JP2008039718A - レーダ装置、及び、到来方向推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物体の方向決定を、物体が一つの構成要素で構成されている可能性の高い場合は迅速に、物体が複数の構成要素で構成されている可能性の高い場合は正確に行うレーダ装置を提供する。
【解決手段】電波を物体に送信する送信部と、物体に反射される電波を受信する複数のアンテナと、複数の受信信号に基づいて、物体に反射される電波の到来方向を推定する測角方法を用いる信号処理部とを有するレーダ装置であって、信号処理部は、第一の測角方法を用いて物体からの電波の到来方向を推定し、推定された電波の角度分布に基づいて物体の幅を算出し、算出された物体の幅が所定の幅以上であるかを判定し、物体の幅が所定の幅以上である場合に、第一の測角方法より角度分解能の高い第二の測角方法を用いて物体からの前記電波の方向を推定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数のアンテナで受信した電波に基づいて、物体の存在する方向を判定するレーダ装置に関し、特に、車両に搭載され物体を検知するレーダ装置に関する。

車両の前方に設置され、物体までの距離、車両と物体との相対速度、及び、角度を測定する車載用レーダ装置が提案されている。物体までの距離、相対速度、及び、角度を測定することにより、物体との衝突を事前に警告する警報装置を作動させたり、物体との衝突を回避するためにブレーキを作動させたりすることが可能である。

従来のレーダ装置には、ミリ波領域の電波のビームを送信し、物体によって反射された反射波を複数の受信アンテナで受信し、受信された受信波の位相差から物体の方向を決定する位相モノパルス方式のレーダ装置がある。

図１は、位相モノパルス方式のレーダ装置における１つの反射波の受信の例である。ここで、角度θは物体からの反射波の方向を示す角度であり、車両の正面方向を０°としている。また、距離ｄは2つの受信アンテナの間隔であり、位相差φは二つの受信波の位相差である。２つの受信アンテナ14a及び14bは、角度θの方向にある物体によって反射された反射波を受信する。２つの受信アンテナによって受信される反射波の方向、即ち、物体の方向を示す角度θは次式で求められる。

ここで、λは受信波の波長である。

レーダ装置においては、上述の原理に基づいて反射波の到来方向が決定されるが、様々な方向からの複数の反射波が存在する場合は合成されてしまうため、２つの受信アンテナで観測される位相差のみでは反射波の到来方向を決定することができない。そこで、従来のレーダ装置においては、複数の受信アンテナで観測された反射波を、プロセッサによって所定の測角方法を実行することにより解析し、反射波の到来方向を決定している。

例えば、高分解能の測角方法であるMUSICは、固有値演算を行うため計算量が多い。この測角方法では、ベクトル×行列×行列×ベクトルの計算が行われ、受信アンテナの数の３乗に比例して計算量が増加する。それに対して低分解能の測角方法であるDBF、Capon法、及び、線形予測法では、計算負荷が小さい。

これらの測角方法の中から、１つのレーダ装置に対して１つ採用されるのが通常であったが、複数の測角方法を用いるレーダ装置が提案されている。

例えば、物体の方向を計算する際に、まず計算量の少ない測角方法を用いて計算を行い、検出した方向の近辺をさらに高分解能の測角方法を用いて物体の方向を特定する技術が、特許文献１に開示されている。ここで高分解能の測角方法とは、複数の電波源の方向を分解し、電波源の数を特定する能力の高い測角方法のことである。この技術において、計算量の少ない測角方法と高分解能の測角方法は、双方が必ず用いられる。また、MUSIC（Multiple Signal Classification）やESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique)などの高分解能の測角方法については、特許文献２に記載がある。

また、反射波の周波数を分析することにより物体までの距離を算出し、物体が遠距離に存在する場合には高分解能の測角方法を用い、物体が近距離に存在する場合にはDBF（Digital Beam Forming）やCapon法のような計算量の少ない測角方法を用いる技術が、特許文献３に開示されている。この技術は、近距離に存在し移動する信号源と、遠距離に存在し移動する信号源とを測角することを目的としている。
特開２００３−１３９８４９号公報 特開２００２−１４８３２４号公報 特開２００４−１０８８５１号公報

ある測角方法を用いて、同程度の距離に存在する複数の物体からの反射波を分離可能な場合、それぞれの物体の存在する方向をピークとした急勾配の角度スペクトルが得られる。

一方、同程度の距離に存在する複数の物体からの反射波を分離不可能な場合、複数のピークが合成された緩勾配の角度スペクトルが得られる。合成された角度スペクトルからは、複数の物体の方向をそれぞれ推定することはできない。

