(57)【要約】 【課題】  レーダ装置を小型化してかつ精度を向上させる。【解決手段】  ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置において、ビート信号を、ＦＦＴ回路４０によって周波数変換する。信号処理回路４４は、まず、増加期間及び減少期間毎に、各期間に得られたビート信号の周波数成分を用いて、周波数および測定角度に対するビート信号の信号レベルの分布を求め、各期間の分布を表す曲面の極大点の信号レベルＬｐおよび周波数ｆｐならびに角度範囲の中心角度θｍおよび角度幅Δθａを、極大点のデータの変数として求める。さらに、両期間の極大点のデータを比較して、変数の差が基準値未満である極大点の組合わせを求め、その極大点のデータに基づいて、目標物とレーダ装置との相対距離および相対速度、ならびに目標物の位置および大きさを求める。これによって、送信波のビーム幅を狭くすることなく、目標物の位置および大きさを求めることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間経過に伴って周波数が増加および減少する電磁波である送信波を放射方向を角変位させつつ送信し、送信波が目標物によって反射された反射波を受信し、送信波と反射波とを混合した混合信号に基づいて目標物の位置に関する情報を求めるレーダ装置の信号処理方法において、
送信波の周波数が増加する増加期間および送信波の周波数が減少する減少期間の混合信号の周波数に基づいて、相対距離および相対速度を求め、
相対速度、相対距離、および予め定める基準方向と送信波の放射方向との成す角度に対する混合信号の信号レベルの分布を求め、
相対速度と相対距離とが等しい混合信号の信号レベルの角度に対する分布を表す曲線の極大点を求め、
求められた極大点を含む前記範囲の曲線形状に基づいて、目標物の位置または大きさを求めることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【請求項２】
前記混合信号の受信電界強度の分布は、相対速度が予め定める範囲内に含まれる目標物からの反射波と送信波とを混合した混合信号を集めて作成されることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置の信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両周辺の物体を検出するために好適に用いられるレーダ装置の信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には、たとえば、自車と同じ道路を先行して走行する先行車両等の目標物を検出するために、目標物と車両との相対距離および相対速度を求めるレーダ装置が備えられる。
【０００３】
第１の従来技術のレーダ装置の送信アンテナ１および受信アンテナ２は、図１３に示すように、たとえば車両３のフロントグリル内に設置される。送信アンテナ１から、指向性のある予め定める波長の電磁波が、送信波５として、その放射方向を時間経過に伴って水平方向６に角変位させつつ放射される。この送信波５のビーム幅は、たとえば、２〜３度である。送信波５は、目標物７で反射されて、反射波として戻り、受信アンテナ２によって受信される。レーダ装置は、まず、測定角度を変数とした反射波の受信電界強度の分布を求める。測定角度は、送信波の放射方向と車両の車軸に垂直でかつ地表に平行な予め定める前方方向との成す角度である。次いでその分布の極大点の測定角度を求め、目標物と車両との相対距離と前記極大点の測定角度とに基づいて、車両に対する目標物の位置を算出する。
【０００４】
図１４は、第１の従来技術のレーダ装置において、測定角度に対する反射波の受信電界強度の分布を表すグラフである。このグラフでは、実際に測定された反射波の受信電界強度を太実線で表し、この受信電界強度から推測される分布を曲線９によって表す。送信波のビーム幅が２〜３度の送信波を用いる場合、送信波が実際に放射される測定角度の間隔８が比較的大きい。このように、第１の従来技術のレーダ装置では、実際に測定された反射波の個数が少ないので、目標物の厳密な位置を求めることが困難だった。
【０００５】
このために、第２の従来技術のレーダ装置として、ビーム幅が０．１〜０．９度の送信波を放射するレーダ装置が用いられている。このレーダ装置は、図１５に表すように、送信アンテナ１１および受信アンテナ１２の設置位置ならびに送信波の放射および反射波の受信の挙動は、第１の従来技術のレーダ装置と等しく、アンテナ１１，１２の構造およびビーム幅だけが異なる。
【０００６】
図１６は、第２の従来技術のレーダ装置において、測定角度に対する送信波１５の反射波の受信電界強度の分布を表すグラフである。ビーム幅が０．１〜０．９度の送信波を用いる場合、実際に放射される測定角度の間隔１８が、第１の従来技術のレーダ装置の前記間隔８よりも小さい。このために、車両が存在する角度範囲内に複数回送信波が放射されることになり、角度範囲の内外で明確に反射波の受信電界強度が変化する。したがって、受信電界強度が或る閾値を越えるような範囲１９に基づいて、目標物の大きさおよび位置を定める。しかしながら、ビーム幅を狭くするためには、送信アンテナの開口面積を大きくする必要があるので、レーダ装置の小型化が困難だった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、ビーム幅に拘わらず、目標物の大きさおよび位置を厳密に求めることができるレーダ装置の信号処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、時間経過に伴って周波数が増加および減少する電磁波である送信波を放射方向を角変位させつつ送信し、送信波が目標物によって反射された反射波を受信し、送信波と反射波とを混合した混合信号に基づいて目標物の位置に関する情報を求めるレーダ装置の信号処理方法において、
送信波の周波数が増加する増加期間および送信波の周波数が減少する減少期間の混合信号の周波数に基づいて、相対距離および相対速度を求め、
相対速度、相対距離、および予め定める基準方向と送信波の放射方向との成す角度に対する混合信号の信号レベルの分布を求め、
相対速度と相対距離とが等しい混合信号の信号レベルの角度に対する分布を表す曲線の極大点を求め、
求められた極大点を含む前記範囲の曲線形状に基づいて、目標物の位置または大きさを求めることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法である。
【０００９】
本発明に従えば、レーダ装置の信号処理方法では、上述のように、まず相対距離と相対速度とを求め、次いで相対距離と相対速度と角度とに対する混合信号の信号レベルの分布を求め、この分布に基づいて目標物の位置または大きさを求める。送信波の電界強度が一定である場合、混合信号の信号レベルは、反射波の受信電界強度が増減するのに伴って増減する。ゆえに、上述のように混合信号の信号レベルに基づいて処理を行うことは、反射波の受信電界強度に基づいて処理を行うことと等しい。前記分布は、たとえば、同じ相対速度の目標物によって反射された反射波と送信波との混合信号を集め、相対距離および角度に対するこの混合信号の信号レベルの分布を求めることによって作成される。これによって、送信波のビーム幅に拘わりなく、目標物の位置または大きさを精密に算出することができる。また、送信波のビーム幅が限定されないので、ビーム幅を第２の従来技術のレーダ装置よりも広げることができる。これによって、レーダ装置を容易に小型化することができる。
【００１０】
本発明は、前記混合信号の受信電界強度の分布は、相対速度が予め定める範囲内に含まれる目標物からの反射波と送信波とを混合した混合信号を集めて作成されることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、混合信号の信号レベルの分布は、上述のように作成される。これによって、相対速度に微小な誤差があるときも、同じ目標物からの反射波を表す極大点の曲線形状に基づいて、目標物の位置または大きさを算出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、信号処理方法では、まず相対距離と相対速度とを求め、次いで相対距離と相対速度と角度とに対するビート信号の信号レベルの分布を求め、この分布に基づいて目標物の位置または大きさを求める。これによって、送信波のビーム幅に拘わりなく、目標物の位置または大きさを精密に算出することができる。また、レーダ装置を容易に小型化することができる。さらに、相対距離および相対速度の計算精度を向上させることができる。
【００１３】
