JP2013238492A - 距離検出装置、距離検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】拡散符号の自己相関特性が良好でなくても複数のターゲットを検出可能な距離検出装置を提供すること。
【解決手段】物標までの距離を検出する距離検出装置１００であって、受信手段２１が受信した前記受信波と前記拡散符号との相関演算を行う相関演算手段２２と、送信手段が送信波を送信してから受信手段が前記受信波を受信するまでの時間情報、又は、距離情報に対し関演算結果を対応づけて記録する相関演算結果記録手段２３１と、相関演算結果から絶対値が閾値以上の極大部を特定し、極大値及び該極大値の時間情報又は前記距離情報を検出する極大検出手段２３３と、拡散符号の自己相関特性の最大値が、前記極大値と同等になるように自己相関特性を変倍し、かつ、自己相関特性を移動させる調整手段２３４と、相関演算結果から前記調整手段により変倍されかつ移動された自己相関特性を減算する減算手段２３６と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明は、物標までの距離を検出する距離検出装置に関し、特に、送信波をスペクトル拡散する距離検出装置に関する。

スペクトル拡散という変調方式で通信する通信装置が多くの分野で利用されている（例えば、携帯電話、無線ＬＡＮ、Bluetooth（登録商標）等）。スペクトル拡散にはＤＳ−ＳＳ（直接拡散）とＦＨ−ＳＳ（周波数ホッピング）があり、いずれも拡散符号と呼ばれる信号によって元の信号をより広い帯域に拡散させ、受信側は同じ拡散符号によって元のデジタル信号に復元する。広い帯域に拡散させることで干渉やノイズに強く、スペクトルを広帯域に拡散し電力スペクトル密度を低くすることで妨害を受けにくいという特徴がある（同じ拡散符号を利用しないと元の信号を復元できないため、機密性にも優れている）。

このスペクトル拡散をレーダに応用して、障害物を検出する試みがある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、拡散符号を用いて求めた相関パワー出力と理想的な相関パワー出力との相関を求め、相関パワー出力のピーク位置を求め、ピーク位置と送信の位相差から車間距離を求める車間距離検出方法が開示されている。

特開２００１−０５１０４６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された車間距離検出方法では、ターゲットが複数ある場合について考慮されていないという問題がある。

車両にこのレーダ装置を搭載する場合、近くの他車両と同じ拡散符号を使用すると、２つの車両で受信信号が混同されてしまう。このため、レーダ装置毎（車両毎）に異なる拡散符号を割り当てることが好ましい。ここで、拡散符号には自己相関特性と相互相関特性という指標があり、自己相関特性は高くかつ相互相関特性は低い方がこのましいとされている。しかし、今後、レーダセンサを搭載する車両が増加することが予想され、符号数の多い系列の拡散符号も使用する必要に迫られることが予想される。符号数が多い系列の拡散符号には自己相関特性の低いものも含まれており、このような拡散符号を用いると、複数のターゲットが存在する場合に、複数のターゲット全ての検出が困難になる場合がある。

図１は拡散符号の一例と、自己相関特性の算出例を示す図である。拡散符号を４位相（チップ）の「１ −１ １ １」とする（実際にはこれよりも長い系列の拡散符号が用いられる）。なお、拡散符号のチップ数をシンボル長という。

自己相関特性は、同じ拡散符号のチップを相対的にずらしながら、内積を算出することで求められる。
位相差ゼロ：自己相関特性＝１×１＋（−１）×（−１）＋１×１＋１×１＝４
位相差１ ：自己相関特性＝１×１＋（−１）×１＋１×（−１）＋１×１＝０
位相差２ ：自己相関特性＝１×１＋（−１）×１＋１×１＋１×（−１）＝０
位相差３ ：自己相関特性＝１×（−１）＋（−１）×１＋１×１＋１×１＝０
このように、位相差がゼロの時にだけ相関値のピークが得られ、それ以外の位相差では相関値がゼロ、又は、ゼロ以外の位相差でも相関値の絶対値が十分に小さい拡散符号が自己相関性のよい符号である。

図１（ｂ）は自己相関特性の算出例を示す図の一例である。図ではずらしたチップ数（位相差）に対する相関値が示されている。図１（ｂ）の左図では、位相差ゼロにだけピークがあるため、自己相関性のよい拡散符号の自己相関特性であることがわかる。これに対し、図１（ｂ）の右図では、位相差ゼロではピークが得られるが、それ以外の位相差でも相関値に不規則のピーク（これをサイドローブという場合がある）が得られている。右図のような自己相関特性を示す拡散符号は自己相関性が悪いとされる。

図１（ｂ）の右図のような自己相関特性の拡散符号を使用した場合のターゲット検出について説明する。拡散符号で変調された送信信号はターゲットに反射してレーダ装置の受信アンテナで受信される。受信信号に含まれる拡散信号は送信時と変わらないので、位相差がゼロの場合に相関値がピークを示す。このピークを検出するために、送信信号と受信信号の同期を取るマッチドフィルタが用いられることが多い。

