(57)【要約】【課題】物体の方位の検出精度を向上させる。【解決手段】送信アンテナ部３は、予め設定された第１間隔ｄＴで、予め設定された配列方向に沿って一列に配置されるＭ個の送信アンテナを有する。受信アンテナ部４は、第１間隔ｄＴとは異なるように設定された第２間隔ｄＲで、配列方向に沿って一列に配置されるＮ個の受信アンテナを有する。レーダ装置１では、Ｍ個の送信アンテナとＮ個の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。第１間隔ｄＴは、複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔ｄと、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、第２間隔は、最小間隔ｄと、２以上の整数であり且つ第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しい。第１倍数および第２倍数は互いに素である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定された第１間隔で、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される複数の送信アンテナを有する送信アンテナ部（３）と、
連続波の共通信号を発生させる発振部（２１）と、
前記共通信号を前記複数の送信アンテナと同数に分岐させた複数の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期毎に前記分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、前記複数の送信アンテナに入力される複数の送信信号を生成する変調部（２２）と、
前記第１間隔とは異なるように設定された第２間隔で、前記配列方向に沿って一列に配置される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にて受信された複数の受信信号のそれぞれから抽出される、前記複数の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、前記送信アンテナ部からの放射波を反射した物体に関する情報を生成する処理部（６）と
を備え、
前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが前記配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成され、
前記第１間隔は、前記複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔と、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、
前記第２間隔は、前記最小間隔と、２以上の整数であり且つ前記第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しく、
前記第１倍数および前記第２倍数は互いに素であるレーダ装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載のレーダ装置であって、
前記第１間隔と前記第２間隔との差は、前記最小間隔に等しいレーダ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のレーダ装置であって、
前記レーダ装置は車両に搭載され、
前記配列方向は、前記車両の高さ方向であるレーダ装置。
【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、
前記送信アンテナ部は、前記複数の送信アンテナが、前記配列方向に沿って前記第１間隔で配置されるとともに、前記配列方向に対して垂直な垂直配列方向に沿って前記第１間隔で配置されることにより、行列状に形成され、
前記受信アンテナ部は、前記複数の受信アンテナが、前記配列方向に沿って前記第２間隔で配置されるとともに、前記垂直配列方向に沿って前記第２間隔で配置されることにより、行列状に形成されるレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数のアンテナを介して電波を送受信することで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、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される複数の送信アンテナを有する送信アンテナ部と、配列方向に沿って一列に配置される複数の受信アンテナを有する受信アンテナ部とを備えたレーダ装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のレーダ装置では、２個の送信アンテナの配置間隔が４ｄであり、４個の受信アンテナの配置間隔がｄである。このため、特許文献１に記載のレーダ装置では、８個の仮想受信アンテナが配置間隔ｄで配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１１−５２６３７０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、特許文献１に記載のレーダ装置では、受信アンテナの配置間隔が仮想受信アンテナの配置間隔と一致しており、受信アンテナの配置間隔が狭いために、受信チャネルのアイソレーションが悪く、物体の方位の検出精度が低下してしまうことがあった。
【０００６】
本開示は、物体の方位の検出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】
【０００７】
本開示の一態様は、送信アンテナ部（３）と、発振部（２１）と、変調部（２２）と、受信アンテナ部（４）と、処理部（６）とを備えるレーダ装置（１）である。
送信アンテナ部は、予め設定された第１間隔で、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される複数の送信アンテナを有する。発振部は、連続波の共通信号を発生させる。変調部は、共通信号を複数の送信アンテナと同数に分岐させた複数の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期毎に分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、複数の送信アンテナに入力される複数の送信信号を生成する。受信アンテナ部は、第１間隔とは異なるように設定された第２間隔で、配列方向に沿って一列に配置される複数の受信アンテナを有する。処理部は、受信アンテナ部にて受信された複数の受信信号のそれぞれから抽出される、複数の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、送信アンテナ部からの放射波を反射した物体に関する情報を生成する。
【０００８】
