6 4 1 7 4 4 T 4 4 4 c u l a t i n g u n i t 1 ) f o r c a l c u l a t i n g a d i s t a n c e t o a t a r g e t o b j e c t

S 1 , _ ? l f 1 T 1 1 h , T and an o r i e n t a t i o n angle based on frequency a n a l y s i s r e s u l t s .e e app lcanon e o r Comp e t e Seam l s t o r y The c a l c u l a t i n g u n i t ( 1 ) c a l c u l a t e s a n o i s e l e v e l from t h e( 5 6 ) R e f e r e n c e s C i t e d f r e q u e n c y a n a l y s i s r e s u l t , e x t r a c t s a p e a k s i g n a l o f a s u b j e c t

t a r g e t o b j e c t i n e a c h o f t h e c h a n n e l s b a s e d on h e c a l c u l a t e dU - S - PATENT DOCUMENTS n o i s e l e v e l t o g e n e r a t e a c o v a r i a n c e m a t r i x , d i s c r i m i n a t e s

5 2 6 2 7 8 9 A * 1 H1993 S i l v e r s t e i n 342668 betWeen s i g n a l e i g e n v a l u e and n o i s e e i g e n v a l u e a mong M5 , 9 4 3 , 0 1 3 A * 8 / 1 9 9 9 O h a s h i 3 4 2 / 4 1 7 e i g e n v a l u e s o f t h e c o v a r i a n c e m a t r i x , and s t i m a t e s t h e num6 , 0 0 8 , 7 5 9 A 4 1 2 / 1 9 9 9 Tangemann t a 1 _ 3 4 2 / 3 6 8 b e r o f i n c i d e n t s i g n a l s based on t h e number of i g n a l e i g e n6,018,317 A 1/2000 Dogan t a l . . . . . . . . . . . . . . . . . 342/378 Values6 , 3 5 1 , 2 3 8 B1* 2/2002 Kishigamiet l . . . 342/4456,404,379 B1 * 6/2002 Yu e t a 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342/80 11 Claims, 4 Drawing Sheets

CALCULATE A MFUTUDE0F ESPECTIVE

s2 COMPLEX SPEOTRUMS

DlSOHMINATE B'ErwEEN SIGNALEIGEN VALUES AND NOISE ElliVALUES mom: ESPECTIVES9SET TO NUMBER F mnmnENT

SXGANALS K = NUMBER OFCALCULATIONNOISE LEVEL Pn

DETERMINE EIGENVALUE DISCRIMINATIONS4 THRESHOLD VALUEn

S I GNAL Elem ALUES S1SHK=5AND

v SMALLESTEIGENVALUE AS NOISE

E I G B I VALUEs1 2 N

s E r K = ANDA R G E S T E I G E NALUE As 16M

N E I C I E N vALuEOALOULATE DI STANCE ANDRELATIVE v ELocrrv macoum UMBER 0 FTARGH B J E CTS

GENERATE OOVAFIIANOEMATRIX FROM PEAKS I GNAL OF SUBJECTTARGET OBJECT

ANALVZE EIGEN VALUEAND I GENVEOTOR 1s CALCULATI ONFOR NUMBER OFTARGET O B J E CTSCOMPLETED 1

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2/10

US. Patent May 2 , 2 0 0 9 S h e e t 1 o f 4 U S 7 , 5 3 2 , 1 5 4 B2

6 ( 1 )16 2)16 3)1

O B J E CTI N FORMATION

1i g .

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3/10

US. P a t e n t

82

S3

S4

S

f .

m

I START I

vCALCULATE AMPLITUDEO F RESPECTIVECOMPLEX SPECTRUMS

CALCU LATIONNOISE LEVEL Pn

VDETERMINE EIGENVALUE DISCRIMINATIONTHRESHOLD VALUE Te

DETERM IN EPEAK VALUE

I

May 2 , 2 0 0 9

CALCULATE DISTANCE ANDRELATIVE VELOCITY, A N D

COUNT NUMBER OFTARG ET O B J ECTS@ . _ _ .S6

S7

GENERATE COVARIANCEMATRIX FROM P E A KSIGNAL OF S U B J ECTTARGET OB JECT

ANALYZE EIGEN V LUEAND EIG ENVECTOR

F i g . 2

S h e e t 2 o f 4 US , 5 3 2 , 1 5 4 B2

S8 VDISCRIMINATE B ETW E EN SIGNALEIGEN VALUES AND NOISE EIGENVALUES AMONG RESPECTIVE

s9 EIGEN VALUES

SET TO NUMBER O F INCRIDENTSIGANALS K = NUMBER OFSIGNAL EIGEN VALUES $1 1

s o iSET K = 5 ANDS M ALLEST EIGENV ALUE A s NOISEEIGEN VALUE

1 3SET K = 1 ANDLARGEST EIGEN

VALUE AS SIGNALEIGEN VALUE

CALCULATE MUSIC SPECTRUM

S15V

CALCULATE KORIENTATION ANGLES

S 1 6 II S CALCULATIONFOR NUMBER OFTARGET OBJECTSCOMPLETED

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4/10


ELECTRIC POWER ELECTRIC POWERFEE ESE/Fl

fbu BEAT FREQUENCY fbd BEAT FREQUENCYELECTRIC POWER ELECTRIC POWER

TEE

f b u BEAT FREQUENCY f b d BEAT FREQUENCY

ELECTRIC POWER ELECTRIC POWERE F L - 6 E } @EFLW

fbu BEAT FREQUENCY f b d BEAT FREQUENCY

F i g . 3

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5/10


Pm(9)

