JP2013122385A - 方向検出装置、方向検出方法及び方向検出プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ハードウェア規模が過大にならない方向検出装置、方向検出方法及び方向検出プログラム。
【解決手段】複数のアンテナは、物体が反射した信号を受信し、領域判別部は、前記複数のアンテナが各々受信した受信信号のアンテナ間のレベル差が予め定めた値よりも大きく、前記受信信号のアンテナ間の位相差に基づく前記物体の方向が予め設定された範囲にあるか否かを判断して、前記設定された範囲に対応する検出領域を判別する。
【選択図】図４

Description

本発明は、方向検出装置、方向検出方法及び方向検出プログラムに関する。

従来から、周囲の物体の位置を検出する方向検出装置を用いて、走行中の車両の安全を図ることが提案されていた。方向検出装置は多数の受信素子を備えることで、視野角や分解能などの性能を確保することができる。
例えば、特許文献１に記載のレーダ装置は、送信波を送信する送信手段と、送信波の反射波を受信するＮ個の受信手段と、送信波の送信信号と受信波の受信信号とを混合処理した信号を所定のタイミングでサンプリングして所定期間そのサンプリングしたレベルに固定するサンプルホールド手段と、サンプルホールド手段の出力を順次デジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、サンプリングタイミングを決定し、Ａ／Ｄ変換手段の出力に基づきデジタルビームフォーミング処理を行う信号処理装置を備える。

特開２００６−２６７０１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方位検出装置では、受信手段の数を一定とした場合、検出精度を高くするほど物体の方位を検出できる検出領域が狭くなる。従って、検出領域は狭くとも高い検出精度が要求される場合と、検出精度は低くとも広い検出領域が要求される場合とでは、各々について処理を行う必要があり、ハードウェア規模が大きくなる。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ハードウェア規模が過大にならない方向検出装置、方向検出方法及び方向検出プログラムを提供する。

（１）本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、物体が反射した信号を受信する複数のアンテナと、前記複数のアンテナが各々受信した受信信号のアンテナ間のレベル差が予め定めた値よりも大きく、前記受信信号のアンテナ間の位相差に基づく前記物体の方向が予め設定された範囲にあるか否かを判断して、前記設定された範囲に対応する検出領域を判別する領域判別部を備えることを特徴とする方向検出装置である。

（２）本発明のその他の態様は、上述の方向検出装置であって、前記複数のアンテナは、前記物体に信号を送信することを特徴とし、前記受信信号に基づき前記物体の距離を検知する距離検知部を備え、前記領域判別部は、前記検知した遅延に基づく距離に対応する検出領域を判別することを特徴とする。

（３）本発明のその他の態様は、上述の方向検出装置であって、前記判別した検出領域に対応する係数を用いて前記物体の方向を推定する方向推定部を備えることを特徴とする。

（４）本発明のその他の態様は、上述の方向検出装置であって、前記領域判別部は、前記検出領域を判別し、予め定めた時間が経過した後、前記検出領域の判別を反復することを特徴とする。

（５）本発明のその他の態様は、物体が反射した信号を受信する複数のアンテナを備える方向検出装置における方向検出方法において、前記方向検出装置は、前記複数のアンテナが各々受信した受信信号のアンテナ間のレベル差が予め定めた値よりも大きく、前記受信信号のアンテナ間の位相差に基づく前記物体の方向が予め設定された範囲にあるか否かを判断して、前記設定された範囲に対応する検出領域を判別する過程を有すること、を特徴とする方向検出方法である。

（６）本発明のその他の態様は、物体が反射した信号を受信する複数のアンテナを備える方向検出装置のコンピュータに、前記複数のアンテナが各々受信した受信信号のアンテナ間のレベル差が予め定めた値よりも大きく、前記受信信号のアンテナ間の位相差に基づく前記物体の方向が予め設定された範囲にあるか否かを判断して、前記設定された範囲に対応する検出領域を判別する過程を有することを特徴とする方向検出プログラムである。

本発明によれば、ハードウェア規模が過大にならない。

本発明の実施形態に係る方向検出装置の構成を表す概略図である。 本実施形態に係るアンテナ系統毎の検出範囲の一例を示す概念図である。 本実施形態に係るアンテナ系統毎の感度の一例を示す概念図である。 本実施形態に係る演算処理部の構成を示す概略図である。 本実施形態に係る方向検出処理を示すフローチャートである。 受信信号のチャネル毎のレベルの一例を表す概念図である。 方位角とアンテナの配置の一例を表す概念図である。 送信信号及び受信信号の周波数変化の一例を表す概念図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係る方向検出装置１の構成を表す概略図である。
方向検出装置１は、送受信部１１、ミキサ部１２１−１〜１２１−Ｎ（Ｎは、１よりも大きい整数）、演算処理部１３、及びアンテナ系統１４−１、１４−２を含んで構成される。