図２はマッチドフィルタの原理図の一例である。マッチドフィルタは、受信信号と拡散符号との相関値を出力する。受信信号に雑音や干渉が含まれない理想的な場合を仮定すると、相関値の絶対値が最大となる位相差で、受信信号と送信信号が同期したことが分かる。したがって、自己相関特性がよいという前提では、送信信号を送信してから、マッチドフィルタが相関値のピークを出力するまでの時間からターゲットとの距離を求めることができる。

なお、位相差を特定するために用いられる受信信号の強度は、ターゲットまでの距離が近いほど大きい（ターゲットが同程度の大きさの車両であるとして）。

図３はマッチドフィルタの出力とターゲットまでの距離の関係を示す図である。送信信号を送信してからの経過時間を距離に換算し、距離にマッチドフィルタの出力を対応づけることで図示するグラフが得られる。以下、図３の出力結果をレーダ出力結果という。図３（ａ）では約１０〔ｍ〕に、図３（ｂ）では約２０〔ｍ〕に、図３（ｃ）では約５０〔ｍ〕にそれぞれターゲットが存在する。レーダ出力結果によれば、ほぼターゲットまでの距離に反射強度のピークがある。なお、マッチドフィルタへの入力は受信信号なので、マッチドフィルタの出力を反射強度というが、受信信号に拡散符号が含まれるため、説明のため反射強度を相関値という場合がある。

このようなピークが得られれば、レーダ装置は、ピークと閾値を比較して、閾値以上のピークがある距離にターゲットがあることを検出できる。

拡散符号の自己相関特性が若干、悪くても、ターゲットが単独で存在する場合には、このようにピークと閾値と比較することで、ターゲットまでの距離を検出できる。しかし、ターゲットが複数、存在する場合、自己相関特性の程度によっては例えば遠方のターゲットの検出が困難になる場合がある。

図４は複数のターゲットの検出結果の一例を示す。図４（ａ）に示すように、３つのターゲットが異なる距離（１０、２０、５０〔ｍ〕）に存在する。複数のターゲットが存在する場合、それぞれがレーダを反射するので、マッチドフィルタはターゲットの数だけ、反射強度のピークを出力するはずである。つまり、複数のターゲットのそれぞれが存在する距離に、独立に反射強度のピークが得られるはずである。これは、図４（ａ）のようにターゲットが存在する場合、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）のような単独にターゲットが存在する場合の反射強度を重ね合わせたレーダ出力結果が得られることを意味する。すなわち、３つのターゲットがあれば３つのピークがあることが期待される。

しかしながら、図４（ｂ）に示すように、実際には、レーダ出力結果にピークが２つしか存在しない場合がある。これは、各ターゲットのサイドローブが足しあわされて、３つ目のターゲットのピークが埋もれてしまったためである。また、遠方のターゲットは受信信号が減衰するので、サイドローブに埋もれやすいということも影響する。また、サイドローブが足しあわされて、本来、ターゲットのない場所にピークが現れる可能性もある。このように、ターゲットが複数存在する場合、単に、閾値と反射強度を比較してピークを検出したのでは、ターゲットを補足できない場合がある。

複数のサイドローブを重ね合わせても十分に小さくなるような自己相関特性のよい拡散符号をレーダ装置に割り当てれば、このような問題は生じにくい。しかし、上記のように、自己相関特性がそれほどよくない拡散符号を使用しなければならない状況が生じうる。

本発明は、上記課題に鑑み、拡散符号の自己相関特性が良好でなくても複数のターゲットを検出可能な距離検出装置を提供することを目的とする。

本発明は、物標までの距離を検出する距離検出装置であって、拡散符号で拡散された送信波を送信する送信手段と、送信波が物標により反射された受信波を受信する受信手段と、前記受信手段が受信した前記受信波と前記拡散符号との相関演算を行う相関演算手段と、前記送信手段が前記送信波を送信してから前記受信手段が前記受信波を受信するまでの時間情報、又は、前記時間情報を距離に変換した距離情報に対し、前記相関演算結果を対応づけて記録する相関演算結果記録手段と、前記相関演算結果から絶対値が閾値以上の極大部を特定し、極大値及び該極大値の前記時間情報又は前記距離情報を検出する極大検出手段と、前記拡散符号の自己相関特性の最大値が、前記極大値と同等になるように自己相関特性を変倍し、かつ、前記最大値が前記極大値の前記時間情報又は前記距離情報と一致するように自己相関特性を移動させる調整手段と、前記相関演算結果から前記調整手段により変倍されかつ移動された自己相関特性を減算する減算手段と、を有する。

