(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３角波状に周波数変調された連続波のビームを送信し且つターゲットの反射波を受信し送信信号と受信信号とのビート信号を形成するレーダと、
前記レーダを一定角度毎にスキャンさせるスキャン制御部と、
スキャン毎且つ周波数変調の上昇時及び下降時毎に前記レーダからのビート信号を周波数分析しターゲットに対してピーク周波数を検知する周波数分析部と、
上昇時及び下降時毎に隣接する各スキャン角度でのピーク周波数が一致し又は近いもの同士を探して逐次グループ化するグループ化部と、
前記グループ化部によりグループ化されたピーク周波数のパワーに基づいてスキャンの角度に対するパワー分布を形成し、パワーのピーク値に対する基準スキャンの角度を算出する角度算出部と、
前記角度算出部により算出された基準スキャンの角度が上昇時又は下降時で一致するグループ同士についてピーク周波数のペアリングを優先的に行うペアリング形成部と、
前記ペアリング形成部によりペアリングが行われたピーク周波数に基づいて距離、相対速度を計算してターゲットを認識するターゲット認識部とを備えることを特徴とするＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置。
【請求項２】
前記角度算出部で算出される基準スキャンの角度は、スキャン角をグループ化されたピーク周波数のパワーで重み付け平均することによって算出されることを特徴とする請求項１に記載のＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置。
【請求項３】
前記角度算出部で算出される基準スキャンの角度は、グループ化されたピーク周波数のパワー分布の最大値を境に左右の分布を２つの直線で近似し、この直線の交点のスキャン角度を基準スキャンの角度とすることを特徴とする請求項１に記載のＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置。
【請求項４】
前記ペアリング形成部は、基準スキャンの角度が一致する場合でも、上昇時、下降時で各グループのピーク周波数の数がほぼ一致する場合にのみペアリングを行うことを特徴とする請求項１に記載のＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置。
【請求項５】
前記角度算出部は、基準スキャンの角度に対応する基準パワーを求め、
前記ペアリング形成部は、上昇時、下降時で各グループのピーク周波数の数がほぼ一致するグループが複数存在する場合には、基準パワーの差が最も小さいグループについてペアリングを行うことを特徴とする請求項４に記載のＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置。
【請求項６】
前記ターゲット認識部は、前記ペアリング形成部により形成されたグループ内のペアリングの総数が所定値以上の場合にターゲットの認識を行うことを特徴とする請求項１に記載のＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置。
【請求項７】
前記ターゲット認識部は、前記ペアリング形成部により形成されたグループ内のペアリングの総数が所定値未満の場合には、次回のスキャン時に新たに出現したペアリングを加えた総数が所定値以上となったときにターゲットの認識を行うことを特徴とする請求項６に記載のＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦＭ（周波数変調）−ＣＷ（連続波）方式スキャンレーダ用信号処理装置に関し、特に、上昇時、下降時のピーク周波数のスキャン角に対するパワー分布に基づいて上昇時、下降時のピーク周波数のペアリングを行うＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダは車両に搭載され、三角状の周波数変調された連続波を出力して前方の車両（ターゲット）との距離、相対速度を求めている。すなわち、レーダから出力された送信波が前方のターゲットで反射されるので、反射波である受信信号は送信信号と周波数の差が生じ、この差の大きさがターゲットとの距離に対応する。そして、送信信号と反射信号とのビート信号が形成され、ビート信号は高速フ−リエ変換により周波数分析される。ビート信号の周波数分析ではターゲットに対してパワーが大きくなってピークが発生し、このピークに対応する周波数はピーク周波数と呼ばれる。ピーク周波数は、前述のように、ターゲットに対する距離情報に関する情報を有し、前方車両との相対速度によるドプラ効果に起因して、三角状の周波数変調の上昇時、下降時で異なる。この上昇時、下降時のピーク周波数の対からターゲットとの距離が得られる。
