(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信電波を検出領域に送信する１個の送信アンテナと、左右の位置に配置されターゲットからの反射波を受信する１対の受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した受信信号を処理する機能を有する信号処理回路とを備えて成り、
前記信号処理回路は、前記受信信号として、前記１対の受信アンテナにより取得された第１のデータと前記第１のデータとは異なる時刻に取得された第２のデータとを単位のデータセットとすることで仮想的にアンテナ数を２倍とする機能と、
前記単位のデータセットから前記受信信号の強度変化を求め、複数の前記ターゲットの位置を計測する機能とを備えたレーダ装置であって、
前記１対の受信アンテナにより得られた２つの受信信号のうち、片方の位相を回転させながら両者の線型和を計算することによりアンテナ利得の小さい方位角方向を信号処理的に生成する機能と、
前記アンテナ利得の小さい方位角方向をスキャンして、現在の時刻Ｔｉで計測された受信信号の強度と前記時刻Ｔｉから時間ΔＴだけ異なる時刻に取得されたデータから計算された受信信号の強度が同一となる前記位相の回転角をターゲットの存在角度であると判断して出力する機能とを備えており、
前記ターゲットと前記レーダ装置との位置関係は時間の経過と共に変化するものである
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記複数のターゲットの計測される位置は前記各ターゲットの方位角である
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記信号処理回路は、
前記１対の受信アンテナにより取得された信号をそれぞれフーリエ変換し、前記ターゲットからの反射信号を検出する機能と、
前記検出された複素数からなる２つの反射信号をＳ１, Ｓ2 としたとき、該複素数値Ｓ１の位相をθだけ回転させながら、次式（１）に従って線型和ＸＳ（θ）を計算する機能と、
【数１】
0005091651.tif 000003
前記両者の線型和を計算することにより前記アンテナの利得の小さい方位角方向を生成する機能とを備えて成る
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記信号処理回路は、
前記式（１）中の位相回転角θが、２個ある前記ターゲットのうち片方と一致している状態を現出することにより、ドップラーシフト周波数が同一の前記２つのターゲットが存在する場合において、前記２つのターゲットからの前記反射信号が合成されない状態を信号処理により生成する機能を有する
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項５】
請求項３において、
前記信号処理回路は、
前記複素数値Ｓ１の位相をθだけ回転させる
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記信号処理回路は、
前記（式１）中の位相回転角θが、２個ある前記ターゲットのうち片方と一致している状態を現出することにより、ドップラーシフト周波数が同一の前記２つのターゲットが存在する場合において、前記２つのターゲットからの前記反射信号が合成されない状態を信号処理により生成する
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記単位のデータセットに使用する前記異なる時刻の時間差ΔＴは、当該レーダ装置の移動速度に応じて変更される
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記レーダ装置は、時刻の経過とともに移動する
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記レーダ装置は、車両に搭載されており、
前記単位のデータセットに使用する前記異なる時刻の時間間隔ΔＴは、当該レーダ装置を搭載した車両の走行速度及び該車両のヨーレートに応じて変更される
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１０】
請求項１において、
前記レーダ装置が静止位置にあり、
前記信号処理回路は、
前記単位のデータセットに含まれる現在取得された計測データと、前記ターゲットと前記レーダ装置のアンテナとの相対的な位置関係が現在の時刻における位置関係とは異なる、前記時間ΔＴだけ過去に取得された計測データとを使用して、前記ターゲットの方位角を計測する機能を有する
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１１】
請求項１記載のレーダ装置において、
信号生成機能、送信機能及び受信機能を有するアナログ回路と、受信信号の処理機能を有する信号処理回路とを備えて成り、
前記アナログ回路は、送信電波を検出領域に送信する１個の送信アンテナと、左右の位置に配置された１対の受信アンテナとを備えて成り、
前記信号処理回路は、受信された前記送信電波の反射波を受信信号として処理しターゲットを追跡する機能を有している
ことを特徴とするレーダ装置。
【請求項１２】
１個の送信アンテナと、左右の位置に配置された１対の受信アンテナと、前記受信アンテナで受信した受信信号を処理する機能を有する信号処理回路とを備えたレーダ装置におけるターゲットの方位角計測方法であって、
前記１個の送信アンテナから送信電波を検出領域に送信し、
前記左右の位置に配置された前記１対の受信アンテナで前記送信電波の反射波を受信し、
前記１対の受信アンテナにより取得された第１のデータと、前記第１のデータとは異なる時刻に取得された第２のデータとを受信信号の単位のデータセットとし、
前記単位のデータセットから前記受信信号の強度変化を求め複数の前記ターゲットの方位角位置を計測するものにおいて、