拡散符号の自己相関特性が良好でなくても複数のターゲットを検出可能な距離検出装置を提供することができる。

拡散符号の一例と、自己相関特性の一例を示す図である。 マッチドフィルタの原理図の一例である。 マッチドフィルタの出力とターゲットまでの距離の関係を示す図である。 複数のターゲットの検出結果の一例である。 本実施形態のレーダ装置がターゲットとの距離を検出する手順を模式的に説明する図の一例である。 レーダ装置を含むレーダシステムの概略構成図の一例である。 レーダ装置の概略構成図の一例である。 距離の検出を模式的に説明する図の一例である。 距離検出部の機能ブロック図の一例である。 ピークの先鋭度の求め方の一例を示す図である。 本実施形態のレーダ装置が複数のターゲットまでの距離を検出する手順を示すフローチャート図の一例である。 減算処理の繰り返しにより更新される残差の検出例を示す図の一例である。 減算処理の繰り返しにより更新される残差の検出例を示す図の一例である

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。
図５は、本実施形態のレーダ装置がターゲットとの距離を検出する手順を模式的に説明する図の一例である。ターゲットとしては立体物を想定しているが、路面、マンホール、壁などもレーダを反射するためターゲットは立体物に限定されない。ターゲットは物標と呼ばれる場合がある。

図５（ａ）はレーダ装置に割り当てられた拡散符号の自己相関特性の一例を示す。本実施形態では、このように位相差がゼロ以外で必ずしもゼロにならない拡散符号を使用する。なお、位相差がゼロ以外でほぼゼロになる拡散符号を本実施形態のレーダ装置に使用してもターゲットの検出精度が向上するだけで支障はない。

図５（ｂ）はレーダ出力結果とレーダ装置による減算処理を模式的に示す図の一例である。図５（ｂ）の左端のレーダ出力結果から２つのピークが確認されるので、少なくとも２つのターゲットがレーダの送信範囲に存在することが予想される。しかし、遠距離の反射強度はサイドローブに埋もれてしまい、２つしかターゲットが存在しないのか、３つ以上のターゲットが存在するのか不明である。

なお、本実施形態では、ピークとは最大箇所を意味するのではなく、ある範囲で極大（勾配が正から負に変化する箇所）となる部分を意味する。また、ピーク値は最大値を意味するのでなく極大部の値である。

レーダ装置は、３つ目のターゲットを検出するため、レーダ出力結果の反射強度から最も大きいピークのピーク値・距離を特定する。そして、このピークに、自己相関特性のピークの大きさが略一致するように自己相関特性の全体の高さを変倍する（以下、この処理をゲイン調整という）。また、レーダ装置は、ゲイン調整された自己相関特性のピーク位置が、レーダ出力結果の着目しているピークの距離に一致するように平行移動する。

そして、レーダ装置は、レーダ出力結果の反射強度から、ゲイン調整・平行移動された自己相関特性を減算する。レーダ出力結果には、マッチドフィルタで演算された拡散符号と受信信号の相関が含まれているので、自己相関特性を減算することは１つのターゲット分の拡散符号と受信信号の反射強度（相関値）を減算するという演算が行われたことを意味する。自己相関特性はその全体が減算されるので、位相差がゼロ以外で必ずしもゼロにならない自己相関特性が、反射強度のサイドローブに与えた影響を低減することができたことになる。

レーダ装置は、減算処理されたレーダ出力結果に対し、同様の処理を繰り返し行う。すなわち、図５（ｂ）の中央の、減算処理されたレーダ出力結果の反射強度から最も大きいピークを特定し、自己相関特性をゲイン調整・平行移動して減算処理する。このように減算処理を繰り返すことで、自己相関特性が反射強度のサイドローブに与えた影響を徐々に削減できる。

図５（ｃ）は減算処理後のレーダ出力結果を示す。減算処理を何回か行い、残差のピーク値が小さくなった場合、図５（ｂ）で特定したいくつかのピーク位置にターゲットが存在することが推定される。

図５（ｄ）は複数のターゲットのピーク位置を示す図の一例である。図５（ｂ）により複数のピークの位置とその反射強度が得られているので、その位置にピークを再生し、図５（ｃ）の最後の残差と合成することで、ターゲットまでの距離にピークが現れる反射強度が得られる。図５（ｄ）の再生された反射強度なら、閾値とピーク値を比較することでターゲットを検出できる。また、図５（ｂ）の処理で仮にターゲット以外のピークを特定しても、ピーク値は閾値未満となることが期待できるので、ターゲットは誤検出されにくい。

このように、本実施形態のレーダ装置は、自己相関特性をレーダ出力結果から次々に減算することで、自己相関特性が悪い拡散符号を用いても、複数のターゲットの検出精度を向上できる。すなわち、複数のターゲットが存在するのに検知しなかったり、存在しないターゲットを検知してしまうことを抑制できる。

〔構成例〕
図６は、本実施形態のレーダ装置１００を含むレーダシステム３００の概略構成図の一例を示す。レーダシステム３００は、レーダ装置１００、及び、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）２００を有している。レーダ装置１００は特許請求の範囲の距離検出装置に相当する。レーダ装置１００とＥＣＵ２００はＣＡＮなどの車載ＬＡＮ又は専用線で接続されている。なお、図ではＥＣＵ２００は１つだが、車載ＬＡＮには複数のＥＣＵ２００が接続されていることが一般的である。

