(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を送信する送信部と、
前記送信波を反射した物標からの反射波を受信する複数のアンテナと、
前記複数のアンテナで受信したそれぞれの受信信号と前記送信波の送信信号とからそれぞれのビート信号を生成する混合部と、
信号処理部と、を備え、
前記信号処理部は、
前記それぞれのビート信号をそれぞれ複数の周波数成分に分解するフーリエ変換部と、
前記それぞれのビート信号からそれぞれ分解された複数の周波数成分に含まれるピーク周波数成分により、前記反射波信号の到来角度を特定し、前記反射信号の到来角度が複数特定された場合に、前記ピーク周波数成分近傍の複数の周波数成分について、前記反射波の到来角度成分の信号強度を算出する方位演算部と、
前記複数周波数で特定された到来角度のそれぞれについて、前記ピーク周波数成分近傍の複数の周波数成分から信号強度が最大となる周波数成分を選択し、それぞれの到来角度について選択された周波数成分に基づいて物標との距離を算出する算出部と、を備えるレーダ装置。
【請求項２】
送信波を反射した物標からの反射波を複数のアンテナで受信して得られるそれぞれの受信信号と前記送信波の送信信号とから生成されるそれぞれのビート信号をそれぞれ複数の周波数成分に分解するフーリエ変換部と、
前記それぞれのビート信号からそれぞれ分解された複数の周波数成分に含まれるピーク周波数成分により、前記反射波信号の到来角度を特定し、前記反射信号の到来角度が複数特定された場合に、前記ピーク周波数成分近傍の複数の周波数成分について、前記反射波の到来角度成分の信号強度を算出する方位演算部と、
前記複数周波数で特定された到来角度のそれぞれについて、前記ピーク周波数成分近傍の複数の周波数成分から信号強度が最大となる周波数成分を選択し、それぞれの到来角度について選択された周波数成分に基づいて物標との距離を算出する算出部と、を備えるレーダ装置の信号処理装置。
【請求項３】
送信波を反射した物標からの反射波を複数のアンテナで受信して得られるそれぞれの受信信号と前記送信波の送信信号とから生成されるそれぞれのビート信号をそれぞれ複数の周波数成分に分解し、
前記それぞれのビート信号からそれぞれ分解された複数の周波数成分に含まれるピーク周波数成分により、前記反射波信号の到来角度を特定し、
前記反射信号の到来角度が複数特定された場合に、前記ピーク周波数成分近傍の複数の周波数成分について、前記反射波の到来角度成分の信号強度を算出し、
前記複数周波数で特定された到来角度のそれぞれについて、前記ピーク周波数成分近傍の複数の周波数成分から信号強度が最大となる周波数成分を選択し、
それぞれの到来角度について選択された周波数成分に基づいて物標との距離を算出する、信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置、レーダ装置の信号処理装置、および信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置では、例えば、Frequency-Modulated Continuous-Wave（ＦＭＣＷ）
方式が採用されている。レーダ装置がＦＭＣＷ方式等の変調を用いて測定対象（以下、物標）までの距離を算出する場合、レーダ装置は、送信波と物標からの反射波とが混合されたビート信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）し、周波数スペクトルのピークを検出する。そして、ピークの周波数により、レーダ装置から物標までの距離が得られる。さらに、レーダ装置は、ピークの周波数において、複数の受信アンテナからそれぞれ得られた受信信号で角度演算を行い、反射の到来角度を特定する。このようにして、レーダ装置は物標位置を特定する。
ところで、ＦＦＴは離散値の周波数領域成分（周波数ビン、ＦＦＴビンともいう）ごとに周波数スペクトルを得るものであるため、物標間の距離差が１ビン程度である場合、複数の物標に対する反射波に基づくビート信号を高速フーリエ変換した周波数スペクトルのピークは１つとなり、複数の物標が同一の距離として判定される場合がある。なお、さらに、その後の角度演算によって角度スペクトルを求めた場合には、レーダ装置からそれぞれの物標への角度を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００６／０８５３５２号
