(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダ処理装置（３０）であって、
レーダ波の送信信号と受信信号とから生成されるビート信号の交流成分の複数のサンプリング値を取得する取得部（Ｓ１０，Ｓ１１０）と、
取得された前記複数のサンプリング値のうちの総数以下のサンプリング値を用いて、前記複数のサンプリング値の正規化に用いる正規化係数として、前記所定数のサンプリング値の二乗平均平方値、前記所定数のサンプリング値の標準偏差、及び前記総数以下のサンプリング値の各々の絶対値の平均値のいずれかを算出する係数算出部（Ｓ２０，Ｓ１２０）と、
取得された前記複数のサンプリング値の各々と同じ値を演算値とするとともに、予め設定された閾値を算出された前記正規化係数で乗算した値に更新する、又は、前記演算値を算出された前記正規化係数で除算した値に更新する、更新部（Ｓ３０，Ｓ１３０）と、
前記演算値の時間変化量を算出する変化量算出部（Ｓ４０，Ｓ１４０）と、
算出された前記時間変化量の大きさが前記閾値よりも大きい時点をノイズ時点とし、前記複数のサンプリング値のうちの前記ノイズ時点におけるサンプリング値を削除して、前記複数のサンプリング値のうちの前記ノイズ時点よりも前後の時点におけるサンプリング値を用いて、前記複数のサンプリング値のうちの前記ノイズ時点におけるサンプリング値を補間する補間部（Ｓ５０，Ｓ１５０）と、を備える、
レーダ処理装置。
【請求項２】
前記係数算出部は、前記複数のサンプリング値をすべて用いて、前記正規化係数を算出する、請求項１に記載のレーダ処理装置。
【請求項３】
前記係数算出部は、前記複数のサンプリング値から、前記複数のサンプリング値の総数よりも少ない数の前記サンプリング値を非周期的に抽出し、抽出した前記サンプリング値を用いて前記正規化係数を算出する、請求項1に記載のレーダ処理装置。
【請求項４】
前記更新部は、予め設定された前記閾値を、前記係数算出部により算出された前記正規化係数で乗算した値に更新し、
前記変化量算出部は、正規化されていない前記演算値の時間変化量を算出し、
前記補間部は、前記変化量算出部により算出された前記時間変化量の大きさが、前記更新部により更新された前記閾値よりも大きい時点を前記ノイズ時点とする、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノイズを抑制するレーダ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置では、送信した電磁波の反射波だけでなく、他の装置が送信した電磁波を受信してしまうことにより、いわゆる干渉が発生する場合がある。干渉が発生すると、ビート信号の時間波形において、干渉タイミングのサンプルリング点にスパイク状のノイズが現れる。スパイク状のノイズが混入されたビート信号の時間波形をそのまま周波数波形に変換すると、ノイズフロアが上昇し、検出すべき物標からの反射波に基づくピーク周波数成分がノイズフロアに埋もれてしまう。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載のＦＭＣＷレーダ装置は、ビート信号の時系列データ上のある時点のデータとその直前のデータとの差分が閾値を超えている場合に、ノイズが含まれていると判定している。すなわち、上記レーダ装置は、想定されるビート信号の波形ではありえないほど急激な変化を示している場合に、ノイズが含まれていると判定している。そして、上記レーダ装置は、ノイズが含まれていると判定した場合に、ノイズ検出時点の近傍のデータを用いて、ノイズ検出時点のデータを補間している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４２８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
検出対象となる物標と車両との距離、及び車両に対する物標の相対速度によって、ビート信号の周波数の上限値は決まっているが、ビート信号の振幅は様々である。同じ周波数でも振幅が大きいほど上記差分は大きくなる。そのため、上記閾値を決まった値に設定すると、振幅が大きいビート信号において、ノイズが混入していない時点をノイズ混入時点として誤検出してしまうおそれがある。
