(57)【要約】【課題】方位推定精度を向上させる。【解決手段】レーダ装置１は、送信部２と受信アンテナ部４と受信部５と処理部６とを備える。送信部２は、測定周期が経過する毎に、チャープを予め設定された繰返周期毎に繰返数だけ繰り返して送信する。処理部６は、ビート信号のそれぞれに対して周波数解析を行い、複数の受信アンテナ毎に、且つ、複数のビート信号毎に、距離スペクトラムを算出する。処理部６は、チャープのそれぞれについて、同一のチャープを受信した複数の受信アンテナのそれぞれに対応する距離スペクトラムにおける遠距離ビンの複素情報に基づいて、遠距離ビン毎に、第１相関行列を生成する。処理部６は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応して生成された繰返数の第１相関行列の平均化処理を実行することにより、遠距離ビン毎に平均相関行列を生成する。【選択図】図１
2020085730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された測定周期が経過する毎に、時間に対して周波数が変化するチャープを予め設定された繰返周期毎に予め設定された繰返数だけ繰り返して送信するように構成された送信部（２）と、
物体で反射した前記チャープを受信するように構成された複数の受信アンテナを有する受信アンテナ部（４）と、
前記受信アンテナ部の前記複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号のそれぞれについて、前記チャープ毎にビート信号を生成するように構成された受信部（５）と、
前記ビート信号のそれぞれに対して周波数解析を行い、前記複数の受信アンテナ毎に、且つ、複数の前記ビート信号毎に、前記チャープを反射した物体までの距離が周波数と対応している周波数スペクトラムである距離スペクトラムを算出するように構成された周波数解析部（Ｓ７０）と、
前記距離スペクトラムにおいて互いに異なる周波数範囲を示す複数の周波数ビンをそれぞれ距離ビンとし、複数の前記距離ビンのうち、前記距離ビンに対応する対応周波数が予め設定された近距離判定周波数以下の前記距離ビンを近距離ビンとし、前記対応周波数が前記近距離判定周波数を超える前記距離ビンを遠距離ビンとして、前記繰返数の前記チャープのそれぞれについて、同一の前記チャープを受信した前記複数の受信アンテナのそれぞれに対応する前記距離スペクトラムにおける前記遠距離ビンの複素情報に基づいて、前記遠距離ビン毎に、第１相関行列を生成するように構成された第１相関行列生成部（Ｓ１２０）と、
前記遠距離ビン毎に、前記遠距離ビンに対応して生成された前記繰返数の前記第１相関行列の平均化処理を実行することにより、前記遠距離ビン毎に平均相関行列を生成するように構成された平均化処理部（Ｓ１３０）と、
前記遠距離ビン毎に、前記遠距離ビンに対応する前記平均相関行列を用いた方位推定演算を実行するように構成された第１方位推定部（Ｓ１４０）と、
前記距離スペクトラムと、前記距離スペクトラムの前記近距離ビン毎に複数の前記チャープに渡って周波数解析した結果である速度スペクトラムとにより表される二次元スペクトラムを生成するように構成された二次元スペクトラム生成部（Ｓ１００）と、
前記二次元スペクトラムにおけるピークの複素情報に基づいて、一つの第２相関行列を生成するように構成された第２相関行列生成部（Ｓ２８０）と、
前記第２相関行列を用いた方位推定演算を実行するように構成された第２方位推定部（Ｓ２８０）と
を備えるレーダ装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
前記近距離判定周波数は、可変であるレーダ装置。
【請求項３】
請求項２に記載のレーダ装置であって、
前記レーダ装置を搭載している車両が走行している道路において、前記道路の両側の少なくとも一方に沿って静止物が連続していることを示す予め設定された判定周波数設定条件が成立している場合には、前記近距離判定周波数を、前記判定周波数設定条件が成立していない場合と比較して低くするように構成された周波数設定部（Ｓ８０）を備えるレーダ装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のレーダ装置であって、
前記受信アンテナ部で受信した前記チャープが不良であるか否かを判断するように構成された不良判断部（Ｓ９０）を備え、
前記平均化処理部は、前記不良判断部において不良と判断された前記チャープに対応する前記第１相関行列を除外して前記平均化処理を実行するレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーダ波を送受信することにより、レーダ波を反射した物体を検出するレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、アンテナを介して所定の繰返周期で繰り返し送信された送信信号が物体で反射されて受信された複素受信信号に基づいて、物体の相対速度を算出するレーダ装置が記載されている。
【０００３】