【特許文献２】特開２００９−１６２６８８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、上記のような従来の技術では、角度演算でそれぞれの物標への角度を求めることができても、物標間の距離差が周波数スペクトルで１ビン程度の複数物標が存在する場合、それぞれの物標までの距離が同一の距離となり、精度よく距離を求めることができない場合がある。レーダ装置が複数物標からの反射波を受信する結果、距離が周波数スペクトルで１ビン程度異なる複数物標については、ピークの周波数が十分精度よく決定できない可能性があるからである。
そこで、本発明は、物標間の距離差が周波数スペクトルで１ビン程度の複数の物標が存在する場合においても、それぞれの物標に対する距離の測定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】
【０００５】
開示の技術の一側面は、以下のレーダ装置によって例示される。本レーダ装置は、送信波を送信する送信部と、前記送信波を反射した物標からの反射波を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナで受信したそれぞれの受信信号と前記送信波の送信信号とからそれぞれのビート信号を生成する混合部と、信号処理部と、を備える。また、この信号処理部は、前記それぞれのビート信号をそれぞれ複数の周波数成分に分解するフーリエ変換部と、それぞれのビート信号からそれぞれ分解された複数の周波数成分に含まれるピーク周波数成分により、前記反射波信号の到来角度を特定し、前記反射信号の到来角度が複数特定された場合に、前記ピーク周波数成分近傍の複数の周波数成分について、前記反射波の到来角度成分の信号強度を算出する方位演算部と、前記複数周波数で特定された到来角度のそれぞれについて、前記ピーク周波数成分近傍の複数の周波数成分から信号強度が最
大となる周波数成分を選択し、それぞれの到来角度について選択された周波数成分に基づいて物標との距離を算出する算出部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本レーダ装置によれば、物標間の距離差が周波数スペクトルで１ビン程度の複数の物標が存在する場合においても、それぞれの物標に対する距離の測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】比較例に係るレーダ装置と物標との関係の関係を例示する図である。
【図２】レーダ装置で得られた、ビート信号のフーリエ変換結果の一例を示す図である。
【図３】実施形態１に係るレーダ装置の構成を例示する図である。
【図４】レーダ装置で処理される信号の波形を例示する図である。
【図５】実施形態１のレーダ装置の信号処理を例示する図である。
【図６】距離・相対速度演算の詳細を例示する図である。
【図７】アップビート周波数成分を例示する図である。
【図８】ダウンビート周波数成分を例示する図である。
【図９】角度スペクトルの一例である。
【図１０】角度スペクトルの各ピークの角度とパワーの一例である。
【図１１】周波数、角度、パワーの３次元データを例示する図である。
【図１２】角度に対応する物標ごとに周波数、距離、および相対速度を求めた結果を例示する図である。
【図１３】実施形態２のレーダ装置の信号処理を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、一実施形態に係るレーダ装置について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本レーダ装置は実施形態の構成には限定されない。
【０００９】
＜比較例＞
図１に、比較例に係るレーダ装置と物標Ａ、物標Ｂとの関係の関係を例示する。レーダ装置は、例えば、時間軸方向に対して周波数が三角波状に変化する信号で高周波を周波数変調した送信波を送信する。そして、レーダ装置は、物標Ａ、Ｂで反射された反射波を複数のアンテナで受信し、受信した反射波と送信波とからビート信号を生成する。レーダ装置は、ビート信号をフーリエ変換することで、周波数スペクトルのピークを求める。レーダ装置は、周波数スペクトルのピークから物標Ａ、Ｂそれぞれからレーダ装置までの距離を算出する。また、レーダ装置は、反射波を受信した複数のアンテナの受信信号を基に物標Ａ、Ｂからの反射波の到来角度を求める。
【００１０】
