(57)【要約】【課題】物標に対する追従性を向上させるレーダ装置および物標検出方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係るレーダ装置は、検出部と、割り当て部とを備える。検出部は、物標に対して電波を送信し、物標において反射された電波を受信して瞬時データを検出する。割り当て部は、瞬時データを物標の予測データに割り当てて物標の連続性をとる。また、割り当て部は、瞬時データの速度と、予測データの速度とを、基準とする所定の方向に合わせたとしてそれぞれ補正し、補正を行ったそれぞれの速度の大きさに少なくとも基づいて、瞬時データを予測データに割り当てる。【選択図】図１
2019215178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物標に対して電波を送信し、前記物標において反射された電波を受信して瞬時データを検出する検出部と、
前記瞬時データを前記物標の予測データに割り当てて前記物標の連続性をとる割り当て部と
を備え、
前記割り当て部は、
前記瞬時データの速度と、前記予測データの速度とを、基準とする所定の方向に合わせた速度としてそれぞれ補正し、前記補正を行ったそれぞれの速度の大きさに少なくとも基づいて、前記瞬時データを前記予測データに割り当てる
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記補正は、前記瞬時データが有する速度の方向に対して直交する方向に、前記補正の対象となる速度ベクトルの先端を移動させて前記所定の方向に合わせる
ことを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記割り当て部は、
前記瞬時データの相対速度の方向を、前記所定の方向とし、前記予測データの速度に対して前記補正を行う
ことを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記割り当て部は、
前記予測データの速度の方向を、前記所定の方向とし、前記瞬時データの相対速度に対して前記補正を行う
ことを特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記割り当て部は、
前記物標の種類に応じて、少なくとも位置情報に対する割り当て可能範囲を設定し、
前記瞬時データの位置情報と、前記予測データの位置情報と、前記割り当て可能範囲と、に基づき、前記割り当て可能範囲内に前記瞬時データが存在するかを評価し、前記評価結果にも基づき、前記瞬時データを前記予測データに割り当てる
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のレーダ装置。
【請求項６】
物標に対して電波を送信し、前記物標において反射された電波を受信して瞬時データを検出する検出工程と、
前記瞬時データを前記物標の予測データに割り当てて前記物標の連続性をとる割り当て工程と
を含み、
前記割り当て工程では、
前記瞬時データの速度と、前記予測データの速度とを、基準とする所定の方向に合わせた速度としてそれぞれ補正し、前記補正を行ったそれぞれの速度の大きさに少なくとも基づいて、前記瞬時データが前記予測データに割り当てられる
ことを特徴とする物標検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、レーダ装置および物標検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、送信波と送信波が反射された反射波とに基づいて瞬時データの相対速度を算出し、算出した瞬時データの相対速度に基づいて物標を検出するレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１４１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、レーダ装置では、同一の物標から得られた瞬時データであっても、反射点の位置が異なる場合には、瞬時データの相対速度が異なるため、同一の物標であっても、瞬時データの相対速度が予測される物標の相対速度から乖離するおそれがある。そのため、従来のレーダ装置は、瞬時データが予測される物標データに割り当てられず、物標に対する追従性が低下するおそれがある。
【０００５】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、物標に対する追従性を向上させるレーダ装置および物標検出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の一態様に係るレーダ装置は、検出部と、割り当て部とを備える。検出部は、物標に対して電波を送信し、物標において反射された電波を受信して瞬時データを検出する。割り当て部は、瞬時データを物標の予測データに割り当てて物標の連続性をとる。また、割り当て部は、瞬時データの速度と、予測データの速度とを、基準とする所定の方向に合わせたとしてそれぞれ補正し、補正を行ったそれぞれの速度の大きさに少なくとも基づいて、瞬時データを予測データに割り当てる。
【発明の効果】
【０００７】
実施形態の一態様によれば、物標に対する追従性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る物標検出方法の概要を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係るレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図３は、信号処理部の前段処理から生成部におけるピーク抽出処理までの処理説明図である。
