JP2008045880A

JP2008045880A - レーダ装置

Info

Publication number: JP2008045880A
Application number: JP2006218847A
Authority: JP
Inventors: Takeki Dobashi; 剛貴土橋; Nobukazu Shima; 伸和島; Kazuo Shirakawa; 和雄白川
Original assignee: Denso Ten Ltd; Fujitsu Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd; Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-08-10
Filing date: 2006-08-10
Publication date: 2008-02-28

Abstract

【課題】物体までの距離や物体とレーダ装置との相対速度が変化する環境においても、波数推定を正確に行うレーダ装置を提供する。
【解決手段】電波を送信する送信部と、電波を受けた物体から反射される電波を受信する複数のアンテナと、複数のアンテナから供給される受信信号に応じて、物体に反射される電波の反射波強度の角度スペクトラムを算出し、角度スペクトラムにおいて設定される閾値を越える部分をカウントすることにより到来する電波の波数を推定し、推定された波数と複数のアンテナから供給される受信信号とに応じて、測角方法を用いて物体の存在する方向を判定す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、複数のアンテナから供給される受信信号に応じて、電波を反射する物体までの距離を算出し、算出された距離に応じて閾値を設定する。
【選択図】図３

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、到来する電波の数に基づいて電波源の方向を検出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AT1及びAT2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は反射波の波長である。

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。これらの測角方法には、例えば、DBF（Digital Beam Forming）、Capon法、線形予測法、ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Technique)法、MUSIC(Multiple Signal Classification)法などがある。

これらの測角方法を用いてより正確に物体の方向を検出するためには、予め到来する電波の数を推定しておく必要がある。到来する電波の数を予め推定し、その数を測角方法のアルゴリズムに供給しておくことにより、反射波の到来方向の決定を正確にかつ迅速に行うことが可能である。到来する電波の数を推定する波数推定手法には、AIC（Akaike Information Criteria）やMDL（Minimum Description Length）など、固有値展開を行って波数を推定するアルゴリズムが存在する。

図２は、従来のレーダ装置の機能を示すブロック図である。送信機C1-1は、ミリ波領域の電波の送信を行う。そして、受信機C1-2は、送信機C1-1から送信信号を受信するとともに、複数のアンテナによって物体による反射波を受信する。そして、受信機C1-2によって、送信信号と受信信号は混合され、測距手段C1-3に対して供給される。受信機C1-2から信号の供給を受けた測距手段C1-3は、供給された信号に基づいて、送信電波を反射した物体までの距離を算出する。次に、波数推定手段C1-4は、受信機C1-2からの信号の供給に基づいて、AICやMDLを実行し、波数の推定を行う。波数推定手段C1-4からの波数の供給と、受信機C1-2からの信号の供給に基づいて、方位検出手段C1-5は測角方法を実行し、反射波の角度スペクトラムを得る。

図２のように、AICやMDLなどのアルゴリズムを用いると、到来する電波の波数の推定を精度よく行うことが可能であるが、このような従来のレーダ装置においてAICやMDLを用いることは、実行に必要な計算量が膨大であるため、高性能なプロセッサを必要とし、コストの増大を招く。

そこで、測角方法を簡易的に実行して反射波の角度スペクトラムを取得し、固定される所定の閾値以上の部分をカウントすることにより波数推定を行う技術も特許文献１において提案されている。このような方式では、所定の閾値以下の角度スペクトラムのピーク値は、ノイズとみなされ、方向の決定を行わない。
特開２００２−１４８３２４号公報

AICやMDLのようなアルゴリズムを使用せずに、簡易的な測角方法の実行によって得られた反射波の角度スペクトラムと、角度スペクトラムに設定される一定の閾値により波数推定を行う場合、角度スペクトラムは環境状況の変化に弱いため、推定精度が劣化する。特に、車載レーダ装置に用いる場合には、使用される環境状況の変化が激しく、波数の推定精度が悪くなる。例えば、ここでいう環境状況とは、観測する物体までの距離であったり、物体とレーダ装置との相対速度であったり、受信波のS/N比であったりする。具体的には、固定の閾値を用いた波数推定では、目標物までの距離によって受信信号電力に差が生じたり、目標物の相対速度によっては周波数特性の影響を受けて受信信号電力が変化したりし、到来波数の誤推定を招いていた。

