(57)【要約】【課題】次数を正しく設定して各到来波の方向を正しく推定する。【解決手段】受信部は、物体から到来した受信信号を受信し、固有値算出部は、前記受信部が受信した受信信号に基づく所定の行列の固有値を算出し、次数決定部は設定された閾値を参照して、前記固有値算出部が算出した固有値のうちで当該閾値を超える固有値の数を、決定すべき方向の数である次数として決定し、閾値設定部は前記次数決定部が参照する前記閾値を設定することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体から到来した受信信号を受信する受信部と、
前記受信部が受信した受信信号に基づく所定の行列の固有値を算出する固有値算出部と、
設定された閾値を参照して、前記固有値算出部が算出した固有値のうちで当該閾値を超える固有値の数を、決定すべき方向の数である次数として決定する次数決定部と、
前記固有値算出部が算出した固有値のうちで大きいものから前記次数決定部が決定した次数の分、固有値毎に対応する方向を前記物体の方向として決定する方向決定部と、
前記次数決定部が参照する前記閾値を設定する閾値設定部と、
を備えることを特徴とする方向推定装置。
【請求項２】
前記閾値設定部は、設定された物体の個数であるＰ（Ｐは、１と等しいか１よりも大きい予め定めた整数）を参照して、前記固有値算出部が算出した固有値に基づいて、Ｐ＋１番目に大きい固有値よりも大きくかつＰ番目に大きい固有値と等しいか当該固有値よりも小さい値を前記閾値として設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の方向推定装置。
【請求項３】
物体から到来した受信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した受信信号に基づく所定の行列の固有値を算出する固有値算出部と、設定された閾値を参照して、前記固有値算出部が算出した固有値のうちで当該閾値を超える固有値の数を、決定すべき方向の数である次数として決定する次数決定部と、前記固有値算出部が算出した固有値のうちで大きいものから前記次数決定部が決定した次数の分、固有値毎に対応する方向を前記物体の方向として決定する方向決定部と、を備える方向推定装置に対して、
閾値設定部は、設定された物体の個数であるＰ（Ｐは、１と等しいか１よりも大きい予め定めた整数）を参照して、前記固有値算出部が算出した固有値に基づいて、Ｐ＋１番目に大きい固有値よりも大きくかつＰ番目に大きい固有値と等しいか当該固有値よりも小さい値を前記閾値として設定する、
ことを特徴とする方向推定装置に対する閾値設定方法。
【請求項４】
前記方向推定装置に対して、方向を決定すべきＰ’（Ｐ’は０より大きい整数）個の物体が設置され、
前記Ｐ’が前記Ｐとして設定される、
ことを特徴とする請求項３に記載の閾値設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、方向推定装置、及び方向推定装置に対する閾値設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーダ装置を用いて検知した障害物の方向を用いて運転者に対して車両の運転を支援することが試みられてきた。レーダ装置は、送信信号を電波として放射し、反射物（ターゲット）から到来した受信信号に基づいてその反射物の方向を推定する。レーダ装置には、各々異なる位置に配列された複数のアンテナの各々に対応したチャネルの受信信号を用い、高い分解能で反射物の方向を推定する方法が採用されているものがある。高い分解能で反射物の方向を推定する方法には、受信信号の共分散行列の固有値問題を解き、各固有値に対応する反射物の方向を推定する方法がある。かかる方法には、例えばＡＲ（Ａｕｔｏ−Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ、自己回帰）スペクトル推定法やＭＵＳＩＣ（ＭＵｌｔｉｐｌｅ  ＳＩｇｎａｌ  Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法がある。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の電子走査型レーダ装置は、受信信号と送信信号から生成されたビート信号を予め設定された周波数帯域幅を有するビート周波数に周波数分解してビート周波数毎に分解されたビート信号に基づいた複素数データを算出する。この電子走査型レーダ装置は、ビート信号に基づいて算出された複素数データを要素とする第１の次数の行列の固有値に基づいて正規方程式の次数を推定し、推定された第２の次数の正規方程式に基づいて受信波の到来方向を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１３５６９号公報
【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、一般にレーダ装置の送受信特性は個体毎に異なる。また、個体毎の差以外にも、レーダ装置が設置される環境が異なる。例えば、車載用レーダ装置の前面には、送受信波を透過させる透過物（例えば、エンブレム、カバー、バンパー、ガラス等）が配置される場合があり、透過物の素材の差や、大きさ、形状、位置、等について個体毎の差がある。従って、設置される環境の差も、レーダ装置の送受信特性に影響する。