【図４Ａ】図４Ａは、角度推定処理の処理説明図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ペアリング処理の処理説明図（その１）である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、ペアリング処理の処理説明図（その２）である。
【図５Ａ】図５Ａは、速度補正を説明する図である（その１）。
【図５Ｂ】図５Ｂは、速度補正を説明する図である（その２）。
【図６】図６は、図５Ｂに示す粒子群データの速度ベクトルについて所定の基底系でベクトル分解した図である。
【図７】図７は、基準方向を瞬時データの速度ベクトルの方向に一致させた場合の速度補正を説明する図である。
【図８】図８は、基準方向を粒子群データの速度ベクトルの方向に一致させた場合の速度補正を説明する図である。
【図９】図９は、物標データ生成処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するレーダ装置および物標検出方法を説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下では、レーダ装置１がＦＭ−ＣＷ（Frequency  Modulated  Continuous  Wave）方式である場合を例に挙げて説明するが、レーダ装置１は、例えばＦＣＭ（Fast-Chirp  Modulation）方式といった他の方式であってもよい。
【００１０】
レーダ装置１は、例えば、自車両ＭＣに搭載され、自車両ＭＣの周囲に存在する物標（例えば、先行車や、自転車や、人、ガードレールなどの静止物等）を検出する。なお、レーダ装置１は、車載レーダ装置以外の各種用途（例えば、飛行機や船舶の監視等）に用いられてもよい。
【００１１】
まず、図１を参照し、実施形態に係る物標検出方法の概要について説明する。図１は、実施形態に係る物標検出方法の概要を示す図である。図１では、自車両ＭＣの周囲に存在する追尾対象の物標として、自車両ＭＣに並走する他車両ＬＣを一例として示す。
【００１２】
レーダ装置１は、送信波と受信波とに基づき、物標において送信波が反射された反射点の位置や相対速度といった情報を持つ瞬時データを検出する（Ｓ１０）。また、レーダ装置１は、過去の物標データから現測定時刻における物標の位置や速度を予測した予測データを生成する。図１では、予測データを「〇」で示し、予測データが他車両ＬＣの右側面の前方付近に予測されたものとする。また、図１では、瞬時データを「△」で示し、他車両ＬＣの右側面の中央付近に瞬時データが検出されたものとする。
【００１３】
予測データは、所定の処理によって前回の周期（スキャン）で生成された物標データの移動先が予測された値である。予測データは、レーダ装置１に対する相対的な位置関係や、速度などを有する。相対的な位置関係は、レーダ装置１との距離と方位で表現されることもある。図１では、予測データの速度Ｖｐの方向が、Ｖｘ軸に平行であるものとする。
【００１４】
瞬時データも同様に、反射点とレーダ装置１に対する相対的な位置関係や、相対速度などを有する。相対的な位置関係は、レーダ装置１との距離と方位で表現されることもある。なお、瞬時データは、観測値と呼ばれることもある。図１では、瞬時データの方位を水平面内の角度θ１として表す。「θ１」は、自車両ＭＣの進行方向に平行なＶｘ軸と、瞬時データとレーダ装置１とを結ぶ線との間の角度である。また、瞬時データの相対速度Ｖｒ１の方向は、レーダ装置１への向きであり、瞬時データの相対速度Ｖｒ１の角度は、「θ１」である。
【００１５】
レーダ装置１は、瞬時データの速度と、予測データの速度とを、基準とする所定の方向Ｅ（以下、「基準方向」と称する。）に合わせた速度としてそれぞれ補正する（Ｓ１１）。レーダ装置１は、瞬時データが有する速度の方向に対して直交する方向に、補正の対象となる速度ベクトルの先端を移動させて基準方向Ｅに合わせる補正を行う。
【００１６】
例えば、レーダ装置１は、瞬時データの相対速度Ｖｒ１の方向を基準方向Ｅとし、予測データの速度Ｖｐに対して補正を行い、基準方向Ｅにおける補正後の予測データの速度Ｖｐ’を算出する。レーダ装置１は、予測データの速度Ｖｐ、および瞬時データの角度θ１を用いて、補正後の予測データの速度Ｖｐ’（｜Ｖｐ’｜＝｜Ｖｐ｜ｃｏｓθ１）を算出する。
【００１７】
レーダ装置１は、補正を行ったそれぞれの速度の大きさに少なくとも基づいて、瞬時データを予測データに割り当てる（Ｓ１２）。
【００１８】
例えば、レーダ装置１は、補正後の予測データの速度Ｖｐ’の大きさと、瞬時データの相対速度Ｖｒ１の大きさとに基づいて、他車両ＬＣに対応する瞬時データを予測データに割り当てる。
【００１９】
レーダ装置１は、補正後の予測データの速度Ｖｐ’の大きさと、瞬時データの相対速度Ｖｒ１の大きさとの差が小さい瞬時データを予測データに割り当てる。なお、レーダ装置１は、速度の大きさの差の他に、瞬時データと予測データとの距離などに基づいて瞬時データを予測データに割り当てる。
【００２０】
従来の物標検出方法では、予測データの速度Ｖｐの相対速度Ｖｒ２の方向を、レーダ装置１への向きとし、予測データの相対速度Ｖｒ２（＝Ｖｐｃｏｓθ２）が算出されている。図１では、自車両ＭＣの進行方向に平行なＶｘ軸と、予測データとレーダ装置１とを結ぶ線との間の角度を「θ２」とする。そして、従来の物標検出方法では、予測データの相対速度Ｖｒ２の大きさと、瞬時データの相対速度Ｖｒ１の大きさとの差に基づいて瞬時データを予測データに割り当てている。
【００２１】
そのため、他車両ＬＣにおいて、予測データと瞬時データとの位置が離れている場合には、予測データの相対速度Ｖｒ２の大きさと瞬時データの相対速度Ｖｒ１の大きさとの差が大きくなる。例えば、反射波の反射地点が他車両ＬＣ内で変化した場合、いわゆる反射点移動が生じた場合には、予測データの相対速度Ｖｒ２の大きさと瞬時データの相対速度Ｖｒ１の大きさとの差が大きくなる。