そこで、本発明の目的は、環境状況が変化する場合においても、波数推定を正確に行うレーダ装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、物体までの距離や物体とレーダ装置との相対速度、または、受信波のS/N比などのパラメータが変化する環境状況においても、波数推定を正確に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、高性能のプロセッサを必要とせずに、波数推定を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、本発明の実施形態におけるレーダ装置は、送信波を送信する送信部と、物体によって反射された前記送信波（以後、反射波、若しくは受信波と記す）を受信する複数のアンテナと、各々の前記アンテナで受信された反射波の位相差に応じて、前記反射波の角度スペクトラムを算出し、前記角度スペクトラムにおいて、設定された閾値を越える部分をカウントすることによって、到来する前記反射波の数（もしくは波数と記す）を推定し、推定された前記波数と前記複数のアンテナから供給される受信信号とに応じて、測角方法を用いて前記物体の存在する方向を判定する信号処理部とを有し、前記信号処理部は、前記送信波及び前記反射波の所定のパラメータに基づいて算出される前記パラメータの変化に応じて、前記閾値を設定することを特徴とする。

また、本発明の別の実施形態におけるレーダ装置は、前記パラメータは、前記送信波と前記反射波の送信及び受信時刻であって、前記送信及び受信時刻の差に基づいて求められる前記物体までの距離に応じて前記閾値を設定することを特徴とする。

また、本発明の別の実施形態におけるレーダ装置は、前記パラメータは、前記送信波と前記受信波の周波数であって、前記送信波と前記受信波の周波数の差に基づいて求められる前記物体との相対速度に応じて前記閾値を設定することを特徴とする。

また、本発明のさらに別の実施形態におけるレーダ装置は、前記パラメータは、前記送信波と前記受信波の信号対雑音比であって、前記信号対雑音比に応じて前記閾値を設定することを特徴とする。

また、本実施形態において好ましい実施例では、さらに、信号電力と雑音電力とを算出、若しくは測定する検波器を有し、前記信号処理部は、前記検波器によって得られた信号電力と雑音電力とに応じて、前記信号対雑音比を算出することを特徴とする。

また、本発明のさらに別の実施形態におけるレーダ装置は、送信波を送信する送信部と、物体によって反射された前記送信波の反射波を受信する複数のアンテナと、各々の前記アンテナで受信された反射波の位相差に応じて、前記反射波の角度スペクトラムを算出し、前記角度スペクトラムにおいて、設定された閾値を越える部分をカウントすることによって到来する前記反射波の数を推定し、推定された前記波数と前記複数のアンテナから供給される受信信号とに応じて、測角方法を用いて前記物体の存在する方向を判定する信号処理部とを有し、前記信号処理部は、前記複数のアンテナのうち、使用されるアンテナの数、及び個々のアンテナ間の間隔に応じて前記閾値を設定することを特徴とする。

本発明のレーダ装置は、測角方法によって得られた反射波の角度スペクトラムに対して、距離や、相対速度、S/N比などのパラメータに従って変化する閾値を設定し、閾値を越える部分をカウントし到来波の波数とすることによって、環境状況が変化する場合おいても、波数推定を正確に行うことを可能にする。

また、AICやMDLのようなアルゴリズムを使用しないことにより、高性能のプロセッサを必要とせずに波数推定を正確に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３は、本発明の第一の実施形態におけるレーダ装置の機能を示すブロック図である。送信機C2-1は、ミリ波領域の電波の送信を行う。受信機C2-2は、送信機C2-1から送信信号を受信するとともに、複数のアンテナによって物体による反射波を受信する。そして、受信機C2-2によって、送信信号と受信信号は混合され、測距手段C2-3に対して供給される。受信機C2-2から信号の供給を受けた測距手段C2-3は、供給された信号に基づいて、送信電波を反射した物体までの距離や、物体との相対速度を算出する。算出された距離及び相対速度は、閾値算出手段C2-6に供給され、反射波の角度スペクトラムに設定される閾値の算出に用いられる。

