(57)【要約】【課題】演算量の増大を抑え、ターゲットの検出性能を向上する。【解決手段】ターゲットで反射したレーダ信号の反射波を受信する複数のアレイアンテナと、反射波に基づいて、複数のアレイアンテナごとに、ターゲットの距離および速度を示す信号を出力する受信回路と、垂直および水平の２次元方向において、信号に対して第１のビームフォーミングを実行して得られた前記信号の電力の大きさに基づいて、信号に対して第１のビームフォーミングより細かい角度の第２のビームフォーミングを実行する制御回路と、を有する。【選択図】図３
2020165724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲットで反射したレーダ信号の反射波を受信する複数のアレイアンテナと、
前記反射波に基づいて、前記複数のアレイアンテナごとに、前記ターゲットの距離および速度を示す信号を出力する受信回路と、
垂直および水平の２次元方向において、前記信号に対して第１のビームフォーミングを実行して得られた前記信号の電力の大きさに基づいて、前記信号に対して前記第１のビームフォーミングより細かい角度の第２のビームフォーミングを実行する制御回路と、
を有するレーダ装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記第１のビームフォーミングを実行して得られた前記２次元方向の各方向における前記信号の電力を合成し、合成した電力の大きさに基づいて、前記第２のビームフォーミングを実行する、
請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記制御回路は、前記第１のビームフォーミングにおける前記垂直方向のビーム数および前記水平方向のビーム数を設定する設定回路、を有する、
請求項１または２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記設定回路は、前記ターゲットの前記距離および前記速度に基づいて、前記垂直方向のビーム数および前記水平方向のビーム数を変更する、
請求項３に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記制御回路は、前記第１のビームフォーミングをＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によって実行し、ＦＦＴのポイント数を、ゼロを挿入して２のべき乗にする、
請求項１から４のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記制御回路は、前記レーダ装置のビームの角度誤差を補正する校正信号を前記信号に乗算する、
請求項１から５のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記制御回路は、前記複数のアレイアンテナ間の角度誤差を補正する校正ベクトルを、前記第１のビームフォーミングのステアリングベクトルに乗算する、
請求項１から６のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記制御回路は、前記複数のアレイアンテナのうちの特定のアンテナの信号に対して重み付けし前記第１のビームフォーミングを実行する、
請求項１から７のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記制御回路は、前記受信回路から出力される前記信号の電力の総和に基づいて、前記第２のビームフォーミングを実行し、当該レーダ装置を搭載した車両の舵角情報に基づいて、前記第１のビームフォーミングにおける前記垂直方向のビーム数および前記水平方向のビーム数を設定する、
請求項１から８のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記制御回路は、
前記第１のビームフォーミングを実行して得られた前記信号の電力と閾値とを比較する比較回路と、
前記ターゲットの前記距離および前記速度に基づいて、前記閾値を変更する変更回路と、
を有する請求項１から９のいずれか一項に記載のレーダ装置。
【請求項１１】
複数のアレイアンテナにおいて受信される、ターゲットで反射したレーダ信号の反射波に基づいて、前記複数のアレイアンテナごとに、前記ターゲットの距離および速度を示す信号を出力し、
垂直および水平の２次元方向において、前記信号に対して第１のビームフォーミングを実行して得られた前記信号の電力の大きさに基づいて、前記信号に対して前記第１のビームフォーミングより細かい角度の第２のビームフォーミングを実行する、
レーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーダ装置およびレーダ信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、衝突防止等の安全確保または自動運転を実現するセンサとして、雪や霧といった悪天候の周囲環境においても検出性能劣化が少ないミリ波レーダが注目されている。自動運転を実現するセンサとして活用する場合には、水平方向に加え、車止めや縁石等の高さ情報も有益であり、垂直方向も検出することが期待される。すなわち、２次元測角におけるレーダ装置の実現の要望が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／００９７４０９号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】ＪＯＡＣＨＩＭ  ＭＡＳＳＥＮ他、“Ａ  ７９ＧＨｚ  ＳｉＧｅ  ｓｈｏｒｔ―ｒａｎｇｅ  ｒａｄａｒ  ｓｅｎｓｏｒ  ｆｏｒ  ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ａｎｄ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ  ２０１３，Ｐａｇｅ１ｏｆ  １０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、２次元測角のレーダ装置では、ターゲットの検出性能を向上させることによって、演算量が飛躍的に増大していた。
【０００６】
本開示の非限定的な実施例は、演算量の増大を抑え、ターゲットの検出性能を向上するレーダ装置およびレーダ信号処理方法の提供に資する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施例に係るレーダ装置は、ターゲットで反射したレーダ信号の反射波を受信する複数のアレイアンテナと、前記反射波に基づいて、前記複数のアレイアンテナごとに、前記ターゲットの距離および速度を示す信号を出力する受信回路と、垂直および水平の２次元方向において、前記信号に対して第１のビームフォーミングを実行して得られた前記信号の電力の大きさに基づいて、前記信号に対して前記第１のビームフォーミングより細かい角度の第２のビームフォーミングを実行する制御回路と、を有する。
【０００８】
本開示の一実施例に係るレーダ信号処理方法は、複数のアレイアンテナにおいて受信される、ターゲットで反射したレーダ信号の反射波に基づいて、前記複数のアレイアンテナごとに、前記ターゲットの距離および速度を示す信号を出力し、垂直および水平の２次元方向において、前記信号に対して第１のビームフォーミングを実行して得られた前記信号の電力の大きさに基づいて、前記信号に対して前記第１のビームフォーミングより細かい角度の第２のビームフォーミングを実行する。
【０００９】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一実施例によれば、演算量の増大を抑え、ターゲットの検出性能を向上できる。
【００１１】
本開示の一実施例における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＦＣＭ（Ｆａｓｔ  Ｃｈｉｒｐ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式におけるレーダ装置の信号処理ブロック構成例を示す図
【図２】ＦＣＭ方式におけるレーダ装置の受信系統の信号処理ブロック構成例を示す図
【図３】第１の実施の形態に係るレーダ装置の受信系統のブロック構成例を示す図
【図４】送信アンテナおよび受信アンテナの配置例を示す図
【図５】仮想アンテナアレイ配置を説明する図
【図６Ａ】図３に示すレーダ装置の処理例を示したフローチャート
【図６Ｂ】図３に示すレーダ装置の処理例を示したフローチャート
【図６Ｃ】図３に示すレーダ装置の処理例を示したフローチャート
【図７】第２の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図
【図８】速度−距離マップ上におけるビーム数の設定例を説明する図
【図９】第３の実施の形態に係るＣＨＤＢＦ（Ｃｏａｒｓｅ  Ｈｏｒｉｚｏｎａｌ  ＤＢＦ）のブロック構成例を示す図
【図１０】第４の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図
【図１１】第４の実施の形態に係るレーダ装置の別のブロック構成例を示す図
【図１２】第４の実施の形態に係るレーダ装置の別のブロック構成例を示す図
【図１３】第５の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図
【図１４】仮想アンテナアレイの配置例を示す図
【図１５】第６の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図
【図１６Ａ】車両の舵角に応じたビーム方向を説明する図
【図１６Ｂ】車両の舵角に応じたビーム方向を説明する図
【図１７】速度−距離マップの一例を示す図
【図１８】速度−距離マップ上における適応的閾値設定の例を説明する図
【図１９】第７の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図
【図２０】第８の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図
【図２１】速度−距離マップとデジタルビームフォームとの関係の一例を説明する図
【図２２】最大電力となる方位を抽出してピークサーチする例を説明する図
【図２３】全方位を独立にピークサーチする例を説明する図
【図２４】本開示のレーダ装置のハードウェア構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１４】
なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
【００１５】
