JP2009080051A - レーダ装置、及びその物標検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ビート信号のピークの極大値が中心からずれて形成された場合であっても、物標の中心の方位角を精度良く検出する。
【解決手段】所定の角度範囲に送信信号を送信し、前記角度範囲を分割した方位角ごとに、物標により反射される送信信号を受信信号として受信するレーダ装置は、第１の方位角群で受信された第１の受信信号から、前記第１の方位角群における第１のピーク群を検出し、前記第１の方位角群とは異なる複数の方位角を有する第２の方位角群で受信された前記第１の受信信号と異なる周波数の第２の受信信号から、前記第２の方位角群における第２のピーク群を検出し、前記第１、第２のピーク群を合成して合成ピーク群を求め、前記合成ピーク群の中心の方位角を前記物標の中心の方位角として検出する。よって、物標の中心の方位角を精度良く検出できる。
【選択図】図７

Description

本発明は、所定の角度範囲に送信信号を送信し、前記角度範囲を分割した所定の方位角ごとに、物標により反射される前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置及びその物標検出方法に関し、特に、複数の方位角を有する第１の方位角群で受信された前記受信信号から、前記方位角群における第１のピーク群を検出し、前記第１の方位角群とは異なる複数の方位角を有する第２の方位角群で受信された前記受信信号から、前記方位角群における第２のピーク群を検出し、前記第１、第２のピーク群から前記物標の中心の方位角を検出するレーダ装置及びその物標検出方法に関する。

車載レーダ装置を用いて先行車両の方位角、相対距離、相対速度を検出し、先行車両と一定の距離を保つように自車両を加減速したり、先行車両との衝突が予測されるときに安全装置を動作させたりする、車両制御システムが知られている。かかるシステムに用いられる車載レーダ装置として、周波数変調されたレーダ波を用いるＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）レーダ装置が知られており、その例が特許文献１に記載されている。また、ＦＭ−ＣＷレーダ装置が車両前方の探索範囲をスキャンする方式として、アンテナを揺動させるメカニカルスキャン式が知られている。

メカニカルスキャン式のＦＭ−ＣＷレーダ装置は、三角波状に周波数が漸増する周波数上昇期間と周波数が漸減する周波数下降期間とを交互に繰返すレーダ波を、所定の角度範囲を往復して揺動するアンテナから送信信号として送信し、車両前方をスキャンする。すると、物標が存在する方位角からは反射信号が得られるので、レーダ装置はこれを受信信号として受信し、両者の周波数差に対応する周波数差信号、つまりビート信号を生成する。このとき、同一物標からの反射信号により生成されるビート信号は、送信信号の周波数上昇期間と周波数下降期間とで異なる周波数となる。以下では、周波数上昇期間でのビート信号をアップビート信号、周波数下降期間でのビート信号をダウンビート信号という。

アップ／ダウンビート信号の周波数は、物標の相対距離と相対速度とを反映している。このことを利用して物標の相対速度と相対距離とを算出するために、レーダ装置は、スキャンする角度範囲において検出されるアップ／ダウンビート信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理し、その周波数スペクトルを検出する。すると、１つの物標に対応して、同一周波数のアップビート信号が形成するピーク群と、同一周波数のダウンビート信号が形成するピーク群とが検出される。そして、レーダ装置は、これらのピーク群を対応付け、つまりペアリングすることで、それぞれのビート信号の周波数を得る。

ペアリングに際して、レーダ装置は、アップ／ダウンビート信号の方位角方向におけるピーク群それぞれで極大値を求める。ここで、一般にビート信号のレベルは物標の中心で最大となることから、アップ／ダウンビート信号それぞれのピーク群で極大値が形成される方位角がその物標の中心と推定される。また、レーダ装置は、周波数の上昇と下降を交互に繰返す送信信号を送信するときアンテナを揺動させるので、周波数が上昇する送信信号と下降する送信信号とは、交互に異なる方位角に送信される。このため、アップ／ダウンビート信号の極大値は、微妙に異なる方位角において形成される。よって、レーダ装置は、その極大値の方位角が近似するアップビート信号のピーク群とダウンビート信号のピーク群を検出し、互いをペアリングする。すなわち、極大値の方位角が同一物標の判断基準として用いられる。

そして、レーダ装置は、ペアリングされたアップ／ダウンビート信号の周波数から、その物標の相対距離と相対速度を算出する。さらに、レーダ装置は、ペアリングされたピーク群それぞれの極大値の方位角から、その物標の方位角を検出する。具体的には、レーダ装置は、ペアリングされたピーク群それぞれの極大値の方位角を平均し、その平均をその物標の方位角として採用する。
特開２０００−６５９２１号公報

ところで、車載用のレーダ装置においては、物標もレーダ装置も高速に移動しているので、送信信号に対する物標の反射面の角度が常時微妙に変化する。また、物標の反射面に突起物などがあると、その部分で反射信号のレベルが変化し、物標の中心以外の方位角でアップ／ダウンビート信号のピーク群の極大値が形成される場合がある。特に、反射面積の大きい大型車などでは、極大値が形成される方位角のばらつきが大きくなりがちである。

