(57)【要約】【課題】レーダを用いて路面又は水面等の速度を測定するにあたり、路面又は水面等の速度測定の精度を維持しながら、路面又は水面等の速度の測定時間を短縮する。【解決手段】時間方向の積分処理の実行を要することなく、レーダのアンテナの回転を要することなく、多数の位置での路面又は水面等の速度を測定する。そして、多数の位置での路面又は水面等の速度を統合して、全体的な路面又は水面等の速度を測定する。ここで、路面又は水面等の法線方向に平行方向の０のドップラー速度を除去する。【選択図】図２
2020016517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ装置に対する凹凸面の相対速度を測定する速度測定装置であって、
前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において、前記レーダ装置から前記凹凸面へと照射されたレーダ信号の送信周波数と、前記凹凸面から前記レーダ装置へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数に基づいて、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度を測定するドップラー速度測定部と、
前記凹凸面の法線方向において測定された、前記凹凸面の法線方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の０のドップラー速度を除去しつつ、前記レーダ装置の複数の方位角方向において測定された、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度を統合して、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度を測定する相対速度測定部と、
を備えることを特徴とする速度測定装置。
【請求項２】
前記相対速度測定部は、
前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度と、前記レーダ装置の各々の方位角方向と前記凹凸面の法線方向又は運動方向との間のずれ角度と、に基づいて、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度を測定するドップラー速度補正部と、
前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において測定された、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度について、ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、
前記ヒストグラムの非０のピーク位置に基づいて、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度の代表値を抽出する代表速度抽出部と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の速度測定装置。
【請求項３】
前記相対速度測定部は、
前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において測定された、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度について、前記レーダ装置の方位角方向に対する依存性を示す方位−ドップラースペクトラムを作成する方位−ドップラースペクトラム作成部と、
前記方位−ドップラースペクトラムに含まれ他の信号より強度が高い大信号が形成する曲線の傾きの大きさに基づいて、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度の代表値を抽出する代表速度抽出部と、
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の速度測定装置。
【請求項４】
前記レーダ装置から前記凹凸面へと照射されたレーダ信号の送信周波数と、前記凹凸面から前記レーダ装置へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数のうちの直流成分のドップラー周波数を除去する直流成分除去部、
をさらに備えることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の速度測定装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の速度測定装置と、
前記凹凸面の法線方向にほぼ平行方向にレーダ信号を照射する前記レーダ装置と、
を備えることを特徴とするレーダシステム。
【請求項６】
請求項１から４のいずれかに記載の速度測定装置と、
前記凹凸面の法線方向からずれた方向にレーダ信号を照射する前記レーダ装置と、
を備えることを特徴とするレーダシステム。
【請求項７】
レーダ装置に対する凹凸面の相対速度を測定する速度測定プログラムであって、