初めから高分解能の測角方法を用いれば、複数の物体からの反射波を分離し、複数の物体の方向をそれぞれ推定することできる可能性がある。しかしながら、最初から高分解能の測角方法を用いると、計算量が多くなり、結果として計算時間が長くなってしまう。計算時間が長いレーダ装置は、迅速な方向決定が要求される車載用レーダ装置には不向きである。

特許文献１に記載の技術においては、計算量の少ない測角方法で物体を検出し、物体の検出方向に、高分解能の測角方法を適用するため、２つの測角方法を実行する時間が必要となる。また、この技術においては高分解能の測角方法を適用する範囲を限定することにより、計算量を少なくする効果が考えられるが、実際には反射波を引き起こす物体はあらゆる方向に存在する場合があり、高分解能の測角方法を適用する範囲を限定することは難しい。そのため、車載用レーダ装置に求められる迅速な方向決定が実現できない。

また、特許文献３の技術においては、物体が遠距離に存在する場合には高分解能の測角方法を用いているが、車載用レーダ装置においては、遠距離に存在する物体の方向を正確に決定することより、むしろ近距離に存在する物体に対して高分解能の測角方法を用いることが好ましい。

そこで、本発明の目的は、計算量の少ない測角方法を用いて物体の方向の判定を行い、必要であれば高分解能の測角方法を用いて物体の方向の判定を行うレーダ装置を提供することにある。

さらに、本発明の他の目的は、物体の方向決定を、物体が一つの構成要素で構成されている可能性の高い場合は迅速に、物体が複数の構成要素で構成されている可能性の高い場合は正確に行うレーダ装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の到来方向推定装置は、物体から到来する電波を受信する複数のアンテナと、前記複数の受信信号に基づいて、前記物体から到来する前記電波の到来方向を推定する測角方法を用いる信号処理部とを有する到来方向推定装置であって、前記信号処理部は、第一の測角方法を用いて前記物体からの電波の到来方向を推定し、推定された前記電波の角度分布に基づいて前記物体の幅を算出し、算出された前記物体の幅が所定の幅以上であるかを判定し、前記物体の幅が前記所定の幅以上である場合に、前記第一の測角方法より角度分解能の高い第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とする。

また、本発明の第二の側面によるレーダ装置は、電波を物体に送信する送信部と、前記物体に反射される前記電波を受信する複数のアンテナと、前記複数の受信信号に基づいて、前記物体に反射される前記電波の到来方向を推定する測角方法を用いる信号処理部とを有するレーダ装置であって、前記信号処理部は、第一の測角方法を用いて前記物体からの電波の到来方向を推定し、推定された前記電波の角度分布に基づいて前記物体の幅を算出し、算出された前記物体の幅が所定の幅以上であるかを判定し、前記物体の幅が前記所定の幅以上である場合に、前記第一の測角方法より角度分解能の高い第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とする。

また、本発明の第三の側面によるレーダ装置は、電波を物体に送信する送信部と、前記物体に反射される前記電波を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナから供給される複数の受信信号の基づいて、前記物体との距離及び相対速度の少なくとも一方、及び、前記物体に反射される前記電波の到来方向を推定する測角方法を用いる信号処理部とを有するレーダ装置であって、前記信号処理部は、第一の測角方法を用いて前記物体からの電波の到来方向を推定し、推定された前記電波の角度分布に基づいて前記物体の幅を算出し、算出された前記物体の幅が所定の幅以上であるかを判定し、前記物体の幅が前記所定の幅以上である場合に、前記第一の測角方法より角度分解能の高い第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とする。

また、好ましい実施例では、前記信号処理部は、前記第一の測角方法の角度分解能における検出可能なターゲットの最大数と、前記第二の測角方法を用いた場合に観測されると推定される物体の数を比較し、観測されると推定される物体の数が前記最大数以上である場合、前記第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とする。

また、さらに好ましい実施例では、前記信号処理部は、前記物体までの距離が所定の距離以内である場合に、前記第二の測角方法を用いて、前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とする。

また、本発明の第四の側面によるレーダ装置は、電波を物体に送信する送信部と、前記物体に反射される前記電波を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナから供給される複数の受信信号の周波数に基づいて、前記物体との距離及び相対速度の少なくとも一方、及び、前記物体に反射される前記電波の到来方向を推定する測角方法を用いる信号処理部とを有するレーダ装置であって、 前記信号処理部は、前記第一の測角方法を用いて前記物体からの電波の到来方向を推定し、推定された前記電波の角度分布に基づいて前記物体の横方向の両端を判定し、前記両端からの前記電波の示す相対速度の差が所定の範囲外である場合、前記第一の測角方法より角度分解能の高い第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とする。