【０００６】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ビート信号の波形にかかわらず、好適にノイズを抑制することができるレーダ処理装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、レーダ処理装置であって、取得部と、係数算出部と、更新部と、変化量算出部と、補間部と、を備える。取得部は、レーダ波の送信信号と受信信号とから生成されるビート信号の交流成分のサンプリング値を取得する。係数算出部は、取得部により取得されたサンプリング値を用いて、サンプリング値の正規化に用いる正規化係数を算出する。更新部は、取得された前記サンプリング値と同じ値を演算値とするとともに、予め設定された閾値を算出された前記正規化係数で乗算した値に更新する、又は、前記演算値を算出された前記正規化係数で除算した値に更新する。変化量算出部は、演算値の時間変化量を算出する。補間部は、算出された時間変化量の大きさが閾値よりも大きい時点をノイズ時点とし、ノイズ時点におけるサンプリング値を削除して、ノイズ時点よりも前後の時点におけるサンプリング値を用いて、ノイズ時点におけるサンプリング値を補間する。
【０００８】
本発明によれば、演算値及び閾値の一方が、正規化係数を用いて、ビート信号の波形の大きさに応じた値に更新される。そして、更新された演算値の時間変化量の大きさと予め設定された閾値との比較、又は、演算値の時間変化量の大きさと更新された閾値との比較により、ノイズが判定される。すなわち、ビート信号の波形が異なっても、同じスケールで時間変化量と閾値との比較が行われ、ノイズが判定される。よって、ビート信号の波形にかかわらず、好適にノイズを判定し、抑制することができる。
【０００９】
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、本発明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】
【００１０】
【図１】レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図２】スパイクノイズが混入したビート信号のタイムチャート。
【図３】スパイクノイズが混入したビート信号の周波数スペクトルを示す図。
【図４】第１実施形態に係る物標を認識する処理手順を示すフローチャート。
【図５】振幅が１よりも十分に大きい正規化前のビート信号と干渉判定点を示すタイムチャート。
【図６】図５に示すビート信号の正規化後を示すタイムチャート。
【図７】振幅が１に近い正規化前のビート信号と干渉判定点を示すタイムチャート。
【図８】図７に示すビート信号の正規化後を示すタイムチャート。
【図９】第２実施形態に係る物標を検出する処理手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しながら、発明を実施するための形態を説明する。
（第１実施形態）
＜構成＞
まず、本実施形態に係るレーダ処理装置を含むレーダ装置の構成について、図１を参照して説明する。本実施形態に係るレーダ装置は、ミリ波レーダ１００と、処理装置３０とを備える。本実施形態では、処理装置３０がレーダ処理装置に相当する。
【００１２】
ミリ波レーダ１００は、送受信部１５と、送信アンテナ部１０と、受信アンテナ部２０とを備え、電磁波を透過する材料で構成された車両のバンパ内に設置されている。本実施形態では、ミリ波レーダ１００は、ＦＭＣＷレーダとして動作する。なお、ＦＭＣＷは、Frequency Modulated Continuous Waveのことである。
【００１３】
送受信部１５は、処理装置３０からの周波数制御信号Ｃｆに従って送信信号を生成し、生成した送信信号を送信アンテナ部１０へ供給する。周波数制御信号Ｃｆは、一定期間、レーダ波を送信するように生成された信号である。送信アンテナ部１０は、水平方向に一列に配置されたＫ個のアンテナからなり、送信信号に従ってＦＭＣＷ変調したレーダ波を放射する。Ｋは２以上の整数である。
【００１４】