そのため、予め設計時に定めておいた固有値の閾値を用いて次数を推定すると、その次数は設計時に意図した到来波数とは異なることがある。そのため、不要波が混在することによって到来波の方向が意図した数よりも多く観測されることや、逆に意図した数よりも少なく観測されることがある。よって、各到来波の方向が正しく算出されないことがある。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、次数を正しく設定して各到来波の方向を正しく算出できるようにする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、物体から到来した受信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した受信信号に基づく所定の行列の固有値を算出する固有値算出部と、設定された閾値を参照して、前記固有値算出部が算出した固有値のうちで当該閾値を超える固有値の数を、決定すべき方向の数である次数として決定する次数決定部と、前記固有値算出部が算出した固有値のうちで大きいものから前記次数決定部が決定した次数の分、固有値毎に対応する方向を前記物体の方向として決定する方向決定部と、前記次数決定部が参照する前記閾値を設定する閾値設定部と、を備えることを特徴とする方向推定装置である。
【０００８】
（２）本発明のその他の態様は、上述の方向推定装置であって、前記閾値設定部は、設定された物体の個数であるＰ（Ｐは、１と等しいか１よりも大きい予め定めた整数）を参照して、前記固有値算出部が算出した固有値に基づいて、Ｐ＋１番目に大きい固有値よりも大きくかつＰ番目に大きい固有値と等しいか当該固有値よりも小さい値を前記閾値として設定することを特徴とする。
【０００９】
（３）本発明のその他の態様は、物体から到来した受信信号を受信する受信部と、前記受信部が受信した受信信号に基づく所定の行列の固有値を算出する固有値算出部と、設定された閾値を参照して、前記固有値算出部が算出した固有値のうちで当該閾値を超える固有値の数を、決定すべき方向の数である次数として決定する次数決定部と、前記固有値算出部が算出した固有値のうちで大きいものから前記次数決定部が決定した次数の分、固有値毎に対応する方向を前記物体の方向として決定する方向決定部と、を備える方向推定装置に対して、閾値設定部は、設定された物体の個数であるＰ（Ｐは、１と等しいか１よりも大きい予め定めた整数）を参照して、前記固有値算出部が算出した固有値に基づいて、Ｐ＋１番目に大きい固有値よりも大きくかつＰ番目に大きい固有値と等しいか当該固有値よりも小さい値を前記閾値として設定する、ことを特徴とする方向推定装置に対する閾値設定方法である。
【００１０】
（４）本発明のその他の態様は、上述の閾値設定方法であって、前記方向推定装置に対して、方向を決定すべきＰ’（Ｐ’は０より大きい整数）個の物体が設置され、前記Ｐ’が前記Ｐとして設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、次数を正しく設定して各到来波に対応する方向を正しく推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る物体検知システムの構成を表す概略図である。
【図２】本実施形態に係る受信アンテナの配置例を表す概念図である。
【図３】本実施形態に係る方向算出部の構成を表す概略図を示す。
【図４】本実施形態に係る方向算出処理を表すフローチャートである。
【図５】本実施形態に係る送信信号と受信信号の一例を表す図である。
【図６】ＩＦ信号のレベル周波数特性の一例を表す図である。
【図７】検査時における機材の配置例を表す概念図である。
【図８】設置時における機材の配置例を表す概念図である。
【図９】本実施形態に係る基準値λｔｈを定める処理を表すフローチャートである。
【図１０】位置情報の一検出例を表す概念図である。
【図１１】位置情報の他の検出例を表す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る物体検知システム１の構成を表す概略図である。
物体検知システム１は、ｎ個（ｎは１よりも大きい整数）の受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎ、送信アンテナ１０２、及び方向推定装置１１を含んで構成される。物体検知システム１は、例えば、運転システムに備えられるレーダ装置である。
【００１４】
方向推定装置１１は、信号送受信部１１０及び位置情報生成部１２０を含んで構成される。
信号送受信部１１０は、送信信号を生成し、生成した送信信号を電波で放射する送信アンテナ１０２に出力する。信号送受信部１１０は、物体が反射した電波を受信信号として受信する受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎから入力された受信信号と前述の送信信号に基づいて中間周波数（ＩＦ；Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成する。これによって、受信信号を検波する。ここで、信号送受信部１１０は、予め定めた変調周期で周波数が変調した送信信号を生成する。信号送受信部１１０は、入力された受信信号と生成したＩＦ信号を位置情報生成部１２０に出力する。信号送受信部１１０の構成については後述する。
【００１５】
位置情報生成部１２０は、信号送受信部１１０から入力されたＩＦ信号に基づいて物標（ｔａｒｇｅｔ）毎の距離、方向及び相対速度を算出する。物標とは、検出した物体を表す情報である。位置情報生成部１２０は、物標毎に、算出した距離、方向及び算出した相対速度を表す位置情報を生成し、生成した位置情報を物体検知システム１の外部に出力する。位置情報生成部１２０の構成については後述する。
【００１６】
次に、信号送受信部１１０の構成について説明する。
信号送受信部１１０は、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、電圧制御発振器）１１１、ｎ個のミキサ１１２−１〜１１２−ｎ、分配器１１４、ｎ個のフィルタ１１５−１〜１１５−ｎ、ＳＷ（スイッチ）１１６、ＡＤＣ（Ａ／Ｄ[Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ、アナログディジタル]コンバータ、受信波取得部）１１７、制御部１１８、及び三角波生成部１１９を備える。
【００１７】
