JP2021188928A - レーダ装置とその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】干渉判定の有無に関係無く、物標の距離及び相対速度の推定精度を高くするレーダ装置を提供する。【解決手段】本発明のレーダ装置１００は、複数の送信チャープ信号を、送信間隔信号に基づいて、不等間隔で送信する無線送信部１と、複数の送信チャープ信号が物標で反射された後、反射された複数の送信チャープ信号を受信する無線受信部２とを備える。無線受信部２は、複数の送信チャープ信号を所定の受信間隔で複数の受信チャープ信号として受信し、受信された複数の受信チャープ信号と、複数の送信チャープ信号とを混合することで、複数のビート信号を検出し、送信間隔信号に基づいて、複数のビート信号に対して各受信間隔が実質的に同一になるように信号補間処理を実行することで、等間隔の複数のビート信号を生成し、等間隔の複数のビート信号に基づいて、物標との相対速度を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、レーダ装置とその制御方法に関する。
従来例１に係るレーダ装置において、周波数が連続的に変化するチャープ波を送信して物標との距離及び相対速度を検出するＦＣＭ（Fast Chirp Modulation）方式のレーダ装置が用いられている。この従来例１に係るレーダ装置では、レーダ間の相互干渉を回避するために、チャープ信号を不等間隔（ランダム）で送信していた（例えば、特許文献１参照）。
また、チャープ波の干渉を高精度に検出するために、以下の構成を有する従来例２に係るレーダ装置が提案されている。ここで、送信部は、周波数が連続的に変化するチャープ信号によって複数のチャープ波が繰り返される送信波を出力する。これに応答して、受信部は、物標による送信波の反射波に応じた受信信号とチャープ信号とから生成されるチャープ波毎のビート信号に対して第１のＦＦＴ処理を行った後、第１のＦＦＴ処理の結果である周波数スペクトルのピーク状態を複数のチャープ波間で比較することでチャープ波の干渉の有無を判定する。
特開平１０−１０５２２８号公報 特開２０１９−１５８８２８号公報
しかしながら、従来例１に係るレーダ装置では、チャープ信号の受信間隔が等間隔でなくなるために、物標の相対速度を誤って推定するという問題点があった。
また、従来例２に係るレーダ装置では、たしかにスペクトラム間の干渉を高精度に検出することができるが、干渉有りのスペクトラムを除去するなどによって、物標の位置及び相対速度の推定精度が低いという問題点があった。
本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して、干渉判定の有無に関係無く、物標の位置及び相対速度の推定精度を高くすることができるレーダ装置とその制御方法を提供することにある。
本発明に係るレーダ装置は、
複数の送信チャープ信号を、送信間隔信号に基づいて、不等間隔で送信する無線送信部と、前記複数の送信チャープ信号が物標で反射された後、前記反射された複数の送信チャープ信号を受信する無線受信部とを備えるレーダ装置であって、
前記無線受信部は、
前記複数の送信チャープ信号を所定の受信間隔で複数の受信チャープ信号として受信し、
前記受信された複数の受信チャープ信号と、前記複数の送信チャープ信号とを混合することで、複数のビート信号を検出し、
前記送信間隔信号に基づいて、前記複数のビート信号に対して前記各受信間隔が実質的に同一になるように信号補間処理を実行することで、等間隔の複数のビート信号を生成し、
前記等間隔の複数のビート信号に基づいて、前記物標との相対速度を推定する。
従って、本発明に係るレーダ装置等によれば、従来技術に比較して、干渉判定の有無に関係無く、物標の位置及び相対速度の推定精度を高くすることができる。