また本発明によれば、ビート信号の信号レベルの分布は、或る範囲の相対速度に対応する信号レベルを集めて作成される。これによって、相対速度に微小な誤差があるときも、目標物の位置または大きさを確実に算出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の第１実施形態であるレーダ装置の信号処理方法を用いたレーダ装置３１の電気的構成を示すブロック図である。レーダ装置３１は、いわゆるＦＭ−ＣＷレーダ装置であり、たとえば車両に取付けられて、オートクルーズ装置において先行車両を検出するために用いられる。レーダ装置３１は、送信アンテナ３３、受信アンテナ３４、発振回路３５、局部発振器３６、方向性結合器３７、混合回路３８、増幅回路３９、ＦＦＴ回路４０、変位装置４１、および信号処理回路４４を含む。さらにレーダ装置３１に関連して、アプリケーション装置４５が設けられる。送信および受信アンテナ３３，３４、発振回路３５、局部発振器３６、方向性結合器３７、混合回路３８、増幅回路３９は、センサ装置４６として、単一筺体に収納される。
【００１５】
送信および受信アンテナ３３，３４は、指向性の強いアンテナであり、送信アンテナ３３の主ローブのビーム幅θｂはたとえば約２度〜３度である。送信アンテナ３３は、たとえば車両の進行方向前方に電磁波を放射することができる位置に設置される。また受信アンテナ３４は、車両の進行方向前方からの電磁波を受信することができる位置に設置される。このような位置は、たとえば、車両の車体前方のフロントグリル内である。この送信および受信アンテナ３３，３４は、単一のアンテナを共用する構成によって実現されても良い。
【００１６】
発振回路３５は、約７５０ＨｚのＦＭ周波数に応じて電圧が増減する発振信号を生成して、局部発振器３６に与える。局部発振器３６は、発振信号の電圧に対応した周波数の局部発振信号を生成する。局部発振信号は、局部発振器３６から方向性結合器３７を介して送信アンテナ３３に与えられる。局部発振信号は、たとえば周波数が経時的に偏移する交流電力信号であり、その強度は常に一定である。送信アンテナ３３は、局部発振信号と同一周波数の電磁波である送信波をビーム状に放射する。この送信波は、車両の走行方向前方の目標物によって反射されて、反射波として戻る。反射波は、目標物とレーダ装置３１との相対距離に対応して遅延し、また目標物とレーダ装置３１との相対速度に対応して周波数が偏移する。
【００１７】
受信アンテナ３４は、反射波および雑音成分を含む電磁波を受信して、その電磁波の受信電界強度を表す受信信号を混合回路３８に導出する。受信信号の信号レベルは、受信電界強度のレベルに比例して増加する。混合回路３８には、受信信号の他に、局部発振器３６からの局部発振信号が、方向性結合器３７を介して与えられる。混合回路３８は、局部発振信号と受信信号とを混合して、両信号の混合信号であるビート信号を生成する。このビート信号は、増幅回路３９で増幅された後に、ＦＦＴ回路４０に与えられる。
【００１８】
ＦＦＴ回路４０は、まず、予め定める観測開始時刻から、ビート信号の信号レベルを、時間経過に伴って予め定める回数Ｎだけサンプリングして、Ｎ個の信号レベル値Ｌ１〜ＬＮを得る。このサンプリングは、予め定める周期で繰返される。上述のサンプリングの回数Ｎは、たとえば１２８回である。次いで、ビート信号の信号レベル値Ｌ１〜ＬＮを周波数変換することによって、観測開始時刻でのビート信号の信号レベルの周波数成分を、周波数軸上のＮ点の観測点の周波数ｆ１〜ｆＮ毎に得る。ＦＦＴ回路４０は、たとえば周波数変換の演算を行う演算回路で実現され、上述のビート信号の周波数成分は、ビート信号の信号レベル値Ｌ１〜ＬＮを用いたフーリエ変換によって得られる。各周波数の周波数成分は、信号処理回路４２に与えられる。
【００１９】
変位装置４１は、送信波が予め定める走査速度で予め定める走査範囲θｓを走査するように、送信波の放射方向を周期的に角変位させる。送信波は、たとえば、地表に平行に角変位され、走査範囲θｓを周期的に走査するものとする。走査範囲θｓは、たとえば、基準方向から測定角度が増加する方向および減少する方向にそれぞれ１０度〜１５度の範囲であり、全体で２０度〜３０度の範囲であるとする。測定角度は、送信波の放射方向と予め基準方向との成す角度である。
【００２０】
たとえば、変位装置４１は、センサ装置４６全体をモータ等を用いて機械的に角変位させることによって、送信波の放射方向を角変位させる。また、変位装置４１は、送信および受信アンテナ３３，３４だけを機械的に角変位させる構造であっても良い。さらにまた、送信波の放射方向の角変位は、上述の機械的手法だけでなく、電気的手法を用いても良い。電気的手法としては、たとえば、送信アンテナ３３としてフェイズドアレイアンテナを用い、フェイズドアレイアンテナの各アンテナ素子から放射される電磁波の位相差を変更することによって、放射ビームの方向を変更する手法が挙げられる。
【００２１】
信号処理回路４４には、ＦＦＴ回路４０から、ビート信号の信号レベルの各周波数の周波数成分が与えられ、変位装置４１から、送信波の測定角度が与えられる。本実施形態では、基準方向を、車両の車軸に垂直であってかつ地表と平行な前方方向であるとする。信号処理回路４４は、測定角度と周波数とに対するビート信号の信号レベルの分布を求め、その分布に基づいて、目標物の位置および大きさを算出する。さらに、ビート信号の周波数に基づいて、目標物と車両との相対距離および相対速度を算出する。
【００２２】
アプリケーション装置４５は、信号処理回路４４から目標物の位置および大きさが与えられ、それらに基づいて、車両の挙動を制御する。たとえば、アプリケーション装置４５は、目標物が車両の走行の妨げになるか否かを判定し、妨げになると判定されたとき、車両の部品を制御して、目標物を回避するための回避動作を行う。
【００２３】
図２は、送信および受信アンテナ３３，３４の指向性を表すグラフである。このグラフの縦軸は電界強度（単位ｄＢ）であり、横軸は放射方向である。このグラフでは、放射方向を、アンテナの最大放射方向を０度として、時計まわりに増加するものとする。送信および受信アンテナ３３，３４は、主ローブ５１が副ローブ５２の数倍以上に大きくなるような指向特性を有する。送信波のビーム幅θｂは、主ローブ５１を表す曲線上で、最大放射方向の電界強度Ｅｐから３ｄＢ低い電界強度Ｅｍに相当する点ｐｂ１，ｐｂ２間の幅である。
【００２４】
以下に、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置の挙動を説明するために、送信波および反射波ならびにビート信号の挙動を詳細に説明する。図３（１）は、送信波および反射波の周波数の経時偏移を説明するためのグラフである。実線５１は送信波の周波数の経時偏移を表し、実線５２は、実線５１の送信波が目標物によって反射されて戻った反射波の周波数の経時偏移を表す。
【００２５】
送信波の周波数は、予め定める中心周波数Ｆ０を中心として、予め定める変調幅δｆだけ、予め定める掃引周期Ｗ１で周期的に増減するように偏移される。この偏移形態としては、三角波スイープ、鋸波スイープ、およびｓｉｎ波スイープが挙げられる。本実施形態では、三角波スイープさせている。具体的には、送信波の周波数は、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの増加期間Ｗ２で予め定める最小周波数ｆｍｉｎから予め定める最大周波数ｆｍａｘまで時間経過に比例して増加し、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの減少期間Ｗ３で最大周波数ｆｍａｘから最小周波数ｆｍｉｎまで時間経過に比例して減少する。最大および最小周波数ｆｍａｘ，ｆｍｉｎは、それぞれ中心周波数Ｆ０から変調幅δｆの半分の周波数だけ増加および減少した周波数である。中心周波数Ｆ０はたとえば６０ＧＨｚであり、変調幅δｆは、たとえば７５ＭＨｚである。このときの送信波の振動周波数はたとえば７５０Ｈｚであり、掃引周期Ｗ１はたとえば１．３ｍ秒である。増加および減少期間Ｗ２，Ｗ３の長さは同一であって掃引周期Ｗ１の半分の時間である。また周波数の増加および減少の各時間変化率の絶対値は等しい。
【００２６】
上述の送信波の放射時刻から該送信波の反射波の受信時刻までの遅延時間Ｗ４は、目標物とレーダ装置３１との相対距離に比例して増加する。また、送信波の最大および最小周波数ｆｍａｘ，ｆｍｉｎと、反射波の最大および最小周波数ｆｍａｘａ，ｆｍｉｎａとの周波数差δｆｃｗは、目標物とレーダ装置３１との相対速度に比例して増加する。ゆえに、反射波の周波数偏移の挙動は、周波数の偏移タイミングが遅延時間Ｗ４だけ送信波の周波数の偏移タイミングから遅延する点と、最大および最小周波数ならびに中心周波数が周波数差δｆｃｗだけ変化する点が異なり、周波数の時間変化率、変調幅δｆ、および掃引周期Ｗ１は等しい。ゆえに反射波は、周波数増加の開始時刻ｔ１から時刻ｔ２を経て減少開始時刻ｔ３まで時間経過に比例して増加し、減少開始時刻ｔ３から時刻ｔ４を経て減少終了時刻ｔ５まで時間経過に比例して減少する。時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５は、それぞれ送信波の周波数偏移の時刻ｔ０，ｔ２，ｔ４から遅延時間Ｗ４だけ遅れた時刻である。
