JP2019045154A - レーダ装置及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遠方に複数の物標が存在する場合でも位相折り返しの問題を解消して、レーダ装置によって導出される物標の分離性能及び角度精度を向上させる。【解決手段】レーダ装置は、第１の間隔で配置された複数の第１の受信アンテナと、前記第１の間隔より広い第２の間隔で配置された複数の第２の受信アンテナと、合成部と、判定部と、出力部と、を備える。前記合成部は、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を合成した合成角度を１つの仮想物標の角度として算出する。前記判定部は、前記仮想物標の角度と略同一である前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在するか否かを判定する。前記出力部は、前記判定部によって存在すると判定された場合に、前記仮想物標の角度の合成元である前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標の角度のうち少なくとも１つの物標の角度を出力する。【選択図】図４

Description

本発明は、レーダ装置によって導出される物標の角度を複数の受信アンテナにより受信された到来電波の位相差に基づいて推定する技術に関する。

レーダ装置によって導出される物標の角度を複数の受信アンテナにより受信された到来電波の位相差に基づいて推定する場合、受信アンテナの間隔が到来電波の半波長よりも広ければ、位相折り返しが発生する。

特許文献１で開示されているレーダ装置では、アンテナ間隔が異なる２つの受信アンテナ対でそれぞれ検出される物標の角度（方位）が一致したときの角度を、レーダ装置によって検出された物標の角度として採用することで、物標の角度の誤検出を防止している。

特開２０００−２３０９７４号公報

特許文献１で開示されているレーダ装置は、アンテナ間隔が異なる２つの受信アンテナ対でそれぞれ検出される物標の角度が一致した場合にしか、物標の角度を検出することができない。

アンテナ間隔が広い受信アンテナ対を用いて物標を導出した場合には、物標の角度精度が低いため物標の分離性能も低くなる。逆に、アンテナ間隔が狭い受信アンテナ対を用いて物標を導出した場合には、物標の角度精度が高いため物標の分離性能も高くなる。

したがって、例えば互いに角度が比較的近い複数の物標が特許文献１で開示されているレーダ装置の遠方に存在する場合、アンテナ間隔が狭い受信アンテナ対を用いた物標の導出では、物標の角度精度が低いため複数の物標が分離されずに複数の物標が合成された位置の角度が検出されるのに対して、アンテナ間隔が広い受信アンテナ対を用いた物標の導出では、物標の角度精度が高いため複数の物標が分離されて各物標の角度が検出されるとともに、アンテナ間隔が広いため位相折り返しが発生する。その結果、アンテナ間隔が異なる２つの受信アンテナ対でそれぞれ検出される物標の角度が一致しない。

すなわち、特許文献１で開示されているレーダ装置は、遠方に複数の物標が存在する場合に、それら複数の物標それぞれの角度を検出することができない。

本発明は、上記課題に鑑みて、遠方に複数の物標が存在する場合でも位相折り返しの問題を解消して、レーダ装置によって導出される物標の分離性能及び角度精度を向上させることを目的とする。

本発明に係るレーダ装置は、第１の間隔で配置された複数の第１の受信アンテナと、前記第１の間隔より広い第２の間隔で配置された複数の第２の受信アンテナと、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を合成した合成角度を１つの仮想物標の角度として算出する合成部と、前記仮想物標の角度と略同一である前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在するか否かを判定する判定部と、前記判定部によって前記仮想物標の角度と略同一である前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在すると判定された場合に、前記仮想物標の角度の合成元である前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標の角度のうち少なくとも１つの物標の角度を出力する出力部と、を備える構成（第１の構成）である。

上記第１の構成のレーダ装置において、前記複数の第１の受信アンテナを用いた物標の導出では、少なくとも前記レーダ装置の出力有効範囲において、位相折り返しが発生しない構成（第２の構成）であってもよい。

上記第１又は第２の構成のレーダ装置において、前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度と略同一である前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在するか否かを判定するマッチング判定部を備え、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された物標のうち、前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度と略同一の角度でないと前記マッチング判定部によって判定された物標のみを用いて、前記合成部が前記仮想物標の角度を算出する構成（第３の構成）であってもよい。

上記第１〜第３いずれかの構成のレーダ装置において、前記合成部は、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度の中から、前記判定部において判定対象となる前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度に最も近い角度を物標毎に抽出し、物標毎に抽出した角度を合成する構成（第４の構成）であってもよい。

上記第１〜第４いずれかの構成のレーダ装置において、前記合成部は、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を、前記角度を示す信号のパワーで重み付けして合成する構成（第５の構成）であってもよい。

上記第１〜第４いずれかの構成のレーダ装置において、前記合成部は、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度に応じて、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を合成する算出方法を変更する構成（第６の構成）であってもよい。