【００２２】
これにより、他車両ＬＣの瞬時データである場合であっても、瞬時データが予測データに割り当てられないおそれがある。すなわち、従来の物標検出方法を用いたレーダ装置は、物標の連続性をとることができないおそれがある。
【００２３】
これに対し、実施形態に係るレーダ装置１は、瞬時データの相対速度Ｖｒ１と、予測データの速度Ｖｐとを、基準方向Ｅに合わせた速度として補正する。そして、レーダ装置１は、補正後の速度の大きさに少なくとも基づいて、瞬時データを予測データに割り当てる。
【００２４】
そのため、レーダ装置１は、他車両ＬＣの瞬時データと予測データとの速度の大きさの差が大きくなることを抑制し、他車両ＬＣから検出された瞬時データを予測データに割り当てることができる。すなわち、レーダ装置１は、物標の連続性をとることができ、物標の追尾性を向上させることができる。
【００２５】
次に、図２を参照して、実施形態に係るレーダ装置１の構成について詳細に説明する。図２は、実施形態に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素を中心に機能ブロックで表しており、一般的な構成要素については記載を省略しているものもある。
【００２６】
換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。
【００２７】
図２に示すように、レーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、処理部３０とを備える。レーダ装置１は、自車両ＭＣ（図１参照）の挙動を制御する車両制御装置２に接続される。
【００２８】
車両制御装置２は、レーダ装置１による物標の検出結果に基づいて、ＰＣＳ（Pre-crash  Safety  System）やＡＥＢ(Advanced  Emergency  Braking  System)などの車両制御を行う。
【００２９】
送信部１０は、信号生成部１１と、発振器１２と、送信アンテナ１３とを備える。信号生成部１１は、後述する送受信制御部３１の制御により、三角波で周波数変調されたミリ波を送信するための変調信号を生成する。発振器１２は、信号生成部１１によって生成された変調信号に基づいて送信信号を生成し、送信アンテナ１３へ出力する。なお、図２に示すように、発振器１２によって生成された送信信号は、後述するミキサ２２に対しても分配される。
【００３０】
送信アンテナ１３は、発振器１２からの送信信号を送信波へ変換し、送信波を自車両ＭＣの外部へ出力する。送信アンテナ１３が出力する送信波は、三角波で周波数変調された連続波である。送信アンテナ１３から自車両ＭＣの外部、たとえば前方へ送信された送信波は、他車両ＬＣ等の物標で反射されて反射波となる。
【００３１】
受信部２０は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ２１と、複数のミキサ２２と、複数のＡ／Ｄ変換部２３とを備える。ミキサ２２およびＡ／Ｄ変換部２３は、受信アンテナ２１ごとに設けられる。
【００３２】
各受信アンテナ２１は、物標からの反射波を受信波として受信し、受信波を受信信号へ変換してミキサ２２へ出力する。なお、図２に示す受信アンテナ２１の数は４つであるが、３つ以下または５つ以上であってもよい。
【００３３】
受信アンテナ２１から出力された受信信号は、図示略の増幅器（たとえば、ローノイズアンプ）で増幅された後にミキサ２２へ入力される。ミキサ２２は、分配された送信信号と、受信アンテナ２１から入力される受信信号との一部をミキシングし不要な信号成分を除去してビート信号を生成し、Ａ／Ｄ変換部２３へ出力する。
【００３４】
ビート信号は、送信信号の周波数（以下、「送信周波数」と記載する）と受信信号の周波数（以下、「受信周波数」と記載する）との差となるビート周波数を有する。ミキサ２２で生成されたビート信号は、図示しない同期部によって受信アンテナ２１同士でタイミングを合わせた上でＡ／Ｄ変換部２３でデジタル信号に変換された後に、処理部３０へ出力される。
【００３５】
処理部３０は、送受信制御部３１と、信号処理部３２と、記憶部３３とを備える。信号処理部３２は、生成部３２ａと、フィルタ処理部３２ｂとを備える。
【００３６】
記憶部３３は、履歴データ３３ａを記憶する。履歴データ３３ａは、信号処理部３２が実行する一連の信号処理における物標データの履歴や、瞬時データの履歴を含む情報である。
【００３７】
処理部３０は、たとえば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、記憶部３３に対応するＲＯＭ（Read  Only  Memory）やＲＡＭ（Random  Access  Memory）、レジスタ、その他の入出力ポートなどを含むマイクロコンピュータであり、レーダ装置１全体を制御する。
【００３８】
マイクロコンピュータのＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、送受信制御部３１および信号処理部３２として機能する。なお、送受信制御部３１および信号処理部３２は全部をＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）などのハードウェアで構成することもできる。
【００３９】
送受信制御部３１は、信号生成部１１を含む送信部１０、および、受信部２０を制御する。信号処理部３２は、一連の信号処理を周期的に実行する。つづいて信号処理部３２の各構成要素について説明する。
【００４０】
