(57)【要約】【課題】至近距離路面や雨滴からの反射波のみを確実に判別することが可能な車両用レーダ装置を提供すること。【解決手段】複数の受信アンテナＡＲ１〜ＡＲ９が受信する複数の受信信号ｆｒ１〜ｆｒ９と送信信号ｆｓとの周波数の差に相当するビート信号Ｂ１〜Ｂ９のピーク周波数ｆｂｕ、ｆｂｄを抽出し、そのピーク周波数ｆｂｕ、ｆｂｄにおける各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９の位相差を周波数信号に変換する。このとき、至近距離路面や雨滴によって反射された反射波の場合、各ビート信号の位相差は不規則であり、変換された周波数信号における周波数のピーク強度は低下する。そのため、変換された周波数信号のピーク周波数の強度を、上昇部、下降部ピーク周波数ｆｂｕ、ｆｂｄを基準とする所定の強度と比較し、所定の強度以下である場合には、至近距離路面もしくは雨滴による反射であると判定する。【選択図】      図２
2004233277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続的に周波数が変化するように周波数変調された送信信号を送信する送信手段と、
所定の間隔を持って配置され、前記送信信号が対象物により反射された場合に、その反射波を受信して受信信号を発生する複数の受信手段と、
前記複数の受信手段が発生する複数の受信信号と前記送信信号との周波数の差に相当するビート信号をそれぞれ発生するビート信号発生手段と、
前記ビート信号発生手段によって発生される少なくとも１つのビート信号のピーク周波数を抽出するとともに、そのピーク周波数における各ビート信号の位相差を周波数信号に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された周波数信号のピーク周波数の強度が所定の強度に達していない場合、前記対象物を近距離路面あるいは雨滴であると判定する判定手段とを備えることを特徴とする車両用レーダ装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記所定の強度を、前記ビート信号のピーク周波数の強度を基準として設定することを特徴とする請求項１に記載の車両用レーダ装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記所定の強度を、前記各ビート信号のピーク周波数の強度を平均化した平均強度を基準として設定することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用レーダ装置。
【請求項４】
前記送信信号は、所定の周波数範囲において周波数が上昇する上昇部及びその周波数が下降する下降部からなり、
前記変換手段は、前記ビート信号のピーク周波数として、前記送信信号の上昇部及び下降部のそれぞれにおいて上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数を抽出し、その上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数における各ビート信号の位相差を上昇部周波数信号及び下降部周波数信号に変換し、
前記判定手段は、前記上昇部周波数信号の上昇部ピーク周波数の強度が、前記ビート信号の上昇部ピーク周波数の強度を基準とする所定の強度に達しておらず、かつ前記下降部周波数信号の下降部ピーク周波数の強度が、前記ビート信号の下降部ピーク周波数の強度を基準とする所定の強度に達していない場合、前記対象物を近距離路面あるいは雨滴であると判定することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の車両用レーダ装置。
【請求項５】
前記判定手段は、前記ビート信号のピーク周波数が所定の低周波領域に発生した場合にのみ、前記周波数信号のピーク周波数の強度と前記所定の強度との対比判定処理を行なうことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の車両用レーダ装置。
【請求項６】
車両の走行速度を検出する速度検出手段を備え、
前記判定手段は、前記低周波領域の範囲を前記速度検出手段によって検出される走行速度に応じて変化させることを特徴とする請求項４に記載の車両用レーダ装置。
【請求項７】
前記変換手段は、前記各ビート信号に対して周波数解析を行なうことにより各周波数の強度を算出し、その算出した各周波数の強度を前記各ビート信号で平均化した結果から、前記ビート信号のピーク周波数を抽出することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の車両用レーダ装置。
【請求項８】
前記判定手段は、所定の周期で繰り返し前記周波数信号のピーク周波数の強度と前記所定の強度との対比判定処理を行ない、複数回の対比判定結果に基づいて、前記対象物を近距離路面もしくは雨滴と判定することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の車両用レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ波の送受信により車両の周囲に存在する対象物を検出する車両用レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用レーダ装置として、例えば図７（ａ）に示すように、三角波状の周波数が漸次増減する送信信号ｆｓをレーダ波として送信し、対象物により反射されたレーダ波を受信して受信信号ｆｒを発生するＦＭＣＷ方式のレーダ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このレーダ装置においては、受信信号ｆｒを送信信号ｆｓとミキシングすることにより、図７（ｂ）に示すように送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの周波数の差に相当する周波数ｆｂｕ、ｆｂｄを求める。すなわち、送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの周波数の差信号（ビート信号）に対して信号処理器等を用いて周波数解析を行ない、送信信号ｆｓの周波数が増加する上昇部及び周波数が減少する下降部の区間毎に、上昇部ピーク周波数ｆｂｕ及び下降部ピーク周波数ｆｂｄを抽出する。
【０００３】