前記ターゲットと前記レーダ装置との位置関係は時間の経過と共に変化するものであり、
前記１対の受信アンテナにより得られた２つの受信信号のうち、片方の位相を回転させながら両者の線型和を計算することによりアンテナ利得の小さい方位角方向を信号処理的に生成し、
前記アンテナ利得の小さい方位角方向をスキャンして、現在の時刻Ｔｉで計測された受信信号の強度と前記時刻Ｔｉから時間ΔＴだけ異なる時刻に取得されたデータから計算された受信信号の強度が同一となる前記位相の回転角をターゲットの存在角度であると判断して出力する
ことを特徴とするターゲットの方位角計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続的な電波を用いて障害物を検知するレーダ装置及びターゲットの方位角計測方法に係り、特に、検知物の位置と、自車に対する相対速度とを高精度に計測する車載型レーダ装置及びターゲットの方位角計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダ装置を使用して、検知すべきターゲット（検知物体）の方位角を計測する方式にはいくつかの方式がある。代表的なものとして、例えば特許文献１に開示されているスキャン方式と、例えば特許文献２に開示されているモノパルス方式がある。
【０００３】
特許文献１に開示されているスキャン方式の原理を、図１４を用いて説明する。図１４はレーダのアンテナ３００とそのアンテナで生成される放射ビームパターン３０２の１例を示している。この図で示されるようにアンテナ素子を横方向に複数並べることでビームパターンを細く絞り、その放射ビームを左右方向に振る。レーダでは放射電波がターゲットで反射して戻ってくる電波の強度を計測し、その受信強度が強い方位角方向にターゲットが存在していることがわかる。
【０００４】
次に、特許文献２には、２つのアンテナを用いるモノパルス方式、すなわち、１個の送信アンテナと、対向してすなわち互いの左右位置に配置された２個の受信アンテナ（左）および受信アンテナ（右）により構成されるアンテナを備えたレーダ構造が開示されている。
【０００５】
一方、特許文献３には、広角化、高感度化により検出点数が増加しても効率よく物体を追跡することができるようにした車両周辺監視装置が開示されている。すなわち、特許文献３の車両周辺監視装置は、過去に検出した各物体について、過去の物体位置データから今回検出されるべき位置を推定する物体位置推定手段と、物体の推定位置のまわりに所定のウィンドウを設けるウィンドウ設定手段と、ウィンドウ内に含まれる検出点データを用いて今回の物体位置データを求め、過去に検出した物体位置データを用いて、物体の相対速度を算出する物体追跡手段とを備えている。
【０００６】
また、特許文献４には、対照障害物の位置推定精度を向上させた車両における対照障害物の位置推定方法が開示されている。すなわち、特許文献４の位置推定方法によれば、座標上で相互に近接する障害物データに同一ラベルを付すようにして各障害物データのラベル付けを行ない、前回のデータおよび今回のデータに基づいて各ラベル毎に移動方向および移動量を算出し、その移動量をサンプリング時間で除して自車に対する各ラベル毎の相対速度を算出し、その相対速度および前記移動方向から定まる相対速度ベクトルに基づいて所定時間後の対照障害物の位置を推定している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１３２７３４号公報
【特許文献２】特開２００４−２３９７４４号公報
【特許文献３】特開２００５−４３３７５号公報
【特許文献４】特開平０５−１８０９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
自動車で走行時に障害物や前方走行車までの距離や方位角を計測するために、ミリ波を利用したレーダ装置が広く利用されている。レーダ装置は電波を放射し、障害物や前方走行車両などの物体からの反射波を受信する。そして、受信した反射波の強弱、周波数のドップラーシフト、電波の発射から反射波の受信までの伝搬時間などを検出し、その結果から物体までの距離や方位角、相対速度などを計測する。近年では、このようなレーダ装置を自動車に搭載し、障害物や先行車を検出し、その結果に基づいて運転制御をおこなう定速走行装置や車間距離制御装置が実用化されている。
【０００９】
特許文献１に開示されたスキャン方式では、以下２つの問題が存在する。まず一つ目は放射ビームを細く絞るためにアンテナの面積が大きくなるので、レーダ装置全体の小型化が困難なことである。２つ目は、レーダのアンテナ部分を左右に動かす機械的な稼動部が必要となるため、長期信頼性の確保が困難なことである。
【００１０】
次に、特許文献２で採用されているモノパルス方式の原理を、図１５（１５Ａ，１５Ｂ），図１６（１６Ａ，１６Ｂ）を用いて説明する。まず図１５Ａはアンテナの構成例を示した図である。各アンテナはパッチアンテナを用いて構成されている。送信アンテナ３は１つのチャンネルから成るのに対し、受信アンテナは４（ａ）と４（ｂ）の二つのチャンネルから構成される。図１５Ｂに示すように、受信アンテナ４（ａ）、４（ｂ）間の間隔をＤとすると、受信アンテナ４（ａ）、４（ｂ）で受信されるターゲットからの２つの反射信号は、Ｄsinθの位相差を有する。
【００１１】
２つのチャンネルで受信された電力の和信号(Sum)の方位角依存強度と差信号(Diff)の方位角依存強度は図１６Ａのようになり、また、それらの比率(Ratio)を計算すると図１６Ｂのようになる。ここで方位角θは、レーダ正面方向をθ=0、右方向への開き角度を正（＋）、左方向への開き角度を負（−）と定義している。レーダごとに前記方位角依存性のデータを予め測定しておく。そして受信信号を信号処理してターゲットが検出された場合、和信号と差信号の電力の比率(Ratio)及び位相差を計測し、前記の方位角依存性のデータを参照することにより、検知ターゲットの方位角（θ）を特定できる。