図２に、図１のレーダ装置で得られた、ビート信号のフーリエ変換結果の一例を示す。図２が離散フーリエ変換、あるいは高速フーリエ変換によって得られる場合、横軸は、周波数ビンと呼ばれる離散値の周波数領域で区切られる。そして、物標Ａとレーダ装置との間の距離ＤＡと、物標Ｂとレーダ装置との間の距離ＤＢとが所定の限度以内の場合には、距離ＤＡと距離ＤＢに対応する周波数ビンは同一となる。
【００１１】
そこで、以下の実施形態１、２では、ビート信号に対するフーリエ変換の周波数ビンの差異が１ビン程度となるような、レーダ装置までの距離の差が所定の限度以内の複数の物標について、それぞれの距離の測定精度を向上させるレーダ装置について説明する。
【００１２】
＜実施形態１＞
図３は、本実施形態に係るレーダ装置１の構成図である。レーダ装置１は、車両に搭載されて車両の周辺を監視し、他の車両や障害物等の物標を検知する。物標の検知結果は、車両を制御するＥＣＵ（Electrical Control Unit）２に出力されて車両の制御等に用い
られる。但し、本実施形態に係るレーダ装置は、車両に搭載するもの以外の各種用途（例えば、飛行中の航空機や航行中の船舶の監視等）に用いてもよい。
【００１３】
レーダ装置１は、等間隔に配置された受信アンテナ３（ｃｈ１−４）、各受信アンテナ３に各々繋がるミキサ４（ｃｈ１−４）、各ミキサ４に各々繋がるＡＤ（Analog to Digital）変換器５（ｃｈ１−４）、各ＡＤ変換器５のデータを処理するプロセッサ６を含む
信号処理装置１５を備える。また、レーダ装置１は、送信アンテナ７、発振器８、信号生成部９、送信制御部１０を備える。
【００１４】
なお、レーダ装置１は、このように受信アンテナ３毎に専用の受信回路を設けてもよいが、全受信アンテナ３による受信信号をまとめて受信する受信回路を設けてもよい。この場合、時分割で受信回路が対応する受信アンテナ３を順次切り替える制御が必要となるが、レーダ装置１の回路構成がコンパクトになる。
【００１５】
また、レーダ装置１は、受信アンテナ３と送信アンテナ７とを独立に設けているが、受信アンテナ３が送信アンテナ７を兼ねるようにしてもよい。この場合、各アンテナは、送信波を送信した直後に受信状態に切り替わり、自身が送信した送信波の反射波を受信することが可能である。
【００１６】
レーダ装置１は、車両から電力が供給されるとプロセッサ６がコンピュータプログラムを実行し、フーリエ変換部１１、ピーク抽出部１２、方位演算部１３、距離・相対速度演算部１４といった機能部を実現する。これらの機能部は、プロセッサ６がメモリ１６と協働してコンピュータプログラムを実行することによって実現される機能部であるが、説明の便宜上、図３ではプロセッサ６内に各機能部が図示されている。なお、これらの機能部は、必ずしもプロセッサ６がコンピュータプログラムを実行することによって達成されるものに限定されるものでない。例えば、図３の各機能部は、プロセッサ６の内部あるいは外部に配置された専用の演算回路によってその全部または一部が実現されてもよい。
【００１７】
送信アンテナ７、発振器８、信号生成部９、送信制御部１０が送信部の一例である。受信アンテナ３が受信する複数のアンテナの一例である。ミキサ４が混合部の一例である。信号処理装置１５が信号処理部の一例である。距離・相対速度演算部１４が算出部の一例である。
【００１８】
図４は、レーダ装置１で処理される信号の波形を示したものである。実施形態１においては、レーダ装置１は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulation - Continuous Wave）方式を採用しており、図４（ａ）に示すような三角波状の送信波ＳＴを信号生成部９が送信制御部１０の制御にしたがって生成し、発振器８で変調して送信する。そして、物標から反射した受信波ＳＲをミキサ４（ｃｈ１−４）が送信波ＳＴとミキシングすることにより、図４（ｂ）に示すようなビート信号ＳＢを得る。図４において、送信波ＳＴと受信波ＳＲとの位相差（フェーズシフト）が物標とレーダ装置との距離に比例して増減し、送信波ＳＴと受信波ＳＲとの周波数差（ドップラシフト）が物標とレーダ装置との相対速度に比例して増減する。図４の記号ＦＭは、信号生成部９が生成する三角波の周波数である。なお、相対速度や距離の異なる物標が複数存在する場合、各アンテナにはフェーズシフト量やドップラシフト量の異なる反射波が複数受信され、各ミキサ４（ｃｈ１−４）から得られるビート信号ＳＢには各物標に対応した様々な成分が含まれることになるが、図４では理解を容易にするため、１つの物標が存在する場合の波形を例示している。