ここで、図７（ａ）に示すように、レーダ装置を取り付けた車両と、レーダ波を反射する対象物との移動速度が等しい（相対速度Ｖ＝０）場合、対象物で反射したレーダ波は、対象物との間の距離Ｄを往復に要する時間だけ遅延する。この場合、受信信号ｆｒは、送信信号ｆｓからその遅延時間分だけ時間軸に沿ってシフトしたものとなるとともに、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは等しく（ｆｂｕ＝ｆｂｄ）なる。
【０００４】
一方、レーダ装置を取り付けた車両と対象物との移動速度が異なる（相対速度Ｖ≠０）場合、対象物で反射したレーダ波は、対象物との相対速度Ｖに応じたドップラシフトを受ける。このため、受信信号ｆｒは、対象物との距離Ｄに応じた遅延時間のシフトに加え、相対速度Ｖによるドップラシフトの分だけ、周波数軸に沿ってシフトしたものとなる。この場合、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは異なったもの（ｆｂ１≠ｆｂ２）となる。
【０００５】
このように、受信信号ｆｒは、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖに応じて、時間軸及び周波数軸方向にシフトされる。換言すれば、送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの時間軸における周波数の差は対象物との距離Ｄに対応し、周波数軸における周波数の差は相対速度Ｖに対応する。それぞれの周波数は、下記の数式１及び数式２にから求めることができる。
【０００６】
【数１】
距離Ｄに対応する周波数ｆｂ＝（｜ｆｂｕ｜＋｜ｆｂｄ｜）／２
【０００７】
【数２】
相対速度Ｖに対応する周波数ｆｄ＝（｜ｆｂｕ｜−｜ｆｂｄ｜）／２
すなわち、距離Ｄ及び相対速度Ｖに対応する周波数ｆｂ、ｆｄは上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄから求めることができる。そして、これらの距離Ｄ及び相対速度Ｖに対応する周波数ｆｂ、ｆｄから以下の数式３及び数式４によって、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出することが出来る。
【０００８】
【数３】
Ｄ＝｛Ｃ／（４×ΔＦ×ｆｍ）｝×ｆｂ
【０００９】
【数４】
Ｖ＝｛Ｃ／（２×ｆ０）｝×ｆｄ
なお、△Ｆは送信信号ｆｓの周波数変調幅、ｆ０は送信信号ｆｓの中心周波数、ｆｍは繰り返し周波数、Ｃは光速を表す。
【００１０】
【特許文献１】
特開２００１−１６６０４２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、レーダ装置が物体を検知可能な検知範囲は、その送信アンテナによるレーダ波の照射方向、すなわち送信アンテナの指向性に依存する。従って、レーダ波が、垂直方向及び水平方向に所望の幅を有するように、送信アンテナの指向性が決定される。例えば、垂直方向の指向性は、車両がピッチ方向に上下したり、道路が常にレーダ波に対して並行ではないことを考慮し、ある程度の幅を持つように決定される。
【００１２】
しかしながら、送信アンテナが決定された指向性を有するように設計されても、図８に示すように、狙いとする照射範囲以外の方向にも微小ではあるがレーダ波が放射される。このようなレーダ波が至近距離路面によって反射されると、その反射波がレーダ装置の受信アンテナによって受信される。すなわち、受信アンテナは、先行車両等の前方の対象物からの反射波以外にも、至近距離路面からの反射波も受信する。
【００１３】
この至近距離の路面からの反射波による受信信号も、車両と路面との距離及び相対速度によってシフトされ、送信信号と受信信号との周波数の差が変化する。図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、自車両が停止しており、路面との相対速度がゼロの場合は、送信信号ｆｓと受信信号ｆｒ１とから形成されるビート信号の上昇部ピーク周波数ｆｂｕ１及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ１は、至近距離路面からの反射であるためともに同一の低周波数となる（ｆｂｕ１＝ｆｂｄ１）。
【００１４】
一方、車両が走行して、至近距離路面からの反射波がドップラシフトを受けると、その受信信号ｆｒ２は、図９（ａ）に示すように、送信信号ｆｓの上昇部を超える位置までシフトされる。この結果、図９（ｃ）に示すように、上昇部ピーク周波数は、負の周波数ｆｂｕ２になるとともに、上昇部ピーク周波数ｆｂｕ２及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ２とも、その大きさが大きくなる。
【００１５】
ここで、レーダ装置においては、常に送信アンテナから受信アンテナへのレーダ波の回り込みがあるため、図１０（ａ）に示すように、極低周波数域における受信強度（受信パワー）が最も大きくなる。そして、車両の停止時に、至近距離路面から反射された反射波による受信信号は、この極低周波数域における受信強度に埋もれてしまい、周波数解析等の信号処理を行なっても検知されることはない。
【００１６】
ところが、車両が走行すると、上述したように至近距離路面からの反射波による受信信号ｆｒ２がドップラシフトされるため、図１０（ｂ）に示すようにビート信号の上昇部ピーク周波数ｆｂｕ２及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ２とも、極低周波数域から移動する。このとき、上昇部ピーク周波数ｆｂｕ２は負の周波数となるが、レーダ装置における、周波数解析等の信号処理においては、負の周波数は符号が逆転して処理されてしまい、正の周波数として算出される。
【００１７】
レーダ装置としては、至近距離路面を対象物として検出すべきではない。従って、至近距離路面によって生じたピーク周波数ｆｂｕ２、ｆｂｄ２に基づいて対象物を求めた場合、対象物を誤って検出してしまう。
【００１８】
同様に、雨が降っている場合にも、その雨滴による反射波をレーダ装置が受信するので、その雨滴による反射波から対象物を誤検出する可能性が生じる。特に、雨滴による反射波の受信信号は、至近距離路面の反射波の受信信号よりも受信強度が高い傾向があるので、より誤検出が発生しやすくなる。
【００１９】
図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に車両停止時、乾いた路面の走行時、及び降雨走行時の、ビート信号の周波数上昇部及び周波数下降部におけるビート信号の各周波数成分の強度を表したパワースペクトルを示す。図１１（ａ）、（ｂ）から理解されるように、車両停止時には、存在しないピーク周波数が、車両の走行によって低周波数領域に出現する。さらに、図１１（ｃ）に示すように、降雨走行時には、より大きなピーク強度を持ったピーク周波数が低周波数領域に出現する。