送受信部１１は、送信信号を生成してミキサ部１２１−１〜１２１−Ｎ、演算処理部１３、及びアンテナ系統１４−１、１４−２に出力する。アンテナ系統１４−１、１４−２から各々入力されたＮチャネルの受信信号をミキサ部１２１−１〜１２１−Ｎに出力する。
ミキサ部１２１−１〜１２１−Ｎは、送受信部１１のラットレース回路部１１５−１〜１１５−Ｎから入力された送信信号とＮチャネルの受信信号を各々ミキシングしてＮチャネルのＩＦ信号（中間周波数信号、Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｓｉｇｎａｌ）を生成する。生成された各チャネルのＩＦ信号は、その振幅が送信信号の周波数と対応するチャネルの受信信号の周波数との周波数差で振動するビート信号である。ミキサ部１２１−１〜１２１−Ｎは、生成したＮチャネルのＩＦ信号を演算処理部１３の信号入力部１３１に出力する。

演算処理部１３は、ミキサ部１２１−１〜１２１−Ｎから各々入力されたＮチャネルの中間周波数信号に基づいて物体の位置情報を算出する。
アンテナ系統１４−１、１４−２は、送受信部１１から入力された送信信号を電波として周囲に送信し、ある物体が反射した信号をＮチャネルの受信信号として受信する。アンテナ系統１４−１、１４−２は、受信したＮチャネルの受信信号を送受信部１１に出力する。アンテナ系統１４−１、１４−２は、各々信号を反射して検出対象となる物体の検出範囲に対応するアンテナ系統である。

送受信部１１は、三角波生成部１１２、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ；電圧制御発振器）部１１３、分配部１１４、ラットレース回路部１１５−１〜１１５−Ｎ、及び分配器１１６−１〜１１６−Ｎを含んで構成される。

三角波生成部１１２は、三角波信号を生成し、生成した三角波信号をＶＣＯ部１１３に出力する。
ＶＣＯ部１１３は、予め定めた中心周波数の正弦波信号を生成し、生成した正弦波信号を三角波生成部１１２から入力された三角波信号で周波数変調して送信信号を生成する。ＶＣＯ部１１３は、生成した送信信号を分配部１１４に出力する。

分配部１１４は、ＶＣＯ部１１３から入力された送信信号をラットレース回路部１１５−１〜１１５−Ｎに各々分配する。
ラットレース回路部１１５−１〜１１５−Ｎは、分配部１１４から入力された送信信号を分配部１１６−１〜１１６−Ｎに出力する。ラットレース回路部１１５−１〜１１５−Ｎは、分配部１１６−１〜１１６−Ｎから各々入力された受信信号から送信信号と同相の成分を差し引き、差し引かれた受信信号をミキサ部１２１−１〜１２１−Ｎに出力する。
分配部１１６−１〜１１６−Ｎは、ラットレース回路部１１５−１から入力された送信信号を、アンテナ部１４−１−１〜１４−１−Ｎと、アンテナ部１４−２−１〜１４−２−Ｎに出力する。

アンテナ系統１４−１は、Ｎ個のアンテナ１４−１−１〜１４−１−Ｎを備える。アンテナ系統１４−２は、Ｎ個のアンテナ１４−２−１〜１４−２−Ｎを備える。
アンテナ１４−１−１〜１４−１−Ｎは、各々後述する分配器から入力された送信信号を周囲に電波で送信する。アンテナ１４−１−１〜１４−１−Ｎは、物体が反射した受信信号を電波で受信し、受信した受信信号を各々分配器１１６−１〜１１６−Ｎに出力する。
アンテナ１４−２−１〜１４−２−Ｎは、各々後述する分配器から入力された送信信号を周囲に電波で送信する。アンテナ１４−２−１〜１４−２−Ｎは、物体が反射した受信信号を電波で受信し、受信した受信信号を各々分配器１１６−１〜１１６−Ｎに出力する。