上記第６の構成のレーダ装置において、前記合成部が変更する算出方法の一つに、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を、前記角度を示す信号のパワーで重み付けして合成する方法が含まれる構成（第７の構成）であってもよい。

本発明に係る信号処理方法は、第１の間隔で配置された複数の第１の受信アンテナと、前記第１の間隔より広い第２の間隔で配置された複数の第２の受信アンテナと、を備えるレーダ装置の信号処理方法であって、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を合成した合成角度を１つの仮想物標の角度として算出する合成工程と、前記仮想物標の角度と略同一である前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在するか否かを判定する判定工程と、前記判定工程によって前記仮想物標の角度と略同一である前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在すると判定された場合に、前記仮想物標の角度の合成元である前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標の角度のうち少なくとも１つの物標の角度を出力する出力工程と、を備える構成（第８の構成）である。

本発明によると、遠方に複数の物標が存在する場合でも位相折り返しの問題を解消して、レーダ装置によって導出される物標の分離性能及び角度精度を向上させることができる。

レーダ装置の構成例を示す図 信号処理装置の動作を示すフローチャート ピーク角度の例を示す図 方位演算及びピーク角度の出力を行う処理の流れを示すフローチャート 物標の角度を示す図 物標の角度及び仮想物標の角度を示す図 物標の角度及び仮想物標の角度を示す図 物標の角度を示す図 前方他車両のレーダ反射点を示す図

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜１．レーダ装置の構成＞
図１は本実施形態に係るレーダ装置１の構成を示す図である。レーダ装置１は、例えば自動車などの車両に搭載されている。以下、レーダ装置１が搭載される車両を「自車両」という。また、自車両の直進進行方向であって、運転席からステアリングに向かう方向を「前方」という。また、自車両の直進進行方向であって、ステアリングから運転席に向かう方向を「後方」という。また、自車両の直進進行方向及び鉛直線に垂直な方向であって、前方向を向いている運転手の右側から左側に向かう方向を「左方向」という。また、自車両の直進進行方向及び鉛直線に垂直な方向であって、前方向を向いている運転手の左側から右側に向かう方向を「右方向」という。

レーダ装置１は自車両の前端に搭載されている。レーダ装置１は、周波数変調した連続波であるＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）を用いて、自車両の前方に存在する物標に係る物標データを取得する。

レーダ装置１は、物標から反射した反射波がレーダ装置１の受信アンテナに受信されるまでの距離（以下、「縦距離」という。） [ｍ]、自車両に対する物標の相対速度[ｋｍ／ｈ]、自車両の左右方向における物標の距離（以下、「横位置」という。）[ｍ]などのパラメータを有する物標データを導出する。縦位置は、例えば、自車両のレーダ装置１を搭載している位置を原点Ｏとし、自車両の前方では正の値、自車両の後方では負の値で表現される。横位置は、例えば、自車両のレーダ装置１を搭載している位置を原点Ｏとし、自車両の右側では正の値、自車両の左側では負の値で表現される。

図１に示すように、レーダ装置１は、送信部２と、受信部３ｎ及び３ｗと、信号処理装置４と、を主に備えている。受信部３ｎでは、隣接する受信アンテナ３１ｎの間隔が第１の間隔ｄ１であり、受信部３ｗでは、隣接する受信アンテナ３１ｗの間隔が第１の間隔ｄ１より広い第２の間隔ｄ２であるが、受信部３ｎと受信部３ｗの基本的な構成は同一である。このため、以下の説明では、適宜、受信部３ｎと受信部３ｗとを区別せずに受信部３として説明する。

送信部２は、信号生成部２１と発信器２２とを備えている。信号生成部２１は、三角波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発信器２２に供給する。発信器２２は、信号生成部２１で生成された変調信号に基づいて連続波の信号を周波数変調し、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号を生成し、送信アンテナ２３に出力する。

送信アンテナ２３は、発信器２２からの送信信号に基づいて、送信波ＴＷを自車両の前方に出力する。送信アンテナ２３が出力する送信波ＴＷは、所定の周期で周波数が上下するＦＭＣＷとなる。送信アンテナ２３から自車両の前方に送信された送信波ＴＷは、人、他車両などの物体で反射されて反射波ＲＷとなる。

受信部３は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ３１と、その複数の受信アンテナ３１に接続された複数の個別受信部３２とを備えている。本実施形態では、受信部３は、例えば、４つの受信アンテナ３１と４つの個別受信部３２とを備えている。４つの個別受信部３２は、４つの受信アンテナ３１にそれぞれ対応している。各受信アンテナ３１は物体からの反射波ＲＷを受信して受信信号を取得し、各個別受信部３２は対応する受信アンテナ３１で得られた受信信号を処理する。