【００２０】
このような問題に対して、高周波通過フィルタを用いて低周波数域にあるピーク周波数を遮断する方法も提案されているが、これでは、車両の至近距離に存在する対象物を検知することができないという問題がある。
【００２１】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、至近距離路面や雨滴からの反射波のみを確実に判別することが可能な車両用レーダ装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【発明を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の車両用レーダ装置は、
連続的に周波数が変化するように周波数変調された送信信号を送信する送信手段と、
所定の間隔を持って配置され、送信信号が対象物により反射された場合に、その反射波を受信して受信信号を発生する複数の受信手段と、
複数の受信手段が発生する複数の受信信号と送信信号との周波数の差に相当するビート信号をそれぞれ発生するビート信号発生手段と、
ビート信号発生手段によって発生される少なくとも１つのビート信号のピーク周波数を抽出するとともに、そのピーク周波数における各ビート信号の位相差を周波数信号に変換する変換手段と、
変換手段によって変換された周波数信号のピーク周波数の強度が所定の強度に達していない場合、対象物を近距離路面あるいは雨滴であると判定する判定手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
上述したように、請求項１に記載の車両用レーダ装置では複数の受信手段を備え、これら複数の受信手段によって対象物によって反射された反射波を受信して受信信号を発生する。ここで、反射波の到来方向が、複数の受信手段の正面方向から傾いている場合、各受信手段までの反射波の伝播距離が異なる。そのため、同一の対象物からの反射波に対して複数の受信手段によって発生される受信信号には位相差が生じることになる。一方、反射物が近距離路面や雨滴である場合には、反射波は特定の方角から到来するのではなく、レーダ装置の前方の広い範囲から到来することになる。従って、反射物が至近距離路面や雨滴である場合、受信信号には特定の方位に対応する位相差は発生しない。
【００２４】
請求項１に記載の車両用レーダ装置では、上述した点に着目して、至近距離路面や雨滴による反射波による受信信号を識別することとした。すなわち、複数の受信手段が発生する複数の受信信号と送信信号との周波数の差に相当するビート信号をそれぞれ発生させ、少なくとも１つのビート信号のピーク周波数を抽出するとともに、そのピーク周波数における各ビート信号の位相差を周波数信号に変換する。このとき、反射波が特定の方角から到来したのであれば、ピーク周波数における各ビート信号の位相差には、規則性があり、その規則性を有する位相差を周波数信号に変換した場合には、その周波数信号において位相差に対応する周波数にピークが生じることになる。逆に、至近距離路面や雨滴によって反射された反射波の場合、各ビート信号の位相差は不規則であり、周波数信号における周波数のピーク強度は、上述の場合に比較して低下する。
【００２５】
そのため、変換手段によって変換された周波数信号のピーク周波数の強度が、所定の強度に達していない場合には、至近距離路面もしくは雨滴による反射であると判定することができるのである。
【００２６】
請求項２に記載の車両用レーダ装置では、判定手段が、所定の強度を、ビート信号のピーク周波数の強度を基準として設定することを特徴とする。周波数信号は、各ビート信号のピーク周波数における位相差から算出されるものであるため、その周波数信号のピーク周波数の強度は、元のビート信号のピーク周波数強度の影響を受けるためである。
【００２７】
そして、ビート信号のピーク周波数の強度を基準として所定の強度を設定する場合には、請求項３に記載したように、各ビート信号のピーク周波数の強度を平均化した平均強度を基準として所定の強度を設定することが好ましい。理論的には、同一の反射信号であれば、各受信手段において同じ強度の受信信号が発生するはずである。しかし、実際には、各受信手段における受信アンテナの性能等が微妙に異なる場合があるため、必ずしも受信信号の強度は同一とならない。このため、所定強度の設定を高精度に行なうために、各ビート信号のピーク周波数の強度を平均化した平均強度を基準として所定の強度を設定することが好ましい。
【００２８】
また、請求項４に記載したように、送信信号は、所定の周波数範囲において周波数が上昇する上昇部及びその周波数が下降する下降部からなり、
変換手段は、ビート信号のピーク周波数として、送信信号の上昇部及び下降部のそれぞれにおいて上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数を抽出し、その上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数における各ビート信号の位相差を上昇部周波数信号及び下降部周波数信号に変換し、
判定手段は、上昇部周波数信号の上昇部ピーク周波数の強度が、ビート信号の上昇部ピーク周波数の強度を基準とする所定の強度に達しておらず、かつ下降部周波数信号の下降部ピーク周波数の強度が、ビート信号の下降部ピーク周波数の強度を基準とする所定の強度に達していない場合、対象物を近距離路面あるいは雨滴であると判定することが好ましい。このようにすれば、変換された周波数信号の周波数ピークが所定の強度に達しているか否かを、上昇部周波数ピークと下降部周波数ピークとから判定できるので、その判定精度を向上することができる。
そして、上昇部周波数ピーク及び下降部周波数ピークがともに所定の強度に達していないときのみ、至近距離路面や雨滴による反射と判定することにより、確実に至近距離路面や雨滴からの反射を識別することができる。
【００２９】
請求項５に記載したように、判定手段は、ビート信号のピーク周波数が所定の低周波領域に発生した場合にのみ、周波数信号のピーク周波数の強度と所定の強度との対比判定処理を行なうことが好ましい。至近距離路面や雨滴からの反射波によるビート信号のピーク周波数は、至近距離路面や雨滴までの距離が短いため、低周波領域に現れる。このため、ビート信号のピーク周波数が所定の低周波領域に発生した場合にのみ、判定手段が対比判定処理を行なえば、その対比判定処理を必要時に限定して行なうことができるので、処理負荷を軽減することができる。
