JP2018084522A - 物体検知装置および物体検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ターゲットの位置を精度よく検知する物体検知装置を得る。【解決手段】ターゲット検出手段１は、ターゲットから反射された反射信号の周波数スペクトラムのピークを検出するピーク検出手段３０と、ピーク検出結果にもとづきターゲットの距離・相対速度を算出する距離・相対速度算出手段３１と、複数変調区間のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列のうち、共分散行列加算禁止手段３３で加算を禁止されていない共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出する方向算出手段３２と、過去の複数のターゲットの検知結果からピーク周波数スペクトラムの発生するビート周波数を予測して予測ピーク周波数を算出するピーク予測手段３５を有し、共分散行列加算禁止手段３３は、予測ピーク周波数にもとづいて加算禁止区間を算出するようにした。【選択図】図１

Description

この発明は、対象物体（以下、「ターゲット」という）に送信信号（電波）を照射して、送信信号に基づくターゲットからの反射信号に基づいてターゲットを検知する物体検知装置および物体検知方法に関するものである。

従来の物体検知装置は、複数の変調区間を有する送信信号を送信する送信手段と、送信信号がターゲットで反射された反射信号を複数のアンテナにより受信する受信手段と、送信信号と受信手段により受信された複数の受信信号とをそれぞれミキシングして複数のビート信号を得るミキシング手段と、複数のビート信号をそれぞれ周波数解析する周波数解析手段と、周波数解析手段により解析された複数の周波数解析結果に基づいて、複数変調区間のピーク周波数スペクトラムが所定条件外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出するタミーゲット検出手段を備えている（特許文献１参照）。
つまり、ターゲット検出手段は、複数の変調区間のピーク周波数が所定条件、例えばピーク周波数が０付近である場合に、ピーク周波数が所定条件のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止するようにしている。

また、従来の物体検知装置として、周波数がノコギリ波状に変化するように周波数変調された高周波信号（チャープ）を複数回生成する第１変調期間と、周波数が三角波状に増加・減少するように周波数変調された高周波信号（ＦＭＣＷ）を生成する第２変調期間とを交互に繰り返して送信信号を送信し、ターゲットで反射された反射信号を受信して、その受信信号に基づいて前方物体である物標までの距離、物標の速度、物標の方位を観測するようにしたものがある（特許文献２参照）。

特開２０１０−１２７９１２号公報 特開２０１６−３８７３号公報

特許文献１の従来技術では、次の問題が生じる。
１）停止物ターゲットが存在しない場合も、停止物ターゲットが存在する可能性のある周波数範囲のピークを共分散行列の加算に使用しないため、必要以上にスナップショット数が少なくなる可能性があり、ひいては、測角精度の劣化を招く恐れがある。
２）ある周期に観測された複数のターゲットのピーク周波数の差分が小さい場合に共分散行列の加算を行わないこととしているが、ターゲットの中にＵＰ区間とＤＯＷＮ区間のペアリングを誤ったターゲットが含まれてしまうと、本来は複数ターゲットのピークが重複していないにもかかわらず、ペアリングが誤っていることでピークが重複したと判定してしまい、必要以上にスナップショット数が少なくなる可能性があり、ひいては、測角精度の劣化を招く恐れがある。
なお、この発明において、重複とは、同一のピーク周波数スペクトラムの成分に異なる距離・相対速度のピーク周波数スペクトラムの成分が重なってしまう現象を指す。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、スナップショット数の減少を解消することにより、測角精度の劣化を防止することを目的とした物体検知装置および物体検知方法を提供するものである。

この発明に係わる物体検知装置は、複数の変調区間を有する送信信号を送信する送信手段と、送信信号がターゲットで反射された反射信号を複数のアンテナで受信する受信手段と、送信信号と受信手段で受信された受信信号とをミキシングして複数のビート信号を得るミキシング手段と、ビート信号をそれぞれ周波数解析する周波数解析手段と、周波数解析手段により解析された周波数解析結果に基づいて、ターゲットの距離・相対速度・方向を算出するターゲット検出手段を備え、ターゲット検出手段は、ターゲットから反射された反射信号の周波数スペクトラムを検出するピーク検出手段と、ピーク検出手段によるピーク検出結果にもとづきターゲットの距離・相対速度を算出する距離・相対速度算出手段と、複数の変調区間のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列のうち、共分散行列加算禁止手段で加算を禁止されていない共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出する方向算出手段と、距離および相対速度の情報を含む過去の複数のターゲットの検知結果からピーク周波数スペクトラムの発生するビート周波数を予測して予測ピーク周波数を算出するピーク予測手段を有し、共分散行列加算禁止手段は、予測ピーク周波数にもとづいて算出される加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止するようにしたものである。

この発明に係わる物体検知方法は、複数の変調区間を有する送信信号を送信する第１のステップと、送信信号がターゲットで反射された信号を受信信号として複数のアンテナで受信する第２のステップと、送信信号と受信信号とをミキシングして複数のビート信号を得る第３のステップと、ビート信号をそれぞれ周波数解析する第４のステップと、周波数解析の結果に基づいてターゲットの距離・相対速度・方向を算出する第５のステップとを有し、第５のステップは、ターゲットから反射された信号の周波数スペクトラムのピーク周波数を検出するステップと、ピーク周波数の検出結果にもとづきターゲットの距離・相対速度を算出するステップと、後記予測ピーク周波数にもとづいてピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止する区間を算出するステップと、複数の変調区間のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列のうち、共分散行列の加算が禁止されていない共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出するステップと、距離および相対速度の情報を含む過去の複数のターゲットの検知結果からピーク周波数スペクトラムの発生するビート周波数を予測して予測ピーク周波数を算出するステップを有したものである。

この発明は、ピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出する際に、予測ピーク周波数にもとづいて算出される加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止するようにしたから、ターゲットの測角精度の劣化を防止することができ、従来の物体検知装置と比べて精度よくターゲットの位置を検知することができる。

この発明の実施の形態１に係わる物体検知装置のブロック図である。 この発明の実施の形態１に係わる物体検知装置の動作を説明するフローチャート図である。 この発明の実施の形態１の物体検知装置における、チャネル毎、変調区間毎における複素スペクトラムの振幅を表す図である。 この発明の実施の形態１の物体検知装置における、チャネルの変調区間毎における複素スペクトラムの加算禁止区間を表す図である。 この発明の実施の形態１の物体検知装置において、方位角度における複素スペクトラムの振幅を表す図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１における物体検知装置および物体検知方法を図１から図５に基づいて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係わる物体検知装置のブロック図であり、図１において、物体検知装置は、マイクロコンピュータからなるターゲット検出手段１と、ターゲット検出手段１の制御下で制御電圧を出力する制御電圧発生器２と、制御電圧発生器２からの制御電圧に基づいて時間とともに周波数が単調に増加するＵＰ区間、または、周波数が単調に減少するＤＯＷＮ区間を持つように変調された送信信号を出力する制御電圧発振器（ＶＣＯ＝Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）３と、制御電圧発振器３からの送信信号を分配する分配器４と、ターゲット４０に対して送信信号Ｗ１を出射する送信アンテナ（送信手段）５とを備えている。

このような物体検知装置の代表例として、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダ装置が挙げられる。この発明ではＵＰ区間を１つ、ＤＯＷＮ区間を１つ持ち、観測周期Ｔ［ｓ］でＵＰ区間およびＤＯＷＮ区間の複数の変調区間で送受信を繰り返して信号処理を行うＦＭＣＷレーダ装置について説明する。