また、好ましい実施例では、前記信号処理部は、前記第一の測角方法の角度分解能における検出可能なターゲットの最大数と、前記第二の測角方法を用いた場合に観測されると推定される物体の数を比較し、観測されると推定される物体の数が前記最大数以上である場合、前記第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とする。

また、さらに好ましい実施例では、前記信号処理部は、前記物体までの距離が所定の距離以内である場合に、前記第二の測角方法を用いて、前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とする。

本発明のレーダ装置は、計算量の少ない測角方法を用いて測角を行い、物体が複数の物体で構成されている可能性を判定し、判定に基づいてさらに高分解能の測角方法を実行し、物体が一つの構成要素で構成されている可能性の高い場合は迅速に、物体が複数の構成要素で構成されている可能性の高い場合は正確に、物体の方向の判定を行うことを可能にする。

以下、図面に従って本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図２は、本発明の実施の形態におけるレーダ装置の構成図である。また、図３はレーダ装置１における前方車両の観測の様子を示す図である。レーダ装置１は、車両２の前方に設置され、検出範囲３にわたってミリ波領域の電波を送信し、前方の車両４を検出する。

車両２に設置されるレーダ装置１の送信系は、変調信号生成器11、発振器12、及び、送信アンテナ13から構成されている。変調信号生成器11は、周波数変調されたミリ波を送信するための変調信号を生成する。レーダ装置１の発振器12は、この変調信号に基づいて送信信号を生成し、送信アンテナ13を介して車両２の前方に放射する。

図４は、送信波と受信波の周波数を示す図である。変調信号生成器11の生成する変調信号に基づいて送信された送信波の送信周波数FTは、一定時間にわたって定率で上昇し、その後、同じ割合で下降し、元の周波数に戻る。送信周波数FTはこれを繰り返す。この送信波を物体が反射して得られる受信周波数FRは、送信周波数FTに比べて時間差ΔTだけ遅れている。この時間差ΔTに基づいて、送信波を反射する物体までの位置が計算される。また、送信波を反射する物体の相対速度に基づいて、受信周波数FRはドップラー変位FDを受けている。このドップラー変位FDに基づいて、物体と車両２との相対速度が求められる。

図２に戻り、送信された送信波は、前方に存在する物体によって反射され、複数の受信アンテナ14a、14b、・・・14zによって受信される。レーダ装置１の受信系は、受信アンテナ14、増幅器15、ミキサ16、フィルタ17、アナログデジタル変換器（以下、A/D変換器）18、及び、信号処理部19で構成される。増幅器15、ミキサ16、フィルタ17、及び、A/D変換器18は、それぞれ受信アンテナ14と同じ数だけ配置される。別の方法として、受信系を複数の受信アンテナをスイッチによって切り換えて、増幅器、ミキサ、フィルタ、A/D変換器をそれぞれ一つずつ構成とするアンテナ切り換えの構成としてもよい。

物体によって反射された反射波は、複数の受信アンテナ14aから14zによって受信される。この複数の受信アンテナ14aから14zは、それぞれの物体からの反射波を受信し、受信された反射波の位相差に基づいて、反射波を引き起こす物体の方向の判定が行われる。

受信アンテナ14aから14zによって生成された受信信号は、増幅器15aから15zによって、それぞれ増幅される。増幅された信号は、それぞれミキサ16aから16zによって、発振器12の生成する送信信号と混合される。ミキサ16aから16zは、受信信号と送信信号を混合したビート信号を生成し、出力する。受信信号と送信信号が共に上昇する区間のビート信号と、共に下降する区間のビート信号とを用いて、距離と相対速度が算出される。このビート信号は、それぞれフィルタ17aから17zに入力する。フィルタ17aから17zによって帯域制限された信号は、A/D変換器18aから18zに入力し、それぞれデジタル信号に変換される。各デジタル信号は、信号処理部19に入力し、処理される。

信号処理部19は、後述するように、入力したデジタル信号に基づいて、送信波を反射する物体の距離及び相対速度を算出し、さらに、第一及び第二の測角方法を用いて送信波を反射する物体の方向を算出する。算出された物体の方向、距離、及び、相対速度は、信号処理部19から出力され、レーダ装置１の外部に設置されるECU（Electric Control Unit）５に対して供給される。ECU５に対しては車両２の各部から、車速信号P1、ステアリング角情報P2、ヨーレート信号P3などの様々な情報が供給されている。これらの情報と、決定された物体の方向、距離、及び、相対速度に基づいて、ECU５が警報信号P5や表示信号P6を介して、車両を運転しているドライバーに警告する。また、ECU５はスロットル信号P4を介してアクセルを弱めることも可能である。