従来、ミリ波レーダによる周辺監視システムにおいては、周波数傾きを大きくしたチャープを繰返周期で繰り返して送信するＦＣＭ変調が、車載レーダ分野で広く用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１６７５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＣＭ変調は、物体の距離および速度を二次元スペクトラム上で分離することが可能な変調方式である。二次元スペクトラムは受信チャネルの数だけ得られる。ＦＣＭ変調では、受信チャネル数個の二次元スペクトラム上のピーク複素情報を用いて一つの相関行列を求め、この相関行列を用いて方位推定を行う。
【０００６】
この二次元スペクトラムを求めるためには，全チャープの全サンプル点を用いるため、１サイクルの間に得られる１個の物体に対応する相関行列の数は１個である（すなわち、スナップショットは１）。
【０００７】
方位推定において複数の到来波を正確に分離するには、スナップショット数を増やし、複数到来波の相関抑圧を行う必要がある。上述の通り、一般的なＦＣＭ変調の処理方式では、スナップショットは１であるため、複数の物体の方位分離が難しいという課題があった。
【０００８】
本開示は、方位推定精度を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様は、送信部（２）と、受信アンテナ部（４）と、受信部（５）と、周波数解析部（Ｓ７０）と、第１相関行列生成部（Ｓ１２０）と、平均化処理部（Ｓ１３０）と、第１方位推定部（Ｓ１４０）と、二次元スペクトラム生成部（Ｓ１００）と、第２相関行列生成部（Ｓ２８０）と、第２方位推定部（Ｓ２８０）とを備えるレーダ装置（１）である。
【００１０】
送信部は、予め設定された測定周期が経過する毎に、時間に対して周波数が変化するチャープを予め設定された繰返周期毎に予め設定された繰返数だけ繰り返して送信するように構成される。
【００１１】
受信アンテナ部は、物体で反射したチャープを受信するように構成された複数の受信アンテナを有する。
受信部は、受信アンテナ部の複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号のそれぞれについて、チャープ毎にビート信号を生成するように構成される。
【００１２】
周波数解析部は、ビート信号のそれぞれに対して周波数解析を行い、複数の受信アンテナ毎に、且つ、複数のビート信号毎に、チャープを反射した物体までの距離が周波数と対応している周波数スペクトラムである距離スペクトラムを算出するように構成される。
【００１３】
第１相関行列生成部は、繰返数のチャープのそれぞれについて、同一のチャープを受信した複数の受信アンテナのそれぞれに対応する距離スペクトラムにおける遠距離ビンの複素情報に基づいて、遠距離ビン毎に、第１相関行列を生成するように構成される。距離スペクトラムにおいて互いに異なる周波数範囲を示す複数の周波数ビンをそれぞれ距離ビンとする。複数の距離ビンのうち、距離ビンに対応する対応周波数が予め設定された近距離判定周波数以下の距離ビンを近距離ビンとする。対応周波数が近距離判定周波数を超える距離ビンを遠距離ビンとする。
【００１４】
平均化処理部は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応して生成された繰返数の第１相関行列の平均化処理を実行することにより、遠距離ビン毎に平均相関行列を生成するように構成される。第１方位推定部は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応する平均相関行列を用いた方位推定演算を実行するように構成される。
【００１５】
二次元スペクトラム生成部は、距離スペクトラムと、距離スペクトラムの近距離ビン毎に複数のチャープに渡って周波数解析した結果である速度スペクトラムとにより表される二次元スペクトラムを生成するように構成される。
【００１６】
第２相関行列生成部は、二次元スペクトラムにおけるピークの複素情報に基づいて、一つの第２相関行列を生成するように構成される。第２方位推定部は、第２相関行列を用いた方位推定演算を実行するように構成される。
【００１７】
このように構成された本開示のレーダ装置は、まず、距離スペクトラムの近距離ビンに対しては速度スペクトラムを算出することにより、一つの第２相関行列を生成して方位推定演算を実行する。また、本開示のレーダ装置は、距離スペクトラムの遠距離ビンに対しては、遠距離ビン毎に繰返数の第１相関行列の平均化処理を実行することにより相関抑圧を施した上で方位推定演算を実行する。
【００１８】
すなわち、本開示のレーダ装置は、近距離判定周波数を超える周波数に対応する遠距離の方位推定に関して、繰返数のスナップショットを得ることができ、相関行列の相関抑圧を行うことができる。このため、本開示のレーダ装置は、レーダ装置から遠距離に存在する複数の物体を、方位により分離する能力を向上させることができ、方位推定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】発振部の機能を示す図である。
【図３】チャープの繰返周期を示す図である。
【図４】変調部での位相偏移変調に使用する位相回転量の例を示す図である。
【図５】物体検出処理を示すフローチャートである。
【図６】選択可および選択不可な位相回転量の組み合わせパターンを示す図である。
【図７】位相回転量の選択例を示す図である。
【図８】チャープと距離スペクトラムとの関係を示す図である。
【図９】速度スペクトラムに出現する同一物体ピーク群の例を示す図である。