また、物体検知装置は、送信信号Ｗ１がターゲット４０で反射された反射信号Ｗ２を受信する複数チャネル（たとえば、６チャネル）からなるアレイ状の受信アンテナ（受信手段）６〜１１と、分配器４で分配された送信信号と複数チャネル分の受信信号とをそれぞれミキシングして複数チャネル分のビート信号を得るミキサ（ミキシング手段）１２〜１７と、複数チャネル分のビート信号をアナログ／ディジタル変換するＡ／Ｄコンバータ１８〜２３と、Ａ／Ｄ変換された複数チャネル分のビート信号をそれぞれ周波数解析するＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）演算手段（周波数解析手段）２４〜２９を備えている。

ＦＦＴ演算手段２４〜２９からの複数チャネル分のビート信号の周波数解析結果（複数チャネル分のビート周波数スペクトラム）は、ターゲット検出手段１に入力される。ターゲット検出手段１は、ターゲット４０の距離、相対速度、方向を算出して、ターゲット情報として外部装置（図示せず）に出力する。

上記ターゲット情報を得るため、ターゲット検出手段１は、ビート信号の周波数解析結果からピーク周波数を検出するピーク検出手段３０と、ピーク周波数に基づいてターゲット４０の距離Ｒおよび相対速度Ｖを算出する距離・相対速度算出手段３１と、複数チャネル分のピーク周波数スペクトラム、距離Ｒおよび相対速度Ｖからターゲット４０の方向θを算出する方向算出手段３２と、ターゲットのピーク周波数が所定条件である場合に、ピーク周波数が所定条件のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止する共分散行列加算禁止手段３３と、ある観測周期で観測された複数のターゲットの距離、相対速度、方向等の観測結果と、過去の観測周期で観測された複数のターゲットの距離、相対速度、方向等の観測結果から、時系列で相関のあるターゲットを同一物体であるとして平滑化などの処理を行う時系列処理手段３４と、ある観測周期で観測された複数のターゲットの距離、相対速度、方向等の観測結果から、次の周期に現れるピーク周波数を予測するピーク予測手段３５を備えている。

なお、以降では、距離・相対速度算出手段３１および方向算出手段３２によって得られる距離、相対速度、方向等の観測結果を、「観測ターゲット」の観測結果と表現し、時系列処理手段３４の出力として得られる観測結果を「時系列ターゲット」の観測結果と表現
して区別する。なお、時系列ターゲットの観測結果は、観測ターゲットとは明確に区別するために、平滑距離、平滑相対速度、平滑方向と表現する。

以下、図１に示したこの発明の実施の形態１に係る物体検知装置の動作について説明する。
まず、ターゲット検出手段１から制御電圧発生器２に対して変調開始命令が出力されると、制御電圧発生器２から複数変調区間（たとえば、三角状のＵＰ／ＤＯＷＮ）の制御電圧が制御電圧発振器３に印加され、制御電圧発振器３からは、制御電圧にしたがってＵＰ区間／ＤＯＷＮ区間に周波数変調された送信信号が出力される。

送信信号は、分配器４を介して送信アンテナ５とミキサ１２〜１７とに分配され、送信アンテナ５からターゲット４０に向けて出射される。
一方、ターゲット４０で反射された反射信号Ｗ２は、複数（たとえば、６個）の受信アンテナ６〜１１により、６チャネル分（ＣＨ１〜ＣＨ６とする）の受信信号として受信され、個別のミキサ１２〜１７により送信信号とミキシングされる。

これにより、ミキサ１２〜１７からは、６チャネル分のビート信号が生成され、各ビート信号は、周波数が時間経過にともなって上昇するＵＰ区間と、周波数が時間経過にともなって下降するＤＯＷＮ区間とのそれぞれについて、Ａ／Ｄコンバータ１８〜２３で各々ディジタルデータに変換される。

Ａ／Ｄコンバータ１８〜２３から生成されたディジタルデータは、ＦＦＴ演算手段２４〜２９により、個別にＦＦＴを用いた周波数解析が施される。ＦＦＴ演算手段２４〜２９により算出された６チャネル分の周波数解析結果（ビート周波数スペクトラム）は複素数データとして得られ、ＵＰ区間およびＤＯＷＮ区間のそれぞれについて、ターゲット検出手段１に入力される。

ターゲット検出手段１内において、まず、ピーク検出手段３０は、６チャネル分の周波数解析結果からピーク周波数を検出する。次に、距離・相対速度算出手段３１は、ピーク検出手段３０で検出されたピーク周波数からターゲット４０の距離および相対速度を算出する。このとき、ありえない距離または相対速度の演算値は、ターゲット４０の情報とは見なされずに除外される。

次いで、方向算出手段３２は、距離および相対速度の算出に用いたピーク周波数に対応するピーク周波数スペクトラムに対し、超分解能到来方向推定処理を施すことにより、ターゲット４０の方向θを算出する。ここでは、超分解能到来方向推定処理として、ＭＵＳＩＣ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）法を用いるものとする。

具体的には、後述するように、方向算出手段３２は、複数チャネル分の周波数解析結果に基づいて、観測ターゲットのＵＰ区間ピーク周波数とＤＯＷＮ区間ピーク周波数が所定範囲である場合に、共分散行列加算禁止手段３３はピーク周波数が所定範囲のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止し、ピーク周波数が所定範囲外のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列の固有値および固有ベクトルから、ターゲット４０の方向または個数を算出する。

次いで、時系列処理手段３４では、距離、相対速度、方向等の観測結果を過去の観測結果と平滑化してノイズの影響を抑えたり、過去の観測周期で十分継続して検知している物体であっても、ある観測周期でノイズ等の影響で観測ターゲットを検知できなかった場合に外挿したりする。時系列処理手段３４は物体検知装置ではよく用いられるもので、追尾
処理手段と呼ばれる場合もある。ノイズ等の影響により距離、相対速度、方向等の観測結果のばらつきが大きい場合などは、時系列処理手段３４を設けた方が後述のピーク予測手段３５の予測ピークの精度が向上するため、この実施形態では時系列処理手段３４がある場合について説明するが、時系列処理手段３４は本発明においては必ずしも必須のものではない。

最後に、ピーク予測手段３５では、時系列処理手段３４で得られた時系列ターゲットの平滑距離、平滑相対速度、平滑方向等の観測結果から、次の周期に現れるピーク周波数を予測して予測ピークを算出する。予測ピークの情報は、次の周期にて、共分散行列加算禁止手段３３での共分散行列の加算禁止の条件を決定するために使用する。前述のように時系列処理手段３４を設けない場合は、距離・相対速度算出手段３１、方向算出手段３２の出力である距離、相対速度、方向等の観測情報をピーク予測手段３５に直接入力する。すなわち、時系列処理手段３４を設けない場合は、以降の説明において「時系列ターゲット」はすべて「観測ターゲット」と読み替えることに相当する。

次に、図２〜図５を参照しながら、図１に示したターゲット検出手段１の動作について具体的に説明する。
図２はターゲット検出手段１の動作手順を示すフローチャートである。図３は図２内のステップＳ１０１の処理を示す説明図であり、入力された６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅を示している。また、図５は図２内のステップＳ１１１の処理を示す説明図であり、ＭＵＳＩＣスペクトラムの一例を示している。