ここで、信号処理部19における処理を詳細に説明する。

図５は、本発明の第一の実施形態における信号処理部の処理フローチャートである。A/D変換器18aから18zによって信号処理部19には、デジタル信号が供給される。供給されたデジタル信号は、信号処理部19によって、フーリエ変換される（ステップS1）。フーリエ変換によって得られる送信波と受信波の周波数に基づいて、送信波を反射した物体までの距離、及び、車両２と物体との相対速度を求めることが可能となる。ステップS1において求められた周波数に基づいて、送信波を反射した物体までの距離ｄｎが算出される（ステップS2）。物体までの距離ｄｎは、送信波と受信波との時間差ΔTに基づいて算出される。

一度の観測によって複数の物体を観測する可能性があるが、ここで、距離の異なる物体の判別に関して説明する。

図６は、距離の異なる物体の観測を示す図である。検出範囲３にわたって送信される送信波は物体B1及びB2によって反射される。物体B1は距離L9の地点に存在し、物体B2は距離L7の地点に存在している。反射波の周波数の違いから、信号処理部19は物体B1による反射波と物体B2による反射波を区別することが可能である。

図５に戻り、求められた物体までの距離ｄｎと同じ距離からの反射波に関して、第一の測角方法を用いて物体の方向の推定を行う（ステップS3）。ここで、第一の測角方法は、計算量の少ない測角方法であり、具体的には、DBFやCapon法などである。第一の測角方法によって、図７のような反射波強度の分布を得る。

図７は、信号処理部によって得られた反射波強度の角度分布である。横軸は車両２の前方方向を０ラジアンとした角度であり、縦軸はその角度において検出された反射波の強度である。ここで、閾値を越える反射波強度の部分に、送信波を反射する物体が存在すると判定される。閾値を越える領域の一端の角度をθ1、別の一端をθ2とする。この角度θ1及びθ2から、物体の横幅が求められる。

図８は、検出された物体の横幅を示す図である。検出された物体の横幅ｄｒは、求められたθ1とθ2から、ｄｒ＝｜tanθ1−tanθ2｜・ｄｎで求められる（図５、ステップS4）。ここでｄｎは、物体までの距離である。そして、図５のフローチャートに戻り、求められた横幅ｄｒが所定間隔以内かどうかが確認される（ステップS5）。ここで所定間隔とは、通常の車両の横幅や道幅程度の距離である。横幅ｄｒが所定間隔以内であれば、検出された物体は一つの物体であると判定され、所定間隔以上であれば、検出された物体は複数の物体で構成されている可能性があると判定される。

ステップS5において、横幅ｄｒが所定間隔よりも小さいと判断された場合には、第一の測角方法による計算結果が採用され（ステップS6）、例えば、物体の方向はθ1とθ2の中間と判定される。このとき、第二の測角方法は実行されず、処理は終了する。

また、ステップS5において、横幅ｄｒが所定間隔よりも大きいと判断された場合には、第二の測角方法に基づいた方向推定が実行される（ステップS7）。ここで、第二の測角方法とは、MUSICやESPRITなどのアルゴリズムである。これらの方法は、計算量が第一の方法よりも多くなるが、方向を詳細に分析することが可能である。そして、この場合、第二の測角方法による方向推定の結果が採用される（ステップS8）。詳細な分析の結果、複数の物体の存在が判明すれば、複数の物体の中心角度を算出する。このようにして処理は終了する。

このようにして、本実施の形態におけるレーダ装置は、計算量の少ない測角方法を用いて測角を行い、送信波を反射する物体が所定間隔以上である場合、さらに高分解能の測角方法を実行し、反射波を詳細に解析することを可能にする。本実施の形態は、他の実施の形態に比べ処理工程が少なく、簡易に実現することが可能である。

また、別の方法において、物体の方向の決定を行うことも可能である。以下に詳述する本発明の第二の実施形態は、第一の実施形態の応用である。

図９は、本発明の第二の実施形態における信号処理部の処理フローチャートである。信号処理部19には、A/D変換器18aから18zによってデジタル信号が供給される。供給されたデジタル信号は、信号処理部19によって、フーリエ変換される（ステップT1）。フーリエ変換によって得られる送信波と受信波の周波数に基づいて、送信波を反射した物体までの距離、及び、車両２と物体との相対速度を求めることが可能となる。

