(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎に前記ビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分個別に記憶系列として蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に個別に記憶系列として蓄積された複数の周波数スペクトルを比較して谷部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分個別に記憶系列として蓄積する蓄積ステップと、
個別に記憶系列として前記蓄積された複数の周波数スペクトルを比較して谷部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を備えたことを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダの信号処理方法。
【請求項３】
レーダ装置に搭載されたコンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得たビート信号を入力し、前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎に前記ビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分個別に記憶系列として蓄積する蓄積ステップと、
個別に記憶系列として前記蓄積された複数の周波数スペクトルを比較して谷部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
とを実行させることを特徴とするプログラム。
【請求項４】
所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナと、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
アンテナ走査角の変化に対する前記周波数解析部で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定角度範囲でのアンテナ走査角毎に複数個別に記憶系列として蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に個別に記憶系列として蓄積された複数のアンテナ走査角に対するスペクトル値を比較し、その変化から谷部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在する目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいてアンテナ角度と対応づけられた目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
構築物に固定設置されたアンテナと、三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分個別に記憶系列として蓄積する蓄積部と、
個別に記憶系列として前記蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから比較して谷部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、
前記アンテナの設置位置を使用波長に対応した所定範囲で指向方向と直交する方向に周期的に動かすアンテナ駆動部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、目標物までの距離と相対速度を計測するレーダ装置、信号処理方法及びプログラムに関し、特に、接近した位置に存在する複数の対象物を正確に計測可能とするレーダ装置、信号処理方法及びプログラムに関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、ＩＴＳ(Intelligent Transport Systems)分野で高速道路などにおいて、走行している車両のアクセルやブレーキ制御を行うＡＣＣ(Adaptive Cruise Control)システム等が考えられている。ＡＣＣシステムに必須なのが、前方を走行している車両の距離と相対速度を計測するセンサである。このセンサとしてはＦＭ−ＣＷ(FrequencyーModulated Continuous Waves)方式のミリ波レーダは非常に有望である。
【０００３】
ＦＭ−ＣＷミリ波レーダは、ＦＭ変調した送信波と目標物（以下「ターゲット」という）からの受信波の差分からビート信号を生成し、ＦＭ周波数の上昇区間と下降区間に分けてFFT処理（高速フーリエ変換処理）を行い、ピークレベルとなる両区間の各ビート周波数を抽出する。
【０００４】
そして各区間から抽出した２つのビート周波数からペアリング処理によりターゲットのビート周波数を決定し、ターゲットの距離と相対速度を求める。
【０００５】
また、レーダアンテナを水平方向にスキャンさせると、アンテナ角度毎にターゲットの距離と相対速度が求まるため、2次元的にターゲットを検出することが可能である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかしながら、ＦＭ−ＣＷミリ波レーダでは近い位置にある複数ターゲットの分離が難しいという問題がある。
【０００７】
ターゲットの距離方向の分離は、ビート信号に含まれる周波数を分離して抽出することが必要である。複数ターゲットの距離が近い場合には、複数の信号が近いビート周波数に現れてしまう。複数のビート周波数を分離するには、ＦＦＴ処理で得られた周波数スペクトルのピークとピークの間に谷間があることを条件として分離している。しかし、ビート周波数が近い場合は、周波数スペクトルのピーク同士が重なって合成されるため、ピークが分離できなくなる。
【０００８】
このようなピークの分離の限界は、FFTのポイント数や窓関数等によって決まるが、特に分離の可否の境界において、信号の位相差により分離の可否が不安定になることがある。
【０００９】
複数のビート信号の周波数差が分離の可否の境界になる場合、複数のターゲットからの反射波がそれぞれの位相差により信号の合成のされ方が変わり、ピークとピークの間の谷のレベルが顕著に変化する。そのため、位相差によりピーク分離の可否が変り、分離の不安定さや異なるターゲットのビート周波数をペアとするミスペアにつながりやすい。
【００１０】
同様にアンテナを水平方向にスキャンさせた時も、同じ距離で角度が近いターゲットの分離は、それぞれの位相差により分離の可否が変わり、ミスペアにつながる問題がある。
【００１１】
本発明は、近い位置に存在する複数のターゲットの分離をより確実に行えるようにするレーダ装置、信号処理方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（アンテナ非走査型レーダ装置）
本発明は、三角波信号で周波数変調（ＦＭ）された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、三角波信号によるＦＭ上昇区間とＦＭ下降区間毎にビート信号を周波数解析（ＦＦＴ）する周波数解析部と、周波数解析結果から抽出されたビート周波数に基づいてターゲット（目標物）までの距離と相対速度を算出する演算部とを備えたＦＭ−ＣＷレーダ装置を対象とする。
【００１３】
このようなレーダ装置につき本発明にあっては、少なくともＦＭ上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積部と、蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分（特徴的な部分）を判定する判定部と、判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出部とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