図２において、まず、ステップＳ１０１は、ピーク検出手段３０が６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅に対して、ピーク周波数を検出する。具体的には、図３に示すように、６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅に対して、検出閾値を設け、検出閾値以上かつ前後のビート周波数の振幅より大きい振幅をピークと判定する。
なお、この発明では上述の方法でピークを判定するが、ピーク検出手段３０でピーク周波数を検出する方法はさまざまである。たとえば、６チャネル分個別にピーク検出せずに、ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）によって、所定の方向のゲインが強くなるようなビームを形成したうえでピーク周波数を検出してもよい。また、ピーク検出の方法としては、公知のＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）方式を用いてもよい。なお、この発明は、ピーク検出の方法には依存せず、ターゲット４０からの反射成分と思われる周波数を抽出できればどのような方法でもよい。

図３において、（ａ）〜（ｆ）はＵＰ時の６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅を示し、（ｇ）〜（ｌ）はＤＯＷＮ時の６チャネル分のビート周波数スペクトラムの振幅を示しており、それぞれ、横軸はビート周波数、縦軸は振幅である。また、ピークとなった振幅のピーク周波数は、ＵＰ区間については「ｆｂｕ」で示され、ＤＯＷＮ区間については「ｆｂｄ」で示されている。
ＦＭＣＷレーダ装置ではｆｂｕ、ｆｂｄを周波数の単位［Ｈｚ］で表現される場合もあるが、ここでは便宜上、ＦＦＴなどの離散周波数変換を行った場合は離散的な周波数として得られることから、ＦＦＴ後の周波数の刻みを１周波数ビンと定義し、ｆｂｕ、ｆｂｄの単位は［ｂｉｎ］とする。なお、公知のとおり、１周波数ビンを周波数［Ｈｚ］として表現する場合は、周波数ビンに対してＦＦＴ前の信号の観測時間の逆数を乗算すればよいだけである。

また、図３においてはｆｂｕおよびｆｂｄを１つだけしか示していないが、実際には周辺の環境によってピーク周波数の数は変動する。たとえば、移動する車両が複数存在する場合には、複数の車両の分だけピーク周波数が得られる場合もある。
図２に戻り、続いて、ステップＳ１０２は、距離・相対速度算出手段３１が、ステップ
Ｓ１０１で得られたピーク周波数ｆｂｕ、ｆｂｄから、ターゲット４０の距離Ｒおよび相対速度Ｖを、一般的なＦＭＣＷレーダの原理に基づいて算出する。

いま、ＦＦＴ後のビート周波数スペクトラムから離散的なピーク周波数が得られている場合について説明すると、ＦＭＣＷレーダでは、ｆｂｕ、ｆｂｄは距離Ｒ［ｍ］および相対速度Ｖ［ｍ／ｓ］および、１周波数ビンあたりの距離ΔＲ［ｍ／ビン］、１周波数ビンあたりの相対速度ΔＶ［ｍ／ｓ／ビン］から、次式のようにあらわすことができる。ここで、ｆｂｕ、ｆｂｄは正負の周波数範囲を持ち、相対速度Ｖは接近方向が負、離反方向が正となるような符号を持つものとする。

ｆｂｕ＝−Ｒ／ΔＲ−Ｖ／ΔＶ ・・・（１）
ｆｂｄ＝ Ｒ／ΔＲ−Ｖ／ΔＶ ・・・（２）
上記式はすなわち、距離Ｒが遠くなるほど、ｆｂｕは小さく、ｆｂｄは大きくなり、また、相対速度Ｖが接近方向に大きくなるほど、すなわち、負側に大きくなるほど、ドップラシフトの影響によりｆｂｕおよびｆｂｄが大きくなることを意味する。

上記式から、距離Ｒおよび相対速度Ｖは式（３）（４）であらわされる。
Ｒ＝（−ｆｂｕ＋ｆｂｄ）÷２ ・・・（３）
Ｖ＝−（ｆｂｕ＋ｆｂｄ）÷２ ・・・（４）
なお、ＦＭＣＷレーダ装置の原理から、光速をＣ［ｍ／ｓ］、変調周波数幅をＢ［Ｈｚ］、送信波の波長をλ［ｍ］、１ビン当たりの周波数をΔｆ［Ｈｚ］とすると、ΔＲ、ΔＶは次式であらわすことができる。
ΔＲ＝Ｃ／（２Ｂ） ・・・（５）
ΔＶ＝Δｆ・λ／２ ・・・（６）

続いて、ステップＳ１０３は、距離・相対速度算出手段３１が、算出された観測ターゲットの個数Ｋをカウントして記憶する。続いて、ステップＳ１０４は加算禁止区間を算出する。
この実施形態１では、ピーク予測手段３５によって、過去の複数の時系列ターゲットの検知結果から、ピーク周波数スペクトラムの発生するピーク周波数を予測して予測ピーク周波数を算出し、加算禁止区間を設定する。

ピーク予測手段３５では、過去の複数の時系列ターゲットの検知結果から、時系列ターゲットの数だけＵＰ区間およびＤＯＷＮ区間のピークをそれぞれ予測する。
具体的には、式（１）および式（２）に示した通り、距離Ｒおよび相対速度Ｖが既知であれば、ｆｂｕ、ｆｂｄを導出できることから、過去に検知された時系列ターゲットの平滑距離および平滑相対速度から、次の周期の距離および相対速度を予測して予測距離および予測相対速度を算出し、その結果をもとに、ｆｂｕおよびｆｂｄを予測する。

ここで、時系列ターゲットの平滑距離をＲｔｇｔ、平滑相対速度Ｖｔｇｔとすると、次の周期の予測距離Ｒｐｄ、予測相対速度Ｖｐｄ、ＵＰ区間のピーク予測値をｆｂｕｐｄ、ＤＯＷＮ区間のピーク予測値をｆｂｄｐｄは、それぞれ次式であらわされる。なお、Ｔは前述の通り、観測周期を表す。
Ｒｐｄ＝Ｒｔｇｔ＋Ｖｔｇｔ×Ｔ ・・・（７）
Ｖｐｄ＝Ｖｔｇｔ ・・・（８）
ｆｂｕｐｄ＝−Ｒｐｄ／ΔＲ−Ｖｐｄ／ΔＶ ・・・（９）
ｆｂｄｐｄ＝ Ｒｐｄ／ΔＲ−Ｖｐｄ／ΔＶ ・・・（１０）

ここでは等速直線運動を前提に式（７）、式（８）のように距離および相対速度を予測したが、たとえば相対速度の時間変化などから加速度を推定し、等加速度直線運動を前提
として次の周期の距離および相対速度を予測してもよいし、方向の情報も用いて、次の周期に観測される距離、相対速度、方向を予測してもよいし、カーブ中などは円運動を前提として距離および相対速度を予測するようにしてもよい。
また、ＵＰ区間とＤＯＷＮ区間には厳密には変調時間分の時間差が存在するため、変調時間分の時間差の分だけ、距離および相対速度の予測値を変調区間ごと補正し（上記例ではＵＰ区間とＤＯＷＮ区間で個別に補正し）、ｆｂｕｐｄ、ｆｂｄｐｄを補正するようにしてもよい。また、ここでは観測周期Ｔを一定としているが、観測周期Ｔが一定である必要はなく、過去の観測周期から今回の観測周期の距離、相対速度が予測できればどのような値でもよい。