そして、閾値算出手段C2-6によって算出された閾値と、測距手段から供給される距離別の受信信号とは、波数推定手段C2-4に供給される。波数推定手段C2-4は、供給された反射波の情報に基づいて、測角方法を実行して反射波の角度スペクトラムを得る。そして、波数推定手段C2-4は、得られた反射波の角度スペクトラムに対して算出された閾値を設定し、閾値を越える部分をカウントする。カウントされた波数は、方位検出手段C2-5に供給され、Capon法、線形予測法、MUSIC法、ESPRIT法などの測角方法の実行に用いられる。

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。

以降、この機能を示すブロック図によって示されるレーダ装置の具体例を説明する。

図４は、図３の第一の実施形態におけるレーダ装置の構成図である。また、図５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。図５に示すように、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。

図４に示すように、車両２に設置されるレーダ装置１の送信系は、変調信号発生器11、発振器12、及び、送信アンテナ13から構成されている。これは、図３における送信機C2-1に対応する。変調信号発生器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。また、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６は、図４において送信される送信波と受信波の周波数を示す図である。尚、本実施の形態におけるレーダ装置は、FM-CW（Frequency-Modulated Continuous Wave）方式を採用している。変調信号発生器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SF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SF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RFは、送信周波数SF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RFはドップラー変位DSを受けている。このドップラー変位DSに基づいて、物体と車両２との相対速度が求められる。

図４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、及び、アナログデジタル変換器（以下、A/D変換器）18によって構成される。これは、図３における受信機C2-2に対応する。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。別の構成として、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、図４における複数の受信アンテナ14aから14zによって受信される。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。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、図４における信号処理部19に入力し、処理される。

図４における信号処理部19は、図３における測距手段C2-3、波数推定手段C2-4、方位検出手段C2-5、及び、閾値算出手段C2-6に対応する。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する。また、信号処理部19は、得られた物体の距離の毎に反射波の強度の角度スペクトラムを算出する。さらに、信号処理部19は、算出された距離及び相対速度に基づいて、反射波の強度の角度スペクトラムに対して設定される閾値を算出する。算出された閾値と反射波の強度の角度スペクトラムとに基づいて、送信波を反射する物体の数、つまり到来波数を推定する。推定された波数に基づいて、測角方法が再度実行され、物体の存在する方向の決定が行われる。

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、図４の信号処理部19における処理を詳細に説明する。

図７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。図４における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）。そして、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と観測された物体の相対速度が算出される（ステップS2）。ここで、距離と相対速度は、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算出される。

ここで、一度の観測によって複数の物体を観測する場合において、物体の距離の検出に関して詳細に説明する。

図８は、距離の異なる物体の観測を示す図である。また、図９は、図８における観測によって得られる反射波強度の角度スペクトラムである。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。区別された反射波から、距離別に反射波強度の角度スペクトラムが得られる。図９の上段の分布は、図８における距離L9における反射波強度の角度スペクトラムである。また、図９の中段の分布は、図８における距離L8における反射波強度の角度スペクトラムである。さらに、図９の下段の分布は、図８における距離L7における反射波強度の角度スペクトラムである。このように、距離別に得られる反射波強度の角度スペクトルから、物体までの距離が求められる。

図７に戻り、ステップS2において求められた物体までの距離と同じ距離からの反射波に関して、測角方法を用いて反射波の角度スペクトラムを求める（ステップS3）。ここで用いられる測角方法は、計算量の少ない測角方法であり、例えば線形予測法やCapon法などである。ここで実行される測角方法によって、図１０のような反射波強度の角度スペクトラムを得る。この時点で実行する測角方法は、角度スペクトラムを求めるための簡易的なものであり、物体の存在する方位を決定する段階までは実行されない。

図１０は、信号処理部によって得られた反射波強度の角度スペクトラムである。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。この角度スペクトラムに対して、物体との相対速度に基づいて閾値を設定し（ステップS4）、その閾値を越える部分をカウントすることによって、到来する反射波の数を推定する（ステップS5）。