【００３０】
請求項５に記載した所定の低周波領域は、請求項６に記載したように、車両の走行速度に応じて変化させることが好ましい。車両の走行速度によって至近距離路面や雨滴とのドップラシフト量が変化し、それによってビート信号のピーク周波数も変化するためである。
【００３１】
請求項７に記載の車両用レーダ装置では、変換手段が、各ビート信号に対して周波数解析を行なうことにより各周波数の強度を算出し、その算出した各周波数の強度を各ビート信号で平均化した結果から、ビート信号のピーク周波数を抽出することを特徴とする。
【００３２】
同一の対象物によって反射された反射波を複数の受信手段が受信し、その受信信号からビート信号が算出された場合、全てのビート信号は、全て同じ周波数にピーク周波数が生じる。従って、複数のビート信号の少なくとも１つのビート信号にピーク周波数が発生していれば、他のビート信号にも同様のピーク周波数が発生していると推測することも可能である。
【００３３】
しかしながら、実際には、各ビート信号には異なるノイズが重畳されるので、各ビート信号の周波数成分は異なる。また、至近距離路面や雨滴からの反射の場合、車両の前方の広い領域から反射波が到来するため、ピーク周波数自体にもずれが生じる場合がある。
【００３４】
そこで、請求項７に記載のレーダ装置では、各ビート信号の各周波数強度を平均化し、その結果からビート信号のピーク周波数を抽出することとした。これにより、ノイズはランダムであるため、平均化処理によりノイズ成分の強度はピーク周波数の強度に対して小さくなり、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。従って、ビート信号のピーク周波数を高精度に抽出することができる。
【００３５】
請求項８に記載した車両用レーダ装置では、判定手段が、所定の周期で繰り返し周波数信号のピーク周波数の強度と所定の強度との対比判定処理を行ない、複数回の対比判定結果に基づいて、対象物を近距離路面もしくは雨滴と判定することを特徴とする。
【００３６】
至近距離路面や雨滴からの反射であっても、ノイズ等の影響により、周波数信号のピーク周波数の強度が所定強度を超える場合がありえる。そのため、ノイズ等の影響による誤判定を防止するために、上述したように、複数回の対比判定処理結果に基づいて対象物を近距離路面もしくは雨滴と判定することが好ましいのである。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における車両用レーダ装置の全体構成を表すブロック図である。
【００３８】
図１に示すように、本実施形態のレーダ装置２は、送信アンテナＡＳを介してミリ波帯のレーダ波を送信する送信器４を備えている。この送信器４は時間に対して周波数が漸増、漸減を繰り返すように変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する高周波発信器１２と、高周波発信器１２の出力を送信信号ｆｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１４から構成される。そして、送信信号ｆｓは、送信アンテナＡＳに供給され、ローカル信号Ｌは、受信器６へ供給される。
【００３９】
また、本実施形態のレーダ装置２は、先行車両等の対象物によって反射されたレーダ波（以下、反射波）を受信する、一列に等間隔で配列された９個の受信アンテナＡＲ１〜ＡＲ９を備えている。反射波が９個のアンテナＡＲ１〜ＡＲ９で受信されると、各アンテナＡＲ１〜ＡＲ９はその反射波に応じた受信信号ｆｒ１〜ｆｒ９を発生し、受信器６に与える。
【００４０】
受信器６は、各アンテナＡＲ１〜ＡＲ９に対応して、受信信号ｆｒ１〜ｆｒ９とローカル信号Ｌとをミキシングして、これらの信号の差の周波数に相当するビート信号Ｂ１〜Ｂ９を生成する９個のミキサＭＸ１〜ＭＸ９と、各ミキサＭＸ１〜ＭＸ９で発生されたビート信号Ｂ１〜Ｂ９をそれぞれ増幅する９個の増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ９を備えている。なお、増幅器ＡＭＰ１〜増幅器９は、ビート信号Ｂ１〜Ｂ９から不要な高周波成分を除去するフィルタ機能も有している。
【００４１】
増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ９によって増幅されたビート信号Ｂ１〜Ｂ９は、Ａ／Ｄ変換部８に与えられる。Ａ／Ｄ変換部８は、ビート信号Ｂ１〜Ｂ９をそれぞれサンプリングしてデジタルデータＤ１〜Ｄ９に変換する９個のＡ／Ｄ変換器ＡＤ１〜ＡＤ９を備えている。Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１〜ＡＤ９によって変換された各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９のデジタルデータＤ１〜Ｄ９は、マイクロコンピュータ１０に与えられ、各種の信号処理に用いられる。
【００４２】
マイクロコンピュータ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成され、Ａ／Ｄ変換部８からのデジタルデータＤ１〜Ｄ９に基づき、対象物が至近距離路面や雨滴であるか否かを判定する判定処理や、先行車両等の対象物との距離、相対速度、方位の検出を行なう検出処理を実行する。さらに、マイクロコンピュータ１０は、それらの処理を行なう際にデジタルデータＤ１〜Ｄ９に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ等を備えている。
【００４３】
このように構成された車両レーダ装置２においては、図７（ａ）に示すように、周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ）であるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信される。そのレーダ波が先行車両等の対象物によって反射されると、その反射波が各受信アンテナＡＲ１〜ＡＲ９にて受信される。そのとき、各受信アンテナＡＲ１〜ＡＲ９にて発生される受信信号は、受信器６のミキサＭＸ１〜ＭＸ９にてローカル信号Ｌと混合されることにより、各受信信号とローカル信号Ｌ（送信信号ｆｒ）との差の周波数成分に相当するビート信号Ｂ１〜Ｂ９が生成される。なお、各Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１〜ＡＤ９は、送信信号ｆｓの周波数変動周期の半周期毎、つまり、周波数が漸増する周波数上昇部及び周波数が漸減する周波数下降部毎に、ビート信号Ｂ１〜Ｂ９を所定回数づつサンプリングしてＡ／Ｄ変換する。これにより、図７（ｂ）に示すように、周波数上昇部及び周波数下降部とでそれぞれビート信号が生成される。