レーダ装置１００は、ターゲット毎に、距離、相対速度、及び、方位を算出して、ＥＣＵ２００に出力する。距離の算出方法は後述するが、相対速度は距離の時間微分から求められ、方位はＤＢＦ（Digital Beam Forming）やＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）解析などにより求めることができる。

ＥＣＵ２００は、ターゲット毎に、距離と相対速度からＴＴＣ（Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ）を算出すると共に、方位から求めた横位置に基づき、各ターゲットとの衝突の可能性を判断する。ＥＣＵ２００は、横位置が所定値より自車に近いターゲットの中で最もＴＴＣが小さいターゲットを特定し、そのターゲットの情報（ＴＴＣ、横位置、対象物の路面に対する速度、対象物横速度等）を車載ＬＡＮに送信する。これにより、車載ＬＡＮに接続された不図示のＥＣＵが、ドライバに警告したりブレーキＡＣＴを作動させて車両を制動するなど、衝突被害を低減する運転支援を行うことができる。

図７（ａ）は、レーダ装置１００の概略構成図の一例を示す。大きく受信側と送信側に分かれている。まず、送信側を説明する。送信データは通信におけるベースバンドに相当するが、車間距離の計測では直接、送信データを使用しないので、例えば全てのbitが“１”の「１１１１」とした。これに限られず送信データはどのようなものでもよい。

変調部１１は送信データを搬送波で一次変調する。変調方式はどのようなものでもよいが、振幅変調（ＡＳＫ変調）、位相変調（ＰＳＫ変調）、周波数変調（ＦＳＫ変調）等が知られている。また、これらの変調の前に、送信データをＩ成分とＱ成分に分けて伝送効率を向上させる直交変調を行う場合もある。

拡散部１２は、一次変調された搬送波に拡散符号を乗じることで、搬送波の周波数帯域を拡大させる。この処理は、送信データのビットレートよりも高い周波数で行われる（送信データの１bitに複数の拡散符号が対応する）ため、結果的に周波数帯域が広がる（拡散する）。これにより、ノイズも拡散されるので、干渉などのノイズに強い通信が可能になる。

拡散部１２が拡散した送信信号は適宜増幅されて、送信アンテナ１３から車両前方の所定範囲に送信される。送信信号はターゲットに反射され、ターゲットまでの距離に応じた時間だけ遅延して受信アンテナ２１が受信する。

受信側について説明する。受信アンテナ２１が受信した受信信号は、フィルタ処理（ローパス、ハイパス、バンドパス）や増幅処理、サンプリング処理等を経てマッチドフィルタ２２に供給される。

マッチドフィルタ２２は、本来、送信信号と受信信号の同期を取るために使用される。同期を取ることで、受信信号のどこからどこまでが送信信号の１ビットかを特定できる。スペクトル拡散による同期では、受信信号の拡散符号の発生タイミングと、受信側で用意している拡散符号の発生タイミングを１チップ以内の精度で一致させる必要がある。このタイミングが特定できれば、同じタイミングで拡散符号を発生させることで送信信号（＝受信信号）の１bitを復調できる。

本実施形態では、マッチドフィルタ２２の同期補足機能を利用して、マッチドフィルタ２２をターゲットまでの距離を算出するために使用する。

図２の原理図に示したように、マッチドフィルタ２２は、１チップ単位で、受信信号と拡散符号（逆拡散符号と呼ばれる場合がある。ターゲットで反射するため送信時と向きが逆になる。）の乗算を行い、全チップの乗算結果を合計する。つまり、拡散符号が４チップなら、４回の乗算と４回の加算を行う。そして、マッチドフィルタ２２は、１チップずつずらしながら同様の演算を行う。受信信号に含まれる拡散符号と、送信側の拡散符号の位相が一致した時に反射強度がピークを示す。

図７（ｂ）はマッチドフィルタ２２の別の原理図を示す図の一例である。四角部分はシフトレジスタ３４であり、拡散符号のチップ数と同じ長さを有している。受信アンテナ２１が受信した受信信号は所定のサンプリングレートでサンプリングされＡ／Ｄ変換後、シフトレジスタ３４に順番に格納される。１シンボルの拡散符号が受信されるとシフトレジスタ３４の右端まで受信信号が満たされる。

シフトレジスタ３４の各レジスタは、予め、拡散符号に基づき加算回路３１，３２と接続されている。すなわち、拡散符号が右（先頭）から「１ −１ −１ １ −１ １ １ −１ −１ １」であるとすると、１に対応するレジスタが１つ（上の）の加算回路３１に、−１に対応するレジスタが１つの（下の）加算回路３２に接続されている。上の加算回路３１の加算結果と、下の加算回路３２の加算結果との差分が、右側の差分回路３３で算出される。以上の演算をシフトレジスタ３４のレジスタが１つシフトする毎に繰り返す。