【０００３】
さらに、ターゲットが複数ある場合には、各ターゲットに対して上昇、下降時に１対のピーク周波数が発生する。各ターゲットに対して１対の上昇時と下降時のピーク周波数の組を形成することをペアリングと呼ぶ。
特に、過去にターゲットが無い場合には、上昇、下降時の低いピーク周波数から順にペアリングが行われる。過去にターゲットが有る場合には、過去にペアリングされたピーク周波数に近いもの同士について優先的にペアリングが行われる。ペアリングされたピーク周波数のピークパワーを比較して所定値以上の差ができれば、ペアリングを破棄する。
【０００４】
このようにして得られたペアリングを形成する周波数ピークからターゲットまでの距離、相対速度が算出される。
上記ＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダではビームを一定角度毎にスキャンし、ビーム毎に距離、相対速度が算出される。さらに、距離、相対速度が近いデータをグループ化して、グループ化されたデータの各ビーム角度からターゲットの角度を算出している。これらの距離、角度からターゲットが自車レーンにいるか、隣接レーンにいるかを判断している。
【０００５】
例えば、ＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置は、クルーズ走行を行っている場合には、ターゲットが自車レーンにいると、一定の車間距離を保って走行するが、自車レーンにターゲットが無ければ一定速度を保つように走行を切り換えるのに用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記ＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置では、ビーム毎にペアリングの処理を行うために、ノイズ等によりミスペアリングが発生し易いとの問題がある。このため、ペアリング時に過去のピーク周波数を優先的に使用するため、一度誤ったペアリングを行うと復帰が困難となる。
【０００７】
例えば、トラック等の長い車体の検知を行う場合、周波数変調の上昇時にトラックの最後面と側面を検知し、その下降時にトラックの最後面を検知したとき、一度誤って最後面と側面とをペアリングすると、その後は常に最後面と側面とのペアリングが行われる。このような場合、本来の距離よりも計測距離は遠くなり、正しい相対速度より計測相対速度は大きなる。
【０００８】
このように情報が少ない状況では、ミスペアリングの低減は余り見込めない。
本発明は、上記問題点に鑑み、全ビームの情報を用いてペアリングにおける情報量を増やすることにより、ミスペアリングの減少を図ることが可能なＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記問題点を解決するために、３角波状に周波数変調された連続波のビームを送信し且つターゲットの反射波を受信し送信信号と受信信号とのビート信号を形成するレーダと、前記レーダを一定角度毎にスキャンさせるスキャン制御部と、スキャン毎且つ周波数変調の上昇時及び下降時毎に前記レーダからのビート信号を周波数分析しターゲットに対してピーク周波数を示す周波数分析部と、上昇時及び下降時毎に前回のスキャンで得られたピーク周波数と今回のスキャンで得られたピーク周波数とが一致し又は近いもの同士を探して逐次グループ化するグループ化部と、前記グループ化部によりグループ化されたピーク周波数のパワーに基づいてスキャン角度に対するパワー分布を形成し、パワーのピーク値に対する基準スキャンの角度を算出する角度算出部と、前記角度算出部により算出された基準スキャンの角度が上昇時又は下降時で一致するグループ同士についてピーク周波数のペアリングを優先的に行うペアリング形成部と、前記ペアリング形成部によりペアリングが行われたピーク周波数に基づいて距離、相対速度を計算してターゲットを認識するターゲット認識部とを備えることを特徴とするＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置を提供する。
【００１０】