本願発明者の考察によれば、複数のターゲットからの反射波は、それぞれが異なる位相であり、また、レーダもしくはターゲットが移動しているなら、ミリ波の波長から考えて、位相はランダムに変化する。また、複数のターゲットからの反射波は、それぞれの位相差により信号の合わさり方が変わるため、複数のピークとなるビート周波数が近い場合は、位相差によりピークとピークの間のレベルが顕著に変わる。
【００１５】
そこで、本発明は、ランダムに変化する位相に起因してピークとピークの間の重なり具合が変化する周波数解析結果となる周波数スペクトルの分布を時系列的に複数回分蓄積し、その中からレベル差の大きい落込み部分の周波数を特徴的な部分と判断し、特徴的な部分の前後の２つのピークをそれぞれターゲットのビート周波数とし、近い位置に存在するターゲットの分離をより確実に行う。
【００１６】
ここで蓄積部、判定部及びピーク周波数抽出部は、ＦＭ上昇区間及びＦＭ下降区間の両方を処理するようにしても良く、これによってターゲットの分離を更に確実にする。
【００１７】
本発明は、ＦＭ−ＣＷレーダの信号処理方法を提供する。この信号処理方法は、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
三角波信号による変調周波数のＦＭ上昇区間とＦＭ下降区間毎にビート信号を周波数解析（ＦＦＴ）する周波数解析ステップと、
少なくともＦＭ上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を備えたことを特徴とする。
【００１８】
ここで蓄積ステップ、判定ステップ及びピーク周波数抽出ステップを、上昇区間及び下降区間の両方について行うようにしても良い。
【００１９】
本発明は、レーダ装置に搭載されたコンピュータ（例えばＤＳＰ）に実行されるプログラムを提供する。
【００２０】
このプログラムは、コンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得たビート信号を入力し、三角波信号による変調周波数のＦＭ上昇区間とＦＭ下降区間毎にビート信号を周波数解析（ＦＦＴ）する周波数解析ステップと、
少なくともＦＭ上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
とを実行させることを特徴とする。
【００２１】
（アンテナ走査型レーダ装置）
本願発明者の考察によれば、水平方向にアンテナを走査しているレーダ装置では、同一距離にある複数のターゲットがアンテナからみて近い角度に存在する場合に、複数の受信波の位相差により分離の可否が不安定となる角度範囲があり、レーダもしくはターゲットが移動しているなら、位相はランダムに変化している。
【００２２】
そこで本発明にあっては、所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナと、三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、三角波信号による変調周波数のＦＭ上昇区間とＦＭ下降区間毎にビート信号を周波数解析（ＦＦＴ）する周波数解析部と、周波数解析結果から得られたビート周波数に基づいてアンテナ角度と対応づけられたターゲットについて、アンテナ走査角の変化に対する周波数解析部で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定の角度範囲で走査角毎に複数蓄積する蓄積部と、蓄積部に蓄積されたアンテナ走査角に対する複数のスペクトル値の変化から谷部分を判定する判定部と、判定部で判定した谷部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在するターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出部とを設けたことを特徴とする。
【００２３】
このように本発明は、同一距離で異なる方向に存在する複数のターゲットについて抽出されたビート周波数のスペクトル値が、ランダムに変化する位相に起因して各ターゲット方向でのピークとピークの間の重なり具合が変化する分布を時系列的に複数回分蓄積し、その中からレベル差の大きい落込み部分の周波数を谷部分と判断する。そして、谷部分の前後の２つのピーク方向をそれぞれターゲットと認識し、同一距離で近い位置に存在する複数ターゲットの分離をより確実に行う。
【００２４】
ここで、アンテナ走査型レーダ装置について、アンテナ非走査型レーダ装置と同様に、特定のアンテナ走査位置での処理として、その周波数解析部は、更に少なくともＦＭ上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する第２蓄積部と、第２蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する判定部と、第２判定部で判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数とする第２ピーク周波数抽出部とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
ここで第２蓄積部、第２判定部及び第２ピーク周波数抽出部は、ＦＭ上昇区間及びＦＭ下降区間の両方を処理するようにしても良い。
【００２６】
本発明は、ＦＭ−ＣＷレーダの信号処理方法を提供する。この信号処理方法は、
三角波信号で周波数変調された送信信号を所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
三角波信号による変調周波数のＦＭ上昇区間とＦＭ下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
アンテナ走査角の変化に対する周波数解析で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定の角度範囲で走査角毎に複数蓄積する蓄積ステップと、
蓄積部に蓄積されたのアンテナ走査角に対する複数のスペクトル値の変化から谷部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在するターゲットのビート周波数とするピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてアンテナ走査角に対応づけられたターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を備えたことを特徴とする。
【００２７】
ここで周波数解析ステップは、更に
少なくともＦＭ上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する第２蓄積ステップと、
蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する第２判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求める第２ピーク周波数抽出ステップと、
を備えたことを特徴とする。
【００２８】
第２蓄積ステップ、第２判定ステップ及び第２ピーク周波数抽出ステップを、ＦＭ上昇区間及びＦＭ下降区間の両方について行うようにしても良い。
【００２９】
本発明は、ＦＭ−ＣＷレーダに搭載されるコンピュータ（ＤＳＰ）により実行されるプログラムを提供する。このプログラムは、コンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号を所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得られたビート信号を入力し、三角波信号による変調周波数のＦＭ上昇区間とＦＭ下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