【００１９】
以下、車両からレーダ装置１へ電力が供給されるとプロセッサ６が実行する処理フローについて、図５及び図６のフローチャートに沿って説明する。プロセッサ６は、車両の駆動源が作動状態、すなわち、駆動源が内燃機関であればエンジンが始動し、ハイブリッドシステムやＥＶ（Electric Car）システムであればシステム電源がオンになると、以下に示す処理フローを繰り返す。
【００２０】
（ステップＳ１０１）プロセッサ６は、ビート信号ＳＢのアップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＤのそれぞれについてｃｈ毎にフーリエ変換を行い、図７に示すようなアップビート周波数成分ＦＢＵの周波数スペクトルおよび図８に示すようなダウンビート周波数成分ＦＢＤの周波数スペクトルを得る。
【００２１】
各受信アンテナ３（ｃｈ１−４）は同じ物標からの反射波を受信するため、フーリエ変換では同じピーク周波数を有する同じ形状の周波数スペクトルが各受信アンテナ３（ｃｈ１−４）のそれぞれから得られる。但し、各受信アンテナ３（ｃｈ１−４）で位相は異なるため、同じピーク周波数であっても位相はアンテナ毎に異なる。例えば、受信アンテナ３（ｃｈ１）の周波数スペクトルのピークＰＵ１（ｃｈ１）と受信アンテナ３（ｃｈ２）の周波数スペクトルのピークＰＵ１（ｃｈ２）は、周波数については互いに同じであるが、位相については相違している。
【００２２】
プロセッサ６は、フーリエ変換によって得たアップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＤのそれぞれの周波数スペクトルから、所定パワー以上のピークを抽出し、抽出したピークの周波数、パワー、及び位相を抽出する。
【００２３】
（ステップＳ１０２）周波数スペクトルのピークには複数の物標の情報が含まれ得るため、プロセッサ６は、１つのピークから物標を分離し、分離した物標の角度を推定する。そのため、プロセッサ６は、アップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＤのそれぞれについて、全受信アンテナ３（ｃｈ１−４）で周波数が互いに同じピークのものを元に、図９に示すような角度スペクトルを角度演算により求める。例えば、アップビート周波数成分ＦＢＵ側であれば、図７に例示したピークＰＵ１（ｃｈ１）とピークＰＵ１（ｃｈ２）とピークＰＵ１（ｃｈ３）とピークＰＵ１（ｃｈ４）が互いに同じ周波数ＦＵ１のピークである。また、ダウンビート周波数成分ＦＢＤ側であれば、図８に例示したピークＰＤ１（ｃｈ１）とピークＰＤ１（ｃｈ２）とピークＰＤ１（ｃｈ３）とピークＰＤ１（ｃｈ４）が互いに同じ周波数ＦＤ１のピークである。以上のように、プロセッサ６は、方位演算部１３としてステップＳ１０２の処理を実行する。方位演算部１３の処理は、方位演算または角度演算と呼ばれる。
【００２４】
角度スペクトルを求める角度演算としては、ＣＡＰＯＮ法やＤＢＦ法等の各種方式が考案されている。本実施形態に係るレーダ装置１において、角度スペクトルの求め方に限定がある訳でない。例えば、プロセッサ６は、受信信号から形成した相関行列の固有値や固有ベクトルを用い、角度分離可能数として到来波数を予め設定する必要のある所定の角度推定方式（例えば、ＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴ、或いは最尤推定法等）に基づいて角度スペクトルを得るようにしてもよい。例えば、ＥＳＰＲＩＴの場合、プロセッサ６は、反射波の波源は広がりを持たない点波源であり、反射波は全ての受信アンテナに対して平行に入射する平面波であると仮定して、受信信号から相関行列を形成し、固有値と固有ベクトルの性質を基に反射波の到来方向を推定している。よって、相関行列や固有値を取り扱うにあたって到来波数の情報が予め必要となる。
【００２５】
プロセッサ６は、周波数スペクトルのピーク周波数毎に角度スペクトルを所定の角度推定方式で算出する。例えば、図７および図８に示した周波数スペクトルを例にとれば、プロセッサ６は、５つのピークの周波数（ＦＵ１−３、ＦＤ１−２）毎に角度スペクトルを