よって、シフトレジスタ３４に拡散符号の先頭から末尾までが格納された時の、マッチドフィルタ２２の演算結果は、差分回路３３で正値から負値が減算されピークを示すはずである。つまり、この時、１シンボルの全体がシフトレジスタ３４に格納されていることがわかる。こうすることで、１チップ単位で同期点を特定できる。

なお、受信信号をサンプリングするサンプリングレートは、ターゲットまでの距離の精度（分解能）に影響する。このため、受信信号のサンプリングレートは、十分に短いことが好ましく、信頼性を向上させるため、受信信号はチップレートを上回るサンプリングレートでオーバーサンプリングされることが多い。

通常の通信では、マッチドフィルタ２２の出力は同期検出器に出力され、拡散信号の同期点が検出される。同期点の検出方法としては、所定値以上のピークを持つチップ位相を同期点とする方法がある。同期点が見つかれば、拡散符号を受信信号に乗算することで変調部１１が変調した後の信号が復元できる。以降は、復調部２４で元の送信データを復調できる。

〔距離の検出〕
本実施形態では、マッチドフィルタ２２の出力に含まれうる複数のピークを利用して、距離検出部２３が複数のターゲットまでの距離を検出する。

図８は、距離の検出を模式的に説明する図の一例である。図示するように「１ １ −１ １」で拡散された送信信号が送信アンテナ１３から送信されてから、受信アンテナ２１が受信するまでに時間τが経過したとする。時間τは、レーダが光速Ｃでターゲットに到達し、反射して戻ってくるまでの時間である。マッチドフィルタ２２は、時間τが経過して受信信号が受信され、受信信号と拡散符号の位相が一致するとピークを示す。よって、送信アンテナ１３が送信信号を送信してから、マッチドフィルタ２２がピークを検出するまでの時間τによりターゲットまでの距離を求めることができる。以下では、この時間τを距離に換算して説明する。

図９は、距離検出部２３の機能ブロック図の一例である。距離検出部２３は、ＤＳＰ、ＡＳＩＣなどハード的な回路で実現されるが、ＣＰＵがプログラム実行することで実現してもよい。距離検出部２３は、時間・ピーク対応付け部２３１、ピークテーブル２３２，最大ピーク検出部２３３、ゲイン調整・平行移動部２３４、減算部２３５、終了判定部２３６、自己相関特性データ２３８、及び、ターゲット・距離算出部２３７を有している。

時間・ピーク対応づけ部２３１は、図８のレーダ出力結果を作成するものであり、距離又は時間と反射強度を対応づけて記録する。送信側からレーダ（送信信号）の送信タイミングを取得し、そこから時間を計測する。また、マッチドフィルタが出力する反射強度を取得して、時間又は距離と反射強度を対応づける。これにより、反射強度のピークが現れた時間又は距離を特定できる。以下、時間又は距離を単に「距離」として説明する。

最大ピーク検出部２３３は、レーダ出力結果から最大のピークを検出し、検出したピークのピーク値と距離をゲイン調整・平行移動部２３４に出力する。なお、最大ピーク検出部２３３はレーダ出力結果から最大のピークを検出すると説明したが、２回目以降はレーダ出力結果そのものでなく、残差から最大ピークのピーク値と距離を検出する。

また、レーダ出力結果から自己相関特性を減じる減算処理は、必ず最大のピークから行わなければ、ターゲットを検出できないわけではない。例えば、閾値（後述する終了判定ａ）の閾値と同じ）以上のピークや２番目に大きいピークを検出してもよい。ターゲット以外のピークを特定しても、ピーク値はターゲット判定のための閾値未満となることが期待できるので、ターゲットは誤検出されにくい。ただし、所定数（例えば、想定する最大のターゲット数と同程度）の繰り返し数になった場合は、最大のピークから減算処理を行うことが好ましい。減算処理が進行してピークが小さくなると、２番目以下のピークがターゲットでない可能性が高くなるからである。

また、最大ピーク検出部２３３は、ピーク値と距離をピークテーブル２３２に登録する。ピークテーブル２３２には、「距離」毎に「ピーク値」が登録される。この他、ピーク値と距離が検出された時の繰り返し回数（距離検出部２３が減算処理を行った回数）を登録してもよい。

ゲイン調整・平行移動部２３４は、自己相関特性をゲイン調整し、また、自己相関特性のピークがレーダ出力結果の最大のピークに一致するように自己相関特性を平行移動する。ゲイン調整・平行移動された自己相関特性は減算部２３５に出力される。