ステップT1において求められた周波数に基づいて、送信波を反射した物体までの距離ｄｎが算出される（ステップT2）。物体までの距離ｄｎは、送信波と受信波との時間差ΔTに基づいて算出される。また、ステップT2においては、送信波を反射した物体との相対速度も算出される。そして、求められた物体までの距離ｄｎと同じ距離からの反射波に関して、第一の測角方法を用いて物体の方向の推定が行われる（ステップT3）。ここで、第一の測角方法は、計算量の少ない測角方法であり、具体的には、DBFやCapon法などである。第一の測角方法によって、図７のような反射波強度の分布を得る。

そして、ステップT2で得られた相対速度の中から、図７における角度θ1及びθ2のような物体の端部方向からの反射波に基づいた相対速度V1及びV2を得る（ステップT4）。求められた相対速度V1及びV2の差を算出し、所定の範囲内であるかどうかを確認する（ステップT5）。この場合の所定の範囲とは、相対速度の検出の誤差の範囲であることを意味する。

ステップT5において、相対速度V1及びV2の差が所定の範囲内であることが確認されれば、図７における反射波強度の閾値を越えた部分の反射波が、一つの物体によるものであると判断される。そして、第一の測角方法による方向推定が採用され（ステップT6）、例えば、物体の方向は角度θ1とθ2の中間の角度方向に決定される。このとき、第二の測角方法は実行されず、処理は終了する。

また、ステップT5において、相対速度V1及びV2の差が所定の範囲内でないことが確認されれば、反射波強度の閾値を越えた部分の反射波が、複数の物体によるものであると判断される。そして、第二の測角方法に基づいた方向推定が実行される（ステップT7）。ここで、第二の測角方法とは、MUSICやESPRITなどのアルゴリズムである。これらの方法は、計算量が第一の測角方法よりも大きくなるが、方向を詳細に分析することが可能である。そして、この場合、第二の測角方法による方向推定の結果が採用される（ステップS8）。詳細な分析の結果、反射波を反射する物体の数がわかれば、それぞれの物体の中心角度を得る。このようにして処理は終了する。

このようにして、本実施の形態におけるレーダ装置は、計算量の少ない測角方法を用いて測角を行い、送信波を反射する物体の両端において異なる相対速度を有する場合、さらに高分解能の測角方法を実行し、反射波を詳細に解析することを可能にする。そして、本実施の形態は、第一の実施形態と同様に処理工程が少なく、簡易に実現することが可能である。

さらに、別の方法において、物体の方向の決定を行うことも可能である。以下に詳述する本発明の第三の実施形態は、第一の実施形態にさらなる処理工程を付加したものである。

図１０は、本発明の第三の実施形態における信号処理部の処理フローチャートである。信号処理部19には、A/D変換器18aから18zによってデジタル信号が供給される。供給されたデジタル信号は、信号処理部19によって、フーリエ変換される（ステップU1）。フーリエ変換によって得られる送信波と受信波の周波数に基づいて、送信波を反射した物体までの距離、及び、車両２と物体との相対速度を求めることが可能となる。

ステップU1において求められた周波数に基づいて、送信波を反射した物体までの距離ｄｎが算出される（ステップU2）。物体までの距離ｄｎは、送信波と受信波との時間差ΔTに基づいて算出される。そして、求められた物体までの距離ｄｎと同じ距離からの反射波に関して、第一の測角方法を用いて物体の方向の推定を行う（ステップU3）。ここで、第一の測角方法は、計算量の少ない測角方法であり、具体的には、DBFやCapon法などである。第一の測角方法によって、図７のような反射波強度の分布を得る。

得られた反射波強度の分布が図７であるとすると、角度θ1及びθ2から、検出された物体の横幅ｄｒは、ｄｒ＝｜tanθ1−tanθ2｜・ｄｎで求められる（ステップU4）。ここでｄｎは、物体までの距離である。そして、求められた横幅ｄｒが所定間隔以内かどうかが確認される（ステップU5）。ここで所定間隔とは、通常の車両の横幅や道幅程度の距離である。横幅ｄｒが所定間隔以内であれば、検出された物体は一つの物体であると判定され、所定間隔以上であれば、検出された物体は複数の物体から構成されている可能性があると判定される。

