JP2011069638A - レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ測定することのできるレーダ装置を提供する。
【解決手段】ステップチャープ法で測定した相対距離に基づき、それぞれの対象物との相対距離を最尤推定するための推定範囲を決定する。そして、測定するときに受信した反射信号と送信信号とを混合した混合信号を示す信号関数を生成する。推定範囲内で生成した仮定距離に基づき信号関数を示す関数の候補となる信号関数候補を生成し、生成した信号関数候補の中で信号関数を示す信号関数候補を特定する。特定した信号関数候補に代入した略同一の仮定距離を対象物との相対距離として最尤推定する。さらに、推定した相対距離に基づき対象物との相対速度も推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置に関し、より特定的には、自動車などの移動体に搭載されるレーダ装置に関する。

従来、自動車などの移動体には、対象物を検出したときに衝突の危険性を運転者に知らせる、或いは衝突を回避するように自動車を自動制御するためにレーダ装置が搭載されている。このようなレーダ装置の一例として、例えば、特許文献１に記載のレーダ装置（以下、従来技術と称する）が挙げられる。

従来技術では、従来周知のＦＭ−ＣＷ方式で対象物との相対距離、及び相対速度を測定している。さらに、従来技術では、送信信号と反射信号とを混合したビート信号に基づいた最尤推定法を用いることにより測定範囲内に存在する複数の対象物の存在する相対距離をそれぞれ精度よく測定できる。

特開２００３−１３９８４９号公報

しかしながら、上記従来技術では、複数の対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ測定することができない。それ故に、本発明は、複数の対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ測定することのできるレーダ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下に示すような特徴を有する。
第１の発明は、予め定められた周期で周波数が間欠的に変化するステップチャープ信号を送信し、送信したステップチャープ信号が対象物で反射した反射信号を受信する送受信手段と、ステップチャープ信号と反射信号とを混合信号として混合する混合手段と、混合信号に基づき最尤推定法を用いて１以上の対象物との相対距離をそれぞれ推定する距離推定手段と、距離推定手段が最尤推定法を用いて相対距離を推定するときに推定した混合信号の振幅に基づき、距離推定手段によって推定された相対距離に存在する１以上の対象物との相対速度をそれぞれ推定する速度推定手段とを備える。

第２の発明は、上記第１の発明に従属する発明であって、距離推定手段は、混合信号を解析することによって、当該混合信号を近似して示す関数を信号関数として導出する解析手段と、対象物との相対距離を予め定められた手法で仮定した仮定距離を用いることにより、信号関数の候補を信号関数候補として生成する信号候補生成手段と、信号関数を示す信号関数候補を生成するのに用いた仮定距離に基づき対象物毎の相対距離を最尤推定する距離最尤推定手段とを含む。

第３の発明は、上記第２の発明に従属する発明であって、信号候補生成手段は、それぞれの対象物が反射した反射信号を個別にステップチャープ信号と混合した当該対象物毎に対応する個別混合信号を示す個別信号関数の総和で示される信号関数候補を仮定距離を用いることによって生成する。

第４の発明は、上記第３の発明に従属する発明であって、信号候補生成手段は、予め想定した想定数の対象物との仮定距離を生成する仮定距離生成手段と、仮定距離に基づき個別信号関数の振幅を当該仮定距離にそれぞれ対応させて決定する振幅決定手段と、仮定距離と当該仮定距離にそれぞれ対応する振幅とを含む個別信号関数の総和を信号関数候補として生成する総和生成手段とを含む。

第５の発明は、上記第４の発明に従属する発明であって、仮定距離生成手段は、想定数の仮定距離をグループに纏め、当該グループ同士で互いに異なる仮定距離を含むように仮定距離を生成し、総和生成手段は、グループ毎に纏められた仮定距離と当該仮定距離にそれぞれ対応する振幅とをそれぞれ含む個別信号関数の総和を信号関数候補として当該グループ毎に対応させて生成する。

第６の発明は、上記第５の発明に従属する発明であって、距離最尤推定手段は、総和生成手段によって生成された信号関数候補の中で信号関数を示す信号関数候補に対応するグループを特定し、特定したグループに含まれる仮定距離に基づき対象物のそれぞれとの相対距離を最尤推定する。

第７の発明は、上記第６の発明に従属する発明であって、混合信号に基づき対象物との相対距離を測定する距離測定手段をさらに備え、距離推定手段は、距離測定手段によって測定された相対距離を基準とし、分解能を基準とした広さの相対距離の範囲内に存在する対象物との相対距離を最尤推定する。

第８の発明は、上記第６の発明に従属する発明であって、速度推定手段は、距離最尤推定手段が相対距離を最尤推定するのに用いた仮定距離と対応付けられた振幅に基づき、対象物との相対速度を推定する。

第９の発明は、上記第８の発明に従属する発明であって、速度推定手段は、距離最尤推定手段によって信号関数を示す信号関数候補を生成するために用いられた仮定距離をそれぞれとの相対距離として推定した対象物と当該仮定距離とを対応付ける距離対応付け手段と、距離対応付け手段によって対象物に対応付けられた仮定距離に対応付けられた振幅を示す振幅関数と、当該対象物とをそれぞれ対応付ける振幅対応付け手段と、振幅対応付け手段によって対象物に対応付けられた振幅関数と、以前に対応付けられた振幅関数とを比較することにより当該対象物との相対速度を推定する。

第１０の発明は、上記第５の発明に従属する発明であって、混合信号に基づき対象物との相対距離を測定する距離測定手段と、予め定められた数の周波数でステップチャープ信号を送信したときのそれぞれの混合信号の強度差が略ゼロであるか否かを判断する第１の判断手段と、第１の判断手段によって強度差が略ゼロでないと判断されたとき、強度差の中で予め定められたしきい値を超える強度差が存在するか否かを判断する第２の判断手段と、距離測定手段によって測定された相対距離に対応する予め定められたしきい値を第１の判断手段で判断した混合信号の強度が超えているか否かを判断する第３の判断手段と、第１の判断手段、第２の判断手段、及び第３の判断手段の少なくともいずれか１つの判断結果に基づき想定数を予め想定する想定手段とをさらに備え、仮定距離生成手段は、想定手段によって想定された数の対象物との仮定距離を生成する。

第１１の発明は、上記第１０の発明に従属する発明であって、想定手段は、第１の判断手段によって強度差が略ゼロであると判断されたとき、及び第１の判断手段で判断した混合信号の強度が、距離測定手段によって測定された相対距離に対応するしきい値を超えていないと第３の判断手段によって判断されたとき、想定数を１として予め想定する。

第１２の発明は、上記第１０の発明に従属する発明であって、想定手段は、第２の判断手段によってしきい値を超える強度差が存在すると判断されたとき、及び第１の判断手段で判断した混合信号の強度が、距離測定手段によって測定された相対距離に対応するしきい値を超えていると第３の判断手段によって判断されたとき、想定数を２として予め想定する。

第１３の発明は、上記第１１の発明に従属する発明であって、想定手段によって想定数が１であると想定されたとき、周期を通じてそれぞれ混合された混合信号の振幅と、距離推定手段が最尤推定法を用いて相対距離を推定するときに推定した混合信号の振幅とをそれぞれ比較する比較手段と、比較手段によって比較された振幅がそれぞれ略一致したとき距離最尤推定手段によって推定された相対距離が誤推定でないと判断する第４の判断手段とをさらに備える。

第１４の発明は、上記第１２の発明に従属する発明であって、想定手段によって想定数が２であると想定されたとき、周期を通じてそれぞれ混合された混合信号の振幅の最大値と最小値とに基づき、当該対象物のそれぞれに対応する個別信号関数に含まれる振幅を予め推定する事前振幅推定手段と、距離推定手段が最尤推定法を用いて相対距離を推定するときに推定した混合信号の振幅と、事前振幅推定手段によって推定された振幅とをそれぞれ比較する比較手段と、比較手段によって比較された振幅がそれぞれ略一致したとき距離最尤推定手段によって推定された相対距離が誤推定でないと判断する第４の判断手段とをさらに備える。