水平方向の方位角を検出する１次元側角レーダは、垂直方向にパッシブ式のアンテナパッチを積み重ねてビームを絞り、垂直方向の半値角を狭くすることで、所望のアンテナゲインを確保する。一方、垂直方向を含む視野角を検出領域とする２次元測角レーダにおいては、垂直方向に積み重ねるパッシブ式のアンテナパッチ数に制限が生じ、１次元測角レーダの設計思想を踏襲することが困難である。
【００１６】
一般に、垂直方向の仰角を検出するには、アクティブ式の複数のアレイアンテナを垂直方向に重ねて配置する。十分な数のパッシブ式のアンテナパッチを積み重ねるには、アンテナパッチ同士の重複を避けてアクティブ式のアレイアンテナを配置し、間隔を離す。ただし、アクティブ式のアレイアンテナの間隔を離し過ぎた場合、グレーティングローブが発生する。
【００１７】
レーダ信号の波長をλとしたとき、アレイアンテナ間の距離を０．５λ以上とすることによって、グレーティングローブが発生する。例えば、アレイアンテナの間隔を１．０λとした場合、±９０度の方向にグレーティングローブが発生する。このとき、例えば、＋７０度の方向に反射物が１つ存在する場合であっても、反射断面積が十分に大きい場合には、あたかも−２０度の方向に、反射物が存在していると誤検出される。
【００１８】
２次元測角レーダ装置の視野角の仕様として、仮に垂直方向の範囲が±５０度以内と規定しても、視野角の外側に位置する反射物の影響が、視野角内に生じる。視野角の外側の影響を回避するため、例えば、電波を遮断する構造物を２次元測角レーダ装置に設けることも可能であるが、装置が大きくなって設置場所に制限が生じ、例えば、車両のバンパー内への設置等が困難となる。従って、グレーティングローブの影響を最小限に抑え、アンテナゲインを確保することは困難である。つまり、視野角の広い２次元側角レーダは、アンテナゲインが限定されるため、反射断面積が小さく、遠方に位置するターゲットの検出が困難である。
【００１９】
レーダ方式として、様々な方式が提案されているが、広範囲の視野角を検出領域とし、多数のターゲットを検出する場合には、ＦＣＭ方式が有望な技術の一つである（例えば、非特許文献１）。一般に、チャープ（Ｃｈｉｒｐ）方式の場合には、送受信信号間の周波数差を示すビート信号をＡＤ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換する。そのため、チャープ方式では、ＡＤ変換のサンプリング速度が抑えられ、ハードウェアに要求される仕様が緩やかとなる。
【００２０】
図１は、ＦＣＭ方式におけるレーダ装置の信号処理ブロック構成例を示す図である。なお、送信アンテナ、受信アンテナの配置は、後述する図４に示す構成であり、説明の簡易化のために、受信アンテナは、仮想受信アレイアンテナとして図示している。図１に示すように、レーダ装置は、仮想アレイアンテナ１０１−１，１０１−２，１０１−３，…と、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…と、ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｂｅａｍｆｏｒｍｉｎｇ）１０５と、電力算出部１０６と、閾値算出部１０７と、ピーク検出部１０８と、を有する。以下では、仮想アレイアンテナ１０１−１，１０１−２，１０１−３，…の各々を区別しない場合、仮想アレイアンテナ１０１と記載することがある。速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…の各々を区別しない場合、速度−距離マップ算出部１０２と記載することがある。
【００２１】
速度−距離マップ算出部１０２−１は、ＲＦＦＴ（Ｒａｎｇｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）１０３−１と、ＶＦＦＴ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ＦＦＴ）１０４−１と、を有する。速度−距離マップ算出部１０２−２，１０２−３，…も、速度−距離マップ算出部１０２−１と同様に、ＲＦＦＴとＶＦＦＴとを有する。
【００２２】
図１に示すレーダ装置は、仮想アレイアンテナ１０１−１，１０１−２，１０１−３，…ごとにおける２次元ＦＦＴ後の距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、位相差に基づいてターゲットの反射波の到来方向を推定するデジタルビームフォーム（ＤＢＦ）演算を実行する。レーダ装置は、ＤＢＦ演算された信号に対し、ピークサーチを行い、ピークリストを後段（図示せず）に出力する。
【００２３】
図１に示すレーダ装置では、アクティブ式のアレイアンテナの数が多いほど、アレイの合成利得が高まるため、反射断面積が小さく遠方に位置するターゲットの検出に有利である。送信アンテナおよび受信アンテナが複数構成され、個々の送受信アンテナ間のパスの違いを考慮してＤＢＦ演算を行う、いわゆるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉ−Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉ−Ｏｕｔｏｐｕｔ）方式の場合には、仮想アンテナ数分の合成利得が得られ、検出精度も大きくなる。
【００２４】
しかし、図１に示すレーダ装置は、（距離Ｂｉｎ）×（速度Ｂｉｎ）の数に応じて、ＤＢＦ演算を実行するため演算量が多くなる。例えば、距離Ｂｉｎ数が２５６で速度Ｂｉｎ数も２５６の場合、６５５３６回のＤＢＦ演算が施される。２次元測角の場合、ＤＢＦの演算量が垂直方向の角度Ｂｉｎの数倍となり、１次元側角よりも多くなる（例えば、図２１参照）。従って、図１のレーダ装置は、並列演算処理能力に長けたＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）等のハードウェアを用いることが前提となり、コストまたは消費電力の観点から不利である。
【００２５】
非特許文献１では、ピークサーチ方法について詳細が述べられていないものの、仮に、ＤＢＦ演算で最大電力となった方位を抽出し、全ての距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎで構成される２次元領域にてピークサーチすることによって、ピーク検出が困難になる場合がある。例えば、最大電力検出により、反射波の全方向成分が縮退して重なるため、フロアレベルが高くなり、反射レベルの低いピークの検出が困難となる（図２２参照）。例えば、様々な反射物が様々な方向および距離に存在する状況下では、或る方向に位置するターゲットの電力値がフロアレベルの上昇によってマスクされ、ピークとして検出されない。すなわち、図１のレーダ装置では、検出シーンの条件に関わらず、アレイ合成利得を十分に活かしきることが困難である。
【００２６】
逆に、ＤＢＦ演算で得られる全ての方位毎に独立して、２次元領域にてピークサーチする場合、ピークサーチの処理量が膨大になる。例えば、視野角が垂直方向で±１５度、水平方向で±５０度であって、ＤＢＦの角度精度を１度と仮定した場合、前述の最大電力方位を抽出してピークサーチする方法に比べ、処理量が３１×１０１倍となる。そのため、ＦＰＧＡまたはＡＳＩＣ等のハードウェアを用いた場合であっても、リアルタイム処理は困難である（図２３参照）。
【００２７】
一方、ソフトウェアによって柔軟に処理内容を変更できる、汎用的なデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）を用いる場合、レーダ装置は、例えば、図２に示す構成を有してよい。図２に示すレーダ装置は、図１に示したレーダ装置に対し、２次元ＦＦＴの出力信号の電力和を求め、各受信系統の電力和成分を加算しピークサーチを行う点が異なる。また、図２に示すレーダ装置は、図１のレーダ装置に対し、閾値を超えた所定の距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎで指定される信号に限定して、ＤＢＦ演算を実行する点が異なる。
【００２８】
一例として、ピークサーチによって閾値を超えたＢｉｎ数が１０００点であり、距離Ｂｉｎ数および速度Ｂｉｎ数が図１と同じ条件の場合、図１の構成に比べ、ＤＢＦ演算回数が１０００／６５５３６に節約される。ただし、図２のレーダ装置では、複数のアレイアンテナのアレイ合成利得が得られる前に、電力加算された信号が閾値と比較される。そのため、アレイ合成利得が得られていれば検出できたターゲットであっても、閾値以上という基準を満たさないため、ＤＢＦ演算の対象とならない場合がある。十分に低い閾値を設定すれば、ＤＢＦ演算が実行されるものの、演算量が増大し、熱雑音に起因するクラッタ等も多く検出され、誤検出の確率が高くなる。従って、ＤＢＦ前にピークサーチを実施する図２のレーダ装置は、図１に示したレーダ装置に対し、検出性能の観点においては不利となる。
【００２９】
以下で説明するレーダ装置は、視野角の領域が広い２次元測角レーダにおいて、演算量の増大を抑えながらも、アクティブ式の複数のアレイアンテナのアレイ合成利得を確保し、反射断面積が小さく、遠方に位置するターゲットの検出性能を向上させる。
【００３０】
（第１の実施の形態）
図３は、第１の実施の形態に係るレーダ装置の受信系統のブロック構成例を示す図である。図３に示すレーダ装置は、例えば、２次元測角レーダ装置であって、ＦＣＭ方式に基づいてターゲットを検出する。なお、送信アンテナ、受信アンテナの配置は、後述する図４に示す構成であり、説明の簡易化のために、受信アンテナは、仮想受信アレイアンテナとして図示している。
【００３１】
図３に示すように、レーダ装置の受信系統は、仮想アレイアンテナ１０１−１，１０１−２，１０１−３，…と、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…と、ＣＶＤＢＦ（Ｃｏａｒｓｅ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  ＤＢＦ）３０１と、判定部３０７−１，３０７−２，３０７−３，…と、ＯＲ部３０８と、ＦＶ／ＨＤＢＦ（Ｆｉｎｅ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｈｏｒｉｚｏｎａｌ  ＤＢＦ）３０９と、を有する。以下では、判定部３０７−１，３０７−２，３０７−３，…の各々を区別しない場合、判定部３０７と記載することがある。
【００３２】
速度−距離マップ算出部１０２−１は、ＲＦＦＴ１０３−１と、ＶＦＦＴ１０４−１と、を有する。速度−距離マップ算出部１０２−２，１０２−３，…は、速度−距離マップ算出部１０２−１と同様に、ＲＦＦＴとＶＦＦＴとを有する。速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…は、距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎを算出する。別言すれば、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…は、速度−距離マップを生成する。