P9 1 6 2 ORIENTATION ANGLE 6

F i g . 4

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6/10

US 7 , 5 3 2 , 1 5 4 B21

FREQUENCY MODULATION RADARDEVICE

BACKGROUND OF THE INVENTION1 . F i e l d o f t h e I n v e n t i o nThe p r e s e n t i n v e n t i o n r e l a t e s t o a f r e q u e n c y m o d u l a t i o n

r a d a r d e v i c e t h a t o b t a i n s t h e o r i e n t a t i o n a n g l e s o f a p l u r a l i t yo f i n c i d e n t s i g n a l s b y u s i n g a p l u r a l i t y o f r e c e i v e r s .2 . D e s c r i p t i o n o f t h e R e l a t e d A r t

As r e c e i v i n g d e v i c e t h a t o b t a i n s a p l u r a l i t y o f o r i e n t a t i o na n g l e s b y u s i n g a p l u r a l i t y o f r e c e i v e r s , t h e r e i s a r e c e i v i n gd e v i c e t h a t g e n e r a t e s a c o v a r i a n c e m a t r i x by s i n g t i m e s e r i e sd a t a f r o m a p l u r a l i t y o f r e c e i v e d s i g n a l s t h a t a r e g e n e r a t e d bya p l u r a l i t y o f s e n s o r s , and o b t a i n s t h e ? r s t e i g e n v a l u e s o f t h ec o v a r i a n c e m a t r i x f o r e x a m p l e , s e e J P 2 0 0 4 - 1 1 2 5 0 8 A ) .

JP 2004-112508 A i s c l o s e s a t e c h n i q u e i n Which h e s e co n d e i g e n v a l u e s o f h e c o v a r i a n c e m a t r i x i s o b t a i n e d b y u s i n gt h e time s e r i e s d a t a i n a s t a t e Where t h e r e i s no o b s e r v a t i o ns i g n a l , t o t h e r e b y d i s c r i m i n a t e b e t W e e n a s i g n a l e i g e n v a l u ec o r r e s p o n d i n g t o a t a r g e t o b j e c t and a n o i s e e i g e n v a l u e c o rr e s p o n d i n g t o n o i s e s among h e ? r s t e i g e n v a l u e s b a s e d on h es e c o n d e i g e n v a l u e s .

SUMMARY OF THE INVENTIONH o W e v e r , t h e c o n v e n t i o n a l a r t s u f f e r s f r o m t h e f o l l o W i n gp r o b l e m s .I n t h e c o n v e n t i o n a l r e c e i v i n g d e v i c e , i n o r d e r t o o b t a i n t h e

s e c o n d e i g e n v a l u e s , i t i s n e c e s s a r y t o o b t a i n t h e t i m e s e r i e sd a t a i n a s t a t e Where h e r e i s no o b s e r v a t i o n s i g n a l i n a d d i t i o nt o t h e t i m e s e r i e s d a t a f o r o b s e r v a t i o n o f t h e t a r g e t o b j e c t , a n dt h u s i t t a k e s much t i m e t o a c q u i r e n e c e s s a r y d a t a . I t i s a l s on e c e s s a r y t o a n a l y Z e t h e e i g e n v a l u e i n o r d e r t o o b t a i n t h es e c o n d e i g e n v a l u e s , and t h u s i t t a k e s much t i m e t o c o n d u c tp r o c e s s i n g .

I n a d d i t i o n , b e c a u s e t h e s t a t e Where h e r e i s no o b s e r v a t i o ns i g n a l o c c u r s d e p e n d i n g on h e s u r r o u n d i n g e n v i r o n m e n t s , i ti s i m p o s s i b l e t o s t e a d i l y o b t a i n t h e s e c o n d e i g e n v a l u e s . F u rt h e r , b e c a u s e t h e ? r s t e i g e n v a l u e s a n d t h e s e c o n d e i g e n v a l u e sa r e o b t a i n e d f r o m t h e s e p a r a t e t i m e s e r i e s d a t a , i t i s i m p o ss i b l e t o r e s p o n d t o c h a r a c t e r i s t i c c h a n g e t h a t i s c a u s e d by h etemperature c h a r a c t e r i s t i c o r t h e l i k e due o a time d i f f e r e n c eb e t W e e n t h e ? r s t e i g e n v a l u e s a n d t h e s e c o n d e i g e n v a l u e s .