実施形態に係るレーダ装置１００の構成例を示すブロック図である。 実施形態に係る、送信チャープ信号の送信間隔が不等間隔であるレーダ装置の動作例の第１の部分を示す波形図である。 実施形態に係る、送信チャープ信号の送信間隔が不等間隔であるレーダ装置の動作例の第２の部分を示す波形図、位相図及びスペクトル図である。 図１のレーダ装置１００により実行される距離、速度及び到来角度推定処理を示すフローチャートである。 比較例１に係る、送信チャープ信号の送信間隔が等間隔であるレーダ装置の動作例の第１の部分を示す波形図及びスペクトル図である。 比較例１に係る、送信チャープ信号の送信間隔が等間隔であるレーダ装置の動作例の第２の部分を示す波形図、位相図及びスペクトル図である。 比較例２に係る、送信チャープ信号の送信間隔が不等間隔であるレーダ装置の動作例の第１の部分を示す波形図及びスペクトル図である。 比較例２に係る、送信チャープ信号の送信間隔が不等間隔であるレーダ装置の動作例の第２の部分を示す波形図、位相図及びスペクトル図である。
以下、添付図面を参照して、比較例及び実施形態に係る、ＦＣＭ方式を用いたレーダ装置とその制御方法の実施形態について説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
（比較例１）
図４Ａ及び図４Ｂは、比較例１に係る、送信チャープ信号の送信間隔が等間隔であるレーダ装置の動作例の波形図、位相図及びスペクトル図である。以下、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、比較例１に係る、送信チャープ信号の送信間隔が等間隔であるレーダ装置の動作例の概要について説明する。
図４Ａ（ａ）において、無線送信部は、所定の送信間隔信号に基づいて、周波数が連続的に高くなる複数の送信チャープ信号Ｓｔを所定の送信間隔Ｔで繰り返し、物標に向けて無線送信する。ここで、送信間隔Ｔは次式で表され、送信チャープ信号Ｓｔによらず一定である。なお、ｎは１を超える整数である。
Ｔ＝ｔｎ−ｔｎ−１， ｎ＞１
ここで、ｔｎは送信開始時刻である。
図４Ａ（ｂ）及び（ｃ）において、無線受信部は、物標で反射された複数の送信チャープ信号Ｓｔを受信して、受信した送信チャープ信号である受信チャープ信号Ｓｒと、送信した送信チャープ信号Ｓｔとを混合した後ローパスフィルタリングすることで、複数のビート信号ｙ１（ｔ）〜ｙ３（ｔ）を検出する。ここで、ビート信号ｙｎ（ｔ）は次式で表される。
ｙｎ（ｔ）＝ｓｉｎ（２πｆＢｔ＋θｎ）
ここで、ｆＢはビート周波数であり、位相差θｎは次式で表される。
θｎ＝４πｖ（ｔｎ−ｔ１）／λ
ここで、ｖは物標の相対速度［ｍ／ｓ］であり、λは送信チャープ信号を含む無線信号の波長である。
図４Ａ（ｄ）において、ビート信号ｙｎ（ｔ）に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transformation)を実行することで、ビート信号ｙｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）に変換する。ここで、ビート信号ｙｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）は次式で表される。
Ｒｎ（ω）＝１０ｌｏｇ１０｜Ｙｎ（ω）｜２
｜Ｙｎ（ω）｜ｅｘｐ（−ｊω＋θｎ）＝ＦＦＴ［ｙｎ（ｔ）］
ここで、ＦＦＴ［］は高速フーリエ変換の演算子である。
図４Ｂ（ａ）において、ビート信号ｙｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）のピーク値Ｒｎｐを検出した後、図４Ｂ（ｂ）において、その位相θｎを抽出する。
抽出したビート信号ｙｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）のピーク値Ｒｎｐの位相θｎを時間軸上で表すと図４Ｂ（ｃ）のようになり、このグラフに対してＦＦＴを実行することで、図４Ｂ（ｄ）の速度スペクトラムＶ（ω）に変換してそのピーク値に基づいて、物標の相対速度ｖを、次式を用いて計算することができる。
ｖ＝λΔθ／（４πＴ）
Δθ＝θ２−θ１
（比較例２）
これに対して、送信間隔Ｔが不等間隔Ｔｎであるときの比較例２について、図５Ａ及び図５Ｂを参照して説明する。図５Ａ及び図５Ｂは、比較例２に係る、送信チャープ信号Ｓｔの送信間隔が不等間隔であるレーダ装置の動作例を示す波形図、位相図及びスペクトル図である。
図５Ａ（ａ）において、無線送信部は、所定の送信間隔信号に基づいて、周波数が連続的に高くなる複数の送信チャープ信号Ｓｔを不等送信間隔Ｔｎで繰り返し、物標に向けて無線送信する。ここで、送信間隔Ｔｎは次式で表され、送信チャープ信号Ｓｔによらず一定ではない。なお、ｎは１を超える整数である。