各個別受信部３２は、ミキサ３３とＡ／Ｄ変換器３４とを備えている。受信アンテナ３１で得られた受信信号は、ローノイズアンプ（図示省略）で増幅された後にミキサ３３に送られる。ミキサ３３には送信部２の発信器２２からの送信信号が入力され、ミキサ３３において送信信号と受信信号とがミキシングされる。これにより、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差となるビート周波数を有するビート信号が生成される。ミキサ３３で生成されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタルの信号に変換された後に、信号処理装置４に出力される。

信号処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ４１などを含むマイクロコンピュータを備えている。信号処理装置４は、演算の対象とする各種のデータを、記憶装置であるメモリ４１に記憶する。メモリ４１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などである。信号処理装置４は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部４２、フーリエ変換部４３、及び、データ処理部４４を備えている。送信制御部４２は、送信部２の信号生成部２１を制御する。

フーリエ変換部４３は、複数の個別受信部３２のそれぞれから出力されるビート信号を対象に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する。これにより、フーリエ変換部４３は、複数の受信アンテナ３１それぞれの受信信号に係るビート信号を、周波数領域のデータである周波数スペクトラムに変換する。フーリエ変換部４３で得られた周波数スペクトラムは、データ処理部４４に入力される。

データ処理部４４は、物標データ取得処理を実行し、複数の受信アンテナ３１それぞれの周波数スペクトラムに基づいて、自車両の前方の物標に係る物標データを取得する。また、データ処理部４４は、物標データを車両制御ＥＣＵ６１などに出力する。

図１に示すように、データ処理部４４は、主な機能として、物標データ導出部４５、物標データ処理部４６、及び物標データ出力部４７を備えている。

物標データ導出部４５は、フーリエ変換部４３で得られた周波数スペクトラムに基づいて物標に係る物標データを導出する。物標データ導出部４５は、合成部４５ａと、判定部４５ｂと、出力部４５ｃと、ペアリング処理部４５ｄと、マッチング判定部４５ｅと、を備えている。合成部４５ａ、判定部４５ｂ、出力部４５ｃ、ペアリング処理部４５ｄ、及びマッチング判定部４５ｅそれぞれが実行する処理の詳細については後述する。

物標データ処理部４６は、導出された物標データを対象にしてフィルタリングなどの各種の処理を行う。物標データ出力部４７は、物標データを車両制御ＥＣＵ６１などに出力する。これにより、車両制御ＥＣＵ６１などは、物標データを例えばＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）やＰＣＳ（Pre-crash Safety System）に用いることができる。

＜２．信号処理装置の動作＞
次に、信号処理装置４の動作について説明する。図２は、信号処理装置４の動作を示すフローチャートである。信号処理装置４は、図２に示す処理を一定時間（例えば、１／２０秒）ごとに周期的に繰り返す。

図２に示す処理の開始前に、送信制御部４２による信号生成部２１の制御が完了している。まず、フーリエ変換部４３が、複数の個別受信部３２のそれぞれから出力されるビート信号を対象に、高速フーリエ変換を実行する（ステップＳ１）。そして、４つの受信アンテナ３１の全てに関してアップ区間（送信波ＴＷの周波数が上昇する区間）及びダウン区間（送信波ＴＷの周波数が下降する区間）の双方の周波数スペクトラムが、フーリエ変換部４３からデータ処理部４４に入力される。

次に、物標データ導出部４５が、周波数スペクトラムを対象にピーク周波数を抽出する（ステップＳ２）。物標データ導出部４５は、周波数スペクトラムのうち、所定の閾値を超えるパワーを有するピークが表れる周波数を、ピーク周波数として抽出する。

次に、物標データ導出部４５は、方位演算処理により、抽出したピーク周波数の信号に係る物標の角度を推定する。方位演算処理では、一つのピーク周波数の信号から、複数の角度、及びそれら複数の角度それぞれの信号のパワーが導出される。方位演算処理としては、ESPRIT、MUSIC、PRISMなどの周知の方位演算処理を用いることができる。

図３は、方位演算処理により推定された角度を、角度スペクトラムとして概念的に示す図である。図中において、横軸は角度（ｄｅｇ）、縦軸は信号のパワーを示している。角度（ｄｅｇ）は、自車両の前方直進進行方向とレーダ装置１から物標に向かう方向とのなす角度であり、例えば物標が自車両の前方右側に存在する場合に正の値で表現され物標が自車両の前方左側に存在する場合に負の値で表現される。横位置は、例えば、自車両のレーダ装置１を搭載している位置を原点Ｏとし、自車両の右側では正の値、自車両の左側では負の値で表現される。角度スペクトラムにおいて、方位演算処理により推定された角度はピークＰａとして表れる。以下、方位演算処理により推定された角度を「ピーク角度」といい、ピーク角度の信号のパワーを「角度パワー」という。このように一つのピーク周波数の信号から同時に導出された複数のピーク角度は、同一の縦距離（当該ピーク周波数に対応する縦距離）に存在する複数の物標の角度を示す。