すると、上記のような方位角の検出方法によると、実際の物標の中心からずれた方位角が、その物標の中心の方位角として検出されてしまう。その結果、先行車両の位置が誤って検出され、走行の安全性が低下するという問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、アップ／ダウンビート信号のピーク群で極大値の方位角が物標の中心からずれて形成された場合であっても、物標の中心の方位角を精度良く検出するレーダ装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、所定の角度範囲に送信信号を送信し、前記角度範囲を分割した所定の方位角ごとに、物標により反射される前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置であって、複数の方位角を有する第１の方位角群で受信された第１の受信信号から、前記第１の方位角群における第１のピーク群を検出し、前記第１の方位角群とは異なる複数の方位角を有する第２の方位角群で受信された、前記第１の受信信号と異なる周波数の第２の受信信号から、前記第２の方位角群における第２のピーク群を検出するピーク群検出手段と、前記第１、第２のピーク群を合成して合成ピーク群を求め、前記合成ピーク群の中心の方位角を前記物標の中心の方位角として検出する方位角検出処理を行う物標方位角検出手段とを有することを特徴とする。

上記側面によれば、前記第１、第２のピーク群を合成して合成ピーク群を求め、前記合成ピーク群の中心の方位角を前記物標の方位角として検出するので、極大値がピーク群の中心からずれた方位角で形成された場合であっても、物標の中心の方位角を精度良く検出できる。

以下、図面にしたが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１は、本実施形態におけるレーダ装置が車両に搭載される例を示す。車両１の前部フロントグリル内に搭載されるレーダ装置１０は、周波数変調された連続波（電磁波）をレーダ波として送信するＦＭ−ＣＷレーダ装置である。また、レーダ装置１０は、アンテナを揺動させる機構を備えたメカニカルスキャン式のレーダ装置であり、車両前方中心を基準とした一定の角度範囲Ａを送信信号によりスキャンする。そして、レーダ装置１０は、先行車両２などの物標により反射される送信信号を受信信号として受信し、送受信信号を処理する。そして、レーダ装置１０は、先行車両２の左右方向、つまり自車両１の前方中央方向に対する直角方向における中心Ｃの、自車両１の前方中央に対する方位角θｃを検出する。また、レーダ装置１０は、先行車両２の相対距離Ｒ、及び相対速度Ｖを検出する。そして、これらの検出結果に基づいて、車両１の図示されない制御装置が、車両２に追従走行したり、追突を回避したりするように車両１の動作を制御する。

図２は、レーダ装置１０の送受信信号と、これに基づくアップ／ダウンビート信号について説明する図である。図２（Ａ）は、レーダ装置１０の送信信号と受信信号の、時間に対する周波数変化を示す。レーダ装置１０が送信する送信信号の周波数は、実線で示すように、三角波の上昇期間に対応する周波数上昇期間ＵＰで漸増し、三角波の下降期間に対応する周波数下降期間ＤＮで漸減する。そして、これが交互に繰返される。そして、この送信信号が物標により反射されると、点線で示すように、相対距離に応じた時間的遅れΔＴと、相対速度に応じたドップラ効果の影響による周波数偏移ΔＤを受けて、受信信号として受信される。

このような送信信号と受信信号をミキシングすると、両者の周波数差に対応して、図２（Ｂ）に示すように周波数変化するビート信号が得られる。すなわち、周波数上昇期間ＵＰでの送信信号と受信信号からは、アップビート周波数ｆｕのアップビート信号、周波数下降期間ＤＮでの送信信号と受信信号からは、ダウンビート周波数ｆｄのダウンビート信号が得られる。

そして、アップビート周波数ｆｕとダウンビート周波数ｆｄから、物標の相対距離Ｒと相対速度Ｖが次の式により算出される（なお、Ｃは光速、１／ｆｍは送信信号の周波数変調周期、ｆ０は送信信号の周波数変調幅における中心周波数、ΔＦは送信信号の周波数変調幅である）。

Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４．ｆ０）
図３は、本実施形態におけるレーダ装置１０の構成を示す。レーダ装置１０は、レーダ波を送受信するアンテナ１１と、車両前方中心に対し角度範囲Ａでアンテナ１１を往復して揺動させるアンテナ駆動部１２を有する。また、レーダ装置１０は、送信信号の生成、アンテナ駆動部１２の制御、及びアップ／ダウンビート信号の生成を行う送受信回路１４を有する。

また、レーダ装置１０は、例えば特定用途用集積回路により構成される信号処理回路１５を有する。信号処理回路１５の各部は機能モジュールに対応する。ＡＤ変換部１６は、アップ／ダウンビート信号をＡＤ変換する。そして、ＦＦＴ処理部１７は、デジタル信号化されたアップ／ダウンビート信号をＦＦＴ処理する。そして、ピーク検出部１８は、ＦＦＴ処理結果から、アップ／ダウンビート信号の周波数ごとのピークを検出する。信号処理回路１５は、かかる一連の処理を、アンテナ１１が上記角度範囲Ａの一端から他端までを１回走査（スキャン）するごとに実行する。