ここで、ステップS4における閾値の算出について説明する。

図１１は、相対速度に基づいて設定される閾値の例である。ここで、図１１におけるグラフの傾きはαであり、縦軸は設定される閾値、横軸は相対速度である。相対速度は、プラスの場合に物体が離れる方向に移動しているものとし、マイナスの場合に物体が接近する方向に移動しているものとする。設定される閾値は、相対速度がゼロである場合の基準閾値に対して相対速度×αの値を加算することで求められる。このように、閾値が決められるのは、接近している物体ほど衝突の可能性が高く、検出漏れを防止しなければならないためである。このように、接近する物体に対する閾値を低く設定することによって、安全性を考慮した到来波数の検出ができる。

図１４は、反射波強度の角度スペクトラムに対して、ステップS4で得られた閾値を設定した例である。設定された閾値を越える強度分布の部分OA、OB、及び、OCは、送信波を反射する物体の方向を示しており、この場合の到来波の波数は３となる。

図７に戻り、ステップS5において到来波の波数の推定が行われ、得られた波数を用いて、測角方法を用いた方向推定が実行される（ステップS6）。得られた波数は、測角方法のアルゴリズムに入力され、入力された数のピークを物体として検出する。たとえば、図９のような反射波の角度スペクトラムを得た場合で、波数が２であるならば、２つのピーク値を物体として検出し、その方向を物体の方向に決定する。ここで用いられる測角方法のアルゴリズムは、例えば、Capon法、線形予測法、MUSIC法、ESPRIT法などである。これらのアルゴリズムのうちの一つを測角方法として、図４中の信号処理部19において実行することにより、送信波を反射する物体が存在する方向を決定する。

このようにして、本実施の形態におけるレーダ装置は、測角方法によって得られた反射波の角度スペクトラムに対して可変の閾値を設定し、閾値以下の部分はノイズとしてカットし、閾値を越える部分をカウントし到来波の波数とすることによって、物体までの距離や物体との相対速度が変化する環境においても、波数推定を正確に行うことを可能にする。また、AICやMDLのようなアルゴリズムを使用しないことにより、高性能のプロセッサを必要とせずに波数推定を正確に行うことを可能にする。

本実施の形態においては、パラメータの一つである相対速度に基づいて閾値を設定したが、送信波を反射する物体までの距離に基づいて、閾値を算出することもできる。

図１２は、送信波を反射する物体までの距離に基づいて設定される閾値の例である。ここで、図１２におけるグラフの傾きはβであり、縦軸は設定される閾値、横軸は物体までの距離である。設定される閾値は、距離がゼロである場合の基準閾値に対して距離×βの値を加算することで求められる。このように、閾値が決められるのは、近くに存在する物体ほど衝突の可能性が高く、検出漏れを防止しなければならないためである。このように、近くに存在する物体に対する閾値を低く設定することによって、安全性を考慮した到来波数の検出ができる。

さらに、本実施の形態においては、信号処理部19が距離もしくは相対速度に応じて、閾値を算出するが、距離もしくは相対速度に対応した閾値がメモリに予め格納されていてもよい。

図１３は、閾値が予めメモリに格納されている場合の機能を示すブロック図である。図１３においては、送信機C3-1、受信機C3-2、測距手段C3-3、波数推定手段C3-4、及び、方位検出手段C3-5は、図３の場合と同様に、図４の構成に対応し、図３の場合と同様の動作を行う。図３と図１３の相違は、閾値の取得の方法のみであり、図１３の機能を示すブロック図においては、信号処理部19内に設けられたメモリにアクセスすることにより、距離もしくは相対速度に応じた閾値が取得される。

また、別の実施形態において、物体までの距離や物体との相対速度以外のパラメータに従って変動する閾値を設定し、波数の推定に用いることも可能である。

図１５は、本発明の第二の実施形態におけるレーダ装置の機能を示すブロック図である。まず、送信機C4-1は、物体に対してミリ波領域の電波の送信を行う。そして受信機C4-2は、送信機C4-1から送信信号を受信するとともに、複数のアンテナを介して物体による反射波を受信する。そして、受信機C4-2によって、送信信号と受信信号は混合され、測距手段C4-3に対して供給される。受信機C4-2から信号の供給を受けた測距手段C4-3は、供給された信号に基づいて、送信電波を反射した物体までの距離や、その物体との相対速度を算出する。算出された距離及び相対速度は、S/N比算出手段C4-7に供給され、S/N比の算出に用いられる。算出されたS/N比は、閾値算出手段C4-6に供給され、閾値の算出に用いられる。