この手段により、互いに一致し又は近いピーク周波数対をスキャンに基づいて通じてグループ化し、ピーク周波数のパワーが最大となる基準スキャンの角度を算出して、上昇時、下降時で基準スキャンの角度が一致するもの同士についてペアリングを行うようにしたので、ペアリングの判断を行う情報量が増え、ミスペアリングの減少を図ることが可能となった。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明に係るＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置の説明図である。
本図（ａ）に示す如く、ＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置は自動車に搭載され、レーダ１はビームで前方の車両（ターゲット）をスキャンする。レーダ１のビームは３角波状のＦＭ（周波数変調）−ＣＷ（連続波）の送信であり、ターゲットからの反射波を受信した受信信号と送信信号とのビート信号を形成する。
【００１２】
低域通過フィルタ（ＬＰＦ）２はレーダ１に接続されてビート信号に含まれ、且つサンプリング周波数により決まるナイキスト周波数以上の信号を除去して折り返し歪みの発生を防止する。
アナログ／デジタル変換部（Ａ／Ｄ）３は低域通過フィルタ２のアナログ信号についてサンプリング周波数でサンプリングを行ってデジタル信号に変換する。
【００１３】
高速フ−リエ変換部（ＦＦＴ）４はＡ／Ｄ３の出力に接続されて、３角波状の周波数変調の上昇時、下降時のビート信号について周波数分析を行う。
ペアリング部５は高速フ−リエ変換部４から得られた上昇時、下降時のピーク周波数に対して、後述するように、ペアリングを行う。
ターゲット認定部６はペアリング部５によりペアリングが行われた結果に基づいて、後述するように、ターゲットとの距離、相対速度を求めると共に、前述のようにどの走行レーンにターゲットがあるかを認定する。
【００１４】
スキャン制御部７はターゲットに対して一定の角度内でレーダ１のスキャンを制御する。
本図（ｂ）に示す如く、レーダ１のアンテナ１１はターゲットに対して電波（中心周波数ｆ０）を送信し、ターゲットからの反射波を受信する。送信機１２は３角波状にＦＭ変調された信号を繰り返しアンテナ１１に出力する。混合器１３はアンテナ１１からの受信信号と送信機１２からの出力信号とのビート信号（周波数ｆｂ）を形成する。
【００１５】
図２はレーダ１の送信信号と受信信号の例を説明する図である。
本図（ａ）に示す如く、レーダ１からは、実線で示すように、周期１／ｆｍで、周波数偏移幅Δｆの３角波状の周波数変調が行われて送信波が送信される。さらに、レーダ１では、点線で示すように、ターゲットで反射された反射波が受信される。
【００１６】
本図（ｂ）に示す如く、レーダ１では、３角波の上昇時、下降時で受信信号と送信信号とのビート信号を取る。上昇時と下降時とでビート信号の周波数が異なるのは、ターゲットである前方の車両との相対速度により生じるドプラ効果の影響である。なお、高速フ−リエ変換部４においては、上昇時、下降時のビート信号について周波数分析がスキャン時に逐次行われ、その結果として、あるスキャン角に位置するターゲットに対して、上昇時、下降時のピーク周波数が検知され、それぞれのピーク周波数は、
0003565713.tif 000002
【００１７】
（１）、（２）式より、
ｆｒ  ＝｛ｆｂ（ｕ）＋ｆｂ（ｄ）｝／２          …（４）
が得られ、（３）式より、
Ｒ＝ｆｒ・ｃ／（４ｆｍ・Δｆ）      …（５）
となる。ここに、Ｒはターゲットと自車との間の距離、ｃは光速である。
【００１８】
すなわち、上昇時と下降時とのピーク周波数のペアリングにより前方車両の距離が得られる。前方の車両との相対距離は得られた距離の時間変化又はドプラ周波数（ｆｄ）により得られる。
次に、図１のペアリング部５を説明する。なお、ペアリング部５は、グループ化部５Ａと、角度算出部５Ｂと、ペアリング形成部５Ｃからなる。
【００１９】
図３はターゲットに対するスキャンの例を説明する図である。
本図に示す如く、レーダ１から、一定スキャン角度（θ）毎に、例えば、ビーム（１）、（２）、（３）、（４）、（５）がターゲットＡ、Ｂに対して逐次送信されるとする。この場合、ターゲットＡは相対速度がほぼゼロの前方の車両であり、ターゲットＢは一定の相対速度で追越しを行っている前方の車両とする。
【００２０】
図４は図３のターゲットに対する上昇時、下降時のスペクトル例を示す図である。ターゲットＡに対しては、上昇時、下降時共、ビーム（１）、（２）、（３）、（４）、（５）に対してピーク周波数が出現し、ターゲットＡに向いているビーム（３）でパワーが最大となる。
ターゲットＢに対しては、上昇時、下降時共、ターゲットＢから離れているビーム（１）、（２）ではピーク周波数が出現せず、ビーム（３）、（４）、（５）にピーク周波数が出現する。