【００４４】
次に、マイクロコンピュータ１０にて実行される対象物が至近距離路面や雨滴であるか否かを判定する判定処理、及び対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を、図２に示すフローチャート及び図３（ａ）〜（ｅ）の波形図を参照して説明する。なお、このフローチャートに示す処理は、所定周期ごとに繰り返し実行される。
【００４５】
まず、対象物が至近距離路面や雨滴であるか否かを判定する原理について説明する。図４に示すように、先行車両等の対象物によって反射された反射波の到来方向が、アンテナＡＲ１〜ＡＲ９の正面方向から傾いている場合、各アンテナＡＲ１〜ＡＲ９までの反射波の伝播距離が異なる。そのため、アンテナＡＲ１〜ＡＲ９の正面方向と反射波の到来方向との角度差（対象物の方位）に応じて、反射波が各アンテナＡＲ１〜ＡＲ９に達する時間に時間差が生じる。反射波の到達時間の差は、受信信号（ビート信号Ｂ１〜Ｂ９）における位相差として現れる。
【００４６】
一方、レーダ波が近距離路面や雨滴で反射した場合には、反射波は特定の方角から到来するのではなく、レーダ装置２の前方の広い範囲から到来することになる。従って、レーダ波が至近距離路面や雨滴で反射した場合には、受信信号（ビート信号Ｂ１〜Ｂ９）には特定の方位に対応する位相差は発生しない。
【００４７】
本実施形態におけるレーダ装置２は、このような点に着目して、至近距離路面や雨滴による反射波を識別することとした。具体的には、後述する周波数解析処理（距離ＦＦＴ，方位ＦＦＴ）を実施することにより、各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９の位相差を周波数信号に変換する。このとき、反射波が特定の方角から到来したのであれば、各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９の位相差には、規則性があり、その規則性を有する位相差を周波数信号に変換した場合には、変換された周波数信号において位相差に対応する周波数にピークが生じることになる。逆に、至近距離路面や雨滴によって反射された反射波の場合、各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９の位相差は不規則であり、変換された周波数信号における周波数のピーク強度は、上述の場合に比較して低下する。
【００４８】
従って、変換された周波数信号のピーク周波数の強度に基づいて、至近距離路面もしくは雨滴による反射波であるのか、先行車両等の対象物からの反射であるのかを判定することができる。
【００４９】
以下、対象物が至近距離路面や雨滴であるか否かを判定するための処理について、図２のフローチャートに基づいて具体的に説明する。
【００５０】
まず、ステップＳ１００において、先行車両等の対象物により反射したレーダ波を受信することにより受信器６から出力されるビート信号Ｂ１〜Ｂ９のデジタルデータＤ１〜Ｄ９が、それぞれ周波数上昇部及び周波数下降部において所定個数づつ読み込まれ、ＲＡＭに一時保存される。図３（ａ）は、ビート信号Ｂ１〜Ｂ９の一例を示すものである。
【００５１】
続くステップＳ１１０では、ＲＡＭに保存された各デジタルデータＤ１〜Ｄ９に対して周波数解析処理（距離ＦＦＴ）を実行する。この距離ＦＦＴの結果として、ビート信号Ｂ１〜Ｂ９の各周波数毎の複素ベクトルが得られる。この複素ベクトルの絶対値は、対応する各周波数の振幅（強度）を示すものである。すなわち、距離ＦＦＴによって、例えば図３（ｂ）に示すように、各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９に対して、周波数ごとの強度を示したスペクトルデータが得られる。なお、この距離ＦＦＴは、周波数上昇部におけるビート信号Ｂ１〜Ｂ９と周波数下降部におけるビート信号Ｂ１〜Ｂ９に対して、別個に行なわれる。
【００５２】
次にステップＳ１２０では、周波数スペクトルデータから、そのスペクトル上でピークとなる全ての周波数成分を抽出して、その周波数をピーク周波数として特定する。なお、このピーク周波数の抽出においては、図３（ｃ）に示すように、各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９に対して算出された周波数スペクトルデータを平均化処理し、その平均化したスペクトルデータから、ビート信号Ｂ１〜Ｂ９の共通のピーク周波数を抽出する。
【００５３】
図３（ａ）、（ｂ）では省略しているが、各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９には異なるノイズが重畳されており、また、至近距離路面や雨滴からの反射の場合、車両の前方の広い領域から反射波が到来するため、ピーク周波数自体にもずれが生じる場合がある。そのため、上記のように各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９の各周波数成分の強度を示すスペクトルデータを平均化し、その結果から共通のピーク周波数を抽出する。これにより、ノイズはランダムであるため、平均化処理によりノイズ成分の強度はピーク周波数の強度に対して小さくなり、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。なお、理論的には、同一の対象物によって反射された反射波を受信した場合、各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９は同じ周波数にピーク周波数成分を有する。このため、少なくとも１つのビート信号Ｂ１〜Ｂ９のスペクトルデータを求め、そのスペクトルデータからピーク周波数を抽出し、他のビート信号Ｂ１〜Ｂ９にも同様のピーク周波数が発生していると推測しても良い。
【００５４】
このようなステップＳ１２０の処理により、各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９から、共通の上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄが抽出される。なお、ピーク周波数の検出方法としては、例えば、周波数に対する振幅の変化量を順次求め、その前後にて変化量の符号が反転する周波数にピークがあるものとして、その周波数をピーク周波数として特定すれば良い。