物標データ導出部４５は、同一の縦距離に存在する複数の物標それぞれのピーク角度と、角度パワーとを導出する（ステップＳ３）。

これにより、物標データ導出部４５は、自車両の前方に存在する複数の物標それぞれに対応する区間データを導出する。物標データ導出部４５は、アップ区間及びダウン区間の双方で、ピーク周波数、ピーク角度、及び、角度パワーのパラメータを有する区間データを導出する。物標データ導出部４５は区間データに含めるピーク角度を選択しており、物標データ導出部４５によって選択されたピーク角度が物標データ導出部４５のペアリング処理部４５ｄに出力される。方位演算及びピーク角度の出力を行う処理に関する詳細は後述する。

次に、物標データ導出部４５のペアリング処理部４５ｄは、アップ区間の区間データとダウン区間の区間データとを対応付ける（ステップＳ４）。物標データ導出部４５は、例えば、マハラノビス距離を用いた演算を用いて、類似のパラメータ（ピーク周波数、ピーク角度、及び、信号のパワー）を有する２つの区間データを対応付ける。

物標データ導出部４５は、さらに、アップ区間及びダウン区間の２つの区間データの対応付けができた場合は、それら２つの区間データに基づくペアデータを導出する。物標データ導出部４５は、導出したペアデータのそれぞれに関して、ペアデータの元となったアップ区間及びダウン区間の２つの区間データのパラメータを用いることで、ペアデータのパラメータ（縦距離、相対速度及び横位置）を導出する（ステップＳ５）。

次に、物標データ導出部４５は、導出したペアデータのうちから物標に係る物標データを確定する。物標データ導出部４５が導出したペアデータには、ノイズなどの不要なデータが含まれる。このため、物標データ導出部４５は、導出したペアデータのうち物標に係るペアデータのみを物標データとして確定する。

物標データ導出部４５は、パラメータに基づいて、導出したペアデータのそれぞれを過去に確定した物標データと対応付ける。物標データ導出部４５は、類似のパラメータ（縦距離、相対速度及び横位置）を有するペアデータと過去の物標データとを対応付ける。そして、物標データ導出部４５は、過去の物標データと対応付けができたペアデータを、物標に係る物標データとして確定する。

また、過去の物標データとの対応付けができなかったペアデータには、新規に検出された物標に係る物標データも含まれている。このため、物標データ導出部４５は、過去の物標データとの対応付けができなかったペアデータについては、次回以降の物標データ取得処理において所定回数（例えば、３回）以上連続して過去のペアデータと対応付けができた場合に、新規に検出された物標に係る物標データとして確定する。

このような処理により、物標データ導出部４５は、自車両の周辺の物標に係る物標データを導出する。物標データ取得処理は一定時間（例えば、１／２０秒）ごとに周期的に繰り返されることから、物標データ導出部４５は、物標に係る物標データを一定時間ごとに導出することになる。

物標データ処理部４６は、物標データのパラメータ（縦距離、相対速度及び横位置）を時間軸方向に平滑化するフィルタリングを行う（ステップＳ６）。このようなフィルタリングの後の物標データは、瞬時値を表すペアデータに対して「フィルタデータ」とも呼ばれる。

次に、物標データ処理部４６が、物標データのパラメータ（縦距離、相対速度及び横位置）に基づいて、同一の物体に関する物標データであると推測できる複数の物標データを１つのグループに纏める（ステップＳ７）。

最後に物標データ出力部４７が、このように処理された物標データを車両制御ＥＣＵ６１などに送る。物標データ出力部４７は、グループ化された物標データから所定数（例えば、１０個）の物標データを出力対象として選択する（ステップＳ８）。物標データ出力部４７は、物標データの縦距離と横位置とを考慮して、自車両に近い物標に係る物標データを優先的に選択する。

以上のような処理で出力対象として選択された物標データはメモリ４１に記憶され、次回以降の物標データ取得処理において過去の物標データとして用いられることになる。

＜３．方位演算及びピーク角度の出力＞
次に、図２に示すステップＳ３の処理すなわち方位演算及びピーク角度の出力を行う処理の詳細について説明する。図４は、方位演算及びピーク角度の出力を行う処理の流れを示すフローチャートである。

方位演算及びピーク角度の出力を行う処理では、まず、物標データ導出部４５は、方位演算処理により、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する（ステップＳ３１）。具体的には、物標データ導出部４５は、４つの個別受信部３２ｎのそれぞれから出力されるビート信号を高速フーリエ変換して得られる周波数スペクトラムからピーク周波数を抽出し、抽出したピーク周波数の信号からピーク角度を推定する。以下、ステップＳ３１で推定されたピーク角度を第１の角度と呼ぶ。