そして、本開示のレーダ装置では、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。また、第１間隔は、複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔と、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、第２間隔は、最小間隔と、２以上の整数であり且つ第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しい。そして、第１倍数および第２倍数は互いに素である。
【０００９】
このように構成された本開示のレーダ装置は、複数の受信アンテナの配置間隔が仮想受信アンテナの配置間隔の２倍以上であり、物理的な受信チャネル間隔を広げることができるために、受信チャネル間のアイソレーションを向上させることができ、物体の方位の検出精度を向上させることができる。
【００１０】
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】レーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】送信アンテナおよび受信アンテナと物体との関係を示す図である。
【図３】仮想アレーにおける受信アンテナの配置を示す図である。
【図４】送信アンテナおよび受信アンテナの配置と、仮想アレーの受信アンテナの配置とを示す図である。
【図５】発振部の機能を示す図である。
【図６】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７】物体検出処理を示すフローチャートである。
【図８】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９】位相回転量の選択例を示す図である。
【図１０】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１１】情報生成処理を示すフローチャートである。
【図１２】ターゲットの推定軌跡を示す図である。
【図１３】受信スペクトラムを示す図である。
【図１４】ＭＵＳＩＣ法を用いてターゲット方位を推定した場合の方位スペクトラムを示す図である。
【図１５】ｄＴ＝２ｄ且つｄＲ＝３ｄである場合における仮想アレーの受信アンテナの配置を示す図である。
【図１６】ｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝４ｄである場合における仮想アレーの受信アンテナの配置を示す図である。
【図１７】ｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝５ｄである場合における仮想アレーの受信アンテナの配置を示す図である。
【図１８】車両の高さ方向に沿って一列に配置された送信アンテナおよび受信アンテナを示す図である。
【図１９】配列方向および垂直配列方向に沿って配置された送信アンテナおよび受信アンテナを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。レーダ装置１は、複数のアンテナで同時に電波を送受信するＭＩＭＯレーダである。ＭＩＭＯは、Multi Input Multi Outputの略である。
【００１３】
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、Ｍ個の送信アンテナを有する。Ｍは２以上の整数である。各送信アンテナは、予め設定された第１間隔ｄＴで、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される。本実施形態では、配列方向は、車両の幅方向である。
【００１４】
受信アンテナ部４は、Ｎ個の受信アンテナを有する。Ｎは２以上の整数である。各受信アンテナは、第１間隔ｄＴとは異なる第２間隔ｄＲで、送信アンテナの配列方向と同じ方向に沿って配置される。
【００１５】
ここで、Ｍ＝２、Ｎ＝２の場合に各受信アンテナで受信される信号について説明する。図２に示すように、検出対象となる物体が、送信アンテナ部３および受信アンテナ部４の正面方向に対して角度θだけ傾いた方向に存在すると仮定する。また、物体での反射係数をＤ、送信アンテナＴＸ１から物体に至る経路での信号の位相変化をαＴで表し、物体から受信アンテナＲＸ１に至る経路での信号の位相変化をαＲで表す。なお、αＴおよびαＲは複素数で表現される。
【００１６】
この場合、送信アンテナＴＸ１から送信され受信アンテナＲＸ１で受信される信号は式（１）で表される。送信アンテナＴＸ１から送信され受信アンテナＲＸ２で受信される信号は式（２）で表される。送信アンテナＴＸ２から送信され受信アンテナＲＸ１で受信される信号は式（３）で表される。送信アンテナＴＸ２から送信され受信アンテナＲＸ２で受信される信号は式（４）で表される。
【００１７】
【数１】
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これらの式は、図３に示すように、４つの受信アンテナを、基準となる一つの受信アンテナからの距離が、それぞれｄＲ，ｄＴ，ｄＴ＋ｄＲとなる位置に並べた場合と等価である。図３では、最も左に位置する受信アンテナを基準としている。このように並んだ仮想的な受信アンテナ（以下、仮想受信アンテナ）を仮想アレーという。
【００１８】
ＭＩＭＯレーダでは、仮想アレーを用いることで、１個の送信アンテナとＭ×Ｎ個の受信アンテナとを備える場合と同等の角度分解能が、Ｍ＋Ｎ個の送信アンテナおよび受信アンテナによって実現される。
【００１９】
本実施形態では、図４に示すように、ｄＴ＝３ｄであり、ｄＲ＝２ｄである。ｄは、仮想アレーの最小間隔である。なお、図４では、図示の簡略化のためにＭ＝２としている。すなわち、図４は、２個の送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２と、Ｎ個の受信アンテナＲＸ１，ＲＸ２，・・・ＲＸＮが配列方向に沿って配置されている場合における仮想アレーを示している。
【００２０】
これにより、２Ｎ個の仮想受信アンテナＶＲＸ＿１，ＶＲＸ＿２，ＶＲＸ＿３，ＶＲＸ＿４，・・・，ＶＲＸ＿２Ｎ−３，ＶＲＸ＿２Ｎ−２，ＶＲＸ＿２Ｎ−１，ＶＲＸ＿２Ｎが配列方向に沿って配置される仮想アレーが形成される。仮想受信アンテナＶＲＸ＿１と仮想受信アンテナＶＲＸ＿２との間の距離と、仮想受信アンテナＶＲＸ＿２Ｎ−１と仮想受信アンテナＶＲＸ＿２Ｎとの間の距離とが２ｄである。その他の隣接する仮想受信アンテナ間の距離はｄである。
【００２１】
送信部２は、図１に示すように、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５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、連続的に周波数が変化するチャープ信号を、繰返周期Ｔｐ（例えば、５０μｓ）毎に繰り返し生成する。
【００２２】
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信号の周波数幅は、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、チャープ信号の周波数の変化率Δｆが変化するように構成されている。
【００２３】