【００３３】
判定部３０７−１は、ＣＨＤＢＦ（Ｃｏａｒｓｅ  Ｈｏｒｉｚｏｎａｌ  ＤＢＦ）３０２−１と、ピーク抽出部３０６−１，３０６−２，３０６−３，…と、を有する。ピーク抽出部３０６−１は、電力算出部３０３−１と、閾値設定部３０４−１と、比較部３０５−１と、を有する。ピーク抽出部３０６−２，３０６−３，…は、ピーク抽出部３０６−１と同様に、電力算出部と、閾値設定部と、比較部と、を有する。判定部３０７−２，３０７−３，…は、判定部３０７−１と同様に、ＣＨＤＢＦと、ピーク抽出部と、を有する。以下では、ピーク抽出部３０６−１，３０６−２，３０６−３，…の各々を区別しない場合、ピーク抽出部３０６と記載することがある。
【００３４】
図４に示す送信アンテナ配置パターンの送信アンテナ（図示せず）から送信波が出力される。送信波は、ターゲットにおいて反射する。ターゲットにおいて反射した反射波を図４に示す受信アンテナ配置パターン４０２で受信するため、仮想アレイアンテナ１０１−１，１０１−２，１０１−３，…は、受信した信号を送信フォーマットに基づいて分離した信号成分を出力する。例えば、時分割送信されている場合には、図４に示す受信アンテナ配置パターン４０２の受信アンテナで受信した信号を時分割で分離することで、それぞれの仮想アレイアンテナ毎の信号成分を構成する。
【００３５】
ＶＦＦＴ１０４−１は、ＲＦＦＴ１０３−１によって算出される距離毎に、速度差に起因するドップラ周波数シフト量に応じた複素信号を出力する。速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…は、受信アンテナ系統ごと（仮想アレイアンテナ１０１−１，１０１−２，１０１−３，…ごと）に、距離Ｂｉｎと速度Ｂｉｎとの組み合わせに対応した複素信号である、速度−距離マップを出力する。
【００３６】
ＣＶＤＢＦ３０１は、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…から出力される複素信号を入力し、垂直方向にＫ個（Ｋは正の整数）のビーム（ベクトル）を形成する。
【００３７】
ＣＨＤＢＦ３０２−１は、ＣＶＤＢＦ３０１から出力されるＫ個のベクトルのうちの１つのベクトルに対して、水平方向にＭ個（Ｍは正の整数）のビームを形成する。
【００３８】
ピーク抽出部３０６−１，３０６−２，３０６−３，…の各々は、ＣＨＤＢＦ３０２−１から出力されるＭ個のビームに対して、ピーク成分を抽出する。例えば、ピーク抽出部３０６−１の電力算出部３０３−１は、速度−距離マップ上における全てのＢｉｎに対して電力を算出する。閾値設定部３０４−１は、電力算出部３０３−１が算出した速度−距離マップ上における電力の分布形状に基づいて閾値を設定する。比較部３０５−１は、閾値設定部３０４−１によって設定された閾値と、電力算出部３０３−１が算出した各Ｂｉｎの電力とを比較する。比較部３０５−１は、電力算出部３０３−１が算出したＢｉｎの電力が閾値を超えた場合、信号をＯＲ部３０８に出力する。
【００３９】
ＯＲ部３０８は、判定部３０７の比較部から出力される信号を、ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９に出力する。ＯＲ部３０８は、対象とする距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、Ｋ×Ｍ個のビームのうち、いずれか一つが閾値を超えた場合、信号をＦＶ／ＨＤＢＦ３０９に出力する。
【００４０】
ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９は、ＯＲ部３０８から信号が出力された場合、垂直方向および水平方向のビームを形成し、反射波の到来方向を推定する。ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９は、ＣＶＤＢＦ３０１および判定部３０７が有するＣＨＤＢＦよりも高精細に（細かい角度で）、垂直方向および水平方向のビームを形成する。
【００４１】
別言すると、ＣＶＤＢＦ３０１および判定部３０７が有するＣＨＤＢＦは、ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９より粗いビームを形成する。判定部３０７は、粗いビームに基づく電力のピークサーチに基づいてターゲットを検出する。ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９は、粗いビームに基づいてターゲットが検出された場合、ターゲットの検出元となった距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、高精細にビームを形成する。
【００４２】
図４に示す受信アンテナ配置パターン４０２で受信された信号は、ミキサ（図示せず）によって、送信系統のチャープ信号の一部とミキシングされる。ミキシングされた信号は、帯域通過フィルタによって高調波成分等が除去される。高調波成分等が除去された信号は、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ）変換器（図示せず）によって、デジタル信号に変換され、仮想アレイアンテナ１０１毎に分離され、ＲＦＦＴ１０３に入力される。別言すると、ＲＦＦＴ１０３には、レーダと反射物との距離に比例したビート周波数の信号（デジタル信号）が入力される。
【００４３】
ＡＤ変換器のサンプリング速度は、レーダ装置とターゲットとの間の最大距離によって定まるビート周波数に対し、ナイキストの定理を満たす。このとき、直交信号をサンプリングし、複素信号としてＲＦＦＴ１０３に入力する場合には、折返しが発生しないため、ＲＦＦＴ１０３の出力信号は、全周波数領域が使用されてよい。
【００４４】
ＦＣＭ方式の場合、１フレーム内においてチャープ信号を所定回数繰返し送信し、ＲＦＦＴ１０３の出力信号を繰返し数分メモリに記憶する。ＶＦＦＴ１０４では、ＲＦＦＴ１０３から出力される距離Ｂｉｎの信号を、１フレーム内のチャープ信号の繰返し数分抽出し、ＦＦＴ演算することによりドップラ周波数シフトを求め、相対速度を示すインデックスを含む複素信号を出力する。ＶＦＦＴ１０４から出力される複素信号は、ＦＦＴによって信号対雑音比が向上する。
【００４５】
ここで、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｉｎｐｕｔ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｏｕｔｐｕｔ）方式における、ターゲットの反射波の到来方向推定には、送信アンテナを時分割で切り替える方式がある。この時、送信アンテナおよび受信アンテナの組み合わせによって区別される仮想アレイアンテナ毎に、ＲＦＦＴ結果が時間的に切り替えられて保持される。
【００４６】
例えば、図４に示すように送信アンテナ数が４本、受信アンテナ数が８本の場合には、３２本の仮想アレイアンテナ毎にＲＦＦＴ結果がメモリに保持される。また、ＶＦＦＴにおいても、仮想アレイごとに独立してドップラ周波数解析が実行される。図３のレーダ装置では、速度−距離マップが、仮想アレイアンテナ１０１の数に応じて、並列に出力される。
【００４７】
反射波の到来方向の推定方法について説明する。図４は、送信アンテナおよび受信アンテナの配置例を示す図である。送信アンテナ配置パターン４０１および受信アンテナ配置パターン４０２で定まる仮想アンテナアレイパターンは、仮想アンテナアレイパターン４０３で示される。なお、図４では、送信アンテナおよび受信アンテナの配置において、仮想アレイアンテナが直交座標系で周期的に並んだ配置となっているが、これに限定されない。
【００４８】
ここで、距離Ｂｉｎ＝ｒｂ、速度Ｂｉｎ＝ｖｂとし、仮想アレイアンテナのｘ座標＝α、ｙ座標＝βの位置の複素信号をＶ（α，β，ｖｂ，ｒｂ）と表わす。図５には、複素信号Ｖをいくつか示している。なお、Ｖ（１，１，ｖｂ，ｒｂ）またはＶ（１１，４，ｖｂ，ｒｂ）等に示すように、点線白色丸の複素信号については、仮想アレイアンテナ自体が存在しないためゼロである。
【００４９】
垂直方向および水平方向のアレイアンテナの間隔は、垂直方向および水平方向それぞれの最小アンテナ間隔の整数倍に制限される。図５の例では、仮想アレイアンテナは、垂直方向にＩ（＝４）個、水平方向にＪ（＝１１）個、配置される。
【００５０】
ＣＶＤＢＦ３０１は、垂直方向に仰角φ１，φ２，…，φＫのビームを形成するため、垂直方向Ｉ（＝４）行分のアンテナ配置に対して、ビームステアリングベクトルを乗算する。仮想アレイアンテナ間の垂直方向の最小アンテナ間隔をｄＶとしたとき、φ１方向の垂直方向用のビームステアリングベクトルａ（φ１）は、次の式（１）で示される。
【数１】
2020165724.tif 000003
【００５１】
垂直方向ビーム形成後のベクトルＶＢφ１（ｖｂ，ｒｂ）は、次の式（２）で示される。
【数２】
2020165724.tif 000004
【００５２】
ＶＢφ２（ｖｂ，ｒｂ），…ＶＢφＫ（ｖｂ，ｒｂ）は式（２）と同様に示される。
【００５３】
仰角φ１のビーム形成後のベクトルは、ＣＨＤＢＦ３０２に入力される。ＣＨＤＢＦ３０２は、水平方向にＭ個のビームを形成するため、ＣＶＤＢＦ３０１から出力されるベクトルＶＢに、水平方向用のビームステアリングベクトルを乗算する。仮想アレイアンテナ間の水平方向の最小アンテナ間隔をｄＨとしたとき、θ１方向へのビームステアリングベクトルｂ（θ１）は、次の式（３）で示される。
【数３】
2020165724.tif 000005
【００５４】
水平方向ビーム形成後の複素信号ＨＢφ１θ１（ｖｂ，ｒｂ）は、次の式（４）で示される。
【数４】
2020165724.tif 000006
【００５５】
ＨＢφ１θ２（ｖｂ，ｒｂ），ＨＢφ１θ３（ｖｂ，ｒｂ），…，ＨＢφ１θＭ（ｖｂ，ｒｂ）は式（４）と同様に示される。
【００５６】
ＣＨＤＢＦ３０２は、他の垂直方向ビーム形成後のベクトルにおける、水平方向ビーム形成後の複素信号ＨＢφ２θ１（ｖｂ，ｒｂ），ＨＢφ２θ２（ｖｂ，ｒｂ），ＨＢφ２θ３（ｖｂ，ｒｂ），…，ＨＢφ２θＭ（ｖｂ，ｒｂ），ＨＢφ３θ１（ｖｂ，ｒｂ），ＨＢφ３θ２（ｖｂ，ｒｂ），ＨＢφ３θ３（ｖｂ，ｒｂ），…，ＨＢφ３θＭ（ｖｂ，ｒｂ），…，ＨＢφＫθＭ（ｖｂ，ｒｂ）を同様に算出する。これら複素信号は、速度−距離マップ上における、電力ピークを抽出するピーク抽出部３０６−１に入力される。
【００５７】
