(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単一または複数の送受信ビームによる広角のカバレッジ面および該カバレッジ面に直交する狭角のカバレッジ面を有するレーダ装置において、
前記広角のカバレッジ面を少なくともロール方向に回転させて送信する送受信器と、
前記送受信器からの送信に応答して該送受信器で受信された信号を処理することにより前方および前記回転により前記広角のカバレッジ面が接する側の路面を観測する信号処理器と、
を備え、
前記信号処理器は、
前記送受信器からの送信に応答して該送受信器で受信された信号に基づいて広角のカバレッジ面における測距および測角により得られた極座標の信号を直交座標の信号に変換する座標変換部と、
前記座標変換部において得られた直交座標の信号を前記ロール方向の回転に応じて補正する座標補正部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記信号処理器は、
前記座標補正部で補正された信号に基づき送受信ビームの反射点の路面からの高さを算出して所定のスレショルドと比較することにより反射点が路面または高所の何れであるかを判断する高さ判断部を備え、前記高さ判断部の出力に基づき前記反射点の速度から自速度を算出することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記信号処理器は、
前記座標補正部で補正された信号に基づきクロスレンジ方向を算出し、算出したクロスレンジ方向の目標を検出して相関追尾を行う相関追尾部を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記信号処理器は、
広角のカバレッジ面を、所定のレンジ−クロスレンジの観測範囲の対角線上に斜めに向けて設定し、レンジ−クロスレンジを観測することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記信号処理器は、
前記座標補正部で補正された信号に基づき目標の高さを抽出し、抽出した目標を識別することを特徴とする請求項４記載のレーダ装置。
【請求項６】
カバレッジ面が、走行状態における水平面と非平行となるように請求項１乃至５のいずれか１項に記載のレーダ装置が設置されていることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、車両や構造物に設置され、他車両や路面等の固定物を観測するレーダ装置及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
車載レーダ装置の場合、高い周波数のミリ波が用いられるのが一般的であり、高い利得を安価に得るためには、アンテナ構成や送受信器を簡易にし、単一または複数の送受信ビームで水平方向に移動する車両を観測するために、水平面にカバレッジ（覆域）面を設定することが行われている。
【０００３】
ここで、車両にレーダ装置を装着する際の一例として、例えばフロントガラスの内側のような路面から高い位置にレーダ装置を設置する場合を考える。この場合、カバレッジ面を水平に設定すると、一般に高利得アンテナの場合、垂直面のビーム幅は狭いため、特に近距離下方や近距離広角の他車両等の目標反射点の振幅が小さくなり、目標を検出できない場合が発生する。また、路面を観測して自速度を検出するために、カバレッジ面を下方に向ける場合、降雪等の影響により路面での反射が小さくなると、測速が困難になる場合がある。
【０００４】
また、高さ方向に反射点の幅を持つ目標をクロスレンジ方向に観測する際に、カバレッジ面を水平にすると、反射が大きい点を観測できず、非検出になる場合がある。また、高さの高い構造物にレーダ装置を固定して設置すると、真下付近を観測できず、設置場所の限られた構造物に制約が生じる。この対策のためにカバレッジ面を鉛直にすると、車線内の狭い範囲しか観測できない。さらには、カバレッジ面を水平にすると、目標の高さを観測できず、例えば車種識別等ができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２７１１１５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１４９８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のレーダ装置では、上述したように、次の問題がある。すなわち、
（１）レーダ装置の設置位置が高い場合は、近距離の下方付近が観測困難になる。
【０００７】
（２）速度検出等のために路面（真下付近）を観測すると、別方向の高い位置の同時観測が困難になる。
【０００８】
（３）高さ方向に反射点の幅を持つ目標をクロスレンジ方向に観測する際に、カバレッジ面を水平にすると、反射が大きい点を観測できず、この対策のためにカバレッジ面を鉛直にするとクロスレンジ方向に横切る瞬時しか観測できず、非検出になる場合がある。
【０００９】
（４）レーダ装置を高所に固定して設置すると、真下付近を観測できず、カバレッジ面を鉛直にすると、車線内の狭い範囲しか観測できない。
【００１０】
（５）カバレッジ面を水平にすると、目標の高さが観測できず、車種識別等ができない等の問題がある。
【００１１】