【００１２】
このモノパルス方式を実施する際の重要な考え方は、レーダが異なる電波受信パターンを２つ有することである。上記のように受信アンテナを２チャンネル横に並べた場合は、左右方向にずれた２つの受信パターンを有することに相当し、それぞれのチャンネルにより取得された信号の差異を利用して方位角位置を求めている。このモノパルス方式では機械的な稼動部がなく、また電波放射パターンを細く絞る必要がないため、小型・低コスト化を図りやすい。
【００１３】
上記モノパルス方式を利用したレーダ装置を用いて、ターゲットの方位角を正しく計測できる場合と、正しく計測できない場合とを、図１７Ａ、図１７Ｂを用いて説明する。ここで前記レーダ装置は、ターゲットの距離と速度を計測するために、例えば２周波ＣＷ方式を採用しているものとする。
【００１４】
まず、図１７Ａでは自車両８０はレーダ装置８１を搭載して走行している。車両９０は計測すべきターゲットである。車両９０で反射して戻ってきた受信信号の周波数は２つの車両の速度差に応じたドップラーシフト周波数となっている。このドップラーシフト周波数を有する信号の位相を計測することで、前方車両９０までの距離や方位角を正しく計測することができる。
【００１５】
次に図１７Ｂのように前方に２車両が存在し、さらにその２車両の自車に対する相対速度が同一である場合を考える。この状況ではそれぞれの車両で反射して戻ってくる受信信号のドップラーシフト周波数は同じ値となるため、周波数スペクトルを観測した場合、両者の周波数ピークは重なっている。
【００１６】
この場合、検出される反射信号は車両９２による反射波と車両９４による反射波の合成波となるため、それぞれの車両９２、車両９４による反射波の位相を個別に計測することができない。その結果、それぞれの車両の方位角を求めることはできなくなる。この様に２つの反射信号が合成された場合、図１７Ｂに示すように、従来のモノパルス方式のままでは原理的には計測値は両者の中心付近の位置（１つのポイント）９６に出力される。そのため、自車線にターゲットがあるか否かを正しく判別できない可能性がある。
【００１７】
以上で明らかになったように、図１７Ｂのような状況において、計測すべき車両９２と車両９４の位置を正しく計測できないのがモノパルス方式の問題点である。
【００１８】
一方、特許文献３に開示された車両周辺監視装置は、過去の物体位置データから今回検出されるべき位置を推定し、物体の推定位置のまわりに所定のウィンドウを設ける機能を有する。また、特許文献４に開示された対照障害物の位置推定方法は、前回のデータおよび今回のデータに基づいて各ラベル毎に移動方向および移動量を算出する。これらは、いずれも、今回検出されるべき物体等の位置推定をより正確に行うべく、フィルタによるデータの平滑化手段としてウィンドウやラベルを設定する手法である。特許文献３や特許文献４には、図１７Ｂのような状況における２つの反射信号の干渉に関する課題の提示や解決手段については、なんらの開示も示唆も無い。
【００１９】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、主たる解決課題は、ドップラーシフト周波数が同一となる２つのターゲットが存在する場合でも、簡単な構成で２つのターゲットそれぞれの方位角を正確に計測することが可能な信号処理手段を有したレーダ装置及びターゲットの方位角計測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の代表的なものの一例を示せば以下の通りである。即ち、本発明のレーダ装置は、送信電波を検出領域に送信する１個の送信アンテナと、対向して配置されターゲットからの反射波を受信する１対の受信アンテナと、受信信号を処理する機能を有する信号処理回路とを備えて成り、前記信号処理回路は、前記受信信号として、前記１対の受信アンテナにより取得された第１のデータと前記第１のデータとは異なる時刻に取得された第２のデータとを単位のデータセットとすることで仮想的にアンテナ数を２倍とする機能と、前記単位のデータセットから前記受信信号の強度変化を求め、複数の前記ターゲットの位置を計測する機能とを備えて成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ドップラー周波数が同一となる複数のターゲットが存在する状況においても、受信アンテナ２ｃｈで構成されるレーダを用いてそれぞれの方位角位置を計測することが可能となる。つまり、モノパルス方式の短所を、高周波信号処理回路部分の簡単な構成の変更あるいは信号処理手法の修正により、解決できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず、本発明の原理の概略を説明する。以下では、モノパルス方式で正しく検知できない例として挙げた図１７Ｂのように、ターゲットが２つある場合について説明する。また、ここでは車載のレーダ装置のアンテナには図１５で示したように、１対の受信アンテナすなわち２チャンネルから構成される受信アンテナ４（ａ）、４（ｂ）が装備され、それらにより受信される信号が別々に得られるものとする。
【００２３】
本発明では、図１Ａに示すように、同じアンテナが僅かに異なる場所に位置していたときの過去のデータ（時刻Ｔｉ、第１のデータ）と、現在の位置におけるデータ（時刻Ｔｉ＋ΔＴ、第２のデータ）、すなわち、僅かに異なる時間差ΔＴ毎に、４つのアンテナ位置４（ａ）、４（ｂ）、４（ａ）’、４（ｂ）’に対応するデータを夫々単位のデータセットとする。そして、各単位のデータセットから受信信号の強度変化を求め対象物の方位角を計測する信号処理手法を用いる。本発明ではレーダ装置が異なる位置にあるときの情報を利用することで、仮想的にアンテナ数をレーダの移動方向に沿って増やすのと類似の効果を得ている。
【００２４】