また、繰返周期Ｔｐの許容範囲、ひいてはチャープ信号の周波数の変化率Δｆ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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６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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。以下、各受信アンテナに対応して受信信号から各ビート信号を生成するための構成（例えば、各受信アンテナに対応して設けられているミキサ、増幅器およびＡＤ変換器）を、一括して受信チャネルと呼ぶ。
【００２８】
処理部６は、ＣＰＵ６１およびメモリ６２等を備えた周知の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等である。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。
【００２９】
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。
この物体検出処理が実行されると、処理部６は、図７に示すように、まずＳ１１０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、チャープ信号の周波数の変化率Δｆ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、Ｓ１１０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。
【００３０】
処理部６は、Ｓ１２０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。繰返周期Ｔｐと同様に、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。
【００３１】
処理部６は、Ｓ１３０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。
【００３２】
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。
【００３３】
例えば、図８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。
【００３４】
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。
【００３５】
処理部６は、Ｓ１４０にて、Ｓ１３０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。
【００３６】
図９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。
【００３７】
処理部６は、Ｓ１５０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、Ｓ１５０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、Ｓ１６０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。
【００３８】
Ｓ１６０に移行すると、処理部６は、Ｓ１１０〜Ｓ１４０での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。以下、測定期間Ｔｍ中に繰り返し送信されるチャープ信号の数をＫ個とする。
【００３９】
処理部６は、Ｓ１７０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、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。
【００４０】
処理部６は、Ｓ１８０にて、Ｓ１７０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ｂｉｎ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。この処理を全ての周波数ｂｉｎ（すなわち、距離）について実行する。
【００４１】
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。
【００４２】
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１０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１０では、ドップラ観測範囲の上限が１に正規化されている。
【００４３】
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。
【００４４】
これらＳ１７０およびＳ１８０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。
【００４５】
図７に示すように、処理部６は、Ｓ１９０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し、物体検出処理を終了する。
【００４６】
次に、Ｓ１９０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Ｓ３１０にて、Ｓ１８０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（５）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。
【００４７】
【数２】
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処理部６は、Ｓ３２０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Ｓ３３０からＳ３８０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。
【００４８】
処理部６は、Ｓ３３０にて、Ｓ３２０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Ｓ３４０からＳ３７０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、速度が小さいものから順番に選択する。
【００４９】
処理部６は、Ｓ３４０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（６）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、Ｓ１３０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。
【００５０】
【数３】
2019128234.tif 000005