本発明が解決しようとする課題は、設置位置が高い場合であっても、必要な目標物を必要な観測範囲で検出および追尾できるレーダ装置及び車両を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
実施形態に係るレーダ装置によれば、単一または複数の送受信ビームによる広角のカバレッジ面および該カバレッジ面に直交する狭角のカバレッジ面を有し、送受信器および信号処理器を備えている。送受信器は、広角のカバレッジ面を少なくともロール方向に回転させて送信する。信号処理器は、送受信器からの送信に応答して該送受信器で受信された信号を処理することにより前方および回転により広角のカバレッジ面が接する側の路面を観測する。信号処理器は、送受信器からの送信に応答して該送受信器で受信された信号に基づいて広角のカバレッジ面における測距および測角により得られた極座標の信号を直交座標の信号に変換する座標変換部と、座標変換部において得られた直交座標の信号をロール方向の回転に応じて補正する座標補正部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】レーダ装置の装着位置の一例を説明するための図である。
【図２】一般的な測距および測速方式が採用されたレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示したレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】図２に示したレーダ装置における送受信のスイープ信号の一例を示す図である。
【図５】図２に示したレーダ装置における送受信のスイープ信号の変化を示す図である。
【図６】図２に示したレーダ装置において振幅がピーク値をもつ周波数を抽出する様子を説明するための図である。
【図７】図２に示したレーダ装置の測角において使用される位相モノパルス方式を説明するための図である。
【図８】図２に示したレーダ装置で行われる相関追尾を説明するための図である。
【図９】図２に示したレーダ装置で行われる座標系の回転を説明するための図である。
【図１０】図２に示したレーダ装置において同一車線の近距離下方と隣接車線の２車線を観測する状態を示す図である。
【図１１】第１の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１２】第１の実施形態に係るレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】一般的なレーダ装置で路面を観測する状態を説明するための図である。
【図１４】第２の実施形態に係るレーダ装置においてカバレッジ面をロールさせて一方を観測する路面に向け、他方を高所の固定構造物に向けた状態を示す図である。
【図１５】第２の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１６】一般的なレーダ装置で高さ方向に反射点の幅を持つ目標をクロスレンジ方向に観測する状態を示す図である。
【図１７】一般的なレーダ装置でカバレッジ面を垂直にして、クロスレンジ方向に横切る目標を観測する状態を示す図である。
【図１８】第３の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面のロール角により、クロスレンジ方向に移動する目標を測角する状態を示す図である。
【図１９】一般的なレーダ装置を高所に設置して目標を観測する状態を示す図である。
【図２０】第４の実施形態に係るレーダ装置でレンジ−クロスレンジを観測する状態を示す図である。
【図２１】第５の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面において測角し、測距値（レンジ）と測角値により目標の高さを算出する状態を示す図である。
【図２２】第１の実施形態〜第５の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面を斜めに設定する特殊な例を示す図である。
【図２３】第１の実施形態〜第５の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面を斜めに設定する他の例を示す図である。
【図２４】第３の実施形態に係るレーダ装置でカバレッジ面を斜めにクロスする場合の応用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明のレーダ装置及び車両の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施形態）
以下に説明する第１の実施形態の理解を容易にするために、まず、レーダ装置１を、例えば車両のフロントガラスの内側等といった路面から高い位置に装着する場合を考える。この場合、図１に示すように、単一または複数の送受信ビームによる広角のカバレッジ面２が水平であるとすれば、高利得アンテナの場合は一般に垂直面（広角のカバレッジ面に直交する狭角のカバレッジ面２ａ）のビーム幅は狭い。このため、特に近距離下方に形成される非検出領域ｎｄや近距離広角（レーダ装置１の左右）の位置に存在する他車両等の目標の反射点の振幅が小さくなり、非検出になる場合がある。なお、図１（ａ）は立体図、図１（ｂ）は上面図および図１（ｃ）は側面図である。
【００１６】