第１５の発明は、上記第５の発明に従属する発明であって、距離最尤推定手段は、信号候補生成手段によって生成された信号関数候補の中で信号関数に最も近い信号関数候補に対応するグループを特定するとき、当該信号交換数候補と信号関数との差の自乗が最も小さい信号関数候補に対応するグループを特定する。

本発明によれば、複数の対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ測定することのできるレーダ装置を提供できる。

本発明に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図 本発明で生成するステップチャープ信号の一例を示す図 本発明における測定範囲の一例を示す図 第１の実施形態に係る信号処理部の処理を示すフローチャート 本発明で測定する相対距離、及び推定範囲をそれぞれ説明する図 第２の実施形態に係る信号処理部の処理を示すフローチャート 決定する仮定距離の範囲の一例を示す図 決定する仮定距離の範囲の一例を示す図

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置１の概略構成を示すブロック図である。本実施形態に係るレーダ装置１は、制御電圧発生器１０１と、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator ：電圧制御発振器）１０２と、第１の増幅器１０３と、送信アンテナ１０４と、受信アンテナ１０５と、第２の増幅器１０６と、混合器１０７と、ＬＰＦ（Low Pass Filter：ローパスフィルタ）１０８と、ＡＤＣ（Analog Digital Converter）１０９と、信号処理部１１０とを備える。

制御電圧発生器１０１は、後述するＶＣＯ１０２に必要な周波数の信号を生成させる。制御電圧発生器１０１は、ＶＣＯ１０２によって生成される信号の周波数に比例する電圧を生成する。ＶＣＯ１０２は、制御電圧発生器１０１によって生成される電圧に応じた周波数の信号を送信信号として生成する。

図２は、本実施形態に係るＶＣＯ１０２が制御電圧発生器１０１によって生成される電圧に応じて生成する送信信号の周波数の遷移の一例を示す図である。本実施形態に係るＶＣＯ１０２は、予め定められた下限の周波数ｆ₁（以下、下限周波数ｆ₁と称する）から、予め定められた上限の周波数ｆ_l（以下、上限周波数ｆ_lと称する）までのｋ種類の周波数を予め定められた周期Ｔで間欠的に繰り返し変化させながら信号を生成する。ＶＣＯ１０２は、信号を送信信号として生成する。

より詳細には、本実施形態に係るＶＣＯ１０２は、前述の周期Ｔの開始タイミングが到来したとき、周波数を下限周波数ｆ₁から上限周波数ｆ_lまで間欠的に周波数間隔Δｆｓずつ増加させながら送信信号を生成する。上限周波数ｆ_lまで周波数を増加させると、ＶＣＯ１０２は、前述の周期Ｔの終了タイミングが到来したときに、周波数が下限周波数ｆ₁になるように周波数間隔Δｆｓずつ間欠的に減少させながら送信信号を生成する。本実施形態に係るＶＣＯ１０２は、制御電圧発生器１０１によって生成される電圧に応じて、上述したように周波数の変化する所謂ステップチャープ信号を送信信号として生成する。尚、下限周波数ｆ₁から上限周波数ｆ_lまでの周波数範囲ΔＦは任意の範囲であってよい。また、周波数間隔Δｆｓは任意の間隔であってよい。

第１の増幅器１０３は、予め定められた増幅率でＶＣＯ１０２によって生成される送信信号を増幅する。送信アンテナ１０４は、第１の増幅器１０３で増幅された送信信号を空間に放射して送信する。受信アンテナ１０５は、送信アンテナ１０４から送信された送信信号が対象物で反射した反射信号を受信する。第２の増幅器１０６は、受信アンテナ１０５で受信した反射信号を予め定められた増幅率で増幅する。混合器１０７は、第２の増幅器１０６で増幅された反射信号とＶＣＯ１０２で生成された送信信号とを混合して、互いの信号の周波数差の周波数を有する混合信号を生成する。ＬＰＦ１０８は、混合器１０７で生成された混合信号の中で予め定められた周波数帯域の混合信号のみを濾波して通過させる。ＡＤＣ１０９は、ＬＰＦ１０８を通過した混合信号を予め定められたサンプリングレートで量子化してデジタル信号に変換する。信号処理部１１０は、ＡＤＣ１０９でデジタル信号に変換された混合信号を取得して処理することによって、対象物との相対距離、及び相対速度を測定、或いは推定する。信号処理部１１０の詳細な説明は後述する。

尚、以下では、本実施形態に係るレーダ装置１が自動車などの移動体（以下、自車両と称する）に搭載されている場合を一例として説明する。そして、本実施形態では、図３に一例として示すように、送信アンテナ１０４が送信信号を自車両の正面に向かって放射状に送信できるように自車両の前方のバンパーの周辺に搭載されており、受信アンテナ１０５は送信アンテナ１０４から送信された送信信号が対象物で反射した反射信号を受信できるように自車両に搭載されているものとする。また、図３に示す測定範囲Ｓｈは、上述したように自車両に搭載された送信アンテナ１０４から送信される送信信号の送信範囲の内、対象物で反射した当該送信信号を前述の反射信号として受信できる範囲の一例を示す。

ただし、上述した送信アンテナ１０４、及び受信アンテナ１０５の自車両における搭載箇所は一例であって、必要とする測定範囲に存在する対象物に送信信号を送信アンテナ１０４から送信でき、当該対象物で反射した反射信号を受信アンテナ１０５で受信できるのであれば、自車両におけるそれぞれの搭載箇所は任意であってよい。

以上が、本実施形態に係るレーダ装置１の概略構成の説明である。次に、本実施形態に係る信号処理部１１０についてより詳細に説明する。図４は、本実施形態に係る信号処理部１１０の処理を示すフローチャートである。本実施形態に係るレーダ装置１では、当該レーダ装置１への給電が開始されると信号処理部１１０が図４のフローチャートに示す処理を開始すると共に、他の構成も上述した動作を開始する。そして、レーダ装置１への給電が停止されると信号処理部１１０は図４のフローチャートに示す処理を停止すると共に、他の構成も動作を停止する。尚、レーダ装置１への給電が開始されるタイミングは、当該レーダ装置１が上述したように自車両に搭載される場合には、イグニッションスイッチ、或いはアクセサリースイッチがオンになったときが一例として挙げられる。一方、レーダ装置１への給電が停止されるタイミングは、当該レーダ装置１が上述したように自車両に搭載される場合には、イグニッションスイッチ、或いはアクセサリースイッチがオフになったときが一例として挙げられる。以下、図４に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る信号処理部１１０について詳細に説明する。

ステップＳ１０１において、信号処理部１１０は、前述の周期Ｔの開始タイミングから終了タイミングまでの期間を通じて混合器１０７によって生成された送信信号に基づき、ステップチャープ信号を用いた従来周知の手法（以下、ステップチャープ法と称する）を用いて対象物との相対距離を測定する。信号処理部１１０は、ステップＳ１０１の処理を完了すると、ステップＳ１０２へ処理を進める。

ステップＳ１０２において、信号処理部１１０は、後述するように対象物との相対距離を推定するための推定範囲をステップＳ１０１で測定した相対距離に基づいて決定する。より詳細には、信号処理部１１０がステップＳ１０１において相対距離の測定に用いるステップチャープ法では、測定できる相対距離の精度に限界がある。すなわち、ステップチャープ法では、前述の周波数範囲ΔＦに応じた分解能で相対距離を測定できるが、図５に示すように分解能に等しい距離範囲ΔＤよりも細かく相対距離を測定することができない。したがって、ステップチャープ法では、ある距離範囲ΔＤの中に複数の対象物が存在していたとしても、これらの対象物毎の相対距離を測定することができず、同一の相対距離がこれらの対象物との相対距離として測定されてしまう。図５に示す例において、ステップチャープ法を用いて相対距離を測定すると、真の相対距離Ｄ１と真の相対距離Ｄ２とに対象物（他車両）がそれぞれ存在するにも拘わらず、測定結果は相対距離Ｄ３となる。