【００２７】
図３（２）は、図３（１）に示す送信波および反射波を混合して生成されるビート信号を表すグラフである。ビート信号のビート周波数は、反射波の周波数増加の開始時刻ｔ１から送信波の周波数減少の開始時刻ｔ２まで、増加期間Ｗ２のビート周波数Ｆｕｐを保ち、反射波の周波数減少の開始時刻ｔ３から送信波の周波数減少の終了時刻ｔ１４まで、減少期間Ｗ３のビート周波数Ｆｄｎを保つ。増加期間Ｗ２に得られるビート信号をビート信号Ｂｕｐｎ、減少期間Ｗ３に得られるビート信号をビート信号Ｂｄｎｎとする。ｎは、１以上の任意の整数である。
【００２８】
ビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎのビート周波数Ｆｕｐ，Ｆｄｎは、送信波と反射波とのうなり周波数であって、目標物とレーダ装置３１との相対距離および相対速度が大きいほど大きくなる。また、局部発信信号の信号レベルは常に予め定めるレベルを保ち、受信信号の信号レベルは反射波の受信電界強度の経時変化に対応して変動する。このため、ビート信号は、反射波の受信電界強度の経時変化に対応して信号レベルが変化する脈動信号であり、信号レベルの交流成分の振幅の変化は、反射波の受信電化強度の経時変化に対応する。
【００２９】
図４は、測定角度および周波数に対する増加期間のビート信号Ｂｕｐｎの信号レベルの分布を表すグラフである。このグラフは、相互に直交する３本の軸線を有し、図面上で横方向の軸が測定角度を表し、奥行き方向の軸が周波数を表し、縦方向の軸がビート信号の信号レベルを表す。測定角度を表す軸と周波数を表す軸とによって規定される基準平面内の或る点から分布を表す曲面７１までの高さが、ビート信号の信号レベルの周波数成分に相当する。測定角度および周波数に対する減少期間のビート信号Ｂｄｎｎの信号レベルの分布は、雑音およびマルチパス妨害等の影響がなければ、その減少期間の直前の増加期間のビート信号Ｂｕｐｎの分布とほぼ等しい。
【００３０】
信号レベルは局部的に増加しており、信号レベルの極大点を含む部分が、目標物によって反射された反射波に対応する。この部分を、注目部分７５と称する。目標物が１つであるときには、図４に示すように注目部分７５は１つであり、目標物が２つであれば、注目部分７５は図５に表すように２つある。すなわち、反射波に干渉等がない場合、分布を表す曲面には、注目部分７５が、目標物の数と同数だけある。注目部分の角度範囲内には、レーダ装置３１から見て目標物の中心がある方向と基準方向との成す角度がある。
【００３１】
このように、測定角度および周波数を変数として受信電界強度の分布を求めると、ビート信号の信号レベルは、レーダ装置３１から目標物の中心に向かう方向およびビート信号の周波数によって定められる範囲で局部的に増加する。したがって、この分布を表す曲面７１の注目部分７５の位置および形状に基づいて、目標物の中心の位置および目標物の大きさを求めることができる。
【００３２】
以下に、ビート信号の周波数の偏移と送信波の放射方向の角変位との関係を説明する。図６は、送信波の周波数の経時変化を表すグラフである。ビート信号の周波数に送信波の放射方向の角変位の影響が加わらないようにするために、ＦＦＴ回路４０によってサンプリングするべきビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎを得る間、送信波の放射方向は固定されていることが好ましい。このために、たとえば、掃引周期Ｗ１の整数倍の期間Ｗ１１内に、変位装置４１によって送信波の放射方向を角変位させ、期間Ｗ１１終了後の期間Ｗ１２に、受信アンテナ３４と混合回路３８と増幅回路３９とによって、ビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎを得る。送信波は、期間Ｗ１１，Ｗ１２にわたって連続して放射されていてもよく、期間Ｗ１２だけ放射されるようにしてもよい。
【００３３】
本実施形態では、期間Ｗ１１は掃引周期Ｗ２の４倍であり、期間Ｗ１２は掃引周期Ｗ２と等しいとする。前述のサンプリングの観測開始時刻は、たとえば期間Ｗ１２の開始時刻に相当し、観測開始時刻の周期は、期間Ｗ１１，Ｗ１２の和と等しい。期間Ｗ１１内の放射方向の角変位量は、たとえば送信波のビーム幅θｂよりも小さく、たとえば０．１度〜１．０度である。送信波の放射方向を電気的手法によって変更する場合は、このような手順で送信波の放射方向を変更するとよい。
【００３４】
また、送信波の放射方向をモータ等を用いた機械的手法によって変更する場合、モータを停止させるときにモータに負荷がかかる。このため、モータにかかる負荷を減少させるために、送信波の周波数の偏移に影響を与えない程度の角速度で、送信波の放射方向を常に角変位させてもよい。たとえば、送信波の周波数が最小周波数から最大周波数に至り再び最初周波数に戻るまでの掃引を複数回繰返す間に、送信波の放射方向を前記角変位量だけ角変位させる。受信アンテナ３４と混合回路３８と増幅回路３９とは、この複数回の掃引のうちのいずれか１回において、ビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎを取得する。本実施形態では、掃引の回数をたとえば５回とする。これによって、モータに負荷をかけることなく、ビート信号に送信波の放射方向の角変位に起因する影響が加わることを防止することができる。
【００３５】
図７は、レーダ装置３１の信号処理動作を説明するためのフローチャートである。レーダ装置３１が起動されると、ステップａ１からステップａ２に進む。ステップａ２では、まず、変位装置４１が、送信波の放射方向を、基準方向から測定角度θｎだけずれた方向に変更する。ｎは、０以上の任意の整数である。次いで、発振回路３５と局部発振器３６と送信アンテナ３３とによって、送信波を放射させる。ステップａ３では、受信アンテナ３４が電磁波を受信して受信信号を生成し、受信信号を混合回路３８に与えて、ビート信号を生成させる。
【００３６】
ステップａ４では、ＦＦＴ回路４０が、ビート信号のサンプリング処理および周波数変換処理を行い、ビート信号の信号レベルの周波数ｆ１〜ｆＮの周波数成分を求める。周波数変換処理は、サンプリング時刻を変数とする信号レベルＬ１〜ＬＮを、周波数を変数として並べ直し、分布を求めるための処理である。周波数変換処理には、具体的には、たとえばＮ点の高速フーリエ変換法が用いられる。フーリエ変換の点数Ｎは、たとえば１２８点である。式１は、測定角度が角度θｎである観測開始時刻ｔａｍにおける周波数変換処理において、周波数ｆ１〜ｆＮのうちの任意の周波数ｆｎの周波数成分ｃｎ（ｔａｍ）を得るための高速フーリエ変換法の変換式である。得られた周波数成分ｃ１（ｔａｍ）〜ｃＭ（ｔａｍ）と測定角度θｎとは、相互に対応づけられて、たとえば信号処理回路４４内部のメモリに記憶される。
【００３７】
【数１】
2007047190.tif 000003
【００３８】
ステップａ５では、ステップａ２〜ａ４の動作がＮ回実行されたか否かを判定する。実行回数がＮ回未満であるとき、ステップａ５からステップａ２に戻り、変位装置４１によって測定角度θｎを予め定める前記角変位量だけ増加させて、ステップａ２〜ａ４の処理を繰返す。実行回数Ｎは、たとえば４０回である。実行回数がＮ回以上であるとき、ステップａ５からステップａ６に進む。ステップａ２〜ａ５の処理動作は、この処理動作中に目標物が移動したために相対距離を補正しなければならなくなることを防止することができる程度の時間内に実行される。この時間は、たとえば０．１秒である。
【００３９】
ステップａ６，ａ７では、信号処理回路４４が、ビート信号の信号レベルの分布の極大点を検出する手段として動作する。この動作を、図８を用いて説明する。図８は、図４，５に示す分布を表すグラフを簡略化して表したものである。まずステップａ６で、信号処理回路４４は、増加期間および減少期間のビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎそれぞれについて個別に、ステップａ２〜ａ５の処理によって得られた全ての信号レベルの周波数成分のうちで、測定角度が等しい周波数成分を用いて、周波数に対するビート信号の信号レベルの分布を表す曲線の極大点の周波数を求める。
【００４０】