生成部３２ａは、瞬時データを生成する。具体的には、生成部３２ａは、周波数解析処理と、ピーク抽出処理と、瞬時データ生成処理とを行うことで、瞬時データを生成する。
【００４１】
周波数解析処理では、各Ａ／Ｄ変換部２３から入力されるビート信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast  Fourier  Transform）処理（以下、「ＦＦＴ処理」と記載する）を行う。ＦＦＴ処理の結果は、ビート信号の周波数スペクトルであり、ビート信号の周波数ごと（周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごと）のパワー値（信号レベル）である。
【００４２】
ピーク抽出処理では、周波数解析処理によるＦＦＴ処理の結果においてピークとなるピーク周波数を抽出する。なお、ピーク抽出処理では、後述するビート信号の「ＵＰ区間」および「ＤＮ区間」のそれぞれについてピーク周波数を抽出する。
【００４３】
瞬時データ生成処理では、ピーク抽出処理において抽出されたピーク周波数のそれぞれに対応する反射波の到来角度とそのパワー値を算出する角度推定処理を実行する。なお、角度推定処理の実行時点で、到来角度は、物標が存在すると推定される角度である。以下では到来角度を単に「角度」と記載する場合がある。
【００４４】
また、瞬時データ生成処理では、算出した角度とパワー値との算出結果に基づいて「ＵＰ区間」および「ＤＮ区間」それぞれのピーク周波数の正しい組み合わせを判定するペアリング処理を実行する。
【００４５】
また、瞬時データ生成処理では、判定した組み合わせ結果から各物標のレーダ装置１に対する距離およびレーダ装置１への向きの相対速度を算出する。また、瞬時データ処理では、算出した各物標の角度、距離および相対速度を、最新周期（最新スキャン）分の瞬時データとしてフィルタ処理部３２ｂへ出力するとともに、記憶部３３の履歴データ３３ａとして記憶する。
【００４６】
説明を分かりやすくするために、信号処理部３２の前段処理から信号処理部３２におけるここまでの処理の流れを図３〜図４Ｃに示す。図３は、信号処理部３２の前段処理から生成部３２ａにおけるピーク抽出処理までの処理説明図である。
【００４７】
また、図４Ａは、角度推定処理の処理説明図である。また、図４Ｂおよび図４Ｃは、ペアリング処理の処理説明図（その１）および（その２）である。なお、図３は、２つの太い下向きの白色矢印で３つの領域に区切られている。以下では、各領域を順に、上段、中段、下段と記載する。
【００４８】
図３の上段に示すように、送信信号ｆｓ（ｔ）は、送信アンテナ１３から送信波として送出された後、物標において反射されて反射波として到来し、受信アンテナ２１において受信信号ｆｒ（ｔ）として受信される。
【００４９】
このとき、図３の上段に示すように、受信信号ｆｒ（ｔ）は、自車両ＭＣと物標との距離に応じて、送信信号ｆｓ（ｔ）に対して時間差Ｔだけ遅延している。この時間差Ｔと、自車両ＭＣおよび物標の相対速度に基づくドップラー効果とにより、ビート信号は、周波数が上昇する「ＵＰ区間」の周波数ｆｕｐと、周波数が下降する「ＤＮ区間」の周波数ｆｄｎとが繰り返される信号として得られる（図３の中段参照）。
【００５０】
図３の下段には、ビート信号を周波数解析処理においてＦＦＴ処理した結果を、「ＵＰ区間」側および「ＤＮ区間」側のそれぞれについて模式的に示している。
【００５１】
図３の下段に示すように、ＦＦＴ処理後には、「ＵＰ区間」側および「ＤＮ区間」側のそれぞれの周波数領域における波形が得られる。ピーク抽出処理では、波形においてピークとなるピーク周波数を抽出する。
【００５２】
たとえば、図３の下段に示した例の場合、ピーク抽出閾値が用いられ、「ＵＰ区間」側においては、ピークＰｕ１〜Ｐｕ３がそれぞれピークとして判定され、ピーク周波数ｆｕ１〜ｆｕ３がそれぞれ抽出される。
【００５３】
また、「ＤＮ区間」側においては、同じくピーク抽出閾値により、ピークＰｄ１〜Ｐｄ３がそれぞれピークとして判定され、ピーク周波数ｆｄ１〜ｆｄ３がそれぞれ抽出される。
【００５４】
ここで、ピーク抽出処理により抽出した各ピーク周波数の周波数成分には、複数の物標からの反射波が混成している場合がある。そこで、瞬時データ生成処理では、各ピーク周波数のそれぞれについて方位演算する角度推定処理を行い、ピーク周波数ごとに対応する物標の存在を解析する。
【００５５】
なお、瞬時データ生成処理における方位演算は、たとえばＥＳＰＲＩＴ（Estimation  of  Signal  Parameters  via  Rotational  Invariance  Techniques）などの公知の到来方向推定手法を用いて行うことができる。
【００５６】
図４Ａは、瞬時データ生成処理の方位演算結果を模式的に示すものである。瞬時データ生成処理では、方位演算結果の各ピークＰｕ１〜Ｐｕ３から、これらピークＰｕ１〜Ｐｕ３にそれぞれ対応する各物標（各反射点）の角度を算出する。また、各ピークＰｕ１〜Ｐｕ３の大きさがパワー値となる。瞬時データ生成処理では、図４Ｂに示すように、角度推定処理を「ＵＰ区間」側および「ＤＮ区間」側のそれぞれについて行う。
【００５７】
そして、瞬時データ生成処理では、方位演算結果において、角度およびパワー値の近い各ピークを組み合わせるペアリング処理を行う。また、その組み合わせ結果から、瞬時データ生成処理では、各ピークの組み合わせに対応する各物標（各反射点）の距離および自車両ＭＣへの向きの相対速度を算出する。
【００５８】
距離は、「距離∝（ｆｕｐ＋ｆｄｎ）」の関係に基づいて算出することができる。相対速度は、「速度∝（ｆｕｐ−ｆｄｎ）」の関係に基づいて算出することができる。その結果、図４Ｃに示すように、自車両ＭＣに対する、各反射点ＲＰの角度、距離および相対速度の瞬時データを示すペアリング処理結果が得られる。