既に説明した様に、図１７Ｂの状況下では２つのターゲットからの反射信号は通常合成信号として観測されるため、個別の反射信号を計測することができない。そこで、まず２つのターゲットからの反射信号が合成されないようにするための信号処理を実施する。
【００２５】
受信アンテナで得られた２つ以上の受信信号に所定の演算を実施すると、アンテナ利得が小さくなる方位角方向（以下ヌル点とも呼ぶ）を信号処理的に生成することができる。さらにこの低利得方向を方位角方向にスキャンすることも可能である。この低利得方向が、２個存在するターゲットのうち１個の方向と一致したとき、このターゲットからの反射信号は受信されない状態となり、もう一方のターゲットからの反射信号だけを受信している状態となる。すなわち信号の合成が起こらない状態になる。本発明は、この状態を検出することで、対象物の方位角を計測する。
【００２６】
この点について、図２（図２Ａ，図２Ｂ）を用いてより詳細に説明する。２つの受信アンテナにより取得された単位のデータセットの信号（第１のデータ（４（ａ）、４（ｂ）相当）、第２のデータ（４（ａ）’、４（ｂ）’相当））は、それぞれフーリエ変換され、ターゲットからの反射信号が検出される。ここで単位のデータセットに含まれる第１のデータと第２のデータ各々で検出される２つの信号は複素数であり、信号強度に相当する振幅情報の他に位相情報を持っている。この２つの複素数値をＳ１, Ｓ2 と記述することにする。
【００２７】
複素数値Ｓ１の位相をθだけ回転させながら、次式（式１）に従って線型和ＸＳ（θ）を計算する。
【００２８】
【数１】
0005091651.tif 000002
すなわち、図２Ａに示すように、２つある受信アンテナにより得られた２つの受信信号のうち、片方の位相を回転させながら両者の線型和を計算することによりアンテナ利得の小さい方位角方向を信号処理的に生成する。
【００２９】
この演算を実施することで構成される受信アンテナの方位角利得特性の模式図は、図２Ｂ中の曲線６０−１（第１のデータ対応）、曲線６０−２（第２のデータ対応）のようになる。ここで方位角利得特性曲線６０において２つの山となっている方位角方向ではアンテナ利得が大きく、方位角利得特性曲線６０の谷となっている方位角方向（ヌル点）ではアンテナ利得が小さいことを示している。図２Ｂでは方位角度θ方向で低利得となり、この方向からの反射波はほとんど受信されない状態になっている。式１で様々な値の位相回転角θに対してＸＳ（θ）を計算することは、図２Ｂ中の低利得方向を様々な方向に変更することに相当する。したがって、位相回転角θを人為的に回転させながらＸＳ（θ）を計算することは、低利得方向を方位角方向にスキャンすることと同じである。
【００３０】
実際の処理では低利得方向を様々な方位角度にスキャンするため、どの方位角度を向いたときに、ヌル点がターゲット方向と一致しているのかわからない。そこでレーダが異なる２つの場所に位置していた時のＸＳ（θ）のデータを使用し、アンテナが微少に動く前後における、信号強度の比較を行う。
【００３１】
すなわち、本発明では、図１Ａに示すように、レーダ装置に装着された同じアンテナにより、２つの僅かに異なる時刻（Ｔｉ，Ｔｉ＋ΔＴ）に取得された２組のデータを単位のデータセットとして用いて検知物体の位置を計測する。これにより、車両の現在（時刻Ｔｉ）のアンテナ位置（４（ａ），４（ｂ））において取得されたＸＳ（θ）のデータと、現在の位置とは僅かに異なる位置（時刻Ｔｉ＋ΔＴ）のアンテナ位置（４（ａ）’，４（ｂ）’）において取得されたＸＳ（θ）のデータからなる２組のデータを用いて検知物体の方位角を計測する。換言すると、仮想的にアンテナ数を４つ（４（ａ），４（ｂ），４（ａ）’，４（ｂ）’）に増やしたのと同等の効果を得る信号処理を行うことができる。
【００３２】
第１のデータと第２のデータを取得するための微小な時間間隔、換言すると僅かに異なる時間差ΔＴは、図１Ｂに示すように、レーダ装置の移動速度、すなわちレーダ装置を搭載した自動車の走行速度やこの自動車のヨーレートに応じて変更される。
【００３３】
ΔＴ∝（ΔＴｖ，ΔＴｙ）
このように、ΔＴは、自車の走行速度の増加に伴いΔＴｖが低減する関数で与えられ、また、道路の曲率が大きくなるのに伴いΔＴｙが低減する関数で与えられる。
【００３４】
アンテナが微少に動く前後において比較する信号強度とは、低利得方向を様々な方向にスキャンした場合に、２つのチャンネルから所定の演算により計算される信号強度である。低利得方向とターゲット方向が一致している場合は、もう一方のターゲットからの反射信号しか受信していないため、レーダが微少に動いただけでは上記の信号強度はほとんど変化しない。したがって、アンテナの移動前後で前記の信号強度が同一となる時に低利得方向が向いていた方位角にターゲットが存在することがわかる。
【００３５】
一方、低利得方向とターゲット方向が一致していない場合は、一般に上記の信号強度はターゲットとの位置関係がわずかに変化するだけで大きく変動するため、アンテナの移動前後で同一とならない。したがって上記の信号強度が同一となる方位角だけを出力すれば、実際にターゲットのいる方位角を出力していることになる。
【００３６】
以上の通り、本発明によれば、ドップラー周波数が同一となるターゲットが２つ存在する場合であっても、それぞれの方位角を計測することができる。これにより、誤検知データの出力を抑え、出力される方位角の信頼性を向上させることができる。
【００３７】
背景技術の項でモノパルス方式は異なるビームが２つ必要であると述べた。本発明の時間差方式では、２つのビームを得るために２つの時刻のデータを利用していると言える。
【００３８】
また、一般にレーダ信号処理では、干渉信号の低減を行うために種々の工夫が実施されるが、本発明では干渉による受信信号の強度変化を積極的に活用しているとも言える。
【００３９】
次に、本発明のより具体的な実施形態を、図３〜図１３Ａ、図１３Ｂを用いて説明する。
【００４０】