受信アンテナ部２０は、水平方向に一列に配置されたＬ個のアンテナからなり、アンテナ毎に、物標で反射されたレーダ波を受信して受信信号を送受信部１５へ供給する。送受信部１５は、受信信号と送信信号から、両信号の差の周波数成分からなるビート信号ｆｂを生成する。そして、送受信部１５は、生成したビート信号ｆｂの直流成分を除去して、交流成分をＮ個のサンプリング点でサンプリングし、交流成分の離散時間波形ｆ（ｔ），ｔ＝０，…，Ｎ−１を処理装置３０に供給する。１チャンネル当たりのサンプリング周波数をｆｐｓは、ターゲットの検出範囲に対応するビート信号ｆｂの周波数領域を検出周波数領域として、この検出周波数領域の上限周波数すなわち最大ビート周波数の２倍よりも大きな値に設定されている。生成された離散時間波形ｆ（ｔ）には、レーダ波を反射した物標の車両に対する相対速度、物標までの距離といった物標の情報が含まれている。以下、ビート信号ｆｂの交流成分の離散時間波形ｆ（ｔ）を、離散ビート信号ｆ（ｔ）とする。Ｌ，Ｎは、２以上の整数である。
【００１５】
処理装置３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＩ／Ｏ等を備える周知のマイクロコンピュータを中心に構成されているとともに、送受信部１５から取り込んだ離散ビート信号ｆ（ｔ）について、ＦＦＴ処理等の信号処理を実行する演算処理装置を備えている。処理装置３０の各機能は、ＣＰＵ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、ＲＯＭ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、ＦＦＴは、Fast Fourier Transform すなわち高速フーリエ変換のことである。
【００１６】
処理装置３０は、ＣＰＵがプログラムを実行することで、取得処理と、係数算出処理と、更新処理と、補間処理と、ＦＦＴ処理と、物標認識処理と、を実行する。処理装置３０がこれらの処理を実行する手法は、ソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の処理を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実行してもよい。
【００１７】
＜干渉＞
レーダ波が干渉を受けると、図２に示すように、ビート信号ｆｂにスパイク状のノイズが混入する。図２に示すビート信号は、直流成分を除去する前のビート信号ｆｂの時間波形である。この時間波形をサンプリングすると、干渉タイミングのサンプリング点にスパイク状のノイズが重畳した離散信号となる。ノイズが重畳した離散信号にＦＦＴ処理を実行すると、図３に示すように、ノイズフロアが上昇した周波数スペクトルとなる。そのため、検出すべき物標からの反射波に基づいたピーク周波数成分は、ノイズフロアに埋もれてしまい、検出できなくなる。よって、ＦＦＴ処理を実行する前に、離散信号からノイズを除去することが望ましい。なお、図３において、ノイズフロアよりも大きなピークは、ビート信号ｆｂの直流成分に相当する。
【００１８】
＜物標検出処理＞
以下、処理装置３０が実行する物標検出処理について、図４のフローチャートを参照して説明する。本処理は、ミリ波レーダ１００によるレーダ波の送受信を１測定サイクルとした場合、測定サイクル毎に起動される。
【００１９】
まず、ステップＳ１０において、１測定サイクルで検出されたＮ個の離散ビート信号ｆ（ｔ）を取得する。本実施形態では、ステップＳ１０の処理が、取得部の機能が実行する処理に相当する。続いて、ステップＳ２０において、離散ビート信号ｆ（ｔ）の全サンプル点ｔ＝０，…，Ｎ−１におけるＮ個のサンプリング値を用いて、ＲＭＳ値を算出する。すなわち、ｆ（０）２＋ｆ（１）２＋…＋ｆ（Ｎ）２の平方根を算出する。ＲＭＳは、Root Mean Squareすなわち二乗平均平方値である。本実施形態では、ＲＭＳ値が正規化係数に相当し、ステップＳ２０の処理が、係数算出部の機能が実行する処理に相当する。
【００２０】
続いて、ステップＳ３０では、離散ビート信号ｆ（ｔ）の各サンプリング値を、算出したＲＭＳ値で除算して信号を算出する。すなわち、離散ビート信号ｆ（ｔ）をＲＭＳ値で正規化し、正規化して得られた信号を正規化信号ｇ（ｔ）とする。通常、ＲＭＳ値に対するノイズ成分の寄与度合は、ノイズ成分を除去した離散ビート信号ｆ（ｔ）成分の寄与度合に比べて十分に小さい。このようにして算出された正規化信号ｇ（ｔ）は、Ｎ個の値の大部分が−１〜＋１の間に入るものとなる。本実施形態では、ステップＳ３０の処理が、更新部の機能が実行する処理に相当する。また、ステップ３０における離散ビート信号ｆ（ｔ）、及び正規化信号ｇ（ｔ）が、演算値に相当する。
【００２１】