アンテナ走査角の変化に対する前記周波数解析で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定の角度範囲でアンテナ走査角毎に複数蓄積する蓄積ステップと、
蓄積された複数のアンテナ走査角に対するスペクトル値の変化から谷部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在するターゲットのビート周波数とするピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてアンテナ角度に対応づけられたターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を実行させることを特徴とする。
【００３０】
（固定設置型レーダ装置）
本発明は、更に、交通量監視などのために道路の構築物に固定設置されるレーダ装置を提供する。
即ち、本発明は、装置構築物に固定設置されたアンテナと、三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、三角波信号による変調周波数のＦＭ上昇区間とＦＭ下降区間毎にビート信号を周波数解析（ＦＦＴ）する周波数解析部と、この周波数解析結果から得られたビート周波数に基づいてターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算部とを備えた固定設置されるレーダ装置について、少なくともＦＭ上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積部と、蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する判定部と、判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、アンテナの設置位置を使用波長に対応した微小範囲で周期的に動かすアンテナ駆動部とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
固定設置型のレーダ装置では、車両などの移動体搭載型のような受信波のランダムな位相変化はおきず、位相が固定されてしまう。そこで、アンテナの位置を動かすで、ランダムな位相変化を強制的に作り出し、特定のアンテナ方向に近接して存在する複数ターゲットを確実に分離する。
【００３２】
ここで、蓄積部、判定部及びピーク周波数抽出部は、ＦＭ上昇区間及びＦＭ下降区間の両方を処理する良いにしても良い。
【００３３】
本発明は、スキャン型のレーダ装置の信号処理方法を提供する。この信号処理方法は、
構造物に固定設置されたアンテナの設置位置を使用波長に対応した微小範囲で周期的に動かすアンテナ駆動ステップと、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
三角波信号による変調周波数のＦＭ上昇区間とＦＭ下降区間毎にビート信号を周波数解析（ＦＦＴ）する周波数解析ステップと、
少なくともＦＭ上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
蓄積された複数の周波数スペクトルから谷部分を判定する判定ステップと、
判定した谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なるターゲットのビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
ビート周波数に基づいてターゲットまでの距離と相対速度を算出する演算ステップと、を備えたことを特徴とする。
【００３４】
ここで蓄積ステップ、判定ステップ及びピーク周波数抽出ステップを、ＦＭ上昇区間及びＦＭ下降区間の両方について行うことを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明によるＦＭ−ＣＷレーダ装置のブロック図である。図１において、本発明のＦＭ−ＣＷ装置は大別して、信号処理部１０、ミリ波部１２及びアンテナ部１４で構成される。
【００３６】
信号処理部１０にはＤＳＰ１６に加え、受信側の信号処理部として呼出名称符号発生回路１８、三角波発生回路２０、切替回路２２が設けられ、また受信側の信号処理部としてＩＦアンプ４２、第２混合器４４、ベースバンドアンプ４６、ＡＤ変換器４８及びヘテロダイン発振器５０が設けられている。
【００３７】
ミリ波部１２における送信側には、３８．２６ＧＨｚの電圧制御発振器（ＶＣＯ）２４、送信部２６が設けられる。送信部２６には２逓倍回路２８と送信アンプ３０が設けられる。ミリ波部１２の受信側の受信部３６には受信アンプ３８と第１混合器４０が設けられる。第１混合器４０に対しては、送信側に配置した方向性結合器３１より、送信波の一部がローカル信号として加えられている。
【００３８】
アンテナ部１４には送信アンテナ素子３２と受信アンテナ素子３４が設けられる。この実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置にあっては７６ＧＨｚ帯の周波数を使用しており、１００ｍ先で１レーンを監視したい場合のビーム幅は約２〜３度となる。この場合のアンテナ開口の大きさは、６０ＧＨｚを使用していても直径１０ｃｍ以上となる。
【００３９】
このため、パラボラアンテナや  カセグレンアンテナなどにあってはアンテナ部が大型化するので、この実施形態にあっては、小型、薄型化が可能なトリプレート線路構造の多素子平面アンテナを使用している。
【００４０】
ここで図１のＦＭ−ＣＷレーダ装置における計測原理を、図２を参照して説明する。本発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置にあっては、図２（Ａ）のように７６GHz帯の送信波を三角波信号で変調する。三角波信号の変調信号をｆｍとすると、その周期は（１／ｆｍ）となる。
【００４１】
図２（Ａ）にあっては、この三角波信号で周波数変調された送信波５２を実線で示している。アンテナからの送信波は先行する車などから反射されてきた受信波としてアンテナで受信され、送信波の一部を混合することでビート信号が得られる。
【００４２】
このビート信号のビート周波数には先行車両までの距離Ｒと相対速度Ｖの信号成分が含まれる。図２（Ａ）の破線で示す受信波５４は、先行車両の距離Ｒに応じた時間差と相対速度に応じたドップラーシフトを生じている。ここで、送信波５２として示す三角波信号の変調周波数を上昇させている区間をＦＭ上昇区間と呼び、変調周波数を下降させている区間をＦＭ下降区間と呼ぶ。
【００４３】
このような送信波５２と受信波５４から得られたビート信号は、図２（Ｃ）のようになり、またビート周波数は図２（Ｂ）のようになる。ビート周波数はＦＭ上昇区間におけるビート周波数ｆｕとＦＭ下降区間におけるビート周波数ｆｄの２つが、１つのターゲットとなる車両について得られる。
【００４４】
このようなビート信号のビート周波数ｆｕ，ｆｄに基づき、先行する車両までの距離Ｒと相対速度Ｖは次式で与えられる。
【００４５】
【数１】
0003938686.tif 000002
【００４６】
ここで
ｃ  ：電波の伝播速度（＝光速）
Δｆ：三角波の変調幅
ｆｍ：三角波の変調周波数
ｆ0 ：変調中心周波数
ｆｕ：変調信号が増加する区間に得られるビート信号の周波数
（アップビート周波数）
ｆｄ：変調信号が減少する区間に得られるビート信号の周波数
（ダウンビート周波数）
即ち本発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置にあっては、三角波変調信号におけるＦＭ上昇区間のビート周波数ｆｕとＦＭ下降区間におけるビート周波数ｆｄをそれぞれ計測し、両者の和と差を計算することで距離Ｒと相対速度Ｖを求めることができる。
【００４７】