【００２１】
ターゲットＡとの相対速度がゼロであるので、ターゲットＡに対してビーム（１）、（２）、（３）、（４）、（５）の各々で上昇時、下降時のピーク周波数は同じ位置にある。
これに対して、ターゲットＢは一定の大きさの相対速度を持っているので、上昇時、下降時でピーク周波数の位置が異なり、例えば、上昇時ではターゲットＢのピーク周波数はターゲットＡのピーク周波数よりも小さく、下降時ではターゲットＢのピーク周波数はターゲットＡのピーク周波数よりも大きくなる。なお、スキャンからスキャンまでの時間は非常に短いので、この間にターゲットＢが進む距離を無視することができるので、ターゲットＢのピーク周波数は、上昇時、下降時の各々ではスキャンに対して同じ位置にある。
【００２２】
図１のペアリング部５のグループ化部５Ａは、上昇時、下降時のスペクトルの各々において、同じ又は近いピーク周波数について、隣接し且つ連続するビームから、探してピーク周波数をグループ化する。図４の例では、ターゲットＡ、Ｂにそれぞれ属するピーク周波数をグループＡ、Ｂに分類する。
図５はグループ化部５Ａによりグループ化されたピーク周波数のパワー分布を説明する例である。本図に示すように、グループ化部５Ａによりグループ化されたグループＡ、Ｂに属するピーク周波数のパワーはビーム（１）、（２）、（３）、（４）、（５）のスキャン角に対してパワー分布をなす。このパワー分布は、通常、上に凸の山の形となる。図中、ビームを示す記号（１）、（２）、（３）、（４）、（５）でスキャン角の位置が示される。
【００２３】
上昇時、下降時におけるパワー分布の頂点のスキャン角（後述する）が一致する場合に、上昇時、下降時のグループは同一とする。
図６は図４のスペクトルの変形例を示す図であり、図７は図６においてグループ化されたピーク周波数のパワー分布例を示す図である。図６は従来技術に述べたターゲットがトラックである場合の例であり、上昇時のスペクトルでは最後面と側面が検知され、下降時のスペクトルでは最後面が検知される。側面の検知はノイズを意味する。
【００２４】
図７に示す如く、ノイズのパワー分布は上昇時にはできても、下降時にはできない。
図８は、図４に示すスペクトルのピーク周波数の位置がばらつく場合の例を示す図であり、図９は図８においてグループ化されたピーク周波数のパワー分布例を示す図である。図８に示すように、スペクトルの分析精度等によりピーク周波数の位置がばらつく場合にも、図９に示すように、互いに近い周波数について、隣接し且つ連続するビームから、探してピーク周波数をグループＡ、Ｂ、Ｃのようにグループ化する。
【００２５】
図１０は角度算出部５Ｂによりターゲットに最も向いている基準スキャン角を算出する例を説明する図である。
本図（ａ）に示す如く、スキャン角（１）のパワーの大きさをｘ、スキャン角（２）のパワーの大きさをｙ、スキャン角（３）のパワーの大きさをｚ、スキャン角（４）のパワーの大きさをｗ、スキャン角（５）のパワーの大きさをｖとして、スキャン角にパワーで重み付け平均することにより基準スキャン角Ｓが以下のように算出される。
【００２６】
基準スキャン角Ｓ＝｛（（１）×ｘ）＋（（２）×ｙ）＋（（３）×ｚ）＋（（４）×ｗ）＋（（５）×ｖ）｝／（ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＋ｖ）          …（６）
このようにして得られた基準スキャン角のレーダがターゲットに最も向いている。
このようにして、図４に示すような上昇時、下降時のスペクトルの場合、ターゲットＡ、Ｂにそれぞれ属するピーク周波数の位置が入れ換っても、上昇時、下降時の基準スキャン角Ｓが同一の場合、上昇時、下降時の同一のグループを選択することが可能になる。
【００２７】
本図（ｂ）に示す如く、３点（（１）、ｘ）、（（２）、ｙ）、（（３）、ｚ）の最も近くを通る直線Ｍと、３点（（３）、ｚ）、（（４）、ｗ）、（（５）、ｖ）の最も近くを通る直線Ｎとの交点のスキャン角Ｓを基準スキャン角としてもよい。
次に、本図（ａ）に示す如く、基準スキャン角Ｓを挟む２つスキャン角（２）及び（３）の値から基準パワーＰを、以下の如く、算出する。
【００２８】
基準パワーＰ＝｛（（３）−Ｓ）×ｙ＋（Ｓ−（２））×ｚ｝｝／（（３）−（２））                                …（７）
もし、Ｓ＝（３）となった場合は、
基準パワーＰ＝（ｙ＋ｚ＋ｗ）／３
となる。
【００２９】
この基準パワーＰは後述するようなペアリング時に使用される。