前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において、前記レーダ装置から前記凹凸面へと照射されたレーダ信号の送信周波数と、前記凹凸面から前記レーダ装置へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数に基づいて、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度を測定するドップラー速度測定ステップと、
前記凹凸面の法線方向において測定された、前記凹凸面の法線方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の０のドップラー速度を除去しつつ、前記レーダ装置の複数の方位角方向において測定された、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度を統合して、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度を測定する相対速度測定ステップと、
を順にコンピュータに実行させるための速度測定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、レーダを用いて路面又は水面等の速度を測定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダを用いて水面の速度を測定する技術が、特許文献１に開示されている。特許文献１を応用することにより、レーダを用いて路面の速度を測定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８９０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１では、水面の一点のみにおいて、水面の速度を測定している。しかし、平均速度の周りの速度変動が存在するとともに、ゴミ等の外乱物が流れることがある。よって、特許文献１では、水面の速度の測定は、上記の一点の状況に左右される。
【０００５】
そこで、特許文献１に加えて、時間方向の積分処理を実行し、上記の一点での水面の速度の時間平均を測定することにより、速度変動及び外乱物の影響を低減することが考えられる。しかし、水面の速度の測定時間が増加してしまう。
【０００６】
または、特許文献１に加えて、レーダのアンテナを回転させ、多数の位置での水面の速度の空間平均を測定することにより、速度変動及び外乱物の影響を低減することが考えられる。しかし、水面の速度の測定時間が増加してしまう。
【０００７】
そこで、前記課題を解決するために、本開示は、レーダを用いて路面又は水面等の速度を測定するにあたり、路面又は水面等の速度測定の精度を維持しながら、路面又は水面等の速度の測定時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、時間方向の積分処理の実行を要することなく、レーダのアンテナの回転を要することなく、多数の位置での凹凸面の速度を測定する。そして、多数の位置での凹凸面の速度を統合して、全体的な凹凸面の速度を測定する。ここで、凹凸面の法線方向に平行方向の凹凸面の０のドップラー速度を除去する。
【０００９】
具体的には、本開示は、レーダ装置に対する凹凸面の相対速度を測定する速度測定装置であって、前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において、前記レーダ装置から前記凹凸面へと照射されたレーダ信号の送信周波数と、前記凹凸面から前記レーダ装置へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数に基づいて、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度を測定するドップラー速度測定部と、前記凹凸面の法線方向において測定された、前記凹凸面の法線方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の０のドップラー速度を除去しつつ、前記レーダ装置の複数の方位角方向において測定された、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度を統合して、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度を測定する相対速度測定部と、を備えることを特徴とする速度測定装置である。
【００１０】
この構成によれば、レーダを用いて凹凸面の速度を測定するにあたり、凹凸面の法線方向に平行方向の凹凸面の０のドップラー速度を除去しつつ、凹凸面の速度測定の精度を維持しながら、凹凸面の速度の測定時間を短縮することができる。
【００１１】