【図１０】受信スペクトラムを示す図である。
【図１１】情報生成処理を示すフローチャートである。
【図１２】遠距離ビンを示す図である。
【図１３】近距離領域および遠距離領域を示す図である。
【図１４】遠距離で２台の車両が併走している状況を示す図である。
【図１５】方位スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のレーダ装置１は、車両に搭載され、車両の周囲に存在する様々な物体を検出する。
【００２１】
レーダ装置１は、図１に示すように、送信部２と、送信アンテナ部３と、受信アンテナ部４と、受信部５と、処理部６とを備える。
送信アンテナ部３は、送信に使用される一つ以上のアンテナを有する。受信アンテナ部４は、受信に使用される複数のアンテナを有する。
【００２２】
つまり、レーダ装置１は、送信アンテナ部３に属するアンテナと、受信アンテナ部４に属するアンテナとの組み合わせを送受信チャネルとして、複数の送受信チャネルを有するように構成される。本実施形態では、レーダ装置１は、送信アンテナ部３に属するアンテナをＭ個、受信アンテナ部４に属するアンテナをＮ個備え、Ｍ×Ｎ個の送受信チャネルを備えるとする。Ｍ×Ｎは２以上の整数である。なお、送信アンテナ部３に属するアンテナの配置間隔と、受信アンテナ部４に属するアンテナの配置間隔とは、等間隔であっても不等間隔であってもよい。
【００２３】
送信部２は、ＦＣＭ方式で変調された送信信号を送信する。ＦＣＭは、Fast-Chirp Modulationの略である。送信部２は、発振部２１と、変調部２２とを備える。発振部２１は、連続波の共通信号を生成する。発振部２１は、生成した共通信号を、変調部２２に供給するとともに、ローカル信号Ｌとして受信部５にも供給する。また発振部２１は、図２に示すように、測定周期Ｔｆ（例えば、５０ｍｓ）を１フレームとして、各フレームの先頭の測定期間Ｔｍ（例えば、１０ｍｓ）の間、時間に対して周波数が直線的に変化するチャープを、予め設定された繰返数Ｋ（例えば、２５６個）だけ連続的に送信する。送信部２は、図３に示すように、予め設定された繰返周期Ｔｐ毎にチャープを繰り返し送信する。チャープには、１フレーム内において送信時間が早い順に、１からＫ（本実施形態では、２５６）までのチャープ番号が設定される。
【００２４】
発振部２１は、測定周期Ｔｆ、測定期間Ｔｍおよび繰返周期Ｔｐを、処理部６からの指示に従って適宜変更できるように構成されている。なお、繰返周期の間に変化させるチャープの周波数幅は、繰返周期Ｔｐによらず一定である。つまり、繰返周期Ｔｐを変化させることで、チャープの周波数の変化率が変化するように構成されている。
【００２５】
また、繰返周期Ｔｐの許容範囲、ひいてはチャープの周波数の変化率の許容範囲は、送信信号と受信信号とを混合して生成するビート信号を解析した時に、物体との相対速度に応じて生じる周波数偏移が、物体との距離に応じて生じる周波数偏移と比較して無視できる程度に小さくなるように設定される。
【００２６】
変調部２２は、発振部２１が生成した共通信号を分岐させ、送信アンテナ部３に属する送信アンテナと同数であるＭ個の分岐信号を生成する。変調部２２は、Ｍ個の分岐信号のそれぞれについて、繰返周期Ｔｐ毎に分岐信号の位相を変化させる位相偏移変調を行う。これにより、送信アンテナのそれぞれに供給するＭ個の送信信号を生成する。位相偏移変調では、Ｍ個の分岐信号のそれぞれに対して互いに異なる大きさの位相回転量Δφを設定し、繰返周期毎に、その位相回転量Δφだけ分岐信号の位相を回転させる。
【００２７】
ここで、位相偏移変調で使用する位相の数をＰとする。ＰはＭより大きい整数である。変調部２２では、ｐ＝０，１，２，…Ｐ−１として、Δφ＝ｐ×３６０°／Ｐで表されるＰ種類の位相回転量を用いる。例えば、Ｐ＝４の場合、図４に示すように、ｐ＝０ではΔφ＝０°となり、変調前の信号である分岐信号（すなわち、共通信号）に対する変調後の信号である送信信号の位相差は、全ての繰返周期Ｔｐで０°となる。ｐ＝１ではΔφ＝９０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期Ｔｐ毎に切り替わり、０°→９０°→１８０°→２７０°→０°（以下同様）の順に変化する。ｐ＝２ではΔφ＝１８０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、０°→１８０°→０°→１８０°→０°（以下同様）の順に変化する。ｐ＝３ではΔφ＝２７０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、０°→２７０°→１８０°→９０°→０°（以下同様）の順に変化する。
【００２８】
上述したようにＰ＞Ｍに設定されるため、位相偏移変調には、Ｐ種類の位相回転量Δφの全種類が使用されることはなく、その一部が使用される。
変調部２２は、位相数Ｐの設定、Ｐ種類の位相回転量Δφのうち位相偏移変調に使用するＭ種類の位相回転量の選択、選択されたＭ種類の位相回転量とＭ個の送信アンテナとの対応関係の設定を適宜変更できるように構成されている。設定の変更は、処理部６からの指示に従ってもよいし、自動的に行ってもよい。自動的に変更する場合は、予め決められたパターンに従って行ってもよいし、ランダムに行ってもよい。
【００２９】
