JP2014132250A

JP2014132250A - レーダ装置

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Publication number: JP2014132250A
Application number: JP2013000694A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sato; 洋佐藤; Masaru Ogawa; 勝小川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-01-07
Publication date: 2014-07-17
Also published as: US20150338514A1; EP2942641A4; EP2942641A1; WO2014106907A1; CN104919331A

Abstract

【課題】本発明は、レーダ装置に係り、ターゲット検出を送信信号の帯域幅を広げることなく比較的少ない計算量で高分解能に行うことにある。
【解決手段】送信信号を送信する送信手段と、送信信号の反射波を受信信号として受信する受信手段と、を備え、その受信信号を処理してターゲットを検出するレーダ装置は、受信手段に受信された受信信号を周波数スペクトラムデータにフーリエ変換するＦＦＴ変換手段と、そのフーリエ変換により得られた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、上記のフーリエ変換により得られた周波数スペクトラムデータから上記のピーク周波数近傍のデータを抽出するデータ抽出手段と、その抽出されたピーク周波数近傍のデータを時間軸データに逆フーリエ変換する逆ＦＦＴ変換手段と、その逆フーリエ変換により得られた時間軸データに対して高分解能処理を行うことでターゲットを検出するターゲット検出手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、レーダ装置に係り、特に、送信信号を送信する送信手段と、送信信号の反射波を受信信号として受信する受信手段と、を備え、受信手段に受信された受信信号を処理してターゲットを検出するうえで好適なレーダ装置に関する。

従来、ターゲットからの反射波を受信して得た受信信号を処理してターゲットを検出するレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このレーダ装置は、送信信号の周波数を増加させる区間と減少させる区間とを繰り返すことで連続的に変化させつつ、ターゲットで反射した反射波を受信信号として受信し、その受信信号を処理してターゲットまでの距離を検出する。

ＦＭ−ＣＷレーダ装置においてターゲット検出を行ううえで一般的なフーリエ変換を用いて周波数分析を行った場合は、分解能が低いので、互いに近接したターゲットを区別して検出することができないおそれがある。レーダ装置の距離分解能は、一般的に、送信信号の帯域幅に依存するので、ターゲットまでの距離を高分解能に検出するためには、レーダ装置の送信信号の帯域幅を広げることが有効である。しかし、レーダ装置の広帯域化では、高価な素子や回路，アンテナが必要となるので、製造コストが増大すると共に、特に帯域幅が５００ＭＨｚ以上である超広帯域（ＵＷＢ）レーダでは、送信電力が電波法により大幅に制限されるので、ターゲットを探知できる距離が短くなってしまう。

そこで、レーダ装置の帯域幅を広げることなく距離分解能を高める手法として、周波数が僅かに異なる複数の送信信号を送信し、複数の受信信号間の位相差に基づいてターゲットを検出することで、レーダ装置の帯域幅に基づくものに比べて高い分解能を得るＦＤＩ（Frequency Domain Interferometry；周波数干渉計）法がある。

特開２００１−９１６３９号公報

ところで、上記の如く複数の受信信号間の位相差を合成する手法としては、方位の高分解能処理として代表的なＣＡＰＯＮ法やＭＵＳＩＣ法，ＥＳＰＲＩＴ法などが知られている。しかし、かかるＣＡＰＯＮ法などの演算手法を用いたＦＤＩ法をＦＭ−ＣＷレーダに適用して分解能を向上させる技術が特許文献１等で知られているが、この方法では、その計算量がフーリエ変換での計算量に比べて膨大になるので、リアルタイム処理が困難となり、その結果として、その演算手法を、処理時間や演算速度が限られた例えば車載レーダ装置などに適用することはできない。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ターゲット検出を送信信号の帯域幅を広げることなく比較的少ない計算量で高分解能に行うことが可能なレーダ装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、送信信号を送信する送信手段と、前記送信信号の反射波を受信信号として受信する受信手段と、を備え、前記受信手段に受信された前記受信信号を処理してターゲットを検出するレーダ装置であって、前記受信手段に受信された前記受信信号を周波数スペクトラムデータにフーリエ変換するＦＦＴ変換手段と、前記ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、前記ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータから、前記ピーク周波数検出手段により検出された前記ピーク周波数近傍のデータを抽出するデータ抽出手段と、前記データ抽出手段により抽出された前記ピーク周波数近傍のデータを時間軸データに逆フーリエ変換する逆ＦＦＴ変換手段と、前記逆ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた前記時間軸データに対して高分解能処理を行うことでターゲットを検出するターゲット検出手段と、を備えるレーダ装置により達成される。