以上の計算により、複数の時系列ターゲット分の、各複数変調区間分（ここではＵＰ区間、ＤＯＷＮ区間）の予測ピーク周波数を算出する。
次いで、加算禁止区間を設定する。実施の形態１では、過去の複数時系列ターゲット分の予測ピーク間の周波数差を計算し、その周波数差が所定のしきい値以下のとき、予測ピーク間の周波数差の導出に用いた予測ピーク周辺の周波数範囲を含むように加算禁止区間が決定される。

たとえば、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢの２つの時系列ターゲット情報が１つ前の観測周期に得られており、時系列ターゲットＡの予測ピークが式（７）〜（１０）によって、ｆｂｕｐｄＡ、ｆｂｄｐｄＡで得られており、時系列ターゲットＢの予測ピークが式（７）〜（１０）によってｆｂｕｐｄＢ、ｆｂｄｐｄＢで得られている場合について説明する。

ＵＰ区間の加算禁止区間は、ＵＰ区間の予測ピークによって算出される。まず、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢのＵＰ区間の予測ピークの差の絶対値Δｆｂｕｐｄを計算する。
Δｆｂｕｐｄ＝｜ｆｂｕｐｄＡ−ｆｂｕｐｄＢ｜

次いで、予測ピークの差Δｆｂｕｐｄがしきい値を下回っているか判定する。
ΔｆｂｕｐｄがＵＰ区間重複判定しきい値ＴＨ０１を上回っている場合は、予測ピークの差が大きい、すなわち、ピークは離れており、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢのピークは今回の観測周期においてＵＰ区間で重複する恐れがないと判定する。この場合は、加算禁止区間は設定されない。

ΔｆｂｕｐｄがＵＰ区間重複判定しきい値ＴＨ０１を下回っている場合は、予測ピークの差が小さい、すなわち、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢのピークは今回の観測周期においてＵＰ区間で重複する恐れがあると判定する。この場合、ＵＰ区間の加算禁止区間は、ｆｂｕｐｄＡとｆｂｕｐｄＢを含むように設定される。

上記した「含むように」とは、たとえば、ｆｂｕｐｄＡが１０ビン、ｆｂｕｐｄＢが８ビンで、ＵＰ区間重複判定しきい値ＴＨ０１が３ビンである場合、８ビン〜１０ビンを含むように、８ビン〜１０ビン、または、７ビン〜１０ビン、または、７ビン〜１１ビンのように設定される。上記は一例であり、８ビン〜１０ビンを含むようにある程度マージンを持って設定される。このように加算禁止区間にマージンを設定する理由は、過去の周期の時系列ターゲット情報には誤差が乗っており、予測ピークが必ずしも正確に算出されるとは限らないためである。

同様にして、ＤＯＷＮ区間の加算禁止区間は、ＤＯＷＮ区間の予測ピークによって算出される。計算方法はＵＰ区間と同様にして決定する。
まず、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢのＤＯＷＮ区間の予測ピークの差の絶
対値Δｆｂｄｐｄを計算する。
Δｆｂｄｐｄ＝｜ｆｂｄｐｄＡ−ｆｂｄｐｄＢ｜

次いで、予測ピークの差Δｆｂｄｐｄがしきい値を下回っているか判定する。
ΔｆｂｄｐｄがＤＯＷＮ区間重複判定しきい値ＴＨ０２を上回っている場合は、予測ピークの差が大きい、すなわち、ピークは離れており、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢのピークは今回の観測周期においてＤＯＷＮ区間で重複する恐れがないと判定する。この場合は、加算禁止区間は設定されない。

ΔｆｂｄｐｄがＤＯＷＮ区間重複判定しきい値ＴＨ０２を下回っている場合は、予測ピークの差が小さい、すなわち、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢのピークは今回の観測周期においてＤＯＷＮ区間で重複する恐れがあると判定する。この場合、ＤＯＷＮ区間の加算禁止区間は、ｆｂｄｐｄＡとｆｂｄｐｄＢを含むように設定される。

以上説明した中でのパラメータ、ＵＰ区間重複判定しきい値ＴＨ０１や、ＤＯＷＮ区間重複判定しきい値ＴＨ０２や、加算禁止区間のマージンは、物体検知装置のハードウェア的な要因（たとえば、ＦＭＣＷレーダ装置において、所望の変調傾きで精度よく変調できるか否かなど）や、信号対雑音電力比（ＳＮＲ：Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）などで変動することから、実際のハードウェア特性などを考慮して設計される。たとえば、実際に設計段階において物体検知装置を搭載した車両で走行して、その走行データを解析して決定するようにしてもよい。

以上、時系列ターゲットＡ、時系列ターゲットＢの２つの時系列ターゲットが過去の観測周期で観測されている場合を例に説明したが、この処理を、過去の観測周期で観測されている時系列ターゲットの組み合わせの分だけ行い、加算禁止区間を設定する。

続いて、ステップＳ１０５は、方向算出手段３２が、観測ターゲットのピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄが加算禁止区間内であるか判定する。
図４（ａ）に示すようにピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄの両方が加算禁止区間内の場合はステップＳ１０６へ進み、図４（ｂ）に示すようにピーク周波数ｆｂｕのみが加算禁止区間内の場合はステップＳ１０７へ進み、図４（ｃ）に示すようにピーク周波数ｆｂｄのみが加算禁止区間内の場合はステップＳ１０８へ進み、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄの両方が加算禁止区間内でない場合はステップＳ１０９へ進む。

ステップＳ１０６では、方向算出手段３２は、ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄ両方が加算禁止区間内なので、共分散行列Ｒｃを生成せず、ステップＳ１１３へ進む。この場合は方向が算出されないため、このように共分散行列Ｒｃを生成できなかった観測ターゲット情報は破棄される。

ステップＳ１０７では、方向算出手段３２は、ＭＵＳＩＣ法に用いるための共分散行列Ｒｃを生成する。ピーク周波数ｆｂｕが加算禁止区間内であるため、共分散行列加算禁止手段３３において、ピーク周波数がｆｂｕのビート周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止し、共分散行列Ｒｃは、６×６次で以下の式（１１）のように表される。

なお、式（１１）において、Ｙｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるピーク周波数ｆｂｄのビート周波数スペクトラムである。またＹｉ^＊はＹｉの複素共役を表している。

ステップＳ１０８では、方向算出手段３２は、ＭＵＳＩＣ法に用いるための共分散行列Ｒｃを生成する。ピーク周波数ｆｂｄが加算禁止区間内なので、共分散行列加算禁止手段３３において、ピーク周波数がｆｂｄのビート周波数スペクトラムから生成される共分散行列の加算を禁止し、共分散行列Ｒｃは、６×６次で以下の式（１２）のように表される。

なお、式（１２）において、Ｘｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるピーク周波数ｆｂｕのビート周波数スペクトラムである。また、Ｘｉ^＊はＸｉの複素共役を表している。

ステップＳ１０９では、方向算出手段３２は、ＭＵＳＩＣ法に用いるための共分散行列Ｒｃを生成する。ピーク周波数ｆｂｕとｆｂｄの両方が加算禁止区間内ではないので、共分散行列Ｒｃは、６×６次で、以下の式（１３）のように表される。

なお、式（１３）において、Ｘｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるピーク周波数ｆｂｕのビート周波数スペクトラム、Ｙｉはｉ番目（ｉ＝１，…，６）のチャネル（ＣＨｉ）におけるピーク周波数ｆｂｄのビート周波数スペクトラムである。また、Ｘｉ^＊はＸｉの複素共役、Ｙｉ^＊はＹｉの複素共役を表している。