そして、閾値算出手段C4-6によって取得された閾値と、測距手段C4-3から供給される距離別の受信信号とは、波数推定手段C4-4に供給される。波数推定手段C4-4は、供給された反射波の情報に基づいて、測角方法を実行して反射波の角度スペクトラムを得る。そして、波数推定手段C4-4は、得られた反射波の角度スペクトラムに対して算出された閾値を設定し、閾値を越える部分をカウントする。カウントされた波数は、方位検出手段C4-5に供給され、Capon法、線形予測法、MUSIC法、もしくは、ESPRIT法などの測角方法の実行に用いられる。

本発明の第二の実施形態におけるレーダ装置は、第一の実施形態と同様に、図４に示される構成を有している。図１５における送信機C4-1は、図４における送信系に対応する。また、図１５における受信機C4-2は、図４における受信系に対応する。さらに、図１５における測距手段C4-3、波数推定手段C4-4、方位検出手段C4-5、閾値算出手段C4-6、及び、S/N比算出手段C4-7は、図４における信号処理部19に対応する。

本実施の形態における閾値算出手段C4-6、及び、S/N比算出手段C4-7は、第一の実施形態における閾値算出手段C2-6に対応するが動作が異なる。本実施の形態における他の部分の構成、及び、動作は、第一の実施形態と同様である。

第一の実施形態においては波数推定のための閾値は物体までの距離、または、物体との相対速度に応じて決定されていたが、本実施の形態においてはパラメータの一つであるS/N比に応じて決定される。閾値算出手段C4-6、及び、S/N比算出手段C4-7に対応する図４における信号処理部19は、図８のような観測状況において、図９のような反射波強度の角度スペクトラムを距離別に得る。

距離別に得られた図９のような反射波強度の角度スペクトラムから、S/N比は求められる。たとえば、図９の上段の図における反射波強度の最高値は、信号レベルを表している。それに対して、図９の中段における反射波強度の平均値は、雑音レベルを表している。図４における信号処理部19は、距離別に観測された反射波強度の角度スペクトラムにおいて、物体を観測した角度スペクトラムの最高値と、物体を観測していない角度スペクトラムの平均値との比較によって、S/N比を得ることができる。

図１６は、受信波のS／N比に基づいて設定される閾値の例である。ここで、図１６におけるグラフの傾きはγであり、縦軸は設定される閾値、横軸は受信波のS/N比である。設定される閾値は、S/N比が１である場合の基準閾値に対して（S/N比−１）×γの値を加算することで求められる。このように、閾値が決められるのは、S/N比が大きいほど、物体が近くに存在し衝突の可能性が高く、検出漏れを防止しなければならないためである。このように、近くに存在する物体に対する閾値を低く設定することによって、安全性を考慮した到来波数の検出ができる。

尚、本実施の形態においては、信号処理部19がパラメータの一つであるS/N比に応じて閾値を算出するが、S/N比に対応した閾値がメモリに予め格納されていてもよい。

このようにして、本実施の形態におけるレーダ装置は、測角方法によって得られた反射波の角度スペクトラムに対して可変の閾値を設定し、閾値以下の部分はノイズとしてカットし、閾値を越える部分をカウントし到来波の波数とすることによって、受信波のS/N比が変化する環境においても、波数推定を正確に行うことを可能にする。また、AICやMDLのようなアルゴリズムを使用しないことにより、高性能のプロセッサを必要とせずに波数推定を正確に行うことを可能にする。