次に、本実施形態に係るアンテナ系統毎の検出範囲の一例について説明する。
図２は、本実施形態に係るアンテナ系統毎の検出範囲の一例を示す概念図である。
図２は、中央左に車両２の表面全体を表わす。図２において、左右方向が車両２の前後方向を表し、上下方向が車両２の左右方向を表す。
車両２は、前面中央部においてアンテナ系統１４−１、１４−２を備えている。
アンテナ系統１４−１上に頂点を有し濃く塗りつぶした扇形は、アンテナ系統１４−１による検出範囲２４−１を表す。検出範囲２４−１は、前方に対してアンテナ系統１４−１から比較的遠い距離（例えば、数十ｍ以上、典型的には、２００ｍ程度）に至るが、左右方向に対しては比較的狭い（例えば、車両２の前方に対して左右各１０°）。検出範囲２４−２は、前方に対してアンテナ系統１４−１から比較的近い距離（例えば、数ｍ〜数十ｍ）に至るが、左右方向に対しては比較的広い（例えば、車両２の前方に対して左右各３０°から４５°程度）。以下の説明では、検出範囲２４−１を遠方、検出範囲２４−２を近傍とも呼ぶ。

上述のようなアンテナ系統による検出範囲の差異は、各アンテナ系統が備えるアンテナの配置間隔の差異による。アンテナの個数が一定である場合には、配置間隔が広いほど検出範囲が狭く放射利得も高いことから受信品質が優れるのに対し、配置間隔が狭いほど検出範囲が広く放射利得が低いことから受信品質が劣る。図２に示す例では、アンテナ系統１４−２の方がアンテナ系統１４−１よりもアンテナ１４−２−１〜１４−２−Ｎの配置間隔が狭い。
ここで、アンテナ系統と感度の一例について述べる。
図３は、本実施形態に係るアンテナ系統毎の感度の一例を示す概念図である。
図３において、横軸は方位角θを表し、縦軸がＮ＝６の場合における感度を表す。方位角θは、アンテナ１４−１−１〜１４−１−Ｎ、又は１４−２−１〜１４−２−Ｎの配置面に垂直な方向からの角度である。感度は、アンテナ系統毎にアンテナ１４−１−１〜１４−１−Ｎ、又は１４−２−１〜１４−２−Ｎからの受信信号を合成したときに得られる相対感度（アレーファクタ（ａｒｒａｙ ｆａｃｔｏｒ）とも呼ばれる）である。相対感度ｆ（θ）は、例えば式（１）で表されるようにアンテナの配置により一意に定まる指向性を表す。

式（１）において、θは、方位角、ψは、２πｄ／λ・ｃｏｓ（θ−δ）である。ｄは、隣接するアンテナ間の間隔、λは受信信号の波長、δは、位相器における走査量、即ち受信信号を検知するための目標方向である。
図３に示されるように、合成された受信信号の強度は、θ＝δのときが最大値となる。相対感度ｆ（θ）は、受信信号の強度を最大値で正規化した値である。図３において破線は、アンテナ系統１４−１に対する感度を表す。一点鎖線は、アンテナ系統１４−２に対する感度を表す。実線は、各アンテナ系統に対する感度の包絡線を表す。感度が、最大値から−６ｄＢ低い値よりも高い方位角θの範囲を検出範囲とすると、図３に示す検出範囲２４−１のほうが検出範囲２４−２よりも狭い。これに対し、検出範囲２４−１の方が、検出範囲２４−２よりも感度の変動が小さい。従って、アンテナ系統１４−１の方が、アンテナ系統１４−２よりも受信信号の値の変動が小さく、物体の位置を高い精度で推定できる。

そこで、演算処理部１３は、ミキサ１２１−１〜１２１−Ｎから入力されたＩＦ信号に基づき、受信信号を反射する物体が、検出範囲２４−１、２４−２のいずれかにあるかを判別する。演算処理部１３は、判別した検出範囲に基づく係数で当該物体の位置情報を検出する。次に、本実施形態に係る演算処理部１３の構成について説明する。
図４は、本実施形態に係る演算処理部１３の構成を示す概略図である。
演算処理部１３は、信号入力部１３１、レベル差検出部１３２、位相差検出部１３３、距離検出部１３４、領域判別部１３５、及び方向推定部１３７を含んで構成される。
方向推定部１３７は、空間周波数分析部１３７１、ピーク検出部１３７２、及び係数記憶部１３７３を含んで構成される。