続いて、ステップＳ４０では、正規化信号ｇ（ｔ）を時間微分して、正規化信号ｇ（ｔ）の時間変化量であるｄｇ（ｔ）／ｄｔを算出する。具体的には、ｆ（ｔ）−ｆ（ｔ−１），ｔ≧１を、ｄｇ（ｔ）／ｄｔとして算出する。本実施形態では、ステップＳ４０の処理が、変化量算出部の機能が実行する処理に相当する。
【００２２】
続いて、ステップ５０では、算出した時間変化量の大きさ｜ｄｇ（ｔ）／ｄｔ｜が閾値Ｘよりも大きくなる時点を、ノイズ時点Ｔｎｏとし、ノイズ時点Ｔｎｏにおける離散ビート信号ｆ（Ｔｎｏ）を削除する。閾値Ｘは、振幅が１の離散ビート信号ｆ（ｔ）の波形ではありえないほど急激な変化といえる値に予め設定されている。そして、ノイズ時点Ｔｎｏよりも前の時点における離散ビート信号ｆ（ｊ），ｊ＜Ｔｎｏ、例えばｆ（Ｔｎｏ−１）と、ノイズ時点Ｔｎｏよりも後の時点における離散ビート信号ｆ（ｍ），ｍ＞Ｔｎｏ、例えばｆ（Ｔｎｏ＋１）を用いて、離散ビート信号ｆ（Ｔｎｏ）を補間する。補間方法としては、直線補間、スプライン補間等どのような方法を用いてもよい。本実施形態では、ステップＳ５０の処理が、補間部の機能が実行する処理に相当する。
【００２３】
続いて、ステップＳ６０では、ノイズを除去して補間した離散ビート信号ｆ（ｔ）に対してＦＦＴ処理を行う。続いて、ステップＳ７０では、ＦＦＴ処理結果から、ＦＭＣＷレーダにおける周知の手法を用いて、物標までの距離、物標相対速度、方位を含む物標情報を生成する。以上で本処理を終了する。
【００２４】
＜動作＞
図５に、離散ビート信号ｆ（ｔ）の振幅が１よりも十分に大きいＡの場合における、正規化していない離散ビート信号ｆ（ｔ）のタイムチャート、及び干渉判定点を示す。干渉判定点は、正規化していない離散ビート信号ｆ（ｔ）の時間変化量の大きさ｜ｄｆ（ｔ）／ｄｔ｜と閾値Ｘとを比較して、ノイズ時点Ｔｎｏと判定された点である。一方、図６は、図５に示した離散ビート信号ｆ（ｔ）を正規化した正規化信号ｇ（ｔ）のタイムチャートを示す。正弦波のＲＭＳ値は振幅である最大値の約０．７倍である。よって、正規化信号ｇ（ｔ）は、概ね、ノイズを含まない離散ビート信号ｆ（ｔ）の振幅の約０．７倍の大きさが１となるように正規化されているといえる。そのため、正規化信号ｇ（ｔ）は、大部分の値が−１〜＋１の間に入っている。図６では、正規化信号ｇ（ｔ）の時間変化量の大きさ｜ｄｇ（ｔ）／ｄｔ｜と閾値Ｘとを比較しているが、ノイズ時点Ｔｎｏと判定された点がないため、干渉判定点が存在しない。すなわち、正規化前の離散ビート信号ｆ（ｔ）は、ノイズの混入時点でないにもかからず、振幅が閾値Ｘよりも大きく変化する時点が存在し、その時点がノイズ時点Ｔｎｏと誤判定されている。この誤判定は、振幅Ａに対して、振幅１を想定して設定されている閾値Ｘが小さすぎるために生じている。これに対して、正規化信号ｇ（ｔ）の振幅は、閾値Ｘに釣り合ったものとなり、ノイズ時点Ｔｎｏとの誤判定がなくなっている。すなわち、正規化前の振幅が閾値Ｘに対して過大な場合は、正規化することで、振幅と閾値Ｘとが釣り合い、ノイズ時点Ｔｎｏの誤判定を抑制できている。
【００２５】
また、図７に、離散ビート信号ｆ（ｔ）の振幅が１に近いＢの場合における、正規化していない離散ビート信号ｆ（ｔ）のタイムチャート、及び図５と同様に判定した干渉判定点を示す。一方、図８は、図７に示した離散ビート信号ｆ（ｔ）を正規化した正規化信号ｇ（ｔ）のタイムチャート、及び図６と同様に判定した干渉判定点を示す。この場合、正規化前においても、離散ビート信号ｆ（ｔ）の振幅が閾値Ｘに釣り合っているため、ノイズ時点Ｔｎｏの誤判定は生じておらず、明らかなノイズ混入時点のみが干渉判定されている。また、Ｂが１に近いため、正規化していない離散ビート信号ｆ（ｔ）の波形と、正規化信号ｇ（ｔ）の波形とはあまり変わらず、正規化前にノイズ時点Ｔｎｏと判定された時点は、正規化後もノイズ時点Ｔｎｏと判定されている。すなわち、正規化前の振幅が閾値Ｘと釣り合っている場合は、正規化しても波形があまり変わらず、正規化後もノイズ時点Ｔｎｏを問題なく検出できている。なお、図５〜図８では、便宜上サンプリング値を連続波形として示している。
【００２６】
＜効果＞
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）ＲＭＳ値を用いて正規化された正規化信号ｇ（ｔ）の時間変化量の大きさと、予め振幅１の離散ビート信号ｆ（ｔ）の波形に対して設定された閾値Ｘとが比較されて、ノイズが判定される。よって、ビート信号ｆｂの波形にかかわらず、好適にノイズを判定して、抑制することができる。
【００２７】