【００５９】
図２に戻って、フィルタ処理部３２ｂについて説明する。図２に示すように、フィルタ処理部３２ｂは、予測部３２１ｂと、割り当て部３２２ｂと、重み付け部３２３ｂと、リサンプリング部３２４ｂと、物標データ生成部３２５ｂとを備える。
【００６０】
フィルタ処理部３２ｂは、所定数の粒子を所定の状態空間にプロットするとともに、状態空間における位置関係を解析するパーティクルフィルタを施すことによって、物標データを生成する。パーティクルフィルタでは、物標の真の状態に対して複数の仮説を立てて解析を行う。仮説とは例えば位置や速度などの物標の状態に対する１つの仮定値である。例えば位置空間では、仮説は所定の分布で散布され、移動していく１つの粒子のように見えるため、仮説は粒子とも呼ばれる。また、所定数の粒子をまとめて１つの仮説とした粒子群データを併せて用いる。例えば粒子群データは粒子の状態の平均値などであり、所定数の粒子の分布において最もあり得る１つの仮説ともいえる。
【００６１】
予測部３２１ｂは、パーティクルフィルタにおけるサンプル点である粒子ならびに粒子群データの予測処理を行う。具体的には、予測部３２１ｂは、最新の周期を時刻ｔとし、時刻ｔにおける粒子ならびに粒子群データの状態を、前回の周期の時刻ｔ−１の粒子ならびに粒子群データを基に予測する。例えば速度、位置といった粒子ならびに粒子群データの状態を基に、運動モデルと、測定周期ΔＴによって予測する手法などがある。つまり、予測部３２１ｂは、予測処理において、過去の粒子ならびに粒子群データの状態から時刻ｔにおける粒子ならびに粒子群データの状態を予測する。
【００６２】
割り当て部３２２ｂは、瞬時データを粒子群データに割り当てる割り当て処理を行う。割り当て部３２２ｂは、最新の周期における瞬時データを予測部３２１ｂの予測結果である粒子群データ（予測データ）へ割り当てる。
【００６３】
具体的には、割り当て部３２２ｂは、粒子群データと瞬時データとの関係性に基づいて、瞬時データが粒子群データに割り当てられるか判断する。割り当て部３２２ｂは、割り当てには、関係性に基づいたコスト関数を基に評価値、すなわちコストを算出し、算出したコストに基づいて瞬時データを粒子群データに割り当てる。
【００６４】
コストは、粒子群データの位置情報、速度情報、および瞬時データの位置情報、速度情報などに基づいて算出される。コスト関数は、例えば、上記それぞれの値の差を正規化し、二乗和をとったものなどを用いることができる。割り当て部３２２ｂは、コストが小さい瞬時データを粒子群データに割り当てる。ここでは、コストが小さいことは、瞬時データと粒子群データとの類似度が高いことを示す。すなわち、コストが小さいことは、瞬時データが粒子群データに対してペアとして割り当てられる可能性が高いことを示す。
【００６５】
割り当て部３２２ｂは、コストが最小となる瞬時データを粒子群データに割り当てる。なお、割り当て部３２２ｂは、全ての粒子群データについて全体のコストが最小となるように瞬時データを粒子群データに割り当ててもよい。また、割り当て部３２２ｂは、複数の瞬時データを粒子群データに割り当ててもよい。
【００６６】
また、ここでは、割り当て部３２２ｂが、ともにコストが小さいものを割り当てる一例を説明したが、これとは逆に、割り当て部３２２ｂは、コストが大きいものが割当たるようにコスト関数を基にコストを算出し、瞬時データを粒子群データに割り当ててもよい。
【００６７】
割り当て部３２２ｂは、瞬時データや、粒子群データの速度を補正し、補正した速度を用いてコストを算出する。割り当て部３２２ｂは、瞬時データの速度と、粒子群データの速度とを基準方向Ｅに合わせた速度としてそれぞれ補正する。
【００６８】
割り当て部３２２ｂは、まず、瞬時データの相対速度Ｖｒ１（以下、「速度ベクトルＶｒ１」と称する場合がある。）の方向と、粒子群データの速度Ｖｐ（以下、「速度ベクトルＶｐ」と称する場合がある。）の方向とを合わせるための基準方向Ｅを設定する。なお、基準方向Ｅは、例えば、レーダ装置１の表面に直交する方向である。なお、基準方向Ｅは、瞬時データの相対速度Ｖｒ１と直交しない方向である。
【００６９】
割り当て部３２２ｂは、次に、図５Ａに示すように、瞬時データの速度ベクトルＶｒ１、および粒子群データの速度ベクトルＶｐを、基準方向Ｅ上の同一点を基点とするように移動させる。図５Ａは、速度補正を説明する図である（その１）。図５Ａでは、粒子群データを「○」で示し、瞬時データを「△」で示す。以下で用いる図においても同様である。また、図５Ａでは、移動前の瞬時データの速度ベクトルＶｒ１、および移動前の粒子群データの速度ベクトルＶｐを破線で示し、移動後の瞬時データの速度ベクトルＶｒ１、および移動後の粒子群データの速度ベクトルＶｐを実線で示す。
【００７０】
そして、割り当て部３２２ｂは、図５Ｂに示すように、瞬時データの速度ベクトルＶｒ１の方向に直交する方向Ｅｐに沿って、瞬時データの速度ベクトルＶｒ１の先端を動かし、基準方向Ｅに合わせて瞬時データの相対速度Ｖｒ１を補正し、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’を算出する。また、割り当て部３２２ｂは、同様に、粒子群データの速度ベクトルＶｐの先端を動かし、基準方向Ｅに合わせて粒子群データの速度Ｖｐを補正し、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’を算出する。図５Ｂは、速度補正を説明する図である（その２）。図５Ｂでは、基準方向Ｅに合わせた補正後の瞬時データの速度ベクトルＶｒ１’、および基準方向Ｅに合わせた補正後の粒子群データの速度ベクトルＶｐ’を一点鎖線で示す。また、図５では、説明のため、補正後の瞬時データの速度ベクトルＶｒ１’、および補正後の粒子群データの速度ベクトルＶｐ’を基準方向Ｅからわずかにずらして記載している。