信号入力部１３１は、ミキサ１２１−１〜１２１−ＮからＮチャネルのＩＦ信号を入力される。信号入力部１３１は、入力されたＩＦ信号をレベル差検出部１３２、位相差検出部１３３、距離検出部１３４及び空間周波数分析部１３７１に出力する。
レベル差検出部１３２は、信号入力部１３１からＩＦ信号を入力される。レベル差検出部１３２は、ＮチャネルのＩＦ信号のうち各２チャネルの組毎にチャネル間レベル差を算出する。レベル差検出部１３２は、算出したチャネルの組毎のチャネル間レベル差に基づいてチャネル間レベル差の代表値を定める。レベル差検出部１３２は、例えば、算出したチャネルの組毎のチャネル間レベル差の中から最大値をチャネル間レベル差の代表値と選択する。レベル差検出部１３２は、その他、算出したチャネルの組毎のチャネル間レベル差のチャネルの組間の平均値、又は中央値をチャネル間レベル差の代表値を算出してもよい。レベル差検出部１３２は、その他算出したチャネルの組毎のチャネル間レベル差のチャネルの組間の分散値をチャネル間レベル差の代表値と算出してもよい。ＩＦ信号の基となる受信信号のチャネル毎のレベルの一例については後述する。
レベル差検出部１３２は、定めたチャネル間レベル差の代表値を表すレベル差情報を領域判別部１３５に出力する。

位相差検出部１３３は、信号入力部１３１から入力されたＩＦ信号の１つのチャネル（例えば、アンテナ１４−２−１に対応するチャネル１）と他のチャネルとの間の受信信号の位相差を算出する。チャネル１と他のチャネルｎ（２≦ｎ≦Ｎ）との間の位相差は、２πｄ_ｎ１・ｃｏｓθ／ｃである。ここで、ｄ_ｎ１は、アンテナ１４−２−１から１４−２−ｎまでの距離である。ｃは、信号の伝搬速度である。位相差検出部１３３は、算出した位相差を表す位相差信号を領域判別部１３５に出力する。
なお、位相差検出部１３３は、信号入力部１３１から入力されたＩＦ信号を１４−２−１等の配置方向にフーリエ変換して空間周波数領域の受信信号に変換し、予め定めた空間周波数帯域の成分毎にチャネル間の位相差を算出してもよい。この空間周波数帯域の帯域幅、及び帯域の数は、予め定めておく。これにより、複数の異なる方向の信号源に対して位相差を算出することができる。
方位角θとアンテナ１４−２−１等の配置の一例については後述する。

距離検出部１３４は、信号入力部１３１から入力されたＩＦ信号のうち何れかのチャネルの信号の周波数を検出する。ＩＦ信号は、後述するように周波数が周期的に変化する。距離検出部１３４は、送信信号及び受信信号の周波数が上昇する部分の上昇部分周波数ｆ_ｒａと下降する部分の下降部分周波数ｆ_ｒｄを検出する。距離検出部１３４は、検出した上昇部分周波数ｆ_ｒａと下降する部分の下降部分周波数ｆ_ｒｄに基づいて物体までの距離の推定値Ｒを、例えば式（２）に基づいて算出する。

式（２）において、Δｆは、送信信号の周波数変調幅である。ｆ_ｍは、上述の三角波の周波数である。
ＩＦ信号の基になる受信信号と送信信号の周波数変化の一例については後述する。
距離検出部１３４は、算出した距離推定値Ｒを領域判別部１３５及び外部に出力する。

領域判別部１３５は、レベル差検出部１３２から入力されたレベル差情報が表すレベル差の代表値が予め設定されたレベル差の規定値と等しいか、その値よりも大きいか否かを判断する。レベル差の代表値が規定値よりも小さいと判断された場合、領域判別部１３５は、位相差検出部１３３から入力された位相差信号に基づき受信信号の到来方向θを推定する。領域判別部１３５は、位相差信号が表す各チャネルの位相差に対して、アンテナ間距離ｄ_ｎ−１、信号の伝搬速度ｃを用いて到来方向θを算出する。
領域判別部１３５は、到来方向θがアンテナ系列１４−１に対応する遠方検出領域の範囲内（例えば、−１０°≦θ≦１０°）か否かを判断する。到来方向θが遠方検出領域の範囲内にあると判断された場合、領域判別部１３５は、遠方検出領域を表す検出領域信号を生成し、生成した検出領域信号を空間周波数分析部１３７１に出力する。

レベル差の代表値が規定値と等しいか、当該規定値よりも大きいと判断された場合、又は到来方向θが遠方検出領域の範囲内にないと判断された場合、領域判別部１３５は、距離検出部１３４から入力された距離推定値Ｒが予め設定された近傍検出領域（例えば、Ｒ≦３０ｍ）を越えるか否かを判断する。距離推定値Ｒが予め設定された近傍検出領域を越えないと判断された場合、領域判別部１３５は、近傍検出領域を表す検出領域信号を生成し、生成した検出領域信号を空間周波数分析部１３７１に出力する。