この対策として、測距、測速および測角の各方式については、広角のカバレッジ面２で観測できれば、特に方法を限定する必要はないが、カバレッジ面２の多数の反射点に対して効果的な方法としては、例えば、特許文献１および特許文献２（ＭＲＡＶ：Measurement Range after measurement Velocity）に開示されている技術がある。
【００１７】
ここでは、まず、一般的な測距および測速方式について、図面を参照しながら説明する。なお、測距および測速方式については、例えば『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.274-275(1996)』に説明されている。
【００１８】
図２は、一般的な測距および測速方式が採用されたレーダ装置の構成を示すブロック図であり、図３は、その動作を示すフローチャートである。このレーダ装置は、アンテナ１０、送受信器２０および信号処理器３０を備えている。
【００１９】
アンテナ１０は、アンテナ送信素子１１と複数のアンテナ受信素子１２とから構成されている。アンテナ送信素子１１は、送受信器２０から電気信号として送られてくる送信信号を電波に変換して外部に送出する。複数のアンテナ受信素子１２は、外部からの電波を受信して電気信号に変換し、受信信号として送受信器２０に送る。
【００２０】
送受信器２０は、送信器２１と複数のミキサ２２を備えており、複数のミキサ２２は、複数のアンテナ受信素子１２にそれぞれ対応して設けられている。送信器２１は、信号処理器３０から送られてくる送信制御信号に応じて送信信号を生成し、アンテナ送信素子１１および複数のミキサ２２に送る。複数のミキサ２２は、複数のアンテナ受信素子１２からそれぞれ受け取った受信信号を、送信器２１からの信号に応じて周波数変換し、信号処理器３０に送る。
【００２１】
信号処理器３０は、ＡＤ変換器３１、アップ系列ダウン系列抽出部３２、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部３３、ＤＢＦ（Digital Beam Forming：デジタルビーム形成）部３４、ペアリング部３５、測距・測速部３６、測角部３７、座標変換部３８および相関追尾部３９を備えている。
【００２２】
ＡＤ変換器３１は、送受信器２０から送られてくるアナログ信号をディジタル信号に変換し、素子信号としてアップ系列ダウン系列抽出部３２に送る。アップ系列ダウン系列抽出部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてきた素子信号からアップチャープ系列の信号とダウンチャープ系列の信号を抽出し、ＦＦＴ部３３に送る。
【００２３】
ＦＦＴ部３３は、アップ系列ダウン系列抽出部３２から送られてくる信号を高速フーリエ変換により周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ部３４に送る。ＤＢＦ部３４は、ＦＦＴ部３３から送られてくる周波数軸上の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。ＤＢＦ部３４で形成されたΣビーム（アップ系列とダウン系列）はペアリング部３５に送られ、Δビームは測角部３７に送られる。
【００２４】
ペアリング部３５は、ＤＢＦ部３４から送られてくるΣ０ビームのアップチャープ系列の信号とダウンチャープ系列の信号から、振幅がピークを有する周波数を抽出し、周波数ペアを作成する。ペアリング部３５で作成された周波数ペアを示す信号は、測距・測速部３６に送られる。測距・測速部３６は、ペアリング部３５から送られてきた信号（Σビーム）に基づき測距および測速を行い、これにより得られた距離および速度を示す信号を、測角部３７および座標変換部３８に送る。
【００２５】
測角部３７は、測距・測速部３６から送られてくる信号（Σビーム）およびＤＢＦ部３４から送られてくるΔビームに基づき測角を行う。測角部３７における測角により得られた角度を示す信号は、座標変換部３８に送られる。
【００２６】
座標変換部３８は、測距・測速部３６から送られてくる距離および速度を示す極座標の信号および測角部３７から送られてくる角度を示す極座標の信号を直交座標の信号に変換する座標変換を行い、相関追尾部３９に送る。相関追尾部３９は、相関追尾処理を行って目標の位置および速度を算出し、外部に出力する。
【００２７】
次に、上記のように構成されるレーダ装置の概略の動作を、図３に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００２８】
レーダ装置が起動されると、まず、送受信データの入力が行われる（ステップＳ１１）。これにより、送受信器２０の内部の送信器２１でスイープされた信号は、アンテナ送信素子１１から送信される。一方、複数のアンテナ受信素子１２で受信された信号は、複数のミキサ２２によりそれぞれ周波数変換されて、信号処理器３０に送られる。図４および図５は、送受信のスイープ信号の例を示す。信号処理器３０では、送受信器２０から送られてきた信号がＡＤ変換器３１でディジタル信号に変換され、素子信号としてアップ系列ダウン系列抽出部３２に送られる。
【００２９】