ピーク抽出部３０６は、入力された複素信号の電力を算出し、算出した電力が速度−距離マップ上の近接する領域の平均電力よりも大きいか否かを判定する。好適には、ＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｆａｕｌｓｅ  Ａｒａｍ  Ｒａｔｅ）方式が適用されてよい。ただし、ピーク抽出部３０６は、演算量削減のため、近接する領域の平均電力に関わらず、一定値を閾値として設定してもよい。
【００５８】
ピーク抽出部３０６は、垂直および水平のＫ×Ｍ個のビームに対して、電力値が閾値を超過しているかどうかを並列的に比較する。一つでも閾値を超える電力値のビームが存在する場合には、閾値を超えた電力値の算出元となった距離Ｂｉｎ＝ｒｂ，速度Ｂｉｎ＝ｖｂのＶＦＦＴ出力信号Ｖ（α，β，ｖｂ，ｒｂ）が、ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９に入力され、高精度な到来方向推定演算が実行される。例えば、ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９は、ＣＶＤＢＦ３０１およびＣＨＤＢＦ３０２より多い数のビーム（Ｋ×Ｍ個より多いビーム）を用いて、細かい角度で到来方向推定演算を実行する。
【００５９】
ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９の後段には、ピーク抽出部３０６の電力算出部３０３、閾値設定部３０４、および比較部３０５と同様の電力算出部、閾値設定部、および比較部（図示せず）が接続される。ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９の後段の電力算出部、閾値設定部、および比較部は、ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９から出力される複素信号の電力ピークを抽出する。これにより、レーダ装置は、ターゲットの方向、距離、および速度を検出する。
【００６０】
図６Ａ〜図６Ｃは、図３に示すレーダ装置の処理例を示したフローチャートである。レーダ装置は、（ｉ×ｊ）番目のチャープ信号に対応するビート信号を抽出する（ステップＳ１）。例えば、図４に示すアンテナ配置パターンでは、ｉ＝１〜４、ｊ＝１〜８。
【００６１】
レーダ装置は、ｉ番目の仮想アレイアンテナ１０１に対応するビート信号を抽出する（ステップＳ２）。
【００６２】
レーダ装置は、ビート信号からターゲットの距離を導出するＲＦＦＴを実行する（ステップＳ３）。
【００６３】
レーダ装置は、ＲＦＦＴの実行結果（距離Ｂｉｎごとのデータ）をメモリに保存する（ステップＳ４）。
【００６４】
レーダ装置は、全仮想アレイアンテナ１０１の数（図４の４×８＝３２）に応じて、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理を実行したか否かを判定する（ステップＳ５）。レーダ装置は、全仮想アレイアンテナ１０１の数に応じて、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理を実行しない場合（Ｓ５の「Ｎｏ」）、処理をステップＳ２に移行する。
【００６５】
一方、レーダ装置は、全仮想アレイアンテナ１０１の数に応じて、ステップＳ２〜ステップＳ４の処理を実行した場合（Ｓ５の「Ｙｅｓ」）、１フレーム分の処理を実行したか否かを判定する（ステップＳ６）。レーダ装置は、１フレーム分処理を実行していない場合（Ｓ６の「Ｎｏ」）、処理をステップＳ１に移行する。
【００６６】
一方、レーダ装置は、全仮想アレイアンテナ数分、ステップＳ１〜ステップＳ５の処理を実行した場合（Ｓ６の「Ｙｅｓ」）、ｋ番目の距離Ｂｉｎに対し、ＶＦＦＴを実行する（ステップＳ７）。レーダ装置は、ＶＦＦＴの実行結果（速度Ｂｉｎごとのデータ）をメモリに保存する。
【００６７】
レーダ装置は、ステップＳ３〜ステップＳ４にて算出した距離Ｂｉｎの全てに対し、ステップＳ７のＶＦＦＴを実行したか否かを判定する（ステップＳ８）。レーダ装置は、ステップＳ３〜ステップＳ４にて算出した距離Ｂｉｎの全てに対し、ステップＳ７のＶＦＦＴを実行していない場合（Ｓ７の「Ｎｏ」）、処理をステップＳ７に移行する。
【００６８】
一方、レーダ装置は、ステップＳ３〜ステップＳ４にて算出した距離Ｂｉｎの全てに対してステップＳ７のＶＦＦＴを実行した場合（Ｓ８の「Ｙｅｓ」）、全ての仮想アレイアンテナにおける速度−距離マップの距離Ｂｉｎ＝ｍおよび速度Ｂｉｎ＝ｎをメモリから抽出する（図６ＢのステップＳ９）。
【００６９】
レーダ装置は、垂直方向にｏ番目の粗いビームを形成する（ステップＳ１０）。
【００７０】
レーダ装置は、水平方向にｐ番目の粗いビームを形成し、例えば、メモリ上に仮想的に形成された速度−距離マップの（ｍ，ｎ）に電力値を保存する（ステップＳ１１）。
【００７１】
レーダ装置は、水平方向にＭ個（ステップＳ１１の処理をＭ回）処理したか否かを判定する（ステップＳ１２）。レーダ装置は、水平方向にＭ個処理していない場合（Ｓ１２の「Ｎｏ」）、処理をステップＳ１１に移行する。
【００７２】
一方、レーダ装置は、水平方向にＭ個処理した場合（Ｓ１２の「Ｙｅｓ」）、垂直方向にＫ個（ステップＳ１０の処理をＫ回）処理したか否かを判定する（ステップＳ１３）。レーダ装置は、垂直方向にＫ個処理していない場合（Ｓ１３の「Ｎｏ」）、処理をステップＳ１０に移行する。
【００７３】
一方、レーダ装置は、垂直方向にＫ個処理した場合（Ｓ１３の「Ｙｅｓ」）、全ての距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、ステップＳ１０およびステップＳ１１の処理を実行したか否かを判定する（ステップＳ１４）。レーダ装置は、全ての距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、ステップＳ１０およびステップＳ１１の処理を実行していない場合（Ｓ１４の「Ｎｏ」）、処理をステップＳ９に移行する。
【００７４】
一方、レーダ装置は、全ての距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、ステップＳ１０およびステップＳ１１の処理を実行した場合（Ｓ１４の「Ｙｅｓ」）、垂直方向ｏおよび水平方向ｐの方向の速度−距離マップをメモリから抽出する（ステップＳ１５）。
【００７５】
レーダ装置は、速度軸と距離軸との電力の２次元ピークサーチを実行する（ステップＳ１６）。なお、レーダ装置は、速度軸と距離軸との電力の閾値判定を実行してもよい。
【００７６】
レーダ装置は、ステップＳ１６の処理にて電力のピークを抽出した場合、例えば、メモリ上に仮想的に形成された検出結果マップの対応する距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎにフラグを立てる（図６ＣのステップＳ１７）。例えば、レーダ装置は、検出結果マップの対応する距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに１を格納する。
【００７７】
レーダ装置は、全ての距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、ステップＳ１６およびステップＳ１７の処理を実行したか否かを判定する（ステップＳ１８）。レーダ装置は、全ての距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、ステップＳ１６およびステップＳ１７の処理を実行していない場合（Ｓ１８の「Ｎｏ」）、処理を図６ＢのステップＳ１６に移行する。
【００７８】
一方、レーダ装置は、全ての距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、ステップＳ１６およびステップＳ１７の処理を実行した場合（Ｓ１８の「Ｙｅｓ」）、垂直方向にＫ個、水平方向にＭ個、ステップＳ１５〜ステップＳ１７の処理を実行したか否かを判定する（ステップＳ１９）。すなわち、レーダ装置は、Ｋ×Ｍ個のビーム方向における速度−距離マップの距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、２次元ピークサーチを行ったか否かを判定する。レーダ装置は、Ｋ×Ｍ個のビーム方向における速度−距離マップの距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、２次元ピークサーチを行っていない場合（Ｓ１９の「Ｎｏ」）、処理を図６ＢのステップＳ１５に移行する。
【００７９】
一方、レーダ装置は、Ｋ×Ｍ個のビーム方向における速度−距離マップの距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対し、２次元ピークサーチを行った場合（Ｓ１９の「Ｙｅｓ」）、検出結果マップで１となっている距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎを抽出する（ステップＳ２０）。
【００８０】
レーダ装置は、ステップＳ２０にて抽出した距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに対応するＶＦＴＴ出力の複素信号Ｖ（α，β，ｖｂ，ｒｂ）に対し、Ｋ×Ｍを超えるビーム数において、ＤＢＦを実行する（ステップＳ２１）。これにより、レーダ装置は、ターゲットの距離、速度（相対速度）、および方向を取得する。
【００８１】
レーダ装置は、検出マップにおいて、１となっている距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎを全て抽出したか否かを判定する（ステップＳ２２）。レーダ装置は、検出マップにおいて、１となっている距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎを全て抽出していない場合（Ｓ２２の「Ｎｏ」）、処理をステップＳ２０に移行する。
【００８２】
一方、レーダ装置は、検出マップにおいて、１となっている距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎを全て抽出した場合（Ｓ２２の「Ｙｅｓ」）、当該フローチャートの処理を終了する。
【００８３】
以上説明したように、レーダ装置の複数の受信アレイアンテナ（図４の受信アンテナ配置パターン４０２）は、ターゲットの反射波を受信し、レーダ装置は、仮想アレイアンテナ１０１毎に分離し、それぞれの仮想アレイアンテナ系統毎に信号処理を行う。レーダ装置の速度−距離マップ算出部１０２は、複数の実アレイアンテナが受信した反射波を仮想アレイアンテナ１０１毎に分離した信号に基づいて、ターゲットの距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎを示す複素信号を出力する。レーダ装置のＣＶＤＢＦ３０１、判定部３０７、ＯＲ部０８、およびＦＶ／ＨＤＢＦ３０９は、複素信号に対して２次元方向の第１のビームフォーミングを実行して得られた複素信号の電力の大きさに基づいて、複素信号に対して第１のビームフォーミングより細かい角度で２次元方向の第２のビームフォーミングを実行する。これにより、レーダ装置は、演算量の増大を抑え、ターゲットの検出性能を向上できる。