Ｔｎ＝ｔ’ｎ−ｔ’ｎ−１， ｎ＞１
ここで、ｔ’ｎは送信開始時刻である。
図５Ａ（ｂ）及び（ｃ）において、無線受信部は、物標で反射された複数の送信チャープ信号Ｓｔを受信して、受信した送信チャープ信号である受信チャープ信号Ｓｒと、送信した送信チャープ信号Ｓｒとを混合した後ローパスフィルタリングすることで、複数のビート信号ｙ１（ｔ）〜ｙ３（ｔ）を検出する。ここで、ビート信号ｙｎ（ｔ）は次式で表される。
ｙｎ（ｔ）＝ｓｉｎ（２πｆＢｔ＋θｎ）
ここで、ｆＢはビート周波数であり、位相差θｎは次式で表される。
θｎ＝４πｖ（ｔ’ｎ−ｔ’１）／λ
ここで、ｖは物標の相対速度［ｍ／ｓ］であり、λは送信チャープ信号Ｓｒを含む無線信号の波長である。
図５Ａ（ｄ）において、ビート信号ｙｎ（ｔ）に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transformation)を実行することで、ビート信号ｙｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）に変換する。ここで、ビート信号ｙｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）は次式で表される。
Ｒｎ（ω）＝１０ｌｏｇ１０｜Ｙｎ（ω）｜２
｜Ｙｎ（ω）｜ｅｘｐ（−ｊω＋θｎ）＝ＦＦＴ［ｙｎ（ｔ）］
図５Ｂ（ａ）において、ビート信号ｙｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）のピーク値Ｒｎｐを検出した後、図５Ｂ（ｂ）において、その位相θｎを抽出する。
抽出したビート信号ｙｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）のピーク値Ｒｎｐの位相θｎを時間軸上で表すと図５Ｂ（ｃ）のようになり、これを真値と比較すると、図５Ｂ（ｄ）に示すようになり、推定値は真値からずれることがわかる。このグラフに対してＦＦＴを実行することで、図５Ｂ（ｅ）の速度スペクトラムＶ（ω）に変換してそのピーク値に基づいて、物標の相対速度ｖを計算することができるが、物標の相対速度ｖにおいて誤差が発生することは明らかである。
すなわち、相対速度ｖは次式で表されるが、分母の送信間隔Ｔが一定ではないために、相対速度ｖに誤差が発生する。
ｖ＝λΔθ／（４πＴ）
Δθ＝θ２−θ１
（実施形態）
本発明に係る実施形態では、前記の誤差を減少させるために、比較例２において、複数のビート信号が等間隔になるように、受信間隔を補正することを特徴としている。
図１は実施形態に係るレーダ装置１００の構成例を示すブロック図である。以下、レーダ装置１００の構成例について説明する。
図１において、レーダ装置１００は、例えばＦＣＭ（Fast Chirp Modulation）方式を用いて、物標との距離及び相対速度を推定する。ＦＣＭ方式では、周波数が連続的に変化する複数のチャープ信号が繰り返される送信チャープ信号を、物標に対して無線送信して、検出範囲内に存在する各物標との距離及び相対速度を検出する。具体的には、ＦＣＭ方式は、複数のチャープ信号Ｓｔを生成する変調信号と物標による送信信号の反射波を受信して得られる受信信号とから生成されたチャープ信号毎の複数のビート信号ｙｎ（ｔ）に対して２次元高速フーリエ変換処理（以下、２次元ＦＦＴ処理という）を実行して物標との距離及び相対速度を推定する。なお、２次元ＦＦＴ処理は、距離ＦＦＴ処理及び速度ＦＦＴ処理の２回のＦＦＴ処理を含む。
図１において、レーダ装置１００は、無線送信部１と、無線受信部２と、信号処理部３とを備える。ここで、無線送信部１は、送信制御部１０と、変調信号生成部１１と、発振器１２と、電力増幅器１３と、送信アンテナ１４とを備える。また、無線受信部２は、１個以上のＮ個の受信アンテナ２１−１〜２１−Ｎ（以下、総称して符号２１を付す）と、複数Ｎ個の低雑音増幅器２２−１〜２２−Ｎ（以下、総称して符号２２を付す）と、複数Ｎ個の混合器２３−１〜２３−Ｎ（以下、総称して符号２３を付す）と、複数Ｎ個のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４−１〜２４−Ｎ（以下、総称して符号２４を付す）と、複数Ｎ個のＡＤ変換器（ＡＤＣ）２５−１〜２５−Ｎ（以下、総称して符号２５を付す）とを備える。さらに、信号処理部３は、複数Ｎ個の受信間隔補正部３１−１〜３１−Ｎ（以下、総称して符号３１を付す）と、複数Ｎ個の距離及び速度推定部３２−１〜３２−Ｎ（以下、総称して符号３２を付す）と、到来角度推定部３３とを備える。