受信部５は、図１に示すように、受信アンテナ部４に属する各受信アンテナから出力されるＮ個の受信信号のそれぞれについて、ローカル信号Ｌとの差信号であるビート信号を生成し、生成されたビート信号をサンプリングして処理部６に供給する。
【００３０】
処理部６は、ＣＰＵ６１およびメモリ６２を備えたマイクロコンピュータを中心に構成された電子制御装置である。メモリ６２は、例えばＲＯＭおよびＲＡＭである。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵ６１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ６２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、ＣＰＵ６１が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。また、処理部６を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。
【００３１】
次に、処理部６が実行する物体検出処理の手順を説明する。物体検出処理は、処理部６が起動した後に繰り返し実行される処理である。
物体検出処理が実行されると、処理部６は、図５に示すように、まずＳ１０にて、発振部２１に生成させる共通信号に関するパラメータである繰返周期Ｔｐを設定する。上述したように、繰返周期を変化させると、チャープの周波数の変化率が変化する。なお、繰返周期Ｔｐは固定値であってもよいし、本処理が実行される毎に予め決められたパターンに従って或いはランダムに複数種類の値の中から選択して繰返周期Ｔｐが設定されるようにしてもよい。また、Ｓ１０において、測定周期Ｔｆおよび測定期間Ｔｍが適宜可変設定されるようにしてもよい。
【００３２】
処理部６は、Ｓ２０にて、変調部２２での位相偏移変調に用いる位相数Ｐを設定する。位相数Ｐは、少なくとも送信アンテナ数Ｍより大きな値が用いられる。例えば、Ｐ＝Ｍ＋１に設定してもよい。位相数Ｐは固定値であってもよいし、本処理が実行される毎に予め決められたパターンに従って或いはランダムに複数種類の値の中から選択して位相数Ｐが設定されるようにしてもよい。
【００３３】
処理部６は、Ｓ３０にて、位相数Ｐによって決まるＰ種類の位相回転量のうち、変調部２２での位相偏移変調に用いるＭ種類の位相回転量を選択する。Ｍ種類の位相回転量は、３６０°の中で各回転量が均等に配置されることがないように、すなわち、不均一な配置となるように選択される。
【００３４】
具体的には、ＰとＭとが公約数を持たない場合は、任意に位相回転量を選択することができる。ＰとＭとが公約数を有する場合は、配置間隔が同一パターンの繰り返しとなることがないように注意して選択する必要がある。
【００３５】
例えば、図６に示すように、Ｐ＝４且つＭ＝２である場合、位相回転量の組み合わせとして、（０°，９０°）、（９０°，１８０°）、（１８０°，２７０°）、（２７０°，０°）は選択可であるが、（０°，１８０°）、（９０°，２７０°）は選択不可である。また、Ｐ＝４且つＭ＝３である場合、位相回転量の組み合わせとして、（０°，９０°，１８０°）、（９０°，１８０°，２７０°）、（１８０°，２７０°，０°）、（２７０°，０°，９０°）の全てが選択可である。但し、本実施形態では、必ずΔφ＝０°を含んだ組み合わせを選択する。
【００３６】
なお、位相回転量の選択は、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、選択可能な組み合わせの中で、予め決められたパターンに従って又はランダムに切り替えられるようにしてもよい。
【００３７】
Ｓ３０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ４０にて、Ｓ３０で選択されたＭ種類の位相回転量と、各送信アンテナとの対応関係を設定する。この対応づけは、例えば、予め設定された規則に従って割り当てられてもよいし、ランダムに割り当てられてもよい。また、対応付けは、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、予め決められたパターンに従って或いはランダムに切り替えられてもよい。
【００３８】
図７は、Ｐ＝４且つＭ＝２であり、位相回転量の組み合わせとして（０°，９０°）が選択され、送信アンテナＴＸ１にΔφ＝０°、送信アンテナＴＸ２にΔφ＝９０°を割り当てた場合に、送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２のそれぞれに供給される送信信号の位相が変化する様子を表現している。
【００３９】
Ｓ４０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ５０にて、測定開始タイミングであるか否かを判断する。処理部６は、測定開始タイミングでない場合には、測定開始タイミングになるまで、Ｓ５０の処理を繰り返すことで待機する。処理部６は、測定開始タイミングである場合には、Ｓ６０に移行する。測定開始タイミングとは、測定周期Ｔｆによって長さが決まるフレームが切り替わるタイミングである。
【００４０】
Ｓ６０に移行すると、処理部６は、設定結果に従って送信部２を作動させ、レーダ測定を実施する。具体的には、送信部２に、測定期間Ｔｍの間、繰返周期Ｔｐ毎にチャープ信号を繰り返し送信させ、その受信信号から生成されるビート信号のサンプリング結果を取得する。