次に、物標データ導出部４５は、方位演算処理により、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する（ステップＳ３２）。具体的には、物標データ導出部４５は、４つの個別受信部３２ｗのそれぞれから出力されるビート信号を高速フーリエ変換して得られる周波数スペクトラムからピーク周波数を抽出し、抽出したピーク周波数の信号からピーク角度を推定する。以下、ステップＳ３２で推定されたピーク角度を第２の角度と呼ぶ。

本実施形態では、ステップＳ３１の後にステップＳ３２を実行しているが、ステップＳ３２を先に実行してステップＳ３２の後にステップＳ３１を実行してもよい。また、本実施形態とは異なり、ステップＳ３１とステップＳ３２とを同時に実行してもよい。

ステップＳ３１及びＳ３２の処理が完了した後、物標データ導出部４５のマッチング判定部４５ｅは、第１の角度と略同一である第２の角度が存在するか否かを判定する（ステップＳ３３）。例えば、第１の角度と第２の角度との差の絶対値が所定値以下であるときに、第１の角度と第２の角度とが略同一であると判定すればよい。上記の所定値は、第１の角度の角度精度と第２の角度の角度精度を考慮して定めればよいが、例えば５ｄｅｇに設定すればよい。なお、第１の角度が複数存在する場合には、ステップＳ３３の判定はそれぞれの第１の角度に対して実行される。

第１の角度と略同一である第２の角度が存在すると判定された場合、物標データ導出部４５の出力部４５ｃは、第１の角度と略同一である第２の角度をペアリング処理部４５ｄに出力する（ステップＳ３４）。これにより、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて導出される物標の第２の角度において位相折り返しが発生しても、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて導出される物標の第１の角度を手がかりとして、第２の角度を位相折り返しの問題を解消して出力することができる。すなわち、位相折り返しの問題を解消して高精度の角度を出力することができる。そして、物標データ導出部４５は、ステップＳ３４の処理を終えると、図４に示すフロー動作を終了する。

一方、第１の角度と略同一である第２の角度が存在しないと判定された場合、互いに縦距離及び角度が比較的近い複数の物標を間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて導出したときに、物標の角度精度が低いため複数の物標が分離されずに複数の物標が合成された位置の角度が検出されている可能性がある。このように間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いた物標の導出では複数の物標を正しく分離できていなくても、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて導出される物標の第１の角度を手がかりとして、第１の角度よりも角度精度の高い第２の角度を位相折り返しの問題を解消して出力することができるように、本実施形態では後述する仮想物標の角度を用いた処理（ステップＳ３５及びＳ３６）を行う。

仮想物標の角度とは、互いに縦距離及び角度が比較的近い複数の物標を間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて導出したときに、物標の角度精度が高いため複数の物標が分離されているけれども、仮想的に分離されていない状態すなわち合成されている状態を作り出し、その複数の物標を合成したものの角度を意味している。第１の角度が複数の物標が分離されずに複数の物標が合成された位置の角度であり、第２の角度が複数の物標が分離されており複数の物標それぞれの角度である場合、第１の角度と略同一である第２の角度は存在しないのに対して、第１の角度と略同一である仮想物標の角度は存在し得る。

そこで、第１の角度と略同一である第２の角度が存在しないと判定された場合、物標データ導出部４５の合成部４５ａは、複数の物標それぞれの第２の角度を合成した合成角度を１つの仮想物標の角度として算出する（ステップＳ３５）。より具体的には、ステップＳ３５において、合成部４５ａは、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて導出された物標のうち、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて導出された物標の角度と略同一の角度でないとマッチング判定部４５ｅによって判定された物標のみを用いて、仮想物標の角度を算出する。これにより、無駄な仮想物標の角度の算出（第１の角度と略同一である第２の角度を合成元とする仮想物標の角度の算出）をなくすことができる。

ステップＳ３５に続くステップＳ３６において、物標データ導出部４５の判定部４５ｂは、仮想物標の角度と略同一である第１の角度が存在するか否かを判定する（ステップＳ３６）。例えば、仮想物標の角度と第１の角度との差の絶対値が所定値以下であるときに、仮想物標の角度と第１の角度とが略同一であると判定すればよい。上記の所定値は、第１の角度の角度精度と第２の角度の角度精度を考慮して定めればよいが、例えば５ｄｅｇに設定すればよい。