The p r e s e n t i n v e n t i o n h a s been made t o s o l v e t h e a b o v em e n t i o n e d p r o b l e m s , a n d t h e r e f o r e a n o b j e c t o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n i s t o p r o v i d e a f r e q u e n c y m o d u l a t i o n r a d a r d e v i c et h a t i s c a p a b l e o f a c c u ra t e l y e s t i m a t i n g t h e number o f i n c ident s i g n a l s even i n t h e c a s e Where t h e r e occurs a c h a r a c t e ri s t i c c h a n g e due o t h e t e m p e r a t u r e c h a r a c t e r i s t i c o r t h e l i k e ,W i t h o u t r e q u i r i n g t h e a c q u i s i t i o n o f t h e t i m e s e r i e s d a t a i n as t a t e Where h e r e i s no o b s e r v a t i o n s i g n a l and h e c a l c u l a t i o no f t h e e i g e n v a l u e s .A r e q u e n c y m o d u l a t i o n r a d a r d e v i c e o f t h e p r e s e n t i n v e n

t i o n i n c l u d e s : t r a n s m i t t i n g means f o r t r a n s m i t t i n g a t r a n s m i tt i n g s i g n a l t h a t h a s been modulated i n f r e q u e n c y s o a s t ochange f r e q u e n c y a t a c o n s t a n t change a t e W i t h t i m e ; andMr e c e i v i n g means f o r r e c e i v i n g a r e ? e c t e d s i g n a l r e s u l t i n gf r o m r e ? e c t i n g t h e t r a n s m i t t i n g s i g n a l b y a t a r g e t o b j e c t a s Mc h a n n e l s , Where M s a n i n t e g e r o f 2 o r l a r g e r . A l s o , t h ef r e q u e n c y m o d u l a t i o n r a d a r d e v i c e i n c l u d e s : m i x i n g meansf o r m i x i n g t h e t r a n s m i t t i n g s i g n a l W i t h t h e M e c e i v e d s i gn a l s , r e s p e c t i v e l y , t o o b t a i n b e a t s i g n a l s f o r t h e M h a n n e l s ;f r e q u e n c y a n a l y Z i n g m e a n s f o r a n a l y Z i n g t h e b e a t s i g n a l s f o rt h e M h a n n e l s i n f r e q u e n c y ; and c a l c u l a t i n g means f o r c a lc u l a t i n g a d i s t a n c e t o t h e t a r g e t o b j e c t and a n o r i e n t a t i o na n g l e b a s e d o n f r e q u e n c y a n a l y s i s r e s u l t s f o r t h e M h a n n e l s .

20

25

30

35

40

45

50

55

60

6 5

2I n t h e f r e q u e n c y m o d u l a t i o n r a d a r d e v i c e , t h e c a l c u l a t i n gmeans c a l c u l a t e s a n o i s e l e v e l from t h e f r e q u e n c y a n a l y s i sr e s u l t s f o r t h e M h a n n e l s , e x t r a c t s a peak s i g n a l o f a s u b j e c tt a r g e t o b j e c t i n e a c h o f t h e c h a n n e l s b a s e d on h e c a l c u l a t e dn o i s e l e v e l t o g e n e r a t e a c o v a r i a n c e m a t r i x o f M>

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7/10

US 7 , 5 3 2 , 1 5 4 B23

t h e ? r s t embodiment. F i r s t , t h e CPU o u t p u t s a m o d u l a t i o ns t a r t command t o t h e c o n t r o l l e d v o l t a g e g e n e r a t o r 2 . Thec o n t r o l l e d v o l t a g e g e n e r a t o r 2 g e n e r a t e s a t r i a n g u l a r c o nt r o l l e d v o l t a g e a c c o r d i n g t o t h e m o d u l a t i o n s t a r t command,a n d a p p l i e s t h e c o n t r o l l e d v o l t a g e t o t h e VCO . The VCOo u t p u t s a t r a n s m i t t i n g s i g n a l t h a t h a s b e e n s u b j e c t e d t o f r eq u e n c y m o d u l a t i o n a c c o r d i n g t o t h e t r i a n g u l a r c o n t r o l l e dv o l t a g e . The i s t r i b u t o r 4 d i s t r i b u t e s t h e o u t p u t t r a n s m i t t i n gs i g n a l t o t h e t r a n s m i t t i n g a n t e n n a 5 a n d t h e s i x m i x e r s 7 ( 1 ) t o7 6 ) .T h e t r a n s m i t t i n g a n t e n n a 5 e m i t s t h e t r a n s m i t t i n g s i g n a lt o W a r d a t a r g e t o b j e c t ( n o t s h o W n ) . O n h e c o n t r a r y , t h e s i xr e c e i v i n g a n t e n n a s 6 ( 1 ) t o 6 ( 6 ) r e c e i v e t h e s i g n a l s t h a t h a v eb e e n r e ? e c t e d b y t h e t a r g e t o b j e c t a s r e c e i v i n g s i g n a l s f o r s i xc h a n n e l s (CH1 t o C H 6 ) . The s i x r e c e i v i n g a n t e n n a s 6 ( 1 ) t o6 ( 6 ) a r e l i n e a r l y a r r a n g e d s o a s t o b e a p a r t from a c h o t h e r bya d i s t a n c e d .