算出する。図９はピーク周波数ＦＵ１（およびＦＤ１）の角度スペクトルの一例であり、アップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＤとを併記している。なお、本実施形態では、ピーク周波数ＦＵ１はピーク周波数ＦＤ１にペアリング（図６のＳ１０３１参照）されることが想定されている。そして、５つのピーク周波数（ＦＵ１−３、ＦＤ１−２）の各角度スペクトルについて、角度スペクトルのピークの角度とパワーを抽出する。５つのピーク周波数（ＦＵ１−３、ＦＤ１−２）の各角度スペクトルの各ピークの角度とパワーの一例を図１０に示す。
【００２６】
（ステップＳ１０３）次に、プロセッサ６は、距離・相対速度演算を実行する。すなわち、プロセッサ６は、各角度スペクトルの各ピークの角度とパワーを抽出したら、各ピークのペアリングを行ない、実在する物標の特定を行なう。
【００２７】
図６に、本実施形態の距離・相対速度演算の詳細を例示する。
（ステップＳ１０３１）プロセッサ６は、アップビート周波数成分ＦＢＵの角度スペクトルの各ピークとダウンビート周波数成分ＦＢＤの角度スペクトルの各ピークとの間で、角度やパワーが互いに近似しているもの同士をペアリングする。例えば、図９に例示した角度スペクトルでは、ピーク周波数ＦＵ１のアップビート周波数成分ＦＢＵのピークＵ１とピークＵ２の角度およびパワーが、それぞれダウンビート周波数成分ＦＢＤのピークＤ２とピークＤ１の角度およびパワーにそれぞれ近似している。例えば、ピークＵ１とピークＤ２は互いに角度が約０°で近似しており、ピークＵ２とピークＤ１は互いに角度が約３°で近似している。よって、図１０に示すピークＵ１の角度θＵ１（例えば、約０°）およびパワーＰＷＵ１がピークＤ２の角度θＤ２（例えば、約０°）およびパワーＰＷＤ２と互いに近似していて、ピークＵ１とピークＤ２がペアリングされるので、ピークＵ１とピークＤ２が物標ＴＧ１を示していることが特定される。
【００２８】
プロセッサ６は、アップビート周波数成分ＦＢＵの角度スペクトルの各ピーク（ピークＵ１−６）とダウンビート周波数成分ＦＢＤの角度スペクトルの各ピーク（ピークＤ１−５）とを互いにペアリングすることにより、図１０に示すように、物標ＴＧ１−５の５つの物標を特定する。なお、アップビート周波数成分ＦＢＵの角度スペクトルのピークＵ６は、ダウンビート周波数成分ＦＢＤの角度スペクトルの何れのピークにもペアリングされていない。よって、ピークＵ６は、内部ノイズ等に起因して表れたピークであり、実在する物標に因るものでないことが判る。
【００２９】
（ステップＳ１０３２）プロセッサ６は、ペアリングされたピーク周波数を１つ選択する。例えば、プロセッサ６は、アップビート周波数ＦＢＵのペアリングされたピークＦＵ１、ＦＵ２からピークＦＵ１を選択する。
【００３０】
（ステップＳ１０３３）次に、プロセッサ６は、選択されたピーク周波数の角度演算によって得られた角度スペクトルにおいて、所定の閾値以上のピークが複数存在するか否かを判定する。図９の例では、周波数ＦＵ１の角度スペクトルにおいて、所定の閾値以上のピークＵ１、Ｕ２が存在する。なお、図９では、周波数ＦＵ１での角度スペクトルのピークＵ１、Ｕ２に対応して、周波数ＦＤ１での角度スペクトルにおいて、それぞれペアリングされたピークＤ１、Ｄ２が存在する。
【００３１】
（ステップＳ１０３４）ステップＳ１０３３の判定で、角度スペクトルにおいて所定の閾値以上のピークが複数存在する場合、プロセッサ６は、ステップＳ１０３２で選択したピーク周波数のビンから所定数のビン（以下、近傍周波数ビン）の範囲で角度演算を実行する。近傍周波数ビンとしては、例えば、ピーク周波数のビンの前後、数個、例えば、それぞれ３個程度のビンであればよい。なお、ステップＳ１０３４で実行する角度演算は、ステップＳ１０２と同一種類の演算でも、異なる種類の角度演算でもよい。ステップＳ１
０３４で実行する角度演算が図５のステップＳ１０２と同一種類の演算の場合には、プロセッサ６は、現在処理中のピーク周波数のビンの角度演算結果として図５のステップＳ１０２の結果を用いればよく、ステップＳ１０３４では現在処理中のピーク周波数のビン以外の近傍周波数ビンにおいて角度演算を実行すればよい。また、ステップＳ１０３４で実行する角度演算が図５のステップＳ１０２と異なる種類の演算の場合には、プロセッサ６は、現在処理中のピーク周波数のビンを含む近傍周波数ビンのそれぞれについて角度演算を実行すればよい。なお、ステップＳ１０３４の角度演算および図５のステップＳ１０２の方位演算が、図３の方位演算部１３の処理に対応する。
【００３２】