次に、アップチャープ系列とダウンチャープ系列の分離が行われる（ステップＳ１２）。すなわち、アップ系列ダウン系列抽出部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号（ディジタル信号）から、アップチャープ信号とダウンチャープ信号を分離し、ＦＦＴ部３３に送る。
【００３０】
次に、アップ系列／ダウン系列のＦＦＴおよびＤＢＦが行われる（ステップＳ１３）。すなわち、ＦＦＴ部３３は、アップ系列ダウン系列抽出部３２から送られてくるアップチャープ信号とダウンチャープ信号を高速フーリエ変換により周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ部３４に送る。ＤＢＦ部３４は、ＦＦＴ部３３から送られてくる周波数軸の信号を用いて、周波数毎にΣビーム（アップ系列およびダウン系列）とΔビームを形成する。このＤＢＦ部３４で形成されたΣビームはペアリング部３５に送られ、Δビームは測角部３７に送られる。
【００３１】
次に、アップ系列／ダウン系列の周波数ピークが抽出される（ステップＳ１４）。すなわち、ペアリング部３５は、ＤＢＦ部３４から送られてくるΣビームのアップ系列とダウン系列の信号から、図６に示すような、振幅がピーク値を有する周波数を抽出する。
【００３２】
次に、アップ系列／ダウン系列のペアリングが行われる（ステップＳ１５）。すなわち、ペアリング部３５は、ダウンチャープ系列とアップチャープ系列のピーク周波数が異なるので、ステップＳ１４で抽出された周波数を対応させ、周波数ペアを生成する。このペアリング部３５で生成された周波数ペアを示す信号は、測距・測速部３６に送られる。
【００３３】
次に、距離および速度が算出される（ステップＳ１６）。すなわち、測距・測速部３６は、ペアリング部３５から送られてきた信号（Σビーム）に基づき測距および測速を行い、これにより得られた距離および速度を示す信号を、測角部３７および座標変換部３８に送る。
【００３４】
ここで、アップ系列／ダウン系列の周波数ピーク抽出（ステップＳ１４）から距離および速度の算出（ステップＳ１６）までの関係式を次に示す。
【数１】
0005677275.tif 000002
【００３５】
ここで、
Δｆ１；ダウンチャープ信号の観測周波数
Δｆ２；アップチャープ信号の観測周波数
ｆｄ  ；ドップラ周波数
ｆｒ  ；距離による周波数
上述した距離による周波数ｆｒと目標速度によるドップラ周波数ｆｄは、次式で表される。
【００３６】
一方、距離による周波数ｆｒと目標速度によるドップラー周波数ｆｄは、次式となる。
【数２】
0005677275.tif 000003
【００３７】
ここで、
Ｂ；周波数帯域
Ｒ；目標距離
Ｔ；スイープ時間
ｃ；光速
Ｖ；目標速度
λ；波長
（３）式を距離Ｒと速度Ｖで展開し、（２）式を代入すると、次式となる。これにより、距離Ｒと速度Ｖを算出できる。
【数３】
0005677275.tif 000004
【００３８】
次に、角度が算出される（ステップＳ１７）。すなわち、測角部３７は、測距・測速部３６から送られてくるΣビームの信号およびＤＢＦ部３４から送られてくるΔビームの信号に基づき測角を行う。この測角には、例えば位相モノパルス方式を用いることができる。なお、位相モノパルス方式については、例えば『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.262-264（1996）』に説明されている。
【００３９】
この位相モノパルス方式では、図７（ａ）に示すように、Σビームの信号とΔビームの信号を用いて、次式で示される誤差電圧が観測される。
【数４】
0005677275.tif 000005
【００４０】
ここで、
Σ  ；和ビーム
Δ  ；差ビーム
＊  ；複素共役
Ｒｅ；実数部
そして、図７（ｂ）に示すような、（５）式で示される誤差電圧とあらかじめ保存されている角度−誤差電圧のテーブルを用いて、角度が算出される。この算出された角度を示す信号は、座標変換部３８に送られる。以上の測距、測速および測角の各方式により、カバレッジ面の距離、速度および角度が算出される。
【００４１】
次に、座標変換が行われる（ステップＳ１８）。すなわち、座標変換部３８は、測距・測速部３６から送られてくる距離および速度を示す信号および測角部３７から送られてくる角度を示す信号に対して座標変換を行い、相関追尾部３９に送る。より詳しくは、座標変換部３８は、クロスレンジ−レンジの（Ｘ，Ｙ）軸に変換するために、次式の極座標−直交座標変換を行い、変換結果を相関追尾部３９に送る。
【数５】
0005677275.tif 000006
【００４２】
ここで、
Ｒ            ：測距値
Ｖ            ：測速値（ラジアル方向）
Θ            ：測角値（レーダ正面を０度）
（Ｘ，Ｙ）    ：クロスレンジ、レンジの位置
（Ｖｘ，Ｖｙ）：クロスレンジ、レンジの速度
相関追尾部３９は、相関追尾処理により、平滑位置および平滑速度を算出する。図８は、一般的な相関追尾（ＮＮ相関、α−β追尾方式）を説明するための図である。なお、相関追尾については、例えば『吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、pp.264-267(1996)』に説明されている。
【００４３】
ここでは、説明を簡単にするために、１次元（Ｘ軸またはＹ軸のみ）で表現する。観測（位置）ベクトルをｙ、平滑ベクトルをｘｓ、予測ベクトルをｘｐとし、