また、上記の目的は、送信信号を送信する送信手段と、前記送信信号の反射波を受信信号として受信する受信手段と、を備え、前記受信手段に受信された前記受信信号を処理してターゲットを検出するレーダ装置であって、前記受信手段に受信された前記受信信号に対して窓関数演算を行う前処理手段と、前記前処理手段による演算結果として得られたデータを周波数スペクトラムデータにフーリエ変換する第１のＦＦＴ変換手段と、前記第１のＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータに対して後処理を行う後処理手段と、前記後処理手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、前記受信手段に受信された前記受信信号を周波数スペクトラムデータにフーリエ変換する第２のＦＦＴ変換手段と、前記第２のＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータから、前記ピーク周波数検出手段により検出された前記ピーク周波数近傍のデータを抽出するデータ抽出手段と、前記データ抽出手段により抽出された前記ピーク周波数近傍のデータを時間軸データに逆フーリエ変換する逆ＦＦＴ変換手段と、前記逆ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた前記時間軸データに対して高分解能処理を行うことでターゲットを検出するターゲット検出手段と、を備えるレーダ装置により達成される。

本発明によれば、ターゲット検出を送信信号の帯域幅を広げることなく比較的少ない計算量で高分解能に行うことができる。

本発明の第１実施例であるレーダ装置の構成図である。本実施例のレーダ装置において制御回路が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートである。本実施例のレーダ装置において制御回路がターゲットを検出する過程で生成される波形の一例を表した図である。本実施例のレーダ装置において制御回路がターゲットを検出する手法を模式的に表した図である。本実施例のレーダ装置において制御回路が受信信号に対して行うサンプリングとアレー出力との関係を表した図である。一般的にＦＦＴ処理の前後で行われる処理を説明するためのフローチャートである。２つのターゲットが互いに近接して存在する場合の、ＦＦＴ処理のみによる距離検出結果と、本発明の第１実施例の処理による距離検出結果と、本発明の第２実施例の処理による距離検出結果と、のシミュレーション結果を表した図である。本実施例のレーダ装置において制御回路が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートである。

以下、図面を用いて、本発明に係るレーダ装置の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施例であるレーダ装置１０の構成図を示す。レーダ装置１０は、例えば車両や飛行体などの移動体に搭載されており、自移動体の周囲に存在するターゲット（物標）を検出する周辺監視装置である。レーダ装置１０は、例えば、周波数変調した送信波を送信し、ターゲットにより反射される反射波を受信することにより、所定範囲内のターゲットを検出するＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置に適用されるものとすればよい。

図１に示す如く、レーダ装置１０は、アンテナ１２と、高周波回路１４と、制御回路１６と、を備えている。尚、本実施例のレーダ装置１０は、車両に搭載されるものとし、ＦＭ−ＣＷ方式で自車両周囲のターゲットを検出し、レーダ装置１０において検出されたターゲットのデータは、例えば車両に搭載される車間制御装置や速度制御装置，制動装置などのアプリケーション装置に提供・出力されて使用される。

アンテナ１２は、車体前部や車体後部のバンパーなどに配設されている。アンテナ１２は、送信すべき送信信号を外部空間へ照射する送信アンテナ１２ａと、送信アンテナ１２ａから送信された送信信号がターゲットに反射して生成される反射波を受信する受信アンテナ１２ｂと、からなる。送信アンテナ１２ａは、車両周囲（例えば、車両進行方向）の所定範囲内に送信信号を送信する。また、受信アンテナ１２ｂは、所定範囲内から反射される反射波を受信信号として受信することができる。

高周波回路１４は、発振器及び混合器を有している。この発振器は、周波数が経時的に変化する発振信号を出力する。上記したアンテナ１２の送信アンテナ１２ａは、高周波回路１４の発振器に接続されている。送信アンテナ１２ａは、発振器から供給された発振信号に応答して、周波数が経時的に変化する電磁波である送信信号（例えばミリ波）を送信する。

高周波回路１４において、上記の混合器には、上記の発振器及び受信アンテナ１２ｂが接続されている。受信アンテナ１２ｂに受信された反射波は、受信信号として混合器に供給される。混合器は、発振器から出力される発振信号と受信アンテナ１２ｂから供給される受信信号とを混合し、両信号の周波数差であるビート周波数を有するビート信号を生成する。

制御回路１６は、高周波回路１４の混合器に接続するＡ／Ｄ変換器を有している。混合器で生成されたビート信号は、制御回路１６のＡ／Ｄ変換器に入力される。このＡ／Ｄ変換器は、高周波回路１４の混合器から供給されたアナログ信号であるビート信号をデジタル信号に変換する。このＡ／Ｄ変換器によるＡ／Ｄ変換は、予め定められた所定のサンプリング周期で行われる。

制御回路１６は、後述の如く信号処理を行って自車両から所定範囲内に存在するターゲットを検出する。具体的には、Ａ／Ｄ変換により得たデジタル信号についてフーリエ変換（ＦＦＴ）処理などを行うことで周波数スペクトラムデータを生成し、その周波数スペクトラムデータからターゲットの位置に応じた周波数成分（振幅及び位相）を抽出し、その抽出した周波数成分に基づいて、自車両からターゲットまでの距離、自車両とターゲットとの相対速度、及び自車両に対するターゲットの方位（角度）を検出する。そして、その検出したターゲットを制御対象として認識して、その認識結果に応じた制御信号をアプリケーション装置へ向けて出力する。