仮想物標の角度と略同一である第１の角度が存在すると判定された場合、物標データ導出部４５の出力部４５ｃは、仮想物標の角度の合成元である複数の第２の角度それぞれを出力する（ステップＳ３７）。このように、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて導出される複数の物標それぞれの第２の角度において位相折り返しが発生しても、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて導出される物標の第１の角度を手がかりとする。そして、仮想物標の角度と略同一の第１の角度が存在すれば、仮想的に分離されていない状態すなわち合成されている状態から元に戻した複数の物標それぞれの第２の角度（仮想物標の角度の合成元である複数の第２の角度それぞれ）を位相折り返しの問題を解消して出力することができる。すなわち、位相折り返しの問題を解消して高精度の角度を出力することができる。そして、物標データ導出部４５は、ステップＳ３７の処理を終えると、図４に示すフロー動作を終了する。なお、本実施形態では、物標データ導出部４５の出力部４５ｃは、仮想物標の角度の合成元である複数の第２の角度それぞれを出力したが、仮想物標の角度の合成元である複数の第２の角度の一部を出力してもよい。

一方、仮想物標の角度と略同一である第１の角度が存在しないと判定された場合、物標データ導出部４５の出力部４５ｃは、第１の角度を出力する（ステップＳ３８）。ステップＳ３６において仮想物標の角度と略同一である第１の角度が存在しないと判定される例としては、複数の物標が存在しているにもかかわらず、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて導出された物標が単一である場合や、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて導出された物標の第１の角度の精度が著しく悪いために仮想物標の角度と略同一にならない場合などを挙げることができる。そして、物標データ導出部４５は、ステップＳ３８の処理を終えると、図４に示すフロー動作を終了する。

ここで、レーダ装置１と前方他車両Ｖ１とが図５（ａ）に示す位置関係である場合について考える。

例えば、物標の角度に関するレーダ装置１の出力有効範囲を−７５ｄｅｇ〜＋７５ｄｅｇとし、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲を１５０ｄｅｇとし、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合にはレーダ装置１の出力有効範囲において位相折り返しが発生しないようにする。これにより、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の第１の角度θ１は図５（ｂ）に示すように１つのみ導出される。なお、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲は、後述する図６及び図７においても１５０ｄｅｇとする。

また、例えば、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲を５０ｄｅｇとする。これにより、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の第２の角度θ２は図５（ｃ）に示すように３つ導出される。なお、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲は、後述する図６及び図７においても５０ｄｅｇとする。

レーダ装置１の物標データ導出部４５が上述したステップＳ３３及びＳ３４の処理を実行することにより、図５（ｃ）に示すように３つの第２の角度θ２のうち、第１の角度θ１と略同一である第２の角度θ２（図５（ｃ）において３つの物標Ｔ１の中で一番左側に図示された物標Ｔ１の第２の角度θ２）が出力される。したがって、位相折り返しの問題を解消して、レーダ装置１によって導出される物標の角度精度を向上させることができる。

次に、レーダ装置１と前方他車両Ｖ１及びＶ２とが図６（ａ）に示す位置関係である場合について考える。前方他車両Ｖ１と前方他車両Ｖ２は、レーダ装置１の遠方に位置している。前方他車両Ｖ１と前方他車両Ｖ２の縦距離は略同一であり、前方他車両Ｖ１の横位置と前方他車両Ｖ２の横位置は近接している。

間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合には、物標の分離性能が低いため、図６（ｂ）に示すように前方他車両Ｖ１及びＶ２の双方に対応する一つの物標Ｔ０の第１の角度θ１が導出される。

間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する場合には、物標の分離性能が高いため、図６（ｃ）に示すように前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１と前方他車両Ｖ２に対応する物標Ｔ２とが分離して導出される。

レーダ装置１の合成部４５ａが上述したステップＳ４５の処理を実行することにより、図６（ｃ）に示すように３つの仮想物標Ｔ３の角度θｃが算出され、第１の角度θ１と略同一である仮想物標Ｔ３の角度θｃの合成元である第２の角度θ２（図６（ｃ）において３つの物標Ｔ１の中で一番左側に図示された物標Ｔ１の第２の角度及び図６（ｃ）において３つの物標Ｔ２の中で一番左側に図示された物標Ｔ２の第２の角度）が出力される。したがって、遠方に２つの物標が存在する場合でも位相折り返しの問題を解消して、レーダ装置１によって導出される物標の分離性能及び角度精度を向上させることができる。

なお、図６（ｃ）に示すように３つの仮想物標Ｔ３の角度θｃを算出するのではなく、図７（ｃ）に示すように、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて導出された複数の物標（物標Ｔ１及びＴ２）それぞれの角度の中から、ステップＳ３６の判定において判定対象となる第１の角度に最も近い角度を物標毎に抽出し、物標毎に抽出した角度（図７（ｃ）において３つの物標Ｔ１の中で一番左側に図示された物標Ｔ１の第２の角度及び図７（ｃ）において３つの物標Ｔ２の中で一番左側に図示された物標Ｔ２の第２の角度）を合成して、１つの仮想物標Ｔ３の角度θｃを算出するようにしてもよい。これにより、仮想物標Ｔ３の角度θｃを算出する処理の負担が軽減される。