【００８４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、レーダ装置は、距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎで定まる複数の領域毎に、垂直および水平のビーム数と、ビームスキャンの角度とが、個別に設定される。
【００８５】
図７は、第２の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図である。図７において、図３と同じものには同じ符号が付してある。
【００８６】
図７に示すレーダ装置は、図３に示したレーダ装置に対し、ビーム設定部６０１を有する。ビーム設定部６０１は、速度−距離マップの距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎの位置によって、ＣＶＤＢＦ３０１およびＣＨＤＢＦ３０２−１が形成するビームの数を変える。別言すると、ビーム設定部６０１は、速度−距離マップの距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎの位置によって、ＣＶＤＢＦ３０１およびＣＨＤＢＦ３０２−１が形成するビームの粗さを変える。
【００８７】
図８は、速度−距離マップ上におけるビーム数の設定例を説明する図である。ビーム設定部６０１は、速度−距離マップの距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎの位置によって、ＣＶＤＢＦ３０１およびＣＨＤＢＦ３０２−１が形成するビームの数（垂直方向Ｋｉ、水平方向Ｍｉ）を変える。
【００８８】
ビーム設定部６０１は、レーダ装置近傍の距離Ｂｉｎにおいては、垂直および水平の両方において広角にターゲットを検出するため、ビーム数を（Ｋｉ，Ｍｊ）＝（Ｋ０，Ｍ０）に設定する。
【００８９】
ビーム設定部６０１は、距離Ｂｉｎがｒ０からｒ１の中距離においては、垂直方向に対して処理対象角度を限定し、Ｋ１（Ｋ１＜Ｋ０）とする。別言すれば、ビーム設定部６０１は、距離Ｂｉｎがｒ０からｒ１の中距離においては、垂直方向のビーム数を減らす。
【００９０】
ビーム設定部６０１は、距離Ｂｉｎがｒ１以上の遠方においては、速度Ｂｉｎがｖ０より大きい場合には、水平方向の処理対象角度を限定させ（Ｋｉ，Ｍｊ）＝（Ｋ１，Ｍ１）（Ｍ１＜Ｍ０）に設定する。ビーム設定部６０１は、距離Ｂｉｎがｒ１以上の遠方においては、ｖ０以下の場合には、垂直方向もさらに限定させるべく（Ｋｉ，Ｍｊ）＝（Ｋ２，Ｍ２）（Ｍ２＜Ｍ１）に設定する。
【００９１】
以上説明したように、レーダ装置のビーム設定部６０１は、ターゲットの距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに基づいて、垂直方向のビーム数および水平方向のビーム数を変更する。
【００９２】
このように、ビーム設定部６０１は、距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに応じて、ビーム数を限定するので、処理量を節約できる。例えば、ビーム設定部６０１は、遠方のビームの角度を限定することにより、処理量を節約できる。
【００９３】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、レーダ装置は、ＤＦＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）の演算量を削減するために、ポイント数を２のべき乗にし、ＦＦＴを実行する。
【００９４】
図９は、第３の実施の形態に係るＣＨＤＢＦ３０２−１のブロック構成例を示す図である。図９には、図３で説明したＣＨＤＢＦ３０２−１と、図３で説明した電力算出部３０３−１とが示してある。図９に示すように、ＣＨＤＢＦ３０２−１は、ゼロ挿入部８０１−１と、Ｈ−ＤＦＦＴ（Ｈ−Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ＦＦＴ）８０２−１と、を有する。
【００９５】
垂直方向および水平方向の角度精度が同程度であり、視野角については、垂直方向よりも水平方向の方が広く、水平方向の演算量が大きい場合を想定する。道路を走行する車両にレーダ装置を搭載する場合、レーダ装置およびターゲットの移動方向は、ほぼ水平面に収まる。そのため、レーダ装置が検出する中心軸方向は、水平面と平行に設置してもよく、垂直方向の視野角よりも水平方向の視野角を広くしてもよい。
【００９６】
反射波の到来方向を粗く推定するためのビーム数は、垂直方向および水平方向において、例えば、送受信アンテナで構成されるビーム幅（半値角）で、対象とする視野角を除した数程度に設定されることが好適である。すなわち、反射波の到来方向を粗く推定するためのビーム数は、隣接するビームの境界付近でのアレイの合成利得の低下が、ビーム中心よりも３ｄＢ程度に収まるように設定される。
【００９７】
例えば、水平方向において、視野角が±５０度で、送受信アンテナで構成されるビーム幅が１０度の場合、水平方向のビーム数は、１００÷１０＝１０程度とする。垂直方向のビーム幅も同様にビーム幅を１０度とし、視野角を±１５度とした場合、垂直方向のビーム数は３とする。このように、水平方向の演算量は、垂直方向よりも多いことが想定される。そこで、ＣＨＤＢＦ３０２−１のゼロ挿入部８０１−１は、Ｈ−ＤＦＦＴ８０１−１がＦＦＴ処理する際、データを０でパディングし、ＦＦＴ処理するデータのポイント数を２のべき乗とする。
【００９８】
より具体的には、図５に示したように、水平方向のアレイアンテナ間の間隔が、最小アンテナ間隔の整数倍に制限され、水平方向にＪ（＝１１）個の幅に収まる場合、ＣＨＤＢＦ３０２−１は、ビーム数の１０と、Ｊ（＝１１）との両方を超え、最小の２のべき乗となる、１６ポイントのＦＦＴを実施する。
【００９９】
第１の実施の形態および第２の実施の形態では、ＣＨＤＢＦ３０２−１は、要素数がＪ（＝１１）のビームステアリング演算を行っていたのに対し、第３の実施の形態では、ゼロ挿入部８０１−１がＦＦＴ処理されるデータにゼロを５個挿入し、Ｈ−ＤＦＦＴ８０２−１が１６ポイントのＦＦＴを実行する。
【０１００】
なお、ステアリングベクトルを用いた演算によるＤＢＦの場合には、推定角度を任意に設定して演算できるため、一定の角度間隔で推定することが可能である。一方、ＦＦＴ演算の場合、空間的に一定間隔でサンプルすることと等価となるため、例えば、１６ポイントのＦＦＴであれば、次の式（５）で示される角度間隔でビームが出力される。
【数５】
2020165724.tif 000007
【０１０１】
具体的には、ビームは、３．５８度、７．１８度、１０．８１度、…６９．６３度、９０度の間隔で出力され、中心角度（０度）から離れるほど、粗い角度間隔となる。視野角領域内において、ビームの角度間隔が、送受信アンテナで構成されるビーム幅と同等以下であるように、ＦＦＴポイント数を設定すると好適である。例えば、水平方向の視野角が±５０度の場合、５０度付近での角度間隔が５．２度程度であり、送受信アンテナで構成されるビーム幅が１０度であれば、ＦＦＴポイント数は十分である。
【０１０２】
以上説明したように、レーダ装置のＣＨＤＢＦ３０２は、入力されるデータにゼロを挿入してＦＦＴのポイント数を２のべき乗とする。これにより、レーダ装置のＣＨＤＢＦ３０２は、ＦＦＴの演算量を抑制できる。
【０１０３】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、推定角度誤差を最小化する。角度推定誤差の要因としては、例えば、送受信アンテナアレイの各々と、送信側パワーアンプとの間の配線長の違い、または、受信アンテナアレイの各々と、受信側低雑音アンプとの間の配線長の違い等がある。また、受信アンテナアレイの結合度の影響によって生じる角度誤差がある。
【０１０４】
図１０は、第４の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図である。図１０において、図３と同じものには同じ符号が付してある。
【０１０５】
図１０に示すレーダ装置は、図３に示したレーダ装置に対し、校正部９０１を有する。校正部９０１は、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…から出力される複素信号を校正し、配線長の違い等によって生じる推定角度誤差を抑制する。
【０１０６】
図１０に示すレーダ装置を運用する前に、レーダ装置の正面方向において、任意の距離に反射断面積の大きい反射物（校正装置）を設置する。そして、校正部９０１に、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…から出力される複素信号Ｖ（α，β，ｖｂ０，ｒｂ０）を測定させる。ｒｂ０は、校正装置を設置した距離に相当する距離Ｂｉｎである。ｖｂ０は、相対速度がゼロの速度Ｂｉｎである。α，βは、仮想アレイアンテナ１０１−１，１０１−２，１０１−３，…の位置（ｘ，ｙ座標）を示す。
【０１０７】
なお、配線長等に基づく角度推定誤差は、レーダ運用中に大きく変化するものではない。従って、事前に校正用データとして測定し、予めレーダ装置のメモリに記憶させてよい。そして、レーダ装置は、運用中にメモリに記憶した校正用データを用いて信号を校正してよい。
【０１０８】
校正部９０１は、運用時には、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…から出力される複素信号に、次の式（６）で示される値を乗算する。
【数６】
2020165724.tif 000008
【０１０９】
式（６）の分母は、校正によって得られた複素信号である。従って、レーダ装置の正面に反射物が位置する場合、校正部９０１から出力される複素信号は全て１となり、ＤＢＦ演算後における角度０度方向の電力は、最大電力となる。
【０１１０】
近接する仮想アンテナアレイ１０１間の結合度の影響が、角度方向によって異なる場合には、推定誤差に角度依存性が生じる。そこで、推定するそれぞれの角度毎に、複素信号Ｖ（α，β，ｖｂ０，ｒｂ０）を事前に測定しておき、ＤＢＦにおけるビームステアリングベクトルに乗算する。
【０１１１】
図１１は、第４の実施の形態に係るレーダ装置の別のブロック構成例を示す図である。図１１において、図３と同じものには同じ符号が付してある。図１１に示すレーダ装置は、図３に示したレーダ装置に対し、ビームステアリングベクトルを校正する校正部１００１を有する。