【００５５】
ステップＳ１３０では、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄが所定の低周波数領域に属するか否かを判定する。この処理は、上昇部ピーク周波数ｆｂｕ及び下降部ピーク周波数ｆｂｄが、至近距離路面や雨滴による反射波に基づいて発生した可能性があるか否かを判定するものである。すなわち、至近距離路面や雨滴による反射波に基づく上昇部ピーク周波数ｆｂｕ及び下降部ピーク周波数ｆｂｄは、レーダ装置２と至近距離路面、雨滴との距離が短いため、ドップラシフトを受けた場合でも、低周波数領域に現れることになる。
【００５６】
従って、上昇部ピーク周波数ｆｂｕ及び下降部ピーク周波数ｆｂｄの発生した周波数帯から、明らかに至近距離路面、雨滴以外の対象物からの反射波に基づいて発生した上昇部、下降部ピーク周波数ｆｂｕ、ｆｂｄを層別できる。
【００５７】
なお、所定の低周波領域は、車両の走行速度に応じて変更することが望ましい。車両の走行速度が高くなるほど、ドップラシフトによる周波数変化が大きくなるためである。従って、車両の走行速度が高まるほど、低周波領域の範囲を高周波側に拡大することが好ましい。
【００５８】
上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄが所定の低周波数領域に属さないと判定された場合には、ステップＳ１７０に進んで、上昇部ピーク周波数ｆｂｕ及び下降部ピーク周波数ｆｂｄに基づいて、対象物との距離Ｄ、相対速度Ｖ、及び対象物の方位θを算出する。なお、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖの算出方法は従来と同様であるため、説明を省略する。また、対象物の方位θの算出方法は後述する。
【００５９】
ステップＳ１３０にて、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄが所定の低周波数領域に属すると判定された場合には、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０では、図３（ｄ）に示すように、上昇部及び下降部ピーク周波数ｆｂｕ、ｆｂｄを持つ周波数信号（ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９）を各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９から取り出して、これらのビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差を周波数に変換するために、さらに周波数解析処理（方位ＦＦＴ）を行なう。なお、図３（ｄ）では、上昇部及び下降部ピーク周波数ｆｂｕ、ｆｂｄを持つ周波数信号の内の１つのみを図示している。
【００６０】
この方位ＦＦＴでは、９個のビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差の変化量を周波数に変換する。例えばビート周波数信号ＢＦ１の位相を基準とし、左回りを正方向に取った場合に、隣接するアンテナ間において、各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相がそれぞれ左回りに３０度づつずれている場合を想定する。この場合、アンテナ９個分の回転速度（３０×９＝２７０度）が周波数となる。換言すれば、位相が一回転（３６０度）するのに、何個分のアンテナを要したかを周波数として表すのである。
【００６１】
従って、各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差がすべてゼロである場合には、周波数は０Ｈｚ、右回りに位相がずれていれば、負の周波数として算出される。
【００６２】
このように、位相差を周波数に変換するためには、各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差（複素数によって表される）に対して高速フーリエ変換（方位ＦＦＴ）を行なえば良い。この方位ＦＦＴによって位相差を周波数に変換すると、対象物の方位に対応する周波数にピーク周波数（位相ピーク周波数）が存在する周波数スペクトルが算出される。例えば、図３（ｅ）は、各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差がすべてゼロであり、０Ｈｚにピークが生ずる周波数スペクトルが得られた場合を示している。
【００６３】
ここで、上述したように、レーダ波が近距離路面や雨滴で反射した場合には、反射波は特定の方角から到来するものではないため、各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９は特定の方位に対応する位相差を持たない。従って、各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差に対して方位ＦＦＴを行なった場合、特定の周波数にピークが発生することはない。
【００６４】
対象物が先行車両である場合と、対象物が雨滴である場合の、周波数ピークの相違を図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。なお、図５（ａ）は、周波数上昇部及び周波数下降部の各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９に対して算出された周波数スペクトルデータを平均化処理した平均スペクトルデータを示すものであり、図５（ｂ）は雨滴による反射波によって生じた上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３を持つ各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差に対して方位ＦＦＴを行った結果（周波数スペクトルデータ）を示し、図５（ｃ）は先行車両による反射波によって生じた上昇部ピーク周波数ｆｂｕ４及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ４を持つ各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差に対して方位ＦＦＴを行った結果（周波数スペクトルデータ）を示す。
【００６５】