空間周波数分析部１３７１は、領域判別部１３５から入力された検出領域情報に対応した方向推定係数を係数記憶部１３７３から読み出す。空間周波数分析部１３７１は、読み出した方向推定係数を用いて次の処理を行う。
空間周波数分析部１３７１は、信号入力部１３１から入力されたＩＦ信号を時間軸方向にフーリエ変換して周波数領域データを算出する。空間周波数分析部１３７１は、算出した周波数領域データに読み出した方向推定係数を周波数毎に乗算し、各チャネルに対応するアンテナの配列方向にフーリエ変換して空間軸データを算出する。
空間周波数分析部１３７１は、算出した空間軸データに基づき、予め設定された角度分解能で角度チャネル毎の空間周波数成分データを算出し、変調周波数毎にピーク検出部１３７２に出力する。

ピーク検出部１３７２は、空間周波数分析部１３７１から入力された空間周波数成分データのピークを検出する。ピーク検出部１３７２は、検出したピークをとる角度を表す方向情報を生成し、生成した方向情報を外部に出力する。この方向情報が、送信信号を反射した物体の方向を表す。

係数記憶部１３７３は、検出領域情報と対応付けて方向推定係数が予め記憶されている。方向推定係数は、例えば、後述する検出領域情報に対応するアンテナ系列のアンテナの配置に応じた指向特性を周波数領域で表す。この指向特性のピークの鋭さとして表れる角度分解能は、例えば、アンテナ系列毎のアンテナ間隔が広いほど高くなる。従ってアンテナ間隔が広いアンテナ系統１４−１の方が、アンテナ系列１４−２よりも、角度分解能が高い。

次に、本実施形態に係る方向検出処理について説明する。
図５は、本実施形態に係る方向検出処理を示すフローチャートである。
（ステップＳ１０１）信号入力部１３１は、ミキサ１２１−１〜１２１−Ｎから入力されたＮチャネルのＩＦ信号をレベル差検出部１３２、位相差検出部１３３、距離検出部１３４及び空間周波数分析部１３７１に出力する。その後、ステップＳ１０２に進む。

（ステップＳ１０２）レベル差検出部１３２は、ＮチャネルのＩＦ信号のうち各２チャネルの組毎にチャネル間レベル差を算出する。レベル差検出部１３２は、算出したチャネルの組毎のチャネル間レベル差に基づいてチャネル間レベル差の代表値を定める。レベル差検出部１３２は、定めたチャネル間レベル差の代表値を表すレベル差情報を領域判別部１３５に出力する。
領域判別部１３５は、レベル差検出部１３２から入力されたレベル差情報が表すレベル差の代表値が予め設定されたレベル差の規定値と等しいか、その値よりも大きいか否かを判断する。レベル差の代表値が予め設定されたレベル差の規定値と等しいか、その値よりも大きいと判断された場合（ステップＳ１０２ Ｙ）、ステップＳ１０６に進む。レベル差の代表値が予め設定されたレベル差の規定値よりも小さいと判断された場合（ステップＳ１０２ Ｎ）、ステップＳ１０３に進む。

（ステップＳ１０３）位相差検出部１３３は、信号入力部１３１から入力されたＩＦ信号に基づいて、１つのチャネルと他のチャネルとの間の受信信号の位相差を算出する。位相差検出部１３３は、算出した位相差を表す位相差信号を領域判別部１３５に出力する。
領域判別部１３５は、位相差検出部１３３から入力された位相差信号に基づき受信信号の到来方向θを推定する。その後、ステップＳ１０４に進む。

（ステップＳ１０４）領域判別部１３５は、推定した到来方向θが遠方検出領域の範囲内か否かを判断する。推定した到来方向θが遠方検出領域の範囲内にあると判断された場合（ステップＳ１０４ Ｙ）、ステップＳ１０５に進む。推定した到来方向θが遠方検出領域の範囲内にないと判断された場合（ステップＳ１０４ Ｎ）、ステップＳ１０６に進む。

（ステップＳ１０５）到来方向θが遠方検出領域の範囲内にあると判断された場合、領域判別部１３５は、遠方検出領域を表す検出領域信号を生成し、生成した検出領域信号を空間周波数分析部１３７１に出力する。
空間周波数分析部１３７１は、領域判別部１３５から入力された検出領域情報に基づき、遠方検出領域に対応した方向推定係数を係数記憶部１３７３から読み出す。空間周波数分析部１３７１は、読み出した方向推定係数を設定する。その後、ステップ１１０に進む。