【００４１】
処理部６は、Ｓ７０にて、Ｎ個の受信アンテナから得られるビート信号のサンプリング結果を、受信アンテナ毎に、且つ、チャープ信号毎に周波数解析することによって、図８に示すように、Ｎ個の受信アンテナのそれぞれについてＫ個ずつの距離スペクトラムを算出する。各距離スペクトラムでは、送信アンテナから送信された放射波を反射した物体を往復するのに要した時間（すなわち、物体までの距離）に応じた周波数にピークが出現する。距離スペクトラムにおける周波数ビンを距離ビンという。
【００４２】
Ｓ７０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ８０にて、近距離判定周波数Ｆｓを設定する。具体的には、処理部６は、まず、車両に搭載されているナビゲーション装置から、車両の現在位置を示す現在位置情報と、現在位置周辺の道路に関する道路情報とを取得する。そして処理部６は、取得した現在位置情報と道路情報とに基づいて、車両がトンネル内を走行中であるか否かを判断する。ここで、車両がトンネル内を走行中であると判断した場合には、処理部６は、近距離判定周波数Ｆｓを、予め設定された第１判定値に設定する。一方、車両がトンネル内を走行中でないと判断した場合には、近距離判定周波数Ｆｓを、第１判定値より大きくなるように設定された第１判定値に設定する。
【００４３】
Ｓ８０の処理が終了すると、処理部６は、Ｓ９０にて、不良チャープを設定する。具体的には、処理部６は、まず、Ｓ７０にて算出されたＮ×Ｋ個の距離スペクトラムのそれぞれについて、距離スペクトラムのノイズレベルが予め設定された不良判定レベル以上であるか否かを判断する。そして処理部６は、ノイズレベルが不良判定レベル以上である距離スペクトラムに対応するチャープを不良チャープとして設定する。
【００４４】
Ｓ９０の処理が終了すると、処理部６は、Ｓ１００にて、Ｓ７０にて算出されたＮ×Ｋ個の距離スペクトラムを用いて、受信アンテナ毎に速度スペクトラムを算出する。具体的には、着目する受信アンテナに関するＫ個の距離スペクトラムから、同一周波数ビンの信号を抽出し、抽出した信号に対して時間軸方向への周波数解析処理を実行する。処理部６は、この処理を、図８に示すように、予め設定された近距離判定周波数Ｆｓ以下の距離ビン（以下、近距離ビン）について実行する。
【００４５】
速度スペクトラムでは、送信アンテナ部３からの放射波を反射した物体との相対速度がゼロである場合は、各送信アンテナに割り当てられた位相回転量に応じた周波数が、ドップラ周波数として抽出される。つまり、Δφ＝０°に対応する信号成分の周波数は０Ｈｚである。
【００４６】
なお、ドップラ周波数が観測される範囲（以下、ドップラ観測範囲）は、繰返周期Ｔｐによって決まる。また、ドップラ周波数は、図９に示すように、ドップラ観測範囲をＰ分割した地点のうち、Ｍ個の地点にて検出される。図９では、ドップラ観測範囲の上限が１に正規化されている。
【００４７】
また、速度スペクトラムでは、物体との間に相対速度がある場合は、これらＭ個のドップラ周波数は、相対速度に応じた大きさだけシフトし、相対速度の大きさによっては、周波数の折り返しが発生する。
【００４８】
これらＳ７０およびＳ１００の算出結果から、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度を表す二次元スペクトラム（以下、受信スペクトラム）が、受信アンテナ毎に生成される。図１０は、受信アンテナが４個である場合の受信スペクトラムと、受信スペクトラムで検出されるピークとを示す。
【００４９】
Ｓ１００の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ１１０にて、受信アンテナ毎に、受信スペクトラムを用いて、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度と、物体が存在する方位とを算出する情報生成処理を実行する。
【００５０】
次に、Ｓ１１０で実行される情報生成処理の手順を説明する。
情報生成処理が実行されると、処理部６は、図１１に示すように、まずＳ２１０にて、Ｓ１００にて受信アンテナ毎に生成されたＮ個の受信スペクトラムを、インコヒーレント積分して、一つの統合スペクトラムｇ（ｒ，ｖ）を算出する。受信アンテナ毎の受信スペクトラムをｓ（ｒ，ｖ，Ｒｃｈ）で表すものとして、統合スペクトラムｇ（ｒ，ｖ）は、式（１）を用いて算出される。ｒは距離であり、ｖは、ドップラ観測範囲の上限周波数に対応する速度を１とする正規化ドップラ速度であり、Ｒｃｈは、受信アンテナを識別する番号である。
【００５１】
【数１】
2020085730.tif 000003
処理部６は、Ｓ２２０にて、統合スペクトラム上で、予め設定された閾値以上の強度を有するピークがＭ個以上検出されている距離を候補距離として、候補距離のうち、以下のＳ２３０からＳ２８０での処理の対象として未だ選択されていない距離を、対象距離ｒとして選択する。
【００５２】
処理部６は、Ｓ２３０にて、Ｓ２２０で選択された対象距離ｒで検出される複数のピークのうち、以下のＳ２４０からＳ２７０での処理対象として未だ選択されていないピークに対応する速度を対象速度ｖとして選択する。ここでは、処理部６は、速度が小さいものから順番に選択する。
【００５３】