そこで、本実施形態に係る信号処理部１１０は、ステップＳ１０１で測定した相対距離を含む予め定められた広さの推定範囲の中に存在する複数の対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ最尤推定法を用いて推定する。本実施形態に係る信号処理部１１０は、最尤推定法を用いて相対距離、及び相対速度をそれぞれ推定するために、まず、最尤推定法を用いて推定する相対距離の範囲を前述の推定範囲としてステップＳ１０２の処理で決定する。信号処理部１１０は、ステップＳ１０２において、ステップＳ１０１で測定した相対距離に基づいて推定範囲を決定する。信号処理部１１０の推定範囲の決定手法の一例としては、ステップＳ１０１で測定した相対距離（図５に示す例では相対距離Ｄ３）を中心とする任意の広さ（図５に示す例では、距離範囲ΔＤの２倍の広さ）を推定範囲として決定する手法が挙げられる。信号処理部１１０は、ステップＳ１０２の処理を完了すると、ステップＳ１０３へ処理を進める。

ステップＳ１０３において、信号処理部１１０は、信号関数Ｒ_xを導出する。ここで、信号関数Ｒ_xとは、前述の周期を通じて取得した混合信号を示す関数のことである。より詳細には、周期Ｔで信号処理部１１０がデジタル信号として取得する混合信号は、それぞれの周波数ｆ₁〜ｆ_lで生成される送信信号と、それぞれの周波数ｆ₁〜ｆ_lで送信信号を生成しているときに受信した反射信号とをそれぞれ混合した混合信号である。そして、信号処理部１１０は、周期Ｔで取得した混合信号の中から予め定められた数（以下、解析数と称する）の種類の周波数で送信信号を生成しているときに取得したそれぞれの混合信号を解析する。例えば、信号処理部１１０は、３の解析数が予め定められている場合、周波数ｆ₁〜ｆ₃、或いは、周波数ｆ₂〜ｆ₄などの３つの種類の周波数で送信信号を生成しているときに取得した混合信号を解析する。また、例えば、周波数ｆ₁〜ｆ₃に対応する混合信号を解析する場合、信号処理部１１０は、周波数ｆ₁で送信信号を生成しているときに取得した混合信号、周波数ｆ₂で送信信号を生成しているときに取得した混合信号、及び周波数ｆ₃で送信信号を生成しているときに取得した混合信号をそれぞれ示す信号関数Ｒ_x1〜信号関数Ｒ_x3の３つの信号関数Ｒ_xを導出する。

信号処理部１１０は、混合信号を解析するとき、一例として、ＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）の手法を用いて解析してもよい。信号処理部１１０は、ＩＦＦＴの手法を用いて混合信号を解析する場合、混合信号の周波数、すなわち、送信信号の周波数と反射信号の周波数との差の周波数を互いの信号の位相差に比例する値として解釈し、周波数領域で示される当該値の情報をＩＦＦＴの手法を用いて解析することによって時間領域で示される情報に変換する。したがって、信号処理部１１０が混合信号を解析して導出する信号関数Ｒ_xは時間の関数として導出される。信号処理部１１０は、ステップＳ１０３の処理において信号関数Ｒ_xをそれぞれ導出すると、ステップＳ１０３の処理を完了して、ステップＳ１０４へ処理を進める。

ステップＳ１０４において、信号処理部１１０は、対象物との相対距離を最尤推定法で推定するための仮定距離を決定する。本実施形態では、信号処理部１１０が、ステップＳ１０４で決定した仮定距離に基づき信号関数Ｒ_xを推定した信号関数候補ｒを生成する。ここで、本実施形態における信号関数候補ｒについて説明する。

まず、本実施形態では、ある種類ｋの周波数の送信信号Ｓ_kは以下の式（１）で示す関数で表すことができるものとする。

上記数式（１）において、Ａは送信信号の振幅を示す。また、ｆ_kは上述した通り、種類ｋの周波数を示す。また、ｔは時間を示す。そして、本実施形態では、以下の式（２）で示す関数で、種類ｋの周波数に対応する信号関数候補ｒ_kを表すことができるものとする。信号関数候補ｒ_kとは、信号関数Ｒ_xを示す関数の候補となる関数である。

また、式（２）における総和の要素、すなわち、以下の式（３）で示す要素Ｉ_iは、前述の推定範囲内に存在すると予め想定した数（以下、想定数と称する）の対象物の内、ｉ番目の対象物で反射した反射信号と送信信号（種類ｋの周波数の送信信号）とを混合した混合信号（以下、個別混合信号と称する）を示す関数（以下、個別信号関数と称する）である。

ここで、式（３）のｋは、式（１）の説明で述べたように、周波数の種類を示す。また、式（２）のＮは前述の想定数を示す。また、Ｆ_iは、前述の個別混合信号Ｉ_iの振幅を示す。また、Ｄ_i（ｔ）は、前述のｉ番目の対象物との相対距離である。そして、ｃは光速である。

式（２）から明らかなように、本実施形態における信号関数候補ｒ_kとは、推定範囲内に存在すると想定した想定数Ｎの対象物にそれぞれ対応する個別信号関数Ｉ_iの総和で示される。そして、式（３）に示す個別信号関数Ｉ_iは、振幅と位相とを明確に示すことのできるように以下の式（４）に示すように変形できる。

式（４）の指数関数部の虚部はそれぞれの個別混合信号の送信信号に対する位相を示す。また、式（４）のＦ_i／Ａは、指数関数部を例えばオイラーの公式に基づき三角関数を用いて波として示したときの振幅に相当する。より詳細には、上述したようにＡが送信信号の振幅であり、Ｆ_iが個別混合信号の振幅である。このため、Ｆ_i／Ａは、振幅Ａで送信した送信信号がｉ番目の対象物で反射した反射信号を混合した個別混合信号の振幅Ｆ_iの当該送信信号の振幅Ａに対する変化率（減衰率）となる。

式（３）に示す個別信号関数Ｉ_iを式（４）に示すように変形できるため、式（２）で示す信号関数候補ｒ_kは、以下の式（５）に示すように書き直すことができる。

次に、ｉ番目の対象物との相対速度がＶ_iであるとすると、式（４）におけるＤ_i（ｔ）は、以下の式（６）で示される。

そして、式（６）を式（４）に代入して整理すると個別信号関数Ｉ_iは、式（７）に示すように書き直すことができる。

そして、ν_i、及びａ_i（Ｄ_i）をそれぞれ以下の式（８）、及び式（９）で示すように定義すると、式（７）に示す個別信号関数Ｉ_iは、式（１０）で示すように書き直すことができる。

ここで、式（１０）におけるａ_i（Ｄ_i）は、式（９）から明らかなように、相対距離Ｄ_iの関数である。また、式（１０）におけるａ_i（Ｄ_i）は、式（９）から明らかなように指数関数であるため、オイラーの公式に基づいて三角関数を用いた関数に変換することができる。そして、式（１０）のＧ_iは、Ｆ_i／Ａであって周波数ｆ_kで放射した送信信号の振幅Ａに対する個別混合信号Ｉ_iの振幅Ｆ_iの比である。さらに、ａ_i（Ｄ_i）に含まれる周波数ｆ_kと相対距離Ｄ_iとはそれぞれ定数である。したがって、ａ_i（Ｄ_i）は、周波数ｆ_kと相対距離Ｄ_iとで定まる位相を有する一定の波を示す関数である。そして、ν_iは、式（８）から明らかなようにｉ番目の対象物との相対速度Ｖ_iの関数である。つまり、式（１０）は、ｉ番目の対象物との相対速度Ｖ_i、相対距離Ｄ_i、及び当該対象物で反射した反射信号を混合した個別混合信号の振幅に基づく比Ｇ_iとから個別信号関数Ｉ_iを定められることを示している。