ＶＣＯ１１１は、予め定めた周波数の信号を発生させ、発生させた信号を三角波生成部１１９から入力された三角波信号に基づいて周波数変調して送信信号を生成する。ＶＣＯ１１１は、生成した送信信号を分配器１１４に出力する。ＶＣＯ１１１が生成する送信信号は、予め定めた中心周波数ｆ０を中心に周波数変調幅Δｆで三角波信号の変調周期で周波数変調する。従って、送信信号には、時間経過に伴って周波数が高くなる上昇部分、周波数が低くなる下降部分がある。
【００１８】
ミキサ１１２−１〜１１２−ｎは、受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎから入力された受信信号を、分配器１１４から入力された送信信号とそれぞれ混合して、ＩＦ信号を生成する。このＩＦ信号は、ビート信号と呼ばれることがある。受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎにそれぞれ対応するチャネルをＣＨ−１〜ＣＨ−ｎと呼ぶ。ＩＦ信号の周波数は、対応する受信信号の周波数と送信信号の周波数の差（ビート周波数）である。ミキサ１１２−１〜１１２−ｎは、生成したＣＨ−１〜ＣＨ−ｎのＩＦ信号をそれぞれフィルタ１１５−１〜１１５−ｎに出力する。
分配器１１４は、ＶＣＯ１１１から入力された送信信号を送信アンテナ１０２及びミキサ１１２−１〜１１２−ｎに出力する。
【００１９】
フィルタ１１５−１〜１１５−ｎは、ミキサ１１２−１〜１１２−ｎから入力されたＣＨ−１〜ＣＨ−ｎのＩＦ信号をそれぞれ帯域制限して、帯域制限したＩＦ信号をＳＷ１１６に出力する。
ＳＷ１１６は、フィルタ１１５−１〜１１５−ｎから入力されたＣＨ−１〜ＣＨ−ｎのＩＦ信号を、制御部１１８から入力されたサンプリング信号に同期してチャネルを順次切り替えてＡＤＣ１１７に出力する。
ＡＤＣ１１７は、チャネルが順次切り替えられたアナログのＩＦ信号がＳＷ１１６から入力され、入力されたＩＦ信号を予め定めたサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換してディジタルのＩＦ信号に変換する。ＡＤＣ１１７は、変換したＩＦ信号を位置情報生成部１２０の記憶部１２１に順次記憶する。
制御部１１８は、方向推定装置１１の各部の動作を制御する。制御部１１８は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ、中央演算装置）である。制御部１１８は、予め定めたサンプリング周期のサンプリング信号を生成し、生成したサンプリング信号をＳＷ１１６、ＡＤＣ１１７及び三角波生成部１１９に出力する。
【００２０】
三角波生成部１１９は、制御部１１８から入力されたサンプリング信号に同期して予め定めた変調周期の三角波信号を生成し、生成した三角波信号をＶＣＯ１１１に出力する。
三角波は、振幅が予め定めた最小値から最大値まで線形に増加し、振幅が最大値に達した後、最大値から最小値まで線形に減少する波形を有する。
【００２１】
次に、位置情報生成部１２０の構成について説明する。
位置情報生成部１２０は、記憶部１２１、受信強度算出部１２２、方向算出部１２３、距離算出部１２４、速度算出部１２５、物標引継ぎ処理部１２６及び物標出力処理部１２７を含んで構成される。
【００２２】
受信強度算出部１２２は、記憶部１２１からチャネル毎のＩＦ信号を読み出し、読み出したＩＦ信号を、例えばフーリエ変換して周波数領域の複素数データを算出する。受信強度算出部１２２は、算出したチャネル毎の複素数データを方向算出部１２３に出力する。
受信強度算出部１２２は、全チャネルの複素数データを加算した加算値に基づいてスペクトルを算出する。なお、受信強度算出部１２２は、いずれかのチャネルの複素数データに基づいてスペクトルを算出してもよいが、加算値に基づいてスペクトルを算出することでノイズ成分が平均化されてＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ）比が向上する。
受信強度算出部１２２は、算出したスペクトルから、予め定めたレベルの閾値を越え、レベルが極大になる部分を、上述の上昇部分及び下降部分それぞれについて信号レベルのピークとして検出する（ピーク検出）。受信強度算出部１２２は、検出したピークの周波数を表すピーク周波数情報を生成し、生成したピーク周波数情報を距離算出部１２４及び速度算出部１２５に出力する。
【００２３】
方向算出部１２３は、受信強度算出部１２２から入力されたチャネル毎の複素数データに基づいて各物標が表す物体の方向を算出し、算出した方向を表す方向情報を生成する。方向算出部１２３が生成した各物標の方向情報を物標引継ぎ処理部１２６へ出力する。方向算出部１２３の構成については、後述する。
【００２４】
距離算出部１２４は、受信強度算出部１２２から入力されたピーク周波数情報が表す上昇部分の周波数ｆｕと下降部分の周波数ｆｄに基づいて各物標が表す物体までの距離を、変調周期Ｔａ、Ｔｂそれぞれについて算出する。距離算出部１２４は、例えば、式（１）を用いて距離Ｒを算出する。
【００２５】
【数１】
2014001943.tif 000003
【００２６】
式（１）において、ｃは光速度、Ｔは変調周期をそれぞれ表す。即ち、式（１）は、上昇部分又は下降部分の経過時間Ｔ／２内に光が進行する距離ｃ・Ｔ／２を、上昇部分の周波数ｆｕと下降部分の周波数ｆｄを物標毎に平均した平均値の変調周波数Δｆに対する比を乗じて距離Ｒが与えられることを示す。距離算出部１２４は、各物標が表す物体までの距離を表す距離情報を物標引継ぎ処理部１２６に出力する。
【００２７】
速度算出部１２５は、受信強度算出部１２２から入力されたピーク周波数が表す上昇部分の周波数ｆｕと下降部分の周波数ｆｄに基づいて各物標が表す物体の相対速度を、算出する。速度算出部１２５は、例えば、式（２）を用いて速度Ｖを算出する。
【００２８】
【数２】
2014001943.tif 000004
【００２９】