図５（ｂ）及び図５（ｃ）から明らかなように、雨滴による反射の場合、方位ＦＦＴによるスペクトルデータには明確な位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄが存在していないのに対し、先行車両による反射の場合、同一の周波数において上昇部及び下降部の位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄが生じている。
【００６６】
位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄを含む方位ＦＦＴによるスペクトルデータにおける各周波数の強度は、その算出の元となった上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３の強度の影響を受ける。従って、上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３の強度に基づいてそれぞれ基準値を設定し、その基準値と位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄとを比較することにより、明確な位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄが発生しているか否かを判定することができる。
【００６７】
なお、基準値を設定する際に用いる上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３の強度は、少なくとも１つのビート信号Ｂ１〜Ｂ９の周波数スペクトルデータから求めても良いが、ノイズ等の影響を低減するため、平均化処理された周波数スペクトルデータから求めることが好ましい。
【００６８】
特に、本実施形態においては、明確な位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄとみなせる強度が、上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３のそれぞれの強度に一致するように、方位ＦＦＴが算出するスペクトルデータの強度を設定している。このため、ステップＳ１５０においては、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄの強度と上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３の強度とをそれぞれ比較する。そして、位相ピーク周波数ｆθｕの強度が上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３の強度より大きいか、もしくは位相ピーク周波数ｆθｄの強度が下降部ピーク周波数ｆｂｄ３の強度よりも大きい場合には、少なくとも位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄの一方は、強度条件を満たしているので、明確な位相ピーク周波数が存在するとみなす。この場合、その位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄに対応する方位に存在する先行車両等の対象物について、距離Ｄ，相対速度Ｖ、方位θを算出するためにステップＳ１７０に進む。なお、方位θは、上述した位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄに基づいて、ステップＳ１７０において算出される。
【００６９】
一方、ステップＳ１５０において、位相ピーク周波数ｆθｕの強度が上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３の強度以下であり、かつ位相ピーク周波数ｆθｄの強度が下降部ピーク周波数ｆｂｄ３の強度以下と判定された場合には、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄが強度条件を満たしていないため、ステップＳ１６０に進む。ステップＳ１６０では、反射波を生じた対象物を至近距離路面もしくは雨滴と判定し、この対象物との距離等を算出することなく、処理を終了する。
【００７０】
以上説明したように、本実施形態による車両用レーダ装置２によれば、車両の至近距離に存在する対象物からの反射波と、至近距離路面や雨滴からの反射波とを確実に判別することが可能になる。
【００７１】
なお、本発明による車両用レーダ装置は、上述した実施形態に制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【００７２】
例えば、上述した実施形態では、図２のフローチャートのステップＳ１５０において、位相ピーク周波数ｆθｕの強度が上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３の強度以下であり、かつ位相ピーク周波数ｆθｄの強度が下降部ピーク周波数ｆｂｄ３の強度以下である場合に、至近距離路面や雨滴による反射と判定した。しかし、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄのいずれかが強度条件を満たさない場合、至近距離路面や雨滴による反射と判定しても良い。
【００７３】
また、図６（ａ）に示すように、至近距離路面や雨滴による反射の場合であっても、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄの強度が上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３を超える場合もある。また、図６（ｂ）に示すように、先行車両による反射の場合であっても、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄの強度が上昇部ピーク周波数ｆｂｕ４及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ４より小さくなる場合もある。なお、図６（ａ）、（ｂ）における横軸は、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄの強度から上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３、ｆｂｕ４及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３、ｆｂｄ４の強度を減算した強度の差であり、単位はｄｂである。
【００７４】