また、本開示は、前記相対速度測定部は、前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度と、前記レーダ装置の各々の方位角方向と前記凹凸面の法線方向又は運動方向との間のずれ角度と、に基づいて、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度を測定するドップラー速度補正部と、前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において測定された、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度について、ヒストグラムを作成するヒストグラム作成部と、前記ヒストグラムの非０のピーク位置に基づいて、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度の代表値を抽出する代表速度抽出部と、を備えることを特徴とする速度測定装置である。
【００１２】
この構成によれば、凹凸面の法線方向に平行方向の凹凸面の０のドップラー速度を除去することができる。そして、凹凸面の速度のヒストグラムの分散値に基づいて、凹凸面の速度変動及び／又は鉛直振動の大きさを見積もることができる。
【００１３】
また、本開示は、前記相対速度測定部は、前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において測定された、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度について、前記レーダ装置の方位角方向に対する依存性を示す方位−ドップラースペクトラムを作成する方位−ドップラースペクトラム作成部と、前記方位−ドップラースペクトラムに含まれ他の信号より強度が高い大信号が形成する曲線の傾きの大きさに基づいて、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度の代表値を抽出する代表速度抽出部と、を備えることを特徴とする速度測定装置である。
【００１４】
この構成によれば、凹凸面の法線方向に平行方向の凹凸面の０のドップラー速度を除去することができる。そして、凹凸面のドップラー速度の補正を要することなく、凹凸面の速度のヒストグラムの作成を要することなく、凹凸面の速度を測定することができる。
【００１５】
また、本開示は、前記レーダ装置から前記凹凸面へと照射されたレーダ信号の送信周波数と、前記凹凸面から前記レーダ装置へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数のうちの直流成分のドップラー周波数を除去する直流成分除去部、をさらに備えることを特徴とする速度測定装置である。
【００１６】
この構成によれば、上記のヒストグラム又は上記の方位−ドップラースペクトラムに加えて、凹凸面の法線方向に平行方向の凹凸面の０のドップラー速度をさらに除去することができる。
【００１７】
また、本開示は、上記の速度測定装置と、前記凹凸面の法線方向にほぼ平行方向にレーダ信号を照射する前記レーダ装置と、を備えることを特徴とするレーダシステムである。
【００１８】
この構成によれば、波が立つ水面等の速度の測定において、水面等の法線方向に平行方向の水面等の０のドップラー速度に影響されず、反射強度を増加させることができる。
【００１９】
また、本開示は、上記の速度測定装置と、前記凹凸面の法線方向からずれた方向にレーダ信号を照射する前記レーダ装置と、を備えることを特徴とするレーダシステムである。
【００２０】
この構成によれば、比較的平坦な路面等の速度の測定において、路面等の法線方向に平行方向の路面等の０のドップラー速度をさらに除去することができる。
【００２１】
また、本開示は、レーダ装置に対する凹凸面の相対速度を測定する速度測定プログラムであって、前記レーダ装置のアンテナ指向性が固定された状態での前記レーダ装置の複数の方位角方向において、前記レーダ装置から前記凹凸面へと照射されたレーダ信号の送信周波数と、前記凹凸面から前記レーダ装置へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数に基づいて、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度を測定するドップラー速度測定ステップと、前記凹凸面の法線方向において測定された、前記凹凸面の法線方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の０のドップラー速度を除去しつつ、前記レーダ装置の複数の方位角方向において測定された、前記レーダ装置の各々の方位角方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面のドップラー速度を統合して、前記凹凸面の運動方向に平行方向の前記レーダ装置に対する前記凹凸面の相対速度を測定する相対速度測定ステップと、を順にコンピュータに実行させるための速度測定プログラムである。
【００２２】
この構成によれば、レーダを用いて凹凸面の速度を測定するにあたり、凹凸面の法線方向に平行方向の凹凸面の０のドップラー速度を除去しつつ、凹凸面の速度測定の精度を維持しながら、凹凸面の速度の測定時間を短縮することができる。
【発明の効果】
【００２３】
このように、本開示は、レーダを用いて路面又は水面等の速度を測定するにあたり、路面又は水面等の速度測定の精度を維持しながら、路面又は水面等の速度の測定時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本開示のレーダシステムの概要を示す図である。