ステップＳ１１０は、方向算出手段３２が、共分散行列Ｒｃについて固有値、固有ベクトル解析を行い、固有値Λ１〜Λ６およびそれぞれに対応する固有ベクトルｅ１〜ｅ６を求める。
続いて、ステップＳ１１１は、方向算出手段３２が、固有値Λ１〜Λ６および固有ベクトルｅ１〜ｅ６を用いて、一般的なＭＵＳＩＣ法に基づいて、以下の式（１４）により、角度スペクトラムＰｍ（θ）（ＭＵＳＩＣスペクトラム）を算出する。

なお、式（１４）において、 ｅｉ^Ｈは固有ベクトルｅｉの複素共役転置、Ｌは入射信
号数、λは波長、ｄは受信アンテナ６〜１１の素子間隔である。
次に、ステップＳ１１２は、方向算出手段３２において、ＭＵＳＩＣスペクトラムがピークとなる方向θを抽出する。
具体的には、注目する方向のＭＵＳＩＣスペクトラムが、その前後の方向のＭＵＳＩＣスペクトラムよりも大きい場合に、その方向をピーク方向として算出する。

このように抽出されたピーク方向のうち、ＭＵＳＩＣスペクトラムが大きいものから順に、ターゲット４０の方向θとする。図５の例では、２個のターゲットの方向θとして、θ１およびθ２が算出されている。
なお、ステップＳ１０６〜Ｓ１１２は、ＭＵＳＩＣ法の基本的な処理であり、すでに様々な公知文献で発表されているので、詳細については省略する。

次いで、ステップＳ１１３は、ステップＳ１０３でカウントした観測ターゲット個数Ｋ分の計算が終了したか否かを判定し、計算が終了していない（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップＳ１０５に戻って、ステップＳ１０５〜ステップＳ１１２の処理を繰り返し実行する。
一方、ステップＳ１１３において、観測ターゲット個数分の計算が終了した（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、次いで、ステップＳ１１４に進み、時系列処理手段３４の処理を実行する。

時系列処理手段３４では、今回の観測周期で観測されたすべての観測ターゲットの距離、相対速度、方向等の観測結果と、過去の観測周期で観測されたすべての時系列ターゲットの平滑距離、平滑相対速度、平滑方向等の時系列処理結果を比較して、それぞれの観測結果が今回観測ターゲットと過去の時系列ターゲットで近ければ時系列で相関があるとして、時系列で相関があると判定された観測ターゲットについて、今回の距離、相対速度、方向等の観測結果を過去の時系列ターゲットの時系列処理結果と平滑化してノイズの影響を抑える。

また、過去の観測周期で長時間にわたって継続的に相関があると判定されていた物体であっても、今回の観測周期でノイズ等の影響で観測ターゲットを検知できなかった場合や、ステップＳ１０６で共分散行列を生成せず、方向情報が得られなかった場合などには、ただちに時系列ターゲット情報を消去するのではなく、所定の回数を上限として（たとえば３周期など）、時系列ターゲット情報を外挿したりする。外挿とは、過去の観測周期から今回得られるであろうターゲット情報を予測して出力することを意味し、たとえば、等速直線運動を仮定する場合は、過去に観測されていた平滑距離を平滑相対速度の分だけ変化させて出力することになる。また、過去の観測周期と今回の観測周期で相関が取れなかった場合は、今回の観測ターゲット周期を新たな時系列ターゲット情報として新規登録する。

なお、この発明では時系列処理手段３４の具体的な処理方法には依存しないため、公知のどのような時系列処理手段３４を用いてもよい。たとえば、平滑化の方法として、カルマンフィルタなどの公知の追尾フィルタを適用しても良いし、その他の追尾フィルタとしても良い。また、時系列処理手段３４は前述のように省略してもよい。

最後に、時系列処理手段３４の計算が終了したのち、ある程度時系列で相関のとれた時系列ターゲット情報（平滑距離、平滑相対速度、平滑方向など）を図示しない外部装置に出力する。ここである程度時系列で相関のとれたターゲットとしているのは、ノイズ等の影響で瞬時的に誤検知してしまったターゲット情報を外部出力しないためであるが、後段の外部装置に何らかの誤検知の判断機能を持つ場合はこの限りではない。たとえば、外部装置が、画像センサやレーザスキャナなどの別のセンサ情報と組み合わせて、いわゆるセンサフュージョン処理を行うような機能を持っている場合などがこれに相当する。

なお、同様の理由で、ノイズ等の影響で瞬時的に誤検知してしまったターゲット情報を予測ピークに反映しないために、予測ピーク算出時においても、ある程度時系列で相関のとれた時系列ターゲット情報を用いて予測ピークを算出するようにしても良い。

以上のような処理によって得られたターゲット情報は、自車が前方の障害物に衝突した際の被害を軽減する衝突被害軽減ブレーキシステム（ＣＭＢ：Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ Ｂｒａｋｅ）、前方の車両に追従するアダプティブクルーズコントロールシステム（ＡＣＣ：Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｃｒｕｉｓｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）などで使用される。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２における物体検知装置および物体検知方法を説明する。
実施の形態１の処理では時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢの平滑距離・平滑相対速度が極端に近い場合、ＵＰ区間の予測ピークとＤＯＷＮ区間の予測ピークが時系列タ
ーゲットＡと時系列ターゲットＢでほとんど同じ周波数になってしまい、長期間にわたって予測ピークが重複していると判定される恐れがある。このため、長期間にわたって、共分散行列が得られず、ターゲットの方向が算出できなくなってしまう恐れがある。

このような場合への対策の一つとして実施の形態２の発明は、予測ピーク算出の前段階で、あらかじめ距離・相対速度の似通ったものを一塊にしておくようにしたものである。
このような処理は、グルーピングやクラスタリングなどと呼ばれる場合もある。このようにしておけば、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢの距離・相対速度が極端に近い場合は、一つのグループとして予測ピークを算出するので、予測ピークが重複していると判定されることを防ぐことができる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３における物体検知装置および物体検知方法を説明する。
実施の形態３では、共分散行列の加算の禁止をキャンセルする、共分散行列加算禁止キャンセル手段を持つ物体検知装置について説明する。
すなわち、実施の形態１の共分散行列加算禁止手段３３において、共分散行列の加算を禁止すると判定されていたとしても、所定の条件を満たした場合は共分散行列の加算の禁止をキャンセルする。

たとえば、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢの距離が十分に離れており、時系列ターゲットＡの方が近距離に存在する場合について考える。いま、ＦＭＣＷレーダ装置では、式（１）、式（２）から明らかなように、たとえ距離が十分に離れていても相対速度によっては予測ピークがほぼ同じ周波数になる場合がある。一般に、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢが同一の反射断面積（ＲＣＳ：Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ）を持つような物体であれば、距離が遠ければ遠いほど物体検知装置で検知される反射波強度（振幅、電力）は小さくなる。このため、仮に予測ピークがほぼ同じ周波数であったとしても、近い方の時系列ターゲットＡの反射波強度（振幅、電力）は相対的に強く、遠い方の時系列ターゲットＢの反射波強度（振幅、電力）は相対的に弱く観測される。