The i x e r s 7 ( 1 ) t o 7 ( 6 ) t h a t a r e d i s p o s e d i n c o r r e s p o n d e n c eW i t h t h e s i x r e c e i v i n g a n t e n n a s 6 1 ) t o 6 6 ) , r e s p e c t i v e l y , mixt h e r e s p e c t i v e r e c e i v i n g s i g n a l s t h a t h a v e b e e n r e c e i v e d b y t h er e c e i v i n g a n t e n n a s 6 1 ) t o 6 6 ) W i t h t h e t r a n s m i t t i n g s i g n a l st h a t h a v e b e e n d i s t r i b u t e d by h e d i s t r i b u t o r 4 t o g e n e r a t e b e a ts i g n a l s f o r s i x c h a n n e l s .

The A / D c o n v e r t e r s 8 ( 1 ) t o 8 ( 6 ) c o n v e r t t h e mixed b e a ts i g n a l s i n t o d i g i t a l d a t a i n a n u p s e c t i o n Where h e f r e q u e n c yi n c r e a s e s W i t h t i m e and i n a doWn s e c t i o n Where t h e f r eq u e n c y d e c r e a s e s W i t h t i m e , r e s p e c t i v e l y .

T h e FFT c a l c u l a t o r s 9 ( 1 ) t o 9 ( 6 ) c o n d u c t t h e f r e q u e n c ya n a l y s i s u s i n g t h e F F T , i n d i v i d u a l l y , c a l c u l a t e t h e c o m p l e xs p e c t r u m f o r t h e s i x c h a n n e l s i n t h e up s e c t i o n and h e doWns e c t i o n , r e s p e c t i v e l y , a n d t r a n s m i t t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s t ot h e CPU .

The CPU c a l c u l a t e s t h e o r i e n t a t i o n a n g l e o f t h e t a r g e to b j e c t b a s e d o n t h e c a l c u l a t e d c o m p l e x s p e c t r u m . The t e c hn i c a l f e a t u r e o f t h e p r e s e n t i n v e n t i o n r e s i d e s i n t h a t t h e o r ie n t a t i o n a n g l e c a n b e s p e c i ? e d b y a c c u r a t e l y e s t i m a t i n g t h enumber of i n c i d e n t s i g n a l s even i n t h e c a s e Where t h e r eo c c u r s a c h a r a c t e r i s t i c change due o t h e t e m p e r a t u r e c h a r a ct e r i s t i c o r t h e l i k e , W i t h o u t r e q u i r i n g t h e a c q u i s i t i o n o f t h et i m e s e r i e s d a t a i n a s t a t e Where h e r e i s no o b s e r v a t i o n s i g n a la n d t h e c a l c u l a t i o n o f t h e e i g e n v a l u e s . S p e c i ? c p r o c e s s i n gt h a t i s c o n d u c t e d by h e CPU W i l l b e d e s c r i b e d beloW W i t hreference t o a ?owchart.

F I G . 2 i s a ?owchart shoWing a s e r i e s o f p r o c e s s i n g o fo r i e n t a t i o n a n g l e c a l c u l a t i o n o f t h e f r e q u e n c y m o d u l a t i o nr a d a r d e v i c e a c c o r d i n g t o t h e ? r s t embodiment o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n . F i r s t , i n S t e p S 1 , t h e CPU ? n d s t h e a m p l i t u d e s o ft h e c o m p l e x s p e c t r u m s o f t h e i n p u t b e a t s i g n a l s f o r s i x c h a nn e l s , r e s p e c t i v e l y .

F I G . 3 i s a d i a g r a m s h o W i n g t h e a m p l i t u d e c a l c u l a t i o nr e s u l t s o f t h e c o m p l e x s p e c t r u m o f t h e f r e q u e n c y m o d u l a t i o nr a d a r d e v i c e a c c o r d i n g t o t h e ? r s t embodiment o f t h e p r e s e n ti n v e n t i o n . The CPU c a l c u l a t e s t h e s q u a r e o f a b s o l u t e v a l u e so f t h e r e s p e c t i v e c o m p l e x s p e c t r u m s i n t h e u p s e c t i o n a n d t h edoWn s e c t i o n , r e s p e c t i v e l y , f o r e a c h o f t h e c h a n n e l s . As ar e s u l t , i t i s p o s s i b l e t o o b t a i n t h e a m p l i t u d e v a l u e o f a n e l e c t r i cpoWer i t h r e s p e c t t o t h e b e a t f r e q u e n c y , a s shoWn n F I G . 3 .

S u b s e q u e n t l y , i n S t e p S 2 , t h e CPU c a l c u l a t e s a n o i s e l e v e lPn s a mean a l u e of h e n o i s e amplitude v a l u e . A s s p e c i ? cmethod, t i s p o s s i b l e t h a t t h e CPU ?nds a mean a l u e Pa ofa l l t h e a m p l i t u d e v a l u e s t h a t h a v e b e e n o b t a i n e d i n t h e a b o v eS t e p S 1 , a s s u m e s a v a l u e o b t a i n e d by m u l t i p l y i n g Pa by ag i v e n v a l u e a s a p r o v i s i o n a l t h r e s h o l d v a l u e T t , r e g a r d s t h ea m p l i t u d e v a l u e s t h a t a r e e q u a l t o o r s m a l l e r t h a n t h e p r o v is i o n a l t h r e s h o l d v a l u e T t a s n o i s e s , and a g a i n c a l c u l a t e s amean v a l u e of n l y n o i s e s a s t h e n o i s e l e v e l P n .