【図２】本開示の第１のレーダシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】本開示の第１の速度測定装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本開示の第１のドップラー速度補正方法を示す図である。
【図５】本開示の第１の相対速度測定方法を示す図である。
【図６】本開示の第２のレーダシステムの構成を示すブロック図である。
【図７】本開示の第２の速度測定装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本開示の第２の相対速度測定方法を示す図である。
【図９】本開示のレーダシステムのレーダ照射方法を示す図である。
【図１０】本開示のレーダシステムのキャリブレーション方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。
【００２６】
（レーダシステムの概要）
本開示のレーダシステムの概要を図１に示す。レーダシステムＲ（車Ｃとともに移動している。）に対する路面Ｐの相対速度を測定するために、車Ｃの床面にレーダシステムＲを設置し、レーダシステムＲから路面Ｐへとレーダ信号を照射する。レーダシステムＲ（橋Ｂとともに静止している。）に対する水面Ｐの相対速度を測定するために、橋Ｂの橋桁にレーダシステムＲを設置し、レーダシステムＲから水面Ｐへとレーダ信号を照射する。
【００２７】
ここで、路面Ｐは比較的平坦であっても凹凸を有し、水面Ｐは波が立っているため凹凸を有し、路面・水面Ｐの法線方向のみならず、他の方向においても、路面・水面ＰからレーダシステムＲへとレーダ信号が反射される。そこで、時間方向の積分処理の実行を要することなく、レーダのアンテナの回転を要することなく、多数の位置での路面・水面Ｐの速度を測定する。そして、多数の位置での路面・水面Ｐの速度を統合して、全体的な路面・水面Ｐの速度を測定する。ここで、路面・水面Ｐの法線方向に平行方向の路面・水面Ｐの０のドップラー速度を除去する。以下に、その詳細を説明する。
【００２８】
（第１のレーダシステムの構成及び処理）
本開示の第１のレーダシステムの構成を図２に示す。本開示の第１の速度測定装置の処理手順を図３に示す。レーダシステムＲ１は、レーダ装置１及び速度測定装置２から構成される。レーダ装置１は、レーダ送信部１１、レーダ受信部１２、送信アンテナ１３及び受信アンテナ１４から構成される。速度測定装置２は、図３に示した速度測定プログラムをコンピュータにインストールしたものであり、直流成分除去部２１、ドップラー速度測定部２２、ドップラー速度補正部２３、ヒストグラム作成部２４及び代表速度抽出部２５から構成される。
【００２９】
レーダ送信部１１は、レーダ装置１から路面・水面Ｐへと照射されるレーダ信号を送信する。レーダ受信部１２は、路面・水面Ｐからレーダ装置１へと反射されたレーダ信号を受信する。送信アンテナ１３は、照射レーダ信号を送信する。受信アンテナ１４は、反射レーダ信号を受信する。
【００３０】
ここで、レーダ送信部１１は、パルスレーダ信号を送信してもよく、連続波レーダ信号を送信してもよい。そして、送信アンテナ１３及び受信アンテナ１４は、フェーズドアレイアンテナでもよく、ＭＩＭＯアンテナでもよい。また、図２では、送信と受信に別の送信アンテナ１３及び受信アンテナ１４を用いているが、図２以外に、送信と受信に同じアンテナを用いてもよい。さらに、送信アンテナ１３は、路面・水面Ｐの法線方向にほぼ平行方向にレーダ信号を照射してもよく、路面・水面Ｐの法線方向からずれた方向にレーダ信号を照射してもよい。要は、レーダ装置１のアンテナ指向性が固定された状態でのレーダ装置１の複数の方位角方向において、レーダ装置１の各々の方位角方向に平行方向のレーダ装置１に対する路面・水面Ｐのドップラー速度を測定することができればよい。
【００３１】
直流成分除去部２１は、照射レーダ信号及び反射レーダ信号を入力する（ステップＳ１）。そして、レーダ装置１から路面・水面Ｐへと照射されたレーダ信号の送信周波数と、路面・水面Ｐからレーダ装置１へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数のうちの直流成分のドップラー周波数を除去する（ステップＳ２）。
【００３２】
本開示の第１のドップラー速度補正方法を図４に示す。ドップラー速度測定部２２は、レーダ装置１のアンテナ指向性が固定された状態でのレーダ装置１の複数の方位角方向θにおいて、レーダ装置１から路面・水面Ｐへと照射されたレーダ信号の送信周波数と、路面・水面Ｐからレーダ装置１へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数に基づいて、レーダ装置１の各々の方位角方向θに平行方向のレーダ装置１に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄを測定する（ステップＳ３）。
【００３３】