減算部２３５は、減算処理の１回目だけ、レーダ出力結果から、ゲイン調整・平行移動された自己相関特性を減算する。減算結果である残差は終了判定部２３６に出力される。

終了判定部２３６は、減算処理を終了するか否かを判定する。終了条件には、例えば、以下のような条件がある。
ａ）残差の最大のピークが閾値未満になった
ｂ）閾値以上の回数、減算処理を行った
ｃ）検出したピークの数が閾値以上になった
ｄ）これらの２つ以上の組み合わせ
ａ）の終了条件はターゲットが存在すると想定されるピークに対し、十分に減算処理が終了したことを判定するものである。ｂ）の終了条件は予め調整された、複数のターゲットを検出するための回数、減算処理が終了したことを判定するためのものである。ｃ）の終了条件は、想定しうる数又は運転支援に必要な数のターゲットが検出できたことを判定するためのものである。

また、ピークの大きさに着目するのでなく、ピークの先鋭度に基づき終了するか否かを判定することも有効である。
図１０は、ピークの先鋭度の求め方の一例を示す図である。終了判定部２３６は、残差に対し残差自身を前、及び、後ろに１距離分解能ずらし、ピークの前後で元の残差との差を算出する。図１０の左は１距離分解能、前にずらした時の差の算出結果を、図の右は１距離分解能、後ろにずらした時の差の算出結果をそれぞれ示している。

ピーク値が比較的小さい場合でも、先鋭なピークならその前後の反射強度が小さいので、前後にずらして算出した差の絶対値はどちらも大きいはずである。例えば、ピーク値＝９の前後の値が０，０の場合、差の算出結果は９と−９である。いずれもピーク値に対し１００％という高い値なので、先鋭度が高いことが分かる。例えば、閾値を着目しているピークに対し８０％程度とし、２つの差の絶対値のどちらも閾値以上の場合に、ピークがあると判定すればよい。

このように、先鋭度を考慮することで、ａ）の閾値判定では検出できない遠方や小さなターゲットにより生じるピークを検出しやすくすることができる。

図９に戻り、終了判定部２３６が終了条件を満たしていないと判定すると、最大ピーク検出部２３３が今度は残差から最大のピークを特定しピーク値と距離を検出する。このようにして、ピークテーブル２３２には、次々とピーク値と距離が登録される。

２回目以降の残差から特定されたピークの距離が、過去にピークテーブル２３２に登録されているピークの距離と同じになる場合がある。これは、１つのターゲットの反射特性や角度により、１つの送信信号をターゲットが複数回（又はある時間に渡って）、反射した場合に生じ得る。このような場合、最大ピーク検出部２３３は、すでに登録されている同じ距離に、ピーク値を加算して登録する。こうすることで、同じターゲットから反射した電波の反射強度を１つの反射強度として扱える。また、遠方にあるため、反射強度の小さいターゲットの存在を強調できるので、遠方のターゲットを検出しやすくなる。ピークテーブル２３２で、同じ「距離」に複数のピーク値が加算されるのはこのためである。

なお、同じ距離だが異なる方向に複数のターゲットが存在する場合にも、残差の最大のピークの距離が、過去にピークテーブル２３２に登録されているピークの距離と同程度になる場合がありうる。しかし、この場合、方位の検出結果により、同一のターゲットか異なるターゲットかは区別できる。

終了判定部２３６が終了条件を満たしたと判定すると、ターゲット・距離算出部２３７は、ピークテーブル２３２を参照して、レーダ出力結果を再生する。さらに、最終的に得られた残差と再生したレーダ出力結果を合成してもよい。こうすることで、ターゲットを検出する従来の方法と同様に、ピーク値と閾値を比較するだけで複数のターゲットを検出できる。

〔動作手順〕
図１１は、本実施形態のレーダ装置１００が複数のターゲットまでの距離を検出する手順を示すフローチャート図の一例である。

受信アンテナ２１が受信信号を受信すると、時間・ピーク対応づけ部２３１がレーダ出力結果を生成する（Ｓ１０）。

最大ピーク検出部２３３はレーダ出力結果又は残差から最大のピークを特定する（Ｓ２０）。

最大ピーク検出部２３３は、最大のピークのピーク値及び距離をピークテーブル２３２に登録する（Ｓ３０）。

ゲイン調整・平行移動部２３４は、自己相関特性をゲイン調整し、また、自己相関特性のピークがレーダ出力結果の最大のピークに一致するように自己相関特性を平行移動する（Ｓ４０）。

減算部２３５は、レーダ出力結果又は残差から、ゲイン調整・平行移動された自己相関特性を減算する（Ｓ５０）。

終了判定部２３６は終了条件を満たしたか否かを判定する（Ｓ６０）。終了条件を満たさない場合（Ｓ６０のＮｏ）、レーダ装置１００は残差に対しＳ２０〜Ｓ５０の処理を繰り返す。

終了条件を満たした場合（Ｓ６０のＹｅｓ）、ターゲット・距離算出部２３７は、ピークテーブル２３２から距離とピーク値を読み出し、レーダ出力結果を再生すると共に、最終的に得られた残差と再生したレーダ出力結果を合成する（Ｓ７０）。

〔実験例〕
出願人は実際にターゲットを３つ設置して各ターゲットまでの距離の検出を行った。レーダ装置１００からターゲットまでの距離はそれぞれ１０，２０及び５０〔ｍ〕である。