仮想物標Ｔ３の角度θｃは、例えば下記の式に示すように２つの第２の角度を第２の角度を示す信号のパワーで重み付けして算出するとよい。なお、θ２_Ｖ１は前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の第２の角度であり、Ｐ_Ｖ１はθ２_Ｖ１に対応する角度パワーであり、θ２_Ｖ２は前方他車両Ｖ２に対応する物標Ｔ２の第２の角度であり、Ｐ_Ｖ２はθ２_Ｖ２に対応する角度パワーである。
θｃ＝θ２_Ｖ１×Ｐ_Ｖ１／（Ｐ_Ｖ１＋Ｐ_Ｖ２）＋θ２_Ｖ２×Ｐ_Ｖ２／（Ｐ_Ｖ１＋Ｐ_Ｖ２）

図６（ｂ）に示す前方他車両Ｖ１及びＶ２の双方に対応する一つの物標Ｔ０の第１の角度θ１は、２つのピークＰａ（図３参照）が分離できずに一つのブロードなピークになっている角度スペクトラムから求まっているため、２つのピークＰａの信号強度の影響も受ける。したがって、仮想物標Ｔ３の角度θｃは、例えば上記の式に示すように２つの第２の角度を第２の角度を示す信号のパワーで重み付けして算出することによって、図４に示すステップＳ３６の判定において、仮想物標Ｔ３の角度と略同一である第１の角度が存在すると判定される可能性を高めることができる。

ここでは、２つの物標Ｔ１及びＴ２の第２の角度を合成して仮想物標の角度を算出したが、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合に３つ以上の物標が分離されていれば、３つ以上の物標の第２の角度を合成して仮想物標の角度を算出すればよい。

また、物標の角度の絶対値が小さいほど、一般的に角度パワーが大きくなり、ノイズ等の影響を受け難くなり角度パワーの信頼性が高くなる。角度パワーの信頼性が低い場合には、角度パワーでの重み付けを行うよりも例えば複数の第２の角度を単純平均した方が良いことも考えられる。したがって、合成部４５ａは、複数の第２の角度に応じて、複数の第２の角度を合成する算出方法を変更するようにしてもよい。例えば、合成部４５ａは、複数の第２の角度の全てが−６０ｄｅｇ〜＋６０ｄｅｇの範囲内である場合には、仮想物標の角度θを複数の第２の角度を第２の角度を示す信号のパワーで重み付けして算出し、それ以外の場合には、仮想物標の角度θを複数の第２の角度を単純平均して算出すればよい。

＜４．その他＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

例えば、上述した実施形態ではレーダ装置１はＦＭＣＷ方式のレーダ装置であったが、他の方式のレーダ装置を用いてもよい。例えば、例えばＦＣＭ（Fast-Chirp Modulation）方式のレーダ装置を用いてもよい。なお、ＦＣＭ方式のレーダ装置はペアリング処理を行わないので、本発明をＦＣＭ方式のレーダ装置に適用する場合、出力部４５ｃの出力先はペアリング処理部ではなく例えば物標の横位置を演算する演算部などになる。

例えば、上述した実施形態では、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合にはレーダ装置１の出力有効範囲において位相折り返しが発生しないようにしているが、レーダ装置１の出力有効範囲において位相折り返しが発生するような受信アンテナ３１ｎの配置であってもよい。このような配置である場合、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲が、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する場合の隣接する複数の折り返し角度範囲を合わせた範囲と略一致しないようにすればよい。

例えば、図８に示すように、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲Ｒ１〜Ｒ３それぞれを５０ｄｅｇとし、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲Ｒ１１〜Ｒ１９それぞれを５０／３ｄｅｇとした場合を考える。この場合、折り返し角度範囲Ｒ１は折り返し角度範囲Ｒ１１〜Ｒ１３を合わせた範囲と略一致し、折り返し角度範囲Ｒ２は折り返し角度範囲Ｒ１４〜Ｒ１６を合わせた範囲と略一致し、折り返し角度範囲Ｒ３は折り返し角度範囲Ｒ１５〜Ｒ１９を合わせた範囲と略一致する。その結果、折り返し角度範囲Ｒ１での第１の角度θ１と略同一である第２の角度（図８（ｃ）において不図示）が折り返し角度範囲Ｒ１３に存在し、折り返し角度範囲Ｒ２での第１の角度θ１と略同一である第２の角度（図８（ｃ）において不図示）が折り返し角度範囲Ｒ１６に存在し、折り返し角度範囲Ｒ３での第１の角度θ１と略同一である第２の角度（図８（ｃ）において不図示）が折り返し角度範囲Ｒ１９に存在する。