最初に、本実施例を実施するためのレーダ装置のブロック図を、図３、図４を用いて説明する。図３において、レーダ装置８１は、信号生成機能、送信機能及び受信機能を有するアナログ回路１と、受信信号の処理機能を有する信号処理回路（デジタルプロセッサ）１０を備えている。すなわち、アナログ回路１は、送信系に変調器２、発振器５、電力増幅器６、送信アンテナ３を備え、受信系に受信アンテナ４（ａ）、４（ｂ）とミキサ回路７（ａ）、７（ｂ）、電力増幅器８（ａ）、８（ｂ）、Ａ／Ｄコンバータ９（ａ）、９（ｂ）を備えている。Ａ／Ｄコンバータ９から出力された信号は、信号処理回路１０で処理され、ターゲットまでの距離又は相対速度の少なくとも一方が求められる。信号処理回路１０は、ＣＰＵやメモリ及びプログラムを保持するデータプロセッサにより構成され、高速フーリエ変換(ＦＦＴ)処理部１１、ピークサーチ処理部１２、メモリ１３、ターゲット位置算出部２０、物体追跡処理部１４を備えている。ターゲット位置算出部２０は、時間差方式方位角算出ユニット２１を備えている。また信号処理回路１０には車速センサ３０、ヨーレートセンサ３１の出力も入力され、メモリ１３に記録保持される。なお、信号処理回路１０の上記各部は、各種プログラムに基づく演算処理をＣＰＵで実行することにより得られる実現される機能である。信号処理回路１０の具体的な構成は、上記各部の機能の一部を組み合わせて統合し、あるいは一部をさらに細分化して実現しても良いことは言うまでも無い。
【００４１】
物体追跡処理部１４で得られた情報は、シリアル通信手段などにより外部のＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）装置などに送られ、車両の走行制御を行う。
【００４２】
図４に、ターゲット位置算出部２０のより具体的な構成例を示す。ターゲット位置算出部２０は、時間差方式方位角算出ユニット２１の他に、モノパルス方式方位角算出ユニット２２、相対速度算出ユニット２３、距離算出ユニット２４、時間差設定ユニット２５、ターゲット数判定ユニット２６を備えている。時間差方式方位角算出ユニット２１は、ヌル点走査曲線算出部２１１、曲線比較部２１２、ヌル点走査曲線記憶部２１３を備えている。ヌル点走査曲線算出部２１１は後で説明するヌル点走査曲線（図１１の曲線１１０、１２０）を算出する機能を有している。ヌル点走査曲線比較部２１２は２つのヌル点走査曲線の交点、すなわちターゲットの方位角を求める機能を有している。これらのヌル点に関する情報は、ヌル点走査曲線記憶部２１３に保持される。
【００４３】
相対速度算出ユニット２３および距離算出ユニット２４では、例えば２周波ＣＷ方式の原理に基づいて、それぞれターゲットの相対速度と距離が算出される。時間差方式方位角算出ユニット２１のヌル点走査曲線算出部２１１及び曲線比較部の機能については、後で説明する。
【００４４】
ターゲット数判定ユニット２６は、反射信号の処理データからターゲット数を判定し、時間差方式方位角算出ユニット２１とモノパルス方式方位角算出ユニット２２のいずれで方位角算出の処理を行うべきかを判定処理する。
【００４５】
方位角算出ユニット２１、２２では、それぞれ方位角を算出する。すなわち、時間差方式方位角算出ユニット２１では、図１Ａで説明した時間差方式に基づき、反射信号にドップラー周波数が同一となるターゲットが２つ存在する場合であっても、それぞれの方位角を算出する。一方、ターゲットが１つ存在する場合における方位角の算出は、モノパルス方式方位角算出ユニット２２によって行う。
【００４６】
なお、ターゲット位置算出部２０の構成は、上記各ユニットや各部の機能の一部を組み合わせて統合し、あるいは一部をさらに細分化して実現しても良いことは言うまでも無い。
【００４７】
次に、本発明の実施例の動作について、図５及び図７のフローチャートをベースにして、以下説明する。  
アナログ回路１の発振器５は、変調器２からの変調信号に基づき、例えば図６Ａで示した周波数パターンで発振する。これは２周波ＣＷ方式と呼ばれる周波数変調方式であるが、これに代えて例えばＦＭＣＷ方式の変調方式等他の方式を採用しても良い。周波数変調された高周波信号は、電力増幅器６で増幅された後、送信アンテナ３から送信電波として検出領域へ向けて照射される。
【００４８】
送信アンテナ３から送信された電波は照射領域内の物体（ターゲット）で反射され、返ってきた電波信号は受信アンテナ４により受信される。この受信信号をミキサ回路７で発信信号とミキシングすることによってビート信号が生成され、このビート信号が電力増幅器８へ出力される。電力増幅器８で増幅され出力された信号は、Ａ／Ｄコンバータ９によってディジタル信号に変換された後、信号処理回路１０へ送られる。
【００４９】
この信号処理回路１０では、図５に示されるフローチャートに従って受信信号に所定の演算が実施される。
【００５０】
まず各変調区間において取得された単位のデータセットの各データに対してステップ４１で高速フーリエ変換(ＦＦＴ)による周波数解析を行って周波数スペクトルを得る。物体による反射波を受信した場合、信号対雑音電力比(Ｓ／Ｎ)の大きい周波数ピークとして、例えば図６Ｂに示した周波数スペクトル図のピーク５０で示したように、観測される。このようにして観測されるピークを、次のステップ４２のピークサーチで抽出する。ここで抽出された信号に対して、ステップ４３においてターゲットの位置情報算出処理が施される。このステップ４３の処理はターゲット位置算出部２０により実行される。ターゲット位置算出部２０の相対速度算出ユニット２３および距離算出ユニット２４では、例えば２周波ＣＷ方式の原理に基づいて、それぞれターゲットの相対速度と距離を算出する。
【００５１】
次に、図５中のステップ４３で単位のデータセットを用いて２つのターゲット位置を計測し、その結果を利用して、夫々ステップ４４で追尾処理を施す。ここでは過去の検知物体計測情報から予測される現在の計測情報に基づいて、実際に現在算出した情報を補正する。この補正手段は従来からレーダ技術の分野で用いられているカルマンフィルターやαβフィルタを利用する