ここで、レーダ送信部１１が、パルスレーダ信号を送信するときには、ドップラー速度測定部２２は、レーダ装置１の各々の方位角方向θにおいて、検波信号強度が最大値をとるレンジビンを探索し、当該レンジビン内でフーリエ変換を実行し、検波信号強度が最大値をとるドップラー周波数及びドップラー速度ｖｄを探索する。そして、レーダ送信部１１が、連続波レーダ信号を送信するときには、ドップラー速度測定部２２は、レーダ装置１の各々の方位角方向θにおいて、検波信号全体でフーリエ変換を実行し、検波信号強度が最大値をとるドップラー周波数及びドップラー速度ｖｄを探索する。なお、検波信号のＳＮ比又は路面・水面Ｐの粗さに応じて、検波信号強度がある程度高いレーダ装置１の方位角方向θにおいて、ドップラー周波数及びドップラー速度ｖｄを探索すればよい。
【００３４】
図４で、レーダ装置１の方位角方向θは、路面・水面Ｐの法線方向と平行方向で０をとるとし、路面・水面Ｐの法線ベクトル及び路面・水面Ｐの速度ベクトルを含む面内で正又は負をとるとする。そして、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒは、レーダ装置１の方位角方向θの正から負への変化方向と同じ方向に負をとるとする。
【００３５】
すると、レーダ装置１の方位角方向θ＞０において、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄは、レーダ装置１へと近づく方向と同じ方向にｖｒｓｉｎθ＜０となる。そして、レーダ装置１の方位角方向θ＜０において、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄは、レーダ装置１から遠ざかる方向と同じ方向にｖｒｓｉｎθ＞０となる。さらに、レーダ装置１の方位角方向θ＝０において、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄは、ｖｒｓｉｎθ＝０となる（レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒと、レーダ装置１へと近づく方向と、は垂直である。）。
【００３６】
ドップラー速度補正部２３は、レーダ装置１のアンテナ指向性が固定された状態でのレーダ装置１の複数の方位角方向θにおいて、レーダ装置１の各々の方位角方向θに平行方向のレーダ装置１に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄと、レーダ装置１の各々の方位角方向θと路面・水面Ｐの法線方向との間のずれ角度θと、に基づいて、路面・水面Ｐの運動方向に平行方向のレーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒを測定する（ステップＳ４）。なお、図４のように、レーダ装置１の各々の方位角方向θと路面・水面Ｐの法線方向との間のずれ角度θを用いてもよく、変形例として、レーダ装置１の各々の方位角方向θと路面・水面Ｐの運動方向との間のずれ角度π／２−θを用いてもよい。
【００３７】
図４のように、レーダ装置１の各々の方位角方向θと路面・水面Ｐの法線方向との間のずれ角度θを用いるときには、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒは、ｖｄ／ｓｉｎθ＜０となる。変形例として、レーダ装置１の各々の方位角方向θと路面・水面Ｐの運動方向との間のずれ角度π／２−θを用いるときには、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒは、ｖｄ／ｃｏｓ（π／２−θ）＜０となる。
【００３８】
本開示の第１の相対速度測定方法を図５に示す。ヒストグラム作成部２４は、レーダ装置１のアンテナ指向性が固定された状態でのレーダ装置１の複数の方位角方向θにおいて測定された、路面・水面Ｐの運動方向に平行方向のレーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒについて、ヒストグラムを作成する（ステップＳ５）。代表速度抽出部２５は、ヒストグラムの非０のピーク位置に基づいて、路面・水面Ｐの運動方向に平行方向のレーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの代表値を抽出する（ステップＳ６）。
【００３９】
ここで、ヒストグラムの非０のピーク位置は、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの代表値であり、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの測定値として採用される。そして、ヒストグラムの０のピーク位置は、レーダ装置１の方位角方向θ＝０での反射を反映するものであり、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの測定値として採用されない。さらに、非０のピーク位置の周りの分散値は、路面・水面Ｐの速度変動及び／又は鉛直振動の大きさを反映するものである。
【００４０】