ステップU4及びU5において、物体の横幅ｄｒを求め、その長さが所定間隔を越えているかどうかの確認を行ったが、第二の実施形態のように角度θ1及びθ2における相対速度V1及びV2を求め、その差が所定の値を超えているかどうかを確認することで同様の効果が得られる。つまり、本実施の形態における信号処理部19の処理フローチャートのステップU4及びU5は、第二の実施の形態における信号処理部19の処理フローチャートのステップT4及びT5と置き換えが可能である。

ステップU5において、横幅ｄｒが所定間隔よりも短いと判断された場合には、第一の測角方法による計算結果が採用され、物体の方向は例えばθ1とθ2の中間と判定される（ステップU6）。このとき、第二の測角方法は実行されず、処理は終了する。

また、ステップU5において、横幅ｄｒが所定間隔よりも長いと判断された場合には、本実施の形態のレーダ装置においてあらかじめアンテナ個数や第二の測角方法を基に算出した検出可能なターゲットの最大数と、物体までの距離ｄｎにおけるターゲット候補数との比較が行われる（ステップU7）。ここで、ターゲット候補数とは、図７のような信号処理部における第一の測角方法の実行によって得られた反射波強度の角度分布において、閾値と反射波強度分布との交点の数である。

図１１は、第一の測角方法によって得られる反射波強度から求められるターゲット候補数を説明する図である。図１１は、図７と同様に物体までの距離ｄｎと同じ距離からの反射波に関して、第一の測角方法を用いて物体の方向の推定を行った場合に得られる、反射波強度の角度分布である。図７では、閾値を越える反射波強度は、角度θ1とθ2の間で観測され、それ以外に閾値を越える部分はない。これに対し、図１１においては、閾値を越える部分が第一のターゲットTA1と、第二のターゲットTA2に分かれる。図１１においては、信号処理部19は、２つのターゲットを検出したことになる。また、ターゲットTA1及びターゲットTA2に対応する横幅ｄｒが所定間隔以上である場合、第一のターゲットTA1の両端は、第一のターゲット候補TC1、及び、第二のターゲット候補TC2となり、第二のターゲットTA2の両端は、第三のターゲット候補TC3、及び、第四のターゲット候補TC4となる。ここで、ターゲット候補とは、さらに高分解能の測角方法を用いた場合に、ターゲットとして認識される可能性のある部分であり、一つのターゲットに対して２つのターゲット候補が存在する。つまり、図１１においては、ターゲットTA1及びTA2の横幅はともに所定間隔以上であることがステップU5において確認されており、複数の物体の重ね合わせである可能性がある。一つのターゲットは少なくとも２つの物体の重ねあわせである可能性がある。したがって、その両端をターゲット候補とし、さらに高分解能の測角方法を用いた場合に、ターゲットとして認識される可能性のある数を事前に推定する。

これに対して、検出可能なターゲットの最大数は、用いる受信アンテナの数と、用いる測角方法によって決定されている。例えば、受信アンテナ数が６個の場合、計算量の少ない測角方法を用いると検出可能なターゲットの最大数は２であり、計算量の多い測角方法を用いると検出可能なターゲットの最大数は３である。また、受信アンテナ数が９個の場合、計算量の少ない測角方法を用いると検出可能なターゲットの最大数は３であり、計算量の多い測角方法を用いると検出可能なターゲットの最大数は５である。さらに、受信アンテナ数が１１個の場合、計算量の少ない測角方法を用いると検出可能なターゲットの最大数は４であり、計算量の多い測角方法を用いると検出可能なターゲットの最大数は６である。ステップU7における検出可能なターゲットの最大数は、第二の測角方法を用いた場合の最大数である。

ステップU7において、検出可能なターゲットの最大数よりも観測したターゲット候補数が多ければ、第一の測角方法による計算結果が採用され（ステップU6）、物体の方向は例えばθ1とθ2の中間と判定される。このとき、第二の測角方法は実行されず、処理は終了する。

また、ステップU7において、検出可能なターゲットの最大数よりも観測したターゲット候補数が少なければ、第二の測角方法に基づいた方向推定が実行される（ステップU8）。ここで、第二の測角方法とは、MUSICやESPRITなどのアルゴリズムである。これらの方法は、計算量が第一の方法よりも大きくなるが、方向を詳細に分析することが可能である。そして、この場合、第二の測角方法による方向推定の結果が採用される（ステップU9）。詳細な分析の結果、反射波を反射する物体の数がわかれば、それぞれの物体の中心角度を得る。このようにして処理は終了する。