【０１１２】
校正部１００１は、あらかじめ校正したビームステアリングベクトルを保持する。例えば、校正部１００１は、垂直方向のビームステアリングベクトルに、次の式（７）に示す校正用ベクトルｃ（φ１，１），ｃ（φ１，２），ｃ（φ１，３），ｃ（φ１，４）を乗算する。校正用ベクトルは、例えば、運用前に予め測定する。
【数７】
2020165724.tif 000009
【０１１３】
図１２は、第４の実施の形態に係るレーダ装置の別のブロック構成例を示す図である。図１２において、図１０および図１１と同じものには同じ符号が付してある。図１２に示すレーダ装置は、図１０で説明した校正部９０１と、図１１で説明した校正部１００１とを有する。また、図１２に示すＣＨＤＢＦ３０２−１は、第３の実施の形態（図９）で説明したブロック構成を有する。
【０１１４】
第３の実施の形態に係るレーダ装置（ＦＦＴによりＤＢＦ演算するレーダ装置）に、校正用ベクトルを適用することは、ＦＦＴの回転子を変更することに相当する。従って、第４の実施の形態のレーダ装置では、例えば、垂直方向においては、ＤＦＴ演算によるＤＢＦを実行して、校正用ベクトルを乗じたビームステアリングベクトルを適用し、水平方向においては、ＦＦＴ演算によるＤＢＦを実行する。すなわち、図１２のレーダ装置では、校正部９０１によって配線長に起因する角度依存性の少ない校正用ベクトルをＶＦＦＴ１０４−１の出力に適用し、校正部１００１によって垂直方向のビームステアリングベクトルに対して、垂直角度依存性を踏まえた校正用ベクトルを適用する。
【０１１５】
本開示のレーダ装置では、例えば、パッシブ式のアンテナパッチを垂直方向に積み重ねてよい。この場合、隣接アンテナ間での結合の影響は、垂直方向側に大きく表れる。従って、水平方向に、校正用ベクトルを乗じたビームステアリングベクトルを適用しなくても、隣接アンテナ間結合の影響を限定化することが可能となる。
【０１１６】
以上説明したように、レーダ装置の校正部９０１は、装置固有の角度誤差を補正する校正信号を、速度−距離マップ算出部１０２から出力される複素信号に乗算する。これにより、レーダ装置は、ターゲットの検出精度を向上できる。
【０１１７】
また、レーダ装置の校正部１００１は、仮想アレイアンテナ１０１間の角度誤差を補正する校正信号を、ＣＶＤＢＦ３０１およびＣＨＤＢＦ３０２のステアリングベクトルに乗算する。これにより、レーダ装置は、ターゲットの検出精度を向上できる。
【０１１８】
（第５の実施の形態）
送受信アンテナで構成されるビーム幅（半値角）が視野角に比べて狭い場合、ビーム数を増やし、視野角の全領域を網羅する。しかし、ビーム数が増加することによって、レーダ装置の演算量が多くなる。第５の実施の形態では、ある程度のアレイ合成利得の低下を許容し、ビーム合成に用いる送受信アンテナの系統を限定し、ビーム数を抑制する。
【０１１９】
図１３は、第５の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図である。図１３において、図３と同じものには同じ符号が付してある。
【０１２０】
図１３に示すレーダ装置は、図３に示したレーダ装置に対し、ウェイト部１３０１を有する。ウェイト部１３０１は、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…から出力される複素信号に対し、重み付けを行う。
【０１２１】
図１４は、仮想アンテナアレイの配置例を示す図である。送信アンテナおよび受信アンテナは、図４に示したように配置される。この場合において、ウェイト部１３０１は、複素信号にウェイトを乗算し、中心付近の仮想アレイアンテナにおいて、ビームを形成する。例えば、ウェイト部１３０１は、図１４の薄いハッチングで示す仮想アレイアンテナの複素信号にゼロを乗算してよい。または、ウェイト部１３０１は、図１４の薄いハッチングで示す仮想アレイアンテナの複素信号に、１より小さい正の値のウェイトを乗算してよい。または、ウェイト部１３０１は、仮想アレイアンテナの端に近づく程小さくなる、１より小さい正の値のウェイトを乗算してよい。
【０１２２】
図１４の例では、３２アレイ中、１４アレイがビーム形成に使用されるため、アレイ合成利得は３ｄＢ以上劣化してしまうものの、ビーム幅が広がるため、使用されるビーム数が低減され、処理量が抑制される。また、端付近の仮想アンテナアレイに対し、ゼロでない値をウェイトとして乗算することで、サイドローブを低減できる。また、同じ距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに複数の反射物が存在する場合にも、誤検出の確率を低減できる。
【０１２３】
以上説明したように、レーダ装置のウェイト部１３０１は、速度−距離マップ算出部１０２から出力される複素信号にウェイトを乗算する。これにより、レーダ装置は、演算量を抑制できる。
【０１２４】
（第６の実施の形態）
第６の実施の形態では、図３に示したレーダ装置が、図２で説明したＤＢＦ前のピークサーチを実行する。
【０１２５】
図１５は、第６の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図である。図１５において、図２および図３と同じものには同じ符号が付してある。
【０１２６】
図１５に示すレーダ装置は、図３に示したレーダ装置に対し、図２で説明した電力算出部２０１と、閾値算出部１０７と、ピーク検出部１０８と、を有する。また、図１５に示すレーダ装置は、図３に示したレーダ装置に対し、ビーム設定部６０１を有する。すなわち、図１５に示すレーダ装置は、図３に示したレーダ装置に対し、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…と、ＯＲ部３０８との間に、図２に示したＤＢＦ前にピークサーチを実行する構成が並列に挿入される。
【０１２７】
図１５に示すレーダ装置は、例えば、車両に搭載される。ビーム設定部６０１には、車両の舵角情報が入力される。舵角情報は、ステアリングホイールの舵角情報であってもよい。
【０１２８】
ビーム設定部６０１は、後述するが、入力される舵角情報に基づいて、ビームを形成する方向を判定する。これにより、レーダ装置は、ビーム設定部６０１が判定した角度において、アレイ合成利得が得られ、遠方における反射断面積の小さいターゲットの検出が可能となる。
【０１２９】
車両に搭載されるレーダ装置は、車両の走行方向によって、ターゲットを検出する方向の重要度が変わる。車両に搭載されたレーダ装置は、車両の舵角情報に基づいて、ターゲットを検出するビームの方向を変更する。
【０１３０】
例えば、図１６Ａに示すレーダ装置１５０２は、図１５に示したレーダ装置である。レーダ装置１５０２は、車両１５０１の後方のターゲット（自転車１５０３）を検出する。レーダ装置１５０２は、例えば、車両１５０１の左後方部に搭載される。また、レーダ装置１５０２は、車両１５０１の前から後に向かう方向を基準として、レーダ装置１５０２の正面が、左４５度傾いて搭載される。
【０１３１】
車両１５０１の後方には、自転車１５０３が走行している。自転車１５０３は、車両１５０１と同一方向に進んでいる。
【０１３２】
ビーム設定部６０１は、舵角情報が０度の場合、ＣＶＤＢＦ３０１およびＣＨＤＢＦ３０１−２を制御し、水平方向に関して−４５度（レーダ装置１５０２の正面から左側に４５度）の方向にビーム１５０５を形成する。例えば、ビーム設定部６０１は、ＣＶＤＢＦ３０１のビーム数ＫおよびＣＨＤＢＦ３０１−２のビーム数Ｍを制御して、ビーム１５０５を形成する。すなわち、ビーム設定部６０１、ＣＶＤＢＦ３０１、および判定部３０７−１，３０７−２，３０７−３，…は、アレイ合成利得を向上し、自転車１５０３等のターゲットの有無を検出する。
【０１３３】
一方、レーダ装置１５０２の電力算出部２０１、閾値算出部１０７、およびピーク検出部１０８は、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…から出力される複素信号の電力の総和を算出し、算出した総和電力に基づいて、速度−距離マップ算出部１０２−１，１０２−２，１０２−３，…から出力される複素信号の電力のピークサーチを行う。図１６Ａに示す範囲１５０４は、電力算出部２０１、閾値算出部１０７、およびピーク検出部１０８に基づくターゲットの検出範囲を示す。
【０１３４】
すなわち、ビーム設定部６０１、ＣＶＤＢＦ３０１、および判定部３０７−１，３０７−２，３０７−３，…は、ターゲットの検出範囲が車両１５０１の後方（ビーム１５０５に示す部分）に限られるが、電力算出部２０１、閾値算出部１０７、およびピーク検出部１０８より、遠くのターゲットを検出できる。一方、電力算出部２０１、閾値算出部１０７、およびピーク検出部１０８は、ビーム設定部６０１、ＣＶＤＢＦ３０１、および判定部３０７−１，３０７−２，３０７−３，…より、ターゲットの検出距離が小さいが、広範囲（範囲１５０４に示す部分）においてターゲットを検出できる。なお、車両１５０１と自転車１５０３とが同じ水平面に存在していると仮定すれば、垂直方向のビームは、中心（０度）方向としてよい。
【０１３５】
ビーム設定部６０１は、舵角情報が左４５度の場合、ＣＶＤＢＦ３０１およびＣＨＤＢＦ３０１−２を制御し、水平方向に関して−４５度（レーダ装置１５０２の正面から左側に４５度）の方向にビームを形成させる。例えば、ビーム設定部６０１は、図１６Ｂに示すように、レーダ装置１５０２の正面方向にビーム１５０６が形成される。
【０１３６】
以上説明したように、レーダ装置の電力算出部２０１、閾値算出部１０７、およびピーク検出部１０８は、速度−距離マップ算出部１０２から出力される複素信号の電力の総和を算出し、ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９は、複素信号の電力の総和に基づいて、ＣＶＤＢＦ３０１およびＣＨＤＢＦ３０２より細かい角度のビームフォーミングを実行する。レーダ装置のビーム設定部６０１は、レーダ装置を搭載した車両１５０１の舵角情報に基づいて、ＣＶＤＢＦ３０１の垂直方向におけるビーム数およびＣＨＤＢＦ３０２の水平方向におけるビーム数を設定する。これにより、レーダ装置は、例えば、車両１５０１の進行方向が変更されても、車両１５０１の周囲のターゲットを適切に検出できる。
【０１３７】
（第７の実施の形態）
同一のターゲットは、時間的に連続して検出され得る。第７の実施の形態では、この性質を利用し、少ない演算量でターゲットの検出性能を向上させる。
【０１３８】
図１７は、速度−距離マップの一例を示す図である。図１７には、時刻ｔ０−１における速度−距離マップと、時刻ｔ０における速度−距離マップと、時刻ｔ０＋１における速度−距離マップと、が示してある。
【０１３９】