このような場合、仮に時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢのピーク周波数がほぼ同じ周波数になったとしても、時系列ターゲットＡのピーク周波数スペクトラムの成分の方が相対的に強いと期待でき、このようなピーク周波数スペクトラムをスナップショットに加算したとしても、時系列ターゲットＢに相当する今回の観測ターゲットの方向は正しく算出できない可能性が高いが、時系列ターゲットＡに相当する今回の観測ターゲットの方向を正しく算出できると期待される。

このような場合には、観測ターゲットのＵＰ区間とＤＯＷＮ区間の両方のピーク周波数が時系列ターゲットＡのＵＰ区間の予測ピークｆｂｕｐｄＡとＤＯＷＮ区間の予測ピークｆｂｄｐｄＡに近い周波数である場合、共分散行列の加算の禁止をキャンセルする。
一方で、観測ターゲットのＵＰ区間とＤＯＷＮ区間のピーク周波数のいずれか一方でも、時系列ターゲットＡの予想ピークｆｂｕｕｐＡまたは予測ピークｆｂｄｐｄＡの周辺に存在しない場合には、共分散行列の加算の禁止をキャンセルしない。
これはすなわち、ターゲットＡの予測ピークの算出に用いた予測距離および予測相対速度が、今回観測されたピーク周波数から式（３）式（４）によって算出された観測ターゲットの距離および相対速度に近ければ、当該観測ターゲットの共分散行列の加算を禁止しないことに相当する。

このように、共分散行列の加算の禁止をキャンセルすることにより、実施の形態１では、重複していると判定されて共分散行列の加算が禁止されていたような場合であっても、実
施の形態３では、少なくとも受信強度の相対的に強い方の観測ターゲットについては、スナップショット数の減少を抑えることができ、ひいては、測角精度が向上する。

以上の効果を実現するために、実施の形態３では、加算禁止キャンセル手段は、前記加算禁止区間の算出に使用された複数の時系列ターゲット間の予測距離が所定のしきい値以上離れている場合、そのなかで最も近い距離に観測されている時系列ターゲットを最近距離ターゲットとして記憶し、今回検知されている観測ターゲットのピーク周波数スペクトラムが加算禁止区間にあったとしても、今回検知されている観測ターゲットの距離および相対速度が最近距離ターゲットの予測距離および予測相対速度に近い場合は、共分散行列の加算を禁止しないように構成される。
ここで予測距離および予測相対速度とは、時系列処理手段３４によって計算されるもので、たとえば、式（７）や式（８）によって計算されるものである。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４における物体検知装置および物体検知方法を説明する。
実施の形態３では時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢの距離が離れている場合について説明したが、時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢの距離が十分に離れていなかったとしても、時系列ターゲットＡの方が時系列ターゲットＢに比べて十分に反射が強いような場合（たとえば、時系列ターゲットＡがトラックで、時系列ターゲットＢが路側の樹木などの場合）、仮に時系列ターゲットＡと時系列ターゲットＢの予測ピークがほぼ同じ周波数であったとしても、反射が強い時系列ターゲットＡの反射波強度（振幅、電力）は相対的に強く、反射が弱い時系列ターゲットＢの反射波強度（振幅、電力）は相対的に弱く観測される。

このような場合には、観測ターゲットのＵＰ区間とＤＯＷＮ区間の両方のピーク周波数が時系列ターゲットＡのＵＰ区間の予測ピークｆｂｕｐｄＡとＤＯＷＮ区間の予測ピークｆｂｄｐｄＡに近い周波数である場合、共分散行列の加算の禁止をキャンセルする。
一方で、観測ターゲットのＵＰ区間とＤＯＷＮ区間のピーク周波数のいずれか一方でも、時系列ターゲットＡの予想ピークｆｂｕｕｐＡまたは予測ピークｆｂｄｐｄＡの周辺に存在しない場合には、共分散行列の加算の禁止をキャンセルしない。
これはすなわち、ターゲットＡの予測ピークの算出に用いた予測距離および予測相対速度が、今回観測されたピーク周波数から式（３）式（４）によって算出された観測ターゲットの距離および相対速度に近ければ、当該観測ターゲットの共分散行列の加算を禁止しないことに相当する。

これにより、実施の形態３の発明と同様、共分散行列の加算の禁止をキャンセルすることにより、実施の形態１では、重複していると判定されて共分散行列の加算が禁止されていたような場合であっても、実施の形態４では、少なくとも受信強度の相対的に強い方のターゲットについては、スナップショット数の減少を抑えることができ、ひいては、測角精度が向上する。

以上の効果を実現するため、加算禁止キャンセル手段は、前記加算禁止区間の算出に使用された複数の時系列ターゲット間の予測振幅が所定のしきい値以上離れている場合、そのなかで最も予測振幅の大きい時系列ターゲットを最大振幅ターゲットとして記憶し、今回検知されている時系列ターゲットのピーク周波数スペクトラムが加算禁止区間にあったとしても、今回検知されている観測ターゲットの距離および相対速度が最大振幅ターゲットの予測距離および予測相対速度に近い場合は、共分散行列の加算を禁止しないように構成される。

ここで予測振幅とは、時系列処理手段３４によって計算されるもので、過去のピーク周
波数の振幅の変化から、次の周期の振幅値を予測する。たとえば、前の周期の振幅値をそのまま今回の予測振幅としてもよいし、ノイズの影響を抑えるために過去の振幅の平滑値を算出し、それを今回の予測振幅としてもよい。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５における物体検知装置および物体検知方法を説明する。
ディジタル信号処理では、実施の形態１で示したように、離散フーリエ変換を用いて周波数解析を行うことが一般的である。このため、サンプリング定理に基づいて、周波数の折り返しが発生する。具体的には、Ａ／Ｄコンバータ１８〜２３におけるサンプリング周波数がｆｓａｍｐの場合、ＦＦＴによって測定可能な周波数範囲は±ｆｓａｍｐ／２内のみであり、その範囲を超えた周波数成分は、折り返して現れる。たとえば、ｆｓａｍｐ＝１ＭＨｚの場合、観測可能な周波数範囲は±５００ｋＨｚであり、５５０ｋＨｚの信号は、−４５０ｋＨｚの信号として観測される。

このように、周波数の折り返しも考慮すると、ピーク周波数が重複する恐れのある周波数範囲は、実施の形態１の場合よりも多くの場合を考える必要がある。
たとえば、実施の形態１では時系列ターゲットＡの予測ピークは、ｆｂｕｐｄＡ、ｆｂｄｐｄＡと説明したが、仮にｆｂｕｐｄＡやｆｂｄｐｄＡが±ｆｓａｍｐ／２を超えるような周波数となってしまう場合には、折り返しを含めて、どの周波数ビンにピークが存在するかを推定する。

また、実施の形態１のように、ビート信号の観測において、直交成分を観測しない場合（位相検波などと呼ばれる）、すなわち、直交検波を行わない場合、ＦＦＴの入力としては、複素数でなく、実数信号のみを入力することとなる（虚数部が常にゼロ）。この場合、ＦＦＴ後の信号は、周波数の正負の区別がつかないので、たとえば、時系列ターゲットＡのピーク周波数が本来は１００ｋＨｚであったとしても、ＦＦＴ後の信号としては、±１００ｋＨｚの位置にピーク周波数が観測される。