即ち、式（２）は、光速度ｃを、上昇部分の周波数ｆｕと下降部分の周波数ｆｄの差分との中心周波数ｆ０に対する比を乗じて相対速度Ｖが与えられることを示す。速度算出部１２５は、各物標の相対速度Ｖを表す速度情報を物標引継ぎ処理部１２６に出力する。
【００３０】
物標引継ぎ処理部１２６は、方向算出部１２３、距離算出部１２４及び速度算出部１２５から方向情報、距離情報及び速度情報がそれぞれ入力される。物標引継ぎ処理部１２６は、記憶部１２１から前回の変調周期に係る方向情報、距離情報及び速度情報を読み出す。物標引継ぎ処理部１２６は、現在の変調周期で算出した方向、距離、速度と、前回の変調周期で算出した方向、距離、相対距離、速度とのそれぞれの差分値が、それぞれの差分値毎に予め定められた閾値よりも小さいか否か判断する。全ての差分値について予め定められた閾値よりも小さいと判断された場合、物標引継ぎ処理部１２６は、現在の変調周期に係る物標と前回の変調周期に係る物標が同一であると判定する。その場合、物標引継ぎ処理部１２６は、その物標の物標引継ぎ回数を１だけ増加させ、その物標と、現在の変調周期に係る方向情報、距離情報、及び速度情報を対応付けて記憶部１２１に記憶する。また、物標引継ぎ処理部１２６は、その物標と現在の変調周期に係る方向情報、距離情報、及び速度情報を対応付けて物標出力処理部１２７に出力する。
【００３１】
現在の変調周期に係る物標と前回の変調周期に係る物標が同一でないと判定された場合、物標引継ぎ処理部１２６は、新たな物体を検知したと判定する。物標引継ぎ処理部１２６は、新たな物体を表す物標（識別番号）を生成し、生成した物標と現在の変調周期に係る距方向情報、距離情報、及び速度情報を対応付けて記憶部１２１に記憶する。また、物標引継ぎ処理部１２６は、その物標と現在の変調周期に係る方向情報、距離情報、及び速度情報を対応付けて物標出力処理部１２７に出力する。以下、方向情報、距離情報、及び速度情報を位置情報と総称する。
【００３２】
物標出力処理部１２７は、物標引継ぎ処理部１２６から入力された位置情報を方向推定装置１１の外部に出力する。
【００３３】
（受信アンテナ）
次に、受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎの配置例について説明する。
図２は、本実施形態に係る受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎの配置例を表す概念図である。
受信アンテナ１０１−２〜１０１−ｎは、基準となる受信アンテナ、例えば受信アンテナ１０１−１から、それぞれ間隔ｄ１〜ｄｎ−１だけ離れた位置に同一の面上に配列されている。受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎの配列面に対して方向φに所在する物体からの受信信号が到来すると、受信アンテナ間で位相差が生じる。方向φは、配列面に垂直な軸を基準にした角度である。例えば、受信アンテナ１０１−１と１０１−ｎの間の位相差は、２πｆ（ｄｎ−１・ｓｉｎφ／ｃ）である。ここで、ｆは、受信信号の周波数である。
【００３４】
（方向算出部の構成）
次に、方向算出部１２３の構成について説明する。方向算出部１２３は、チャネル毎の受信信号に対して各方向φに対する位相差が補償されるように、各方向に対応した指標値を算出し、算出した指標値を最大にする方向φを、物標が表す物体の方向と推定する。ここで、方向算出部１２３は、例えばＡＲ（Ａｕｔｏ−Ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ、自己回帰）スペクトル推定法を用いる。ＡＲスペクトル推定法は、複素数データに基づいて行列を算出し、算出した行列の固有値を用いて算出した指標値に基づいて物標毎の方向を算出する方式の一つである。
【００３５】
図３は、本実施形態に係る方向算出部１２３の構成を表す概略図を示す。
方向算出部１２３は、正規方程式生成部１２３１、正規方程式平均化部１２３２、固有値算出部１２３３、閾値設定部１２３４、次数決定部１２３５、ＡＲ係数算出部１２３６及びパワースペクトル算出部（方向決定部）１２３７を含んで構成される。
【００３６】
正規方程式生成部１２３１は、受信強度算出部１２２から入力されたチャネル毎の複素数データに基づいて、例えば式（３）に示す正規方程式を生成する。
【００３７】
【数３】
2014001943.tif 000005
【００３８】
式（３）において、左辺はＭ行Ｍ列の共分散行列ＣｘｘとＭ列のＡＲ係数ベクトルａの積である。Ｍは、ＡＲモデルの次数を表す１よりも大きい整数である。但し、Ｍの最大値は、チャネル数ｎによって定まる。例えば、チャネル数ｎが５の場合、Ｍの最大値は３である。右辺は、右辺ベクトルｃｘｘの正負符号を反転させたＭ列のベクトルである。共分散行列Ｃｘｘ、右辺ベクトルｃｘｘの要素値Ｃｘ（ｊ，ｋ）は、式（４）を用いて算出される。
【００３９】
【数４】
2014001943.tif 000006
【００４０】
式（４）において、Ｎは一度に処理するデータ数Ｎを表す整数であって、Ｍよりも大きい整数である。ｘ（ｎ）は、受信強度算出部１２２から入力された複素数データである。
正規方程式生成部１２３１では、上述の処理に用いる次数Ｍは予め定めておいた整数であってもよいが、次数決定部１２３５から入力された次数Ｍを用いてもよい。これにより、正規方程式生成部１２３１における演算量が次数に応じて与えられる。
正規方程式生成部１２３１は、生成した正規方程式を表す共分散行列Ｃｘｘ、ＡＲ係数ベクトルａ、及び右辺ベクトルｃｘｘを正規方程式平均化部１２３２に出力する。
【００４１】
正規方程式平均化部１２３２は、正規方程式生成部１２３１から入力されたチャネル毎の正規方程式を表す共分散行列Ｃｘｘ、ＡＲ係数ベクトルａ、及び右辺ベクトルｃｘｘをそれぞれ、現在の変調周期までの予め定めた数の変調周期間で平均する。正規方程式平均化部１２３２は、平均した共分散行列Ｃｘｘを固有値算出部１２３３に出力する。また、正規方程式平均化部１２３２は、平均した共分散行列Ｃｘｘ、ＡＲ係数ベクトルａ、及び右辺ベクトルｃｘｘをＡＲ係数算出部１２３６に出力する。