また、別の実施形態において、別の手段において取得したS/N比に従って変動する閾値を設定し、波数の推定に用いることも可能である。

図１７は、本発明の第三の実施形態におけるレーダ装置の機能を示すブロック図である。まず、送信機C5-1は、物体に対してミリ波領域の電波の送信を行う。そして受信機C5-2は、送信機C5-1から送信信号を受信するとともに、複数のアンテナを介して物体による反射波を受信する。そして、受信機C5-2によって、送信信号と受信信号は混合され、測距手段C5-3に対して供給される。受信機C5-2から信号の供給を受けた測距手段C5-3は、供給された信号に基づいて、送信電波を反射した物体までの距離や、その物体との相対速度を算出する。また、受信機C5-2から信号の供給を受けた検波器C5-8は、検波信号をS/N比算出手段C5-7に供給する。S/N比算出手段C5-7は、検波信号をS/N比の算出に用い、算出されたS/N比は閾値算出手段C5-6に供給され、閾値の算出に用いられる。

そして、閾値算出手段C5-6によって取得された閾値と、測距手段C5-3から供給される距離別の受信信号とは、波数推定手段C5-4に供給される。波数推定手段C5-4は、供給された反射波の情報に基づいて、測角方法を実行して反射波の角度スペクトラムを得る。そして、波数推定手段C5-4は、得られた反射波の角度スペクトラムに対して算出された閾値を設定し、閾値を越える部分をカウントする。カウントされた波数は、方位検出手段C5-5に供給され、Capon法、線形予測法、MUSIC法、もしくは、ESPRIT法などの測角方法の実行に用いられる。

図１７における送信機C5-1は、図４における送信系に対応する。また、図１７における受信機C5-2は、図４における受信系に対応する。さらに、図１７における測距手段C5-3、波数推定手段C5-4、方位検出手段C5-5、閾値算出手段C5-6、及び、S/N比算出手段C5-7は、図４における信号処理部19に対応する。尚、検波器C5-8は、図４には図示されていないが、受信アンテナ14とAMP15の間に設置される。

本発明の第三の実施形態におけるレーダ装置は、第一の実施形態と同様に、図４に示される構成を有している。しかし、第三の実施形態における構成は、受信アンテナ14の後段に検波器を有する点において、第一の実施形態における構成とは異なる。

図１８は、受信アンテナの後段に設置される検波器の構成図である。検波器20は、受信アンテナ14a〜zのいずれかに対して設置される。検波器20は、まず、受信アンテナ14から受信信号の供給を受ける。供給された受信信号はカプラー201によって分岐され、一方はAMP15に入力し、他方は入力整合回路203に供給される。AMP15に入力した受信信号はこれまで説明した実施形態と同様に処理される。また、入力整合回路203に入力した受信信号は、次に、ローパスフィルタ（LPF）205に供給される。尚、入力整合回路203とLPF205の間には、接地されたショットキーダイオード204が設けられている。LPF205からの出力は。図４における信号処理部19に対して、検波信号として供給される。

第一の実施形態においては波数推定のための閾値は物体までの距離、または、物体との相対速度に応じて決定されていたが、本実施の形態においてはS/N比に応じて決定される。受信波のS/N比は、検波器C5-8が所定期間に渡って出力する検波信号の最大値と最小値に基づいて、S/N比算出手段C5-7に対応する信号処理部19によって算出される。そして、算出されたS/N比に基づいて、閾値は、閾値算出手段C5-6に対応する信号処理部19によって算出される。

閾値の算出の方法は、第二の実施の形態と同様である。

尚、本実施の形態においては、信号処理部19がS/N比に応じて、閾値を算出するが、S/N比に対応した閾値がメモリに予め格納されていてもよい。

また、別の実施形態において、S/N比以外のパラメータに従って変動する閾値を設定し、波数の推定に用いることも可能である。

図１９は、本発明の第四の実施形態におけるレーダ装置の機能を示すブロック図である。まず、送信機C6-1は、物体に対してミリ波領域の電波の送信を行う。そして受信機C6-2は、送信機C6-1から送信信号を受信するとともに、複数のアンテナを介して物体による反射波を受信する。そして、受信機C6-2によって、送信信号と受信信号は混合され、測距手段C6-3に対して供給される。受信機C6-2から信号の供給を受けた測距手段C6-3は、供給された信号に基づいて、送信電波を反射した物体までの距離や、その物体との相対速度を算出する。