図１２及び図１３は、減算処理の繰り返しにより更新される残差の検出例を示す図の一例である。いずれの図も、レーダ出力結果又は残差と、ゲイン調整・平行移動された自己相関特性とを１枚のグラフに示す。なお、これまで説明した図では、レーダ出力結果の絶対値を図示していたが、図１２，１３ではレーダ出力結果の正負を計算結果のとおりに示している。

図１２（ａ）：レーダ出力結果
レーダ出力結果にゲイン調整・平行移動された自己相関特性１
図１２（ｂ）：残差１＝レーダ出力結果−自己相関特性１
残差１にゲイン調整・平行移動された自己相関特性２
図１２（ｃ）：残差２＝残差１−自己相関特性２
残差２にゲイン調整・平行移動された自己相関特性３
図１２（ｄ）：残差３＝残差２−自己相関特性３
残差３にゲイン調整・平行移動された自己相関特性４
図１２（ｅ）：残差４＝残差３−自己相関特性４
残差４にゲイン調整・平行移動された自己相関特性５
図１２（ｆ）：残差５＝残差４−自己相関特性５
残差５にゲイン調整・平行移動された自己相関特性６
図１３（ａ）：残差６＝残差５−自己相関特性６
残差６にゲイン調整・平行移動された自己相関特性７
図１３（ｂ）：残差７＝残差６−自己相関特性７
残差７にゲイン調整・平行移動された自己相関特性８
図１３（ｃ）：残差８＝残差７−自己相関特性８
図１２（ａ）のレーダ出力結果では、距離＝約１０〔ｍ〕のピークＡが最大のピークである。残差１では、同じように距離＝約１０〔ｍ〕のピークＢが最大のピークである（図１２（ａ）のレーダ出力結果に自己相関特性とわずかに位相がずれたピークがあるため）。残差２では、距離＝約２０〔ｍ〕のピークＣが最大のピークである。残差３では、距離＝約１０〔ｍ〕のピークＤが最大のピークである。残差４では、距離＝約２０〔ｍ〕のピークＥが最大のピークである。残差５では、距離＝約５０〔ｍ〕のピークＦが最大のピークである。残差６では、距離＝約２０〔ｍ〕のピークＧが最大のピークである。残差７では、距離＝約５０〔ｍ〕のピークＨが最大のピークである。残差８は終了条件を満たしたため、ピークは検出されていない。

まず、図１２（ａ）のレーダ出力結果から３つ目のターゲット（５０〔ｍ〕）の位置を特定することは困難である。距離＝５０〔ｍ〕にピークはあるが、ピーク値は他のピークと同程度か他のピークよりも低い。しかしながら、減算処理を繰り返すことで、残差３、４では３つ目のターゲットのピークが明瞭になり始める。

残差１，２と比較すると、５０〔ｍ〕付近のピーク値は、残差３の５０〔ｍ〕付近のピーク値よりも小さい。これは、３つのターゲットから反射した受信信号のサイドローブに埋もれていた５０〔ｍ〕付近のピーク値が、自己相関特性を減算することで（正値の反射強度から負値の自己相関特性が減算されること）強調されたためである。

そして、残差５、７では距離＝５０〔ｍ〕付近のピークＦ，Ｈが最大のピークとなっている。このピークにより３つめのターゲットを確かに検出できたことが分かる。

また、残差５と残差７の約５０〔ｍ〕という同じ距離で検出されたピーク値は、ピークテーブル２３２において加算されるので、再生されたレーダ出力結果では３つめのターゲットによるピークが強調される。したがって、遠方に存在し、また、複数のターゲットがあるため検出しにくいターゲットに対し、最大ピーク検出部２３３がピーク値を加算していく処理が有効であることが確認できる。

以上説明したように、本実施形態のレーダ装置は、自己相関特性をレーダ出力結果から次々に減算することで、自己相関特性が悪い拡散符号を用いても、複数のターゲットの検出精度を向上できる。

１３ 送信アンテナ
２１ 受信アンテナ
２２ マッチドフィルタ
２３ 距離検出部
１００ レーダ装置
２３１ 時間・ピーク対応づけ部
２３２ ピークテーブル
２３３ 最大ピーク検出部
２３４ ゲイン調整・平行移動部
２３５ 減算部
２３６ 終了判定部
２３７ ターゲット・距離算出部

Claims (6)