20

25

35

40

45

50

55

60

6 5

4I n t h i s e x a m p l e , Pn can be r e g a r d e d a s an e s t i m a t e v a l u et h a t i s i n p r o p o r t i o n t o t h e va r i a n c e ( r e p r e s e n t e d b y 0 2 ) o f

n o i s e s i n c l u d e d i n t h e r e c e i v e d s i g n a l . What t i m e s o f t h ev a r i a n c e 0 2 i s Pn s d e t e r m i n e d W i t h r e s p e c t t o t h e r e s o l u t i o no f h e A / D c o n v e r t e r s 8 ( 1 ) t o 8 ( 6 ) , t h e number f F F T s , o r t h el i k e . I n t h e ? r s t e m b o d i m e n t , a m u l t i p l e s i g n a l c l a s s i ? c a t i o n(MUSIC) method s u s e d a s t h e o r i e n t a t i o n a n g l e e s t i m a t i n gmethod o f t h e i n c i d e n t s i g n a l a s W i l l be d e s c r i b e d b e l o W .

The MUSIC ethod h a s been W e l l knoWn s d i s c l o s e d i n ,f o r e x a m p l e , J P 2 0 0 3 - 2 7 0 3 1 6 A . I n h i s e x a m p l e , a c c o r d i n g t ot h e d i s c l o s u r e o f p a r a g r a p h s 0020 and 0 0 2 1 o f J P 20032 7 0 3 1 6 A , t h e e i g e n v a l u e s A l t o A 6 o f h e c o v a r i a n c e m a t r i x o ft h e i n c i d e n t s i g n a l ( a r r a n g e d i n t h e d e s c e n d i n g o r d e r ) a r ee x p r e s s e d a s t h e f o l l o W i n g E q u a t i o n 1 ) When h e number o fi n c i d e n t s i g n a l s i s K .M; ZhK>7tK+1:. IAGIQZ (1)

I n t h i s c a s e , A l t o AK r e e i g e n v a l u e s s i g n a l e i g e n v a l u e s )t h a t a r e c a u s e d by t h e c o n t r i b u t i o n o f n o i s e s a n d t h e s i g n a l s ,a n d K K H t o A 6 a r e e i g e n v a l u e s ( n o i s e e i g e n v a l u e s ) t h a t a r ec a u s e d b y t h e c o n t r i b u t i o n o f o i s e s o n l y . The b o v e E q u a t i o n( 1 ) i s met a s t h e mean a l u e . I n a case Where t h e covariancem a t r i x i s g e n e r a t e d b a s e d on h e l i m i t e d number o f o b s e r v at i o n s i g n a l s i n t h e r e a l r a d a r o p e r a t i o n a s i n t h e ? r s t embodim e n t , b e c a u s e n o i s e s a r e s u p e r i m p o s e d on t h e r e s p e c t i v ee i g e n v a l u e s , t h e r e s p e c t i v e e i g e n v a l u e s h a v e v a r i a t i o n s f r o mt h e r e l a t i o n s h i p o f t h e a b o v e E q u a t i o n 1 ) .

A c c o r d i n g l y , i n t h e ? r s t e m b o d i m e n t , a s a e i g e n v a l u e d i sc r i m i n a t i o n t h r e s h o l d v a l u e Te o r d i s c r i m i n a t i n g b e t W e e n t h es i g n a l e i g e n v a l u e s a n d t h e n o i s e e i g e n v a l u e s , a v a l u e ,o b t a i n e d by m u l t i p l y i n g t h e v a r i a n c e 0 2 t h a t i s t h e meanv a l u e , b y a p r e d e t e r m i n e d c o n s t a n t , W h i c h t a k e s t h e v a r i a t i o ni n t o c o n s i d e r a t i o n , i s s e t . As a r e s u l t , i t i s p o s s i b l e t o c o n d u c tt h e s t a b l e d i s c r i m i n a t i o n n o t depending on t h e s t a t e of t h ei n c i d e n t s i g n a l . F u r t h e r , a s d e s c r i b e d a b o v e , b e c a u s e t h e n o i s el e v e l Pn i s t h e e s t i m a t e v a l u e t h a t i s i n p r o p o r t i o n t t h ev a r i a n c e 0 2 , t h e e i g e n v a l u e d i s c r i m i n a t i o n t h r e s ho l d v a l u e T ei s g i v e n b y t h e f o l l o W i n g E q u a t i o n 2 ) i n t h e ? r s t e m b o d iment.