【００７１】
上記した補正は、詳しく説明すると、補正対象の速度を、所定の基底系（Ｅ，Ｅｐ）でベクトル分解することを意味する。つまり、上記した補正は、例えば、図６に示すように、補正前の粒子群データの速度ベクトルＶｐに対し、Ｖｐ＝αＥｖ＋βＥｐｖとなるα、βを求める処理である。「Ｅｖ」は、基準方向Ｅにおける単位ベクトルである。「Ｅｐｖ」は、瞬時データの速度ベクトルＶｒ１に直交する方向、すなわちＥｐにおける単位ベクトルである。図６は、図５Ｂに示す粒子群データの速度ベクトルＶｐについて所定の基底系でベクトル分解した図である。このようなベクトル分解によると、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’の大きさは、「α｜Ｅｖ｜」である。
【００７２】
上記のように所定の基底系が正規基底系（｜Ｅｖ｜＝｜Ｅｐｖ｜＝１）である場合には、補正後、すなわち基準方向Ｅに合わせた粒子群データの速度Ｖｐ’の大きさは「α」となる。なお、「α」、および「β」は、連立方程式を解くなど、種々公知の手法を用いることで算出することができる。
【００７３】
このように、割り当て部３２２ｂは、瞬時値データの相対速度Ｖｒ１、および粒子群データの速度Ｖｐを基準方向Ｅに合わせて補正し、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’、および補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’を算出する。
【００７４】
ここで、割り当て部３２２ｂにおける速度の補正方法の変形例について説明する。割り当て部３２２ｂは、上記方法の他に以下の方法によって速度を補正してもよい。
【００７５】
割り当て部３２２ｂは、図７に示すように、基準方向Ｅを瞬時データの速度ベクトルＶｒ１の方向と平行、例えば、一致するように設定してもよい。図７は、基準方向Ｅを瞬時データの速度ベクトルＶｒ１の方向に一致させた場合の速度補正を説明する図である。図７では、説明のため、瞬時データの速度ベクトルＶｒ１を基準方向Ｅからわずかにずらして記載している。
【００７６】
この場合、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’の大きさは、次の式で示すことができる。
【００７７】
｜Ｖｐ’｜＝Ｖｒ１・Ｖｐ／｜Ｖｒ１｜＝｜Ｖｐ｜ｃｏｓθ
【００７８】
「・」は、ベクトルの内積を示す。「θ」は、瞬時データの速度ベクトルＶｒ１と、補正前の粒子群データの速度ベクトルＶｐとの成す角である。図７では、補正前の瞬時データの速度ベクトルＶｐの角度を「θ１」とし、補正前の粒子群データの速度ベクトルＶｐの角度を「θ２」とする。なお、「θ１」、および「θ２」は、Ｖｘ軸に対する角度である。
【００７９】
基準方向Ｅを瞬時データの相対速度Ｖｒ１の方向に合わせた場合には、補正前の瞬時データの相対速度Ｖｒ１と、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’とは等しく、補正の前後で瞬時データの相対速度Ｖｒ１は不変となる。そのため、割り当て部３２２ｂは、瞬時データの相対速度Ｖｒ１については、（１）補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’を算出しなくてもよく、（２）補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’を算出して補正前の瞬時データの相対速度Ｖｒ１を用いてもよく、（３）補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’を算出して補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’を用いてもよい。
【００８０】
割り当て部３２２ｂでは、瞬時データの相対速度Ｖｒ１については、上記（１）〜（３）の手法が適宜設定可能である。通常、上記（１）の手法が用いられることが多いが、多数のデータに対して処理をまとめて行う並列実行が行われる場合には、上記（１）よりも、上記（２）、または（３）を実行する方が有利であることもある。
【００８１】
特に、パーティクルフィルタを用いた追尾処理は、並列実行に適した処理構造であるため、上記（２）、または（３）を実行することも有効である。
【００８２】
また、割り当て部３２２ｂは、図８に示すように、基準方向Ｅを粒子群データの速度ベクトルＶｐの方向と平行、例えば、一致するように設定してもよい。図８は、基準方向Ｅを粒子群データの速度ベクトルＶｐの方向に一致させた場合の速度補正を説明する図である。図８では、説明のため、粒子群データの速度ベクトルＶｐを基準方向Ｅからわずかにずらして記載している。
【００８３】
この場合、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’の大きさは、次の式で示すことができる。
【００８４】
｜Ｖｒ１’｜＝｜Ｖｒ１｜２×｜Ｖｐ｜／（Ｖｒ１・Ｖｐ）＝｜Ｖｒ１｜／ｃｏｓθ
【００８５】
なお、この場合、補正前の粒子群データの速度Ｖｐと、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’とは等しく、補正の前後で粒子群データの速度Ｖｐは不変となる。そのため、割り当て部３２２ｂは、補正の前後で瞬時データの相対速度Ｖｒ１が不変となる場合と同様に、補正前の粒子群データの速度Ｖｐや、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’を用いることができる。