さらに、レーダ装置１０は、例えばＣＰＵと、ＣＰＵが実行する各種処理プログラムを格納するＲＯＭと、ＣＰＵによる各種演算の作業領域として用いられるＲＡＭとを有するマイクロコンピュータで構成される情報処理部２０を有する。情報処理部２０は、信号処理回路１５からアップ／ダウンビート信号のピークが入力されると、上記の角度範囲Ａを分割した方位角方向におけるピークの分布、つまりピーク群を検出する。そして、情報処理部２０は、アップ／ダウンビート信号それぞれのピーク群に基づいて物標の相対速度、相対距離、及び方位角を検出し、検出結果を車両の制御装置に出力する。

ここで、図４を用いて、レーダ装置１０のスキャン動作により得られるアップ／ダウンビート信号のピークについて説明する。レーダ装置１０は、アンテナ１１を揺動させながら上記のように周波数変調された送信信号を送信するとき、図４（Ａ）に示すように、所定の方位角θ、例えば０．５度ごとに、周波数上昇期間ＵＰと周波数下降期間ＤＮが交互に対応するように、アンテナの動作と送信信号の変調周期とを同期させる。すると、同一物標に対する送受信信号からは、その物標が位置する方位角において、同一周波数のアップビート信号と、同一周波数のダウンビート信号が生成される。このとき、周波数上昇期間ＵＰが対応する方位角においてはアップビート信号が、周波数下降期間ＤＮが対応する方位角においてはダウンビート信号が得られる。

よって、かかるアップ／ダウンビート信号をＦＦＴ処理し、ビート周波数ごとに信号レベルの方位角方向における分布を求めると、図４（Ｂ）に示すようになる。すなわち、アップビート信号のピークＵＧ１が、方位角α-４・θ、α-２・θ、α、α+２・θ、α+４・θからなる方位角群で検出され、ダウンビート信号のピークＤＧ１が、方位角α-３・θ、α-１・θ、α+１・θ、α+３・θ、α+５・θからなる方位角群で検出される。ここで、ピークＵＧ１が検出される方位角群と、ピークＤＧ１が検出される方位角群とは、各方位角群を構成する方位角が交互となる。

なお、図４（Ｂ）において、プロットされた点の大きさは信号レベルのピークの大きさを表す。また、方位角に対するピークＤＧ１とピークＵＧ１のレベルは、それぞれ図４（Ｃ）、（Ｄ）に示される。

このようなアップ／ダウンビート信号のピークは、後述する手順でペアリングされる。そして、ペアリングされたピークのアップ／ダウンビート周波数から、物標の相対距離、相対速度が検出される。

図５は、情報処理部２０の動作手順を説明するフローチャート図である。図５に示す手順は、アンテナ１１の１回のスキャンごとに、信号処理回路１５から入力される検出結果に対して実行される。

情報処理部２０は、信号処理回路１５から入力されるアップ／ダウンビート信号のピークから、図４に示したような、それぞれピークの方位角群における分布を検出する（Ｓ１０、Ｓ１２）。次に、情報処理部２０は、検出したアップ／ダウンビート信号のピークの方位角群における分布を、極大値を示すピーク群ごとにグルーピングする（Ｓ１４）。図４（Ｂ）で示した例では、アップビート信号のピークＵＧ１、ダウンビート信号のピークＤＧ１は、それぞれピーク群を形成する。なお、以下では、説明の便宜上、グルーピングされたアップビート信号のピーク群をアップピーク群、グルーピングされたアダウンビート信号のピーク群をダウンピーク群という。よって、これらの手順Ｓ１２、Ｓ１４を実行する情報処理部２０が、「ピーク群検出手段」に対応する。

そして、情報処理部２０は、極大値が形成される方位角が所定の誤差範囲内、例えば±２度以内のアップ／ダウンピーク群同士を、ペアリングする（Ｓ１６）。ここで、一般に受信信号のレベルは物標の左右方向の中心において最も大きくなるので、同一の物標から生成されたアップ／ダウンピーク群は、物標の中心の方位角付近で極大値を形成する略相似形となる。このことを利用して、情報処理部２０は、方位角αにおいて極大値を形成するアップピーク群ＵＧ１と、方位角αに近似した方位角α+１・θにおいて極大値を形成するダウンピーク群ＤＧ１とをペアリングする。すなわち、極大値が形成される方位角を物標の中心の方位角と推定することで、方位角の近似性が同一物標の判断基準として用いられる。そうすることにより、相対速度と相対距離の算出に必要なアップビート周波数とダウンビート周波数とが対応付けられる。

そして、情報処理部２０は、個々のペアリング結果に対応する物標の方位角を算出する（Ｓ１８）。よって、この手順を実行する情報処理部２０が、「物標方位角検出手段」に対応する。なお、その詳細は後述する。

また、情報処理部２０は、個々のペアリング結果に対応する物標の相対距離、相対速度を検出する（Ｓ１９）。そして、方位角、相対速度、相対距離などの検出結果はＲＡＭに記憶される。