【数６】
0005677275.tif 000007
【００４４】
とすると、平滑位置および平滑速度は次式で表現できる。
【数７】
0005677275.tif 000008
【００４５】
ここで、
ｙｒ（ｋ，ｊ）；観測ｋ回目、観測（位置）ベクトルｊ個目の残差ベクトル
ｙ（ｋ，ｊ）  ；観測ｋ回目のｊ個目の観測（位置）ベクトル
ｙｒ（ｋ）    ；観測ｋ回目の２乗誤差が最小となる残差ベクトル
ｘｓ（ｋ）    ；観測ｋ回目の平滑ベクトル
ｘｐ（ｋ）    ；観測ｋ回目の予測ベクトル（ｋ−１回目までのデータを使用）
Ｈ            ；観測マトリクス
Ｈ＝［１  ０］
0005677275.tif 000009
とする。
【００４６】
以上、一般的な観測値として相関追尾による平滑値を得る方法について説明したが、平滑値については、サイクル間の相関追尾を実施しなくても、サイクル内の同一の反射点付近の複数の観測値の平均等をとる処理によって得ることもできる。
【００４７】
以上のステップＳ１８の処理が終了すると、次に、サイクルが終了したかどうかが調べられる（ステップＳ２０）。ステップＳ２０において、サイクルが終了していないことが判断されると、次のサイクルの処理に移す処理が行われる（ステップＳ２１）。その後、ステップＳ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ２０において、サイクルが終了したことが判断されると、このレーダ装置の処理は終了する。
【００４８】
次に、第１の実施形態に係るレーダ装置について詳細に説明する。車載レーダ装置等の場合は、レーダ装置の設置位置が比較的高いため、図１を参照して既に説明したように、カバレッジ面２を水平にすると近距離下方の目標の検出が困難になる。この対策として、図９（ｂ）に示すように、カバレッジ面２をロール方向に回転させる。カバレッジ面２の回転は、送受信器２０からアンテナ１０を介して送信される送受信ビームを制御することにより行われる。
【００４９】
また、回転角は、観測範囲に応じて設定されるが、例えば同一車線と隣接車線を観測するためには、カバレッジ面２が隣接車線付近を向く（カバレッジ面２の一端部分が隣接車線に接する）ように設定される。これにより、図１０に示すように、同一車線の近距離下方と隣接車線の２車線を観測することができる。なお、図１０（ａ）は立体図であり、図１０（ｂ）は上面図である。
【００５０】
これを定式化するために、図９を参照して、座標系の回転について説明する。座標を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）として、Ｘ軸を中心にして角度αだけ回転した場合の変換後の座標（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）は、
【数８】
0005677275.tif 000010
【００５１】
ここで、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）      ：元の座標
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）：変換後の座標
α                  ：ピッチ角
となる。
【００５２】
また、Ｙ軸を中心にして角度βだけ回転した場合は、
となる。また、Ｙ軸を中心にして角度β回転した場合は、
【数９】
0005677275.tif 000011
【００５３】
ここで、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）      ：元の座標
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）：変換後の座標
β                  ：ロール角
となる。
【００５４】
また、Ｚ軸を中心にして角度γだけ回転した場合は、
【数１０】
0005677275.tif 000012
【００５５】
ここで、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）      ：元の座標
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）：変換後の座標
γ                  ：ヨー角
となる。
【００５６】
したがって、座標回転として角度α、β、γを順に組み合わせた後の座標を（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）とすると、
【数１１】
0005677275.tif 000013
【００５７】
となる。
【００５８】
これより、逆行列を用いて
【数１２】
0005677275.tif 000014
【００５９】
逆行列を変換すると次式となる。
【数１３】
0005677275.tif 000015
【００６０】
ここで、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）      ：元の座標
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）：変換後の座標