再び図１を参照して、信号処理部１０及びミリ波部１２の詳細を説明する。信号処理部１０の呼出名称符号発生回路１８は、レーダ装置１台ごとに定められた固有の識別番号を装置の電源投入時に発生してアンテナ部１４から送信する。この呼出名称符号の送信は、日本にあっては電波法により義務づけられている。三角波発生回路２０はＤＳＰ１６からの同期信号に基づいて、図２（Ａ）の送信波５２のような三角波変調信号を出力する。
【００４８】
切替回路２２は、装置の電源投入時に呼出名称符号発生回路１８側に切り替わっているが、その後、三角波発生回路２０側に切り替わり、三角波発生回路２０からの三角波変調信号をミリ波部１２に供給する。
【００４９】
信号処理部１０からの三角波変調信号は、ミリ波部１２に設けられた３８．２５ＧＨｚの電圧制御発信機２４を制御し、図２（Ａ）における周波数変調幅ΔＦの範囲で周波数シフトさせる。この周波数変調幅ΔＦは、変調中心周波数ｆ0を７６．５ＧＨｚとすると１００〜２００ＭＨｚの範囲に定めた周波数幅で変化させる。
【００５０】
電圧制御発振器２４からの３８．２５ＧＨｚの三角波変調信号は、送信部２６の２逓倍回路２８で７６．５ＧＨｚに２逓倍され、送信アンプ３０により送信出力として必要なレベルに増幅されて、アンテナ部１４の送信アンテナ素子３２に供給される。
【００５１】
ミリ波部１２の受信部３６は、受信アンテナ素子３４で受信したターゲットからの微弱な反射波信号を受信アンプ３８で増幅すると同時に、送信側の出力信号の一部を方向性結合器３１で取り出してローカル信号として第１混合器４０に供給し、７６ＧＨｚ帯の受信信号を周波数変換してＩＦ信号を出力する。
【００５２】
ここで受信部３６は簡易ヘテロダイン受信方式を使用している。この簡易ヘテロダイン受信方式は、受信アンプ３８にヘテロダイン発振器５０からの発信信号を供給してスイッチングすることにより、ヘテロダイン発振器５０で示されるスイッチング源と同一の信号源で、ローカル信号による周波数変換に加え更に周波数変換する方式としている。
【００５３】
具体的には、受信アンプ３８における増幅段に使用しているＦＥＴのドレイン電圧を、ヘテロダイン発振器５０からのスイッチング信号によりオン・オフしてスイッチ効果を持たせている。
【００５４】
受信部３６で周波数変換されたＩＦ信号はＩＦアンプ４２で増幅された後、第２混合器４４でベースバンド信号に周波数変換される。第２混合器４４からのベースバンド信号は、例えば４００ＫＨｚ帯の信号となる。
【００５５】
ベースバンド信号はベースバンドアンプ４６で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４８でサンプリングされてデジタル信号に変換され、ＤＳＰ１６に入力される。ベースバンドアンプ４６から出力される信号は図２（ｃ）のビート信号であり、図２（ｂ）に示すＦＭ上昇区間のビート周波数ｆｕとＦＭ下降区間のビート周波数ｆｄを含んでいる。
【００５６】
ＤＳＰ１６は、Ａ／Ｄ変換器４８でサンプリングによりデジタル信号に変換されたビート信号を取り込み、三角波変調信号に同期させて、ＦＭ上昇区間のビート信号及びＦＭ下降区間のビート信号のそれぞれについて区間毎にＦＦＴ演算（高速フーリエ演算）を実行し、各区間のビート周波数ｆｕ,ｆｄを求める。
【００５７】
このためのＦＦＴ演算には例えば複素周波数内挿法を使用して、周波数ピーク値を精度よく求める。このようにして求めたビート周波数ｆｕ,ｆｄのそれぞれを前記（１）（２）式に代入することにより、先行する車両となるターゲットまでの距離Ｒと相対速度Ｖを求めることができる。
【００５８】
このＤＳＰ１６で求められた先行車両となるターゲットに対する距離Ｒと相対速度Ｖは、衝突警報、障害物警報の他、アクセルやブレーキの制御を含めた自動車走行支援システムに使用される。
【００５９】
図３は、図１のＤＳＰ１６で実現される本発明における信号処理機能のブロック図である。このＤＳＰによる信号処理機能は、ＦＭ上昇区間処理部５６、ＦＭ下降区間処理部５８、ペアリング処理部６４及び距離速度演算部６６で構成される。
【００６０】
ＦＭ上昇区間処理部５６及びＦＭ下降区間処理部５８は、ＡＤ変換された各区間のビート信号Ｅ１,Ｅ２を入力し、ＦＦＴ演算を行った後に、演算結果として得られた周波数スペクトルの中のピークレベルの周波数をビート周波数ｆｕ,ｆｄとして抽出して出力する。
【００６１】
ここでＦＭ上昇区間処理部５６にあっては、後の説明で明らかにするように、本発明では、アンテナから見て同一方向に接近して存在する複数のターゲットからの反射波の位相差に起因した近いビート周波数のピークの重なり具合の変動に対し、高精度で複数ターゲットを分離して検出する処理機能を備える。
【００６２】
これに対しＦＭ下降区間処理部５８は、ＦＦＴ処理部６０とピーク周波数抽出部６２を備えるだけであり、ＦＭ下降区間のビート信号Ｅ２をＦＦＴ演算して周波数スペクトルを求め、その中のピークレベルとなる周波数をビート周波数ｆｄとして抽出して出力する。
【００６３】
ペアリング処理部６４は、ＦＭ上昇区間処理部５６とＦＭ下降区間処理部５８から出力される各ビート周波数ｆｕ,ｆｄのペアリングを行う。このペアリングは複数ターゲット間の反射波から各区間に複数のビート周波数が得られた場合、各区間におけるレベルが同一となるビート周波数をペアとするペアリングを行う。
【００６４】
距離速度演算部６６は、ペアリング処理部６４より出力されたビート周波数ペア（ｆｕ,ｆｄ）ごとに、前記（１）（２）式に代入して、ターゲットまでの距離Ｒと相対速度Ｖを演算して出力する。
【００６５】
図４は、図３のＦＭ上昇区間処理部５６に設けられた本発明によるターゲット分離のための機能構成のブロック図である。本発明の信号処理が適用されるＦＭ上昇区間処理部５６は、ＦＦＴ処理部６８、蓄積部７０、谷判定部７２、ピーク周波数抽出部７４及びタイミング制御部７６を備えている。
【００６６】
ＦＦＴ処理部６８はＦＭ上昇区間処理部について、ＡＤ変換されたビート信号Ｅ１を入力し、ＦＦＴ演算により周波数解析結果として、例えば横軸を周波数軸、縦軸を相対振幅として描かれる周波数スペクトルパターンを得る。
【００６７】
ＦＦＴ処理部６８で演算された周波数スペクトルパターンは、蓄積部７０に複数回分蓄積される。蓄積部７０に蓄積されるＦＦＴ演算結果としての周波数スペクトルパターンは、例えば５〜１０回程度でよい。この蓄積回数は処理時間を短縮するためには少ないほうがよく、例えばこの実施形態にあっては５回分の蓄積を行っている。
【００６８】
谷判定部７２は、蓄積部７０に蓄積された複数回のＦＦＴ演算結果となる周波数スペクトルパターンについて、アンテナから見て同一方向に接近して２つのターゲットが存在したときに生ずる近接したビート周波数のピークの間の谷部分を比較判定する。
【００６９】
ピーク周波数抽出部７４は、谷判定部７２による谷部分と判定された周波数の両側に存在する２つのピーク部分の周波数を２つのターゲットによるビート周波数ｆｕ１,ｆｕ２と認識して抽出し、これを図３に示したペアリング処理部６４に出力する。
【００７０】
タイミング制御部７６は、図５のタイミング説明図のように、蓄積部７０に対するＦＦＴ処理部６８の演算結果としての周波数スペクトルパターンのＦＭ上昇区間７７における５回分の蓄積をＴ１期間制御した後、谷判定部７２及びピーク周波数抽出部７４を起動し、次の蓄積期間Ｔ２の間に複数の周波数スペクトルパターンに対する谷部分の判定に基づく両側のピークのビート周波数の抽出によるターゲット分離判定処理を行う。
【００７１】
図６は、図４のＦＭ上昇区間処理部５６のターゲット分離処理が有効となる２つのターゲットがアンテナから見て同一方向に接近して存在している場合の計測状態の説明図である。
【００７２】
図６において、アンテナ部１４から見て同一方向に２つのターゲット８２,８４が近接して存在しており、それぞれの距離はＲ１,Ｒ２となっている。このような場合、アンテナ部１４からの送信波に対するターゲット８２，８４からの受信波によるビート信号のビート周波数は接近しており、ＦＦＴ演算結果として得られる周波数スペクトルパターンにおける各ビート周波数を抽出するためのピークレベルも周波数が接近している。