この処理は、模式的には、まず、基準平面に垂直で奥行き方向の軸に平行でありかつ横方向の軸上で測定角度θｘを表す点を通る平面によって、分布を表す曲面７１を切取り、その断面を表す曲線７２を求める。図９は、或る測定角度θｘにおける周波数に対するビート信号の信号レベルの分布を表すグラフであり、上述の断面に相当する。次いで、この曲線７２の極大点の信号レベルＬｐを探す。極大点の信号レベルＬｐは、たとえば、予め定める基準レベル以上であって、その信号レベルに対応する測定角度を中心とした予め定める角度範囲内の測定角度に対応する信号レベルのうちで最大のものであるとする。最後に、得られた信号レベルＬｐの点の周波数を、極大点の周波数ｆｐとして取得する。この処理を、たとえば前記角変位量単位で測定角度θｘを増減させて、各測定角度毎に行う。
【００４１】
次いで、ステップａ７では、増加期間および減少期間のビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎそれぞれについて個別に、ステップａ２〜ａ５の処理によって得られた全ての信号レベルの周波数成分のうちで、ステップａ６で得られた極大点の周波数ｆｐに対応する周波数成分を用いて、測定角度に対するビート信号の信号レベルの分布を表す曲線の極大点の測定角度を求める。この処理は、模式的には、まず、前記分布を表す曲面７１を、基準平面に垂直で横方向の軸に平行でありかつ奥行き方向の軸上で極大点の周波数ｆｐを表す点を通る平面で切取り、その断面を表す曲線７３を求める。図１０は、極大点の周波数ｆｐにおける測定角度に対するビート信号の信号レベルの分布を表すグラフであり、上述の断面に相当する。次いで、この曲線７３上で、信号レベルが前記信号レベルＬｐである点を探し、その点の測定角度を取得する。ステップａ７の処理は、極大点が複数得られている場合、各極大点毎に行う。
【００４２】
ステップａ８では、信号処理回路４４が、ビート信号の信号レベルの分布を表す曲面の注目部分を抽出する手段として動作する。このために信号処理処理回路４４は、目標物が存在する角度範囲を求める。レーダ装置３１から見て目標物が存在する角度範囲は、レーダ装置３１と対面する目標物の面の水平方向の一方端部に送信波が当たったときの測定角度θＬと、前記面の水平方向の他方端部に送信波が当たったときの測定角度θＲとを両端とする範囲であるとする。この角度範囲は、図４，５，８のグラフの注目部分の角度範囲に相当する。
【００４３】
具体的には、まず、信号処理回路４４は、増加期間および減少期間のビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎそれぞれについて個別に、ステップａ６で得られた極大点の周波数ｆｐにおける測定角度に対する信号レベルの分布に基づいて、角度範囲の両端の測定角度θＬ，θＲを探す。この測定角度θＬ，θＲは、具体的には、図１０に示すように、極大点の信号レベルＬｐよりも予め定める基準レベルΔＬだけ小さい信号レベルＬｂに対応する測定角度であるとする。基準レベルΔＬは、たとえば１０ｄＢ〜２０ｄＢである。
【００４４】
次いで、信号処理回路４４は、角度範囲の角度幅Δθａを求める。角度幅Δθａは、たとえば式２に示すように、測定角度θＲから測定角度θＬを減算した差である。さらに、信号処理回路４４は、角度範囲の中心角度θｍを求める。中心角度θｍは、たとえば式３に示すように、測定角度θＬ，θＲの中間の角度である。角度幅Δθａと中心角度θｍとは、その算出に用いられた極大点の信号レベルＬｐおよび周波数ｆｐに対応づけられて、メモリに記憶される。ステップａ８の処理は、極大点が複数ある場合、各極大点毎に行う。
Δθａ ＝ θＲ−θＬ                                          …（２）
θｍ ＝ （θＲ−θＬ）／２＋θＬ                            …（３）
【００４５】
角度幅Δθａがビーム幅θｂ未満である場合、角度幅Δθａは、送信アンテナ３３のアンテナ特性に基づいて定められる基準角度幅θｃを変数として増減する値になると考えられる。基準角度幅θｃは、図２の主ローブ５１を表す曲線上で、最大放射方向の電界強度Ｅｐから予め定める電界強度ΔＬだけ低い電界強度Ｅｎに相当する点ｐｂ３，ｐｂ４間の幅である。実験的には、角度幅Δθａは、基準角度幅θｃとほぼ等しくなった。
【００４６】
再び図７を参照する。ステップａ９では、信号処理回路４４が判定手段として働き、増加期間および減少期間のビート信号の信号レベルの分布毎に、ステップａ８で求められた角度範囲が相互に重複するか否かを判定する。角度範囲が重複するとき、ステップａ９からステップａ１０に進み、重複しないとき、ステップａ９からステップａ１１に進む。ステップａ１０では、信号処理回路４４は、重複する複数の角度範囲の極大点に基づいて、角度範囲を再設定し、前記複数の角度範囲を１つにする。再設定後、ステップａ１０からステップａ１１に進む。
【００４７】
ステップａ６〜ａ１０の処理によって、増加期間および減少期間のビート信号それぞれについて、該ビート信号の分布の極大点のデータの変数として、極大点の周波数ｆｐおよび信号レベルＬｐならびに該極大点を含む角度範囲の角度幅Δθａおよび中心角度θｍが得られる。この極大点のデータは、その極大点を含む注目部分を極大点を通り角度を表す軸に平行に切取った断面を表す曲線形状を表すものである。表１は、増加期間および減少期間のビート信号の極大点Ｐｕｐ１〜Ｐｕｐ３，Ｐｄｎ１〜Ｐｄｎ３のデータの一例を表す。
【００４８】
【表１】
2007047190.tif 000004
【００４９】
ステップａ１１では、信号処理回路４４は、同じ目標物からの反射波を表す増加および減少期間の分布の注目部分を組合わせる。このために信号処理回路４４は、増加期間のビート信号Ｂｕｐｎの各極大点Ｐｕｐｉのデータと、減少期間のビート信号Ｂｄｎｎの各極大点Ｐｄｎｉのデータとを比較して、基準平面上でほぼ同じ位置にありかつ形状がほぼ等しい注目部分の極大点のデータの組合わせを、同じ目標物から反射波を表す注目部分の極大点のデータとして選ぶ。ｉは任意の自然数である。
【００５０】
たとえば、まず、任意の極大点Ｐｕｐｉ、Ｐｕｐｉを選択し、その周波数ｆｐの差、信号レベルＬｐの差、角度範囲の中心角度θｍの差、および角度幅Δθａの差をそれぞれ求める。次いで、周波数ｆｐの差が予め定める第１基準値未満であるか否か、信号レベルＬｐの差が予め定める第２基準値未満であるか否か、角度範囲の中心角度θｍの差が予め定める第３基準値未満であるか否か、および角度幅Δθａの差が予め定める第４基準値未満であるか否かをそれぞれ調べる。
【００５１】
全ての差がその基準値未満であるとき、極大点Ｐｕｐｉ，Ｐｄｎｉを個別に含む２つの注目部分の形状が類似しているとみなし、それら注目部分が同じ目標物からの反射波を表するものであると判定する。いずれか１つの差がその基準値以上であるとき、極大点Ｐｕｐｉ，Ｐｄｎｉを個別に含む２つの注目部分の形状が異なると見なし、それら注目部分が同じ目標物からの反射波を表していないと判定する。
【００５２】
この判定を、たとえば、極大点の周波数ｆｐの差が予め定める値未満である極大点Ｐｕｐｉ，Ｐｄｎｉの全ての組合わせを網羅するように、極大点Ｐｕｐｉ，Ｐｄｎｉの組合わせを変えて繰返し、その注目部分が同じ目標物からの反射波を表すと判定された極大点Ｐｕｐｉ，Ｐｄｎｉのデータをメモリに記憶させる。また、これら両極大点Ｐｕｐｉ，Ｐｄｎｉの各変数の値を平均値を求め、その平均値も併せて記憶させるようにしてもよい。
【００５３】
また、この判定によって、全ての前記差がその基準値未満である組合わせが複数得られた場合、これら組合わせのうちで、周波数ｆｍの差が最小である組合わせの極大点Ｐｕｐｉ，Ｐｄｎｉを、同じ目標物からの反射波に対応するものとして選択する。またこの選択の基準は、信号レベルのＬｐの差、中心角度θｍの差、または角度幅Δθａの差を用いても良く、これら４種類の差のうちの２つ以上のものが最小であるものを選択するようにしてもよい。また、注目部分の形状および位置を比較することができる変数であれば、他の変数を用いても良い。
【００５４】
たとえば表１の例で、極大点Ｐｕｐ１，Ｐｄｎ１を組合わせた場合と、極大点Ｐｕｐ２，Ｐｄｎ１を組合わせた場合とを考えると、前者の方がデータの各変数の差が小さい。ゆえに、前者の組合わせを選択する。極大点Ｐｕｐ１，Ｐｕｐ２は、その中心角度と角度幅とから、角度範囲が重複していることが分かる。ゆえに、この極大点Ｐｕｐ１，Ｐｕｐ２を個別に含む２つの注目部分は、たとえば反射波の干渉によって単一の目標物からの反射波の信号レベルが局所的に減少したために、本来単一の注目部分になる筈のものが分割されたものであると考えられる。ゆえに、この組合わせ処理によって、上述の理由で複数に分割された注目部分を１つの注目部分と考え、その極大点を以後の処理に用いることができる。
【００５５】