無線送信部１の送信制御部１０は、互いに不等の送信間隔Ｔｎを有する送信間隔信号Ｓｉを発生して変調信号生成部１１及び受信間隔補正部３１に出力する。変調信号生成部１１は例えば鋸波形状などの三角波形状で周波数が変化する変調信号を生成し、発振器１２に出力する。発振器１２は、変調信号に従って、不等の送信間隔Ｔｎを有する送信チャープ信号Ｓｔを生成して、電力増幅器１３を介して送信アンテナ１４に出力されて、送信チャープ信号Ｓｔを含む無線信号が送信アンテナ１４から物標に向けて放射される。
なお、発振器１２からの送信チャープ信号Ｓｔは無線受信部２の混合器２３にも分配される。また、送信間隔信号Ｓｉは無線受信部２の受信間隔補正部３１にも分配される。
無線受信部２は、アレーアンテナを構成する複数Ｎ個の受信アンテナ２１は、物標からの反射波である、送信チャープ信号Ｓｔを含む無線信号を、受信チャープ信号Ｓｒを含む受信無線信号として受信し、受信無線信号を低雑音増幅器２２を介して混合器２３に出力する。各混合器２３は、各低雑音増幅器２２からの受信無線信号に含まれる受信チャープ信号Ｓｒと、発振器１２からの送信チャープ信号Ｓｔとを混合して、各ローパスフィルタ２４に出力する。各ローパスフィルタ２４は、入力される混合結果の信号から不要な信号成分を除去するためのローパスフィルタリングを行うことで、ビート周波数ｆＢを有するビート信号ｙｎ（ｔ）を検出して各ＡＤ変換器２５に出力する。各ＡＤ変換器２５は入力されるビート信号ｙｎ（ｔ）をデジタル形式のビート信号にＡＤ変換して信号処理部３の各受信間隔補正部３１に出力する。
なお、図１に示す受信アンテナ２１等の個数Ｎは、例えば１以上である。本実施形態において、距離の推定、又は速度の推定は１個の受信アンテナ２１で可能であるが、到来角度の推定まで行なう場合２個以上の受信アンテナ２１が必要である。
信号処理部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポート等を含むマイクロコンピュータで構成され、レーダ装置１００の全体を制御する。
各受信間隔補正部３１は、送信制御部１０からの送信間隔信号Ｓｉに基づいて、入力されるビート信号ｙｎ（ｔ）を所望の最大検知速度を満たす送信間隔Ｔｎよりも短い間隔で信号補間処理を行うことで、所定の等間隔Ｔであるビート信号ｙｅｎ（ｔ）を生成する。ここで、等間隔Ｔであるビート信号ｙｅｎ（ｔ）は次式で表される。
ｙｅｎ（ｔ）
＝ｙｎ（ｔ）＋（ｙｎ（ｔ）−ｙｎ−１（ｔ））／（ｔｎ−ｔ’ｎ−１）
×（ｔ’ｎ−ｔ’ｎ−１）
ここで、信号補間（内挿）を行っているが、本発明はこれに限らず、信号補外処理（外挿）を行って、所定の等間隔Ｔであるビート信号ｙｅｎ（ｔ）を生成してもよい。なお、信号補間処理は、例えば線形補間法、多次スプライン関数法、ラグランジェ補間法、指数スプライン補間法、最小二乗法を用いた補間法などの公知の信号補間法を用いることができる。
各距離及び速度推定部３２は、各受信間隔補正部３１から出力されるビート信号ｙｅｎ（ｔ）に対してそれぞれ公知の２次元ＦＦＴ処理（距離ＦＦＴ処理及び速度ＦＦＴ処理）を行い、かかる２次元ＦＦＴ処理の結果に基づいて物標の距離及び相対速度を演算して到来角度推定部３３に出力する。なお、各距離及び速度推定部３２はさらに、前記の距離ＦＦＴ処理の結果を用いて干渉の有無を判定してもよい。
すなわち、各距離及び速度推定部３２は、ビート信号ｙｅｎ（ｔ）におけるピーク状態の違いに着目して干渉を検出する。具体的には、距離ＦＦＴ処理の結果それぞれのピーク状態（ピーク値、ピーク数、ピークの位置）を複数の受信チャープ信号Ｓｒ間で比較することで複数の受信チャープ信号の干渉の有無を判定する。例えば、複数の受信チャープ信号のうち、他の受信チャープ信号とはピークの数や、ピークの位置等のピーク状態が異なるチャープ信号があった場合、かかるチャープ信号が干渉を受けていると判定する。このように、レーダ装置１００では、距離ＦＦＴ処理の結果のピーク状態を比較することで、受信チャープ信号の干渉を高精度に検出することができる。特に、レーダ装置１００以外の、例えば他車両に搭載されたレーダ装置との干渉も高精度に検出することができる。