α、β、γ          ：ピッチ、ロール、ヨー角
以上の（１１）式〜（１３）式により、観測値（Ｘ’、Ｙ’，Ｚ’）から元の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に変換することができる。
【００６１】
以上の点を踏まえて、例えばロール角βのみ（α＝γ＝０）回転した場合には、カバレッジ面がロール角により傾くため、実空間（水平面）での座標は、観測値（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）を元に、後述する座標補正処理において、次式を用いて補正する。
【００６２】
（９）式の逆行列演算より、
【数１４】
0005677275.tif 000016
【００６３】
となり、高さＺを無視すると
【数１５】
0005677275.tif 000017
【００６４】
ここで、
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）：観測カバレッジ面における座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）      ：実空間における座標
β                ：カバレッジ面のロール角
と定式化できる。他の回転を加えた場合には、（１３）式を用いることができる。
【００６５】
図１１は、第１の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。このレーダ装置は、図２に示したレーダ装置の信号処理器３０に、座標補正部４０が追加されて構成されている。座標補正部４０は、座標変換部３８から送られてきた直交座標を示す信号に対して上述した座標補正処理を施し、相関追尾部３９に送る。
【００６６】
次に、上記のように構成される第１の実施形態に係るレーダ装置の概略の動作を、図１２に示すフローチャートを参照しながら説明する。このフローチャートは、図３に示したフローチャートに、座標補正処理を行うステップＳ１９が追加されて構成されている。すなわち、ステップＳ１９では、座標補正部４０は、座標変換部３８から送られてきた座標を示す信号に対して上述した補正を施し、相関追尾部３９に送る。
【００６７】
すなわち、信号処理器３０は、送受信器２０からの送信に応答して該送受信器２０で受信された信号を処理する。これにより、前方および回転により広角のカバレッジ面２が接する側の路面を観測することができる。
【００６８】
以上説明したように、第１の実施形態に係るレーダ装置によれば、カバレッジ面２をロール方向に回転させることにより、レーダ装置の高さが高い場合であっても、水平面の広角の反射点のフェージングによる影響を抑圧した上で、同一車線および隣接車線を観測することができる。
【００６９】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係るレーダ装置は、自動車や鉄道車両等において、車両の路面を観測して自速度を観測する。路面（真下付近）を観測する場合は、図１３に示すようにカバレッジ面２を下方に向けるため、降雪等の影響で路面を観測できず、速度を検出できない場合がある。
【００７０】
また、路面を観測できたとしても、送受信ビームが路面を照射する面積が小さくて同一の反射点（路面反射点）を観測できる時間が短くなり、その結果、非検出になったり相関追尾できなかったりして、速度を精度よく観測できない場合がある。なお、図１３（ａ）は立体図、図１３（ｂ）は上面図および図１３（ｃ）は側面図である。
【００７１】
この対策として、第２の実施形態に係るレーダ装置は、図１４に示すように、カバレッジ面２のロール角により、カバレッジ面２の一方を観測する路面に向け、他方を高所の固定構造物に向ける。なお、図１４（ａ）は立体図、図１４（ｂ）は上面図、図１４（ｃ）は前面図および図１４（ｄ）は側面図である。カバレッジ面２による測角により、路面側であるか構造物側であるかを判別できるため、各々の反射点を検出し、必要に応じて相関追尾することにより、自速度を算出することができる。この場合、異なる場所に基づく速度を算出できるため、降雪等の影響で一方が非検出であっても他方を検出でき、このような冗長性により安定して速度を得ることができる。また、路面を照射できる時間が進行方向に対して長いため、同一の反射点（路面反射点）を長く観測でき、非検出になりにくく、また相関追尾も簡易になる。
【００７２】
以下、定式化を行う。観測カバレッジ面における観測値を（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）とすると、高さを含めた実空間における座標は次式となる。
【数１６】
0005677275.tif 000018
【００７３】
ここで、
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）：観測カバレッジ面における座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）      ：実空間における座標
β                ：カバレッジ面のロール角
観測カバレッジ面においては、Ｚ’＝０とすると、
【数１７】
0005677275.tif 000019
【００７４】
となる。
【００７５】