（２）離散ビート信号ｆ（ｔ）のすべてのサンプリング値を用いるため、高精度にＲＭＳ値を算出することができる。ひいては、高精度にノイズを判定することができる。
（第２実施形態）
＜第１実施形態との相違点＞
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００２８】
前述した第１実施形態では、離散ビート信号ｆ（ｔ）の全サンプル点ｔ＝０，…，Ｎ−１におけるＮ個のサンプリング値を用いて、ＲＭＳ値を算出した。これに対し、第２実施形態では、全サンプル点ｔ＝０，…，Ｎ−１から、Ｎ個よりも少ない数のサンプル点をランダムに抽出し、抽出したサンプル点におけるサンプリング値を用いてＲＭＳ値を算出する点が、第１実施形態と相違する。
【００２９】
＜物標検出処理＞
次に、第２実施形態の処理装置３０が、実行する物体検出処理について、図９のフローチャートを用いて説明する。
【００３０】
まず、Ｓ１１０において、Ｎ個の離散ビート信号ｆ（ｔ）を取得する。続いて、ステップＳ１２０において、ランダムすなわち非周期的に抽出したＩ個，Ｉ＜Ｎのサンプリング点におけるサンプリング値を用いて、ＲＭＳ値を算出する。サンプリング点を周期的に抽出すると、サンプリング点の抽出周期とノイズ波形の周期とが一致する場合に、ＲＭＳ値の算出に用いるサンプリング値が同じ値ばかりとなる。その結果、実際の離散ビート信号ｆ（ｔ）のＲＭＳ値を的確に求めることができない。よって、サンプリング点を非周期的に抽出する。
【００３１】
続くステップＳ１３０〜Ｓ１７０の処理では、図４のフローチャートにおけるステップＳ３０〜Ｓ７０と同様の処理を実行するため、説明を省略する。以上で、本処理を終了する。
【００３２】
＜効果＞
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１）に加え、以下の効果が得られる。
【００３３】
（３）ＲＭＳ値の算出に用いるサンプリング値の数を、サンプリング値の総数Ｎよりも少ない数とすることにより、ＲＭＳ値の演算負荷を低減することができる。また、ＲＭＳ値の算出に用いるサンプリング値を非周期的に抽出することにより、ＲＭＳ値として、離散ビート信号ｆ（ｔ）全体の平均を表す的確な値を算出することができる。
【００３４】
（他の実施形態）
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。
【００３５】
（ａ）上記実施形態でのノイズ判定は、閾値ＸにＲＭＳ値を乗算した値を閾値Ｘ２とし、正規化していない離散ビート信号ｆ（ｔ）の時間変化量の大きさ｜ｄｆ（ｔ）／ｄｔ｜と、閾値Ｘ２とを比較して行ってもよい。このようにして、離散ビート信号ｆ（ｔ）の振幅と閾値Ｘ２とのバランスは、正規化信号ｇ（ｔ）の振幅と閾値Ｘとのバランスと同等となり、上記実施形態と同等のノイズ判定を実行できる。
【００３６】
（ｂ）上記実施形態では、正規化係数をＲＭＳ値としたが、これに限定されるものではなく、例えば、標準偏差や、絶対値｜ｆ（ｔ）｜，ｔ＝０，…Ｎ−１の平均値等の他の値を用いてもよい。
【００３７】
（ｃ）上記実施形態では、ミリ波レーダ１００をＦＭＣＷレーダとしたが、どのような方式のレーダでもよい。例えば、ミリ波レーダ１００は、ＣＷレーダや、多周波ＣＷレーダでもよい。また、ミリ波レーダ１００は、車載レーダではなく固定レーダでもよい。
【００３８】
（ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。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又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【００３９】
（ｅ）上述したレーダ処理装置の他、当該レーダ処理装置を構成要素とするシステム、当該レーダ処理装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、ノイズ抑制方法など、種々の形態で本発明を実現することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
３０…処理装置。
【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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