（ステップＳ１０６）距離検出部１３４は、信号入力部１３１から入力されたＩＦ信号のうち何れかのチャネルの信号の周波数が上昇する部分の上昇部分周波数ｆ_ｒｄと下降する部分の下降部分周波数ｆ_ｒａを検出する。距離検出部１３４は、検出した上昇部分周波数ｆ_ｒｄと下降する部分の下降部分周波数ｆ_ｒａに基づいて物体までの距離の推定値Ｒを、例えば式（２）に基づいて算出する。
距離検出部１３４は、算出した距離推定値Ｒを領域判別部１３５及び外部に出力する。その後、ステップＳ１０７に進む。

（ステップＳ１０７）領域判別部１３５は、距離検出部１３４から入力された距離推定値Ｒが予め設定された近傍検出領域を越えるか否かを判断する。距離推定値Ｒが予め設定された近傍検出領域を越えないと判断された場合（ステップＳ１０７ Ｎ）、ステップＳ１０８に進む。距離推定値Ｒが予め設定された近傍検出領域を越えると判断された場合（ステップＳ１０７ Ｙ）、ステップＳ１０９に進む。

（ステップＳ１０８）領域判別部１３５は、近傍検出領域を表す検出領域信号を生成し、生成した検出領域信号を空間周波数分析部１３７１に出力する。
空間周波数分析部１３７１は、領域判別部１３５から入力された検出領域情報に基づき、近傍検出領域に対応した方向推定係数を係数記憶部１３７３から読み出す。空間周波数分析部１３７１は、読み出した方向推定係数を設定する。その後、ステップ１１０に進む。

（ステップＳ１０９）演算処理部１３は、予め定めた時間（例えば、送信信号の変調周期又はその整数倍の周期）処理を待機し、ステップＳ１０１に進む。
（ステップＳ１１０）空間周波数分析部１３７１は、信号入力部１３１から入力されたＩＦ信号を時間軸方向にフーリエ変換して周波数領域データを算出する。空間周波数分析部１３７１は、算出した周波数領域データを読み出した方向推定係数を周波数毎に乗算し、各チャネルに対応するアンテナの配列方向にフーリエ変換して空間軸データを算出する。空間周波数分析部１３７１は、算出した空間軸データに基づき、予め設定された角度分解能で角度チャネル毎の空間周波数成分データを算出し、変調周波数毎にピーク検出部１３７２に出力する。ここで、各アンテナの位置及び角度分解能は、各々設定された方向推定係数の一部である。
ピーク検出部１３７２は、空間周波数分析部１３７１から入力された空間周波数成分データのピークを検出する。ピーク検出部１３７２は、検出したピークをとる角度を表す方向情報を生成し、生成した方向情報を外部に出力する。その後、処理を終了する。

なお、ステップＳ１０９において、領域判別部１３５をはじめとする演算処理部１３が処理を待機するのは、所定の時間よりも遅延量が大きい、遠方の検出領域２４−１を超える範囲からの到来波やマルチパスを排除するためである。マルチパスとは、信号源から道路側面の壁や他の車両等の構造物等による様々な経路を伝搬した到来波である。これらの到来波を排除することで、所定の検知領域にある物体からの到来波の到来方向θを高精度に推定することができる。

次に、受信信号のチャネル毎のレベルの一例について説明する。
図６は、受信信号のチャネル毎のレベルの一例を表す概念図である。
図６において、横軸はチャネル番号を表し、縦軸は送信信号のレベルに対する相対レベル値（ｄＢ）を表す。図６において塗りつぶしの棒グラフは、左から順にチャネル１、２、３、４、…Ｎの相対レベルを示す。チャネル２の棒グラフの頂点に接する上下の矢印の幅は、チャネル１、２間のレベル差ΔＰ_１２を表す。チャネル３の棒グラフの頂点に接する上下の矢印の幅は、チャネル２、３間のレベル差ΔＰ_２３を表す。チャネル４の棒グラフの頂点に接する上下の矢印の幅は、チャネル３、４間のレベル差ΔＰ_３４を表す。

ところで、レベル差検出部１３２は、チャネル間レベル差ΔＰ_１２等に基づいて上述のチャネル間レベル差の代表値を定める。一般に、チャネル間レベル差は、物体からの送信信号の反射には指向性があるため、物体からの距離が短いほど著しい傾向がある。そのため、領域判別部１３５は、チャネル間レベル差の代表値を、物体が所在する領域を判定するための手がかりとして用いることができる。