【００４２】
固有値算出部１２３３は、正規方程式平均化部１２３２から入力されたチャネル毎の共分散行列Ｃｘｘに対して式（５）に示すユニタリ変換を行い、実数の相関行列Ｒｘｘを算出する。
【００４３】
【数５】
2014001943.tif 000007
【００４４】
式（５）において、Ｑは、ユニタリ行列である。つまり、ＱＨＱ＝ＱＱＨ＝１という関係を有する。ＱＨは、エルミート転置を示す。このユニタリ変換によって、固有値の算出における負荷が軽減する。
固有値算出部１２３３は、算出した相関行列Ｒｘｘについて固有値を算出する。つまり、固有値算出部１２３３は、式（６）を満足するλを、既存の算出法、例えばＱＲ法、ハウスホルダ法等の方法を用いてＭ個算出する。
【００４５】
【数６】
2014001943.tif 000008
【００４６】
式（６）において、｜…｜は、行列…の行列式、Ｉは、単位行列を表す。
固有値算出部１２３３は、算出した固有値を閾値設定部１２３４に出力する。
なお、固有値算出部１２３３は、上述のユニタリ変換を省略して共分散行列Ｃｘｘに対して直接固有値を算出してもよい。
【００４７】
閾値設定部１２３４は、固有値算出部１２３３から入力された固有値のうちＰ＋１番目に大きい固有値λＰ＋１が予め定めた固有値の閾値（基準値）λｔｈよりも大きいか否か判断する。Ｐは、予め定めた目標物（ターゲット）の数を表す整数であって、０よりも大きい整数である。固有値λＰ＋１が基準値λｔｈよりも大きいと判断された場合、閾値設定部１２３４は、Ｐ番目に大きい固有値λＰより小さい値として、例えば固有値λＰ＋１を基準値λｔｈに定める。閾値設定部１２３４は、新たに定めた基準値λｔｈを自部が備える記憶部に記憶しておく。これにより、閾値設定部１２３４は、その基準値λｔｈを設定（更新）する。固有値は、検知される物標にそれぞれ対応し、固有値の大きさは、その固有値に対応する到来方向の到来波に対する信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ、Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｒａｔｉｏ）を表す。記憶された基準値よりも固有値が大きい物標を検知対象とし、更新前の基準値よりも固有値が小さい物標を検知しないことで、物標やその方向の誤検出を回避する。
【００４８】
なお、閾値設定部１２３４は、固有値λＰ＋１が基準値λｔｈよりも小さいと判断された場合、Ｐ＋１番目に大きい固有値λＰ＋１と等しいか固有値λＰ＋１より大きく、かつＰ番目に大きい固有値λＰより小さい値、例えば固有値λＰ＋１を基準値λｔｈに定めてもよい。これにより、更新前の基準値よりも固有値が大きい物標を検知しないことを回避するようにしてもよい。
閾値設定部１２３４は、固有値算出部１２３３から入力された固有値を次数決定部１２３５に出力する。
【００４９】
次数決定部１２３５は、閾値設定部１２３４から入力された固有値のうち閾値設定部１２３４の記憶部に記憶した基準値λｔｈよりも大きい固有値の数を計数し、その数を次数Ｍと定める。次数決定部１２３５は、定めた次数Ｍが記憶部に記憶した次数Ｍと異なるか否かを判断し、異なると判断された場合、定めた次数Ｍを記憶部に記憶し、正規方程式生成部１２３１に出力する。異なっていないと判断したとき、次数決定部１２３５は、定めた次数ＭをＡＲ係数算出部１２３６に出力する。
【００５０】
ＡＲ係数算出部１２３６は、正規方程式平均化部１２３２から入力された平均した共分散行列Ｃｘｘ、ＡＲ係数ベクトルａ、及び右辺ベクトルｃｘｘで表される正規方程式を満足するように、ＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）を算出する。ＡＲ係数算出部１２３６は、ＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）を算出するために、例えば、コレスキー分解等の逆行列の算出法を用いてもよい。ＡＲ係数算出部１２３６が、ＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）を算出する際に用いる次数Ｍは、次数決定部１２３５から入力された次数Ｍである。ＡＲ係数算出部１２３６は、算出したＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）と右辺ベクトルｃｘｘの要素値Ｃｘ（ｊ，ｋ）に基づいて、式（７）を用いて入力白色雑音の分散σｖ２を算出する。正規方程式は、予測誤差の平均二乗誤差が最小とする条件を与えるところ、入力白色雑音は、角周波数ωに依存しない誤差の成分を表す。
【００５１】
【数７】
2014001943.tif 000009
【００５２】
ＡＲ係数算出部１２３６は、算出したＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）及び分散σｖ２をパワースペクトル算出部１２３７に出力する。
パワースペクトル算出部１２３７は、ＡＲ係数算出部１２３６から入力されたＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）及び分散σｖ２に基づいてパワースペクトルＳｘｘ（ω）を、例えば式（８）を用いて指標値として算出する。
【００５３】
【数８】
2014001943.tif 000010
【００５４】
式（８）は、パワースペクトルＳｘｘ（ω）が、分散σｖ２にＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）の伝達関数を乗じて得られることを表す。