ところで、直流成分除去部２１は、レーダ装置１から路面・水面Ｐへと照射されたレーダ信号の送信周波数と、路面・水面Ｐからレーダ装置１へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数のうちの直流成分のドップラー周波数を除去する（ステップＳ２）。よって、図４において、レーダ装置１の方位角方向θ＝０近傍及びレーダ装置１に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄ＝０近傍において、反射強度を低減することができ、レーダ装置１の広い方位角方向θにおいて、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄを測定することができる。そして、図５において、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒ＝０近傍において、頻度ピークを低減することができ、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの速い相対速度ｖｒはむろん、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの遅い相対速度ｖｒにおいて、頻度ピークを強調することができる。
【００４１】
このように、第１のレーダシステムＲ１において、レーダを用いて路面・水面Ｐの相対速度ｖｒを測定するにあたり、路面・水面Ｐの法線方向に平行方向の路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄ＝０を除去しつつ、路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの測定精度を維持しながら、路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの測定時間を短縮することができる。
【００４２】
（第２のレーダシステムの構成及び処理）
本開示の第２のレーダシステムの構成を図６に示す。本開示の第２の速度測定装置の処理手順を図７に示す。レーダシステムＲ２は、レーダ装置３及び速度測定装置４から構成される。レーダ装置３は、レーダ送信部３１、レーダ受信部３２、送信アンテナ３３及び受信アンテナ３４から構成される。速度測定装置４は、図７に示した速度測定プログラムをコンピュータにインストールしたものであり、直流成分除去部４１、ドップラー速度測定部４２、方位−ドップラースペクトラム作成部４３及び代表速度抽出部４４から構成される。
【００４３】
レーダ送信部３１は、レーダ装置３から路面・水面Ｐへと照射されるレーダ信号を送信する。レーダ受信部３２は、路面・水面Ｐからレーダ装置３へと反射されたレーダ信号を受信する。送信アンテナ３３は、照射レーダ信号を送信する。受信アンテナ３４は、反射レーダ信号を受信する。
【００４４】
ここで、レーダ送信部３１は、パルスレーダ信号を送信してもよく、連続波レーダ信号を送信してもよい。そして、送信アンテナ３３及び受信アンテナ３４は、フェーズドアレイアンテナでもよく、ＭＩＭＯアンテナでもよい。また、図６では、送信と受信に別の送信アンテナ３３及び受信アンテナ３４を用いているが、図６以外に、送信と受信に同じアンテナを用いてもよい。さらに、送信アンテナ３３は、路面・水面Ｐの法線方向にほぼ平行方向にレーダ信号を照射してもよく、路面・水面Ｐの法線方向からずれた方向にレーダ信号を照射してもよい。要は、レーダ装置３のアンテナ指向性が固定された状態でのレーダ装置３の複数の方位角方向において、レーダ装置３の各々の方位角方向に平行方向のレーダ装置３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度を測定することができればよい。
【００４５】
直流成分除去部４１は、照射レーダ信号及び反射レーダ信号を入力する（ステップＳ１１）。そして、レーダ装置３から路面・水面Ｐへと照射されたレーダ信号の送信周波数と、路面・水面Ｐからレーダ装置３へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数のうちの直流成分のドップラー周波数を除去する（ステップＳ１２）。
【００４６】
本開示の第２の相対速度測定方法を図８に示す。ドップラー速度測定部４２は、レーダ装置３のアンテナ指向性が固定された状態でのレーダ装置３の複数の方位角方向θにおいて、レーダ装置３から路面・水面Ｐへと照射されたレーダ信号の送信周波数と、路面・水面Ｐからレーダ装置３へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数に基づいて、レーダ装置３の各々の方位角方向θに平行方向のレーダ装置３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄを測定する（ステップＳ１３）。
【００４７】