また、表１の例で、極大点Ｐｕｐ３，Ｐｄｎ２を組合わせた場合と、極大点Ｐｕｐ３，Ｐｄｎ３を組合わせた場合とを考えると、両者のデータの各変数の差がほぼ等しい。極大点Ｐｄｎ２，Ｐｄｎ３を比較すると、その極大点の周波数および信号レベルがほぼ一致し、角度範囲も重複していることが分かる。このため、この２つの極大点を個別に含む２つの注目部分も、本来単一の注目部分になる筈のものが分割されたものであると考えられる。この場合、信号処理回路４４は、極大点Ｐｄｎ２，Ｐｄｎ３の各変数の値に基づいて、新たに極大点のデータを作成し、この極大点のデータと極大点Ｐｕｐ３のデータとを組合わせて、以後の処理に用いる。新たな極大点のデータの各変数の値は、たとえば極大点Ｐｄｎ２，Ｐｄｎ３の各値の平均値であり、表１の例では、周波数が７５Ｈｚ、中心角度が４．１度、角度幅が２．８度である。この組合わせ処理によっても、上述の理由で複数に分割された注目部分を１つの注目部分と考え、その極大点を以後の処理に用いることができる。
【００５６】
再び図７を参照する。ステップａ１２では、信号処理回路４４は、目標物の相対距離および相対速度を算出する手段として動作する。具体的には、信号処理回路４４は、ステップａ１１で組合わせられた極大点のデータのうちの周波数を式４および式５に代入して、レーダ装置１１と目標物との相対距離Ｒおよび相対速度ｖを算出する。相対距離Ｒは、車両６１のレーダ装置３１のアンテナと、目標物の送信波を反射する面とを両端とし、基準方向６５に平行な線分の長さであるとする。相対速度ｖは、レーダ装置１１に目標物が近付く方向への速度を正の値で表し、遠ざかる方向への速度を負の値で表す。
【００５７】
式４，５において、「ｆｕｐ」は、増加期間のビート信号Ｂｕｐｎの極大点Ｐｕｐｉの周波数ｆｐであり、「ｆｄｎ」は、減少期間のビート信号Ｂｄｎｎの極大点Ｐｄｎｉの周波数ｆｐである。係数Ｋｒは、式６で示すように、送信波の中心周波数Ｆ０と変調幅δｆとを変数とする予め定める関数Ｆ（）によって求められる。また、係数Ｋｖは、式７に示すように規定される。ｃは光速度である。
【００５８】
【数２】
2007047190.tif 000005
【００５９】
Ｋｒ ＝ Ｆ（Ｆ０，δｆ）                                       …（６）
Ｋｖ ＝ ２・Ｆ０／ｃ                                           …（７）
この算出処理で用いられる極大点のデータは、それを組合わせるときに角度範囲の中心角度θｍおよび角度幅Δθａを参照している。これによって、極大点を含む注目部分の形状を比較していることになるので、異なる目標物に対応する増加および減少期間の分布の注目部分の極大点を組合わせることを未然に防止することができる。したがって、ステップａ１１で組合わされたデータを用いて相対距離Ｒおよび相対速度ｖを算出する場合、その精度を従来技術のレーダ装置によって算出された相対距離および相対速度よりも向上させることができる。
【００６０】
ステップａ１３では、信号処理回路４４は、注目部分の位置および形状に基づいて、目標物の中心位置を算出する手段として働く。概略的には、該回路４４は、基準方向と成す角度が前記中心角度θｍになる方向に目標物の中心があると見なして、目標物の中心位置を、ステップａ１２で求められた相対距離Ｒと、ステップａ１１で組合わせられた極大点のデータのうちの角度幅Δθａおよび中心角度θｍとに基づいて算出する。次式で「（θＲ−θＬ）／２＋θＬ」は、目標物の中心がある方向と基準方向とのなす角度を表す。
【００６１】
具体的には、ｘｙ直交座標系のｘ座標軸が基準方向と平行であり、ｙ座標軸が基準方向に垂直でかつ地表に平行であり、原点がレーダ装置３１と一致すると仮定すると、目標物の中心の位置のｘ座標は相対距離Ｒと等しい値になり、ｙ座標は以下の式によって求められる。これによって、送信波のビーム幅を狭くすることなく、目標物の中心の位置を求めることができる。また、分布を表す曲線の極大点をそのまま中心の位置のｙ座標とするときよりも、目標物の中心位置を正確に求めることができる。
中心位置 ＝ Ｒ×ｔａｎ｛（θＲ−θＬ）／２＋θＬ｝
＝ Ｒ×ｔａｎ｛Δθａ／２＋θＬ｝                     …（８）
【００６２】
ステップａ１４では、信号処理回路４４は判定手段として働き、相対距離Ｒが予め定める基準距離Ｒｔｈを越えるか否かを判定する。相対距離Ｒが基準距離Ｒｔｈを越えるとき、ステップａ１５に進み、相対距離Ｒが基準距離Ｒｔｈ以下であるとき、ステップａ１６に進む。ステップａ１５，ａ１６では、信号処理回路４４は、注目部分の位置および形状に基づいて、目標物の走査方向に平行な方向の幅を算出する手段として働く。具体的には、ステップａ１５では、前記幅が角度幅Δθａを変数として増減するものと考えて、前記幅を、相対距離Ｒとステップａ１１で組合わせられた極大点のデータの角度範囲の測定角度θＲ，θＬとに基づいて、式９によって算出する。ステップａ１６では、前記幅は角度幅Δθａとビーム幅θｂとの差分を変数として増減するものと考えて、相対距離Ｒと前記測定角度θＲ，θＬとに基づいて、式１０によって算出する。
幅 ＝ Ｒ×tanθＲ−Ｒ×tanθＬ                                 …（９）
幅 ＝ Ｒ×tan（θＲ−θb/2）−Ｒ×tan（θＬ−θb/2）           …（10）
【００６３】
相対距離に応じて幅の算出手法を変更するのは、以下の理由からである。角度幅Δθａは、目標物がレーダ装置から遠ざかるほど小さくなる。ゆえに、或る相対距離だけレーダ装置３１から離れた目標物が存在する角度幅Δθａとビーム幅θｂとが等しい場合でも、その目標物がレーダ装置３１から或る相対距離以上に遠ざかれば、角度幅Δθａがビーム幅θｂ未満になり、目標物がレーダ装置３１に或る相対距離未満まで近付けば、角度幅Δθａがビーム幅θｂを越える。このため、角度幅Δθａと相対距離Ｒと目標物の大きさとの関係が、相対距離Ｒに応じて変化する。上述の目標物の走査方向の幅を式９によって求める場合、角度幅Δθａがビーム幅θｂを越えるである場合には誤差が少ないが、角度幅Δθａがビーム幅以下である場合には誤差がでることがある。この誤差を少なくするために、本実施形態のレーダ装置３１では、相対距離Ｒと基準距離Ｒｔｈとの大小関係に応じて、幅を算出するための式を変更する。これによって、幅の誤差を小さくすることができる。ステップａ１５，ａ１６にいずれかで幅を算出すると、信号処理回路４４の処理動作を終了して、ステップａ１７に進む。
【００６４】
ステップａ１７では、アプリケーション装置４５が判定手段として働き、ステップａ６〜ａ１６の処理によって求められた目標物の中心位置および幅に基づいて、目標物が車両の走行を妨げる可能性があるか否かを判定する。目標物が車両の走行の妨げになる場合は、ステップａ１７からステップａ１８に進む。妨げにならない場合は、ステップａ１７からステップａ１９に進み、信号処理動作を終了する。
【００６５】
目標物が車両の走行を妨げるか否かの判定は、たとえば、車両の中心を通り前方方向に平行な仮想軸線を考え、まず、その仮想軸線と目標物の中心位置との位置関係を調べる。目標物の中心の位置が仮想軸線上にあれば、その目標物は車両の走行を妨げる可能性があると見なす。目標物の中心の位置が仮想軸線から離れた位置にある場合、次いで、その目標物の幅に基づいて、目標物の端部が仮想軸線上に至るか否かを調べる。たとえば、目標物の中心の位置が仮想軸線に極めて近い位置にある場合でも、目標物の幅が中心の位置と仮想軸線との距離未満であれば、その目標物は、車両の走行を妨げない。逆に、目標物の中心の位置が仮想軸線から遠ざかった位置にある場合でも、目標物の幅が中心の位置と仮想軸線との距離以上である場合、目標物の端部が仮想軸線上にくるので、その目標物は車両の走行を妨げる恐れがあるとみなす。このように、本実施形態のレーダ装置３１では、目標物の正確な位置と大きさとが分かっているので、目標物が車両の走行の妨げになるか否かを確実に求めることができる。
【００６６】
また、上述の判定は、目標物と車両との位置関係だけでなく、車両の走行状態、および車両の走行している道路の交通状態を加味して行っても良い。車両の走行状態は、たとえば、車速センサ、ヨーレイトセンサおよびステアリングセンサを含む各種のセンサによって計測された情報に基づいて、求められる。道路の交通状態は、ナビゲーション装置およびそれに備えられたセンサによって計測された情報に基づいて、求められる。
【００６７】
ステップａ１８では、アプリケーション装置４５は、車両の部品を制御して、目標物を回避するための回避動作を行わせる。たとえば、車両に警報機を取付ておき、車両の走行を妨げる目標物があるときは、警報機によって警告音を発生させる。これによって、車両の運転者が車両の走行の妨げとなる目標物があることを認識することができ、車両の走行方向を変更することができる。したがって、車両が目標物に接近する前に、目標物を避けることができる。また、ハンドルのシャフトに電気的に制御可能な動力源を取付け、車両の走行を妨げる目標物があるときには、動力源によってハンドルが回転されて、車両の進行方向を目標物を避けることができる方向に変化させるようにしてもよい。これによって、目標物に車両が接近する前に、目標物を避けることができる。