また、受信機C6-2から信号の供給を受けた閾値算出手段C6-6は、使用されている受信アンテナ14の数や受信アンテナ14同士の間隔を判断し、それに基づいて、閾値を算出する。

そして、閾値算出手段C6-6によって取得された閾値と、測距手段C6-3から供給される距離別の受信信号とは、波数推定手段C6-4に供給される。波数推定手段C6-4は、供給された反射波の情報に基づいて、測角方法を実行して反射波の角度スペクトラムを得る。そして、波数推定手段C6-4は、得られた反射波の角度スペクトラムに対して算出された閾値を設定し、閾値を越える部分をカウントする。カウントされた波数は、方位検出手段C6-5に供給され、Capon法、線形予測法、MUSIC法、もしくは、ESPRIT法などの測角方法の実行に用いられる。

本発明の第四の実施形態におけるレーダ装置は、第一の実施形態と同様に、図４に示される構成を有している。尚、本実施の形態においては、受信アンテナ14は、a〜jまでの10個で構成されているものとする。また、それに伴い、AMP15、ミキサ16、フィルタ17、及び、A/D変換器18も、a〜jまでの10個で構成されているものとする。図１９における送信機C6-1は、図４における送信系に対応する。また、図１９における受信機C6-2は、図４における受信系に対応する。さらに、図１９における測距手段C6-3、波数推定手段C6-4、方位検出手段C6-5、及び、閾値算出手段C6-6は、図４における信号処理部19に対応する。

ここで、パラメータの一つとして使用される受信アンテナ数や受信アンテナ間隔が変化する場合の例を説明する。

図２０は、遠距離用レーダと、近距離用レーダの２つの機能を有するレーダ装置の物体検知を示す図である。また、図２１は、遠距離用レーダ、及び、近距離用レーダとして用いられる場合に使用される受信アンテナを示す図である。図２０において、車両２に搭載される本実施の形態におけるレーダ装置１は、遠距離レーダとしての物体の検出範囲３aと、近距離レーダとしての物体の検出範囲３ｂとから、交互に反射波を受信し、物体の検出を行う。

このとき、近距離レーダとして機能する場合には、図２１における上段の図のように、受信アンテナ14a〜jまでの10個の受信アンテナ全てが機能し、物体からの反射波を受信する。このとき、受信アンテナの間隔はｄである。また、遠距離レーダとして機能する場合には、図２１における下段の図のように、受信アンテナ14a〜jまでの10個の受信アンテナのうち半数のみが機能し、物体からの反射波を受信する。このとき、受信アンテナ14b、14d、14f、14h、及び、14jからの受信信号は、信号処理部19によって破棄される。この際の受信アンテナ14の間隔は２ｄとなる。

閾値算出手段C6-6に対応する信号処理部19は、本実施の形態におけるレーダ装置１が、遠距離レーダとして機能するか、近距離レーダとして機能するかによって、設定する閾値を変える。遠距離レーダとして機能する場合には、設定する閾値を大きくし、近距離レーダとして機能する場合には、設定する閾値を小さくする。このように、閾値が決められるのは、物体が近くに存在するほど衝突の可能性が高く、検出漏れを防止しなければならないためである。このように、近くに存在する物体に対する閾値を低く設定することによって、安全性を考慮した到来波数の検出ができる。

このようにして、本実施の形態におけるレーダ装置は、測角方法によって得られた反射波の角度スペクトラムに対して可変の閾値を設定し、閾値以下の部分はノイズとしてカットし、閾値を越える部分をカウントし到来波の波数とすることによって、遠距離用レーダとして機能する場合にも近距離用レーダとして機能する場合にも、波数推定を正確に行うことを可能にする。また、AICやMDLのようなアルゴリズムを使用しないことにより、高性能のプロセッサを必要とせずに波数推定を正確に行うことを可能にする。