個別信号関数Ｉ_iを式（１０）で示せるため、式（５）に示す信号関数候補ｒ_kは、以下の式（１１）で示すように書き直すことができる。

以上が、本実施形態における信号関数候補ｒ_kの説明である。上述の説明から明らかなように、信号関数Ｒ_xは、混合信号を解析することによって導出される。そして、混合信号は、種類ｋの周波数で送信信号を送信したとき、測定範囲内に存在する全ての対象物で反射した反射信号を合成した反射信号と当該送信信号とを混合した信号となる。したがって、信号関数Ｒ_xは、測定範囲内に存在する対象物で反射した全ての反射信号を混合した混合信号を示す関数となる。これに対して、信号関数候補ｒ_kは、種類ｋの周波数で送信信号を送信したときに、ｉ番目の対象物で反射した反射信号と、当該送信信号とを混合した混合信号を示す個別混合信号を前述の想定数だけ加算（総和）して得られる信号として信号関数Ｒｘを推定した関数である。

個別混合信号を示す個別信号関数Ｉ_iは、上述したように、ｉ番目の対象物に対応する相対距離Ｄ_i、相対速度Ｖ_i、及び振幅Ｇ_iに基づいて生成することができる。したがって、１〜Ｎ番目までの対象物にそれぞれ対応する相対距離Ｄ_i、相対速度Ｖ_i、及び振幅Ｇ_iをそれぞれ適切に定めてそれぞれの対象物に対応する個別信号関数Ｉ_iを生成すれば、信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを生成することができる。そして、信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを生成できれば、当該信号関数候補ｒ_kを生成するために用いた相対距離Ｄ_i、及び相対速度Ｖ_iがそれぞれｉ番目の対象物との相対距離Ｄ_i、及び相対速度Ｖ_iであると推定できる。

そこで、本実施形態に係る信号処理部１１０は、信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを生成するために、それぞれの対象物に対応する相対距離Ｄ_iを予め定められた手法で決定して、複数の信号関数候補ｒ_kを生成する。そして、本実施形態に係る信号処理部１１０は、生成した複数の信号関数候補ｒ_kの中から信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを特定する。

本実施形態に係る信号処理部１１０は、１つの信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを特定するために、予め定められた任意の数（以下、候補数と称する）の信号関数候補ｒ_kを１つの信号関数Ｒ_xに対応させて生成する。また、本実施形態では、１つの信号関数候補ｒ_kを生成するために予め想定する対象物の数（前述の想定数）を予め定められた任意の数Ｎとする。すなわち、本実施形態では、１つの信号関数候補ｒ_kを生成するためにＮ個の個別信号関数Ｉ_iを１つの信号関数候補ｒ_kに対応させて生成する。また、本実施形態では、１つの個別信号関数Ｉ_iを生成するために、相対距離Ｄ_iを１つの個別信号関数Ｉ_iに対応させて決定する。

本実施形態に係る信号処理部１１０は、信号関数Ｒ_xに対応する信号関数候補ｒ_kを候補数だけ生成するために、ステップＳ１０４において、まず、信号関数候補ｒ_kを生成するのに必要な個別信号関数Ｉ_iを生成するための相対距離Ｄ_iを仮定距離として生成して決定する。信号処理部１１０は、仮定距離を決定するとき、１つの信号関数候補ｒ_kを生成するのに必要なＮ個の個別信号関数Ｉ_iを生成するためのＮ個の相対距離Ｄ_iを仮定距離として１つのグループに纏めて、１つの信号関数Ｒ_xに対応させて決定する。本実施形態では、上述したように、前述の解析数だけ信号関数Ｒ_xを導出し、解析数の信号関数Ｒ_x毎に信号関数候補ｒ_kを候補数ずつ対応させて生成するので、仮定距離を纏めたグループの数は、解析数×候補数の数となる。

本実施形態に係る信号処理部１１０は、上述したように、予め定められた手法で、１つのグループに纏める仮定距離を決定する。本実施形態では、推定範囲内にＮ個の対象物が存在すると想定するので、仮定距離を決定するときには、一例として、推定範囲内で生成したＮ個の乱数値を仮定距離として決定して１つのグループに纏める手法を用いてもよい。信号処理部１１０は、仮定距離を生成すると、ステップＳ１０４の処理を完了し、ステップＳ１０５へ処理を進める。

ステップＳ１０５において、信号処理部１１０は、ステップＳ１０４で生成した仮定距離と共に個別信号関数Ｉ_iに代入するための関数を仮定振幅関数として決定する。ここで、解析数の信号関数Ｒ_xをそれぞれ示す信号関数候補ｒ_kを特定するための条件は、以下の式（１２）で示される。

式（１２）に示す矢印を添えた記号Ｒ_x、及び記号ｒは、それぞれベクトルである。式（１２）は、解析数の信号関数Ｒ_xの内、ある信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを特定するには、当該信号関数Ｒ_xに対応させて生成した候補数の信号関数候補ｒ_kの中で、当該信号関数Ｒ_xとの差の自乗がε以下となる信号関数候補ｒ_kを特定すればよいことを示している。ここで、式（１２）におけるεは、ある信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを特定できる程度の任意の値であるものとする。そして、式（１２）の左辺を最小にするための条件は、振幅Ｇ_iを含む仮定振幅関数を以下の式（１３）で定義されるξとすると、以下の式（１４）で示されることが従来周知である。

式（１４）の左辺のξ_i（ベクトル）は、１つの信号関数候補ｒ_kに個別信号関数Ｉ_iの１つの項として含まれるξ_iをｉ＝１〜Ｎまで並べたベクトルである。また、式（１４）のａ（Ｄ）は、式（１１）で示される１つの信号関数候補ｒ_kに個別信号関数Ｉ_iの１つの項として含まれるａ_i（Ｄ_i）をｉ＝１〜Ｎまで並べたベクトルである。また、式（１４）の右辺のＲ_x（ベクトル）は、信号関数Ｒ_xを並べたベクトルである。

尚、前述の仮定振幅関数ξを式（１３）で定義すると、式（１０）に示す個別信号関数Ｉ_i、及び式（１１）に示す信号関数候補ｒ_kのそれぞれは、以下に示す式（１５）、及び式（１６）に書き直すことができる。

式（１４）は、１つの個別信号関数Ｉ_iに含まれる仮定振幅関数ξ_iが、対応するｉ番目のＤ_iと、対応する信号関数Ｒ_xとから算出できることを示している。つまり、１つの個別信号関数Ｉ_iに含まれる仮定振幅関数ξ_iは、ステップＳ１０４で当該個別信号関数Ｉ_iに対応させて決定した仮定距離と、当該個別信号関数Ｉ_iを含む信号関数候補ｒ_kに対応する信号関数Ｒ_xとから算出して決定できる。

そこで、本実施形態に係る信号処理部１１０は、ステップＳ１０４で決定した個別信号関数Ｉ_iに対応させた仮定距離と、当該個別信号関数Ｉ_iを含む信号関数候補ｒ_kに対応する信号関数Ｒ_xとを用いて式（１４）に基づいて算出した仮定振幅関数ξ_iを当該仮定距離に対応させて決定する。信号処理部１１０は、全ての仮定距離に対して仮定振幅関数ξ_iを決定すると、ステップＳ１０５の処理を完了して、ステップＳ１０６へ処理を進める。