次に、ペアリング部５のペアリング形成部５Ｃを説明する。ペアリング形成部５Ｃでは、上昇時、下降時でそれぞれグループ化されたピーク周波数について以下の条件でペアリングを行う。
ａ）上昇時のグループ内のピーク周波数の数と同じもしくは１個差ぐらいの下降時のグループを検索する。
【００３０】
ｂ）スキャン角度が同じもしくは近いピーク周波数を優先的にペアリングを行う。
ｃ）ｂ）のペアリングにて複数個のグループが同条件である場合には基準パワーからのパワー差が最も小さいピーク周波数同士がペアリングを行う。
ターゲット認定部６では、ペアリングされた上昇時、下降時のピーク周波数の総数が所定値以上であれば、ターゲットと認識する。
【００３１】
さらに所定値以上に満たないピーク周波数については、次のスキャン時に現れた場合にはピーク周波数の数を合わせて所定値を越えた時ターゲットと認定する。
図１１はＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置の一連の動作を説明するフローチャートである。
【００３２】
ステップＳ１１において、ビート信号をサンプリングしてＡ／Ｄ変換を行う。
ステップＳ１２において、デジタルのビート信号について高速フ−リエ変換を行い、周波数スペクトルを求める。
ステップＳ１３において、上昇時（Ｕｐ）のピーク周波数のデータが各スキャン角で一致し又は近いものをグループ化する。
【００３３】
ステップＳ１４において、グループ化されたピーク周波数のパワー分布から最大のパワーに対する基準スキャン角を算出する。
ステップＳ１５において、下降時（Ｄｏｗｎ）のピーク周波数のデータが各スキャン角で一致し又は近いものをグループ化する。
ステップＳ１６において、グループ化されたピーク周波数のパワー分布から最大のパワーに対する基準スキャン角を算出する。
【００３４】
ステップＳ１７において、上昇、下降時で同一の基準スキャン角を探して、グループ内のピーク周波数のペアリングを行う。
ステップＳ１８において、ペアリングされたピーク周波数に基づいて、ターゲットまでの距離、相対距離を算出する。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明により本発明によれば、互いに一致し又は近いピーク周波数をスキャンごとにグループ化し、ピーク周波数のパワーが最大となる基準スキャンの角度を算出して、上昇時、下降時で基準スキャンの角度が一致するもの同士についてペアリングを行うようにしたので、ペアリングの判断を行う情報量が増え、ミスペアリングの低減を図ることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明に係るスキャン用のＦＭ−ＣＷ方式レーダの信号処理装置を説明する例である。
【図２】図２はレーダ１の送信信号と受信信号の例を説明する図である。
【図３】図３はターゲットに対するスキャンの例を説明する図である。
【図４】図４は図３のターゲットに対する上昇時、下降時のスペクトル例を示す図である。
【図５】図５はグループ化部５Ａによりグループ化されたピーク周波数のパワー分布を説明する例である。
【図６】図６は図４のスペクトルの変形例を示す図である。
【図７】図７は図６においてグループ化されたピーク周波数のパワー分布例を示す図である。
【図８】図８は図４に示すスペクトルのピーク周波数の位置がばらつく場合の例を示す図である。
【図９】図９は図８においてグループ化されたピーク周波数のパワー分布例を示す図である。
【図１０】図１０は角度算出部５Ｂによりターゲットに最も向いている基準スキャン角を算出する例を説明する図である。
【図１１】図１１はＦＭ−ＣＷ方式スキャンレーダ用信号処理装置の一連の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…レーダ
４…高速フ−リエ変換部
７…スキャン制御部
５…ペアリング部
５Ａ…グループ化部
５Ｂ…角度検出部
５Ｃ…ペアリング形成部
６…ターゲット認定部
【図１】
0003565713.tif 000003
【図２】
0003565713.tif 000004
【図３】
0003565713.tif 000005
【図４】
0003565713.tif 000006
【図５】
0003565713.tif 000007
【図６】
0003565713.tif 000008
【図７】
0003565713.tif 000009
【図８】
0003565713.tif 000010
【図９】
0003565713.tif 000011
【図１０】
0003565713.tif 000012
【図１１】
0003565713.tif 000013