【００８６】
また、割り当て部３２２ｂは、｜Ｅ｜、｜Ｅｐ｜を「１」とはしない非正規非直交基底系を用いてもよい。
【００８７】
また、ここでは、平面における２次元を一例として説明したが、速度の補正は、３次元で行われてもよい。例えば、割り当て部３２２ｂは、３次元の基底系（Ｅ,Ｅｐ１，Ｅｐ２）に対するベクトル分解を行い、速度を補正してもよい。例えば、３次元における速度補正は、補正前の粒子群データの速度Ｖｐに対し、Ｖｐ＝αＥｖ＋βＥｐ１ｖ＋γＥｐ２ｖとなるα、β、γを求める処理である。この場合も、２次元と同様に、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’の大きさは、「α｜Ｅｖ｜」となる。なお、「Ｅｐ１」と、瞬時データの相対速度Ｖｒ１の方向は直交であり、「Ｅｐ２」と瞬時データの相対速度Ｖｒ１の方向は直交であり、かつ「Ｅｐ１」と「Ｅｐ２」とは平行ではない。
【００８８】
補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’の大きさと、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’の大きさとは、検出時や、予測時など、内部・外部起因問わず誤差が無い理想的な場合には、単一の速度で移動する同一の物標であれば、たとえ反射点が異なる場合でも一致する。また、誤差がある場合であっても、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’の大きさと、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’の大きさとの差は、小さいため、割り当て部３２２ｂは、物標の連続性をとることができる。
【００８９】
そのため、割り当て部３２２ｂは、例えば、反射点移動が生じた場合であっても、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’の大きさと、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’の大きさとの差を小さくすることができ、物標の連続性をとることができる。
【００９０】
このように、割り当て部３２２ｂは、物標に対する追尾性能を向上させることができる。
【００９１】
なお、割り当て部３２２ｂは、いずれの粒子群データにも割り当てられない瞬時データがあった場合には、かかる瞬時データを新規物標として扱う。新規物標は所定の処理を行った後、粒子群データが生成され、同時に粒子も付与される。所定の処理は、測定周期をまたぐことも可能であり、例えば、新規物標に対して、簡易的に数周期の間連続性を評価して、ノイズなどで単発的に発生したものでないと確認した後に、粒子群データを生成し、粒子を付与することもできる。
【００９２】
図２に戻り、重み付け部３２３ｂは、今回の粒子それぞれに対して重み付けを行う。以降、粒子が属する粒子群データに割り当てられている瞬時データを対応瞬時データと呼ぶ。重み付け部３２３ｂは、今回の粒子のうち、対応瞬時データに類似する粒子の重みを大きくし、対応瞬時データとは類似しない粒子の重みを小さくする。なお、ここでいう「類似」度合は、粒子と対応瞬時データとの一つの関係性の指標であり、例えば位置差や速度差などを基に記述されるコスト関数の評価値などを指す。これは割り当て部３２２ｂで使用したコスト関数と概念的には同様のものであり、コスト関数の記述自体も共通のものであったり、異なるものであったりとすることもできる。重みにはコスト関数の評価値そのものを使用することもできれば、評価値を加工したものを使用することもできる。
【００９３】
次に、リサンプリング部３２４ｂは、粒子それぞれの重みに基づいて粒子を再配置（リサンプリング）する。具体的には、リサンプリング部３２４ｂは、重みが小さい粒子を対応瞬時データの近くへ移動させる。
【００９４】
物標データ生成部３２５ｂは、リサンプリング部３２４ｂによって再配置された今回の粒子に基づいて物標データを生成する。なお、物標データ生成部３２５ｂは、粒子の分布から確率密度関数を生成し、その重心に基づいて物標データを生成したり、シンプルに粒子の平均に基づいて物標データを生成したりしてもよい。
【００９５】
また、物標データ生成部３２５ｂは、新規物標については、付与された粒子に基づいて物標データを生成する。
【００９６】
次に、実施形態に係る物標データ生成処理について図９を参照し説明する。図９は、物標データ生成処理を示すフローチャートである。
【００９７】
レーダ装置１は、周波数解析処理、ピーク抽出処理、および瞬時データ生成処理を行うことで、瞬時データを生成する（Ｓ１００）。レーダ装置１は、予測処理を行い、粒子ならびに粒子群データの状態を予測する（Ｓ１０１）。
【００９８】
レーダ装置１は、割り当て処理を行い、瞬時データを粒子群データに割り当てる（Ｓ１０２）。レーダ装置１は、瞬時データの相対速度Ｖｒ１の方向と、粒子群データの速度Ｖｐの方向とを合わせて、例えば、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’と、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’とを算出する。そして、レーダ装置１は、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’の大きさと、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’の大きさとに基づいて瞬時データを粒子群データに割り当てる。
【００９９】