ここで、レーダ送信部３１が、パルスレーダ信号を送信するときには、ドップラー速度測定部４２は、レーダ装置３の各々の方位角方向θにおいて、検波信号強度が最大値をとるレンジビンを探索し、当該レンジビン内でフーリエ変換を実行し、検波信号強度が最大値をとるドップラー周波数及びドップラー速度ｖｄを探索する。そして、レーダ送信部３１が、連続波レーダ信号を送信するときには、ドップラー速度測定部４２は、レーダ装置３の各々の方位角方向θにおいて、検波信号全体でフーリエ変換を実行し、検波信号強度が最大値をとるドップラー周波数及びドップラー速度ｖｄを探索する。なお、検波信号のＳＮ比又は路面・水面Ｐの粗さに応じて、検波信号強度がある程度高いレーダ装置３の方位角方向θにおいて、ドップラー周波数及びドップラー速度ｖｄを探索すればよい。
【００４８】
図８で、レーダ装置３の方位角方向θは、路面・水面Ｐの法線方向と平行方向で０をとるとし、路面・水面Ｐの法線ベクトル及び路面・水面Ｐの速度ベクトルを含む面内で正又は負をとるとする。そして、レーダ装置３に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒは、レーダ装置３の方位角方向θの正から負への変化方向と同じ方向に負をとるとする。
【００４９】
すると、レーダ装置３の方位角方向θ＞０において、レーダ装置３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄは、レーダ装置３へと近づく方向と同じ方向にｖｒｓｉｎθ＜０となる。そして、レーダ装置３の方位角方向θ＜０において、レーダ装置３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄは、レーダ装置３から遠ざかる方向と同じ方向にｖｒｓｉｎθ＞０となる。さらに、レーダ装置３の方位角方向θ＝０において、レーダ装置３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄは、ｖｒｓｉｎθ＝０となる（レーダ装置３に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒと、レーダ装置３へと近づく方向と、は垂直である。）。
【００５０】
方位−ドップラースペクトラム作成部４３は、レーダ装置３のアンテナ指向性が固定された状態でのレーダ装置３の複数の方位角方向θにおいて測定された、レーダ装置３の各々の方位角方向θに平行方向のレーダ装置３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄについて、レーダ装置３の方位角方向θに対する依存性を示す方位−ドップラースペクトラムを作成する（ステップＳ１４）。代表速度抽出部４４は、方位−ドップラースペクトラムに含まれる大信号が形成する曲線の傾きの大きさに基づいて、又は、方位−ドップラースペクトラムに含まれる大信号が形成する曲線のフィッティングの結果に基づいて、路面・水面Ｐの運動方向に平行方向のレーダ装置３に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの代表値を抽出する（ステップＳ１５）。なお、方位−ドップラースペクトラムに含まれる大信号は、方位−ドップラースペクトラムに含まれる他の信号より強度が高い信号を指す。
【００５１】
ここで、方位−ドップラースペクトラムに含まれる大信号が形成する曲線の傾きの大きさは、（ｄｖｄ／ｄθ）θ＝０＝（ｖｒｃｏｓθ）θ＝０＝ｖｒであり、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの測定値として採用される。そして、方位−ドップラースペクトラムに含まれる大信号が形成する曲線のフィッティングは、ｖｄ＝ｖｒｓｉｎθに基づいて実行され、その結果でのｖｒは、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの測定値として採用される。よって、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄの補正を要することなく、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒのヒストグラムの作成を要することなく、レーダ装置１に対する路面・水面Ｐの相対速度ｖｒを測定することができる。
【００５２】
ところで、直流成分除去部４１は、レーダ装置３から路面・水面Ｐへと照射されたレーダ信号の送信周波数と、路面・水面Ｐからレーダ装置３へと反射されたレーダ信号の受信周波数と、の間のドップラー周波数のうちの直流成分のドップラー周波数を除去する（ステップＳ１２）。よって、図８において、レーダ装置３の方位角方向θ＝０近傍及びレーダ装置３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄ＝０近傍において、反射強度を低減することができ、レーダ装置３の広い方位角方向θにおいて、ｖｄ＝ｖｒｓｉｎθに基づいた方位−ドップラースペクトラムに含まれる大信号が形成する曲線のフィッティングを高い精度で実行することができる。
【００５３】
このように、第２のレーダシステムＲ２において、レーダを用いて路面・水面Ｐの相対速度ｖｒを測定するにあたり、路面・水面Ｐの法線方向に平行方向の路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄ＝０を除去しつつ、路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの測定精度を維持しながら、路面・水面Ｐの相対速度ｖｒの測定時間を短縮することができる。