時刻ｔ０−１の速度−距離マップは、距離Ｂｉｎがｒ（ｔ０−１）、速度Ｂｉｎがｖ（ｔ０−１）の位置にターゲットが検出された様子を示す。
【０１４０】
時刻ｔ０の速度−距離マップは、ターゲットが時刻ｒ０−１と同じ速度Ｂｉｎで検出され、距離Ｂｉｎが遠方のｒ（ｔ０）の位置に移動している様子を示す。
【０１４１】
このように、レーダ装置とターゲットとの相対速度が一定であれば、次のフレームで検出されるターゲットの距離Ｂｉｎに関して、予測が可能である。ターゲットは、一定の大きさを有し、反射点も変化するため、完全な予測が困難であるが、ある程度の予測は可能である。１つの距離Ｂｉｎの幅Δｒ、フレーム周期をＴｆとしたとき、速度がｖ（ｔ０）で等速直線運動している場合、距離Ｂｉｎのシフト量は、次の式（８）で示される。
【数８】
2020165724.tif 000010
【０１４２】
レーダ装置とターゲットと間の相対速度が同じ場合、１つの距離Ｂｉｎの幅が狭い程（高分解能である程）、また、フレーム周期Ｔｆが長く、ドップラ周波数分解能が高い程（速度Ｂｉｎの幅が狭い程）、次フレームでシフトする距離Ｂｉｎ数が大きくなる。
【０１４３】
ここで、相対速度が変化する場合、例えば、時刻ｔ０＋１のタイミングで、相対速度差が大きくなった場合、ターゲットは、図１７の時刻ｔ０＋１の速度−距離マップに示すように、｜ｒ（ｔ０）−ｒ（ｔ０−１）｜よりもさらに遠方に移動する。
【０１４４】
なお、ターゲットの反射断面積は、レーダ装置との相対的な角度関係によって異なる。また、ターゲットが移動する場合、ターゲットの反射断面積は、刻一刻と変化し、大きく変化する場合がある。さらに、ターゲットの反射断面積の変化以外にも、地面または近傍の壁等によるマルチパスの影響や、単純な距離減衰の影響も加わり、ターゲットの反射レベルは、同じターゲットであってもフレーム毎に大きく変化する場合がある。
【０１４５】
つまり、遠方において反射断面積が小さいターゲットであっても、反射レベルが大きくなる瞬間が存在する。レーダ装置は、この反射レベルが大きくなる瞬間を捉え、一旦捉えた後は、その距離Ｂｉｎのシフト量を予測し、次のフレームで反射レベルが大きく低下してもターゲットを検出し続け、閾値を適応的に制御してよい。
【０１４６】
例えば、レーダ装置は、時刻ｔ０−１において、距離Ｂｉｎがｒ（ｔ０−１）、速度Ｂｉｎがｖ（ｔ０−１）の位置にターゲットを検出した場合、次のフレーム時刻ｔ０におけるターゲットの位置範囲を予測する。レーダ装置は、予測したターゲットの位置範囲の閾値を、他の領域より低く設定する。より具体的には、図１８に示す領域１７０１は、ターゲットの予測位置範囲を示す。レーダ装置は、領域１７０１の閾値を、他の領域よりも低く設定する。レーダ装置は、次のフレームにおいて、ターゲットの反射レベルが大きく低下した場合でも、連続して検出する可能性が高まる。
【０１４７】
領域１７０１の速度Ｂｉｎ方向における幅の設定方法として、レーダ装置は、例えば、前時刻（ｔ０−１）におけるターゲットの速度Ｂｉｎの±Ｗにおける範囲を、領域１７０１の速度Ｂｉｎ方向における幅とする。領域１７０１の距離Ｂｉｎ方向における幅の設定方法として、レーダ装置は、例えば、速度Ｂｉｎが示す速度の正負、および、速度の絶対値に基づいて、最遠方候補とする距離Ｂｉｎと、最近傍候補とする距離Ｂｉｎとを設定する。レーダ装置は、速度の絶対値が小さいほど、次のフレームでシフトする距離Ｂｉｎ数を少なくする。
【０１４８】
図１７および図１８では、検出されるターゲットが１つの場合を示しているが、複数の場合には、検出されるターゲット各々に対して、独立に領域を設定する。
【０１４９】
レーダ装置は、速度−距離マップ上における閾値を適応的に変化させ、ピークリストを増大させることなく、反射断面積の小さいターゲットも判定できる。つまり、レーダ装置は、例えば、ＣＦＡＲ等の処理量の多い判定方法を用いなくて済み、閾値比較によって、ターゲット判定ができる。
【０１５０】
なお、レーダ装置は、閾値を全体的に下げてピークリストを出力し、後段のトラッキング部における時定数等を調整することで、誤判定を防ぐことも可能である。しかし、この方法では、ターゲットの検出結果が得られるまでの処理時間等が長くなるなどの弊害が生じる。
【０１５１】
閾値を下げる領域の大きさは、レーダ装置が適用される条件に基づいて設定する。例えば、レーダ装置が搭載された車両の性能上、急加速、急減速、または急操舵が可能な場合には、次のフレームにて速度が大きく変化している可能性が高く、ある程度、領域を大きく設定してもよい。もしくは、減速性能の方が加速性能を上回っている場合、例えば、図１８に示したＷにおいて、加速側を小さく、減速側を大きく設定してもよい。閾値を下げる領域の大きさは、搭載される車両の性能以外にも、ターゲットと車両との相対関係に基づいて設定してもよい。
【０１５２】
また、検出されたターゲットの水平方向の角度が視野角の端である程、ドップラ周波数として観測可能なレーダ正面方向に写像した速度成分が大きく変動する可能性が高い。従って、検出されたターゲットの水平方向の角度が視野角の端である程、閾値を下げる領域を大きく設定してもよい。
【０１５３】
図１９は、第７の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図である。図１９において、図３と同じものには同じ符号が付してある。
【０１５４】
図１９に示すレーダ装置は、図３に示したレーダ装置に対し、閾値制御部１８０１と、遅延部１８０２と、を有する。遅延部１８０２には、ＦＶ／ＨＤＢＦ部３０９で推定されたターゲットの方向（角度）、距離Ｂｉｎ、および速度Ｂｉｎが入力される。遅延部１８０２は、入力されたターゲット情報（ターゲットの方向（角度）、距離Ｂｉｎ、および速度Ｂｉｎを、例えば、１フレーム分遅延し、閾値制御部１８０１に出力する。
【０１５５】
閾値制御部１８０１は、速度−距離マップ算出部１０２…から出力される速度−距離マップと、遅延部１８０２から出力されるターゲット情報とから、判定部３０７の閾値設定部３０４の閾値を制御する。判定部３０７の閾値設定部３０４は、閾値制御部１８０１の制御に応じて、ＣＨＤＢＦ３０２−１から出力されるビームフォームされた速度−距離マップ上の所定の領域の閾値を下げる。
【０１５６】
以上説明したように、レーダ装置のピーク抽出部３０６は、複素信号の電力と閾値とを比較して、ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９のビームフォーミングを実行するか否かを判定する。レーダ装置の閾値制御部１８０１は、ターゲットの距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎに基づいて、ピーク抽出部３０７の閾値設定部３０４の閾値を変更する。これにより、レーダ装置は、少ない演算量でターゲットの検出性能を向上できる。
【０１５７】
（第８の実施の形態）
第８の実施の形態では、判定部３０７−１，３０７−２，３０７−３，…のピーク抽出部の並列構成数を削減し、演算量を削減する。
【０１５８】
図２０は、第８の実施の形態に係るレーダ装置のブロック構成例を示す図である。図１９において、図３と同じものには同じ符号が付してある。
【０１５９】
図２０に示すレーダ装置は、図３に示したレーダ装置に対し、合成部１９０１を有する。また、図２０に示すレーダ装置は、合成部１９０１の後段に、閾値設定部３０４−１と、比較部３０５−１と、を備える。
【０１６０】
図２０に示すレーダ装置では、ＣＨＤＢＦ３０２−１から出力されるビーム毎に対応して、電力算出部３０３−１が設けられる。従って、合成部１９０１には、Ｋ×Ｍ個のビームの電力値が入力される。
【０１６１】
合成部１９０１は、入力されるＫ×Ｍ個のビームの電力値を、所定数ずつ合成する。例えば、合成部１９０１は、隣接するいくつかのビームの電力を加算し、後段に出力する電力値をＬ個にする（１≦Ｌ≦Ｋ×Ｍ）。
【０１６２】
ここで、Ｌ＝１の場合には、全てのビーム同士の電力和を加算するため、図１で説明したように、反射波の全方向成分が縮退して重なるため、フロアレベルが高くなってしまい、反射レベルの低い電力値の検出が困難となる。例えば、様々な反射物が様々な方向および距離に存在する状況下では、或る方向に位置するターゲットの電力値がフロアレベルの上昇によってマスクされてしまい、ピークとして検出されない。従って、Ｌの値は、なるべく大きく設定されることが好適であるが、処理量とトレードオフの関係にある。合成部１９０１のＬの値を可変にすることによって、図２０に示すレーダ装置は、検出性能と処理量とのトレードオフの調整が容易となる。
【０１６３】
以上説明したように、レーダ装置の合成部１９０１は、ＣＶＤＢＦ３０１およびＣＨＤＢＦ３０２のビームフォーミングによって得られた２次元方向の各方向における複素信号（距離Ｂｉｎおよび速度Ｂｉｎ）の電力を合成する。レーダ装置のＦＶ／ＨＤＢＦ３０９は、合成された電力の大きさに基づいて、速度−距離マップ算出部１０２から出力される複素信号のビームフォーミングを実行する。これにより、レーダ装置は、演算量を抑制できる。
【０１６４】
以上、各実施の形態について説明した。なお、本開示は、ミリ波帯などの無線信号を用いたレーダ装置に関し、遠方に位置する反射断面積が小さいターゲットに対しても、レーダ装置からの距離、水平方向の方位角、垂直方向の仰角を正確に検出する技術に関する。本開示のレーダ装置は、車両などの移動物体に搭載され、または、路側などにインフラ設備として設置されることが想定される。また、上記では、複素信号に対し、ＣＶＤＢＦを実行して、ＣＨＤＢＦを実行したがこれに限られない。複素信号に対し、ＣＨＤＢＦを実行して、ＣＶＤＢＦを実行してもよい。また、上記で説明した各部は、回路と称されてもよい。例えば、速度−距離マップ算出部１０２は、受信回路と称されてもよい。例えば、ＣＶＤＢＦ３０１、判定部３０７、ＯＲ部３０８、ＦＶ／ＨＤＢＦ３０９、ビーム設定部６０１、校正部９０１，１００１、ウェイト部１３０１、閾値制御部１８０１、遅延部１８０２、および合成部１９０１は、制御回路と称されてもよい。
【０１６５】
本開示のレーダ装置は、垂直および水平方向に複数のアレイアンテナが配置されたレーダ装置であって、垂直方向および水平方向のアレイアンテナ間の間隔が、それぞれの最小アンテナ間隔の整数倍に制限される。また、レーダ装置は、垂直方向にＩ個、水平方向にＪ個の幅で収まる配置のアレイアンテナ構成を有し、複数のアレイアンテナ系統毎に距離Ｂｉｎと速度Ｂｉｎとの組み合わせに対応した複素信号を出力する手段を有する。レーダ装置は、所定の組合せに対応する複数アレイアンテナ系統の複素信号を用いて、要素数Ｉのステアリングベクトルによって垂直方向にＫ個のビームを形成する。レーダ装置は、水平方向に一次元化したＫ種類のアレイアンテナベクトルそれぞれに対して、要素数Ｊのステアリングベクトルによって水平方向にＭ個のビームを形成し、合計でＫ×Ｍ個の方位領域に対して電力を求める手段を有する。レーダ装置は、前記電力に応じて閾値判定を実行する手段を少なくとも１つ以上有し、閾値判定手段のいずれかで閾値を超えた場合に、高精細な２次元測角のＤＢＦ演算を行う制御機能を含む。これらの概括的かつ特定の態様は、システム、装置、および方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。