すでに、ステップＳ１０３１のペアリングにより、アップビート周波数成分ＦＢＵのピークＵ１の角度θＵ１およびパワーＰＷＵ１がダウンビート周波数成分ＦＢＤのピークＤ２の角度θＤ２およびパワーＰＷＤ２にペアリングされている。同様に、アップビート周波数成分ＦＢＵのピークＵ２の角度θＵ２およびパワーＰＷＵ２がダウンビート周波数成分ＦＢＤのピークＤ１の角度θＤ１およびパワーＰＷＤ１にペアリングされている。そこで、本実施形態では、プロセッサ６は、アップビート周波数成分ＦＢＵに対してステップＳ１０３４の処理を実行し、ダウンビート周波数成分ＦＢＵに対してはステップＳ１０３４の処理を実行しなくてもよい。ただし、プロセッサ６は、アップビート周波数成分ＦＢＵに代えて、ダウンビート周波数成分ＦＢＵに対してステップＳ１０３４の処理を実行してもよい。また、プロセッサ６は、アップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＵの両方に対してステップＳ１０３４の処理を実行してもよい。プロセッサ６は、アップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＵの両方に対して角度演算を実行する場合には、得られた２つの角度スペクトルで、対応する角度のピークにおいて、パワーの平均を算出し、それぞれの角度のパワーとすればよい。
【００３３】
（ステップＳ１０３５）プロセッサ６は、各近傍周波数ビンのそれぞれの角度スペクトルから、周波数、角度、パワーの３次元データを作成する。すなわち、各近傍周波数ビンに対して角度スペクトルが作成され、角度と周波数の２次元方向において、パワーの分布が生成されることになる。
（ステップＳ１０３６）プロセッサ６は、角度ごとにパワー最大の周波数を選択する。
【００３４】
図１１に、周波数、角度、パワーの３次元データを例示する。図１１は、周波数ビンＦＵ１−０、ＦＵ１、ＦＵ１＋１、ＦＵ１＋２の各周波数ビンにおける角度スペクトルを並べて比較したものである。図１１の４段のグラフは、それぞれ、ＦＵ１−１、ＦＵ１、ＦＵ１＋１、ＦＵ１＋２の周波数ビンに対応する。また、それぞれのグラフの横軸は、角度であり、縦軸はパワーである。図１１の４段のグラフの縦軸のパワーの範囲はいずれもＥ０からＥ１までであり、一致している。
【００３５】
図１１の例では、例えば、角度Ａ１においては、周波数がＦＵ−１から増加するともに、パワーが増加し、周波数ビンＦＵ＋１において、パワーが最大となり、その後、パワーが低下する。したがって、プロセッサ６は、角度Ａ１方向の物標の距離は周波数ビンＦＵ＋１から計算される距離であると判定できる。同様に、角度Ａ２においては、周波数ビンＦＵ１においてパワーが最大となる。したがって、プロセッサ６は、角度Ａ２方向の物標の距離は周波数ビンＦＵから計算される距離であると判定できる。このようにして、本実施形態のレーダ装置は、それぞれの角度方向において、従来よりも精度よく物標の距離を特定できる。
【００３６】
（ステップＳ１０３７）そして、プロセッサ６は、目標物の角度、距離、速度を特定する。より具体的には、プロセッサ６は、各角度スペクトルの各ピークの角度と、それぞれの角度における最大パワーの周波数を抽出したら、それぞれのペアを基に実在する物標の特定を行なう。すなわち、プロセッサ６は、ペアリングされたピーク周波数に基づいて、
各物標の角度、距離、相対速度を算出する。ここで、レーダ波の伝搬速度をＣ、信号生成部９が生成する三角波の変調周波数をＦＭ、三角波の中心周波数をＦ０、三角波の変調幅をΔＦ、ペアリングされたアップビートのピーク周波数をＦＵ、ダウンビートのピーク周波数をＦＤとすると、物標の距離Ｒおよび相対速度Ｖは、次式によって導かれる。
【００３７】
Ｒ＝（（ＦＵ＋ＦＤ）・Ｃ）／（８・ΔＦ・ＦＭ）
Ｖ＝（（ＦＤ−ＦＤ）・Ｃ）／（４・Ｆ０）
また、相対速度Ｖ＝０（したがってＦＵ＝ＦＤ）の場合には、物標の距離Ｒは、次式によって導かれる。
Ｒ＝（ＦＵ・Ｃ）／（４・ΔＦ・ＦＭ）
【００３８】
（ステップＳ１０３８）プロセッサ６は、次の未処理のピーク周波数のビンがあるか否かを判定する。次の未処理のピーク周波数のビンがある場合には、プロセッサ６は、ステップＳ１０３２の処理に戻る。次の未処理のピーク周波数のビンがない場合には、プロセッサ６は、距離・相対速度演算処理を終了する。
【００３９】
図１２に、角度Ａ１に対応する物標ＴＧ１、角度Ａ２に対応する物標ＴＧ２について、周波数、距離、および速度を求めた結果を例示する。本実施形態では、図１１に例示したように、角度Ａ１に対して、最大パワーのアップビート周波数ＦＵ＋１が求まる。また、図１２では、アップビード周波数と同様に、最大パワーのダウンビート周波数ＦＤ＋１が求まるものとしている。そして、プロセッサ６は、角度Ａ１の物標ＴＧ１に対して、アップビート周波数周波数ＦＵ＋１とダウンビート周波数周波数ＦＤ＋１から、距離Ｒ１及び相対速度Ｖ１を求める。