ステップＳ１０６において、信号処理部１１０は、信号関数候補ｒ_kを生成する。信号関数候補ｒ_kを生成するとき、信号処理部１１０は、まず、ステップＳ１０４で１つの信号関数Ｒ_xに対応させた仮定距離のグループを１つだけ認識する。信号処理部１１０は、グループを１つだけ認識すると、認識したグループに含まれるそれぞれの仮定距離と、当該仮定距離にステップＳ１０５でそれぞれ対応させた仮定振幅関数ξ_iとをさらに認識する。信号処理部１１０は、認識した１つの仮定距離と、当該仮定距離に対応する１つの仮定振幅関数ξ_iとを式（１５）に示す個別信号関数Ｉ_i代入して１つの個別信号関数Ｉ_iを生成する。信号処理部１１０は、１つのグループに纏められた仮定距離毎に個別信号関数Ｉ_iを生成し、生成した個別信号関数Ｉ_iを全て加算することにより、式（１６）で示す演算をして信号関数候補ｒ_kを生成する。信号処理部１１０は、信号関数候補ｒ_kを生成すると、生成するために用いた仮定距離のグループに対応する信号関数Ｒ_xに、生成した信号関数候補ｒ_kを対応させる。信号処理部１１０は、１つの信号関数Ｒ_xに対応する全てのグループにそれぞれ纏められた仮定距離に基づいて信号関数候補ｒ_kを候補数だけ生成する。さらに、信号処理部１１０は、解析数の信号関数Ｒ_x毎に候補数だけ信号関数候補ｒ_kを生成する。信号処理部１１０は、全ての信号関数候補ｒ_kを生成すると、ステップＳ１０６の処理を完了して、ステップＳ１０７へ処理を進める。

ステップＳ１０７において、信号処理部１１０は、ステップＳ１０６で生成した信号関数候補ｒ_kの中から信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを特定する。より詳細には、信号処理部１１０は、ステップＳ１０７において、解析数の信号関数Ｒ_xの中の１つの信号関数Ｒ_xと、当該信号関数Ｒ_xに対応させた候補数の信号関数候補ｒ_kのそれぞれとの差の自乗を算出する。そして、信号関数Ｒ_xとの差の自乗が前述のε未満となる（式（１２）の条件を満たす）信号関数候補ｒ_kを当該信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kとして特定する。信号処理部１１０が、ステップＳ１０７において、１つの信号関数Ｒ_xについて特定する信号関数候補ｒ_kは１以上であってよい。信号処理部１１０は、全ての信号関数Ｒ_xについて信号関数候補ｒ_kを特定すると、ステップＳ１０７の処理を完了して、ステップＳ１０８へ処理を進める。

ステップＳ１０８において、信号処理部１１０は、ステップＳ１０７で特定した全ての信号関数候補ｒ_kにそれぞれ含まれる同一のｉ番目の個別信号関数Ｉ_iに代入した仮定距離の中から略同じ長さの仮定距離を、個別信号関数Ｉ_i毎に特定する。信号処理部１１０は、それぞれの信号関数候補ｒ_kの間で個別信号関数Ｉ_i毎に略同じ長さの仮定距離を特定すると、特定した仮定距離をそれぞれの個別信号関数Ｉ_iに対応するｉ番目の対象物との相対距離として推定する。信号処理部１１０は、ステップＳ１０８の処理を完了すると、ステップＳ１０９へ処理を進める。

ステップＳ１０９において、信号処理部１１０は、ステップＳ１０８で相対距離を推定した対象物との相対速度を推定する。相対速度を推定するとき、信号処理部１１０は、ある種類の周波数の送信信号を送信したときの混合信号を解析した信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kに基づいて相対距離を推定するときに算出した仮定振幅関数ξ、及び他の種類の周波数の送信信号を送信したときの混合信号を解析した信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kに基づいて相対距離を推定するときに算出した仮定振幅関数ξなどに基づいて相対速度を推定する。以下では、具体的な一例として、信号処理部１１０が、周波数ｆ₁〜ｆ₃の送信信号を送信したときの混合信号を解析して相対距離を推定するときに算出した仮定振幅関数ξ（以下、第１の仮定振幅関数ξ₁と称する）と、周波数ｆ₂〜ｆ₄の送信信号を送信したときの混合信号を解析して相対距離を推定するときに算出した仮定振幅関数ξ（以下、第２の仮定振幅関数ξ₂と称する）などに基づいてｉ＝１番目の対象物との相対速度を測定する場合について説明する。

信号処理部１１０は、第１の相対距離と第２の相対距離とをそれぞれ推定すると、以下の式（１７）で示す演算をして対象物との相対速度を推定する。

ここで、式(１７)におけるｆ_av1は、周波数ｆ₁〜ｆ₃の平均周波数、ｆ_av2は、周波数ｆ₂〜ｆ₄の平均周波数、ｔ_av1は周波数ｆ₁〜ｆ₃の送信信号をそれぞれ送信した時間の平均時間、ｔ_av2は周波数ｆ₂〜ｆ₄の送信信号をそれぞれ送信した時間の平均時間、ｃは光速、ξ₁は前述の第１の仮定振幅関数、ξ₂は前述の第２の仮定振幅関数である。
信号処理部１１０は、Ｎ個の対象物の全ての相対速度Ｖ_iを算出すると、ステップＳ１０９の処理を完了して、ステップＳ１０１へ処理を戻す。

尚、上述の第１の仮定振幅関数ξ₁の一例としては、信号処理部１１０が図４のフローチャートに示す処理を繰り返して処理しているときにおいて、ステップＳ１０５で算出した最新の仮定振幅関数が挙げられる。また、上述の第２の仮定振幅関数ξ₂の一例としては、図４のフローチャートに示す処理を繰り返しているときにおいて、前回以前に繰り返して処理したステップＳ１０８で算出した仮定振幅関数が挙げられる。

以上が、本発明の第１の実施形態に係るレーダ装置１の説明である。本実施形態に係るレーダ装置１によれば、信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを上述したように特定する、すなわち、生成した信号関数候補ｒ_kの中から最も尤もらしく信号関数Ｒ_xを示す信号関数候補ｒ_kを特定する。そして、特定した信号関数候補ｒ_kに基づいて、対象物との相対距離、及び相対速度を推定する最尤推定法を用いることにより、ステップチャープ法による相対距離の分解能に拘わらずに、対象物との相対距離、及び相対速度を推定することができる。

また、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、信号候補関数ｒ_kを生成するときに用いる相対速度Ｖ_iを含む仮定振幅関数ξを、対応する相対距離Ｄ_iと信号関数Ｒ_xとに基づいて決定できるため、相対速度Ｖ_iを決定する演算をせずとも、より精度の高い信号候補関数ｒ_kを生成することができる。

また、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、上述したように推定した相対距離Ｄ_iに基づいて対象物との相対速度Ｖ_iを算出して推定できる。つまり、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、複数の対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ精度よく測定することができる。

尚、第１の実施形態の説明では、推定範囲が１つであるものとして説明した。すなわち、第１の実施形態の説明では、ステップチャープ法で測定できた相対距離が１つである場合を説明した。これに対して、例えば、ステップチャープ法で測定できた相対距離が２以上である場合には、それぞれの相対距離を基準として上述したように推定範囲を決定し、それぞれの推定範囲で第１の実施形態で説明したように対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ推定してもよい。

また、第１の実施形態の説明では、ステップチャープ法を用いた相対距離の測定結果に基づいて推定範囲を決定するものとした。しかしながら、他の一実施形態に係るレーダ装置では、測定範囲全てを推定範囲として測定範囲内に存在する全ての対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ推定してもよい。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、予め定めた想定数で信号関数候補ｒ_kを生成して、対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ測定していた。しかしながら、例えば、推定範囲内に存在する対象物の数が、予め定めた想定数に対して過度に少ない場合などには、信号処理部１１０の処理の負荷が過度に高くなってしまうことになる。このため、本発明の第２の実施形態では、混合信号の振幅に基づいて想定数を推定し、推定した想定数で第１の実施形態で説明したように相対距離、及び相対速度をそれぞれ推定する。尚、本実施形態に係るレーダ装置の概略構成は、第１の実施形態に係るレーダ装置１の概略構成と同一であるため説明を省略し、信号処理部１１０の処理の相違点についてのみ説明する。