次に、情報処理部２０は、前回のスキャンの検出結果から予測した今回の検出結果と、実際に今回のスキャンで検出された検出結果との誤差から連続性の有無を判定する（Ｓ２０）。このとき、誤差が所定範囲内であれば、連続性有りと判定される。そして、連続性有りと判定された回数がＲＡＭに記憶される。また、情報処理部２０は、過去の検出結果と連続性を有さない未検出（つまり新規の）物標の検出結果をＲＡＭに記憶する（Ｓ２２）。

そして、情報処理部２０は、連続性有りと判定された回数に基づいて、車両の制御装置への検出結果の出力可否を判定する（Ｓ２４）。このとき、所定回数、例えば３回以上連続性有りと判定された場合に、出力可と判定される。また、情報処理部２０は、単一の物標から複数の方位角等が検出された場合に、これらを結合させて単一物標の検出結果を生成する（Ｓ２６）。そして、情報処理部２０は、出力可と判定した物標の検出結果を、車両の制御装置に出力する。

ここで、図６により、アップまたはダウンのピーク群の代表的な形状のパターンを示す。図６（Ａ）に示すように、通常は物標の中心の方位角でアップまたはダウンピーク群の極大値が得られる。よって、極大値が形成される方位角αｃを物標の中心とする推定に基づき、情報処理部２０は、方位角αｃをピーク群の代表の方位角として用い、上記手順Ｓ１６でアップ／ダウンピーク群のペアリングを行う。

ところで、車載用のレーダ装置においては、物標もレーダ装置も高速に移動しているので、送信信号に対し、物標の反射面の角度が常時微妙に変化する。また、物標の反射面に突起物などがあるとその部分からの反射信号のレベルが変化する。すると、図６（Ｂ）に示すように、アップ／ダウンビート信号のピーク群において、ピーク群の中心以外の方位角α１で極大値が形成される場合がある。特に、反射面積の大きい大型車などでは、極大値が形成される方位角のばらつきが大きくなりがちである。

あるいは、物標が大型車などの場合、図６（Ｃ）に示すように、１つの物標から得られるアップ／ダウンビート信号のピーク群において、極大値が複数の方位角α１、α２で形成される場合がある。すると、この場合、情報処理部２０は、より大きい極大値が形成される方位角α１をピーク群の代表の方位角として用いることによりペアリングを行う。

図６（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、極大値が形成される方位角がピーク群の中心からずれた場合、ペアリングの後にその方位角に基づいて物標の中心の方位角を求めると、実際の物標の中心の方位角と誤差が生じる。

また、図６（Ｄ）に示すように、アップ／ダウンビート信号のレベルが小さいと、物標の端部周辺の方位角β１、β２のピークが雑音に埋もれて検出されない場合がある。すると、演算によりアップ／ダウンピーク群の中心の方位角を算出しようとしても、物標の端部に対応するピーク群端部の方位角Ｅ１またはＥ２を正確に検出できない場合がある。
そこで、本実施形態では、情報処理部２０は、ペアリングのときには極大値が形成される方位角をピーク群の代表の方位角としてペアリングを行い、個々のペアリング結果からは、次に述べる手順に従って方位角の検出を行う。

図７は、情報処理部２０による方位角検出手順を説明するフローチャート図である。図７の手順は、図５に示した手順Ｓ１８に対応し、ペアリング結果ごとに、ペアリングされたアップピーク群とダウンピーク群に対して実行される。

まず、情報処理部２０は、ダウンピーク群の極大値と極小値を検出する（Ｓ３０）。次に、図４（Ｂ）で示したように、アップ／ダウンビート信号のピークは交互の方位角において検出されることを利用し、情報処理部２０は、ダウンピーク群の極小値を除くピークを補間して、アップピーク群を予測する。そして、ダウンピーク群を補間して得られる予測ピーク群はアップピーク群と相似形であることから、情報処理部２０は、予測ピーク群とアップピーク群とを方位角ごとにパワーを比較して、そのパワー差をＲＡＭに記憶する（Ｓ３２）。

次に、情報処理部２０は、アップピーク群の端部において他物標によるピークが混在しているかを判定し、混在している場合は、そのピーク群をアップピーク群から分離する分離処理を行う（Ｓ３４）。

そして、情報処理部２０は、手順Ｓ３２の結果から、予測ピーク群とアップピーク群とで比較したピークのレベル差が所定範囲内であるピーク本数を、アップピーク群の全ピーク数で除算して予測一致率を算出する（Ｓ３６）。

そして、予測一致率が８０パーセント以上の場合は（Ｓ３８のＹＥＳ）、情報処理部２０はアップピーク群とダウンピーク群とを合成し、合成ピーク群を求める（Ｓ４０）。そして、情報処理部２０は、合成ピーク群の形状を判定し（Ｓ４２）、後述するように極大値が合成ピーク群の中心からずれた形状パターンの場合は（Ｓ４４のＹＥＳ）、合成ピーク群の中心の方位角を物標の方位角として算出する（Ｓ４６）。

一方、手順Ｓ３８で予測一致率が８０パーセント未満の場合（Ｓ３８のＮＯ）、あるいは、合成ピーク群の極大値が合成ピーク群の中心付近にある場合（Ｓ４４のＮＯ）は、情報処理部２０は、アップとダウンそれぞれのピーク群における極大値が形成される方位角を平均し、その平均を物標の中心の方位角として採用する（Ｓ４８）。