次に、図２〜図５を参照して、本実施例のレーダ装置１０におけるターゲットを検出する手法について説明する。

図２は、本実施例のレーダ装置１０において制御回路１６が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図３は、本実施例のレーダ装置１０において制御回路１６がターゲットを検出する過程で生成される波形の一例を表した図を示す。図４は、本実施例のレーダ装置１０において制御回路１６がターゲットを検出する手法を模式的に表した図を示す。また、図５は、本実施例のレーダ装置１０において制御回路１６が受信信号に対して行うサンプリングとアレー出力との関係を表した図を示す。

本実施例において、アプリケーション装置などが起動されることでレーダ装置１０が起動されると、その起動中、高周波回路１４の発振器から発振信号が出力されることで、車両のアンテナ１２の送信アンテナ１２ａから送信信号が外部空間へ照射されると共に、受信アンテナ１２ｂでの受信処理が行われる。送信アンテナ１２ａから送信される送信信号は、送信周波数が経時的に変化する信号である。

送信信号の照射範囲内にターゲットが存在しないときは、送信アンテナ１２ａから送信された送信信号がターゲットに反射しないので、ターゲットに反射される送信信号の反射波自体が存在せず、この場合は、受信アンテナ１２ｂに受信される受信波の強度は比較的小さい。一方、送信信号の照射範囲内にターゲットが存在するときは、送信アンテナ１２ａから送信された送信信号がそのターゲットで反射して、そのターゲットに反射された送信信号の反射波が受信アンテナ１２ｂに受信される。この場合は、受信アンテナ１２ｂに受信される受信波の強度は比較的大きい。

受信アンテナ１２ｂに送信信号の反射波が受信されると、その受信信号は、高周波回路１４の混合器に供給されることで、発振器からの周波数が経時的に変化する発振信号と混合される。混合器は、受信アンテナ１２ｂからの受信信号と発振器からの発振信号とを混合してビート信号を生成する。ビート信号の周波数は自車両から対象物までの距離を表し、また、ビート信号のレベルは受信反射波の強度を表す。混合器で生成されたビート信号は、制御回路１６へ出力される。

制御回路１６は、高周波回路１４からのアナログ信号である上記のビート信号をＡ／Ｄ変換器に取り込み、所定のサンプリング周期でデータのサンプリングを行ってデジタル変換を行う（ステップ１００）。制御回路１６は、所定のサンプリング周期でサンプリングして得たデジタルデータに対してフーリエ変換（ＦＦＴ）処理を施すことで、時間軸データを周波数スペクトラムデータに変換する（ステップ１１０）。ＦＦＴ処理において、Ｎポイント（例えば、１０２４ポイント）のサンプリングデータから周波数スペクトラムデータを得るうえでの計算量は、Ｏ（Ｎ・ｌｏｇ_１０Ｎ）である。

次に、制御回路１６は、上記の如くＦＦＴ処理により求めた周波数スペクトラムデータに対して周波数を変化させる探索を実行し、その周波数スペクトラムデータの中で信号強度がピークとなる周波数（ピーク周波数）を検出する（ステップ１２０）。このＦＦＴ処理により求めた周波数スペクトラムデータのピーク周波数は、後述のＣＡＰＯＮ法を用いたＦＤＩ法によるものに比べて周波数ピーク幅が広く精度の低いものとなる。

尚、上記ステップ１２０におけるピーク周波数の検出は、信号強度のピークが閾値以上となる周波数を抽出するものであればよく、この場合、閾値は、自車両において検出すべきターゲットを検出するのに必要な最小の信号強度であればよい。また、送信信号の照射範囲内にターゲットが複数存在する場合は、複数のピーク周波数が得られる。更に、ＦＦＴ処理により得られる周波数スペクトラムデータでは、ナイキスト定理によりサンプリング周波数の１／２を中心にして左右で線対称の同じ波形が現れるため、一ターゲットに対するピーク周波数は、図３（Ａ）に示す如く、サンプリング周波数の１／２を中心にして左右に２箇所現れる。

制御回路１６は、上記の如くＦＦＴ処理による周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出すると、次に、その周波数スペクトラムデータ上でそのピーク周波数（サンプリング周波数の１／２を中心にした左右２箇所のピーク周波数とも）近傍のデータを切り出し、そのピーク周波数近傍のみの周波数スペクトラムデータを作成する（ステップ１３０）。

尚、この周波数スペクトラムデータからのピーク周波数近傍の切り出しは、ピーク周波数を中心にして予め定められた周波数範囲（図３（Ａ）に破線で囲まれる領域）において行われるものとすればよい。また、この切り出された後の部分的な周波数スペクトラムデータは、図３（Ｂ）に示す如く、元の周波数スペクトラムデータ（図３（Ａ）に示す）と同様に、サンプリング周波数の１／２を中心にして左右で線対称の波形である。ただし、混合器で直交検波を行った場合は、ピーク周波数は片側のみとなるので、この場合は一箇所のみ切り出す。