到来角度推定部３３は、複数の受信チャープ信号Ｓｒ又はそれに基づいて生成されたビート信号ｙｎ（ｔ）に基づいて、所定の公知の到来角度演算処理により物標の到来角度を推定する。例えば、各到来角度推定部３３は、受信アンテナ２１で受信された複数個の受信信号に基づく複数個のビート信号ｙｎ（ｔ）の周波数スペクトルそれぞれの同一距離ビンのピークの位相の違いにより物標の到来角度を推定する。なお、同一距離ビンのピークの位相の違いにより、同一距離ビンに複数の物標が存在することが検出された場合、それら複数の物標それぞれについて角度推定を行う。なお、到来角度推定部３３における角度の推定は、例えば、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、又はＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）などの公知の推定方式を用いて実行される。
到来角度推定部３３は、演算した物標で反射された無線信号の到来角度に加えて、各距離及び速度推定部３２において推定された、物標との距離及び相対速度に係る情報を他制御装置２００に出力する。なお、図１において、他制御装置２００は、他のレーダ装置、又は、当該レーダ装置１００及び他のレーダ装置を統括的に制御する制御装置である。
図２Ａ及び図２Ｂは、実施形態に係る、送信チャープ信号の送信間隔が不等間隔であるレーダ装置の動作例を示す波形図及びスペクトル図である。
図２Ａ（ａ）において、無線送信部１は、送信間隔信号Ｓｉに基づいて、周波数が連続的に高くなる複数の送信チャープ信号Ｓｔを不等送信間隔Ｔｎで繰り返し、物標に向けて無線送信する。ここで、送信間隔Ｔｎは次式で表され、送信チャープ信号Ｓｔによらず一定ではない。なお、ｎは１以上の整数である。
Ｔｎ＝ｔ’ｎ−ｔ’ｎ−１， ｎ＞１
ここで、ｔ’ｎは送信開始時刻である。
図２Ａ（ｂ）及び（ｃ）において、無線受信部２は、物標で反射された複数の送信チャープ信号Ｓｔを受信して、受信した送信チャープ信号である受信チャープ信号Ｓｒと、送信した送信チャープ信号Ｓｒとを混合した後ローパスフィルタリングすることで、複数のビート信号ｙ１（ｔ）〜ｙ３（ｔ）を検出する。ここで、ビート信号ｙｎ（ｔ）は次式で表される。
ｙｎ（ｔ）＝ｓｉｎ（２πｆＢｔ＋θｎ）
ここで、ｆＢはビート周波数であり、位相差θｎは次式で表される。
θｎ＝４πｖ（ｔ’ｎ−ｔ’１）／λ
ここで、ｖは物標の相対速度［ｍ／ｓ］であり、λは送信チャープ信号Ｓｒを含む無線信号の波長である。
図２Ａ（ｄ）において、各受信間隔補正部３１は、送信制御部１０からの送信間隔信号Ｓｉに基づいて、入力されるビート信号ｙｎ（ｔ）を所望の最大検知速度を満たす送信間隔Ｔｎよりも短い間隔で信号補間処理を行うことで、所定の等間隔Ｔであるビート信号ｙｅｎ（ｔ）を生成する。ここで、等間隔Ｔであるビート信号ｙｅｎ（ｔ）は次式で表される。
ｙｅｎ（ｔ）
＝ｙｎ（ｔ）＋（ｙｎ（ｔ）−ｙｎ−１（ｔ））／（ｔｎ−ｔ’ｎ−１）
×（ｔ’ｎ−ｔ’ｎ−１）
図２Ｂ（ａ）において、信号補間された等間隔のビート信号ｙｅｎ（ｔ）に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transformation)を実行することで、等間隔のビート信号ｙｅｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）に変換する。ここで、等間隔のビート信号ｙｅｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）は次式で表される。
Ｒｎ（ω）＝１０ｌｏｇ１０｜Ｙｅｎ（ω）｜２
｜Ｙｅｎ（ω）｜ｅｘｐ（−ｊω＋θｎ）＝ＦＦＴ［ｙｅｎ（ｔ）］
図２Ｂ（ｂ）において、等間隔のビート信号ｙｅｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）のピーク値Ｒｎｐを検出した後、図２Ｂ（ｃ）において、その位相θｎを抽出する。