以下では、図７の手順Ｓ３０、Ｓ３２、Ｓ３４、Ｓ３６、Ｓ４０、Ｓ４２、及びＳ４６の詳細な手順を説明する。

図８は、ダウンピーク群の極大値と極小値の検出手順（図７の手順Ｓ３０）を詳細に説明するフローチャート図である。図９は、図８の手順で処理されるダウンピーク等を示す。

まず、情報処理部２０は、図９（Ａ）に示すダウンピーク群（ピークＤＰ１〜ＤＰ９）のピーク本数（９本）と、車両前方に対し左端のピークＤＰ１の方位角（Ｄα１）を検出する（Ｓ８１）。そして、情報処理部２０は、ピークの本数が３本以上の場合（Ｓ８２のＹＥＳ）、全てのピークに対し手順Ｓ８４〜Ｓ８６を実行する（Ｓ８３、Ｓ８７）。

情報処理部２０は、左端のピークＤＰ１の方位角Ｄα１を起点として、ピークＤＰ１〜ＤＰ９に対し、３本ずつのピークの大きさを比較し、３本のうちの最大と最小のピークをＲＡＭに記憶する処理を行う（Ｓ８４）。このとき比較対照されるピークが図９（Ｂ）の表の第１列に示され、その結果が第２、第３列に示される。

そして、情報処理部２０は、比較される３本のピークのうち２本目が最大となる場合は、そのピークを極大値として記憶する（Ｓ８５）。また、情報処理部２０は、２本目が最小となる場合は、そのピークを極小値として記憶する（Ｓ８６）。かかる処理の結果、ピークＤＰ３、ＤＰ７が極大値として記憶され、ピークＤＰ５が極小値として記憶される。
このようにして、情報処理部２０は、ダウンピーク群の極大値と極小値とを判定することにより、次の補間処理では、極小値を除外して補間処理を行う。

図１０は、ダウンピーク群の補間とアップピーク群の予測手順（図７の手順Ｓ３２）を詳細に説明するフローチャート図である。図１１には、図１０の手順で処理されるピーク群等が示される。

まず、情報処理部２０は、図１１（Ａ）に示すダウンピーク群（ピークＤＰ１〜ＤＰ９）のピーク本数（９本）と、車両前方に対し左端のピークＤＰ１の方位角Ｄα１を検出する（Ｓ１０１）。そして、情報処理部２０は、ピークの本数が３本以上の場合（Ｓ１０２のＹＥＳ）、全てのピークに対し手順Ｓ１０４〜Ｓ１０８を実行する（Ｓ１０３、Ｓ１０９）。

情報処理部２０は、ダウンピーク群の左端のピークＤＰ１の方位角Ｄα１を起点とし、ピークＤＰ１から３本ずつのピークを取得し（Ｓ１０４）、３本のうち２本目が極小値でないときは（Ｓ１０５のＹＥＳ）、その３本のピークについて２次近似式を算出する（Ｓ１０６）。そして、情報処理部２０は、その２次近似式に基づいて、アップビート信号のピークを予測し、図１１（Ａ）に示す予測ピーク群（ピークＰＰ１、ＰＰ２１、ＰＰ２２、ＰＰ３１、ＰＰ３２、…ＰＰ８１、ＰＰ８２、ＰＰ９）を求める（Ｓ１０７）。そして、情報処理部２０は、アップビート信号のピークが検出された方位角において、予測ピーク群と、図１１（Ｂ）に示す実際に検出されたアップピーク群（ピークＵＰ１〜ＵＰ９）のレベルを比較し、その結果を記憶する（Ｓ１０８）。

上記手順において、２次近似式の算出に用いられるピークが図１１（Ｃ）の表の第１列に示され、その結果予測されるピークが第２列、比較対照されるアップピーク群のピークが第３列、予測ピークとアップピークの差が第４列に示される。

上記手順を具体的に説明する。まず、情報処理部２０は、ピークＤＰ１〜ＤＰ３を用いて２次近似式Ｌ１を算出する。そして、ＤＰ１よりレベルが大きくＤＰ２よりレベルの小さいアップピーク群のピークＵＰ１を検出する。そして、情報処理部２０は、ピークＵＰ１の方位角Ｕα１を２次近似式Ｌ１に代入し、その方位角において予測されるアップビート信号のピークＰＰ１を算出する。そして、情報処理部２０は、予測されたピークＰＰ１と検出されたピークＵＰ１とを比較し、その差ｄｆ１をＲＡＭに記憶する。また、情報処理部２０は、ピークＤＰ２よりレベルが大きくＤＰ３よりレベルの小さいアップピーク群のピークＵＰ２を検出し、ピークＵＰ２の方位角Ｕα２を２次近似式Ｌ１に代入して、その方位角において予測されるピークＰＰ２１を算出する。そして、情報処理部２０は、予測されたピークＰＰ２１と検出されたピークＵＰ２とを比較し、その差ｄｆ２をＲＡＭに記憶する。