図８に示す例のように、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲が、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する場合の隣接する複数の折り返し角度範囲を合わせた範囲と略一致すると、図４のステップＳ３４において１つの物標（図８に示す例では物標Ｔ１）に対して１つの第２の角度を決定して出力することができなくなり、位相折り返しの問題を解消できなくなる。

したがって、上述した通り、レーダ装置１の出力有効範囲において位相折り返しが発生するような受信アンテナ３１ｎの配置である場合、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲が、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する場合の隣接する複数の折り返し角度範囲を合わせた範囲と略一致しないようにすればよい。

例えば、上述した実施形態では、複数の第２の角度を第２の角度を示す信号のパワーで重み付けして合成することによって仮想物標の角度を算出したが、同様の手法を図２のステップＳ７の処理すなわちグループ化処理に適用することもできる。すなわち、複数の物標点の角度をその角度を示す信号のパワーで重み付けして合成することによって、グループ化されて一つに纏まった物標の角度を算出し、その算出結果を用いてグループ化されて一つに纏まった物標の横位置を求めてもよい。

例えば、前方他車両のレーダ反射点が図９に示すレーダ反射点Ｐ１〜Ｐ３である場合、３つのレーダ反射点Ｐ１〜Ｐ３の角度（３つの物標の角度）を単純平均してグループ化されて一つに纏まった物標の角度を算出した場合、グループ化されて一つに纏まった物標の角度は前方他車両の左側に片寄ってしまう。一方、３つのレーダ反射点Ｐ１〜Ｐ３の角度（３つの物標の角度）をその角度を示す信号のパワーで重み付けして合成することによって、グループ化されて一つに纏まった物標の角度を算出する場合、上述した片寄りを抑えることができる。

なお、複数の物標点の角度をその角度を示す信号のパワーで重み付けして合成することによって、グループ化されて一つに纏まった物標の角度を算出する手法の適用範囲は、遠方に複数の物標が存在する場合でも位相折り返しの問題を解消して、導出する物標の分離性能及び角度精度を向上させることができるレーダ装置のグループ化処理に限定されない。言い換えると、複数の物標点の角度をその角度を示す信号のパワーで重み付けして合成することによって、グループ化されて一つに纏まった物標の角度を算出する手法は、レーダ装置全般のグループ化処理に適用可能である。

１ レーダ装置
２ 送信部
３ｎ、３ｗ 受信部
４ 信号処理装置
４４ データ処理部
４５ 物標データ導出部
４５ａ 合成部
４５ｂ 判定部
４５ｃ 出力部
４５ｅ マッチング判定部

Claims (7)

1. 第１の間隔で配置された複数の第１の受信アンテナと、
   前記第１の間隔より広い第２の間隔で配置された複数の第２の受信アンテナと、
   前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を合成した合成角度を１つの仮想物標の角度として算出する合成部と、
   前記仮想物標の角度と略同一である前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在するか否かを判定する判定部と、
   前記判定部によって前記仮想物標の角度と略同一である前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在すると判定された場合に、前記仮想物標の角度の合成元である前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標の角度のうち少なくとも１つの物標の角度を出力する出力部と、
   を備える、レーダ装置。
2. 前記複数の第１の受信アンテナを用いた物標の導出では、少なくとも前記レーダ装置の出力有効範囲において、位相折り返しが発生しない、請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度と略同一である前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在するか否かを判定するマッチング判定部を備え、
   前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された物標のうち、前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度と略同一の角度でないと前記マッチング判定部によって判定された物標のみを用いて、前記合成部が前記仮想物標の角度を算出する、請求項１又は請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記合成部は、
   前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度の中から、前記判定部において判定対象となる前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度に最も近い角度を物標毎に抽出し、
   物標毎に抽出した角度を合成する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーダ装置。
5. 前記合成部は、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を、前記角度を示す信号のパワーで重み付けして合成する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーダ装置。
6. 前記合成部は、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度に応じて、前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を合成する算出方法を変更する、請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーダ装置。
7. 第１の間隔で配置された複数の第１の受信アンテナと、
   前記第１の間隔より広い第２の間隔で配置された複数の第２の受信アンテナと、を備えるレーダ装置の信号処理方法であって、
   前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標それぞれの角度を合成した合成角度を１つの仮想物標の角度として算出する合成工程と、
   前記仮想物標の角度と略同一である前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在するか否かを判定する判定工程と、
   前記判定工程によって前記仮想物標の角度と略同一である前記複数の第１の受信アンテナを用いて導出された物標の角度が存在すると判定された場合に、前記仮想物標の角度の合成元である前記複数の第２の受信アンテナを用いて導出された複数の物標の角度のうち少なくとも１つの物標の角度を出力する出力工程と、
   を備える、信号処理方法。