図６は、本発明の第２の実施形態に係る信号処理部１１０の処理を示すフローチャートである。以下、図６に示すフローチャートを参照しながら、本実施形態に係る信号処理部１１０の処理について説明する。

ステップＳ２０１において、信号処理部１１０は、周期Ｔで送信するそれぞれの種類の周波数毎の送信信号を混合した混合信号を解析して信号関数Ｒ_xを導出し、導出した信号関数Ｒ_xを図示しない記憶部に記憶する。また、信号処理部１１０は、ステップＳ２０１において、信号関数Ｒ_xを記憶すると共に、第１の実施形態で説明したステップチャープ法を用いて対象物との相対距離を測定する。信号処理部１１０は、ステップＳ２０１の処理を完了すると、ステップＳ２０２へ処理を進める。

ステップＳ２０２において、信号処理部１１０は、ステップＳ２０１で記憶した周波数毎の信号関数Ｒｘの互いの振幅の差をそれぞれ算出し、算出した振幅の差が全て略ゼロであるか否かを判断する。信号処理部１１０は、ステップＳ２０２において、算出した振幅の差が全て略ゼロであると判断したとき、ステップＳ２０５へ処理を進める。一方、信号処理部１１０は、ステップＳ２０２において、算出した振幅の差の中で略ゼロでない差があると判断したとき、ステップＳ２０３へ処理を進める。

ステップＳ２０３において、信号処理部１１０は、ステップＳ２０２で算出した振幅の差の中で予め定められたしきい値ｔｈ１を超える差があるか否かを判断する。信号処理部１１０は、ステップＳ２０３において、しきい値ｔｈ１を超える差があると判断したとき、ステップＳ２０６へ処理を進める。一方、信号処理部１１０は、しきい値ｔｈ１を超える差がないと判断したとき、ステップＳ２０４へ処理を進める。

ステップＳ２０４において、信号処理部１１０は、ステップＳ２０１で測定した相対距離に応じて予め定められたしきい値ｔｈ２とステップＳ２０１で記憶したそれぞれの信号関数Ｒ_xの振幅とを比較する。信号処理部１１０が、ステップＳ２０４で比較するしきい値ｔｈ２は、普遍的であると考えられる大きさの対象物（例えば、本実施形態に係るレーダ装置が自動車に搭載される場合は、一般的な普通乗用自動車の大きさ）で反射した反射信号と送信信号とを混合した混合信号の信号関数Ｒ_xの振幅を、レーダ装置１と当該対象物との相対距離に応じて予め定めたしきい値である。信号処理部１１０は、ステップＳ２０４において、ステップＳ２０１で測定した相対距離に応じてしきい値ｔｈ２を選択し、ステップＳ２０１で記憶したそれぞれの信号関数Ｒ_xの振幅と比較する。信号処理部１１０は、ステップＳ２０４において、選択したしきい値ｔｈ２を超える振幅が存在すると判断したとき、ステップＳ２０６へ処理を進める。一方、信号処理部１１０は、ステップＳ２０４において、選択したしきい値ｔｈ２を超える振幅が存在しないと判断したとき、ステップＳ２０５へ処理を進める。

ステップＳ２０５において、信号処理部１１０は、後述するステップＳ２０８で最尤推定をするときの想定数を１であると予め想定して設定する。ここで、信号処理部１１０が、ステップＳ２０５において、想定数を１と設定する理由について説明する。信号処理部１１０が、ステップＳ２０５の処理をするのは、ステップＳ２０２において、算出した振幅の差が全て略ゼロである場合である。算出した振幅の差が全て略ゼロである場合には、全ての信号関数Ｒ_xが同一の対象物で反射した反射信号を混合した混合信号を解析して導出されたものであると考えられる。これは、同一の対象物から反射した全ての反射信号のそれぞれは、同一の相対距離を伝搬した信号であり互いの減衰率が略同一であると考えられるからである。

また、信号処理部１１０は、ステップＳ２０４において、しきい値ｔｈ２を超える振幅が存在しないと判断したときにもステップＳ２０５へ処理を進める。これは、ステップＳ２０１で測定した相対距離に普遍的な大きさの対象物が存在している場合よりも大きな振幅の反射信号を受信していないときだからである。つまり、前述のしきい値ｔｈ２を超える振幅が存在しないと判断したときには、測定した相対距離に普遍的な大きさよりも大きな対象物が存在することがなく、当該相対距離の近傍に存在する小さい対象物で反射した反射信号が、当該大きな対象物で反射した反射信号に埋もれてしまうことがないと考えられるからである。このため、信号処理部１１０は、ステップＳ２０４において、しきい値ｔｈ２を超える振幅が存在しないと判断したときにもステップＳ２０５へ処理を進めて想定数を１として想定して設定する。

一方、信号処理部１１０は、ステップＳ２０６において、後述するステップＳ２０８で最尤推定をするときの想定数を２であるとして予め想定して設定する。ここで、信号処理部１１０が、ステップＳ２０６において、想定数を２と設定する理由について説明する。信号処理部１１０が、ステップＳ２０６の処理をするのは、ステップＳ２０３において、前述のしきい値ｔｈ１を超える振幅の差があると判断されたときである。しきい値ｔｈ１を超える振幅の差がある場合とは、少なくとも２つの対象物で反射した振幅の大きく異なる反射信号を受信したときと考えられる。このため、信号処理部１１０は、ステップＳ２０３において、前述のしきい値ｔｈ１を超える振幅の差があると判断したときに、ステップＳ２０６へ処理を進めて想定数を２として想定して設定する。

また、信号処理部１１０は、ステップＳ２０４において、選択したしきい値ｔｈ２を超える振幅が存在すると判断したときにもステップＳ２０６へ処理を進める。これは、ステップＳ２０１で測定した相対距離に普遍的な大きさの対象物が存在している場合よりも大きな振幅の反射信号を受信していると考えられる場合だからである。つまり、前述のしきい値ｔｈ２を超える振幅が存在しないと判断したときには、測定した相対距離に普遍的な大きさよりも大きな対象物が存在すると考えられ、さらに、当該相対距離の近傍に存在する小さい対象物で反射した反射信号が、当該大きな対象物で反射した反射信号に埋もれてしまい、当該小さな対象物を測定できない可能性があるからである。このため、信号処理部１１０は、ステップＳ２０４において、しきい値ｔｈ２を超える振幅が存在すると判断したときにもステップＳ２０６へ処理を進めて想定数を２として設定し、小さい対象物を見逃すことのないようにする。

また、信号処理部１１０は、後述するステップＳ２１０において、想定数が２でないと判断したときにも、ステップＳ２０６へ処理を進める。これは、後述する説明から明らかなように、１として想定した想定数が不正確であり、不正確な想定数を修正して再びステップＳ２０８で最尤推定するためである。

信号処理部１１０は、ステップＳ２０５、或いはステップＳ２０６の処理を完了すると、ステップＳ２０７へ処理を進める。

ステップＳ２０７において、信号処理部１１０は、設定した想定数に基づき、第１の実施形態で説明した個別信号関数Ｉ_iの振幅を推定する。信号処理部１１０が、ステップＳ２０５の処理で想定数を１であると想定するのは、想定する対象物の数が１であり、単一の反射信号を混合した混合信号を受信したと想定することとなる。つまり、想定数が１であれば１つの信号関数候補ｒ_kには個別信号関数Ｉ_iが１つだけ含まれることになる。したがって、信号処理部１１０は、ステップＳ２０５の処理をしてからステップＳ２０７の処理をするときは、ステップＳ２０１において、周期Ｔで送信するそれぞれの種類の周波数毎の送信信号を混合した混合信号を解析して記憶した信号関数Ｒ_xの振幅のいずれか１つの振幅を個別信号関数Ｉ_iの振幅として推定する。