生成した等間隔のビート信号ｙｅｎ（ｔ）の距離スペクトラムＲｎ（ω）のピーク値Ｒｎｐの位相θｎを時間軸上で表すと、比較例１と同様に、図２Ｂ（ｃ）のようになり、従来技術に比較して、高精度で物標との距離及び相対速度を推定することができる。このグラフに対してＦＦＴを実行することで、図２Ｂ（ｄ）の速度スペクトラムＶ（ω）に変換してそのピーク値に基づいて、物標の相対速度ｖを計算することができるが、物標の相対速度ｖにおいて誤差が発生しない。
図３は、図１のレーダ装置１００により実行される距離、速度及び到来角度推定処理を示すフローチャートである。
図３のステップＳ１において、無線送信部１は、チャープ信号を所定の不等間隔で送信し、当該不等間隔を含む送信間隔信号Ｓｉを受信間隔補正部３１に出力する。
次いで、ステップＳ２において、無線受信部２は、チャープ信号を受信し、受信チャープ信号と送信チャープ信号とを混合して低域通過フィルタリングすることで複数のビート信号を検出し、検出した複数のビート信号をＡＤ変換して信号処理部３に出力する。ステップＳ３において、信号処理部３の受信間隔補正部３１は、送信間隔信号Ｓｉに基づいて、複数のビート信号に対して各受信間隔が同一になるように、信号補間処理を実行することで、等間隔のビート信号列を生成する。
さらに、ステップＳ４において、信号処理部３の距離及び速度推定部３２は、等間隔のビート信号列に対して距離及び速度推定処理を実行することで、各ビート信号に対応する距離及び速度を演算する。なお、ここで、各距離スペクトラム間の干渉の有無を判定してもよく、干渉があるときは、干渉有りの距離スペクトラムを除去するなどにして干渉の影響を除去した所定の距離スペクトラムに変換して距離及び相対速度の推定、及び到来角度の推定を行うことで、より高精度な推定を行うことができる。
次いで、ステップＳ５において、信号処理部３の到来角度推定部３３は、各受信アンテナ２１により受信された受信チャープ信号の位相差に基づいて到来角度推定処理を実行して、各ビート信号に対応する到来角度を演算する。さらに、ステップＳ６において、推定された距離、速度及び到来角度を含む推定結果信号を他制御装置２００に出力して当該推定処理を終了する。
（実施形態の効果）
以上説明したように、本実施形態に係るレーダ装置１００によれば、各受信アンテナ２１に対応して各受信間隔補正部３１を設けることで、無線受信部２において等間隔のビート信号ｙｅｎ（ｔ）を生成することができ、これに基づいて、物標との距離、相対速度及び到来角度を推定することで、従来技術と比較して高精度な推定を行うことができる。
また、各距離及び速度推定部３２において、ビート信号ｙｅｎ（ｔ）の干渉状態を検出することで、干渉の有無を判定し、干渉有りのビート信号ｙｅｎ（ｔ）を除去して、物標との距離、相対速度及び到来角度を推定することで、従来技術に比較して高精度な推定を行うことができる。すなわち、距離及び相対速度の推定を行う前に、送信間隔とビート信号の関係性を用いて、等間隔な受信間隔で得られたビート信号に補正することにより、干渉回避と速度推定を両立できるようになった。言い換えれば、干渉が発生した場合に、干渉の影響を除去し、正確に距離、相対速度及び到来角度の推定を行うことができる。
すなわち、本実施形態によれば、干渉判定の有無に関係なく適用可能である。
（変形例）
以上の実施形態では、送信チャープ信号Ｓｔは、周波数が連続的に増加する（すなわち、アップチャープ）場合を示したが、周波数が連続的に減少する（すなわち、ダウンチャープ）チャープ信号であってもよい。また、それらの組み合わせであってもよい。
以上の実施形態では、ＦＣＭ方式を用いたレーダ装置について説明したが、本発明はこれに限らず、ＦＭＣＷ変調方式又はパルス圧縮変調方式を用いたレーダ装置に適用可能である。
以上の実施形態では、物標の位置及び相対速度を推定しているが、本発明はこれに限らず、物標の相対速度のみを推定するように構成してもよい。
以上の実施形態に対してさらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