レーダ装置１は、瞬時データが新規物標に対応するデータであるか否かを判定する（Ｓ１０３）。なお、レーダ装置１は、瞬時データ毎に判定を行い、以下の処理を行う。
【０１００】
レーダ装置１は、瞬時データが新規物標に対応するデータである場合には（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、所定の処理を行った後に、新規物標に対応する粒子群データを生成する（Ｓ１０４）。
【０１０１】
レーダ装置１は、瞬時データが新規物標に対応するデータではない場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、今回の粒子に対する重み付けを行う（Ｓ１０５）。
【０１０２】
レーダ装置１は、重み付けに基づいて粒子のリサンプリングを行う（Ｓ１０６）。レーダ装置１は、リサンプリングされた今回の粒子に基づいて物標データを生成する（Ｓ１０７）。なお、レーダ装置１は、新規物標については、付与された粒子に基づいて物標データとして生成する。
【０１０３】
レーダ装置１は、瞬時データの相対速度Ｖｒ１と、粒子群データの速度Ｖｐとを基準方向Ｅに合わせた速度としてそれぞれ補正する。具体的には、レーダ装置１は、瞬時データの相対速度Ｖｒ１の方向に対して直交する方向に瞬時データの速度ベクトルＶｒ１と、粒子群データの速度ベクトルＶｐとの先端を移動させて、瞬時データの相対速度Ｖｒ１と、粒子群データの速度Ｖｐとを基準方向Ｅに合わせて補正する。そして、レーダ装置１は、補正後の瞬時データの相対速度Ｖｒ１’の大きさと、補正後の粒子群データの速度Ｖｐ’の大きさとに少なくとも基づいて、瞬時データを粒子群データに割り当てる。
【０１０４】
これにより、レーダ装置１は、追尾対象である物標の瞬時データを、粒子群データに正確に割り当てることができ、物標の連続性をとることができ、追尾性能を向上させることができる。例えば、レーダ装置１は、物標内で反射点移動が生じた場合であっても、物標の連続性をとることができ、追尾性能を向上させることができる。
【０１０５】
変形例に係るレーダ装置１は、物標の種類に応じて割り当て可能範囲を設定してもよい。変形例に係るレーダ装置１は、例えば、ピーク周波数におけるパワー値や、物標の速度などに基づいて物標の種類を判定し、物標の種類に応じて割り当て可能範囲を設定する。具体的は、変形例に係るレーダ装置１は、物標が車両である場合には、物標が人である場合よりも割り当て可能範囲を広くする。ここで、割り当て可能範囲外では、コストにかかわらず割り当てが行われない。つまり、割り当て可能範囲とは、瞬時データが現れうる最大の状態の範囲ともいえる。
【０１０６】
変形例に係るレーダ装置１は、瞬時データと粒子群データとの縦位置差、および横位置差の上限を割り当て可能範囲に基づいて設定する。ここでは位置差について割り当て範囲を設定したが、その限りではない。速度差などほかの状態についても設定することができる。
【０１０７】
そして、変形例に係るレーダ装置１は、粒子群データと瞬時データに対してコストを評価する。次に、変形例に係るレーダ装置１は、瞬時データの位置情報と粒子群データの位置情報とに基づいて割り当て可能範囲内に瞬時データが存在するかを判定し、評価する。変形例に係るレーダ装置１は、割り当て可能範囲内に瞬時データが存在し、かつコスト評価結果から割り当てられる場合に、瞬時データを粒子群データに割り当てる。つまり、割り当て可能範囲は、コストと併せて瞬時データが粒子群データに割り当てられるかの評価指標の一つともいえる。上記の例ではコストを計算し、割り当て範囲を判断する流れとしたが、その順序は逆としてもいい。また別個の処理ではなく、割り当て範囲の判定をコストに織り込むことも可能である。例えば、割り当て範囲を外れる場合にコストにペナルティ値を加算して、割り当て範囲外ではコストが高くなり、割り当てが起こらないような処理としてもいい。
【０１０８】
これにより、変形例に係るレーダ装置１は、割り当て可能範囲外の瞬時データが粒子群データに割り当てられることを防止し、異なる物標の瞬時データが粒子群データに割り当てられることを抑制することができる。すなわち、変形例に係るレーダ装置１は、物標の追従性を向上させることができる。
【０１０９】
上記実施形態に係るレーダ装置１は、パーティクルフィルタを用いて物標データを生成し、物標の追尾を行ったが、これに限られることはない。変形例に係るレーダ装置１は、指数移動平均フィルタ、カルマンフィルタ、例えば、拡張カルマンフィルタや、無香カルマンフィルタを用いて物標データを生成し、物標の追尾を行ってもよい。
【０１１０】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。従って、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１１１】
１        レーダ装置
３０      処理部
３２      信号処理部
３２ｂ    フィルタ処理部
３２１ｂ  予測部
３２２ｂ  割り当て部
３２５ｂ  物標データ生成部
【図１】
2019215178.tif 000003
【図２】
2019215178.tif 000004
【図３】
2019215178.tif 000005
【図４Ａ】
2019215178.tif 000006
【図４Ｂ】
2019215178.tif 000007
【図４Ｃ】
2019215178.tif 000008
【図５Ａ】
2019215178.tif 000009
【図５Ｂ】
2019215178.tif 000010
【図６】
2019215178.tif 000011
【図７】
2019215178.tif 000012
【図８】
2019215178.tif 000013
【図９】
2019215178.tif 000014