次に、方位角θとアンテナ１４−２−１等の配置の一例について説明する。
図７は、方位角θとアンテナ１４−２−１等の配置の一例を表す概念図である。
図７は、左から右へ順にアンテナ１４−２−１、１４−２−２、１４−２−３、…、１４−２−Ｎを示す。アンテナ１４−２−１、１４−２−２、１４−２−３、…、１４−２−Ｎの各頂点に向かう破線の矢印は、受信信号の進行方向を表す。この矢印に垂直な一点鎖線は、受信信号の波面を表す。アンテナ１４−２−１、１４−２−２、１４−２−３、…、１４−２−Ｎの各頂点は、同一平面上に配置されている。この頂点に接する一点鎖線は、各アンテナの配置面を表す。アンテナ１４−２−１の頂点に接し、上下方向に延びる一点鎖線は、この配置面に垂直な垂直線を表す。この垂直線と受信信号の信号方向とのなす角が方位角θである。また、アンテナの配置面と波面とのなす角も方位角θである。

両端がアンテナ１４−２−１、１４−２−２の下部にある両側矢印は、アンテナ１４−２−１と１４−２−２の間の間隔ｄ_２１を表す。両端がアンテナ１４−２−１、１４−２−３の下部にある両側矢印は、アンテナ１４−２−１と１４−２−３の間の間隔ｄ_３１を表す。両端がアンテナ１４−２−１、１４−２−Ｎの下部にある両側矢印は、アンテナ１４−２−１と１４−２−Ｎの間の間隔ｄ_Ｎ１を表す。従って、アンテナ１４−２−１と他のアンテナ１４−２−ｎに対する、受信信号の経路差はｄ_ｎ１ｃｏｓθとなる。これにより、位相差検出部１３３は、アンテナ１４−２−１に対応するチャネル１と他のチャネルｎとの間位相差２πｄ_ｎ１・ｃｏｓθ／ｃに基づいて方位角θを算出することができる。

次に、送信信号及び受信信号の周波数変化の一例について説明する。
図８は、送信信号及び受信信号の周波数変化の一例を表す概念図である。
図８の上段は、送信信号及び受信信号の周波数の時間変化を表す。図８の上段において、横軸が時刻を表し、縦軸が周波数を表す。縦軸の原点は、送信信号の中心周波数ｆ_０である。
送信信号の周波数は、周期１／ｆ_ｍで中心周波数ｆ_０を中心に周波数変調幅Δｆで変調する。図８の上段において、送信信号の第１周期の最初の１／４周期は周波数が上昇し、その後の１／２周期は、周波数が下降し、最後の１／４周期は周波数が上昇する。
受信信号の周波数も、周期１／ｆ_ｍ の周波数変調幅Δｆで変調しているが、受信信号は送信信号よりも遅延し、観測点と反射点との間で相対的な速度差があることから中心周波数が異なる。そのため、送信信号と受信信号との間には周波数の差が生じる。

図８の下段は、送信信号及び受信信号の周波数差の時間変化を表す。図８の下段において、横軸が時刻を表し、縦軸が周波数差を表す。
周波数差は、周期１／ｆ_ｍで、最小周波数を−ｆ_ｒａ、最大周波数をｆ_ｒｄとして変調する。最小周波数−ｆ_ｒａをとる時間領域は、受信信号及び送信信号の周波数がともに上昇する部分（上昇部分）である。最大周波数ｆ_ｒｄをとる時間領域は、受信信号及び送信信号の周波数がともに下降する部分（下降部分）である。
ところで、ＩＦ信号の振幅の周波数は、送信信号及び受信信号の周波数差の絶対値になる。従って、距離検出部１３４は、上昇部分におけるＩＦ信号の振幅の周波数を上昇部分周波数ｆ_ｒａとして検出し、下降部分におけるＩＦ信号の振幅の周波数を下降部分周波数ｆ_ｒｄとして検出することができる。そして、距離検出部１３４は、検出した上昇部分周波数ｆ_ｒａと下降部分周波数ｆ_ｒｄに基づいて物体までの距離の推定値Ｒを、例えば式（２）を用いて算出することができる。

なお、上述では、検出領域の候補の数が２である場合を例にとって説明したが、本実施形態ではこれには限られない。本実施形態では、検出領域の候補の数（アンテナ系列の数）は、２よりも多い任意の整数、例えば３であってもよい。
また、上述では、各アンテナ系列のアンテナ数（チャネル数）Ｎが６である場合を例にとって説明したが、本実施形態ではこれには限られない。本実施形態では、各アンテナ系列のアンテナ数は、１よりも多い任意の整数、例えば１０であってもよい。