I n t h e a b o v e E q u a t i o n 2 ) , 0 t i s a c o n s t a n t t h a t i s p r e d e t e rmined by an e x p e r i m e n t a l method and h e l i k e . As a methodo f o b t a i n i n g t h e e s t i m a t e v a l u e o f h e v a r i a n c e 0 2 , t h e methodof h e ? r s t embodiment based on t h e n o i s e l e v e l Pn h a s t h emean a l u e o f a l a r g e number f s a m p l e p o i n t s s u c h t h a t Pn ss u b s t a n t i a l l y t h e number o f F F T s . As a r e s u l t , a s comparedW i t h t h e method a s e d on K K H t o A 6 t h a t a r e t h e n o i s e e i g e nv a l u e s o f t h e c o v a r i a n c e m a t r i x , i t i s p o s s i b l e t o e s t i m a t e t h en u m b e r o f i n c i d e n t s i g n a l s W i t h h i g h r e l i a b i l i t y a n d h i g hp r e c i s i o n .

F u r t h e r , t h e t h r e s h o l d v a l u e i s s e t t o c o n s t a n t m u l t i p l e s o ft h e n o i s e l e v e l , t h e r e b y m a k i n g i t p o s s i b l e t o d i s c r i m i n a t eb e t W e e n t h e s i g n a l e i g e n v a l u e s a n d t h e n o i s e e i g e n v a l u e s b ya n a p p r o p r i a t e s i g n a l t o n o i s e r a t i o a c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e df a l s e a l a r m p r o b a b i l i t y , a n d t o a c c u r a t e l y e s t i m a t e t h e numbero f i n c i d e n t s i g n a l s .

Under h e c i r cu m s t a n c e s , t h e CPU d e t e r m i n e s t h e e i g e nv a l u e d i s c r i m i n a t i o n t h r e s h o l d v a l u e Te based on t h e aboveE q u a t i o n 2 ) i n S t e p S 3 .

S u b s e q u e n t l y , i n S t e p S 4 , t h e CPU 1 s e a r c h e s t h e p e a ks i g n a l f r o m t h e a m p l i t u d e v a l u e s t h a t h a v e b e e n o b t a i n e d i nt h e a b o v e S t e p S 1 . F i r s t , t h e CPU s e t s t h e f o l l o W i n g Equat i o n 3 ) a s t h e p e a k s i g n a l d i s c r i m i n a t i o n t h r e s h ol d v a l u e T p .

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8/10

US 7 , 5 3 2 , 1 5 4 B25

I n t h e a b o v e E q u a t i o n 3 ) , [ 3 i s a c o n s t a n t t h a t i s d e t e r m i n e da c c o r d i n g t o a p r e d e t e r m i n e d f a l s e a l a r m p r o b a b i l i t y . A na m p l i t u d e v a l u e t h a t i s l a r g e r t h a n Tp a n d a l s o l a r g e r t h a n t h ea m p l i t u d e v a l u e s o f b e a t f r e q u e n c i e s b e f o r e a n d a f t e r t h ea m p l i t u d e v a l u e i s s e t a s a peak s i g n a l c o r r e s p o n d i n g t o t h et a r g e t o b j e c t , a n d t h e b e a t f r e q u e n c y o f t h e p e a k s i g n a l i s s e ta s f b u i n t h e up s e c t i o n and f b d i n t h e doWn s e c t i o n .

S u b s e q u e n t l y , i n S t e p S 5 , t h e CPU ? n d s a d i s t a n c e R n da r e l a t i v e v e l o c i t y V f t h e t a r g e t o b j e c t from t h e b e a t f r eq u e n c i e s f b u a n d f b d o f t h e o b t a i n e d p e a k s i g n a l b a s e d on h ep r i n c i p l e o f t h e g e n e r a l f r e q u e n c y m o d u l a t i o n c o n t i n u o u sWave (FMCW) a d a r . T h a t i s , t h e CPU c a l c u l a t e s t h e d i st a n c e R n d t h e r e l a t i v e v e l o c i t y V h r o u g h t h e f o l l o W i n gE q u a t i o n s 4 ) a n d 5 ) .

I n t h e a b o v e E q u a t i o n s 4 ) a n d 5 ) , c i s t h e v e l o c i t y o f i g h t ,T s a m o d u l a t i o n t i m e , fm s a f r e q u e n c y m o d u l a t i o n W i d t h ,a n d f c i s a c a r r i e r Wave f r e q u e n c y . I n a d d i t i o n , i n S t e p S 5 , t h eCPU c o u n t s t h e number o f t h e d e t e c t e d t a r g e t o b j e c t s , ands t o r e s t h e c o u n t e d number o f t h e t a r g e t o b j e c t s i n a s t o r a g eu n i t n o t shoWn n F I G . 1 ) .

S u b s e q u e n t l y , i n S t e p S 6 , t h e CPU g e n e r a t e s t h e c o v a r iance a t r i x t o be used n t h e MUSIC ethod. The o v a r i a n c em a t r i x Rc o f 6 x 6 o r d e r s e x p r e s s e d b y t h e f o l l o W i n g E q u a t i o n

6 ) .

I n t h e a b o v e E q u a t i o n 6 ) , X i i s t h e c o m p l e x s p e c t r u m o ft h e p e a k s i g n a l i n a n i - t h c h a n n e l ( C H i ) . Xi* r e p r e s e n t s ac o m p l e x c o n j u g a t e o f X i .