次に、情報処理部２０は、ピークＤＰ２〜ＤＰ４を用いて２次近似式Ｌ２を算出する。そして、情報処理部２０は、ＤＰ２よりレベルが大きくＤＰ３よりレベルの小さいピークＵＰ２を検出し、ピークＵＰ２の方位角Ｕα２を２次近似式Ｌ２に代入し、予測されるピークＰＰ２２を算出する。そして、情報処理部２０は、予測されたピークＰＰ２２と検出されたピークＵＰ２とを比較し、その差ｄｆ３をＲＡＭに記憶する。また、情報処理部２０は、ピークＤＰ３よりレベルが大きくＤＰ４よりレベルの小さいピークＵＰ３を検出し、ピークＵＰ３の方位角Ｕα３を２次近似式Ｌ２に代入して、ピークＰＰ３１を算出する。そして、情報処理部２０は、予測されたピークＰＰ３と検出されたピークＵＰ３とを比較し、その差ｄｆ４をＲＡＭに記憶する。

情報処理部２０は、同様の処理をすべてのダウンピークに対して行う。なお、ダウンピークの右端において、ピークＤＰ９の右側にはピークが存在しない。よって、この場合、情報処理部２０は、ピークＤＰ８の方位角をＤα８、ピークＤＰ９の方位角Ｄα９を用いて、方位角Ｄα９+（Ｄα９−Ｄα８）にダミーのピークｄｍを仮定し、ピークＤＰ８、ＤＰ９、ｄｍを用いて算出した２次近似式から、予測ピークＰＰ９を求め、予測ピークＰＰ９とアップピーク群のピークＵＰ９との差ｄｆ１９を記憶する。

なお、ダウンピーク群の左端の外側にアップピーク群のピークが存在する場合は、同様の処理により左端の外側にダミーのピークを想定し、予測ピークを予測してもよい。

かかる処理の結果、ピークＰＰ１、ＰＰ２１、ＰＰ２２、ＰＰ３１、ＰＰ３２、…ＰＰ８１、ＰＰ８２、ＰＰ９が予測され、それぞれがアップピーク群のピークＵＰ１〜ＵＰ９と比較されて、結果が記憶される。ところで、この時点では、アップピーク群の１つのピークに対し、２つの予測ピークが比較対照されたときのそれぞれのレベル差が記憶されている。よって、後述する予測率一致処理では、１つのアップピークに対し、１つの予測ピークが対応するように、予測ピークの真偽判定が行われる。

図１２は、アップピーク群の分離処理手順（図７の手順Ｓ３４）を詳細に説明するフローチャート図である。図１３は、図１２の手順で処理されるアップピーク群とダウンピーク群の例を示す。

まず、情報処理部２０は、図１３（Ａ）に示すダウンピーク群（ピークＤＰ１〜ＤＰ９）のピーク本数（９本）と、車両前方に対し左右両端のピークＤＰ１、ＤＰ９の方位角Ｄα１、Ｄα９を検出する（Ｓ１２０１）。そして、情報処理部２０は、図１３（Ｂ）に示すアップピーク群（ピークＵＰ１１、ＵＰ１２、ＵＰ１３、及びＵＰ１〜ＵＰ９）のピーク本数（１２本）からダウンピーク群のピーク本数（９本）を減算し、その差が２本以上の場合は（Ｓ１２０２のＹＥＳ）、ダウンピーク群の左右両端のピークの方位角Ｄα１、Ｄα９を基準として、ダウンピーク群の左右いずれかまたは両方の外側にあるアップピーク群のピーク本数を算出する（Ｓ１２０３）。

そして、ダウンピーク群の左右いずれかまたは両方の外側において、アップピーク群のピーク本数が２本以上の場合は（Ｓ１２０４のＹＥＳ）、その外側のピークと、外側から内側へ向かって最初のピークとからなる３本以上のピークに対して、極大値と極小値の検出を行う（Ｓ１２０５）。そして、極大値が検出された場合は（Ｓ１２０５のＹＥＳ）、極大値を形成するピークは他の物標、例えば、自車両から等距離にあって先行車両に近接したガードレールなどの路側物などからの反射により形成されたと判断される。よって、情報処理部２０は、かかるピークをアップピーク群から分離する（Ｓ１２０７）。

図１３（Ａ）、（Ｂ）の例では、アップピーク群のピーク本数（１２本）とダウンピーク群のピーク本数（９本）の差は３本である。そして、アップピークＵＰ１１〜ＵＰ１３、及びＵＰ１の４本のピークにおいて、ＵＰ１２が極大値を形成する。よって、ピークＵＰ１１〜ＵＰ１３が分離され、次の手順でダウンピーク群と合成の対象となるアップピーク群のピークは、ピークＵＰ１〜ＵＰ９となる。

なお、ダウンピーク群の右端の外側にアップピーク群のピークが２本以上存在する場合でも、上記同様の処理が行われる。

このように、ダウンピーク群とアップピーク群との類似性に着目することにより、他物標によるピークを分離することができる。そうすることにより、合成に用いるピーク群の端部を特定することができる。