【００６８】
さらにまた、車両のブレーキに電気的に制御可能な動力源を取付け、車両の走行を妨げる目標物があるときには、動力源によってブレーキを作動させて、車両の走行速度を減少させる。これによって、車両の走行の妨げとなる目標物に車両が急接近することを未然に防止することができる。さらにまた、車両のスロットル弁に電気的に制御可能な動力源を取付け、車両の走行を妨げる目標物があるときには、動力源によってスロットル弁の弁開度を減少させて、車両の走行速度を減少させる。これによっても、車両の走行の妨げとなる目標物に車両が接近することを未然に防止することができる。また、これらの回避動作では、車両が停止する程度まで車両の走行速度を減少させてもよく、また目標物との相対距離が縮まらない程度の速度で目標物を追尾させてもよい。これら４種類の回避動作は例示であり、他の回避動作を行っても良い。また、これらの回避動作は、個別に実行してもよく、一部の動作を組合わせて実行してもよく、すべての動作を同時に実行してもよい。
【００６９】
物体の回避動作が終了するとステップａ１９で信号処理動作を終了する。この一連の動作によって、レーダ装置３１では、送信波のビーム幅に拘わりなく、目標物の位置および大きさを精密に算出することができる。また、送信波のビーム幅が限定されないので、ビーム幅を第２の従来技術のレーダ装置よりも広げることによって、従来のレーダ装置と同等の精度で目標物の位置および大きさを算出することができレーダ装置を、容易に小型化することができる。
【００７０】
ステップａ９の判定は、以下の第１および第２の理由のために行われる。第１の理由は、以下の通りである。反射波の受信電界強度が受信アンテナ３４によって受信される雑音成分に近い場合、雑音成分が増加したことに起因して信号レベルが増加したために生じた前記極大点を含む部分を、注目部分であると誤認して、その角度範囲を求めていることがある。このために、信号処理回路４４は、重複する角度範囲のうちから目標物の反射波を表す注目部分の角度範囲だけを選択する。
【００７１】
第２の理由は、以下の通りである。目標物表面の送信波を反射する面に凹凸等があり複雑であると、この面内の複数の箇所からの反射波が干渉し、その受信電界強度が低下することがある。このために、目標物からの反射波の受信電界強度は、本来送信波が反射する面のどこに当たってもほぼ同一の値になる筈にも拘わらず、局部的に低下することがある。また、反射する面の複数の箇所で反射率が異なることがあり、この場合にも、反射波の受信電界強度が局部的に低下することがある。このことは、たとえば、送信波のビーム幅が目標物が存在する角度範囲未満であるときに良く起こる。このとき、目標物が１つであるにも拘わらず、分布を表す曲面に注目部分が複数できる。したがって、この場合、信号処理回路４４は、ステップａ１１で、複数の注目部分を１つの目標物を表すものとして統合し、統合された注目部分に基づいて角度範囲を再設定する。
【００７２】
角度範囲の再設定処理を、図１１を参照して説明する。図１１は、目標物が１つだけ存在する場合の極大点の周波数ｆｐにおける測定角度に対するビート信号の信号レベルの分布を表すグラフである。分布を表す曲線８０の極大点のうち、信号レベルが基準レベルの極大点８１，８２の角度範囲が重複している。極大点８１，８２の角度範囲の角度幅を、角度幅Δθａ１、Δθａ２とする。角度範囲の再設定手法は、２種類ある。
【００７３】
角度範囲の再設定の第１の手法では、角度範囲が重複する極大点８１，８２のうちから信号レベルが最大である極大点８１を選択し、その極大点８１の角度範囲だけを採用して、残余の極大点８２の角度範囲を以後の処理に用いないようにする。角度幅と中心角度とは、極大点８１の角度範囲に基づいて算出する。この手法を用いた場合、第１の理由によって角度範囲が重複していたときに、雑音成分に起因する角度範囲を以後の処理に用いないようにすることができる。
【００７４】
角度範囲の再設定の第２の手法では、まず、角度範囲が重複する極大点８１，８２のうちから信号レベルが最大である極大点８１を選択する。次いで、重複する角度範囲全体の信号レベルの分布のうちで、選択された極大点８１の信号レベルよりも予め定めるレベルΔＬだけ信号レベルが小さい点を検出する。図１１の例では、点８３〜８８が検出される。最後に、検出された点のうちで最も外側の２点の角度を、測定角度θＲ，θＬとして取得する。図１１の例では、測定角度が最小の点８３と測定角度が最大の点８８とが選択され、これら２点８３，８８の測定角度が、測定角度θＲ，θＬとして取得される。これらの測定角度θＲ，θＬを用いて、式２，３によって角度幅Δθａと中心角度θｍとを求め、その角度幅Δθａと中心角度θｍとを、選択された極大点８１の信号レベルおよび周波数に対応付けてメモリに記憶させる。
【００７５】
また、測定角度θＲ，θＬを求めるとき、複数の極大点８１，８２の包絡線を求め、この包絡線上で受信電界強度が極大点の受信電界強度よりも電界強度ΔＬだけ受信強度が小さい点を検出し、これら点に対応する角度を測定角度θＲ，θＬとしてもよい。この手法を用いた場合、第２の理由によって角度範囲が重複していたときに、それら角度範囲をまとめて、１つの目標物に対応する角度範囲を得ることができる。また、重複する角度範囲全体をそのまま１つの角度範囲としてもよい。
【００７６】
以下に、本発明の第２の実施形態のレーダ装置の信号処理方法を用いたレーダ装置について説明する。第２の実施形態のレーダ装置の電気的構造は、第１の実施形態のレーダ装置３１と比較して、ＦＦＴ回路４０が削除され、増幅回路３９からの出力が直接信号処理回路４４に与えられる点が異なり、他は等しい。また、信号処理回路４４の信号処理動作が変更されている。同一の構造および挙動の構成部品には同一の符号を付し、説明は省略する。
【００７７】
図１２は、第２実施形態のレーダ装置の信号処理動作を説明するためのフローチャートである。このフローチャートは図７のフローチャートと類似の動作を行うステップを含み、そのステップの詳細な説明は省略する。レーダ装置が起動されると、ステップａ１からステップａ２に進む。ステップｂ２〜ｂ５の処理動作は、ステップｂ４の処理動作以外は、ステップａ２〜ａ５と等しい。
【００７８】
ステップｂ４では、信号処理回路４４が相対距離および相対速度を算出する手段として動作する。具体的には、まず、測定角度θｎが等しい増加期間および減少期間のビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎ毎に、そのビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎのビート周波数ｆｕｐ，ｆｄｎを求め、このビート周波数を極大点の周波数ｆｐに代わって式４，５に代入して、相対距離Ｒおよび相対速度ｖを算出する。このとき、測定角度θｎが等しいビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎが複数あるとき、たとえば、ビート周波数の差が最小のビート信号の組合わせ、または信号レベルの差が最小のビート信号の組合わせを選択して、上述の算出処理を行う。この相対距離Ｒおよび相対速度ｖは、前記ビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎの信号レベルおよび測定角度θｎと対応づけられて記憶される。また、両ビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎの信号レベルが異なる場合、両ビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎの信号レベルの平均値、または両ビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎのうちで高い方のレベルを、対応付けておく。
【００７９】
ステップｂ５では、ステップａ５と同じ判定を行い、ステップｂ２〜ｂ４の動作の実行回数がＮ回未満であるとき、ステップｂ５からステップｂ２に戻り、変位装置４１によって測定角度θｎを前記角変位量だけ増加させて、ステップｂ２〜ｂ４の処理を繰返す。実行回数がＮ回以上であるとき、ステップｂ５からステップｂ６に進む。
【００８０】
ステップｂ６，ｂ７では、信号処理回路４４が、ビート信号の信号レベルの分布の極大点を検出する手段として動作する。まずステップａ６で、信号処理回路４４は、予め定める複数の相対速度それぞれについて、その相対速度を含み予め定める範囲の相対速度に対応づけられたビート信号の信号レベルの測定角度および相対距離に対する分布を求める。この分布を表すグラフは、図４，５のグラフの奥行き方向の軸が表す変数を、周波数から相対距離に置換えたものである。またこのグラフは、複数の相対速度それぞれについて作成される。また、予め定める範囲は、たとえば、ＦＦＴ処理の分解能と同程度とする。