パワースペクトル算出部１２３７は、パワースペクトルＳｘｘ（ω）の極大値（ピーク）を与える角周波数ω’に対応する方向を、受信信号の到来方向、即ち物標の方向と定める。パワースペクトルＳｘｘ（ω）は、角周波数ωに対してＭ次の関数であるから、Ｍ個の極大値を有する。つまり、パワースペクトル算出部１２３７は、Ｍ個の物標それぞれについて方向を推定することができる。
パワースペクトル算出部１２３７は、定めた方向に対応する方向情報を物標毎に生成し、生成した方向情報を物標引継ぎ処理部１２６に出力する。
【００５５】
（方向算出処理）
次に、方向算出部１２３が行う方向算出処理について説明する。
図４は、本実施形態に係る方向算出処理を表すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）正規方程式生成部１２３１は、受信強度算出部１２２から入力されたチャネル毎の複素数データに基づいて、例えば式（３）に示す正規方程式を生成する。正規方程式生成部１２３１は、生成した正規方程式を表す共分散行列Ｃｘｘ、ＡＲ係数ベクトルａ、及び右辺ベクトルｃｘｘを正規方程式平均化部１２３２に出力する。その後、ステップＳ１０２に進む。
【００５６】
（ステップＳ１０２）正規方程式平均化部１２３２は、正規方程式生成部１２３１から入力されたチャネル毎の正規方程式を表す行列及びベクトルをそれぞれ、現在の変調周期までの予め定めた数の変調周期間で平均する。正規方程式平均化部１２３２は、平均した共分散行列Ｃｘｘを固有値算出部１２３３に出力する。正規方程式平均化部１２３２は、平均した行列及びベクトルをＡＲ係数算出部１２３６に出力する。その後、ステップＳ１０３に進む。
【００５７】
（ステップＳ１０３）固有値算出部１２３３は、正規方程式平均化部１２３２から入力されたチャネル毎の共分散行列Ｃｘｘについて固有値を算出し、閾値設定部１２３４を通じて算出した固有値を次数決定部１２３５に出力する。その後、ステップＳ１０４に進む。
（ステップＳ１０４）次数決定部１２３５は、閾値設定部１２３４から入力された固有値のうち閾値設定部１２３４の記憶部に記憶した基準値λｔｈよりも大きい固有値の数を計数し、その数を次数Ｍと定める。その後、ステップＳ１０５に進む。
（ステップＳ１０５）次数決定部１２３５は、定めた次数に変更があるか否かを判断する。定めた次数に変更がある場合（ステップＳ１０５  Ｙｅｓ）、次数決定部１２３５は、定めた次数Ｍを正規方程式生成部１２３１に出力し、ステップＳ１０１に進む。定めた次数に変更がない場合（ステップＳ１０５  Ｎｏ）、次数決定部１２３５は、定めた次数ＭをＡＲ係数算出部１２３６に出力し、ステップＳ１０６に進む。
【００５８】
（ステップＳ１０６）ＡＲ係数算出部１２３６は、正規方程式平均化部１２３２から入力された平均した共分散行列Ｃｘｘ、ＡＲ係数ベクトルａ、及び右辺ベクトルｃｘｘで表される正規方程式を満足するように、ＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）を算出する。ＡＲ係数算出部１２３６は、算出したＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）と右辺ベクトルｃｘｘの要素値Ｃｘ（ｊ，ｋ）に基づいて、例えば式（７）を用いて入力白色雑音の分散σｖ２を算出する。ＡＲ係数算出部１２３６は、算出したＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）と入力白色雑音の分散σｖ２をパワースペクトル算出部１２３７に出力する。その後、ステップＳ１０７に進む。
【００５９】
（ステップＳ１０７）パワースペクトル算出部１２３７は、ＡＲ係数算出部１２３６から入力されたＡＲ係数ａ（１），…，ａ（Ｍ）と入力白色雑音の分散σｖ２に基づいて、例えば式（８）を用いてパワースペクトルＳｘｘ（ω）を算出する。パワースペクトル算出部１２３７は、パワースペクトルＳｘｘ（ω）の極大値（ピーク）を与える角周波数ωに対応する方向を、受信信号の到来方向、即ち物標の方向と定める。パワースペクトル算出部１２３７は、定めた方向に対応する方向情報を物標毎に生成し、生成した方向情報を物標引継ぎ処理部１２６に出力する。その後、処理を終了する。
【００６０】
（距離、相対速度の検出）
次に、位置情報生成部１２０が距離及び相対速度を検出する原理について説明する。
図５は、本実施形態に係る送信信号と受信信号の一例を表す図である。
図５において、横軸は時刻を表し、縦軸は周波数を表す。図５に示す例では、送信信号の変調周期はＴである。
図５の上段は、送信信号の周波数を実線で表し、受信信号の周波数を破線で表す。送信信号は、中心周波数ｆ０を中心に変調幅Δｆで周波数変調している。図５に示す例では、受信信号は、ΔＴだけ遅延しδｆだけ周波数が偏移する。遅延ΔＴは、送信信号を送信してから、物体からの反射波が受信されるまでの遅延を表す。偏移δｆは、物体との相対速度Ｖが生じることによるドップラー効果によるものである。従って、物体までの距離Ｒが大きくなるほど、遅延時間ΔＴが大きくなり、物体との相対速度が大きくなるほど周波数偏移δｆが大きくなる。
【００６１】
図５の下段は、ＩＦ信号の周波数を実線で表す。ＩＦ信号の周波数は、受信信号の周波数と送信信号の差分の絶対値になる。図５の下段に示すＩＦ信号の周波数は、受信強度算出部１２２が検出するピークの周波数である。上り部分では、ＩＦ信号の周波数はｆｕである。上り部分とは、送信信号、受信信号ともに周波数が時間経過とともに高くなる区間である。図５では時刻ΔＴからＴ／２である。下り部分では、ＩＦ信号の周波数はｆｄである。下り部分とは、送信信号、受信信号ともに周波数が時間経過とともに低くなる区間である。図５では時刻Ｔ／２＋ΔＴからΔＴである。上述の変調幅Δｆ、周波数偏移δｆは、上り部分の周波数ｆｕ及び下り部分の周波数ｆｄによって定められる。従って、本実施形態では、受信強度算出部１２２が検出した上り部分の周波数ｆｕ及び下り部分の周波数ｆｄに基づいて距離Ｒ、相対速度Ｖを算出することができる。
【００６２】
図６は、ＩＦ信号のレベル周波数特性の一例を表す図である。