なお、ここまではターゲットが２つ存在する場合を仮定していたが、ターゲットが１個の時にはＸＳ（θ）は時刻Ｔｉと時刻Ｔｉ＋ΔＴで全ての方位角について同じ値となる。なぜなら低利得方向がどこを向いていようともターゲット１個の信号だけを受信しており、干渉などは生じていないからである。この場合には、例えば通常のモノパルス方式に従ってターゲットの方位角度を求める。すなわち、図４のモノパルス方式方位角算出ユニット２２により、図１６、図１７で説明したようにして、ターゲットの方位角度を求める。そして、ステップ４４で追尾処理を施す。
【００５２】
図５に示した上記各処理は、レーダ装置８１のアナログ回路１からのデータ入力に同期して繰り返し実行される。
【００５３】
次に、ターゲット位置算出部２０の動作を、図７に示すフローチャートに従って詳細に説明する。
【００５４】
既に述べたように、本発明では、微小な時間差ΔＴの間に自車搭載のレーダの位置が移動することを利用して単位のデータセットを取得し、仮想的にアンテナ数をレーダの移動方向に沿って増やすことを特徴にしている。ただし、例えば交差点での一次停止のように自車搭載のレーダの位置は停止したままの状態でターゲットが自車に接近してくる場合も考えられる。この場合、自車搭載のレーダとターゲットとの相対的な位置関係の変化を検知るために、微小な時間差ΔＴにおける自車とターゲット間の距離変化を利用する。
【００５５】
図７において、ステップ７１では、レーダとターゲットまでの距離が前回計測された値と一致しているか否かを判定する。変化している場合はターゲットとレーダの位置関係が変化しているため本発明の方位角計測方式を使用することができる。そこでステップ７２へ進みヌル点走査曲線を求める。なお、ヌル点走査曲線については、後で図１１を用いて詳細に説明する。ステップ７３では前記ヌル点走査曲線と過去のどの時点に求め記憶したヌル点走査曲線、換言すると微小時間差ΔＴをどの値にして1セットのヌル点走査曲線を比較するかを車速センサ、ヨーレートセンサの出力情報を基にして決定する。
【００５６】
ステップ７４では、２つのヌル点走査曲線からターゲット数を求める。ターゲットが１個の時にはＸＳ（θ）は時刻Ｔｉと時刻Ｔｉ＋ΔＴで全ての方位角について同じ値となる。ターゲットが１個の場合には、通常のモノパルス方式に従ってターゲットの方位角度を求める（ステップ７５、７６）。
【００５７】
ステップ７７では、２つのヌル点走査曲線（図１１中の曲線１１０，１２０）の交点、すなわちターゲットの方位角θA，θBを求める。
【００５８】
最後にステップ７８で現在求めたヌル点走査曲線とターゲット位置情報をメモリ等の記憶装置に登録する。
【００５９】
図８Ａは、単位のデータセットすなわち２つの受信アンテナの受信信号に所定の演算を実施することで得られたアンテナ利得の低い方位角方向が、２つあるターゲットのうち１つの方向と一致している様子を示している。すなわち、図８Ａは、前記（式１）中の位相回転角θが２個あるターゲットのうち片方と一致している場合を示している。この図ではターゲットＡとターゲットＢが存在し、位相回転角θはターゲットＢの方位角θBと一致している。この時、ターゲットＢからの反射信号は受信されず、ターゲットＡからの反射信号だけを受信している状態となっている。つまり、ドップラーシフト周波数が同一のターゲットが２つある場合であっても、両者からの反射信号が合成されない状態を信号処理により生成している。
【００６０】
一方、図８Ｂは、２つの受信アンテナの受信信号に所定の演算を実施することで生成されたアンテナ利得の低い方位角方向が、２つあるターゲットのうちいずれとも一致していない様子を示している。このように、低利得方向がターゲット方向と一致していない場合は、２つのターゲットからの反射信号は合成されている。この状態は２つの反射信号が干渉しているとも表現される。
【００６１】
図８Ｂのようなときは２つの信号が合成されるため、個々の方位角を計測することはできない。図８Ａの状態が起きているときは、その位相回転角θがわかれば、ターゲットの方位角位置がわかることになる。しかし、実際に計算する際には、低利得方向を全方位角方向スキャンしており、どの方向に向けたときに、図８Ａの状態になっているかはわからない。
【００６２】
そこで、以下の方法により、ターゲットの方位角を決定する。  
まず、（式１）で表されるＸＳ（θ）の、位相回転角θを検知角度範囲内で例えば０．１度刻みで変化させながら計算する。そしてＸＳ（θ）の絶対値を位相回転角θの関数として描くと例えば図１１中のヌル点走査曲線１１０のようになる。本発明では、このようにして生成される曲線をヌル点走査曲線と定義する。この時の時刻をＴｉとする。続いて時刻が微少時間ΔＴだけ過ぎたＴｉ＋ΔＴでも同じ計算処理を行い、同様の曲線を描くと例えば図１１中のヌル点走査曲線１２０のようになる。ここで微少時間ΔＴだけ離れた時刻とは例えば数十ミリ秒程度の固定値でも良いし、あるいは数十ミリ秒程度の初期値を基準として車速センサ３０やヨーレートセンサ３１から得られる自車両の走行状況の情報に応じて変化させても構わない。
【００６３】
以下では、上記２本のヌル点走査曲線１１０、１２０の交点の位相回転角θが、ターゲットの方位角位置θA、θBとなっていることを説明する。
【００６４】
図８Ａの状態は、ターゲットＡからの反射信号のみが受信されている状態である。この後、レーダが微少に動いただけではその信号強度はほとんど変化しない。つまりＸＳ(θA)の絶対値は時刻Ｔｉ, 時刻Ｔｉ＋ΔＴでほぼ同じ値となる。これは図９Ａ、図９Ｂを用いて以下のように解釈することもできる。時刻Ｔｉにおいてヌル点がターゲットＢを向いていた場合、ターゲットＡからの反射波の強度を図９Ａ中の太線１００の長さＬ１で表すとする。次に時刻Ｔｉ＋ΔＴの時も同様にターゲットＡからの反射波の強度を図９Ｂ中の太線１０１で表す。この時、Ｔｉ＋ΔＴ−Ｔｉが小さければ太線１００、太線１０１の長さＬ２は等しいと考えることができる。