このようにして、本実施の形態におけるレーダ装置は、計算量の少ない測角方法を用いて測角を行い、送信波を反射する物体が所定間隔以上である場合、すなわち、計算量の少ない測角方法では解析が十分ではない場合、かつ、高分解能の測角方法で解析が可能な場合、さらに高分解能の測角方法を実行し、反射波を詳細に解析することを可能にする。そして、本実施の形態は、第一及び第二の実施形態に比べ処理工程が多く、高分解能の測角方法の使用を限定するため、迅速に物体の方向を決定することが可能である。

さらに、別の方法において、物体の方向の決定を行うことも可能である。以下に詳述する本発明の第四の実施形態は、第一の実施形態にさらなる処理工程を付加したものである。

図１２は、本発明の第四の実施形態における信号処理部の処理フローチャートである。信号処理部19には、A/D変換器18aから18zによってデジタル信号が供給される。供給されたデジタル信号は、信号処理部19によって、フーリエ変換される（ステップW1）。フーリエ変換によって得られる送信波と受信波の周波数に基づいて、送信波を反射した物体までの距離、及び、車両２と物体との相対速度を求めることが可能となる。

ステップW1において求められた周波数に基づいて、送信波を反射した物体までの距離ｄｎが算出される（ステップW2）。物体までの距離ｄｎは、送信波と受信波との時間差ΔTに基づいて算出される。そして、求められた物体までの距離ｄｎと同じ距離からの反射波に関して、第一の測角方法を用いて物体の方向の推定を行う（ステップW3）。ここで、第一の測角方法は、計算量の少ない測角方法であり、具体的には、DBFやCapon法などである。第一の測角方法によって、図７のような反射波強度の分布を得る。

得られた反射波強度の分布が図７であるとすると、角度θ1及びθ2から、検出された物体の横幅ｄｒは、ｄｒ＝｜tanθ1−tanθ2｜・ｄｎで求められる（ステップW4）。ここでｄｎは、物体までの距離である。そして、求められた横幅ｄｒが所定間隔以内かどうかが確認される（ステップW5）。ここで所定間隔とは、通常の車両の横幅や道幅程度の距離である。横幅ｄｒが所定間隔以内であれば、検出された物体は一つの物体であると判定され、所定間隔以上であれば、検出された物体は複数の物体で構成されている可能性があると判定される。

ステップW4及びW5において、物体の横幅ｄｒを求め、その長さが所定間隔を越えているかどうかの確認を行ったが、第二の実施形態のように角度θ1及びθ2における相対速度V1及びV2を求め、その差が所定の値を超えているかどうかを確認することで同様の効果が得られる。つまり、本実施の形態における信号処理部19の処理フローチャートのステップW4及びW5は、第二の実施の形態における信号処理部19の処理フローチャートのステップT4及びT5と置き換えが可能である。

ステップW5において、横幅ｄｒが所定間隔よりも小さいと判断された場合には、第一の測角方法による計算結果が採用され、物体の方向は例えばθ1とθ2の中間と判定される（ステップW6）。このとき、第二の測角方法は実行されず、処理は終了する。

また、ステップW5において、横幅ｄｒが所定間隔よりも大きいと判断された場合には、ステップW2において算出された物体までの距離ｄｎが所定の距離以内かどうかが確認される（ステップW7）。所定の距離以上の遠方に存在すると判断された場合には、さらなる詳細な方向推定は必要でないと判断される。このとき、第一の測角方法による計算結果が採用され、物体の方向は例えばθ1とθ2の中間と判定される（ステップW6）。このとき、第二の測角方法は実行されず、処理は終了する。

ステップW7において、物体までの距離ｄｎが所定の距離以内と判断された場合には、第二の測角方法に基づいた方向推定が実行される（ステップW8）。ここで、第二の測角方法とは、MUSICやESPRITなどのアルゴリズムである。これらの方法は、計算量が第一の方法よりも大きくなるが、方向を詳細に分析することが可能である。そして、この場合、第二の測角方法による方向推定の結果が採用される（ステップW9）。詳細な分析の結果、反射波を反射する物体の数がわかれば、それぞれの物体の中心角度を得る。このようにして処理は終了する。

このようにして、本実施の形態におけるレーダ装置は、計算量の少ない測角方法を用いて測角を行い、送信波を反射する物体が所定間隔以上である場合、かつ、送信波を反射する物体が所定の距離以内に存在する場合、さらに高分解能の測角方法を実行し、反射波を詳細に解析することを可能にする。そして、本実施の形態は、第一及び第二の実施形態に比べ処理工程が多く、高分解能の測角方法の使用を限定するため、迅速に物体の方向を決定することが可能である。