図１４は、ダウンピーク群から予測された予測ピーク群と、アップピーク群との一致率を算出する手順（図７の手順Ｓ３６）を詳細に説明するフローチャート図である。

まず、情報処理部２０は、図１１（Ｃ）の表に示した予測ピークとアップピークとのレベル差から、同一のアップピークと比較された予測ピークのうち、レベル差が小さい方の予測ピークを真値として判断する（Ｓ１４０２）。例えば、アップピークＵＰ２と比較された予測ピークＰＰ２１とＰＰ２２のうち、差ｄｆ２の方が差ｄｆ３より小さければ、予測ピークＰＰ２１を真値とする。そして、真値と判断した予測ピークについて、アップピークとの差が所定値、例えば３ｄＢ以下となるピークの数をカウントする（Ｓ１４０４）。そして、情報処理部２０は、カウント値をアップビート信号のピーク総数（９本）で除算して、予測一致率を求める（Ｓ１４０６）。

そして、図７で示したように、予測一致率が８０％以上のときは（図７の手順Ｓ３８のＹＥＳ）、情報処理部２０は、図１５に示すアップ／ダウンピーク群の合成処理を行う。

図１５は、ダウンピーク群と、アップピーク群とを合成する手順（図７の手順Ｓ４０）を詳細に説明するフローチャート図である。図１６は、合成されるアップとダウンピーク群の例を示す。

まず、情報処理部２０は、アップとダウンピーク群のピーク本数（各９本）と、それぞれのピークの方位角を取得する（Ｓ１５０１）。そして、情報処理部２０は、全てのピークを方位角順にソートする（Ｓ１５０２）。その結果、図１６に示す合成ピーク群が得られる。

図１７は、合成ピーク群の形状を判定する手順（図７の手順Ｓ４２）を詳細に説明するフローチャート図である。図１８は、図１７の手順で処理される合成ピーク群の例を示す。

まず、情報処理部２０は、合成ピークの本数（１８本）と、合成ピークの左右端部におけるピークの方位角を取得し（Ｓ１７０１）、合成ピークの極大値と極小値を検出する（Ｓ１７０２）。そして、極大値、極小値ともに検出された場合（Ｓ１７０４のＹＥＳ）、つまり、図１８（Ａ）のような形状が得られた場合は、情報処理部２０は、物標からの反射が割れて極大値が複数形成されるパターンと判定する（Ｓ１７０５）。

一方、極小値が検出されず、極大値が１つの場合は（Ｓ１７０４のＮＯ、Ｓ１７０６のＹＥＳ）、合成ピーク群における極大値の偏りを算出する（Ｓ１７０７）。ここで、極大値の偏りは、極大値の位置（つまり、合成ピークの左からの本数）−（アップピーク本数＋ダウンピーク本数）／２により求められる。そして、偏りが１．５以上または-１．５以下の場合（Ｓ１７０８のＹＥＳ）、つまり図１８（Ｂ）のような形状が得られた場合は、情報処理部２０は、極大値が合成ピーク群の中心からずれて、左右いずれかに偏ったパターンと判定する。

なお、手順Ｓ１７０４でＮＯの場合、つまり、極大値の偏りが、−１．５より大きく１．５より小さい場合は、図１８（Ｃ）に示すように、極大値は合成ピーク群の中心付近において検出されているので、いずれのパターンでもない。よって、その場合は、図７の手順Ｓ４８に進み、極大値の方位角の平均を物標の方位角として算出する。

図１９は、方位角の検出手順（図７の手順Ｓ４６）を詳細に説明するフローチャート図である。情報処理部２０は、合成ピーク群の左右両端の方位角を取得し（Ｓ１９０１）、その中心の方位角を算出する（Ｓ１９０２）。その結果、図１８（Ａ）、（Ｂ）で示した各パターンの合成ピーク群において、図２０（Ａ）、（Ｂ）に示すように、合成ピーク群の中心の方位角αｃが求められる。そして、方位角αｃが、物標の中心の方位角として採用される。

以上説明したとおり、本実施形態においては、レーダ装置１０の情報処理部２０は、分離処理により、合成するためのアップピーク群の端部を特定し、予測一致率が８０％以上のアップピーク群を用いて、合成ピーク群を生成する。そして、合成ピーク群の中心を求めるので、実際の物標の中心部の方位角に近い方位角を算出できる。

ここで、アップ／ダウンピーク群の極大値が各ピーク群の中心からずれた方位角において形成されたり、複数の極大値が形成されたりするような場合には、各ピーク群のレベルが不十分、あるいは雑音に埋もれたり、他の物標によるピーク群が混在したりして、物標の左右の端部に対応するピーク群の左右端部のピークも正確に検出できない可能性が大きい。すると、アップ／ダウンピーク群それぞれで、検出された左右端部のピークの方位角に基づいてピーク群の中心の方位角を求めても、実際の物標の中心からずれているおそれがある。

その点、上述した本実施形態における方法によれば、アップ／ダウンピーク群の形状の類似性に着目して、互いに８０％以上重複するようなアップ／ダウンピーク群の形状を特定することにより、物標が実際に存在する蓋然性の大きい方位角の幅を求めることができる。そして、その幅の中点の方位角を求めるので、極大値がピーク群の中心からずれた方位角で形成されたり、複数の極大値が形成されたりするような場合であっても、物標の中心の方位角を精度よく検出できる。