処理部６は、Ｓ３５０にて、Ｓ３４０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Ｓ３６０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３９０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。
【００５１】
Ｓ３６０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、Ｓ３７０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３９０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。
【００５２】
Ｓ３７０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、Ｓ３８０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３９０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、３７０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。
【００５３】
Ｓ３８０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、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。抽出されたＭ×Ｎ個のピークを、仮想アレーに含まれるＭ×Ｎ個の受信アンテナからの受信信号とみなして、ＭＵＳＩＣまたはビームフォーミング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。
【００５４】
なお、Ｎ個の受信アンテナの受信信号それぞれから、同一物体ピーク群として抽出される、各Ｍ個のピークは、仮想アレーから得られるＭ×Ｎ個の受信信号に相当する。
Ｓ３９０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Ｓ４００に移行し、否定判断された場合は、Ｓ３３０に移行する。
【００５５】
Ｓ４００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、Ｓ３２０に移行する。
【００５６】
このように構成されたレーダ装置１は、送信アンテナ部３と、発振部２１と、変調部２２と、受信アンテナ部４と、処理部６とを備える。
送信アンテナ部３は、予め設定された第１間隔ｄＴで、予め設定された配列方向に沿って一列に配置されるＭ個の送信アンテナを有する。発振部２１は、連続波の共通信号を発生させる。変調部２２は、共通信号をＭ個の送信アンテナと同数に分岐させたＭ個の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期Ｔｐ毎に分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、複数の送信アンテナに入力されるＭ個の送信信号を生成する。受信アンテナ部４は、第１間隔ｄＴとは異なるように設定された第２間隔ｄＲで、配列方向に沿って一列に配置されるＮ個の受信アンテナを有する。処理部６は、受信アンテナ部４にて受信されたＮ個の受信信号のそれぞれから抽出される、Ｍ個の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、送信アンテナ部３からの放射波を反射した物体に関する物体情報を生成する。
【００５７】
そしてレーダ装置１では、Ｍ個の送信アンテナとＮ個の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。また、第１間隔ｄＴは、複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔ｄと、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、第２間隔は、最小間隔ｄと、２以上の整数であり且つ第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しい。そして本実施形態では、第１倍数は３、第２倍数は２であり、第１倍数および第２倍数は互いに素である。
【００５８】
このようにレーダ装置１は、Ｎ個の受信アンテナの配置間隔が仮想受信アンテナの配置間隔の２倍以上であり、物理的な受信チャネル間隔を広げることができるために、受信チャネル間のアイソレーションを向上させることができ、物体の方位の検出精度を向上させることができる。
【００５９】
また、本実施形態のレーダ装置１は、ターゲット信号とミラーゴースト信号とが重畳する状況において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。
ＭＩＭＯを用いて方位を推定する場合には、送信信号の方位を示す送信ステアリングベクトルと、受信信号の方位を示す受信ステアリングベクトルとを同一方向に揃えた状態で方位スキャンを行う。
【００６０】
真のターゲットで反射して受信アンテナで直接受信された信号（以下、ターゲット信号）では、送信ステアリングベクトルと、受信ステアリングベクトルとが、真のターゲットが存在する方位を向く。一方、ミラーゴースト信号(例えば、送信アンテナ→ターゲット→壁→受信アンテナの経路で受信される信号)では、送信ステアリングベクトルは、真のターゲットが存在する方位を向き、受信ステアリングベクトルは壁が存在する方位を向いている。
【００６１】
このため、複数の仮想受信アンテナ毎に得られるミラーゴースト信号の方位スペクトラムには、送信アンテナの間隔に対応する角度毎に周期的な誤差が乗ってしまう。この周期的な誤差は、送信ステアリングベクトルの方位と受信ステアリングベクトルの方位との不一致に起因して発生する。なお、上記の方位スペクトラムは、横軸を方位、縦軸を信号強度として、各方位に対する信号強度の分布を示す。
【００６２】
図１２は、従来および本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置におけるターゲットの推定軌跡を示す図である。グラフＧ１は、従来のＭＩＭＯアンテナの配置におけるターゲットの推定軌跡を示す。グラフＧ２は、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置におけるターゲットの推定軌跡を示す。
【００６３】
グラフＧ１，Ｇ２では、（ｘ，ｙ）＝（０［ｍ］，０［ｍ］）の位置に、レーダ装置１を搭載した自車両ＭＣが配置され、（ｘ，ｙ）＝（２［ｍ］，０〜２００［ｍ］）の位置に壁ＷＬが配置されている状態で、移動軌跡Ｌ１に示すように自車両ＭＣに接近するターゲットの推定軌跡を複数の丸印で示している。
【００６４】
グラフＧ１では、従来のＭＩＭＯアンテナの配置として、Ｍ＝２，Ｎ＝６，ｄＴ＝６ｄ，ｄＲ＝ｄとしている。グラフＧ２では、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置として、Ｍ＝２，Ｎ＝６，ｄＴ＝３ｄ，ｄＲ＝ｄ２としている。
【００６５】