【００８１】
ステップｂ７，ｂ８では、信号処理回路４４は、ステップｂ６で作成された分布の注目部分の抽出およびその形状を表すデータの算出を行うための手段として動作する。具体的には、ステップｂ７では、信号処理回路４４は、或る相対速度について作成された分布に基づいて、相対距離が等しい信号レベル毎に、測定角度に対するそれら信号レベルの分布を表す曲線の極大点の測定角度および相対距離を求める。この処理の具体的な手法は、ステップａ７の処理と比較して、ステップａ６で求められた極大点の周波数だけについて行う処理を、予め定める複数の測定角度θｎに対して行う点が異なり、他は等しい。ステップｂ８では、信号処理回路４４が、目標物が存在する角度範囲を求める手段として動作し、ステップａ８と同様の処理によって、角度範囲の中心角度θｍおよび角度幅Δθａを求める。角度幅Δθａと中心角度θｍとは、その算出に用いられた極大点の信号レベルＬｐおよび相対距離に対応づけられて、メモリに記憶される。
【００８２】
ステップｂ９では、信号処理回路４４が判定手段として働き、前記相対速度について作成された分布に基づいて、ステッｂ８で求められた角度範囲が相互に重複するか否かを判定する。角度範囲が重複するとき、ステップｂ９からステップｂ１０に進み、角度範囲の再設定処理を行い、ステップａ１１に進む。重複しないとき、ステップｂ９からそのままステップｂ１１に進む。ステップｂ９，ｂ１０の処理は、ステップａ９，ａ１０の処理と等しい。
【００８３】
ステップｂ１１では、信号処理回路４４は、注目部分の位置および形状に基づいて目標物の中心位置を算出する手段として働く。ステップｂ１２では、信号処理回路４４は判定手段として働き、相対距離Ｒが予め定める基準距離Ｒｔｈを越えるか否かを判定する。相対距離Ｒが基準距離Ｒｔｈを越えるとき、ステップｂ１３に進み、相対距離Ｒが基準距離Ｒｔｈ以下であるとき、ステップｂ１４に進む。ステップｂ１３，ｂ１４では、信号処理回路４４は、注目部分の位置および形状に基づいて目標物の走査方向に平行な方向の幅を算出する手段として働く。ステップｂ１１〜ｂ１４の処理動作は、ステップａ１３〜ａ１６の処理動作と比較して、ステップａ１１の組合わせ処理によって得られた角度範囲に代わって、ステップｂ８で得られた角度範囲を用いる点が異なり、他は等しい。ステップｂ１３，ｂ１４のいずれかで幅を算出すると、信号処理回路４４の処理動作を終了して、ステップｂ１５に進む。
【００８４】
ステップｂ１５では、信号処理回路４４は判定手段として動作し、ステップｂ６で作成した全ての相対速度についての分布に対して、ステップｂ７〜ｂ１４の処理が行われたか否かを判定する。処理が行われていないものがあるときには、ステップｂ１５からステップｂ７に戻り、処理が行われていないものに対して、上述の処理を行う。全てのものに対して処理が行われたと判定されたときは、ステップｂ１５からステップｂ１６に進む。
【００８５】
ステップｂ１６では、ステップａ１７と同様に、アプリケーション装置４５が判定手段として働き、ステップｂ７〜ｂ１４の処理によって求められた目標物の位置および幅に基づいて、目標物が車両の走行を妨げる可能性がある位置にいるか否かを判定する。目標物が車両の走行の妨げになる場合は、ステップｂ１６からステップｂ１７に進み、目標物の回避処理を行った後、ステップｂ１８で信号処理動作を終了する。また、妨げにならない場合は、ステップｂ１６から直接ステップｂ１８に進み、信号処理動作を終了する。ステップｂ１６，ｂ１７の詳細な動作は、ステップａ１７，ａ１８と等しい。
【００８６】
この一連の動作によって、第２実施形態のレーダ装置では、送信波のビーム幅に拘わりなく、目標物の位置および大きさを精密に算出することができる。また、送信波のビーム幅が限定されないので、ビーム幅を第２の従来技術のレーダ装置よりも広げることによって、従来のレーダ装置と同等の精度で目標物の位置および大きさを算出することができるレーダ装置を、容易に小型化することができる。
【００８７】
図７，１２のフローチャートは例示であり、第１および第２実施形態のレーダ装置の信号処理動作は、図７，１２のフローチャートで説明した動作の一部分だけを実行するようにしてもよい。たとえば、ステップａ９，１０；ｂ９，ｂ１０を省略してもよい。また、ステップａ１４，ｂ１２を削除して、ステップａ１３、ｂ１１終了後は、ステップａ１５，１６；ｂ１３，ｂ１４のいずれか一方の動作を実行するようにしてもよい。また、ステップａ４，ｂ４の処理は、ステップａ５，ｂ５の後でまとめて実行するようにしてもよい。
【００８８】
さらにまた、アプリケーション装置４５の処理は、上述の回避動作に限らず、他の動作であってもよい。また、レーダ装置３１は、アプリケーション装置の動作に応答して、目標物の位置または大きさだけを算出するようにしてもよい。また、上述のレーダ装置では、ステップａ６〜ａ１８；ｂ６〜ｂ１７の処理を、信号処理回路４４およびアプリケーション装置４５の演算処理によって行っているが、各ステップの処理動作だけを行う手段を個別に準備して、それらによって個別に行ってもよい。
【００８９】
第１および第２実施形態のレーダ装置は本発明のレーダ装置の信号処理方法の例示であり、主要な動作が等しければ、他の様々な形で実施することができる。特に各回路および装置の詳細な動作は、その目的が達成されれば、これに限らず他の動作によって実現されてもよい。また、このレーダ装置の信号処理方法は、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置以外のレーダ装置に用いられても良い。さらにまた、レーダ装置の信号処理方法は、コンピュータの記憶媒体に上述の信号処理方法を実行するためのソフトウエアに記憶させ、このソフトウエアをレーダ装置の制御を行うコンピュータにインストールすることによって実現してもよい。この記憶媒体には、ＣＤ−ＲＯＭおよびフレキシブルディスクが挙げられる。
【００９０】
本発明は、次の実施の形態が可能である。
（１）時間経過に伴って周波数が増加および減少する電磁波である送信波を、放射方向を角変位させつつ送信し、送信波が目標物によって反射された反射波を受信し、送信波と反射波とを混合した混合信号に基づいて目標物の位置に関する情報を求めるレーダ装置の信号処理方法において、送信波の周波数が増加する増加期間および送信波の周波数が減少する減少期間毎に、周波数および予め定める基準方向と送信波の放射方向との成す角度に対する混合信号の信号レベルの分布を求め、増加期間および減少期間の分布を表す曲線を比較して、極大点を含む予め定める範囲の曲線形状が類似する極大点を求め、求められた増加期間および減少期間の極大点の周波数に基づいて、目標物とレーダ装置との相対距離および相対速度を求め、該極大点を含む前記範囲の分布に基づいて、目標物の位置および大きさを求めることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【００９１】
レーダ装置の信号処理方法では、上述のように、まず周波数と角度とに対する混合信号の信号レベルの分布を作成し、この分布に基づいて、目標物の位置および大きさならびに目標物とレーダ装置との相対距離および相対速度を算出する。送信波の電界強度が一定である場合、混合信号の信号レベルは、反射波の受信電界強度が増減するのに伴って増減する。ゆえに、上述のように混合信号の信号レベルに基づいて処理を行うことは、反射波の受信電界強度に基づいて処理を行うことと等しい。これによって、送信波のビーム幅に拘わりなく、目標物の位置および大きさを精密に算出することができる。また、送信波のビーム幅が限定されないので、ビーム幅を第２の従来技術のレーダ装置よりも広げることができる。これによって、レーダ装置を容易に小型化することができる。
【００９２】
さらに、増加期間と減少期間との極大点の組合わせを前記分布を用いて求めるので、組合わせを求めるために送信波の放射角度と基準角度との成す角度を参照することができる。これによって、異なる目標物からの反射波を表す極大点を組合わせることを未然に防止することができるので、相対距離および相対速度の計算誤りを防止することができる。したがって、相対距離および相対速度の計算精度を向上させることができる。
【００９３】
（２）増加期間および減少期間の周波数が等しい信号レベルの分布毎に、分布の極大点の角度を含み、極大点の信号レベルよりも予め定める基準レベルだけ信号レベルが小さい第１および第２角度であって極大点の角度から第１および第２角度に近付くに伴って信号レベルが減少する第１および第２角度を両端とする角度範囲を求め、増加期間および減少期間の分布の極大点の周波数と信号レベルと角度範囲とを比較して、信号レベルと角度範囲と周波数とが等しい極大点の組合わせを、曲線形状が類似する極大点とすることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【００９４】