なお、上述の手順では、ダウンピーク群からアップピーク群を予測しているが、その順は逆であっても、本実施形態が適用できる。また、車両の前方監視だけでなく、他の方向を監視するレーダ装置にも、本実施形態は適用できる。さらに、本実施形態におけるレーダ装置は、車両以外の移動体に搭載されたとしても、同様の作用効果を奏する。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、ピーク群の中心からずれた方位角において極大値が形成された場合であっても、物標の中心の方位角を精度良く検出することができる。

本実施形態におけるレーダ装置が車両に搭載される例を示す図である。 レーダ装置１０の送受信信号と、これに基づくアップ／ダウンビート信号について説明する図である。 本実施形態におけるレーダ装置１０の構成を示す図である。 レーダ装置１０のスキャン動作により得られるアップ／ダウンビート信号のピーク群について説明する図である。 情報処理部２０の処理手順を説明するフローチャート図である。 アップまたはダウンのピーク群の代表的な形状のパターンを示す図である。 情報処理部２０による方位角検出手順を説明するフローチャート図である。 ダウンピーク群の極大値と極小値の検出手順（図７の手順Ｓ３０）を詳細に説明するフローチャート図である。 図８の手順で処理されるダウンピーク群（ピークＤＰ１〜ＤＰ９）を示す図である。 ダウンピーク群の補間とアップピーク群の予測手順（図７の手順Ｓ３２）を詳細に説明するフローチャート図である。 図１０の手順で処理されるピーク群等を示す図である。 アップピーク群の分離処理手順（図７の手順Ｓ３４）を詳細に説明するフローチャート図である。 図１２の手順で処理されるアップピーク群とダウンピーク群の例を示す図である。 ダウンピーク群から予測された予測ピーク群と、アップピーク群との一致率を算出する手順（図７の手順Ｓ３６）を詳細に説明するフローチャート図である。 ダウンピーク群と、アップピーク群とを合成する手順（図７の手順Ｓ４０）を詳細に説明するフローチャート図である。 合成されるアップとダウンピーク群の例を示す図である。 合成ピーク群の形状を判定する手順（図７の手順Ｓ４２）を詳細に説明するフローチャート図である。 図１７の手順で処理される合成ピーク群の例を示す図である。 方位角の検出手順（図７の手順Ｓ４６）を詳細に説明するフローチャート図である。 合成ピーク群の中心の方位角を求める例を示す図である。

符号の説明

１０：レーダ装置、１１：アンテナ、１２：アンテナ駆動部、１４：送受信回路、１５：信号処理回路、２０：情報処理部

Claims (5)

1. 所定の角度範囲に送信信号を送信し、前記角度範囲を分割した所定の方位角ごとに、物標により反射される前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置において、
   複数の方位角を有する第１の方位角群で受信された第１の受信信号から、前記第１の方位角群における第１のピーク群を検出し、前記第１の方位角群とは異なる複数の方位角を有する第２の方位角群で受信された、前記第１の受信信号と異なる周波数の第２の受信信号から、前記第２の方位角群における第２のピーク群を検出するピーク群検出手段と、
   前記第１、第２のピーク群を合成して合成ピーク群を求め、前記合成ピーク群の中心の方位角を前記物標の中心の方位角として検出する方位角検出処理を行う物標方位角検出手段とを有することを特徴とするレーダ装置。
2. 請求項１において、
   前記物標方位角検出手段は、前記第１のピーク群において極大値が形成される方位角と、前記第２のピーク群において極大値が形成される方位角との差が所定範囲内のとき、前記方位角検出処理を行うことを特徴とするレーダ装置。
3. 請求項２において、
   前記物標方位角検出手段は、前記第１のピーク群を形成するピークの本数より第２のピーク群を形成するピークの本数の方が大きいときは、当該本数差に対応するピークを前記第２のピーク群の端部から除外した後、前記合成ピーク群を求めることを特徴とするレーダ装置。
4. 請求項２において、
   前記物標方位角検出手段は、前記合成ピーク群における極大値が当該合成ピーク群の中心付近で形成される場合には、前記第１のピーク群において極大値が形成される方位角と、前記第２のピーク群において極大値が形成される方位角との中心を前記物標の中心の方位角として検出することを特徴とするレーダ装置。
5. 所定の角度範囲に送信信号を送信し、前記角度範囲を分割した所定の方位角ごとに、物標により反射される前記送信信号を受信信号として受信するレーダ装置の物標検出方法において、
   複数の方位角を有する第１の方位角群で受信された第１の受信信号から、前記第１の方位角群における第１のピーク群を検出し、前記第１の方位角群とは異なる複数の方位角を有する第２の方位角群で受信された、前記第１の受信信号と異なる周波数の第２の受信信号から、前記第２の方位角群における第２のピーク群を検出するピーク群検出工程と、
   前記第１、第２のピーク群を合成して合成ピーク群を求め、前記合成ピーク群の中心の方位角を前記物標の中心の方位角として検出する物標方位角検出工程とを有することを特徴とする物標検出方法。

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