図６において、横軸は周波数を表し、縦軸はレベルを表す。
図６の上段は、上り部分におけるＩＦ信号のレベルを表す。ＩＦ信号のレベルは、上り部分において周波数ｆｕにおいてピークを有する。図６の下段は、下り部分におけるＩＦ信号のレベルを表す。ＩＦ信号のレベルは、下り部分において周波数ｆｄにおいてピークを有する。
受信強度算出部１２２は、複数の物標にそれぞれ対応したピークの周波数を検出することがある。その場合には、受信強度算出部１２２は、上り部分、下り部分それぞれについて、周波数が小さい順に共通の物標と対応付けてピーク周波数情報を生成し、生成したピーク周波数情報を距離算出部１２４、速度算出部１２５に出力する。
【００６３】
（基準値の決定）
方向算出部１２３の閾値設定部１２３４では、例えば製造時に、予め定めた基準値λｔｈの初期値を記憶部に記憶させておく。その後、方向推定装置１１の出荷前、使用開始前の設置時、その他、使用開始後の任意の時点（例えば、静止時）で後述する検査において基準値λｔｈを算出して記憶部に記憶する。目標物の数Ｐは、製造者、整備士、運転者、その他の利用者により任意に設定される。方向推定装置１１は、基準値λｔｈを閾値設定部１２３４の記憶部に記憶させるための操作入力を受け付ける操作入力部を備えるようにしてもよい。
【００６４】
図７は、検査時における機材の配置例を表す概念図である。
図７に示されるように、検査において物体検知システム１とリフレクタ５１をＰ’個（図７の例では１個、１個よりも多くてもよい）用いる。リフレクタ５１は、予め定めた大きさ、形状、反射率を有する物体（例えば、一辺の長さが１５ｃｍの正三角形の反射面を有する三角コーナリフレクタ）である。リフレクタ５１は、物体検知システム１から予め定めた距離（例えば、２００ｍ）だけ離れた距離であって、送信アンテナ１０２が放射する送信信号が到達する方向に設置される。リフレクタ５１の大きさ、位置、反射率、個数については、検出対象とする物体の個数（到来波数）や精度に基づいて予め定めておく。
物体検知システム１は、送信アンテナ１０２から送信信号をリフレクタ５１に向けて送信し、リフレクタ５１が反射する信号を受信アンテナ１０１−１〜１０１−Ｎで受信する。
【００６５】
図８は、設置時における機材の配置例を表す概念図である。
図８は、車両２３の前方の物体を検知することを目的に物体検知システム１が車両２３の前面に設置された例を示す。図８の例でも、リフレクタ５１をＰ’個用いる。リフレクタ５１を、物体検知システム１から予め定めた距離（例えば、２００ｍ）だけ離れた距離であって、送信アンテナ１０２が放射する送信信号が到達する方向に設置される。
また、物体検知システム１は、送信信号をリフレクタ５１に向けて送信し、リフレクタ５１が反射する信号を受信する。これにより、実際に使用される環境下で設置された状態で基準値λｔｈを定めることができる。
【００６６】
次に、基準値λｔｈを定める処理について説明する。
図９は、本実施形態に係る基準値λｔｈを定める処理を表すフローチャートである。
（ステップＳ２０１）送信アンテナ１０２は、ＶＣＯ１１１から入力された送信信号を電波として放射する。その後、ステップＳ２０２に進む。
（ステップＳ２０２）受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎは、電波として到来した受信信号をそれぞれミキサ１１２−１〜１１２−ｎに出力する。ミキサ１１２−１〜１１２−ｎは、受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎから入力された受信信号を、分配器１１４から入力された送信信号とそれぞれ混合して、ＩＦ信号を生成する。受信強度算出部１２２は、ＩＦ信号に基づいて複素数データを算出する。その後、ステップＳ２０３に進む。
【００６７】
（ステップＳ２０３）固有値算出部１２３３は、正規方程式生成部１２３１が算出した複素数データに基づく共分散行列について、固有値を算出し、算出した固有値を閾値設定部１２３４に出力する。その後、ステップＳ２０４に進む。
（ステップＳ２０４）閾値設定部１２３４は、固有値算出部１２３３から入力された固有値のうちＰ＋１番目に大きい固有値λＰ＋１が予め定めた基準値λｔｈよりも大きいか否か判断する。但し、閾値設定部１２３４は、予め上述のリフレクタ５１の個数Ｐ’をＰと定めておく。基準値λｔｈよりも大きいと判断された場合（ステップＳ２０４  Ｙｅｓ）、ステップＳ２０５に進む。基準値λｔｈと等しいか基準値λｔｈより小さいと判断された場合（ステップＳ２０４  Ｎｏ）、処理を終了する。
（ステップＳ２０５）閾値設定部１２３４は、Ｐ番目に大きい固有値λＰより小さい値として、例えば、固有値λＰ＋１を基準値λｔｈに定める。その後、ステップＳ２０６に進む。
（ステップＳ２０６）閾値設定部１２３４は、定めた基準値λｔｈを自部が備える記憶部に記録することで、その基準値λｔｈを設定（更新）する。その後、処理を終了する。
【００６８】
なお、基準値λｔｈの設定は、物体検知システム１の製造時、出荷時等に１回のみ行われてもよく、その後に行われてもよいし、複数回行われてもよい。基準値λｔｈの設定は、物体検知システム１の個体毎、物体検知システム１を車両に設置、又は移設される都度、行われると好ましいが、それには限られない。
【００６９】
（位置情報の検出例）
次に、物体検知システム１が検出した位置情報の検出例について説明する。
ここでは、路面上を走行中の車両に搭載された物体検知システム１が、先行車両２１の方向を検知した場合を例にとって、本実施形態において基準値λｔｈを定めた場合、従来技術と同様に定めなかった場合、それぞれについて図１０、１１に示す。
図１０、１１のいずれも、上段から下段へ順に、進行方向の状況、その状況下でパワースペクトル算出部１２３７が算出したスペクトル、物標出力処理部１２７が出力する位置情報をそれぞれ示す。中段において横軸は左右方向の座標、縦軸はレベルを表し、下段において横軸は左右方向の座標、縦軸は奥行方向の座標を表す。奥行方向とは、物体検知システム１を搭載している自車両の前方方向、つまり受信アンテナ１０１−１等の配列方向に垂直な方向である。原点は、レーダ検知範囲の頂点、即ち受信アンテナ１０１−１〜１０１−ｎの重心点である。