図１５は、第２の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。このレーダ装置は、第１の実施形態に係るレーダ装置に高さ判断部４１が追加されて構成されている。高さ判断部４１は、路面と高所構造物を抽出するためのスレショルドＺｔｈ１とＺｔｈ２を用いて、Ｚｔｈ１以下であれば路面と判断し、Ｚｔｈ２以上であれば高所構造物と判断する。それぞれ抽出した路面と高所構造物の反射点より、（４）式を用いて実空間（Ｘ，Ｙ）軸での速度を抽出することができる。
【００７６】
これにより、路面または高所構造物の少なくとも一方の反射点の速度を算出し、算出した速度と逆符号の自車速度を算出することができる。さらに、平滑速度を算出するには、反射点の位置（Ｘ，Ｙ）を用いて、次のサイクルにおける（Ｘ，Ｙ）との相関をとり、その観測値を元に追尾処理すればよい。相関追尾処理としては、上述した相関追尾（ＮＮ相関、α−β追尾方式）を用いることができ、これにより速度精度を向上させることができる。
【００７７】
以上説明したように、第２の実施形態に係るレーダ装置によれば、カバレッジ面で検出される下部および上部の反射点を抽出することにより、他の反射点の影響を抑圧した上で、路面反射点と高所の構造物の反射点を抽出できるため、自車速度を高精度に検出できる。また、降雪の影響等で下部または上部の反射点のうち一方が検出できない場合であっても他方で補間することができるので、安定した速度抽出が可能になる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図１６に示すように、高さ方向に反射点の幅を持つ目標（目標車両４または目標人物５）をクロスレンジ方向に観測する際に、カバレッジ面２を水平にすると、反射が大きい点を観測できず、非検出になる場合がある。なお、図１６（ａ）は立体図ならびに図１６（ｂ）および図１６（ｃ）は側面図である。これを避けるために、図１７に示すようにカバレッジ面２を垂直にして、クロスレンジ方向に横切る目標を観測する方法もあるが、観測時間が短くなるため、非検出になる場合がある。なお、図１７（ａ）は立体図、図１７（ｂ）は側面図および図１７（ｃ）は上面図である。
【００７９】
この対策として、第３の実施形態に係るレーダ装置は、図１８に示すように、カバレッジ面２のロール角により、クロスレンジ方向に移動する目標の低い部分から高い部分まで、カバレッジ面２を横切るようにし、カバレッジ面２において測角する。なお、図１８（ａ）は立体図ならびに図１８（ｂ）および図１８（ｃ）は側面図である。この測角値、ロール角、レンジ値を用いて、次式によりクロスレンジ位置を算出できる。このクロスレンジ位置の算出は、例えば、相関追尾部３９で行うことができる。
【数１８】
0005677275.tif 000020
【００８０】
高さＺを無視すると
【数１９】
0005677275.tif 000021
【００８１】
ここで、
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）    ：観測カバレッジ面における座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）：実空間における座標
β          ：カバレッジ面のロール角
以上により、クロスレンジ方向の目標位置の検出とその位置を用いた相関追尾ができる。
【００８２】
以上説明したように、第３の実施形態に係るレーダ装置によれば、クロスレンジ方向に移動する高さのある目標物を検出する際に、ある高さの反射点のみでなく、高さ全体にわたる反射点を検出して追尾することができるので、安定した追尾が可能となる。
【００８３】
（第４の実施形態）
レーダ装置１を高所に設置すると、図１９（ａ）の側面図に示すように、レーダ装置１の真下付近を観測できず、カバレッジ面２を鉛直にすると、図１９（ｂ）の上面図に示すように、車線内の狭い範囲しか観測できない。
【００８４】
この対策として、第４の実施形態に係るレーダ装置は、図２０に示すようにカバレッジ面２を垂直にし、さらに、アジマス方向に角度を持たせて設定し、所定のレンジ−クロスレンジの観測範囲５の対角線上に斜めに向け、レンジ−クロスレンジを観測する。なお、図２０（ａ）は側面図および図２０（ｂ）は上面図である。カバレッジ面２を下方に向けることを考慮すると、一般にはピッチ角α、ロール角βおよびヨー角γの全ての回転を伴うため、次式となる。
【数２０】
0005677275.tif 000022
【００８５】
ここで、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）      ：元の座標
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）：変換後の座標
α                  ：ピッチ角
β                  ：ロール角（９０度）
γ                  ：ヨー角
ピッチ角αは観測幅を覆うように下方に設定する。ロール角βは９０度を基本とする。ヨー角γは１つの車線を覆うように設定する。観測値Ｚ’は、一般に０であり、変換後も高さ情報を用いない場合はＺ＝Ｚ’＝０とする。これにより、クロスレンジ方向の目標位置の検出とその位置を用いた相関追尾を行うことができる。