このような場合は、実施の形態１で示した予測ピークから正負反転した部分まで考えて、時系列ターゲットＡの予測ピークは±ｆｂｕｐｄＡ、±ｆｂｄｐｄＡ、時系列ターゲットＢの予測ピークは±ｆｂｕｐｄＢ、±ｆｂｄｐｄＢというように計算し、
（＋ｆｂｕｐｄＡ）と（＋ｆｂｕｐｄＢ）、
（＋ｆｂｕｐｄＡ）と（−ｆｂｕｐｄＢ）、
（−ｆｂｕｐｄＡ）と（＋ｆｂｕｐｄＢ）、
（−ｆｂｕｐｄＡ）と（−ｆｂｕｐｄＢ）
をそれぞれ比較して、ピークが重複する恐れがあるか否かを判定し、加算禁止区間を設定する。

以上、この発明の実施の形態を説明したが、この発明の主旨を逸脱しない範囲で、適宜変形が可能である。
たとえば、この発明では、図１に示すようにピーク予測手段３５の出力を方向算出手段３２に入力しているが、たとえば、距離・相対速度算出手段３１に入力して、距離・相対速度算出する時点で、予めピークが重複するか否かをフラグ等で判定しておき、そのフラグ情報を含めて方向算出手段３２に入力し、フラグ情報をもとに共分散行列加算禁止するか否かを判定するようにするなど、適宜処理の順序を入れ替えても良い。

また、方向算出手段３２によりターゲット４０の方向算出処理にＭＵＳＩＣ法を用いた場合を例示したが、他の方法、たとえばユニタリＭＵＳＩＣ法、ＥＳＰＲＩＴ法（Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｇｎａｌ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｖｉａ Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｉｎｖａｒｉａｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）、ユニタリＥＳＰＲＩＴ法などの
超分解能到来方向推定処理を用いたレーダ装置にもこの発明を適用することができる。特に、ユニタリ法を用いた場合には、共分散行列の実数部のみを使用すればよいので、演算量をさらに軽減することができる。

また、ターゲット４０の距離Ｒおよび相対速度Ｖを検知する方式として、ＵＰ区間を１つ、ＤＯＷＮ区間を１つもつようなＦＭＣＷ方式のレーダ装置を用いた場合を例示したが、ＵＰ区間やＤＯＷＮ区間が２つ以上となるようなＦＭＣＷ方式のレーダ装置にも適用が可能であるし、変調傾きの異なるＵＰ区間やＤＯＷＮ区間を複数持つようなレーダ装置にも適用が可能である。特に変調区間が複数存在する場合には加算禁止区間に入らないようなスナップショット数を多くすることができるので、測角精度の向上が期待できる。

さらに、ターゲット４０の距離Ｒおよび相対速度Ｖを検知する方式として、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置を用いた場合を例示したが、特許文献１に記載のように送信信号をパルス状に区切って変調したＦＭ−パルスドップラー方式のレーダ装置や、特許文献２に記載のＦＣＭ（Ｆａｓｔ Ｃｈｉｒｐ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式のレーダ装置など、その他の物体検知装置であっても、前述のように共分散行列をスナップショット加算して到来方向を推定するような物体検知装置であればこの発明を適用することができる。

以上、この発明の実施の形態を記述したが、この発明は実施の形態に限定されるものではなく、種々の設計変更を行うことが可能であり、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：ターゲット検出手段、 ２：制御電圧発生器、 ３：制御電圧発振器、
４：分配器、５：送信アンテナ（送信手段）、６〜１１：受信アンテナ（受信手段）、
１２〜１７：ミキサ（ミキシング手段）、 １８〜２３：Ａ／Ｄコンバータ、
２４〜２９：ＦＦＴ演算部（周波数解析手段）、 ３０：ピーク検出手段、
３１：距離・相対速度算出手段、 ３２：方向算出手段、
３３：共分散行列加算禁止手段、 ３４：時系列処理手段、 ３５：ピーク予測手段

この発明に係わる物体検知装置は、複数の変調区間を有する送信信号を送信する送信手段と、送信信号がターゲットで反射された反射信号を複数のアンテナで受信する受信手段と、送信信号と受信手段で受信された受信信号とをミキシングして複数のビート信号を得るミキシング手段と、ビート信号をそれぞれ周波数解析する周波数解析手段と、周波数解析手段により解析された周波数解析結果に基づいて、ターゲットの距離・相対速度・方向を算出するターゲット検出手段を備え、ターゲット検出手段は、ターゲットから反射された反射信号の周波数スペクトラムのピークを検出するピーク検出手段と、ピーク検出手段によるピーク検出結果にもとづきターゲットの距離・相対速度を算出する距離・相対速度算出手段と、複数の変調区間のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列のうち、共分散行列加算禁止手段で加算を禁止されていない共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出する方向算出手段と、距離および相対速度の情報を含む過去の複数のターゲットの検知結果からピーク周波数スペクトラムの発生するビート周波数を予測して予測ピーク周波数を算出するピーク予測手段を有し、共分散行列加算禁止手段は、予測ピーク周波数にもとづいて算出される加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止するようにし、加算禁止区間は、過去のターゲットから予測された複数ターゲット分の予測ピーク間の周波数差が所定のしきい値以下のとき、予測ピーク間の周波数差の導出に用いた予測ピーク周辺の周波数範囲を含むように決定されるようにしたものである。

この発明に係わる物体検知方法は、複数の変調区間を有する送信信号を送信する第１のステップと、送信信号がターゲットで反射された信号を受信信号として複数のアンテナで受信する第２のステップと、送信信号と受信信号とをミキシングして複数のビート信号を得る第３のステップと、ビート信号をそれぞれ周波数解析する第４のステップと、周波数解析の結果に基づいてターゲットの距離・相対速度・方向を算出する第５のステップとを有し、第５のステップは、ターゲットから反射された信号の周波数スペクトラムのピーク周波数を検出するステップと、ピーク周波数の検出結果にもとづきターゲットの距離・相対速度を算出するステップと、後記予測ピーク周波数にもとづいてピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止する区間を算出するステップと、複数の変調区間のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列のうち、共分散行列の加算が禁止されていない共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出するステップと、距離および相対速度の情報を含む過去の複数のターゲットの検知結果からピーク周波数スペクトラムの発生するビート周波数を予測して予測ピーク周波数を算出するステップを有し、共分散行列の加算を禁止する区間を算出するステップは、予測ピーク周波数にもとづいて算出される加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止するようにし、加算禁止区間は、過去のターゲットから予測された複数ターゲット分の予測ピーク間の周波数差が所定のしきい値以下のとき、予測ピーク間の周波数差の導出に用いた予測ピーク周辺の周波数範囲を含むように決定されるようにしたものである。