一方、信号処理部１１０が、ステップＳ２０６の処理で想定数を２であると想定するのは、想定する対象物の数が２であり、２つの反射信号を混合した混合信号を受信したと想定することとなる。つまり、想定数が２であれば１つの信号関数候補ｒ_kには個別信号関数が２つだけ含まれることになる。したがって、信号処理部１１０は、ステップＳ２０６の処理をしてからステップＳ２０７の処理をするときは、ステップＳ２０１において、周期Ｔで送信するそれぞれの種類の周波数毎の送信信号をそれぞれ混合した混合信号を解析して記憶した信号関数Ｒ_xの振幅の最大値Ｍａｘと最小値Ｍｉｎとを用いて以下の式（１４）に示す演算をして２つの個別信号関数Ｉ_iの振幅Ｇ_e1、及び振幅Ｇ_e2をそれぞれを推定する。前述の最大値Ｍａｘと前述の最小値Ｍｉｎとを用いて式（１８）に示す演算をすることにより、２つの個別信号関数Ｉ_iの振幅Ｇ_e1、及び振幅Ｇ_e2をそれぞれを推定できるのは従来周知である。

信号処理部１１０は、ステップＳ２０７の処理を完了すると、ステップＳ２０８へ処理を進める。

ステップＳ２０８において、信号処理部１１０は、第１の実施形態で説明したように対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ推定する。より具体的には、信号処理部１１０は、ステップＳ２０８において、第１の実施形態で説明した図４のフローチャートに示す処理を１度だけ処理して、ステップＳ２０９へ処理を進める。尚、この場合、ステップＳ１０１における相対距離の測定は、ステップＳ２０１の測定結果を用いるとして、省略してもよい。

ステップＳ２０９において、信号処理部１１０は、ステップＳ２０７において推定した個別信号関数Ｉ_iの振幅と、ステップＳ２０８の処理の過程で生成した個別信号関数Ｉ_iの振幅とを比較して略一致するか否かを判断する。信号処理部１１０は、ステップＳ２０８の処理の過程で生成した個別信号関数Ｉ_iの中で相対距離とした仮定距離を含む個別信号関数Ｉ_iの振幅を比較する。

信号処理部１１０は、ステップＳ２０９において、ステップＳ２０８の処理の過程で生成した個別信号関数Ｉ_iの中で相対距離とした仮定距離を含む個別信号関数Ｉ_iの振幅が、ステップＳ２０７において推定した個別信号関数Ｉ_iの振幅と略一致すると判断したとき、ステップＳ２０１へ処理を戻す。これは、ステップＳ２０５、或いはステップＳ２０６で予め推定した想定数が正確であり、正確な想定数に基づいてステップＳ２０８の処理で推定した相対距離、及び相対速度もそれぞれ正確な推定結果であると考えられるからである。

一方、信号処理部１１０は、ステップＳ２０９において、ステップＳ２０８の処理の過程で生成した個別信号関数Ｉ_iの中で相対距離とした仮定距離を含む個別信号関数Ｉ_iの振幅が、ステップＳ２０７において推定した個別信号関数Ｉ_iの振幅と略一致しないと判断したとき、ステップＳ２１０へ処理を進める。これは、ステップＳ２０５、或いはステップＳ２０６で予め推定した想定数が不正確であり、不正確な想定数に基づいてステップＳ２０８の処理で推定した相対距離、及び相対速度もそれぞれ不正確な推定結果であると考えられるからである。

ステップＳ２１０において、信号処理部１１０は、ステップＳ２０８の処理をするときの想定数が２であるか否かを判断する。信号処理部１１０は、ステップＳ２１０の処理をするときの想定数が２でないと判断したとき、ステップＳ２０６へ処理を戻して、想定数を２に設定し、ステップＳ２０７を経て、ステップＳ２０８で相対距離、及び相対速度をそれぞれ推定する。一方、信号処理部１１０は、ステップＳ２１０において、ステップＳ２０８の処理をするときの想定数が２であると判断したとき、ステップＳ２１１へ処理を進める。

ステップＳ２１１において、信号処理部１１０は、想定数が２を超えると考えられるときの予め定められた想定数で、第１の実施形態で説明したように対象物との相対距離、及び相対速度をそれぞれ推定する。より具体的には、信号処理部１１０は、ステップＳ２０８において、第１の実施形態で説明した図４のフローチャートに示す処理を１度だけ処理して、ステップＳ２０９へ処理を進める。尚、この場合、ステップＳ１０１における相対距離の測定は、ステップＳ２０１の測定結果を用いるとして、省略してもよい。信号処理部１１０は、ステップＳ２１１の処理を完了すると、ステップＳ２０１へ処理を戻す。

以上が、本発明の第２の実施形態に係るレーダ装置の説明である。本実施形態に係るレーダ装置によれば、始めに相対距離を測定するとき（例えば、ステップチャープ法を用いて相対距離を測定するときなど）の混合信号の振幅に基づいて対象物の数を想定してから最尤推定をする。このため、本実施形態に係るレーダ装置によれば、予め想定した想定数に対して過度に少ない対象物が存在するときに信号処理部１１０にかかる過度な負荷をなくすことができる。

尚、第２の実施形態に係る信号処理部１１０がステップＳ２０８で最尤推定するときの推定範囲は、レーダ装置の測定範囲をそのまま推定範囲とする。これは、信号処理部１１０が、ステップＳ２０１〜ステップＳ２０６で想定する想定数は、周期Ｔで送信するそれぞれの種類の周波数毎の送信信号を混合した混合信号を解析して導出した信号関数Ｒ_xの振幅に基づいて想定する数であり、第１の実施形態で説明したように対象物との相対距離に基づいて推定範囲を決定しないからである。

また、第２の実施形態に係る信号処理部１１０がステップＳ２０８で最尤推定するときの仮定距離は、ステップＳ２０５、或いはステップＳ２０６で想定した想定数に基づいて生成する範囲を限定することができる。例えば、第２の実施形態に係る信号処理部１１０が、ステップＳ２０６において想定数を２として想定したときには、ステップＳ２０８の処理の過程で生成する個別信号関数Ｉ_iの数は、１つの信号関数候補ｒ_kについて２つとなる。つまり、第１の実施形態で説明したグループに纏める仮定距離の数が２となる。したがって、図７Ａに示すように、グループに纏めて２つの仮定距離を決定するときに、それぞれの仮定距離を決定するときの範囲を、２つに分割した推定範囲である範囲ＫＤ₁、及びＫＤ₂にすることにより、信号処理部１１０にかかる処理の負荷を低減することができる。これは、２つの仮定距離を決定するときに、それぞれの仮定距離を推定範囲内で決定すると、図７Ｂに示すように、２つの仮定距離をそれぞれ推定範囲内で乱数として生成するため、信号関数Ｒ_xにより近い信号関数候補ｒ_kを生成するためには、より多くの信号関数候補ｒ_kを生成しなければならなくなるからである。

また、第２の実施形態に係る信号処理部１１０が、ステップＳ２１１の処理で最尤推定するときは、想定数を２としてステップＳ２０８で最尤推定したのにも拘わらず、ステップＳ２０９において略一致しないと判断されたときである。このため、第２の実施形態に係る信号処理部１１０がステップＳ２１１の処理で最尤推定するときには、想定数を３とし、図７Ａを参照して説明した考え方と同様の考え方で推定範囲を３つに分割して仮定距離をそれぞれ決定することにより、信号処理部１１０にかかる処理の負荷を同様に低減できる。

以上、本発明を詳細に説明してきたが、上述の説明はあらゆる点において本発明の一例にすぎず、その範囲を限定しようとするものではない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。