【０１６６】
これにより、本開示のレーダ装置は、演算量の増大を最小限に抑えながらも、効果的にアレイアンテナのアレイ合成利得を確保し、閾値比較するため、反射断面積が小さく、遠方に位置するターゲットも検出できる。
【０１６７】
本開示はソフトウェア、ハードウェア、又は、ハードウェアと連携したソフトウェアで実現することが可能である。
【０１６８】
上記実施の形態の説明に用いた各機能ブロックは、部分的に又は全体的に、集積回路であるＬＳＩとして実現され、上記実施の形態で説明した各プロセスは、部分的に又は全体的に、一つのＬＳＩ又はＬＳＩの組み合わせによって制御されてもよい。ＬＳＩは個々のチップから構成されてもよいし、機能ブロックの一部または全てを含むように一つのチップから構成されてもよい。ＬＳＩはデータの入力と出力を備えてもよい。ＬＳＩは、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
【０１６９】
集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路、汎用プロセッサ又は専用プロセッサで実現してもよい。また、ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡや、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。本開示は、デジタル処理又はアナログ処理として実現されてもよい。
【０１７０】
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
【０１７１】
図２４は、本開示のレーダ装置のハードウェア構成例を示す図である。レーダ装置は、プロセッサ２００１、メモリ２００２、ストレージ２００３、通信装置２００４、バス２００７などを含むコンピュータ装置として構成されてもよい。プロセッサ２００１、メモリ２００２、ストレージ２００３、および通信装置２００４は、バス２００７を介して接続される。
【０１７２】
各実施の形態で説明した各部の機能は、例えば、プロセッサ２００１によって実現されてもよい。図２４では、１つのプロセッサ２００１が図示されているが、複数のプロセッサがあってもよい。また、各部の機能は、１のプロセッサで実行されてもよいし、一以上のプロセッサで実行されてもよい。なお、プロセッサ２００１は、一以上のチップで実装されてもよい。
【０１７３】
メモリ２００２またはストレージ２００３には、プロセッサが実行するプログラムが記憶される。メモリ２００２またはストレージ２００３には、プロセッサ２００１が計算処理を行うためのデータ、または、プロセッサ２００１が各部を制御するためのデータ等が記憶される。
【０１７４】
通信装置２００４は、無線または有線によって、他の装置と通信を行う。例えば、通信装置２００４は、車両に搭載された電子機器と通信を行ってよい。
【０１７５】
本開示は、通信機能を持つあらゆる種類の装置、デバイス、システム（通信装置と総称）において実施可能である。通信装置の、非限定的な例としては、電話機（携帯電話、スマートフォン等）、タブレット、パーソナル・コンピューター（ＰＣ）（ラップトップ、デスクトップ、ノートブック等）、カメラ（デジタル・スチル／ビデオ・カメラ等）、デジタル・プレーヤー（デジタル・オーディオ／ビデオ・プレーヤー等）、着用可能なデバイス（ウェアラブル・カメラ、スマートウオッチ、トラッキングデバイス等）、ゲーム・コンソール、デジタル・ブック・リーダー、テレヘルス・テレメディシン（遠隔ヘルスケア・メディシン処方）デバイス、通信機能付きの乗り物又は移動輸送機関（自動車、飛行機、船等）、および上述の各種装置の組み合わせがあげられる。
【０１７６】
通信装置は、持ち運び可能又は移動可能なものに限定されず、持ち運びできない又は固定されている、あらゆる種類の装置、デバイス、システム、例えば、スマート・ホーム・デバイス（家電機器、照明機器、スマートメーター又は計測機器、コントロール・パネル等）、自動販売機、その他ＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）ネットワーク上に存在し得るあらゆる「モノ（Things）」をも含む。
【０１７７】
通信には、セルラーシステム、無線ＬＡＮシステム、通信衛星システム等によるデータ通信に加え、これらの組み合わせによるデータ通信も含まれる。
【０１７８】
また、通信装置には、本開示に記載される通信機能を実行する通信デバイスに接続又は連結される、コントローラやセンサ等のデバイスも含まれる。例えば、通信装置の通信機能を実行する通信デバイスが使用する制御信号やデータ信号を生成するような、コントローラやセンサが含まれる。
【０１７９】
また、通信装置には、上記の非限定的な各種装置と通信を行う、あるいはこれら各種装置を制御する、インフラストラクチャ設備、例えば、基地局、アクセスポイント、その他あらゆる装置、デバイス、システムが含まれる。
【０１８０】
（本開示のまとめ）
本開示に係るレーダ装置は、ターゲットで反射したレーダ信号の反射波を受信する複数のアレイアンテナと、前記反射波に基づいて、前記複数のアレイアンテナごとに、前記ターゲットの距離および速度を示す信号を出力する受信回路と、垂直および水平の２次元方向において、前記信号に対して第１のビームフォーミングを実行して得られた前記信号の電力の大きさに基づいて、前記信号に対して前記第１のビームフォーミングより細かい角度の第２のビームフォーミングを実行する制御回路と、を有する。
【０１８１】
本開示に係るレーダ装置において、前記制御回路は、前記第１のビームフォーミングを実行して得られた前記２次元方向の各方向における前記信号の電力を合成し、合成した電力の大きさに基づいて、前記第２のビームフォーミングを実行する。
【０１８２】
本開示に係るレーダ装置において、前記制御回路は、前記第１のビームフォーミングにおける前記垂直方向のビーム数および前記水平方向のビーム数を設定する設定回路、を有する。
【０１８３】
本開示に係るレーダ装置において、前記設定回路は、前記ターゲットの前記距離および前記速度に基づいて、前記垂直方向のビーム数および前記水平方向のビーム数を変更する。
【０１８４】
本開示に係るレーダ装置において、前記制御回路は、前記第１のビームフォーミングをＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）によって実行し、ＦＦＴのポイント数を、ゼロを挿入して２のべき乗にする。
【０１８５】
本開示に係るレーダ装置において、前記制御回路は、前記レーダ装置のビームの角度誤差を補正する校正信号を前記信号に乗算する。
【０１８６】
本開示に係るレーダ装置において、前記制御回路は、前記複数のアレイアンテナ間の角度誤差を補正する校正ベクトルを、前記第１のビームフォーミングのステアリングベクトルに乗算する。
【０１８７】
本開示に係るレーダ装置において、前記制御回路は、前記複数のアレイアンテナのうちの特定のアンテナの信号に対して重み付けし前記第１のビームフォーミングを実行する。
【０１８８】
本開示に係るレーダ装置において、前記制御回路は、前記受信回路から出力される前記信号の電力の総和に基づいて、前記第２のビームフォーミングを実行し、当該レーダ装置を搭載した車両の舵角情報に基づいて、前記第１のビームフォーミングにおける前記垂直方向のビーム数および前記水平方向のビーム数を設定する。
【０１８９】
本開示に係るレーダ装置において、前記制御回路は、前記第１のビームフォーミングを実行して得られた前記信号の電力と閾値とを比較する比較回路と、前記ターゲットの前記距離および前記速度に基づいて、前記閾値を変更する変更回路と、を有する。
【０１９０】
本開示に係るレーダ信号処理方法は、複数のアレイアンテナにおいて受信される、ターゲットで反射したレーダ信号の反射波に基づいて、前記複数のアレイアンテナごとに、前記ターゲットの距離および速度を示す信号を出力し、垂直および水平の２次元方向において、前記信号に対して第１のビームフォーミングを実行して得られた前記信号の電力の大きさに基づいて、前記信号に対して前記第１のビームフォーミングより細かい角度の第２のビームフォーミングを実行する。
【産業上の利用可能性】
【０１９１】
本開示は、ミリ波帯などの無線信号を用いたレーダ装置に利用できる。
【符号の説明】
【０１９２】
１０１−１〜１０１−３  仮想アレイアンテナ
１０２−１〜１０２−３  速度−距離マップ算出部
１０３−１  ＲＦＦＴ
１０４−１  ＶＦＦＴ
１０５  ＤＢＦ
１０６，３０３−１，２０１  電力算出部
１０７  閾値算出部
１０８  ピーク検出部
３０１  ＣＶＤＢＦ
３０２−１  ＣＨＤＢＦ
３０４−１  閾値設定部
３０５−１  比較部
３０６−１〜３０６−３  ピーク抽出部
３０７−１〜３０７−３  判定部
３０８  ＯＲ部
３０９  ＦＶ／ＨＤＢＦ
４０１  送信アンテナ配置パターン
４０２  受信アンテナ配置パターン
４０３  仮想アンテナアレイパターン
６０１  ビーム設定部
８０１−１  ゼロ挿入部
８０２−１  Ｈ−ＤＦＦＴ
９０１，１００１  校正部
１３０１  ウェイト部
１５０１  車両
１５０２  レーダ装置
１５０３  自転車
１５０４  範囲
１５０５  ビーム
１５０６  ビーム
１７０１  領域
１８０１  閾値制御部
１８０２  遅延部
１９０１  合成部
【図１】
2020165724.tif 000011
【図２】
2020165724.tif 000012
【図３】
2020165724.tif 000013
【図４】
2020165724.tif 000014
【図５】
2020165724.tif 000015
【図６Ａ】
2020165724.tif 000016
【図６Ｂ】
2020165724.tif 000017
【図６Ｃ】
2020165724.tif 000018
【図７】
2020165724.tif 000019
【図８】
2020165724.tif 000020
【図９】
2020165724.tif 000021
【図１０】
2020165724.tif 000022
【図１１】
2020165724.tif 000023
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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