【００６５】
同様に、低利得方向がターゲットＡを向いた時はターゲットＢからの反射信号のみを受信している状態であるため、時刻Ｔｉと時刻Ｔｉ＋ΔＴでＸＳ(θB)はほぼ等しくなる。
【００６６】
一方、位相回転角θがターゲット位置とは異なる方位角である場合、２つのターゲットからの反射信号は干渉し合うため、時刻の経過に伴いレーダの位置が移動してターゲットとの位置関係が変化すると、両者の反射信号の合成のされ方が異なる。この場合、一般に合成信号の強度は大きく変動し、ＸＳ（θ）は時刻ＴｉとＴｉ＋ΔＴで異なる値となる（Ｌ１≠Ｌ２）。以上の振る舞いを表に纏めたのが図１０である。
【００６７】
すなわち、θ=θA、θBの時（低利得方向がターゲットを向いている時）、片方の反射信号のみ受信しており、かつその強度は同一である。一方、この条件以外のとき、両ターゲットからの反射信号が干渉している。そして、一般に、反射信号の強度は時刻変動する。
【００６８】
以上のことから、２つのヌル点走査曲線１１０、１２０の交点の位置を求めれば、ターゲットＡとターゲットＢの方位角位置θA，θBが求まることがわかる。
【００６９】
なお、僅かに異なる時間差ΔＴが長すぎると、太線１００、太線１０１の長さが等しい状態を検知し難くなり干渉状態にある２つの反射信号を識別し難くなる。逆に、時間差ΔＴが短すぎると、太線１００、太線１０１の長さが等しい状態のデータを不必要に多く取得することになる。換言すると、本発明において、僅かに異なる時間差ΔＴは、低利得方向が１つのターゲットを向いた時に他方のターゲットからの反射信号ＸＳ(θB)がほぼ等しい状態として検知される適度の数のデータを取得するのに適した時間間隔として、適宜設定すればよいことが分かる。
【００７０】
以上に説明した処理に従えば、受信アンテナが２チャンネルしかない場合であっても、ドップラー周波数が一致する２つのターゲットの方位角を個別に計測することが可能となるため、図１２の様なシーンでもレーダ出力結果は２つのポイント９８に示されるように、実際の２つのターゲット位置と一致する。したがって、一般的なモノパルス方式を利用する場合と比べて誤検知出力を低減することが可能となる。
【００７１】
図１３Ａ、図１３Ｂは、本発明の実施例に基づくレーダ装置と従来のモノパルス方式に基づくレーダ装置を夫々車に搭載して、ターゲット位置検出処理を行った実験結果の一例を示すものであり、図１３Ａが本発明の実施例、図１３Ｂが従来のモノパルス方式による結果を示す。いずれの場合も、前提として、レーダ装置は受信アンテナが２チャンネルから構成されており、自車の前方の検出領域内に２つのターゲットが位置し（図１２の様なシーン）、かつ、自車の速度が前方を走行する２つのターゲットの速度よりも大きいものとする。本発明の実施例によれば、（Ａ）に示すとおり、２つのターゲットの角度が最小分離可能角度と等しくなる距離よりも近距離側において２つのターゲットを明確に識別し区別できている。一方、従来のモノパルス方式では、（Ｂ）に示すとおり、あたかも１つのターゲットがふらついているかのように検出される。これは、２つのターゲットからの反射信号が干渉しているためである。
【００７２】
このように、本発明によれば、ドップラーシフト周波数が同一となる２つのターゲットが存在する場合でも、簡単な構成で、例えば、モノパルス方式を採用したレーダ装置のハード構成に時間差方式方位角算出の機能を付加することで、２つのターゲットそれぞれの方位角を計測することが可能な信号処理手段を有したレーダ装置を提供することができる。
【００７３】
なお、レーダ装置が静止状態にある場合でも、このレーダ装置に対して相対的に移動するターゲットに対しては、時間差方式方位角算出ユニット２１等を備えた信号処理回路１０において、上記信号処理を用いることによりこのターゲットの方位角を計測することができることは言うまでも無い。すなわち、電波を放射しその反射波を処理して物体を検出するレーダ装置において、レーダ装置に装着されたアンテナにより現在取得された計測データと、ターゲットとアンテナとの相対的な位置関係が現在の時刻とは微小時間ΔＴだけ異なる時刻に取得された計測データとを単位のデータセットとして使用して時間差方式で方位角を算出することで、２つのターゲットそれぞれの方位角を計測することができる。
【００７４】
以上述べた実施例では、本発明のレーダ装置を車両に搭載して用いることを想定したが、用途は自動車用に限るものではない。たとえば、航空機や船舶に設置して障害物を監視し、走行制御や警告を行う装置として使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１Ａ】同じアンテナが僅かに異なる場所に位置していたとき（時刻Ｔｉ）の過去のデータと、現在の位置（時刻Ｔｉ＋ΔＴ）におけるデータとを共に使用して、対象物の方位角を計測する、本発明の動作原理を説明する図である。
【図１Ｂ】本発明におけるアンテナの僅に異なる場所に相当する微小時間ΔＴを説明する図である。
【図２Ａ】２つの受信信号のうち、片方の位相を回転させながら両者の線型和を計算することによりアンテナ利得の小さい方位角方向を信号処理的に生成する様子を示す図である。
【図２Ｂ】２つの受信アンテナの受信信号に所定の演算を実施することで、アンテナゲインの低い方位角方向を生成し、さらにそれを方位角方向にスキャンしている様子を示す、本発明の動作原理の説明図である。
【図３】本発明の一実施例になるレーダ装置の機能ブロック図である。
【図４】図３のターゲット位置算出部のより具体的な構成例を示す図である。
【図５】本発明の実施例になるレーダ装置における、検知物体の位置情報などを計測する信号処理のフローチャートである。
【図６Ａ】本発明の実施例における、発振器の発振周波数パターンの一例を示す図である。
【図６Ｂ】送信電波が移動物体で反射することによって生じるドップラー周波数がピークとして観測されることを表す周波数スペクトルの図である。