【００７３】
この状態で、車両に搭載しているアンテナ部１４は、走行振動などにより常に微弱な位置変化を生じており、またターゲット８２，８４側も走行振動などにより常に微弱な位置変動を生じており、このためアンテナ部１４に対するターゲット８２，８４からの受信波の位相がランダムに変化している。
【００７４】
図７は、図６のような２つのターゲット８２，８４からの受信波のビート信号をＦＦＴ演算した周波数スペクトルパターンの計測結果の一例である。ここで距離Ｒ１のターゲット８２からのビート周波数ｆｕ１は５６．５ＫＨｚであり、一方、距離Ｒ２にあるターゲット８４からのビート信号のＦＦＴ演算結果で得られたビート周波数ｆｕ２は６０ＫＨｚとした場合を例にとっている。
【００７５】
このような２つの近接したターゲット８２，８４に依存したビート周波数ｆｕ１，ｆｕ２について、シミュレーションにより受信波の位相をランダムに変化させると、位相が逆相に近くなるほど２つのピーク部分８８，９２に対し谷部分８６が十分に落ち込んでピークの分離が可能となる。
【００７６】
また位相差がなくなって同相に近づくとピーク部分８８，９０の間の谷部分８６の落ち込みがほとんどなくなり、周波数スペクトルパターンからはピークが１つになってしまい、ターゲットが２つあることが分離できなくなる。
【００７７】
このような２つのターゲットからの反射波のランダムに変化する位相差によるピーク部分の合成のされ方の変化はランダムであり、谷部分８６が十分に落ち込んだタイミングであれば正しく２つのターゲットを分離できるが、谷部分８６がほとんどないようなタイミングでは２つのターゲットを１つのターゲットと誤って判定することになる。
【００７８】
そこで本発明にあっては、図７のような２つのターゲットによるピーク部分８８，９０の間の谷部分８６の落ち込み変化が位相差によりランダムに起きる点に着目し、ＦＦＴ演算結果として得られる周波数スペクトルパターンを複数回分、例えば５回分蓄積した後に、蓄積された５回分の周波数スペクトルパターンを対象に谷部分８６の判定を行い、谷部分８６と判定された周波数の両側に存在するピーク部分８８，９０をターゲットによるピークと認識して、そのビート周波数ｆｕ１，ｆｕ２を抽出する。
【００７９】
このような位相差によりランダムに変化する２つのピークの間の谷部分のレベル変動は、５〜１０回程度蓄積すれば、その中にほぼ完全に谷部分８６と見なせるレベル変化が含まれていることから確実に判定できる。
【００８０】
もちろん蓄積する回数は少ないほどよいが、２〜３回程度では谷部分８６のレベル変化が十分起きないパターンしか得られない場合があるので、５回程度とすることが望ましい。また分離精度を高めるためには蓄積する回数を例えば１０回というように増やせばよいが、その分、処理時間の遅れが大きくなることから、処理時間と分離精度を考慮して適切な蓄積回数を定めればよい。
【００８１】
図８は、図４の蓄積部７０に蓄積されたＦＦＴ演算結果としての周波数スペクトルパターンの記憶状態であり、５回分の記憶系列８０ー１〜８０ー５を示している。この記憶系列８０ー１〜８０ー５は、例えば１回目の記憶系列８０ー１に示すように、記憶方向に所定の分解能で周波数ｆ１〜ｆｎを持ち、各周波数位置に周波数スペクトルパターンにおける相対振幅Ｗ１１〜Ｗ１ｎを記憶している。
【００８２】
図４の谷判定部７２による蓄積部７０に蓄積された例えば図８のような５回分の記憶系列８０ー１〜８０ー５を対象とした谷部分の判定は、例えば次のいずれかをとることができる。
【００８３】
（１）２つのピークの間のレベル低下が所定値を超える周波数を谷部分とする。
（２）記憶系列パターンを微分し、微分結果がマイナスとなり且つ所定値を超える周波数を谷部分とする。
【００８４】
これ以外にも、蓄積された複数回分の記憶系列となる周波数スペクトルパターンのうち例えば差分などをとることにより、２つのピークの間の谷部分を判定することができる。
【００８５】
図９は、図４のＦＭ上昇区間処理部５６に設けたＦＦＴ処理部６８及び蓄積部７０による蓄積処理を含むＦＦＴ処理のフローチャートであり、このＦＦＴ処理は図１のＤＳＰ１６で実行されるプログラムの一部を構成する。
【００８６】
図９のＦＦＴ処理は、ステップＳ１でＦＭ上昇区間であることを認識すると、ステップＳ２で、そのときＡＤ変換により取り込まれたビート信号を対象にＦＦＴ演算を実行し、ステップＳ３で、図８のように所定の分解能を持つ周波数ｆ１〜ｆｎに対し周波数スペクトル値として得られる相対振幅Ｗを持つ周波数スペクトルパターンを蓄積する。
【００８７】
続いてステップＳ４でカウンタｎを１つカウントアップする。なお、カウンタｎは最初、ｎ＝０になっている。続いてステップＳ８でカウンタｎが所定の閾値ＴＨ、例えばＴＨ＝５以上か否かチェックする。
【００８８】
カウンタｎが閾値ＴＨ未満であれば、ステップＳ８に進み、ＦＭ下降区間であることを認識すると、ステップＳ９でＦＭ下降区間について得られたビート信号を対象にＦＦＴ演算を実行し、ステップＳ１０で、ＦＦＴ演算結果として得られた周波数スペクトルパターンにおける相対振幅がピークとなるビート周波数ｆｄを抽出する。
【００８９】
このようなステップＳ１〜Ｓ５，Ｓ８〜Ｓ１０の繰り返しにより、ステップＳ５でカウンタｎが閾値ＴＨに一致すると、ステップＳ６に進み、別ルーチンとして準備されているターゲット分離判定処理の起動指示を行った後、ステップＳ７でカウンタｎを０にリセットし、以上の処理を繰り返す。
【００９０】
ステップＳ６でターゲット分離判定処理の起動指示が出されると、図１０のターゲット分離判定処理が実行される。このターゲット分離判定処理は、図４に示した谷判定部７２及びピーク周波数抽出部７４の処理機能に対応し、図９のＦＦＴ処理と同様、図１に示したＤＳＰ１６のプログラムの一部を構成している。
【００９１】
図１０のターゲット分離判定処理にあっては、ステップＳ１で、蓄積している複数回分の周波数スペクトルパターン、例えば図８のような５回分の記憶系列８０ー１〜８０ー５を対象に谷部分の判定処理を実行する。この判定結果に基づき、ステップＳ２で谷部分が判定されると、ステップＳ３に進み、谷部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を抽出する。一方、ステップＳ２で谷部分がなかった場合には、単一のターゲットであることから、ステップＳ４に進み、振幅ピークのビート周波数を抽出する。
【００９２】
続いてステップＳ５に進み、ステップＳ３，Ｓ４で得られているＦＭ上昇区間のビート周波数ｆｕと図９のステップＳ１０で得られているＦＭ下降区間のビート周波数ｆｄについて、同一レベル同士を組み合わせるペアリング処理を行った後、ステップＳ６で、ペアリングされたビート周波数（ｆｕ，ｆｄ）を（１）（２）に代入して、ターゲットに対する距離Ｒと相対速度Ｖを求める。この距離と相対速度の演算はペアリングされた各ターゲットごとに行う。
【００９３】
図１１は、図３に示しているＦＭ上昇区間処理部５６とＦＭ下降区間処理部５８の他の実施形態であり、図３の実施形態にあっては図４のようにＦＭ上昇区間処理部５６についてのみ、アンテナから見て同一方向に接近して存在する２つのターゲットの位相差によるピーク間のレベルばらつきからターゲットを分離判定する機能を設けているが、この実施形態にあってはＦＭ下降区間処理部５８についても同様に設けるようにしたことを特徴とする。
【００９４】
即ち図１１の実施形態にあっては、ＦＭ上昇区間処理部５６及びＦＭ下降区間処理部５８について、ＦＦＴ処理部６８ー１，６８ー２、蓄積部７０ー１，７０ー２、谷判定部７２ー１，７２ー２及びピーク周波数抽出部７４ー１，７４ー２を設け、タイミング制御部９２でターゲット分離判定のための蓄積及び谷判定、更にピーク抽出を実行している。
【００９５】