従来のＭＩＭＯアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が広いために、ミラーゴースト信号の周期的な誤差が、低周波となり、ミラーゴースト信号の方位の周辺に集中する。ミラーゴースト信号の周期的な誤差がミラーゴースト信号の方位の周辺に集中することにより、ミラーゴースト信号の方位の周辺において誤差の強度が大きくなる。そして、ターゲット信号とミラーゴースト信号との方位差は小さい。このため、ターゲット信号とミラーゴースト信号との分別が困難となってしまう。
【００６６】
一方、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が狭いために、ミラーゴースト信号の周期的な誤差が、高周波となり、広い方位範囲に分散される。このため、ターゲット信号とミラーゴースト信号との方位差は小さくても、ミラーゴースト信号の方位の周辺で発生する誤差の影響が小さくなり、ターゲット信号とミラーゴースト信号との分別が容易となる。
【００６７】
グラフＧ１に示すように、従来のＭＩＭＯアンテナの配置では、（ｘ，ｙ）＝（０［ｍ］，０〜２０［ｍ］）の位置において、ターゲットの移動軌跡と推定軌跡とがほぼ一致している。一方、グラフＧ２に示すように、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置では、（ｘ，ｙ）＝（０［ｍ］，０〜７０［ｍ］）の位置において、ターゲットの移動軌跡と推定軌跡とがほぼ一致している。このように、本実施形態のレーダ装置１は、従来のＭＩＭＯアンテナの配置と比較して、ターゲットの方位をより正確に推定することができる。
【００６８】
また、本実施形態のレーダ装置１は、複数のターゲットが存在している状況において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。本実施形態のレーダ装置１は、例えば図１３に示すように、送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２による各受信信号のうち、一方の送信アンテナによる受信信号のみに、干渉波が重畳する状態において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。
【００６９】
図１４は、従来および本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置においてＭＵＳＩＣ法を用いてターゲット方位を推定した場合の方位スペクトラムを示す。グラフＧ３は、従来のＭＩＭＯアンテナの配置における方位スペクトラムを示す。グラフＧ４は、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置における方位スペクトラムを示す。
【００７０】
従来のＭＩＭＯアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が広いために、干渉波信号の信号成分が干渉波方位周辺に集中し、グラフＧ３に示すように、干渉波ピークをその方位に検出してしまう。
【００７１】
一方、本実施形態のＭＩＭＯアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が狭いために、干渉波方位スペクトルの信号成分が広い方位に分散され、グラフＧ４に示すように、干渉波ピークを検出し難くなる。
【００７２】
またレーダ装置１では、第１間隔ｄＴと第２間隔ｄＲとの差は、最小間隔ｄに等しい。これにより、レーダ装置１は、第１倍数および第２倍数が互いに素であるように第１間隔ｄＴおよび第２間隔ｄＲを決定するためのレーダ装置１の設計者の作業を容易にすることができる。
【００７３】
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。
［変形例１］
例えば上記実施形態では、ｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝２ｄである形態を示した。しかし、第１間隔ｄＴは、仮想アレーの最小間隔ｄと、２以上の整数である第１倍数との乗算値に等しく、第２間隔ｄＲは、最小間隔ｄと、２以上の整数であり且つ第１倍数と異なるように設定された第２倍数との乗算値に等しく、第１倍数および第２倍数は互いに素であればよい。例えば、図１５に示すようにｄＴ＝２ｄ且つｄＲ＝３ｄであってもよいし、図１６に示すようにｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝４ｄであってもよいし、図１７に示すようにｄＴ＝３ｄ且つｄＲ＝５ｄであってもよい。図１５〜図１７に示すように、上記の何れの場合であっても、仮想アレーの最小間隔はｄである。
【００７４】
［変形例２］
上記実施形態では、送信アンテナおよび受信アンテナが車両の幅方向に沿って一列に配置される形態を示した。しかし、図１８に示すように、送信アンテナおよび受信アンテナが車両の高さ方向ＤＨに沿って一列に配置されるようにしてもよい。これにより、レーダ装置１は、ターゲット信号と、道路での反射に起因したミラーゴースト信号(すなわち、送信アンテナ→ターゲット→道路→受信アンテナの経路で受信される信号)とが重畳する状況において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。
【００７５】
［変形例３］
上記実施形態では、送信アンテナおよび受信アンテナが車両の幅方向に沿って一列に配置される形態を示した。しかし、図１９に示すように、送信アンテナおよび受信アンテナが行列状に形成されるようにしてもよい。すなわち、送信アンテナ部３は、複数の送信アンテナが、配列方向に沿って第１間隔ｄＴで配置されるとともに、配列方向に対して垂直な垂直配列方向に沿って第１間隔ｄＴで配置される。また受信アンテナ部４は、複数の受信アンテナが、配列方向に沿って第２間隔ｄＲで配置されるとともに、垂直配列方向に沿って第２間隔ｄＲで配置される。これにより、レーダ装置１は、物体の位置を、二次元ではなく、３次元で検出することができる。例えば、配列方向が車両の幅方向であり、垂直配列方向が車両の高さ方向である場合には、車両の幅方向に沿った位置と、車両の高さ方向に沿った位置とにより、物体の位置を３次元で検出することができる。
【００７６】
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。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【００７７】
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】
【００７８】
１…レーダ装置、２…送信部、３…送信アンテナ部、４…受信アンテナ部、５…受信部、６…処理部、２１…発振部、２２…変調部
【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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【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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