従って、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄの強度と上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３の強度との比較処理を複数回実施し、その複数回の比較処理結果に基づいて、対象物が至近距離路面や雨滴であると判定しても良い。
【００７５】
さらに、明確な位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄが発生する場合には、周波数の上昇部に対応する位相ピーク周波数ｆθｕと下降部に対応する位相ピーク周波数ｆθｄが一致する。この関係を利用して、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄの強度とともに、もしくは単独で、周波数の上昇部に対応する位相ピーク周波数ｆθｕと下降部に対応する位相ピーク周波数ｆθｄが一致しているか否かによって、至近距離路面や雨滴による反射と判定しても良い。
【００７６】
また、上述した実施形態では、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄの強度を、上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３の強度と対比判定していた。しかしながら、至近距離路面や雨滴による反射が生じた場合の強度を実験的に予め算出し、その算出した強度（一定値、もしくは速度に応じた可変値）を記憶し、この記憶した強度と位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄの強度とを比較しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態における車両用レーダ装置の全体構成図を表すブロック図である。
【図２】マイクロコンピュータ１０にて実行される、対象物が至近距離路面や雨滴であるか否かを判定する判定処理、及び対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図３】（ａ）は、ビート信号Ｂ１〜Ｂ９を示す波形図であり、（ｂ）は各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９の周波数ごとの強度を表すスペクトルデータを示す波形図であり、（ｃ）は各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９のスペクトルデータを平均化処理した、平均化スペクトルデータを示す波形図であり、（ｄ）は上昇部及び下降部ピーク周波数を持つビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９を示す波形図であり、（ｅ）はビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差がゼロである場合に、その位相差を周波数に変換した周波数スペクトルデータを示す波形図である。
【図４】反射波を発生した対象物が至近距離路面や雨滴であるか否かを判定する原理について説明する説明図である。
【図５】（ａ）は、周波数上昇部及び周波数下降部の各ビート信号Ｂ１〜Ｂ９に対して算出された周波数スペクトルデータを平均化処理した平均スペクトルデータの一例を示す波形図であり、（ｂ）は雨滴による反射波によって生じた上昇部ピーク周波数ｆｂｕ３及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ３を持つ各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差に対して位相ＦＦＴを行った結果（周波数スペクトルデータ）を示す波形図であり、（ｃ）は先行車両による反射波によって生じた上昇部ピーク周波数ｆｂｕ４及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ４を持つ各ビート周波数信号ＢＦ１〜ＢＦ９の位相差に対して位相ＦＦＴを行った結果（周波数スペクトルデータ）を示す波形図である。
【図６】（ａ）は至近距離路面や雨滴による反射において、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄと上昇部、下降部ピーク周波数ｆｂｕ３、ｆｂｄ３との強度の差の分布を示すグラフであり、（ｂ）は、先行車両による反射における、位相ピーク周波数ｆθｕ、ｆθｄと上昇部、下降部ピーク周波数ｆｂｕ４、ｆｂｄ４との強度の差の分布を示すグラフである。
【図７】従来のＦＭＣＷ方式のレーダ装置における対象物の検出原理について説明するものであり、（ａ）は送信信号ｆｓ及び受信信号ｆｒを示すグラフであり、（ｂ）は送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの周波数の差に相当するビート周波数を示すグラフである。
【図８】レーダ波の放射方向を説明する説明図である。
【図９】（ａ）は、車両停止時と車両走行時における受信信号の周波数シフト量の違いを示す波形図であり、（ｂ）は車両停止時における上昇部ピーク周波数ｆｂｕ１及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ１を示す波形図であり、（ｃ）は車両走行時における上昇部ピーク周波数ｆｂｕ２及び下降部ピーク周波数ｆｂｄ２を示す波形図である。
【図１０】（ａ）車両停止時における、ビート信号の周波数スペクトルデータを示すグラフであり、（ｂ）は車両走行時における、周波数スペクトルデータを示すグラフである。
【図１１】（ａ）車両停止時における、ビート信号の周波数スペクトルデータを示すグラフであり、（ｂ）は車両走行時における、至近距離路面からの反射波に基づく上昇部及び下降部ピーク周波数を示した周波数スペクトルデータを示すグラフであり、（ｃ）は降雨走行時における、雨滴からの反射波に基づく上昇部及び下降部ピーク周波数を示した周波数スペクトルデータを示すグラフである。
【符号の説明】
２  レーダ装置
４  送信器
６  受信器
８  Ａ／Ｄ変換部
１０  マイクロコンピュータ
１２  高周波発信機
１４  電力分配器
ＡＳ  送信アンテナ
ＡＲ１〜ＡＲ９  受信アンテナ
ＡＭＰ１〜ＡＭＰ９  増幅器
ＭＸ１〜ＭＸ９  ミキサ
ＡＤ１〜ＡＤ９  Ａ／Ｄ変換器
【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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