T h e n , i n S t e p S 7 , t h e CPU a n a l y Z e s t h e e i g e n v a l u e a n dt h e e i g e n v e c t o r W i t h r e s p e c t t o t h e c o v a r i a n c e m a t r i x R c , a n d? n d s t h e e i g e n v a l u e s A 1 t o A 6 a n d t h e e i g e n v e c t o r s e l t o e 6c o r r e s p o n d i n g t o t h e r e s p e c t i v e e i g e n v a l u e s A l t o A 6 . I n t h i se x a m p l e , t h e e i g e n v a l u e s A l t o A 6 and h e e i g e n v e c t o r s e t o e 6o f 6 x 1 o r d e r c o r r e s p o n d i n g t o t h e r e s p e c t i v e e i g e n v a l u e s A l t oA 6 a r e r e a r r a n g e d i n t h e d e s c e n d i n g o r d e r o f m a g n i t u d e o f t h ee i g e n v a l u e s .

I n a d d i t i o n , i n S t e p S 8 , t h e CPU d i s c r i m i n a t e s t h e c a l c ul a t e d e i g e n v a l u e s A l t o L 6 a s t h e s i g n a l e i g e n v a l u e s When h ec a l c u l a t e d e i g e n v a l u e s A l t o A 6 a r e e q u a l t o o r l a r g e r t h a n t h ee i g e n v a l u e d i s c r i m i n a t i o n t h r e s h o l d v a l u e T e t h a t h a s b e e no b t a i n e d i n t h e a b o v e S t e p S 3 , and a s t h e n o i s e e i g e n v a l u e sWhen h e c a l c u l a t e d e i g e n v a l u e s A 1 t o A 6 a r e s m a l l e r t h a n t h ee i g e n v a l u e d i s c r i m i n a t i o n t h r e s h o l d v a l u e T e , r e s p e c t i v e l y .

T h e n , i n S t e p S 9 , t h e CPU s e t s t h e number o f i n c i d e n ts i g n a l s K o t h e number o f e i g e n v a l u e s t h a t h a v e b e e n d i sc r i m i n a t e d a s t h e s i g n a l e i g e n v a l u e s i n t h e a b o v e S t e p S 8 . I ts h o u l d b e n o t e d t h a t t h e number f i n c i d e n t s i g n a l s t h a t c a n bee s t i m a t e d by t h e c o v a r i a n c e m a t r i x o f M>

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t h a n t h e MUSIC p e c t r a o f t h e o r i e n t a t i o n a n g l e b e f o r e a n da f t e r t h e s u b j e c t o r i e n t a t i o n a n g l e , t h e o r i e n t a t i o n a n g l e i s s e ta s t h e p e a k o r i e n t a t i o n a n g l e .K e a k o r i e n t a t i o n a n g l e s h a v i n g t h e l a r g e r MUSIC s p e c

trums a r e s e t i n descending o r d e r of h e MUSIC pectrum a st h e o r i e n t a t i o n a n g l e s o f t h e t a r g e t o b j e c t among t h e p e a ko r i e n t a t i o n a n g l e s t h u s e x t r a c t e d . I n t h e a b o v e e x a m p l e o fF I G . 4 , 61 and 62 a r e c a l c u l a t e d a s t h e o r i e n t a t i o n a n g l e s oft h e t W o t a r g e t o b j e c t s .

The CPU r e p e a t s t h e a b o v e - d e s c r i b e d p r o c e s s i n g o fS t e p s S 6 t o S 1 5 f o r t h e number o f t a r g e t o b j e c t s ( S t e p S 1 6 ) ,c a l c u l a t e s t h e d i s t a n c e , t h e r e l a t i v e v e l o c i t y , a n d t h e o r i e n t at i o n a n g l e o f a l l t h e t a r g e t o b j e c t s a s t h e t a r g e t o b j e c t i n f o rm a t i o n , a n d o u t p u t s t h e c a l c u l a t e d t a r g e t o b j e c t i n f o r m a t i o nt o a n e x t e r n a l d e v i c e ( n o t s h o W n ) .As e s c r i b e d a b o v e , a c c o r d i n g t o t h e ? r s t e m b o d i m e n t , t h ep e a k s i g n a l a n d t h e n o i s e l e v e l a r e e x t r a c t e d from h e o b s e rv a t i o n s i g n a l i n c l u d i n g t h e i n f o r m a t i o n o n t h e t a r g e t o b j e c t ,a n d t h e number f h e s i g n a l e i g e n v a l u e s i s o b t a i n e d b a s e d ont h e n o i s e l e v e l u s i n g t h e c o v a r i a n c e m a t r i x t h a t h a s b e e ng e n e r a t e d b a s e d o n t h e e x t r a c t e d p e a k s i g n a l , t h e r e b ye n a b l i n g t h e number f i n c i d e n t s i g n a l s t o b e e s t i m a t e d f r o mt h e number f h e s i g n a l e i g e n v a l u e s . As r e s u l t , i t i s p o s s i b l et o r e d u c e t h e d a t a a c q u i r i n g t i m e , a n d t o a c c u r a t e l y e s t i m a t et h e number o f t h e i n c i d e n t s i g n a l s W h i l e r e s p o n d i n g t o t h ec h a r a c t e r i s t i c c h a n g e d u e t o t h e t e m p e r a t u r e c h a n g e o r t h el i k e . F u r t h e r , b e c a u s e i t i s u n n e c e s s a r y t o a n a l y Z e t h e e i g e nv a l u e i n a s t a t e Where t h e r e i s no o b s e r v a t i o n s i g n a l , i t i sp o s s i b l e t o r e d u c e t h e o p e r a t i o n t i m e .