【００８６】
以上説明したように、第４の実施形態に係るレーダ装置によれば、カバレッジ面を所定のレンジ−クロスレンジの観測範囲５の対角線上に設定することにより、所定の幅以上の車両は、観測範囲５においてレンジ−クロスレンジの両者を近距離真下付近まで観測することができる。
【００８７】
（第５の実施形態）
カバレッジ面を水平にすると、目標の高さを観測できず、車種等を識別できない。この対策として、第５の実施形態に係るレーダ装置は、図２１（ａ）の側面図および図２１（ｂ）の上面図に示すように、カバレッジ面２において測角し、測距値（レンジ）と測角値により、次式により目標の高さＺ’を算出する。
【数２１】
0005677275.tif 000023
【００８８】
ここで、
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）      ：元の座標
（Ｘ’，Ｙ’，Ｚ’）：変換後の座標
α                  ：ピッチ角
β                  ：ロール角（９０度）
γ                  ：ヨー角
ピッチ角αは観測幅を覆うように下方に設定する。ロール角βは９０度を基本とする。ヨー角γは１つの車線を覆うように設定する。観測値Ｚ’は、一般に０である。変換後の高さ情報Ｚ’を用いて、普通車または大型車等の各々の高さに対応する所定のスレショルドＺｔｈ（ｎ）（ｎ＝１〜Ｎ、Ｎは識別する車両の種別）と比較することにより、目標の識別を行う。
【００８９】
以上説明したように、第５の実施形態に係るレーダ装置によれば、第４の実施形態に係るレーダ装置に加えて、カバレッジ面のレンジ−クロスレンジ値を元にした座標変換により、目標の高さを抽出し、所定のスレショルドと比較することにより小型車または大型車等を識別することができる。
【００９０】
以上のように、第１の実施形態〜第５の実施形態に係るレーダ装置によれば、広角のカバレッジ面の３軸（ロール／ピッチ／ヨー）の設定角度により、レーダ装置を比較的高所に設置した場合であっても、近距離真下から遠距離までの所定の範囲の目標物の検出／追尾能力を高めることができる。また、カバレッジ面を目標物の進行方向に対して斜めに設定することにより、カバレッジ内の不要な反射点を抑圧し、必要な反射点に対して立体的に幅を持たせても観測できる時間を長くすることにより、検出／追尾能力を高めることができる。
【００９１】
なお、カバレッジ面２を斜めに設定する特殊な例として、図２２に示すように、車載のレーダ装置でカバレッジ面２を鉛直にする場合があるが、これは第１の実施形態の内容に含まれる。なお、図２２（ａ）は上面図、図２２（ｂ）は前面図および図２２（ｃ）は側面図である。また、第１の実施形態において、図２３（ａ）の側面図および図２３（ｂ）の上面図に示すように、構造物の高所にレーダ装置１を固定して車線を観測する場合もある。
【００９２】
また、第３の実施形態で説明したカバレッジ面２を斜めにクロスさせる場合の応用例として、図２４に示すように、目標の斜め前方から観測し、カバレッジ面２を真横にする場合に比べて、観測時間を長くして検出能力を高めることもできる。なお、図２４（ａ）は立体図、図２４（ｂ）は側面図および図２４（ｃ）は上面図である。
【００９３】
以上のように、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９４】
１０  アンテナ
１１  アンテナ送信素子
１２  アンテナ受信素子
２０  送受信器
２１  送信器
２２  ミキサ
３０  信号処理器
３１  ＡＤ変換器
３２  アップ系列ダウン系列抽出部
３３  ＦＦＴ部
３４  ＤＢＦ部
３５  ペアリング部
３６  測距・測速部
３７  測角部
３８  座標変換部
３９  相関追尾部
４０  座標補正部
４１  高さ判断部
【図１】
0005677275.tif 000024
【図２】
0005677275.tif 000025
【図３】
0005677275.tif 000026
【図４】
0005677275.tif 000027
【図５】
0005677275.tif 000028
【図６】
0005677275.tif 000029
【図７】
0005677275.tif 000030
【図８】
0005677275.tif 000031
【図９】
0005677275.tif 000032
【図１０】
0005677275.tif 000033
【図１１】
0005677275.tif 000034
【図１２】
0005677275.tif 000035
【図１３】
0005677275.tif 000036
【図１４】
0005677275.tif 000037
【図１５】
0005677275.tif 000038
【図１６】
0005677275.tif 000039
【図１７】
0005677275.tif 000040
【図１８】
0005677275.tif 000041
【図１９】
0005677275.tif 000042
【図２０】
0005677275.tif 000043
【図２１】
0005677275.tif 000044
【図２２】
0005677275.tif 000045
【図２３】
0005677275.tif 000046
【図２４】
0005677275.tif 000047