【００５４】
（レーダシステムのレーダ照射方法）
本開示のレーダシステムのレーダ照射方法を図９に示す。速度測定装置２、４が、路面Ｐの相対速度ｖｒを測定するか、水面Ｐの相対速度ｖｒを測定するか、に応じて、レーダ装置１、３は、凹凸面の法線方向にほぼ平行方向にレーダ信号を照射するか、凹凸面の法線方向からずれた方向にレーダ信号を照射するか、を使い分ける。
【００５５】
まず、速度測定装置２、４が水面Ｐの相対速度ｖｒを測定するときを説明する。ここで、レーダ装置１、３が水面Ｐの法線方向からずれた方向にレーダ信号を照射するときには、高い波が立たない限りは反射強度が低減される。そこで、レーダ装置１、３が水面Ｐの法線方向にほぼ平行方向にレーダ信号を照射することにより、反射強度が増加する。このように、波が立つ水面Ｐの相対速度ｖｒの測定において、水面Ｐの法線方向に平行方向の水面Ｐのドップラー速度ｖｄ＝０に影響されず、反射強度を増加させることができる。
【００５６】
次に、速度測定装置２、４が路面Ｐの相対速度ｖｒを測定するときを説明する。ここで、レーダ装置１、３が路面Ｐの法線方向にほぼ平行方向にレーダ信号を照射するときには、凹凸程度が小さい限りは直流成分が増加する。そこで、レーダ装置１、３が路面Ｐの法線方向からずれた方向にレーダ信号を照射することにより、直流成分が低減される。このように、比較的平坦な路面Ｐの相対速度ｖｒの測定において、路面Ｐの法線方向に平行方向の路面Ｐのドップラー速度ｖｄ＝０をさらに除去することができる。
【００５７】
（レーダシステムのキャリブレーション方法）
本開示のレーダシステムのキャリブレーション方法を図１０に示す。図４、８において、ｖｒ＝ｖｄ／ｓｉｎθ又はｖｄ＝ｖｒｓｉｎθを適用するときに、路面・水面Ｐの法線方向θ＝０を決定する必要がある。しかし、レーダシステムＲ１、Ｒ２を車Ｃの床面又は橋Ｂの橋桁に設置するときに、アンテナ指向性が路面・水面Ｐの法線方向θ＝０に厳密に向くとは限らない。そこで、路面・水面Ｐの法線方向θ＝０をキャリブレーションする。
【００５８】
まず、第１のレーダシステムＲ１、Ｒ２のキャリブレーション方法を説明する。横軸にレーダ装置１、３の方位角方向θをとり、縦軸にレーダ装置１、３から反射位置へのレンジビンｒをとり、反射強度が高い曲線を抽出する。そして、反射強度が高い曲線において、レーダ装置１、３から反射位置へのレンジビンｒが最短距離ｒ０であるレーダ装置１、３の方位角方向θを、路面・水面Ｐの法線方向θ＝０にキャリブレーションする。すると、反射強度が高い曲線は、ｒ（θ）＝ｒ０／ｃｏｓθとなる。
【００５９】
次に、第２のレーダシステムＲ１、Ｒ２のキャリブレーション方法を説明する。横軸にレーダ装置１、３の方位角方向θをとり、縦軸にレーダ装置１、３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄをとり、反射強度が高い曲線を抽出する。そして、反射強度が高い曲線において、レーダ装置１、３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄが０であるレーダ装置１、３の方位角方向θを、路面・水面Ｐの法線方向θ＝０にキャリブレーションする。すると、反射強度が高い曲線は、ｖｄ＝ｖｒｓｉｎθとなる。
【００６０】
次に、第３のレーダシステムＲ１、Ｒ２のキャリブレーション方法を説明する。横軸にレーダ装置１、３の方位角方向θをとり、縦軸にレーダ装置１、３に対する路面・水面Ｐのドップラー速度ｖｄをとり、反射強度が高い帯状領域を抽出する。そして、反射強度が高い帯状領域において、縦軸に平行な対称軸が走るレーダ装置１、３の方位角方向θを、路面・水面Ｐの法線方向θ＝０にキャリブレーションする。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本開示の速度測定装置、レーダシステム及び速度測定プログラムは、レーダを用いて路面又は水面等の速度を測定するにあたり、路面又は水面等の速度測定の精度を維持しながら、路面又は水面等の速度の測定時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００６２】
Ｒ、Ｒ１、Ｒ２：レーダシステム
Ｐ：路面・水面
Ｃ：車
Ｂ：橋
１：レーダ装置
２：速度測定装置
３：レーダ装置
４：速度測定装置
１１：レーダ送信部
１２：レーダ受信部
１３：送信アンテナ
１４：受信アンテナ
２１：直流成分除去部
２２：ドップラー速度測定部
２３：ドップラー速度補正部
２４：ヒストグラム作成部
２５：代表速度抽出部
３１：レーダ送信部
３２：レーダ受信部
３３：送信アンテナ
３４：受信アンテナ
４１：直流成分除去部
４２：ドップラー速度測定部
４３：方位−ドップラースペクトラム作成部
４４：代表速度抽出部
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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