I n t h e a b o v e e m b o d i m e n t , t h e c a s e Where s i x r e c e i v i n ga n t e n n a s a r e d i s p o s e d i s d e s c r i b e d a s an x a m p l e . HoWever, ti s n e e d l e s s t o s a y t h a t t h e r e c e i v i n g a n t e n n a s o f d i f f e r e n tnumber a n b e a l s o a p p l i e d t o t h e p re s e n t i n v e n t i o n i n e x a c t l yt h e same W a y . M o r e o v e r , i n t h e a b o v e embodiment, t h eMUSIC ethod s u s e d i n c a l c u l a t i o n o f h e o r i e n t a t i o n a n g l e .A l t e r n a t i v e l y , t h e p r e s e n t i n v e n t i o n c a n b e a p p l i e d t o t h ef r e q u e n c y m o d u l a t i o n r a d a r d e v i c e u s i n g o t h e r m e t h o d s , f o re x a m p l e , an ESPRIT method.I n a d d i t i o n , i n t h e above embodiment, a s a s y s t e m o fd e t e c t i n g t h e d i s t a n c e a n d t h e r e l a t i v e v e l o c i t y o f t h e t a r g e to b j e c t , t h e FMCW y s t e m i s u s e d . A l t e r n a t i v e l y , t h e p r e s e n ti n v e n t i o n can be a p p l i e d t o a f r e q u e n c y modulation r a d a rd e v i c e t h a t m o d u l a t e s t h e t r a n s m i t t i n g s i g n a l i n p u l s e s .

What s c l a i m e d i s :1 . A r e q u e n c y m o d u l a t i o n r a d a r d e v i c e , c o m p r i s i n g :t r a n s m i t t i n g means f o r t r a n s m i t t i n g a t r a n s m i t t i n g s i g n a l

t h a t h a s been modula ted i n f r e q u e n c y s o a s t o change af r e q u e n c y a t a c o n s t a n t c h a n g e r a t e W i t h t i m e ;M e c e i v i n g means o r r e c e i v i n g a r e ? e c t e d s i g n a l r e s u l t i n gf r o m r e ? e c t i n g t h e t r a n s m i t t i n g s i g n a l b y a t a r g e t o b j e c ta s M h a n n e l s , Where M s an i n t e g e r o f 2 o r l a r g e r ;m i x i n g m e a n s f o r m i x i n g t h e t r a n s m i t t i n g s i g n a l W i t h t h eM e c e i v e d s i g n a l s , r e s p e c t i v e l y , t o o b t a i n b e a t s i g n a l sf o r t h e M h a n n e l s ;f r e q u e n c y a n a l y z i n g m e a n s f o r a n a l y Z i n g t h e b e a t s i g n a l sf o r t h e M h a n n e l s i n f r e q u e n c y ; a n d

c a l c u l a t i n g means f o r c a l c u l a t i n g a d i s t a n c e t o t h e t a r g e to b j e c t a n d a n o r i e n t a t i o n a n g l e b a s e d on f r e q u e n c ya n a l y s i s r e s u l t s f o r t h e M h a n n e l s ,

Wherein h e c a l c u l a t i n g means a l c u l a t e s a n o i s e l e v e l fromt h e f r e q u e n c y a n a l y s i s r e s u l t f o r t h eM h a n n e l s , e x t r a c t sa p e a k s i g n a l o f a s u b j e c t t a r g e t o b j e c t i n e a c h o f t h ec h a n n e l s based on h e c a l c u l a t e d n o i s e l e v e l t o g e n e r a t ea c o v a r i a n c e m a t r i x o f M>

8/13/2019 Us 7532154

10/10

US 7 , 5 3 2 , 1 5 4 B29 1 0

b e t w e e n t h e s i g n a l e i g e n v a l u e a n d t h e n o i s e e i g e n v a l u e i s e i g e n v a l u e s t h a t a r e o b t a i n e d b y t h e r e s u l t o f d i s c r i m i n a t i n ge q u a l t o 0 , a n d r e g a r d s t h e l a r g e s t e i g e n v a l u e among t h e M b e t W e e n t h e s i g n a l e i g e n v a l u e a n d t h e n o i s e e i g e n v a l u e i se i g e n v a l u e s a s t h e s i g n a l e i g e n v a l u e . e q u a l t o 0 , a n d r e g a r d s t h e l a r g e s t e i g e n v a l u e among t h e M1 1 . The f r e q u e n c y m o d u l a t i o n r a d a r d e v i c e a c c o r d i n g t o e i g e n v a l u e s a s t h e s i g n a l e i g e n v a l u e .c l a i m 4 , Wherein h e c a l c u l a t i n g means e s t i m a t e s t h e number 5of n c i d e n t s i g n a l s K s l i n a case Where the number of i g n a l * * * * *

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