1. 物標までの距離を検出する距離検出装置であって、
   拡散符号で拡散された送信波を送信する送信手段と、
   送信波が物標により反射された受信波を受信する受信手段と、
   前記受信手段が受信した前記受信波と前記拡散符号との相関演算を行い相関演算結果を出力する相関演算手段と、
   前記送信手段が前記送信波を送信してから前記受信手段が前記受信波を受信するまでの時間情報、又は、前記時間情報を距離に変換した距離情報に対し、前記相関演算結果を対応づけて記録する相関演算結果記録手段と、
   前記相関演算結果から絶対値が閾値以上の極大部を特定し、該極大部の極大値及び該極大値の前記時間情報又は前記距離情報を検出する極大検出手段と、
   前記拡散符号の自己相関特性の最大値が、前記極大値と同等になるように自己相関特性を変倍し、かつ、前記最大値が前記極大値の前記時間情報又は前記距離情報と一致するように自己相関特性を移動させる調整手段と、
   前記相関演算結果から前記調整手段により変倍されかつ移動された自己相関特性を減算する減算手段と、を有する距離検出装置。
2. 前記極大検出手段は、前記極大値と該極大値の前記時間情報又は前記距離情報を対応づけてテーブルに登録しておき、
   前記調整手段により変倍されかつ移動された自己相関特性を前記相関演算結果から前記減算手段が減算した残差に閾値以上の極大部がある場合、
   前記極大検出手段は、前記残差から絶対値が閾値以上の極大部を特定し、前記極大値及び該極大値の前記時間情報又は前記距離情報を検出すると共に、検出された前記時間情報又は前記距離情報が前記テーブルにすでに登録されている前記時間情報又は前記距離情報と同じ場合には、前記時間情報又は前記距離情報に対応づけて登録されている前記極大値に検出した前記残差の前記極大値を加算する、
   ことを特徴とする請求項１記載の距離検出装置。
3. 前記残差を、前記時間情報又は前記距離情報の一分解能分、前及び後にシフトし、シフト前の前記残差と、シフトした前記残差の差を算出した場合に、前方にシフトした場合の差と後方にシフトした場合の差の絶対値の両方が、前記残差の極大部に対し第２の閾値以上の大きさを有する場合、前記残差に極大部があると判定する終了判定手段を有し、
   前記終了判定手段が前記残差に極大部があると判定した場合、
   前記極大検出手段は、前記残差から絶対値が閾値以上の極大部を特定し、前記極大値及び該極大値の前記時間情報又は前記距離情報を検出し、
   前記調整手段は、前記拡散符号の自己相関特性の最大値が、前記残差の前記極大値と同等になるように変倍し、かつ、前記最大値が前記極大値の前記時間情報又は前記距離情報と一致するように自己相関特性を移動させ、
   前記減算手段は、前記残差から前記調整手段により変倍されかつ移動された自己相関特性を減算する、
   ことを特徴とする請求項２記載の距離検出装置。
4. 前記相関演算結果又は前記残差に閾値以上の極大部があるか否か、
   前記減算処理手段が所定回数以上、減算処理を行ったか否か、又は、
   前記極大検出手段が検出した極大部の数が閾値以上になったか否か、の１つ以上を判定することで、前記残差に極大部があるか否かを判定する終了判定手段を有し、
   前記終了判定手段が前記残差に極大部があると判定した場合、
   前記極大検出手段は、前記残差から絶対値が閾値以上の極大部を特定し、極大値及び該極大値の前記時間情報又は前記距離情報を検出し、
   前記調整手段は、前記拡散符号の自己相関特性の最大値が、前記残差の前記極大値と同等になるように変倍し、かつ、前記最大値が前記極大値の前記時間情報又は前記距離情報と一致するように自己相関特性を移動させ、
   前記減算手段は、前記相関演算結果から前記調整手段により変倍されかつ移動された自己相関特性を減算する、
   ことを特徴とする請求項２記載の距離検出装置。
5. 前記終了判定手段が、前記相関演算結果又は前記残差に極大部がないと判定した場合、
   前記テーブルから前記極大値及び該極大値と対応づけられた前記時間情報又は前記距離情報を読み出し、第３の閾値以上の極大値が対応づけられた前記時間情報又は前記距離情報に物標が存在すると判定する物標検出手段、
   を有することを特徴とする請求項２〜４いずれか１項記載の距離検出装置。
6. 物標までの距離を検出する距離検出方法であって、
   拡散符号で拡散された送信波を送信する送信ステップと、
   送信波が物標により反射された受信波を受信する受信ステップと、
   前記受信手段が受信した前記受信波と前記拡散符号との相関演算を行う相関演算ステップと、
   前記送信手段が前記送信波を送信してから前記受信手段が前記受信波を受信するまでの時間情報、又は、前記時間情報を距離に変換した距離情報に対し、前記相関演算結果を対応づけて記録する相関演算結果記録ステップと、
   前記相関演算結果から絶対値が閾値以上の極大部を特定し、該極大部の極大値及び該極大値の前記時間情報又は前記距離情報を検出する極大検出ステップと、
   前記拡散符号の自己相関特性の最大値が、前記極大値と同等になるように自己相関特性を変倍し、かつ、前記最大値が前記極大値の前記時間情報又は前記距離情報と一致するように自己相関特性を移動させる調整ステップと、
   前記相関演算結果から前記調整手段により変倍されかつ移動された自己相関特性を減算する減算ステップと、を有する距離検出方法。
   
   

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