処理部６は、Ｓ２４０にて、対象速度ｖのピークが、位相回転量Δφ＝０°に対応したピークであると仮定し、式（２）に従って、他の位相回転量に対応したピークが存在すると推定されるＭ−１個の対応点（ｒ，ｖｊ）、但し、ｊ＝２〜Ｍを算出する。ｘ（ｊ）は、Ｓ３０で選択されたΔφ＝０°以外の位相回転量である。ｖ，ｖｊは正規化されたドップラ周波数であり、０〜１の値をとる。ｍｏｄ（ａ，ｍ）は、ａをｍで割った後の余りを示す。
【００５４】
【数２】
2020085730.tif 000004
処理部６は、Ｓ２５０にて、Ｓ２４０で推定された対応点の全てについて、統合スペクトラム上でピーク（すなわち、二次極大点）が存在するか否かを判断し、肯定判断された場合はＳ２６０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ２９０に移行する。以下では、対応点に対応するＭ個のピークを候補ピーク群という。
【００５５】
Ｓ２６０に移行すると、処理部６は、候補ピーク群が電力条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、Ｓ２７０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ２９０に移行する。ここでは、電力条件として、候補ピーク群に属するピークの信号強度差が、予め設定された許容範囲内にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークの信号強度は、いずれも類似しているはずであるとの知見に基づく。
【００５６】
Ｓ２７０に移行すると、処理部６は、候補ピーク群が位相条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、Ｓ２８０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ２９０に移行する。ここでは、位相条件として、基準受信チャンネルとそれ以外の受信チャンネル位相差を算出し、候補ピーク間でこの位相差の差異が予め設定された許容範囲にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークは、いずれも同じ方向から到来するはずであるとの知見に基づき、同じ方向から到来するピークの受信間位相差は、いずれも似たような大きさになることに基づく。以下では、Ｓ２７０にて肯定判断された候補ピーク群を、同一物体ピーク群という。
【００５７】
Ｓ２８０に移行すると、処理部６は、対象距離ｒと対象速度ｖとの組を、物体情報として登録する。更に、処理部６は、以下のようにして算出した方位θも物体情報に追加する。すなわち処理部６は、受信アンテナ毎に算出されたＮ個の受信スペクトラムのそれぞれから、Ｍ個の同一物体ピーク群に対応する各ピークを抽出する。また処理部６は、抽出されたＭ×Ｎ個のピークを、Ｍ×Ｎ個の送受信チャネルからの受信信号とみなして、Ｍ×Ｎ個のピークの複素情報に基づいて、Ｍ×Ｎ個の送受信チャネル間の相関関係を表す相関行列（以下、第２相関行列）を生成する。複素情報は、受信信号の振幅および位相を複素数で表した情報である。
【００５８】
そして処理部６は、生成された第２相関行列を用いて、ＭＵＳＩＣまたはＥＳＰＲＩＴ等の方位検出処理を実行することで、物体の方位θを算出する。ＭＵＳＩＣは、Multiple signal classificationの略である。ＥＳＰＲＩＴは、Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniquesの略である。
【００５９】
Ｓ２９０に移行すると、処理部６は、対象距離ｒで検出される全てのピーク（すなわち、速度）が、対象速度ｖとして選択された否かを判断し、肯定判断された場合はＳ３００に移行し、否定判断された場合は、Ｓ２３０に移行する。
【００６０】
Ｓ３００に移行すると、処理部６は、全ての候補距離が対象距離ｒとして選択されたか否かを判断し、肯定判断された場合は、情報生成処理を終了し、否定判断された場合は、Ｓ２２０に移行する。
【００６１】
Ｓ１１０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ１２０にて、Ｓ７０で算出された距離スペクトラムにおける遠距離ビン毎に、受信アンテナ間の相関関係を表す相関行列（以下、第１相関行列）を生成する。遠距離ビンは、距離スペクトラムにおいて近距離判定周波数Ｆｓを超える距離ビンである。相関関係は、各受信アンテナで得られる信号の類似度合いを表す係数で表現される。すなわち、係数の絶対値が０に近づくほど相関が弱く、係数の絶対値が１に近づくほど相関が強い。
【００６２】
ここで、距離スペクトラムにおける複数の遠距離ビンを、図１２に示すように、周波数が低い順に、Ｂｆ（１），Ｂｆ（２），Ｂｆ（３），・・・，Ｂｆ（ｎ−１），Ｂｆ（ｎ）と表記する。ｎは、２以上の整数である。
【００６３】
具体的には、処理部６は、まず、チャープ番号１に対応するＮ個の距離スペクトラムにおける遠距離ビンＢｆ（１）の複素情報に基づいて、第１相関行列を生成する。すなわち、処理部６は、チャープ番号１に対応し且つ遠距離ビンＢｆ（１）に対応する受信信号を受信したＮ個の受信アンテナ間の相関関係を示す第１相関行列を生成する。
【００６４】