制御回路１６は、上記の如くピーク周波数近傍のみの周波数スペクトラムデータについて逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理を施して、その周波数スペクトラムデータを時間軸データに戻す（ステップ１４０）。この時間軸データは、当初サンプリング周期でサンプリングして得たサンプリングデータの時間軸データに対してデータ量が削減された時間サンプリングデータとなる。尚、このＩＦＦＴ処理において、周波数スペクトラムデータ上のＮポイント（例えば、サンプリング周波数の１／２を中心にした左右トータルで３２ポイントや１６ポイント）のデータから時間軸データを得るうえでの計算量は、Ｏ（Ｎ・ｌｏｇ_１０Ｎ）である。

次に、制御回路１６は、上記の如くＩＦＦＴ処理により求めた時間軸データに対して高分解能処理を施すことで、時間軸データを周波数スペクトラムデータに変換する（ステップ１５０）。この高分解能処理は、図４に示す如く、周波数が僅かに異なる複数の送信信号を送信アンテナ１２ａから送信し、周波数が僅かに異なる複数の反射波を受信アンテナ１２ｂで受信し、それら複数の受信信号間の位相差に基づいてターゲットを検出するＦＤＩ（Frequency Domain Interferometry；周波数干渉計）法の一つであるＣＡＰＯＮ法を用いる。

具体的には、制御回路１６は、送信信号の帯域幅を広げることなく自車両からターゲットまでの距離を検出する際の距離分解能を高める高分解能処理として、図５に示す如く、時間が異なるＫ箇所でそれぞれサンプリングを行った際のアレー状のデータをＸ（ｔ）としかつその重みをＷ（ｔ）とし、サンプリング周期をＴとし、アレー出力ｙ（ｔ）を次式（１）で表し、自己相関行列Ｒｘｘを次式（２）とし、モードベクトルａ（ｆ）を次式（３）とすると、周波数スペクトラムデータを次式（４）で表す。この高分解能処理（ＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法）において、Ｎポイントのサンプリングデータから周波数スペクトラムデータを得るうえでの計算量は、Ｏ（Ｎ^３）である。

制御回路１６は、上記の如く高分解能処理により周波数スペクトラムデータを求めると、次に、その周波数スペクトラムデータに対して周波数を変化させる探索を実行し、その周波数スペクトラムデータの中で信号強度がピークとなるピーク周波数を検出する（ステップ１６０）。この高分解能処理により求めた周波数スペクトラムデータのピーク周波数は、上述のＦＦＴ処理によるものに比べて周波数ピーク幅が狭く精度の高いものとなる。

尚、上記ステップ１６０におけるピーク周波数の検出は、信号強度のピークが閾値以上となる周波数を抽出するものであればよく、この場合、閾値は、自車両において検出すべきターゲットを検出するのに必要な最小の信号強度であればよい。また、送信信号の照射範囲内にターゲットが複数存在する場合は、複数のピーク周波数が得られる。更に、高分解能処理により得られる周波数スペクトラムデータでは、ナイキスト定理によりサンプリング周波数の１／２を中心にして左右で線対称の同じ波形が現れるため、一ターゲットに対するピーク周波数は、サンプリング周波数の１／２を中心にして左右に２箇所現れる。

制御回路１６は、上記の如く高分解能処理による周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出すると、そのピーク周波数に相当する自車両からの距離にターゲットが存在すると推定し、自車両からターゲットまでの距離を検出する。尚、この際、ピーク周波数が、複数のターゲットが存在するように複数あるときは、ターゲットごとに距離検出を行う。そして、その検出距離に応じた制御信号を生成し、アプリケーション装置への制御出力を行う。

このように、本実施例のレーダ装置１０においては、ターゲットで反射した送信信号の反射波の受信結果に基づいて自車両からターゲットまでの距離を検出する信号処理を、ＦＦＴ処理とＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法の高分解能処理とを組み合わせてハイブリッドで行うことができる。

具体的には、一旦、ビート信号のサンプリングデータ（全データ；例えば１０２４ポイント）をＦＦＴ処理することにより求めた周波数スペクトラムデータの全周波数範囲を探索して比較的粗いピーク周波数を検出し、その後、そのピーク周波数近傍の周波数スペクトラムデータ（例えば、サンプリング周波数の１／２を中心にした左右トータルで３２ポイントや１６ポイント）をＩＦＦＴ処理して時間軸データに戻した後にその時間軸データを高分解能処理することにより求めた周波数スペクトラムデータを探索して比較的精しいピーク周波数を検出する。

かかる構成によれば、ＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法の高分解能処理により求めた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出するので、ＦＦＴ処理のみにより求めた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出する構成に比べて、ピーク周波数を高い分解能で検出することができ、ピーク周波数の検出精度を高めることができる。このため、本実施例によれば、送信信号の帯域幅を広げることなくターゲットまでの距離検出を高分解能に行うことができる。