以上詳述したように、本発明に係るレーダ装置とその制御方法によれば、従来技術に比較して、干渉判定の有無に関係無く、物標の位置及び相対速度の推定精度を高くする。例えば、道路監視向けミリ波レーダにおいて、干渉回避と速度推定精度を達成するための技術手段として用いることができる。具体的なアプリケーションとしては、信号機や交通標識などに当該レーダ装置を取り付け、車両の位置と速度を検知し、渋滞緩和のためのトラフィックカウンタを行うことができる。
すなわち、レーダ間の干渉を回避しつつ、速度推定をより正確に行うことができる。これにより、ユーザは、反射物体である物標の正確な位置情報（距離及び相対速度、到来角度である方位）を得ることができ、自動運転の補助や交通事故の発生低減に繋がる。
１ 無線送信部
２ 無線受信部
１０ 送信制御部
１１ 変調信号生成部
１２ 発振器
１３ 電力増幅器
１４ 送信アンテナ
２１，２１−１〜２１−Ｎ 受信アンテナ
２２，２２−１〜２２−Ｎ 低雑音増幅器
２３，２３−１〜２３−Ｎ 混合器
２４，２４−１〜２４−Ｎ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
２５，２５−１〜２５−Ｎ ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
３１，３１−１〜３１−Ｎ 受信間隔補正部
３２，３２−１〜３２−Ｎ 距離及び速度推定部
３３ 到来角度推定部
１００ レーダ装置
２００ 他制御装置
図５Ａ（ｂ）及び（ｃ）において、無線受信部は、物標で反射された複数の送信チャープ信号Ｓｔを受信して、受信した送信チャープ信号である受信チャープ信号Ｓｒと、送信した送信チャープ信号Ｓｔとを混合した後ローパスフィルタリングすることで、複数のビート信号ｙ１（ｔ）〜ｙ３（ｔ）を検出する。ここで、ビート信号ｙｎ（ｔ）は次式で表される。
ここで、ｖは物標の相対速度［ｍ／ｓ］であり、λは送信チャープ信号Ｓｔを含む無線信号の波長である。
無線受信部２において、アレーアンテナを構成する複数Ｎ個の受信アンテナ２１は、物標からの反射波である、送信チャープ信号Ｓｔを含む無線信号を、受信チャープ信号Ｓｒを含む受信無線信号として受信し、受信無線信号を低雑音増幅器２２を介して混合器２３に出力する。各混合器２３は、各低雑音増幅器２２からの受信無線信号に含まれる受信チャープ信号Ｓｒと、発振器１２からの送信チャープ信号Ｓｔとを混合して、各ローパスフィルタ２４に出力する。各ローパスフィルタ２４は、入力される混合結果の信号から不要な信号成分を除去するためのローパスフィルタリングを行うことで、ビート周波数ｆＢを有するビート信号ｙｎ（ｔ）を検出して各ＡＤ変換器２５に出力する。各ＡＤ変換器２５は入力されるビート信号ｙｎ（ｔ）をデジタル形式のビート信号にＡＤ変換して信号処理部３の各受信間隔補正部３１に出力する。
信号処理部１３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力ポート等を含むマイクロコンピュータで構成され、レーダ装置１００の全体を制御する。
到来角度推定部３３は、複数の受信チャープ信号Ｓｒ又はそれに基づいて生成されたビート信号ｙｎ（ｔ）に基づいて、所定の公知の到来角度演算処理により物標の到来角度を推定する。例えば、到来角度推定部３３は、受信アンテナ２１で受信された複数個の受信信号に基づく複数個のビート信号ｙｎ（ｔ）の周波数スペクトルそれぞれの同一距離ビンのピークの位相の違いにより物標の到来角度を推定する。なお、同一距離ビンのピークの位相の違いにより、同一距離ビンに複数の物標が存在することが検出された場合、それら複数の物標それぞれについて角度推定を行う。なお、到来角度推定部３３における角度の推定は、例えば、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、又はＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）などの公知の推定方式を用いて実行される。
図２Ａ（ｂ）及び（ｃ）において、無線受信部２は、物標で反射された複数の送信チャープ信号Ｓｔを受信して、受信した送信チャープ信号である受信チャープ信号Ｓｒと、送信した送信チャープ信号Ｓｔとを混合した後ローパスフィルタリングすることで、複数のビート信号ｙ１（ｔ）〜ｙ３（ｔ）を検出する。ここで、ビート信号ｙｎ（ｔ）は次式で表される。