このようにＦＭ上昇区間処理部５６及びＦＭ下降区間処理部５８の両方について、アンテナから見て同一方向に接近して存在する２つのターゲットの反射波の位相のばらつきに起因したピークレベルの重なり合いの変化を考慮したターゲット分離を行うことで、より精度の高いターゲットの計測が実現できる。
【００９６】
図１２は、本発明によるＦＭ−ＣＷレーダ装置の他の実施形態であり、この実施形態にあってはアンテナを水平方向に走査する装置を対象とする。
【００９７】
図１２において、ＦＭ−ＣＷレーダ装置は大別して、信号処理部１０、ミリ波部１２及びアンテナ部１４により構成されており、それぞれの構成は図１の実施形態と同じである。
【００９８】
これに加え、この実施形態にあってはアンテナ部１４に対しアンテナ走査機構９４を設けている。アンテナ走査機構９４は、モータ駆動によるリンク機構及びギアトレインを介してアンテナ部１４を機械的に連結し、アンテナ部１４を水平方向の所定角度範囲で走査するようにしている。
【００９９】
例えばアンテナ部１４により１００ｍ前方で自分の走行レーンの両側の１レーンを含めた３レーンを監視したい場合には、アンテナ走査機構９４により例えば±６°の範囲でアンテナの水平走査を行う。
【０１００】
図１３は、図１２の信号処理部１０に設けているＤＳＰ１６で実現される本発明の信号処理機能のブロック図である。
【０１０１】
図１３において、ＤＳＰ１６による信号処理機能は、ＦＭ上昇区間処理部５６、ＦＭ下降区間処理部５８、ペアリング処理部６４を備える。この部分は図３の実施形態と同じであり、また図１１の実施形態を持つＦＭ上昇区間処理部５６とＦＭ下降区間処理部５８であってもよい。
【０１０２】
更に図３のＦＭ下降区間処理部５８のように、ＦＭ上昇区間処理部５６及びＦＭ下降区間処理部５８は、図４のようなターゲット分離判定処理の機能を持たない単なるＦＦＴ処理部とピーク周波数抽出部を備えた処理部であってもよい。
【０１０３】
ペアリング処理部６４に続いては、本発明によるターゲット分離判定部９５が設けられる。このターゲット分離判定部９５は、水平走査されるアンテナから見て２つのターゲットが同じ距離で接近した角度範囲に存在したときの受信波の位相差により、１つのターゲットとして誤って判断されてしまうことを防止するために設けている。
【０１０４】
ターゲット分離判定部９５の切替回路９６は、２つのターゲットが分離できなくなるアンテナ角度範囲での切替えを行う。図１４はアンテナ部１４の水平走査を示している。アンテナ部１４は、ーθmax〜＋θmaxの範囲で水平走査される。この中にターゲット分離処理を行う角度範囲としてα〜βの範囲を設定している。
【０１０５】
図１３の切替回路９６は、アンテナ部１４の走査角度θが角度範囲α〜βにあるとき蓄積部９８側に切り替わり、それ以外のときには距離速度演算部６６側に切り替わっている。このため、角度α〜βの範囲で得られたペアリング処理部６４からのビート周波数ペア（ｆｕ，ｆｄ）について、ターゲット分離判定部９５による処理を実行する。
【０１０６】
このターゲット分離判定部９５は、蓄積部９８、谷判定部１００、ピーク周波数抽出部１０２及びタイミング制御部１０４で構成される。タイミング制御部１０４は、切替回路９６の制御とターゲット分離判定部９５の動作を、アンテナ走査角θに基づいて制御する。
【０１０７】
図１５（Ａ）はアンテナ走査角θの特性１０６であり、例えば一定周期で直線的に角度が変化している。このようなアンテナ走査角θの特性１０６に対し、ターゲット分離判定処理を行う角度範囲α，βが設定され、その範囲内において図１５（ｂ）の蓄積タイミングのように蓄積１０８が行われる。
【０１０８】
図１６は、図１３のターゲット分離判定部９５が処理対象とするアンテナに対する２つのターゲットの状態である。図１６において、アンテナ部１４から見て２つのターゲット１１０，１１２が同一距離Ｒでアンテナ走査角θｔ１，θｔ２という近い角度で存在している。
【０１０９】
この場合、アンテナ部１４のターゲット１１０，１１２からの受信波から得られたビート信号のＦＦＴ演算により抽出されるビート周波数は、ターゲット１１０，１１２について共に同じビート周波数である。しかしながら、アンテナ走査角θｔ１，θｔ２が異なることから、両者の角度差が大きければ十分に区別できるが、例えば図示のようにθｔ１＝０°に対しθｔ２＝＋２．５°と近い角度にあった場合には、同じビート周波数における周波数スペクトル値即ち相対振幅の値が、反射波の干渉による位相差の影響を受けて、各アンテナ走査角におけるレベルが重なり合う現象が見られる。
【０１１０】
図１７は、横軸に水平方向角度θをとり、縦軸に同じビート周波数で得られた周波数スペクトル値の相対振幅をとった場合のシミュレーションによる位相差が変わった場合の計測結果である。図１７において、２つのターゲット１１０，１１２からの受信波の位相が逆相の状態にあっては、同一ビート周波数となる周波数パワースペクトル値即ちピークとなる相対振幅の値は、水平方向角度θの変化に対し各ターゲット位置でピーク部分１１８，１２０を持ち、その間で谷部分１１６を持つこととなり、２つのターゲットを確実に分離することができる。
【０１１１】
これに対し２つのターゲット１１０，１１２からの受信波の位相が同相に近づくと、水平方向角度の変化に対しターゲットの間の谷部分１１６が埋まり、完全に同相となった場合には谷部分１１６は消えて、単一のピークのみを持つ１つのターゲットの計測特性となる。
【０１１２】
そこで図１３のターゲット分離判定部９５にあっては、図１６のように、アンテナ部１４から見て同一距離Ｒに狭い角度で２つのターゲット１１０，１１２が存在したときの両者の反射波の位相のばらつきに起因した図１７の２つのターゲットのピークの間のレベル変動に対し、蓄積部９８で複数走査回分の抽出ビート周波数における周波数スペクトル値即ち相対振幅値を蓄積する。
【０１１３】
そして、複数走査回分のアンテナ走査回数の蓄積結果の中から、谷判定部１００により、図１７におけるピーク部分１１８，１２０の間の谷部分１１６を検出し、ピーク周波数抽出部１０２で谷部分１１６の両側のピーク部分１１８，１２０の水平方向角度θｔ１１，ｔ２１にそれぞれターゲットが存在するものと判断し、この分離された２つのターゲットにつきビート周波数に基づいて距離と相対速度を演算する。
【０１１４】
図１８は、図１７のような位相差による水平角度方向に対する同一ビート周波数の相対振幅値パターンの５回走査分を蓄積した記憶系列１２２ー１〜１２２ー５の説明図である。この記憶系列１２２ー１〜１２２ー５は、所定の予め定めた角度範囲α〜βの範囲のアンテナ走査角θ１〜θｎのそれぞれに対応する同一ビート周波数における相対振幅値のピークレベルＰ１１〜Ｐ１ｎを、例えば蓄積系列１２２ー１の場合は記憶している。
【０１１５】
そして、このようなアンテナ走査角に対する周波数スペクトルピーク値の系列パターンについて、図４の実施形態の谷判定部７２と同様、２つのピークレベルに対する間のレベルの大きいものあるいは記憶系列パターンの微分により谷部分を判定し、その谷の両側に存在するピーク部分のアンテナ角度方向にターゲットが存在すると判断し、各ターゲットごとに距離及び相対速度を求めることになる。
【０１１６】
図１９は、図１３の実施形態におけるＦＦＴ処理であり、また図２０は図１３のターゲット分離判定部９５側における処理のフローチャートである。いずれのフローチャートも図１２に示したＤＳＰ１６で実行されるプログラムを実現する。
【０１１７】
図１９のＦＦＴ処理は、図４に示したターゲット分離判定処理を含まない単純な処理の場合であり、ステップＳ１でＦＭ上昇区間を判定すると、ステップＳ２でＦＦＴ演算を実行し、ステップＳ３で周波数スペクトルパターンのピークレベルに対応したビート周波数ｆｕを抽出する。
【０１１８】