また、上記の構成によれば、ピーク周波数の検出を、ＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法の高分解能処理のみにより行うものではなく、その高分解処理とＦＦＴ処理との双方を用いて行う。具体的には、ＦＦＴ処理による周波数スペクトラムデータの全周波数範囲を探索してピーク周波数を検出し、そのピーク周波数近傍の周波数スペクトラムデータを時間軸データに戻し、その時間軸データを高分解能処理により周波数スペクトラムデータに変換した後に、その周波数スペクトラムデータを探索してピーク周波数を検出する。このため、本実施例によれば、ＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法の高分解能処理のみによりピーク周波数を検出する構成に比べて、計算量を大幅に削減することができ、ターゲットまでの距離検出を比較的少ない計算量で行うことができる。

例えばＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置において、１０２４ポイントのサンプリングデータからＦＦＴ処理により周波数スペクトラムデータを得るうえでの計算量Ｏ（Ｎ・ｌｏｇ_１０Ｎ）は、"３０８２"となる。一方、１０２４ポイントのサンプリングデータからＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法により周波数スペクトラムデータを得るうえでの計算量Ｏ（Ｎ^３）は、"１．０７×１０^９"となり、上記のＦＦＴ処理のものに比べて膨大になり、３４万倍以上となる。

これに対して、本実施例のレーダ装置１０の如く、１０２４ポイントのサンプリングデータのＦＦＴ処理を経て、サンプリング周波数の１／２を中心にした左右トータルで３２ポイントのデータのＩＦＦＴ処理及び高分解能処理（ＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法）を行うことで周波数スペクトラムデータを生成する場合は、そのトータルの計算量Ｏ（（１０２４・ｌｏｇ_１０１０２４）＋（３２・ｌｏｇ_１０３２）＋（３２^３））は、"３５８９３"となり、上記のＦＦＴ処理のみのものの１２倍程度に抑えられると共に、上記の高分解能処理のみのものに比べて大幅に削減される。

従って、本実施例のレーダ装置１０によれば、自車両からターゲットまでの距離検出を送信信号の帯域幅を広げることなく比較的少ない計算量で高分解能に行うことができる。このため、本実施例のレーダ装置１０によれば、自車両からターゲットまでの距離検出をリアルタイム処理で高精度に行うことができるので、ターゲット検出結果を用いたアプリケーション装置の制御を応答性よく高精度なものとすることができる。

尚、上記の第１実施例においては、アンテナ１２の送信アンテナ１２ａが特許請求の範囲に記載した「送信手段」に、アンテナ１２の受信アンテナ１２ｂが特許請求の範囲に記載した「受信手段」に、それぞれ相当している。また、制御回路１６が、図２に示すルーチン中ステップ１１０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「ＦＦＴ変換手段」が、ステップ１２０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「ピーク周波数検出手段」が、ステップ１３０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「データ抽出手段」が、ステップ１４０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「逆ＦＦＴ変換手段」が、ステップ１５０，１６０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「ターゲット検出手段」が、それぞれ実現されている。

また、上記の第１実施例においては、制御回路１６が、ステップ１５０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「高分解能データ変換手段」が、ステップ１６０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「高分解能ピーク周波数検出手段」が、上記ステップ１６０の処理により得られたピーク周波数に基づいてターゲットまでの距離を検出することにより特許請求の範囲に記載した「距離検出手段」が、それぞれ実現されている。

図６は、一般的にＦＦＴ処理の前後で行われる処理を説明するためのフローチャートを示す。尚、図６において、上記図２に示すステップと同一の処理を実行するステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。また、図７は、２つのターゲットが互いに近接して存在する場合の、ＦＦＴ処理のみによる距離検出結果と、第１実施例の処理による距離検出結果と、第２実施例の処理による距離検出結果と、のシミュレーション結果を表した図を示す。尚、図７（Ａ）にはレーダ装置と２つのターゲットとの具体的な位置関係を、図７（Ｂ）には図７（Ａ）に示す位置関係でのＦＦＴ処理のみによる距離検出結果を、図７（Ｃ）には図７（Ａ）に示す位置関係での第１実施例の処理による距離検出結果を、また、図７（Ｄ）には図７（Ａ）に示す位置関係での第２実施例の処理による距離検出結果を、それぞれ示す。

ところで、ＦＦＴ処理による周波数スペクトラムデータのピーク周波数を感度良く検出するためには、一般的に、図６に示す如く、データサンプリング後、ＦＦＴ処理の前処理として窓関数演算が行われると共に、ＦＦＴ処理の後処理としてブランク減算処理及び積分処理が行われる。尚、窓関数は、所定有限区間外のデータをゼロとする重み付け関数であって、例えば、ハニング窓やハミング窓，ブラックマン窓などである。また、積分処理は、瞬間的に複数回連続してサンプリングしたデータを周波数軸上で積分することで、Ｓ／Ｎ比の向上を図る処理である。更に、ブランク減算処理は、反射波の無い環境で予めサンプリングしておいたデータ（ブランクデータ）を受信信号から減算することで、カップリングノイズ等の回路固有のノイズを抑制する処理である。