さらに、処理部６は、チャープ番号１に対応するＮ個の距離スペクトラムにおける遠距離ビンＢｆ（２）の複素情報に基づいて、第１相関行列を生成する。このようして、処理部６は、遠距離ビンＢｆ（ｎ）まで第１相関行列の生成を繰り返す。これにより、処理部６は、チャープ番号１に対応し且つ遠距離ビンＢｆ（１）〜Ｂｆ（ｎ）に対応するｎ個の第１相関行列を生成する。
【００６５】
次に、処理部６は、チャープ番号１と同様にして、チャープ番号２〜２５６についても、チャープ番号２〜２５６に対応し且つ遠距離ビンＢｆ（１）〜Ｂｆ（ｎ）に対応するｎ個の第１相関行列を生成する。
【００６６】
こうして、遠距離ビンＢｆ（１）〜Ｂｆ（ｎ）のそれぞれについて、２５６個の第１相関行列が生成される。すなわち、ｎ×２５６個の第１相関行列が生成される。
Ｓ１２０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ１３０にて、第１相関行列の平均化処理を実行する。具体的には、処理部６は、まず、遠距離ビンＢｆ（１）に対応する２５６個の第１相関行列について、各成分の平均値を加算平均により算出することで、平均化された一つの相関行列を生成する。さらに、処理部６は、遠距離ビンＢｆ（１）と同様にして、遠距離ビンＢｆ（２）〜Ｂｆ（ｎ）に対応する２５６個の第１相関行列について、各成分の平均値を算出することで、遠距離ビンＢｆ（２）〜Ｂｆ（ｎ）のそれぞれについて、平均化された一つの相関行列（以下、平均相関行列）を生成する。これにより、遠距離ビンＢｆ（１）〜Ｂｆ（ｎ）のそれぞれに対応するｎ個の平均相関行列が生成される。Ｓ１１０で生成される平均相関行列は、Ｓ１００で生成される第１相関行列と比較して、受信アンテナ間の相互相関を表す非対角成分の値が抑圧される。
【００６７】
但し、Ｓ１３０では、処理部６は、Ｓ９０において不良チャープを設定されたチャープに対応する第１相関行列を除外して平均化処理を実行する。
Ｓ１３０の処理が終了すると、処理部６は、Ｓ１４０にて、Ｓ１３０で生成されたｎ個の平均相関行列を用いて、平均相関行列毎に、ＭＵＳＩＣまたはＥＳＰＲＩＴ等の方位推定演算を実行し、物体が存在する方位を算出する。これにより、遠距離ビンＢｆ（１）〜Ｂｆ（ｎ）のそれぞれについて、方位が算出される。
【００６８】
処理部６は、Ｓ１５０にて、遠距離ビンに対応する距離と、Ｓ１４０で算出された方位との組を、物体情報として登録し、物体検出処理を一旦終了する。
このように構成されたレーダ装置１は、送信部２と、受信アンテナ部４と、受信部５と、処理部６とを備える。
【００６９】
送信部２は、予め設定された測定周期Ｔｆが経過する毎に、時間に対して周波数が変化するチャープを予め設定された繰返周期Ｔｐ毎に予め設定された繰返数Ｋだけ繰り返して送信する。
【００７０】
受信アンテナ部４は、物体で反射したチャープを受信するように構成された複数の受信アンテナを有する。
受信部５は、受信アンテナ部４の複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号のそれぞれについて、チャープ毎にビート信号を生成する。
【００７１】
処理部６は、ビート信号のそれぞれに対して周波数解析を行い、複数の受信アンテナ毎に、且つ、複数のビート信号毎に、チャープを反射した物体までの距離が周波数と対応している周波数スペクトラムである距離スペクトラムを算出する。
【００７２】
処理部６は、繰返数Ｋのチャープのそれぞれについて、同一のチャープを受信した複数の受信アンテナのそれぞれに対応する距離スペクトラムにおける遠距離ビンの複素情報に基づいて、遠距離ビン毎に、第１相関行列を生成する。
【００７３】
処理部６は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応して生成された繰返数Ｋの第１相関行列の平均化処理を実行することにより、遠距離ビン毎に平均相関行列を生成する。処理部６は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応する平均相関行列を用いた方位推定演算を実行する。
【００７４】
処理部６は、距離スペクトラムと、距離スペクトラムの近距離ビン毎に複数のチャープに渡って周波数解析した結果である速度スペクトラムとにより表される受信スペクトラムを生成する。
【００７５】
処理部６は、受信スペクトラムにおけるピークの複素情報に基づいて、一つの第２相関行列を生成する。処理部６は、第２相関行列を用いた方位推定演算を実行する。
このようにレーダ装置１は、まず、距離スペクトラムの近距離ビンに対しては速度スペクトラムを算出することにより、一つの第２相関行列を生成して方位推定演算を実行する。またレーダ装置１は、距離スペクトラムの遠距離ビンに対しては、遠距離ビン毎に繰返数Ｋの第１相関行列の平均化処理を実行することにより相関抑圧を施した上で方位推定演算を実行する。
【００７６】
すなわち、レーダ装置１は、近距離判定周波数Ｆｓを超える周波数に対応する遠距離の方位推定に関して、繰返数Ｋのスナップショットを得ることができ、相関行列の相関抑圧を行うことができる。このため、レーダ装置１は、レーダ装置１から遠距離に存在する複数の物体を、方位により分離する能力を向上させることができ、方位推定精度を向上させることができる。
【００７７】
レーダ装置１は、図１３に示すように、物体までの距離が近距離判定周波数Ｆｓに対応する距離Ｒｓ以下である近距離領域Ａｓでは、方位角度分離性能よりも、速度分離性能を必要としている。またレーダ装置１は、物体までの距離が距離Ｒｓを超える遠距離領域Ａｆでは、速度分離性能よりも、方位角度分離性能を必要としている。