続いてステップＳ４でＦＭ下降区間を認識すると、ステップＳ５で同じくＦＦＴ演算を行い、周波数スペクトルパターンのピークレベルに対応したビート周波数ｆｄを抽出する。そしてステップＳ７でＦＭ上昇区間のビート周波数ｆｕとＦＭ下降区間のビート周波数ｆｄにつき、それぞれ複数得られている場合には同一レベルとなるビート周波数の組をペアとするペアリングを行って出力する。
【０１１９】
図２０のターゲット分離判定処理にあっては、ステップＳ１でアンテナ走査角θを読み込み、ステップＳ２で判定処理を行うα〜βの範囲か否かチェックする。範囲内であれば、ステップＳ３でアンテナ走査角θｉに対応したビート周波数の抽出に使用した周波数スペクトル値となる相対振幅のピーク値ｐｉを蓄積する。
【０１２０】
続いて、ステップＳ４で角度範囲α〜βの走査回数が予め定めた所定回数例えば５回か否かチェックする。５回でなければ再びステップＳ１からの処理を繰り返す。
【０１２１】
ステップＳ４で走査回数が設定回数に達すると、ステップＳ５に進み、蓄積された走査角に対する相対振幅ピークのパターンを対象に谷部分を判定する。ステップＳ６で谷部分が判定されると、ステップＳ７で谷の両側のピーク方向にターゲットが存在することを判定する。
【０１２２】
谷部分が判定できなければ、ステップＳ８で単一のピーク方向でのターゲットの存在を判定する。そして、いずれの場合もステップＳ９で、判定したターゲット方向について、そのビート周波数から距離と相対速度を演算して出力する。
【０１２３】
またステップＳ２で、ターゲット分離判定を行う角度範囲を外れているアンテナ走査角の場合には、直ちにステップＳ８で、そのときのピーク方向にターゲットが存在するものと判断し、ステップＳ９で１つのターゲットを対象にビート周波数から距離と相対速度を演算して出力する。
【０１２４】
このようなアンテナから見て同一距離に２つのターゲットが存在したときのターゲットの分離が確実に行われ、例えば３レーンの道路のセンターレーンを走行して両側のレーンに同一距離で他の車両が走行しているような場合、本発明のターゲット分離判定が行われない場合には、位相差によっては自分の走行レーンの前方に単一のターゲットが存在するという誤った判断が行われ、ターゲットに接近すると突然、両レーンにターゲットが分離してしまうゴーストの存在によるミス判定が行われるが、このような３レーンのセンターレーンを走行したときのターゲットの異常判定を確実に防止することができる。
【０１２５】
図２１は、本発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置を構造物に固定設置する説明図である。図２１において、道路１２４の路肩部分にポール１２６が設置されており、ポール１２６の上部に道路１２４側に向けて支持アーム１２８を固定し、支持アーム１２８の先端に本発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置のアンテナ部１４を設置している。このアンテナ部１４の設置により、道路１２４を走行する車両に関する情報を計測する。
【０１２６】
このように構造物にアンテナ部１４を固定設置した場合、アンテナ部１４が車両搭載のように走行中に振動などで位置が変わるようなことはなく、複数のターゲットについて得られる受信波の位相関係も固定している。このため、アンテナ部１４から見て図６のような同一方向に２つのターゲット８２，８４が接近して存在するような状態にあっても、図７におけるいずれか１つの固定的なパターンしか生じない。
【０１２７】
このため、図４のようなターゲット分離判定のための機能構成を設けていても、ランダムな位相変化に起因したピークパターンの変動によるターゲット分離判定ができない。
【０１２８】
そこで、図２１のようにアンテナ部１４を固定設置している場合には、図２２のようなアンテナ駆動機構を設け、アンテナ部１４をアンテナ走査とは非同期に強制的に動かすことで、受信波に対する位相のランダムな変動を作り出す。
【０１２９】
図２２に示すアンテナ駆動機構は、アンテナ部１４をアンテナ指向方向に対し直交行する横方向に移動自在なスライダ１３０に固定している。スライダ１３０の右側はオーバルギア１３４の軸に緩み状態で嵌め込まれている。オーバルギア１３４にはモータ駆動されるドライブギア１３２が噛み合わされている。
【０１３０】
ドライブギア１３２を回転すると、これに伴ってオーバルギア１３４が回転し、ドライブギア１３２は固定位置で回転しているのに対し、オーバルギア１３４を相対移動可能にしていることで、オーバルギア１３４の半径の変化に応じスライダ１３０が矢印のように往復運動を起こす。
【０１３１】
このため、スライダ１３０に固定しているアンテナ部１４が１４'の範囲で横方向に移動し、これによってターゲットからの受信波の位相が強制的に変化する。したがって、図２１のようにアンテナ部１４を固定設置していても、アンテナの強制的な動きによる位相変動で、図７に示したような２つのピーク部分８８，９０の間の谷部分８６のレベルがランダムに変動し、これによって図４に示したターゲット分離判定機能を有効に動作させることができる。
【０１３２】
図２２において、アンテナ部１４を動かす範囲としては、使用周波数７６ＧＨｚ帯といったミリ波の波長に対応し、数ミリ程度の範囲で動かせばよい。
【０１３３】
もちろん、位相変化を強制的に作り出すための駆動機構は図２２のオーバルギア１３４を使用した駆動機構に限定されず、適宜の往復運動機構が使用できる。
【０１３４】
なお上記の実施形態は、移動体用のＦＭ−ＣＷレーダ装置として自動車搭載用を例にとるものであったが、これ以外に、本発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置を船舶に搭載し、船舶用の接岸装置や衝突防止装置等に使用することもできる。
【０１３５】
また本発明は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含む。更に上記の実施形態に示した数値による限定は受けない。
【０１３６】
（付記）
（付記１）
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎に前記ビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。（１）
【０１３７】
（付記２）
付記１記載のレーダ装置に於いて、前記蓄積部、判定部及びピーク周波数抽出部は、前記上昇区間及び下降区間の両方を処理することを特徴とするレーダ装置。
【０１３８】
（付記３）
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信ステップと、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
前記蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を備えたことを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダの信号処理方法。（２）
【０１３９】
（付記４）
レーダ装置に搭載されたコンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得たビート信号を入力し、前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎に前記ビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積ステップと、
前記蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
とを実行させることを特徴とするプログラム。（３）
【０１４０】
（付記５）
所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナと、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