一方、上記の前処理及び後処理が行われると、ＦＦＴ処理の前後でデータが加工されるので、その加工されたデータが逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理で時間軸データに変換されると、その時間軸データが所望の波形に戻らない可能性が高い。かかる状況では、そのＩＦＦＴ処理後に高分解能処理で周波数スペクトラムデータに変換されても、その高分解能処理による周波数スペクトラムデータのピーク周波数を精度よく検出することができず、その結果として、ターゲットまでの距離を精度よく検出することができないおそれがある。

例えば図７（Ａ）に示す如く、レーダ装置のアンテナ１２から２メートル程度の位置に２つのターゲット（円柱状）Ｔ１，Ｔ２が前後３０ｃｍ離れて位置する場合、ＦＦＴ処理のみでは、２つのターゲットＴ１，Ｔ２を区別して検出することができない（図７（Ｂ）参照）。また、上記した第１実施例においてＦＦＴ処理の前後に上記の前処理及び後処理が追加されたものでは、２つのターゲットＴ１，Ｔ２を表すピーク同士のレベル差が比較的小さく（１ｄｂ程度）、ピークの分離が困難であると共に、それらピーク同士の周波数間隔（距離間隔）が実際の間隔（３０ｃｍ）と一致していない（５０ｃｍ程度；図７（Ｃ）参照）。

そこで、本発明の第２実施例は、制御回路１６での信号処理により上記の不都合を解決してターゲット検出の更なる精度向上を図ることとしている。以下、図８を参照して、本実施例のレーダ装置１０におけるターゲットを検出する手法について説明する。

すなわち、本実施例のレーダ装置１０は、制御回路１６に図２に代えて図８に示す制御ルーチンを実行させることにより実現される。図８は、本実施例のレーダ装置１０において制御回路１６が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。尚、図８において、上記図２に示すステップと同一の処理を実行するステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施例において、制御回路１６は、高周波回路１４からの送信信号と受信信号とのビート信号をＡ／Ｄ変換器に取り込み、所定のサンプリング周期でデータのサンプリングを行うと（ステップ１００）、まず、そのサンプリングデータに対して前処理を行う（ステップ２００）。この前処理は、窓関数演算である。そして、その後、その窓関数演算後のデジタルデータに対してフーリエ変換（ＦＦＴ）処理を施すことで、時間軸データを周波数スペクトラムデータに変換する（ステップ２１０）。

次に、制御回路１６は、上記ステップ２１０におけるＦＦＴ処理により求めた周波数スペクトルデータに対して後処理を行う（ステップ２２０及びステップ２３０）。この後処理は、ＦＦＴ処理により求めた周波数スペクトルデータに対してピークを先鋭にするために行う加工処理であって、具体的には、上記の積分処理及び上記のブランク減算処理である。

そして、制御回路１６は、上記ステップ１２０と同様に、上記した後処理後の周波数スペクトラムデータに対して周波数を変化させる探索を実行し、その周波数スペクトラムデータの中で信号強度がピークとなるピーク周波数を検出する（ステップ２４０）。この後処理後の周波数スペクトラムデータのピーク周波数は、後述のＣＡＰＯＮ法を用いたＦＤＩ法によるものに比べて周波数ピーク幅が広く精度の低いものとなる。

制御回路１６は、上記の如く、高周波回路１４からの送信信号と受信信号とのビート信号をＡ／Ｄ変換器に取り込み、所定のサンプリング周期でデータのサンプリングを行った後（ステップ１００）、更に、上記ステップ２００〜２４０の処理とは別に、サンプリング後のデジタルデータに対して上記の前処理及び後処理を行うことなく、そのサンプリング後のデジタルデータに対してフーリエ変換（ＦＦＴ）処理を施すことで、時間軸データを周波数スペクトラムデータに変換する（ステップ２６０）。

制御回路１６は、上記ステップ２４０においてピーク周波数を検出し、かつ、上記ステップ２６０においてＦＦＴ処理により周波数スペクトルデータを求めると、次に、そのステップ２６０におけるＦＦＴ処理により求めた周波数スペクトルデータ上でそのステップ２４０で検出したピーク周波数（サンプリング周波数の１／２を中心にした左右２箇所のピーク周波数とも）近傍のデータを切り出し、そのピーク周波数近傍のみの周波数スペクトラムデータを作成する（ステップ２７０）。

尚、この周波数スペクトラムデータからのピーク周波数近傍の切り出しは、ピーク周波数を中心にして予め定められた周波数範囲において行われるものとすればよい。また、この切り出された後の部分的な周波数スペクトラムデータは、元の周波数スペクトラムデータと同様に、サンプリング周波数の１／２を中心にして左右で線対称の波形である。ただし、混合器で直交検波を行った場合は、ピーク周波数は片側のみとなるので、この場合は一箇所のみ切り出す。