レーダ装置の信号処理方法では、曲線形状が類似する極大点を求めるために、両期間の極大点の信号レベルおよび周波数ならびに該極大点を含む角度範囲をそれぞれ比較する。これによって、数値の比較によって、前記類似する極大点を求めることができる。したがって、演算処理を容易にすることができる。
【００９５】
（３）増加期間および減少期間の周波数が等しい信号レベルの分布に極大点が複数ある場合、各極大点毎に角度範囲を求め、複数の極大点のうちで信号レベルが最大である極大点の角度範囲に基づいて、目標物の位置および大きさを求めることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【００９６】
レーダ装置の信号処理方法では、或る周波数の分布の極大点が複数あるとき、その信号レベルが最大の極大点に基づいて、目標物の大きさおよび位置を求める。これによって、たとえば反射波に多数の雑音成分が混入しており、かつ目標物からの反射波の受信電界強度が雑音成分の受信電界強度に近い場合にも、目標物の大きさおよび位置を確実に求めることができる。
【００９７】
（４）増加期間および減少期間の周波数が等しい信号レベルの分布に極大点が複数ある場合、各極大点毎に角度範囲を求め、各極大点の角度範囲のうちで相互に重複する角度範囲に基づいて、単一の目標物の位置および大きさを求めることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【００９８】
レーダ装置の信号処理方法では、或る周波数の分布の極大点が複数あり、かつ各極大点の角度範囲が相互に重複するとき、重複した角度範囲の曲線全体が、或る目標物からの反射波を表すものと見なして、目標物の大きさおよび位置を求める。これによって、たとえば目標物が存在する角度範囲よりも送信波のビーム幅が小さいために反射波に干渉が生じる場合でも、目標物の大きさおよび位置を確実に求めることができる。
【００９９】
（５）増加期間および減少期間の分布の各極大点毎に、周波数の差と角度範囲の中心角度の差と角度範囲の大きさの差と信号レベルの差とを求め、周波数の差が予め定める第１基準値未満であり、角度範囲の中心角度の差が予め定める第２基準値未満であり、角度範囲の大きさの差が予め定める第３基準値未満であり、かつ信号レベルの差が予め定める第４基準値未満である増加期間および減少期間の分布の極大点を、曲線形状が類似する極大点とすることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【０１００】
レーダ装置の信号処理方法では、増加期間および減少期間の分布に極大点が複数あるとき、増加期間の極大点と減少期間の極大点とを組合わせて、それらの信号レベルの差、中心角度の差、角度範囲の大きさの差、および周波数の差を求める。これら変数の差を、極大点の組合わせを変更してそれぞれ求め、各差がそれぞれ基準値未満である極大点の組合わせを、曲線形状が類似する極大点の組合わせとする。これによって、同じ目標物からの反射波を表す増加期間および減少期間の分布の極大点の各変数に微小な誤差がある場合も、これら極大点を組合わせて、相対距離および相対速度ならびに目標物の大きさおよび位置を確実に求めることができる。
【０１０１】
（６）前記各差が各基準値未満である極大点の組合わせが複数ある場合、周波数の差が最小の組合わせの極大点を、曲線形状が類似する極大点とすることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【０１０２】
増加期間の極大点と減少期間の極大点とを組合わせて変数の差を求めた場合に、各変数の差が基準値未満である極大点の組合わせが複数あるとき、周波数の差が最小である組合わせを、曲線形状が類似する極大点の組合わせとする。これによって、上述のときでも、同じ目標物からの反射波を表す可能性が高い極大点の組合わせを選んで、相対距離および相対速度ならびに目標物の大きさおよび位置を確実に求めることができる。
【０１０３】
（７）前記各差が各基準値未満である極大点の組合わせが複数ある場合、信号レベルの差が最小の組合わせの極大点を、曲線形状が類似する極大点とすることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【０１０４】
増加期間の極大点と減少期間の極大点とを組合わせて変数の差を求めた場合に、各変数の差が基準値未満である極大点の組合わせが複数あるとき、信号レベルの差が最小である組合わせを、曲線形状が類似する極大点の組合わせとする。これによって、上述のときでも、同じ目標物からの反射波を表す可能性が高い極大点の組合わせを選んで、相対距離および相対速度ならびに目標物の大きさおよび位置を確実に求めることができる。
【０１０５】
（８）前記各差が各基準値未満である極大点の組合わせが複数ある場合、角度範囲の中心角度の差が最小の組合わせの極大点を、曲線形状が類似する極大点とすることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【０１０６】
増加期間の極大点と減少期間の極大点とを組合わせて変数の差を求めた場合に、各変数の差が基準値未満である極大点の組合わせが複数あるとき、角度範囲の中心角度の差が最小である組合わせを、曲線形状が類似する極大点の組合わせとする。これによって、上述のときでも、同じ目標物からの反射波を表す可能性が高い極大点の組合わせを選んで、相対距離および相対速度ならびに目標物の大きさおよび位置を確実に求めることができる。
【０１０７】
（９）前記各差が各基準値未満である極大点の組合わせが複数ある場合、角度範囲の大きさの差が最小の組合わせの極大点を、曲線形状が類似する極大点とすることを特徴とするレーダ装置の信号処理方法。
【０１０８】
増加期間の極大点と減少期間の極大点とを組合わせて変数の差を求めた場合に、各変数の差が基準値未満である極大点の組合わせが複数あるとき、角度範囲の大きさの差が最小である組合わせを、曲線形状が類似する極大点の組合わせとする。これによって、上述のときでも、同じ目標物からの反射波を表す可能性が高い極大点の組合わせを選んで、相対距離および相対速度ならびに目標物の大きさおよび位置を確実に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明の第１実施形態であるレーダ装置の信号処理方法を用いたレーダ装置３１の電気的構成を表すブロック図である。
【図２】送信および受信アンテナ３３，３４のアンテナ特性を表すグラフである。
【図３】送信波および反射波の周波数の経時変化を表す波形図、およびビート信号Ｂｕｐｎ，Ｂｄｎｎを表す波形図である。
【図４】測定角度および周波数に対するビート信号Ｂｕｐｎの信号レベルの分布を表すグラフである。
【図５】測定角度および周波数に対するビート信号Ｂｕｐｎの信号レベルの分布を表すグラフである。
【図６】送信波の放射方向の角変位と送信波の周波数の偏移との関係を説明するための送信波の周波数の経時変化を表す波形図である。
【図７】レーダ装置３１の信号処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】測定角度および周波数に対するビート信号Ｂｕｐｎの信号レベルの分布を表すグラフを簡略化して表す模式図である。
【図９】或る測定角度における、周波数に対するビート信号Ｂｕｐｎの信号レベルの分布を表すグラフである。
【図１０】或る周波数における、測定角度に対するビート信号Ｂｕｐｎの信号レベルの分布を表すグラフである。
【図１１】極大点が複数ある場合、或る周波数における、測定角度に対するビート信号Ｂｕｐｎの信号レベルの分布を表すグラフである。
【図１２】第２実施形態のレーダ装置の信号処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図１３】第１の従来技術のレーダ装置を搭載した車両３と目標物７との位置関係を表すグラフである。
【図１４】第１の従来技術のレーダ装置によって受信された反射波の受信電界強度の分布を表すグラフである。
【図１５】第２の従来技術のレーダ装置を搭載した車両３と目標物７との位置関係を表すグラフである。
【図１６】第２の従来技術のレーダ装置によって受信された反射波の受信電界強度の分布を表すグラフである。
【符号の説明】
【０１１０】
３１  レーダ装置
３３  送信アンテナ
３４  受信アンテナ
４０  ＦＦＴ回路
４１  変位装置
４４  信号処理回路
４５  アプリケーション装置
４６  センサ装置
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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