尚、本実施の形態においては、受信機C6-2から信号の供給に基づいて、閾値算出手段C6-6は、パラメータの一つである使用されている受信アンテナ14の数や受信アンテナ14同士の間隔を判断する。しかし、これを測距手段C6-3からの信号の供給に基づいて行ってもよい。また、閾値算出手段C6-6が、使用されている受信アンテナ14の数や受信アンテナ14同士の間隔をメモリに格納し、保有していることも可能である。

尚、本明細書においては、FM-CW方式のレーダ装置を用いて説明を行ったが、これに限定されない。

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。従来のレーダ装置の機能を示すブロック図である。本発明の第一の実施形態におけるレーダ装置の機能を示すブロック図である。本発明の第一の実施形態におけるレーダ装置の構成図である。レーダ装置における前方車両の観測の様子を示す図である。図４において送信され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。図８における観測によって得られる反射波強度の角度スペクトラムである。信号処理部によって得られた反射波強度の角度スペクトラムである。相対速度に基づいて設定される閾値の例である。送信波を反射する物体までの距離に基づいて設定される閾値の例である。閾値が予めメモリに格納されている場合の機能を示すブロック図である。反射波強度の角度スペクトラムに対して、ステップS4で得られた閾値を設定した例である。本発明の第二の実施形態におけるレーダ装置の機能を示すブロック図である。受信波のS／N比に基づいて設定される閾値の例である。本発明の第三の実施形態におけるレーダ装置の機能を示すブロック図である。受信アンテナの後段に設置される検波器の構成図である。本発明の第四の実施形態におけるレーダ装置の機能を示すブロック図である。遠距離用レーダと、近距離用レーダの２つの機能を有するレーダ装置の物体検知を示す図である。遠距離用レーダ、及び、近距離用レーダとして用いられる場合に使用される受信アンテナを示す図である。

符号の説明

１レーダ装置
２車両
３検出範囲
５ ECU
11 変調信号発生器
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
20 検波器

Claims

送信波を送信する送信部と、
物体によって反射された前記送信波（以後、反射波、若しくは受信波と記す）を受信する複数のアンテナと、
各々の前記アンテナで受信された反射波の位相差に応じて、前記反射波の角度スペクトラムを算出し、前記角度スペクトラムにおいて、設定された閾値を越える部分をカウントすることによって、到来する前記反射波の数（もしくは波数と記す）を推定し、推定された前記波数と前記複数のアンテナから供給される受信信号とに応じて、測角方法を用いて前記物体の存在する方向を判定する信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、前記送信波及び前記反射波の所定のパラメータに基づいて算出される前記パラメータの変化に応じて、前記閾値を設定することを特徴とするレーダ装置。
請求項１において、
前記パラメータは、前記送信波と前記反射波の送信及び受信時刻であって、前記送信及び受信時刻の差に基づいて求められる前記物体までの距離に応じて前記閾値を設定することを特徴とするレーダ装置。
請求項１において、
前記パラメータは、前記送信波と前記受信波の周波数であって、前記送信波と前記受信波の周波数の差に基づいて求められる前記物体との相対速度に応じて前記閾値を設定することを特徴とするレーダ装置。
請求項１において、
前記パラメータは、前記送信波と前記受信波の信号対雑音比であって、前記信号対雑音比に応じて前記閾値を設定することを特徴とするレーダ装置。
請求項４において、
さらに、信号電力と雑音電力とを算出、若しくは測定する検波器を有し、
前記信号処理部は、前記検波器によって得られた信号電力と雑音電力とに応じて、前記信号対雑音比を算出することを特徴とするレーダ装置。
送信波を送信する送信部と、
物体によって反射された前記送信波の反射波を受信する複数のアンテナと、
各々の前記アンテナで受信された反射波の位相差に応じて、前記反射波の角度スペクトラムを算出し、前記角度スペクトラムにおいて、設定された閾値を越える部分をカウントすることによって到来する前記反射波の数を推定し、推定された前記波数と前記複数のアンテナから供給される受信信号とに応じて、測角方法を用いて前記物体の存在する方向を判定する信号処理部とを有し、
前記信号処理部は、前記複数のアンテナのうち、使用されるアンテナの数、及び個々のアンテナ間の間隔に応じて前記閾値を設定することを特徴とするレーダ装置。