次に、制御回路１６は、上記ステップ２７０で生成したピーク周波数近傍のみの周波数スペクトラムデータについて逆フーリエ変換（ＩＦＦＴ）処理を施して、その周波数スペクトラムデータを時間軸データに戻す（ステップ２８０）。この時間軸データは、当初サンプリング周期でサンプリングして得たサンプリングデータの時間軸データに対してデータ量が削減された時間サンプリングデータとなる。

そして、制御回路１６は、上記の如くＩＦＦＴ処理により求めた時間軸データに対して高分解能処理を施すことで、時間軸データを周波数スペクトラムデータに変換し（ステップ２９０）、その周波数スペクトラムデータに対して周波数を変化させる探索を実行し、その周波数スペクトラムデータの中で信号強度がピークとなるピーク周波数を検出する（ステップ３００）。尚、上記の高分解能処理は、上記のＦＤＩ法の一つであるＣＡＰＯＮ法を用いる。また、上記の高分解能処理により求めた周波数スペクトラムデータのピーク周波数は、上述のＦＦＴ処理によるものに比べて周波数ピーク幅が狭く精度の高いものとなる。

このように、本実施例のレーダ装置１０においても、ターゲットで反射した送信信号の反射波の受信結果に基づいて自車両からターゲットまでの距離を検出する信号処理を、ＦＦＴ処理とＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法の高分解能処理とを組み合わせてハイブリッドで行うことができる。

具体的には、ビート信号のサンプリングデータ（全データ；例えば１０２４ポイント）に対する上記の前処理及び後処理を伴うＦＦＴ処理により求めた周波数スペクトラムデータの全周波数範囲を探索して比較的粗いピーク周波数を検出すると共に、そのピーク周波数検出と並行して、ビート信号のサンプリングデータ（全データ；例えば１０２４ポイント）に対する上記の前処理及び後処理を伴わないＦＦＴ処理により周波数スペクトラムデータを求め、その求めた周波数スペクトルデータから上記の検出したピーク周波数近傍のデータ（例えば、サンプリング周波数の１／２を中心にした左右トータルで３２ポイントや１６ポイント）を切り出し、その切り出したデータをＩＦＦＴ処理して時間軸データに戻した後にその時間軸データを高分解能処理することにより求めた周波数スペクトラムデータを探索して比較的精しいピーク周波数を検出する。

かかる構成によれば、ＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法の高分解能処理により求めた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出するので、ＦＦＴ処理のみにより求めた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出する構成に比べて、ピーク周波数を高い分解能で検出することができ、ピーク周波数の検出精度を高めることができる。また、ピーク周波数の検出を、ＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法の高分解能処理のみにより行うものではなく、その高分解処理とＦＦＴ処理との双方を用いて行う。

従って、本実施例のレーダ装置１０においても、自車両からターゲットまでの距離検出を送信信号の帯域幅を広げることなく比較的少ない計算量で高分解能に行うことができる。このため、本実施例のレーダ装置１０によれば、自車両からターゲットまでの距離検出をリアルタイム処理で高精度に行うことができるので、ターゲット検出結果を用いたアプリケーション装置の制御を応答性よく高精度なものとすることができる。

また、本実施例の構成においては、ピーク周波数を検出する対象となる周波数スペクトラムデータは、ＦＦＴ処理の前後で前処理及び後処理を伴うものである。このため、ターゲット検出に大きな影響を与えるピーク周波数の感度低下は抑えられる。一方、ピーク周波数近傍のデータが切り出されかつその後にＩＦＦＴ処理で時間軸データに変換される周波数スペクトラムデータは、ＦＦＴ処理の前後で前処理及び後処理を伴わないものである。このため、ＦＦＴ処理の前後で前処理及び後処理により加工されたデータが、ＩＦＦＴ処理で時間軸データに変換される周波数スペクトラムデータとして切り出されることは無く、また、ＩＦＦＴ処理で時間軸データに変換されることは無いので、ＩＦＦＴ処理後の時間軸データを所望の波形に戻すことが可能である。

例えば図７（Ａ）に示す如く、アンテナ１２から２メートル程度の位置に２つのターゲット（円柱状）Ｔ１，Ｔ２が前後３０ｃｍ離れて位置する場合、本実施例のレーダ装置１０においては、２つのターゲットＴ１，Ｔ２を表すピーク同士のレベル差が比較的大きく、ピークの分離が容易であると共に、それらピーク同士の周波数間隔（距離間隔）が実際の間隔（３０ｃｍ）と略同じである（図７（Ｄ）参照）。

従って、本実施例のレーダ装置１０によれば、ＦＦＴ処理による周波数スペクトラムデータのピーク周波数を感度良く検出（粗ピーク検出）しつつ、ＩＦＦＴ処理後の高分解能処理による周波数スペクトラムデータのピーク周波数を精度よく検出（精ピーク検出）することができる。このため、本実施例によれば、自車両からターゲットまでの距離検出の更なる精度向上を図ることができる。