【００４０】
また、角度Ａ２に対して、最大パワーのアップビート周波数ＦＵが求まる。また、図１２では、アップビード周波数と同様に、最大パワーのダウンビート周波数ＦＤが求まるものとしている。そして、プロセッサ６は、角度Ａ２の物標ＴＧ１に対して、アップビート周波数周波数ＦＵとダウンビート周波数周波数ＦＤから、距離Ｒ２及び相対速度Ｖ２を求める。
【００４１】
（ステップＳ１０４）図５に戻って、プロセッサ６は、各物標の角度、距離および相対速度のデータをＥＣＵ２に送信する。各物標の角度、距離および相対速度のデータは、ＥＣＵ２で車両の制御等に用いられる。
【００４２】
以上述べたように、本実施形態のレーダ装置１は、送信波の送信信号と反射波の受信信号とのビート信号に対して得られた周波数スペクトルのピークにおいて、複数の角度が検知された場合には、周波数スペクトルのピークに対応する周波数ビンの近傍の複数の近傍周波数ビンに対して、角度演算を実行する。そして、所定の閾値以上の角度スペクトルのピークのそれぞれの角度において、ピークの周波数ビンの近傍周波数ビンでパワーが最大となる周波数ビンを選択し、距離を算出する。このような処理の結果、従来、１ビン程度の距離の範囲にある複数の物標について、ピークの周波数ビンの距離からずれた位置に存在する物標の距離を従来よりも精度よく算出することができる。
なお、図５のＳ１０２の方位演算（角度演算）は極力精度の高い演算とし、図６のＳ１０３４処理で行う角度演算は、図５のＳ１０２よりも精度が低い演算でも構わない。一旦、図５のＳ１０２の方位演算（角度演算）で精度よく到来角度を決定できれば、到来角度は既知となるからである。
【００４３】
＜実施形態２＞
上記実施形態１では、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置１において、角度演算のスペクトルに複数のピークが含まれる場合に、プロセッサ６がピークの周波数ビンの近傍の複数の周波
数ビンに対して角度演算を実行した。そして、プロセッサ６は角度演算で得られた反射波の到来方向の角度ごとに、パワーがピークとなる周波数を決定し、物標との距離および相対速度を決定した。しかし、本発明の実施は、ＦＭ−ＣＷ方式に限定される訳ではない。すなわち、本発明は、例えば、ＦＣＭ（Fast Chirp Modulation）方式のレーダ装置等に
適用可能である。
【００４４】
ＦＣＭ方式は、のこぎり波状に周波数が変化する送信波の一つの波形を１チャープとし、複数チャープをＦＭＣＷ方式と比べて短い周期で送信し、物標からの反射波を受信信号として受信する。そして、ＦＣＭ方式は、この受信信号と送信波の差分をとることでビート信号を得、このビート信号を２次元ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）することで物標との距離及び相対速度を得る。具体的には、送信波に対して、物標の距離が遠いほど受信信号の時間遅延が大きくなるため、ビート信号の周波数は距離に比例する。そのため、ビート信号をＦＦＴ処理することで物標の距離に対応する周波数の位置にピークが出現する。尚、ＦＦＴは所定の周波数間隔で設定された周波数ビンごとに受信レベルや位相情報が抽出されるため、正確には物標の距離に対応する周波数ビンにピークが出現する。従って、ピーク周波数を検出することで物標までの距離が求められる。
【００４５】
次に、相対速度の算出であるが、ＦＣＭ方式では自車両と物標との間に相対速度が生じている場合は、ビート信号間にドップラ周波数に応じた位相の変化が現れることを利用してドップラ周波数を検出し相対速度を算出している。即ち、相対速度が０であれば、受信信号にドップラ成分は生じていないため、各チャープに対する受信信号の位相は全て同じになる。ところが、物標との間に相対速度がある場合は、各チャープに対する受信信号の間にドップラ周波数に応じた位相変化が生じる。ビート信号をＦＦＴ処理して得られたピーク情報にはこの位相情報が含まれているため、各ビート信号から得られた同じ物標のピーク情報を時系列に並べて２回目のＦＦＴ処理を行えば、位相情報からドップラ周波数が求まり、その周波数位置にピークが出現する。このピーク周波数が相対速度に対応する。