【図７】本発明の実施例におけるターゲットの方位角度を計測する処理のフローチャートである。
【図８Ａ】２つの受信アンテナの受信信号に所定の演算を実施することで生成したアンテナ利得の低い方位角方向が、２つあるターゲットのうち１つの方向と一致している様子を示す図である。
【図８Ｂ】２つの受信アンテナの受信信号に所定の演算を実施することで生成したアンテナ利得の低い方位角方向が、２つあるターゲットのうちいずれとも一致していない様子を示す図である。
【図９Ａ】アンテナ利得の低い方角がターゲットＢの方位角度と一致していれば、アンテナが微少に進んでも受信される信号強度は一定であることを示す図であって、時刻Ｔｉにおけるアンテナとターゲットとの位置関係を示す図である。
【図９Ｂ】アンテナ利得の低い方角がターゲットＢの方位角度と一致していれば、アンテナが微少に進んでも受信される信号強度は一定であることを示す図であって、時刻Ｔｉ＋ΔＴにおけるアンテナとターゲットとの位置関係を示す図である。
【図１０】ターゲットが複数ある場合に、アンテナゲインの低い方位角方向がターゲットの方向と一致している場合と一致していない場合で、強度の時刻変動に差異が生じることを説明する図である。
【図１１】２つの受信アンテナの受信信号に所定の演算を実施することで得られた信号強度の方位角依存性を、微少時間ΔＴだけ離れた２つの時刻のデータから描いた図である。
【図１２】図１７Ｂのシーンにおいて、本発明のレーダ装置で計測されるターゲット位置を示す図である。
【図１３Ａ】本発明の実施例に基づくレーダ装置を車に搭載して、ターゲット位置検出処理を行った実験結果の一例を示す図である。
【図１３Ｂ】従来のモノパルス方式に基づくレーダ装置を車に搭載して、ターゲット位置検出処理を行った実験結果の一例を示す図である。
【図１４】従来例のスキャン方式の原理を示す図である。
【図１５Ａ】従来例のモノパルス方式を、パッチアンテナを用いて実施する場合のアンテナ構成例を示すためのアンテナの平面図である。
【図１５Ｂ】従来例のモノパルス方式を、パッチアンテナを用いて実施する場合のアンテナ構成例を示すためのアンテナの断面図である。
【図１６Ａ】従来例のモノパルス方式を実現する２つのアンテナで受信した信号の和信号と差信号の方位角依存性を示す図である。
【図１６Ｂ】従来例のモノパルス方式による方位角計測の原理を示す図である。
【図１７Ａ】レーダを搭載した車両と検知すべき車両の位置関係を示す図である。
【図１７Ｂ】従来例のモノパルス方式では正しく検知できない、走行シーンを示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１…レーダ装置の高周波回路、
２…変調器、
３…送信アンテナ、
４（ａ），４（ｂ）…受信アンテナ、
５…発信器、
６…電力増幅器、
７ａ，７ｂ…ミキサ回路、
８ａ，８ｂ…電力増幅器、
９ａ，９ｂ…Ａ／Ｄコンバータ、
１０…信号処理部、
１１…高速フーリエ変換(ＦＦＴ)処理部、
１２…ピークサーチ処理部、
１３…メモリ、
１４…物体追跡処理部、
２０…ターゲット位置算出部、
２１…時間差方式方位角算出ユニット、
２１１…ヌル点走査曲線算出部、
２１２…ヌル点走査曲線比較部、
２１３…ヌル点走査曲線記憶部、
２２…モノパルス方式方位角算出ユニット、
２３…相対速度算出ユニット、
２４…距離算出ユニット、
２５…時間差設定ユニット、
２６…ターゲット数判定ユニット、
５０…周波数スペクトルのピーク、
６０…２つの受信アンテナにより取得された２つの受信信号に所定の演算を実施することで構成されたビームパターン、
８０…レーダを搭載した車両、
８１…レーダ装置、
９０、９２，９４…前方を走行する車両、
９６…モノパルス方式の原理で計測された、誤検知出力位置、
９８…本発明のレーダ装置で計測されたターゲットの出力位置、
１１０…（式１）で計算されるＸＳ（θ）の時刻Ｔｉにおける絶対値、
１２０…（式１）で計算されるＸＳ（θ）の時刻Ｔｉ＋ΔＴにおける絶対値、
３０１…スキャン方式を採用しているレーダ装置のアンテナ、
３０２…スキャン方式を採用しているレーダ装置のアンテナから放射されるビームパターン。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0005091651.tif 000005
【図２Ａ】
0005091651.tif 000006
【図２Ｂ】
0005091651.tif 000007
【図３】
0005091651.tif 000008
【図４】
0005091651.tif 000009
【図５】
0005091651.tif 000010
【図６Ａ】
0005091651.tif 000011
【図６Ｂ】
0005091651.tif 000012
【図７】
0005091651.tif 000013
【図８Ａ】
0005091651.tif 000014
【図８Ｂ】
0005091651.tif 000015
【図９Ａ】
0005091651.tif 000016
【図９Ｂ】
0005091651.tif 000017
【図１０】
0005091651.tif 000018
【図１１】
0005091651.tif 000019
【図１２】
0005091651.tif 000020
【図１３Ａ】
0005091651.tif 000021
【図１３Ｂ】
0005091651.tif 000022
【図１４】
0005091651.tif 000023
【図１５Ａ】
0005091651.tif 000024
【図１５Ｂ】
0005091651.tif 000025
【図１６Ａ】
0005091651.tif 000026
【図１６Ｂ】
0005091651.tif 000027
【図１７Ａ】
0005091651.tif 000028
【図１７Ｂ】
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