尚、上記の第２実施例においては、制御回路１６が、図８に示すルーチン中ステップ２００の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「前処理手段」が、ステップ２１０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「第１のＦＦＴ変換手段」が、ステップ２２０，２３０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「後処理手段」が、ステップ２４０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「ピーク周波数検出手段」が、ステップ２６０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「第２のＦＦＴ変換手段」が、ステップ２７０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「データ抽出手段」が、ステップ２８０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「逆ＦＦＴ変換手段」が、ステップ２９０，３００の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「ターゲット検出手段」が、それぞれ実現されている。

また、上記の第２実施例においては、制御回路１６が、ステップ２９０の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「高分解能データ変換手段」が、ステップ３００の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「高分解能ピーク周波数検出手段」が、上記ステップ３００の処理により得られたピーク周波数に基づいてターゲットまでの距離を検出することにより特許請求の範囲に記載した「距離検出手段」が、それぞれ実現されている。

更に、上記の第２実施例においては、サンプリングデータに対して窓関数演算による前処理を実施した後にＦＦＴ処理を施し、そのＦＦＴ処理により求めた周波数スペクトラムデータに対して後処理を実施することとしているが、Ｓ／Ｎ比が比較的高い場合には、かかる後処理を実施しなくてもよい。すなわち、上記の後処理は、Ｓ／Ｎ比が比較的低い場合に実施されるものとすればよく、Ｓ／Ｎ比が比較的高い場合には実施されなくてもよい。

ところで、上記の第１及び第２実施例においては、高分解能処理として、ＣＡＰＯＮ法を利用したＦＤＩ法を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＣＡＰＯＮ法以外に、ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法などを利用したＦＤＩ法を用いることとしてもよい。

また、上記の第１及び第２実施例においては、高分解能処理により時間軸データを周波数スペクトラムデータに変換し、その周波数スペクトラムデータのピーク周波数に基づいてターゲットまでの距離を検出するが、本発明はこれに限定されるものではなく、高分解能処理によっては、時間軸データを周波数スペクトラムデータに変換せず、直接にターゲットまでの距離を検出するものであってもよい。この高分解処理は、例えば、ＥＳＰＲＩＴ法などである。

１０レーダ装置
１２アンテナ
１２ａ送信アンテナ
１２ｂ受信アンテナ
１４高周波回路
１６制御回路

Claims

送信信号を送信する送信手段と、前記送信信号の反射波を受信信号として受信する受信手段と、を備え、前記受信手段に受信された前記受信信号を処理してターゲットを検出するレーダ装置であって、
前記受信手段に受信された前記受信信号を周波数スペクトラムデータにフーリエ変換するＦＦＴ変換手段と、
前記ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、
前記ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータから、前記ピーク周波数検出手段により検出された前記ピーク周波数近傍のデータを抽出するデータ抽出手段と、
前記データ抽出手段により抽出された前記ピーク周波数近傍のデータを時間軸データに逆フーリエ変換する逆ＦＦＴ変換手段と、
前記逆ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた前記時間軸データに対して高分解能処理を行うことでターゲットを検出するターゲット検出手段と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
送信信号を送信する送信手段と、前記送信信号の反射波を受信信号として受信する受信手段と、を備え、前記受信手段に受信された前記受信信号を処理してターゲットを検出するレーダ装置であって、
前記受信手段に受信された前記受信信号に対して窓関数演算を行う前処理手段と、
前記前処理手段による演算結果として得られたデータを周波数スペクトラムデータにフーリエ変換する第１のＦＦＴ変換手段と、
前記第１のＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、
前記受信手段に受信された前記受信信号を周波数スペクトラムデータにフーリエ変換する第２のＦＦＴ変換手段と、
前記第２のＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータから、前記ピーク周波数検出手段により検出された前記ピーク周波数近傍のデータを抽出するデータ抽出手段と、
前記データ抽出手段により抽出された前記ピーク周波数近傍のデータを時間軸データに逆フーリエ変換する逆ＦＦＴ変換手段と、
前記逆ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた前記時間軸データに対して高分解能処理を行うことでターゲットを検出するターゲット検出手段と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
前記第１のＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータに対して後処理を行う後処理手段を備え、
前記ピーク周波数検出手段は、前記ピーク周波数として、前記後処理手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出することを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
前記後処理は、前記第１のＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータに対してピークを先鋭にするために行う加工処理であることを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
前記高分解能処理は、前記逆ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた前記時間軸データに対する周波数干渉計法を用いた処理であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載のレーダ装置。
前記ターゲット検出手段は、
前記時間軸データを前記高分解能処理により周波数スペクトラムデータに変換する高分解能データ変換手段と、
前記高分解能データ変換手段による演算結果として得られた周波数スペクトラムデータのピーク周波数を検出する高分解能ピーク周波数検出手段と、
前記高分解能ピーク周波数検出手段による検出結果に基づいてターゲットまでの距離を検出する距離検出手段と、
を有することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項記載のレーダ装置。
前記高分解能処理は、前記逆ＦＦＴ変換手段による演算結果として得られた前記時間軸データに対するＣＡＰＯＮ法、ＭＵＳＩＣ法、又はＥＳＰＲＩＴ法を用いた処理であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載のレーダ装置。