このように、ビート信号を２次元ＦＦＴすることで、距離と相対速度を算出することができる。
【００４６】
図１３に、ＦＣＭ方式のレーダに本レーダ装置の処理を適用した処理を例示する。本実施形態のレーダ装置は、ＦＣＭ方式を用いる点以外は、実施形態１と同様である。したがって、本実施形態のレーダ装置のハードウェア構成は図３のハードウェア構成と同様である。本レーダ装置は、送信アンテナ７から送信された送信信号と、物標から反射して受信される受信信号とから、ミキサ４およびＡ／Ｄ変換器５により、それぞれのビート信号（ｃｈ１−４）を生成する。以下、図１３にしたがって、レーダ装置の処理を説明する。なお、ビート信号（ｃｈ１−４）に所定以上のパワーの複数のピーク周波数が含まれる場合には、図１３の処理は、複数のピーク周波数に対して実行すればよい。
【００４７】
（Ｓ２３１）プロセッサ６は、ビート信号をＦＦＴし、周波数スペクトルを得る。さらに、プロセッサ６は、周波数スペクトルで所定パワー以上のピークを抽出し、抽出したピークの周波数を得る。
（Ｓ２３２）次に、プロセッサ６は、Ｓ２３２で抽出したピーク周波数において、角度演算を実行する。
（Ｓ２３３）そして、プロセッサは、角度演算のスペクトルで、所定パワー以上のピークが複数存在するか否かを判定する。
（Ｓ２３４）角度演算のスペクトルで、所定パワー以上のピークが複数存在する場合に、プロセッサ６は、ピークの周波数ビンから所定数内の近傍周波数ビンの範囲で角度演算を実行する。なお、Ｓ２３４で実行する角度演算は、Ｓ２３２で実行する角度演算よりも精度が低い演算でもよい。一旦、精度よく到来角度を決定できれば、到来角度は決定できるからである。
（Ｓ２３５）そして、プロセッサ６は、各近傍周波数ビンの角度演算のスペクトルから周波数・角度・パワーの３次元データを作成する。ステップＳ２３４、Ｓ２３５の処理は、実施形態１の図６のステップＳ１０３４、Ｓ１０３５と同様である。
（Ｓ２３６）プロセッサ６は、角度スペクトルで所定以上のパワーのピークが存在する角度ごとに、パワーが最大となる周波数を選択する。ステップＳ２３６の処理は、実施形態１の図６のステップＳ１０３６と同様である。
（Ｓ２３７）プロセッサ６は、選択した周波数から、物標との距離を特定する。
（Ｓ２３８）そして、プロセッサ６は、物標との角度および距離をＥＣＵに出力する。
【００４８】
以上述べたように、本実施形態のレーダ装置によれば、周波数ビン１つ分の距離の範囲内に複数の物標が含まれる場合でも、精度良く距離を特定できる。例えば、周波数ビンにおいて、第Ｎビンと第Ｎ＋１ビンにピークが現れる２つの物標が存在する場合に、フーリエ変換の結果として、２つの物標に対するピークが重なってともに、第Ｎビン（第Ｎ＋１ビン）に現れる場合がある。このような場合に、第Ｎ＋１ビンで検出することが望ましい物標が第Ｎビンで検出されることになり、距離の計算が誤ったものとなる。また、場合によっては、第Ｎビンで検出することが望ましい物標が第Ｎ＋１ビンで検出されることになり、距離の計算が誤ったものとなる。
上記実施形態１および実施形態２の処理によれば、１ビンのずれを極力低減することができるため、例えば、レーダ装置の測定結果を基に先行車と自車との車間を制御する場合にも、精度よく制御することが可能となる。
なお、上記実施形態１、２の処理に代えて、距離分解能を向上することが想定できる。しかし、距離分解能を向上することは、処理負荷の増加につながり、一定限度のコストを前提とした実現は困難となり得る。上記実施形態１、２の処理では、角度演算（図５のＳ１０２の方位演算）で周波数スペクトルのピークに複数の物標が含まれる可能性がある場合に、図６の処理を行う。また、実施形態２においては、Ｓ２３３で周波数スペクトルのピークに複数の物標が含まれる可能性がある場合に、Ｓ２３４以下の処理が実行される。したがって、処理時間への影響を可能な限り抑制して、１ビンのずれを低減することが可能となる。
【符号の説明】
【００４９】
１・・レーダ装置，２・・ＥＣＵ，３・・受信アンテナ，４・・ミキサ，５・・ＡＤ変換器，６・・プロセッサ，７・・送信アンテナ，８・・発振器，９・・信号生成部，１０・・送信制御部，１１・・フーリエ変換部，１２・・ピーク抽出部，１３・・方位演算部，１４・・距離・相対速度演算部，１５・・信号処理装置，１６・・メモリ
【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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