なお、上述では、方向推定部１３７は、空間周波数分析及びピーク検出を行って物体の方向を推定する場合を例にとって説明したが、本実施形態では、これには限られない。本実施形態では、方向推定において、例えば、Ｃａｐｏｎ法、Ｂｕｒｇ法、改良共分散法、ＥＳＰＲＩＴ法、ＭＵＳＩＣ法、ＳＡＧＥ法、ＭＯＤＥ法、ＩＱＭＬ法、ＥＭ−ＭＬ法等の方法を用いてもよい。
また、上述では、方向推定において各々位置が異なる現実のアンテナ部１４−１−１〜１４−１−Ｎ、又は１４−２−１〜１４−２−Ｎの位置間の受信信号（又はＩＦ信号）の位相差を用いる場合を例にとって説明したが、本実施形態では、これには限られない。本実施形態では、方向推定において、例えば、任意の数Ｎの各々位置が異なる仮想的なアンテナ部の位相差を用いてもよい。

このように、本実施形態によれば、物体が反射した信号を受信し、受信した受信信号のアンテナ間のレベル差が予め定めた値よりも大きく、受信信号のアンテナ間の位相差に基づく物体の方向が予め設定された範囲にあるか否かを判断して、設定された範囲に対応する検出領域を判別する。これにより、受信信号を処理する素子や処理部、例えば、ラットレース回路部１１５−１〜１１５−Ｎ、分配部１１６−１〜１１６−Ｎ、及びミキサ部１２１−１〜１２１−Ｎを各検出領域に対応するアンテナ系列間で共用することができる。従って、方向検出装置１のハードウェア規模が過大になることが回避される。また、マイクロ波を扱うこれらの素子や処理部の単価が比較的高価であるため、本実施形態によりコストの低減を図ることができる。

なお、上述した実施形態における方向検出装置１の一部、例えば、レベル差検出部１３２、位相差検出部１３３、距離検出部１３４、領域判別部１３５、空間周波数分析部１３７１及びピーク検出部１３７２をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、方向検出装置１に内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
また、上述した実施形態における方向検出装置１の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現しても良い。方向検出装置１の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

１…方向検出装置、１１…送受信部、１１２…三角波生成部、１１３…ＶＣＯ部、
１１４、１１６−１〜１１６−Ｎ…分配部、
１１５−１〜１１５−Ｎ…ラットレース回路部、１２１−１〜１２１−Ｎ…ミキサ部
１３…演算処理部、１３１…信号入力部、１３２…レベル差検出部、１３３…位相差検出部、１３４…距離検出部、１３５…領域判別部、１３７…方向推定部、
１３７１…空間周波数分析部、１３７２…ピーク検出部、１３７３…係数記憶部
１４−１、１４−２…アンテナ系統、
１４−１−１〜１４−１−Ｎ、１４−２−１〜１４−２−Ｎ…アンテナ部

Claims (6)

1. 物体が反射した信号を受信する複数のアンテナと、
   前記複数のアンテナが各々受信した受信信号のアンテナ間のレベル差が予め定めた値よりも大きく、前記受信信号のアンテナ間の位相差に基づく前記物体の方向が予め設定された範囲にあるか否かを判断して、前記設定された範囲に対応する検出領域を判別する領域判別部を備えること
   を特徴とする方向検出装置。
2. 前記複数のアンテナは、前記物体に信号を送信することを特徴とし、
   前記受信信号に基づき前記物体の距離を検知する距離検知部を備え、
   前記領域判別部は、
   前記検知した距離に対応する検出領域を判別することを特徴とする請求項１に記載の方向検出装置。
3. 前記判別した検出領域に対応する係数を用いて前記物体の方向を推定する方向推定部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の方向検出装置。
4. 前記領域判別部は、前記検出領域を判別し、予め定めた時間が経過した後、前記検出領域の判別を反復すること
   を特徴とする請求項１ないし３に記載の方向検出装置。
5. 物体が反射した信号を受信する複数のアンテナを備える方向検出装置における方向検出方法において、
   前記方向検出装置は、前記複数のアンテナが各々受信した受信信号のアンテナ間のレベル差が予め定めた値よりも大きく、前記受信信号のアンテナ間の位相差に基づく前記物体の方向が予め設定された範囲にあるか否かを判断して、前記設定された範囲に対応する検出領域を判別する過程を有すること、
   を特徴とする方向検出方法。
6. 物体が反射した信号を受信する複数のアンテナを備える方向検出装置のコンピュータに、
   前記複数のアンテナが各々受信した受信信号のアンテナ間のレベル差が予め定めた値よりも大きく、前記受信信号のアンテナ間の位相差に基づく前記物体の方向が予め設定された範囲にあるか否かを判断して、前記設定された範囲に対応する検出領域を判別する過程を有すること
   を特徴とする方向検出プログラム。
   

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