この発明に係わる物体検知装置は、複数の変調区間を有する送信信号を送信する送信手段と、送信信号がターゲットで反射された反射信号を複数のアンテナで受信する受信手段と、送信信号と受信手段で受信された受信信号とをミキシングして複数のビート信号を得るミキシング手段と、ビート信号をそれぞれ周波数解析する周波数解析手段と、周波数解析手段により解析された周波数解析結果に基づいて、ターゲットの距離・相対速度・方向を算出するターゲット検出手段を備え、ターゲット検出手段は、ターゲットから反射された反射信号の周波数スペクトラムのピークを検出するピーク検出手段と、ピーク検出手段によるピーク検出結果にもとづきターゲットの距離・相対速度を算出する距離・相対速度算出手段と、複数の変調区間のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列のうち、共分散行列加算禁止手段で加算を禁止されていない共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出する方向算出手段と、距離および相対速度の情報を含む過去の複数のターゲットの検知結果からピーク周波数スペクトラムの発生するビート周波数を予測して予測ピーク周波数を算出するピーク予測手段を有し、共分散行列加算禁止手段は、予測ピーク周波数にもとづいて算出される加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止するようにし、加算禁止区間は、過去のターゲットから予測された複数ターゲット分の予測ピーク間の周波数差が所定のしきい値以下のとき、予測ピーク間の周波数差の導出に用いた予測ピーク周辺の周波数範囲を含むように決定され、更に加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムであっても共分散行列の加算を禁止しない加算禁止キャンセル手段を有し、加算禁止キャンセル手段は、加算禁止区間の算出に使用された複数のターゲット間の予測距離が所定のしきい値以上離れている場合、そのなかで最も近い距離に観測されているターゲットを最近距離ターゲットとして記憶し、今回検知されているターゲットのピーク周波数スペクトラムが加算禁止区間にあったとしても、今回検知されているターゲットの距離および相対速度が最近距離ターゲットの予測距離および予測相対速度に近い場合は、共分散行列の加算を禁止しないようにしたものである。

この発明に係わる物体検知方法は、複数の変調区間を有する送信信号を送信する第１のステップと、送信信号がターゲットで反射された信号を受信信号として複数のアンテナで受信する第２のステップと、送信信号と受信信号とをミキシングして複数のビート信号を得る第３のステップと、ビート信号をそれぞれ周波数解析する第４のステップと、周波数解析の結果に基づいてターゲットの距離・相対速度・方向を算出する第５のステップとを有し、第５のステップは、ターゲットから反射された信号の周波数スペクトラムのピーク周波数を検出するステップと、ピーク周波数の検出結果にもとづきターゲットの距離・相対速度を算出するステップと、後記予測ピーク周波数にもとづいてピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止する区間を算出するステップと、複数の変調区間のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列のうち、共分散行列の加算が禁止されていない共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいてターゲットの方向を算出するステップと、距離および相対速度の情報を含む過去の複数のターゲットの検知結果からピーク周波数スペクトラムの発生するビート周波数を予測して予測ピーク周波数を算出するステップを有し、共分散行列の加算を禁止する区間を算出するステップは、予測ピーク周波数にもとづいて算出される加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止するようにし、加算禁止区間は、過去のターゲットから予測された複数ターゲット分の予測ピーク間の周波数差が所定のしきい値以下のとき、予測ピーク間の周波数差の導出に用いた予測ピーク周辺の周波数範囲を含むように決定され、更に加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムであっても共分散行列の加算を禁止しない加算禁止キャンセルステップを有し、加算禁止キャンセルステップは、加算禁止区間の算出に使用された複数のターゲット間の予測距離が所定のしきい値以上離れている場合、そのなかで最も近い距離に観測されているターゲットを最近距離ターゲットとして記憶し、今回検知されているターゲットのピーク周波数スペクトラムが加算禁止区間にあったとしても、今回検知されているターゲットの距離および相対速度が最近距離ターゲットの予測距離および予測相対速度に近い場合は、共分散行列の加算を禁止しないようにしたものである。

Claims (8)

1. 複数の変調区間を有する送信信号を送信する送信手段と、前記送信信号がターゲットで反射された反射信号を複数のアンテナで受信する受信手段と、前記送信信号と前記受信手段で受信された受信信号とをミキシングして複数のビート信号を得るミキシング手段と、前記ビート信号をそれぞれ周波数解析する周波数解析手段と、前記周波数解析手段により解析された周波数解析結果に基づいて、前記ターゲットの距離・相対速度・方向を算出するターゲット検出手段を備え、
   前記ターゲット検出手段は、前記ターゲットから反射された反射信号の周波数スペクトラムのピークを検出するピーク検出手段と、前記ピーク検出手段によるピーク検出結果にもとづきターゲットの距離・相対速度を算出する距離・相対速度算出手段と、前記複数の変調区間のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列のうち、共分散行列加算禁止手段で加算を禁止されていない共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいて前記ターゲットの方向を算出する方向算出手段と、距離および相対速度の情報を含む過去の複数のターゲットの検知結果からピーク周波数スペクトラムの発生するビート周波数を予測して予測ピーク周波数を算出するピーク予測手段を有し、
   前記共分散行列加算禁止手段は、前記予測ピーク周波数にもとづいて算出される加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止するようにした物体検知装置。
2. 前記加算禁止区間は、過去のターゲットから予測された複数ターゲット分の予測ピーク間の周波数差が所定のしきい値以下のとき、前記予測ピーク間の周波数差の導出に用いた予測ピーク周辺の周波数範囲を含むように禁止区間が決定されることを特徴とする請求項１に記載の物体検知装置。
3. 前記共分散行列加算禁止手段は、前記加算禁止区間に含まれるピーク周波数スペクトラムであっても共分散行列の加算を禁止しない加算禁止キャンセル手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の物体検知装置。
4. 前記加算禁止キャンセル手段は、前記加算禁止区間の算出に使用された複数のターゲット間の予測距離が所定のしきい値以上離れている場合、そのなかで最も近い距離に観測されているターゲットを最近距離ターゲットとして記憶し、今回検知されているターゲットのピーク周波数スペクトラムが加算禁止区間にあったとしても、今回検知されているターゲットの距離および相対速度が最近距離ターゲットの予測距離および予測相対速度に近い場合は、共分散行列の加算を禁止しないことを特徴とする請求項３に記載の物体検知装置。
5. 前記加算禁止キャンセル手段は、前記加算禁止区間の算出に使用された複数のターゲット間の予測振幅が所定のしきい値以上離れている場合、そのなかで最も予測振幅の大きいターゲットを最大振幅ターゲットとして記憶し、今回検知されているターゲットのピーク周波数スペクトラムが加算禁止区間にあったとしても、今回検知されているターゲットの距離および相対速度が最大振幅ターゲットの予測距離および予測相対速度に近い場合は、共分散行列の加算を禁止しないことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の物体検知装置。
6. 前記予測ピーク周波数は、サンプリング定理に基づく周波数の折り返しを考慮して導出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の物体検知装置。
7. 前記予測ピーク周波数は、周波数が正負に折り返すことも考慮して導出することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の物体検知装置。
8. 複数の変調区間を有する送信信号を送信する第１のステップと、前記送信信号がターゲットで反射された信号を受信信号として複数のアンテナで受信する第２のステップと、前記送信信号と前記受信信号とをミキシングして複数のビート信号を得る第３のステップと、前記ビート信号をそれぞれ周波数解析する第４のステップと、前記周波数解析の結果に基づいてターゲットの距離・相対速度・方向を算出する第５のステップとを有し、
   前記第５のステップは、前記ターゲットから反射された信号の周波数スペクトラムのピーク周波数を検出するステップと、前記ピーク周波数の検出結果にもとづきターゲットの距離・相対速度を算出するステップと、後記予測ピーク周波数にもとづいてピーク周波数スペクトラムの共分散行列の加算を禁止する区間を算出するステップと、前記複数の変調区間のピーク周波数スペクトラムから生成される共分散行列のうち、共分散行列の加算が禁止されていない共分散行列を加算した加算共分散行列に基づいて前記ターゲットの方向を算出するステップと、距離および相対速度の情報を含む過去の複数のターゲットの検知結果からピーク周波数スペクトラムの発生するビート周波数を予測して予測ピーク周波数を算出するステップを有したことを特徴とする物体検知方法。

Images