本発明によれば、複数の対象物との相対距離、及び相対速度を精度よく推定でき、例えば、自動車などの移動体に搭載されるレーダ装置などに利用できる。

１ レーダ装置
１０１ 制御電圧発生器
１０２ ＶＣＯ
１０３ 第１の増幅器
１０４ 送信アンテナ
１０５ 受信アンテナ
１０６ 第２の増幅器
１０７ 混合器
１０８ ＬＰＦ
１０９ ＡＤＣ
１１０ 信号処理部

Claims (15)

1. 予め定められた周期で周波数が間欠的に変化するステップチャープ信号を送信し、送信したステップチャープ信号が対象物で反射した反射信号を受信する送受信手段と、
   前記ステップチャープ信号と前記反射信号とを混合信号として混合する混合手段と、
   前記混合信号に基づき最尤推定法を用いて１以上の前記対象物との相対距離をそれぞれ推定する距離推定手段と、
   前記距離推定手段が最尤推定法を用いて前記相対距離を推定するときに推定した前記混合信号の振幅に基づき、前記距離推定手段によって推定された前記相対距離に存在する１以上の前記対象物との相対速度をそれぞれ推定する速度推定手段とを備える、レーダ装置。
2. 前記距離推定手段は、
   前記混合信号を解析することによって、当該混合信号を近似して示す関数を信号関数として導出する解析手段と、
   前記対象物との前記相対距離を予め定められた手法で仮定した仮定距離を用いることにより、前記信号関数の候補を信号関数候補として生成する信号候補生成手段と、
   前記信号関数を示す前記信号関数候補を生成するのに用いた前記仮定距離に基づき前記対象物毎の前記相対距離を最尤推定する距離最尤推定手段とを含む、請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記信号候補生成手段は、それぞれの前記対象物が反射した前記反射信号を個別に前記ステップチャープ信号と混合した当該対象物毎に対応する個別混合信号を示す個別信号関数の総和で示される前記信号関数候補を前記仮定距離を用いることによって生成する、請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記信号候補生成手段は、
   予め想定した想定数の前記対象物との前記仮定距離を生成する仮定距離生成手段と、
   前記仮定距離に基づき前記個別信号関数の前記振幅を当該仮定距離にそれぞれ対応させて決定する振幅決定手段と、
   前記仮定距離と当該仮定距離にそれぞれ対応する前記振幅とを含む前記個別信号関数の総和を前記信号関数候補として生成する総和生成手段とを含む、請求項３に記載のレーダ装置。
5. 前記仮定距離生成手段は、前記想定数の前記仮定距離をグループに纏め、当該グループ同士で互いに異なる前記仮定距離を含むように前記仮定距離を生成し、
   前記総和生成手段は、前記グループ毎に纏められた前記仮定距離と当該仮定距離にそれぞれ対応する前記振幅とをそれぞれ含む前記個別信号関数の総和を前記信号関数候補として当該グループ毎に対応させて生成する、請求項４に記載のレーダ装置。
6. 前記距離最尤推定手段は、前記総和生成手段によって生成された前記信号関数候補の中で前記信号関数を示す前記信号関数候補に対応する前記グループを特定し、特定した前記グループに含まれる前記仮定距離に基づき前記対象物のそれぞれとの前記相対距離を最尤推定する、請求項５に記載のレーダ装置。
7. 前記混合信号に基づき前記対象物との前記相対距離を測定する距離測定手段をさらに備え、
   前記距離推定手段は、前記距離測定手段によって測定された前記相対距離を基準とし、分解能を基準とした広さの前記相対距離の範囲内に存在する前記対象物との前記相対距離を最尤推定する、請求項６に記載のレーダ装置。
8. 前記速度推定手段は、前記距離最尤推定手段が前記相対距離を最尤推定するのに用いた前記仮定距離と対応付けられた前記振幅に基づき、前記対象物との前記相対速度を推定する、請求項６に記載のレーダ装置。
9. 前記速度推定手段は、
   前記距離最尤推定手段によって前記信号関数を示す前記信号関数候補を生成するために用いられた前記仮定距離をそれぞれとの前記相対距離として推定した前記対象物と当該仮定距離とを対応付ける距離対応付け手段と、
   前記距離対応付け手段によって前記対象物に対応付けられた前記仮定距離に対応付けられた前記振幅を示す振幅関数と、当該対象物とをそれぞれ対応付ける振幅対応付け手段と、
   前記振幅対応付け手段によって前記対象物に対応付けられた前記振幅関数と、以前に対応付けられた前記振幅関数とを比較することにより当該対象物との前記相対速度を推定する、請求項８に記載のレーダ装置。
10. 前記混合信号に基づき前記対象物との前記相対距離を測定する距離測定手段と、
    予め定められた数の周波数で前記ステップチャープ信号を送信したときのそれぞれの前記混合信号の強度差が略ゼロであるか否かを判断する第１の判断手段と、
    前記第１の判断手段によって前記強度差が略ゼロでないと判断されたとき、前記強度差の中で予め定められたしきい値を超える前記強度差が存在するか否かを判断する第２の判断手段と、
    前記距離測定手段によって測定された前記相対距離に対応する予め定められたしきい値を前記第１の判断手段で判断した前記混合信号の強度が超えているか否かを判断する第３の判断手段と、
    前記第１の判断手段、前記第２の判断手段、及び前記第３の判断手段の少なくともいずれか１つの判断結果に基づき前記想定数を予め想定する想定手段とをさらに備え、
    前記仮定距離生成手段は、前記想定手段によって想定された数の前記対象物との前記仮定距離を生成する、請求項５に記載のレーダ装置。
11. 前記想定手段は、前記第１の判断手段によって前記強度差が略ゼロであると判断されたとき、及び前記第１の判断手段で判断した前記混合信号の強度が、前記距離測定手段によって測定された前記相対距離に対応する前記しきい値を超えていないと前記第３の判断手段によって判断されたとき、前記想定数を１として予め想定する、請求項１０に記載のレーダ装置。
12. 前記想定手段は、前記第２の判断手段によって前記しきい値を超える前記強度差が存在すると判断されたとき、及び前記第１の判断手段で判断した前記混合信号の強度が、前記距離測定手段によって測定された前記相対距離に対応する前記しきい値を超えていると前記第３の判断手段によって判断されたとき、前記想定数を２として予め想定する、請求項１０に記載のレーダ装置。
13. 前記想定手段によって前記想定数が１であると想定されたとき、前記周期を通じてそれぞれ混合された前記混合信号の振幅と、前記距離推定手段が最尤推定法を用いて前記相対距離を推定するときに推定した前記混合信号の振幅とをそれぞれ比較する比較手段と、
    前記比較手段によって比較された前記振幅がそれぞれ略一致したとき前記距離最尤推定手段によって推定された前記相対距離が誤推定でないと判断する第４の判断手段とをさらに備える、請求項１１に記載のレーダ装置。
14. 前記想定手段によって前記想定数が２であると想定されたとき、前記周期を通じてそれぞれ混合された前記混合信号の振幅の最大値と最小値とに基づき、当該対象物のそれぞれに対応する前記個別信号関数に含まれる前記振幅を予め推定する事前振幅推定手段と、
    前記距離推定手段が最尤推定法を用いて前記相対距離を推定するときに推定した前記混合信号の振幅と、前記事前振幅推定手段によって推定された前記振幅とをそれぞれ比較する比較手段と、
    前記比較手段によって比較された前記振幅がそれぞれ略一致したとき前記距離最尤推定手段によって推定された前記相対距離が誤推定でないと判断する第４の判断手段とをさらに備える、請求項１２に記載のレーダ装置。
15. 前記距離最尤推定手段は、前記信号候補生成手段によって生成された前記信号関数候補の中で前記信号関数に最も近い前記信号関数候補に対応する前記グループを特定するとき、当該信号交換数候補と前記信号関数との差の自乗が最も小さい前記信号関数候補に対応する前記グループを特定する、請求項５に記載のレーダ装置。

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