位相モノパルス方式のレーダ装置における反射波の受信の例である。 本発明の実施の形態におけるレーダ装置の構成図である。 レーダ装置１における前方車両の観測の様子を示す図である。 送信波と受信波の周波数を示す図である。 本発明の第一の実施形態における信号処理部の処理フローチャートである。 距離の異なる物体の観測を示す図である。 信号処理部によって得られた反射波強度の角度分布である。 検出された物体の横幅を示す図である。 本発明の第二の実施形態における信号処理部の処理フローチャートである。 本発明の第三の実施形態における信号処理部の処理フローチャートである。 ターゲット候補数を説明する図である。 本発明の第四の実施形態における信号処理部の処理フローチャートである。

符号の説明

１ レーダ装置
２ 車両
３ 検出範囲
５ ECU
11 変調信号生成器
12 発振器
13 送信アンテナ
14 受信アンテナ
15 増幅器
16 ミキサ
17 フィルタ
18 A／D変換器
19 信号処理部

Claims (8)

1. 物体から到来する電波を受信する複数のアンテナと、
   前記複数の受信信号に基づいて、前記物体から到来する前記電波の到来方向（到来角度）を推定する測角方法を用いる信号処理部とを有する到来方向推定装置であって、
   前記信号処理部は、第一の測角方法を用いて前記物体からの電波の到来方向を推定し、推定された前記電波の到来角度分布に基づいて前記物体の幅を算出し、算出された前記物体の幅が所定の幅以上であるかを判定し、前記物体の幅が前記所定の幅以上である場合に、前記第一の測角方法より角度分解能の高い第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とする到来方向推定装置。
2. 電波を物体に送信する送信部と、
   前記物体に反射される前記電波を受信する複数のアンテナと、
   前記複数の受信信号に基づいて、前記物体に反射される前記電波の到来方向を推定する測角方法を用いる信号処理部とを有するレーダ装置であって、
   前記信号処理部は、第一の測角方法を用いて前記物体からの電波の到来方向を推定し、推定された前記電波の角度分布に基づいて前記物体の幅を算出し、算出された前記物体の幅が所定の幅以上であるかを判定し、前記物体の幅が前記所定の幅以上である場合に、前記第一の測角方法より角度分解能の高い第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とするレーダ装置。
3. 電波を物体に送信する送信部と、
   前記物体に反射される前記電波を受信する複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナから供給される複数の受信信号の基づいて、前記物体との距離及び相対速度の少なくとも一方、及び、前記物体に反射される前記電波の到来方向を推定する測角方法を用いる信号処理部とを有するレーダ装置であって、
   前記信号処理部は、第一の測角方法を用いて前記物体からの電波の到来方向を推定し、推定された前記電波の角度分布に基づいて前記物体の幅を算出し、算出された前記物体の幅が所定の幅以上であるかを判定し、前記物体の幅が前記所定の幅以上である場合に、前記第一の測角方法より角度分解能の高い第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とするレーダ装置。
4. 請求項２において、
   前記信号処理部は、前記第一の測角方法の角度分解能における検出可能なターゲットの最大数と、前記第二の測角方法を用いた場合に観測されると推定される物体の数を比較し、観測されると推定される物体の数が前記最大数以上である場合、前記第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とするレーダ装置。
5. 請求項３において、
   前記信号処理部は、前記物体までの距離が所定の距離以内である場合に、前記第二の測角方法を用いて、前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とするレーダ装置。
6. 電波を物体に送信する送信部と、
   前記物体に反射される前記電波を受信する複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナから供給される複数の受信信号の周波数に基づいて、前記物体との距離及び相対速度の少なくとも一方、及び、前記物体に反射される前記電波の到来方向を推定する測角方法を用いる信号処理部とを有するレーダ装置であって、
   前記信号処理部は、前記第一の測角方法を用いて前記物体からの電波の到来方向を推定し、推定された前記電波の角度分布に基づいて前記物体の横方向の両端を判定し、前記両端からの前記電波の示す相対速度の差が所定の範囲外である場合、前記第一の測角方法より角度分解能の高い第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とするレーダ装置。
7. 請求項６において、
   前記信号処理部は、前記第一の測角方法の角度分解能における検出可能なターゲットの最大数と、前記第二の測角方法を用いた場合に観測されると推定される物体の数を比較し、観測されると推定される物体の数が前記最大数以上である場合、前記第二の測角方法を用いて前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とするレーダ装置。
8. 請求項６において、
   前記信号処理部は、前記物体までの距離が所定の距離以内である場合に、前記第二の測角方法を用いて、前記物体からの前記電波の到来方向を推定することを特徴とするレーダ装置。

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