【００７８】
例えば、図１４に示すように、レーダ装置１を搭載する車両ＶＨ１の前方において、同一速度Ｖで併走する２台の車両ＶＨ２，ＶＨ３が存在するとする。なお、車両ＶＨ２，ＶＨ３は、レーダ装置１の遠距離領域Ａｆ内に存在している。
【００７９】
車両ＶＨ２，ＶＨ３は、車両ＶＨ１からの相対距離および相対速度が等しい。このため、従来の処理方式では、車両ＶＨ２と車両ＶＨ３とを、距離および速度で分離することができない。また、車両ＶＨ２，ＶＨ３は遠距離において非常に接近しているため、車両ＶＨ２の方位角度と車両Ｈ３の方位角度との差Δθが非常に小さい。このため、従来の処理方式では、図１５の方位スペクトルにおける実線ＳＰ１で示すように、車両ＶＨ２と車両ＶＨ３とを方位で分離することが困難である。一方、本実施形態の処理方式では、図１５の方位スペクトルにおける破線ＳＰ２で示すように、車両ＶＨ２の方位角度θ２と、車両ＶＨ３の方位角度θ３とを分離することが可能である。
【００８０】
またレーダ装置１では、近距離判定周波数Ｆｓは可変である。これにより、レーダ装置１は、レーダ装置１を搭載する車両の周囲の状況に応じて、方位推定精度を向上させる領域を設定することができる。
【００８１】
またレーダ装置１は、レーダ装置１を搭載している車両が走行している道路において、道路の両側の少なくとも一方に沿って静止物が連続していることを示す予め設定された判定周波数設定条件が成立している場合には、近距離判定周波数Ｆｓを、判定周波数設定条件が成立していない場合と比較して低くする。本実施形態では、判定周波数設定条件は、車両がトンネル内を走行中であることである。これにより、レーダ装置１は、ミラーゴースト信号が発生し易い状況において、ターゲット信号とミラーゴースト信号とを分離できる領域を拡張するように近距離判定周波数Ｆｓを設定することができ、方位推定精度を更に向上させることができる。上記のターゲット信号は、物体で反射したチャープを直接受信することで得られる信号である。上記のミラーゴースト信号は、物体で反射して更に上記の静止物（本実施形態では、トンネル壁）で反射したチャープを受信することで得られる信号である。
【００８２】
またレーダ装置１は、受信アンテナ部４で受信したチャープが不良であるか否かを判断する。そしてレーダ装置１は、不良と判断されたチャープに対応する第１相関行列を除外して平均化処理を実行する。これにより、レーダ装置１は、例えばノイズが重畳したチャープに対応した第１相関行列を除外して方位推定演算を実行することができ、方位推定精度を更に向上させることができる。
【００８３】
以上説明した実施形態において、Ｓ７０は周波数解析部としての処理に相当し、Ｓ１２０は第１相関行列生成部としての処理に相当し、Ｓ１３０は平均化処理部としての処理に相当し、Ｓ１４０は第１方位推定部としての処理に相当する。
【００８４】
また、Ｓ１００は二次元スペクトラム生成部としての処理に相当し、Ｓ２８０は第２相関行列生成部および第２方位推定部としての処理に相当し、受信スペクトラムは二次元スペクトラムに相当する。
【００８５】
また、Ｓ８０は周波数設定部としての処理に相当し、Ｓ９０は不良判断部としての処理に相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
【００８６】
［変形例１］
例えば上記実施形態では、変調方式としてＦＣＭ方式を用いる形態を示したが、ＦＣＭ方式に限定されるものではなく、例えば、パルスドップラー変調方式のように、距離および速度に対応した二次元スペクトラムを周波数解析により得ることができる変調方式であればよい。
【００８７】
［変形例２］
上記実施形態では、判定周波数設定条件が、トンネル内を走行中であることである形態を示した。しかし、例えば、判定周波数設定条件は、道路の両側の少なくとも一方に沿ってガードレールが連続していることであるようにしてもよい。
【００８８】
また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。
【００８９】
上述したレーダ装置１の他、当該レーダ装置１を構成要素とするシステム、当該レーダ装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、方位推定方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
【符号の説明】
【００９０】
１…レーダ装置、２…送信部、４…受信アンテナ部、５…受信部、６…処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2020085730.tif 000009
【図６】
2020085730.tif 000010
【図７】
2020085730.tif 000011
【図８】
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【図９】
2020085730.tif 000013
【図１０】
2020085730.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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