アンテナ走査角の変化に対する前記周波数解析部で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定角度範囲でのアンテナ走査角毎に複数蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積された複数のアンテナ走査角に対するスペクトル値の変化から特徴的な部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在する目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいてアンテナ角度と対応づけられた目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。（４）
【０１４１】
（付記６）
付記５記載のレーダ装置に於いて、前記周波数解析部は、更に
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する第２蓄積部と、
前記第２蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定部と、
前記第２判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数とする第２ピーク周波数抽出部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【０１４２】
（付記７）
付記６記載のレーダ装置に於いて、前記第２蓄積部、第２判定部及び第２ピーク周波数抽出部は、前記上昇区間及び下降区間の両方を処理することを特徴とするレーダ装置。
【０１４３】
（付記８）
ＦＭ−ＣＷレーダに搭載されるコンピュータに、
三角波信号で周波数変調された送信信号を所定の角度範囲で機械的に走査されるアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合して得られたビート信号を入力し、前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析ステップと、
アンテナ走査角の変化に対する前記周波数解析で求められた特定のビート周波数のスペクトル値の変化を、所定の角度範囲で走査角毎に複数蓄積する蓄積ステップと、
前記蓄積された複数のアンテナ走査角に対するスペクトル値の変化から特徴的な部分を判定する判定ステップと、
前記判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分のスペクトル値を異なる走査角方向に存在する目標物のビート周波数とするピーク周波数抽出ステップと、
前記ビート周波数に基づいてアンテナ角度に対応づけられた目標物までの距離と相対速度を算出する演算ステップと、
を実行させることを特徴とするプログラム。
【０１４４】
（付記９）
構築物に固定設置されたアンテナと、
三角波信号で周波数変調された送信信号をアンテナから送信し、その受信信号と前記送信信号から分岐されたローカル信号とを混合してビート信号を生成する送受信部と、
前記三角波信号による変調周波数の上昇区間と下降区間毎にビート信号を周波数解析する周波数解析部と、
少なくとも前記上昇区間毎の周波数解析による周波数スペクトルを複数回分蓄積する蓄積部と、
前記蓄積部に蓄積された複数の周波数スペクトルから特徴的な部分を判定する判定部と、
前記判定部で判定した特徴的な部分の両側に位置するピーク部分の各ビート周波数を異なる目標物のビート周波数として求めるピーク周波数抽出部と、
前記ビート周波数に基づいて目標物までの距離と相対速度を算出する演算部と、前記アンテナの設置位置を使用波長に対応した所定範囲で周期的に動かすアンテナ駆動部と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。（５）
【０１４５】
（付記１０）
付記９記載のレーダ装置に於いて、前記蓄積部、判定部及びピーク周波数抽出部は、前記上昇区間及び下降区間の両方を処理することを特徴とするレーダ装置。
【０１４６】
【発明の効果】
以上説明してきたように本発明によれば、アンテナから見て位相差による干渉を起こす近い距離に存在する複数ターゲットについて、分離分解能を大幅に向上することができる。またターゲットの分離判定はＤＳＰにおける信号処理のみによって性能を向上することができ、７６ＧＨｚといったミリ波周波数帯を使用することで、改良が難しいアンテナミリ波回路部を対象とした開発を必要とすることなく現状のフロントエンドのままで分離分解能を大幅に向上することができ、コスト的な負担を大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるレーダ装置のブロック図
【図２】ＦＭ−ＣＷレーダ装置の計測原理の説明図
【図３】図１のＤＳＰで実現される本発明の信号処理機能のブロック図
【図４】図２のＦＭ上昇区間処理部における本発明による機能構成のブロック図
【図５】図４におけるビート周波数判定処理のタイミング説明図
【図６】同一方向に２つのターゲットが存在する場合の計測状態の説明図
【図７】２つのターゲットの受信波の位相差の変化に対するＦＦＴで得た周波スペクトルの変化を示した特性図
【図８】図５の蓄積部における周波数スペクトルの記憶状態の説明図
【図９】図５におけるＦＦＴ処理のフローチャート
【図１０】図９における所定回数の蓄積回数毎に起動されるターゲット分離判定処理のフローチャート
【図１１】ＦＭ上昇区間とＦＭ下降区間の両方についてピーク判定を行う実施形態のブロッック図
【図１２】アンテナ走査型を対象とした本発明によるＦＭ−ＣＷレーダ装置のブロック図
【図１３】図１２のＤＳＰで実現される本発明の信号処理機能のブロック図
【図１４】アンテナ走査範囲の説明図
【図１５】アンテナ走査角に対する蓄積タイミングの説明図
【図１６】同一距離の近接した角度の位置に２つのターゲットが存在する場合のアンテナ走査の説明図
【図１７】図１６のターゲットに対する複数回のアンテナ走査で得られたビート周波数スペクトル値の走査角度に対する変化の特性図
【図１８】図１３の蓄積部におけるビート周波数スペクトル値の記憶状態の説明図
【図１９】図１３におけるＦＦＴ処理のフローチャート
【図２０】図１３におけるアンテナ走査に伴う蓄積と谷判定を伴うターゲット分離判定処理のフローチャート
【図２１】道路に固定設置された本発明のＦＭ−ＣＷレーダ装置の説明図
【図２２】図２１のアンテナ駆動機構の説明図
【符号の説明】
１０：信号処理部
１２：ミリ波部
１４：アンテナ部
１６：ＤＳＰ
１８：呼出名称符号発生回路
２０：三角波発生回路
２２：切替回路
２４：電圧制御発振器（ＶＣＯ）
２６：送信部
２８：２逓倍回路
３０：送信アンプ
３２：送信アンテナ素子
３４：受信アンテナ素子
３６：受信部
３８：受信アンプ
４０：第１混合器
４２：ＩＦアンプ
４４：第２混合器
４６：ベースバンドアンプ
４８：Ａ／Ｄ変換器
５０：ヘテロダイン発振器
５６：ＦＭ上昇区間処理部
５８：ＦＭ下降区間処理部
６０，６８，６８ー１，６８ー２：ＦＦＴ処理部
６２，７４，７４ー１，７４ー２，１０２：ピーク周波数抽出部
６４：ペアリング処理部
６６：距離速度演算部
７０，７０ー１，７０ー２，９８：蓄積部
７２，７２ー１，７２ー２，１００：谷判定部
７６，９２，１０４：タイミング制御部
８０ー１〜８０ー５，１２２ー１〜１２２ー５：記憶系列
８２，８４，１１０，１１２：ターゲット（目標物）
８６，１１６：谷部分
８８，９０，１１８，１２０：ピーク部分
９４：アンテナ走査機構
９５：ターゲット分離判定部
９６：切替回路
１２４：道路
１２６：ポスト
１２８：支持アーム
１３０：スライダ
１３２：ドライブギア
１３４：オーバルギア
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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