【００７０】
図１０は、位置情報の一検出例を表す概念図である。
同上段は、先行車両２１が自車両の左前方を走行していることを示す。
同中段は、算出されたスペクトルが先行車両２１と同一の左右方向の座標において鋭いピーク３１を有することを示す。同下段は、スペクトルがピーク３１を有する方向を表す先行車両２１の位置情報４１が得られることを示す。
【００７１】
図１１は、位置情報の他の検出例を表す概念図である。
同上段は、図１０の場合と同様に、先行車両２１が自車両の左前方を走行していることを示す。
同中段は、算出されたスペクトルが先行車両２１と同一の左右方向の座標にピーク３２ａを有するほか、中央より右側にピーク３２ｂを有することを示す。このピーク３２ｂに対応する物体は、同上段には見出されない。即ち、ピーク３２ｂが誤検出されたことが示される。
同下段は、スペクトルがピーク３２ａを有する方向を表す先行車両２１の位置情報４２ａの他に、ピーク３２ｂに対応した架空の位置情報４２ｂが誤検出されることを示す。即ち、従来技術では基準値λｔｈが正しく設定されていないため、次数Ｍ、つまり検知される到来波数を誤って定めてしまう。このような誤検出は、車速制御システム等の運転支援システムの誤動作の原因となり、かえって運転操作の妨げになることがある。
【００７２】
上述したように、方向算出部１２３は、受信信号に基づいて行列を算出し、算出した行列の固有値に基づいて指標値としてパワースペクトルを算出する。方向算出部１２３は、算出したパワースペクトルのピークを与える方向を受信信号の到来方向、つまり各物標が表す物体の方向として算出する。このような方向推定方法として、ＡＲスペクトル推定法において共分散行列を算出する方法として改良共分散法（Ｍｏｄｉｆｉｅｄ  Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いる場合を例にとって説明したが、本実施形態では、これには限られない。本実施形態では、例えば、ＡＲスペクトル推定法の一方法である共分散法（Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ  Ｍｅｔｈｏｄ）を用いてもよいし、共分散行列の代わりに自己相関行列を用いる自己相関法を用いてもよい。
【００７３】
また、本実施形態では、ＡＲスペクトル推定法以外の方法として、方向算出部１２３は、例えばＭＵＳＩＣ法を用いてもよい。ＭＵＳＩＣ法を用いた場合、方向算出部１２３は、アンテナ間におけるＩＦ信号もしくは、その複素数データに対する相互相関を要素値とする相関行列を算出し、算出した相関行列の固有値を算出する。方向算出部１２３は、算出した固有値に対応する固有ベクトルに基づいて指標値として角度スペクトルを算出し、算出した角度スペクトルのピークを与える方向を各物標が表す物体の方向として算出する。
本実施形態では、受信信号に基づく二次の積算値（例えば、共分散値、相互相関、自己相関等）を要素とする正方行列を算出し、算出した行列の固有値を算出することにより物標毎の方向を算出する方法であれば、どの方向推定方法を用いてもよい。かかる方向推定方法では、算出した固有値は、その固有値に対応する到来方向の到来波の他の成分に対する度合い、例えば信号対干渉雑音比（ＳＩＮＲ）を表す。
【００７４】
なお、上述した実施形態における方向推定装置１１の一部、例えば、受信強度算出部１２２、方向算出部１２３、距離算出部１２４、速度算出部１２５、物標引継ぎ処理部１２６及び物標出力処理部１２７をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、方向推定装置１１に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、上述した実施形態における方向推定装置１１の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現しても良い。方向推定装置１１の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。
【００７５】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１…物体検知システム、
１０１（１０１−１〜１０１−ｎ）…受信アンテナ、
１０２…送信アンテナ、
１１…方向推定装置、１１０…信号送受信部、１１１…ＶＣＯ、
１１２（１１２−１〜１１２−ｎ）…ミキサ、１１４…分配器、
１１５（１１５−１〜１１５−ｎ）…フィルタ、１１６…ＳＷ、１１７…ＡＤＣ、
１１８…制御部、１１９…三角波生成部、
１２０…位置情報生成部、１２１…記憶部、１２２…受信強度算出部、
１２３…方向算出部、１２３１…正規方程式生成部、１２３２…正規方程式平均化部、
１２３３…固有値算出部、１２３４…閾値設定部、１２３５…次数決定部、
１２３６…ＡＲ係数算出部、１２３７…パワースペクトル算出部、
１２４…距離算出部、１２５…速度算出部、
１２６…物標引継ぎ処理部、１２７…物標出力処理部
【図１】
2014001943.tif 000011
【図２】
2014001943.tif 000012
【図３】
2014001943.tif 000013
【図４】
2014001943.tif 000014
【図５】
2014001943.tif 000015
【図６】
2014001943.tif 000016
【図７】
2014001943.tif 000017
【図８】
2014001943.tif 000018
【図９】
2014001943.tif 000019
【図１０】
2014001943.tif 000020
【図１１】
2014001943.tif 000021