ここで、ｖは物標の相対速度［ｍ／ｓ］であり、λは送信チャープ信号Ｓｔを含む無線信号の波長である。
以上詳述したように、本発明に係るレーダ装置とその制御方法によれば、従来技術に比較して、干渉判定の有無に関係無く、物標の位置及び相対速度の推定精度を高くする。例えば、道路監視向けミリ波レーダにおいて、干渉回避と速度推定精度を達成するための技術手段として用いることができる。具体的なアプリケーションとしては、信号機や交通標識などに当該レーダ装置を取り付け、車両の位置と速度を検知し、渋滞緩和のためのトラフィックカウントを行うことができる。

Claims (12)

  1. 複数の送信チャープ信号を、送信間隔信号に基づいて、不等間隔で送信する無線送信部と、前記複数の送信チャープ信号が物標で反射された後、前記反射された複数の送信チャープ信号を受信する無線受信部とを備えるレーダ装置であって、
    前記無線受信部は、
    前記複数の送信チャープ信号を所定の受信間隔で複数の受信チャープ信号として受信し、
    前記受信された複数の受信チャープ信号と、前記複数の送信チャープ信号とを混合することで、複数のビート信号を検出し、
    前記送信間隔信号に基づいて、前記複数のビート信号に対して前記各受信間隔が実質的に同一になるように信号補間処理を実行することで、等間隔の複数のビート信号を生成し、
    前記等間隔の複数のビート信号に基づいて、前記物標との相対速度を推定する、
    レーダ装置。
  2. 前記無線受信部は、前記等間隔の複数のビート信号に基づいて、前記物標との距離をさらに推定する、
    請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 前記送信チャープ信号は、連続的に変化する周波数をそれぞれ有する、
    請求項１又は２に記載のレーダ装置。
  4. 前記無線受信部は、前記受信された複数の受信チャープ信号又は複数のビート信号に基づいて、前記物標の到来角度を推定する、
    請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載のレーダ装置。
  5. 前記無線受信部は、
    前記等間隔の複数のビート信号を、ビート信号の複数の距離スペクトラムに変換し、
    前記ビート信号の複数の距離スペクトラムのピーク状態を抽出し、
    複数の距離スペクトラムのピーク状態に基づいて、前記複数の受信チャープ信号間の干渉の有無を判定する、
    請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載のレーダ装置。
  6. 前記無線受信部は、前記干渉があると判定された受信チャープ信号の距離スペクトラムを、前記干渉の影響を除去した所定の距離スペクトラムに変換した後、変換された距離スペクトラムに基づいて前記物標との距離及び相対速度を推定する、
    請求項５に記載のレーダ装置。
  7. 連続的に変化する周波数をそれぞれ有する複数の送信チャープ信号を、送信間隔信号に基づいて、不等間隔で送信する無線送信部と、前記複数の送信チャープ信号が物標で反射された後、前記反射された複数の送信チャープ信号を受信する無線受信部とを備えるレーダ装置の制御方法であって、
    前記制御方法は、
    前記複数の送信チャープ信号を所定の受信間隔で複数の受信チャープ信号として受信するステップと、
    前記受信された複数の受信チャープ信号と、前記複数の送信チャープ信号とを混合することで、複数のビート信号を検出するステップと、
    前記送信間隔信号に基づいて、前記複数のビート信号に対して前記各受信間隔が実質的に同一になるように信号補間処理を実行することで、等間隔の複数のビート信号を生成するステップと、
    前記等間隔の複数のビート信号に基づいて、前記物標との相対速度を推定するステップと、
    を含むレーダ装置の制御方法。
  8. 前記制御方法は、
    前記等間隔の複数のビート信号に基づいて、前記物標との距離を推定するステップを、
    さらに含む、請求項７に記載のレーダ装置の制御方法。
  9. 前記送信チャープ信号は、連続的に変化する周波数をそれぞれ有する、
    請求項７又は８に記載のレーダ装置の制御方法。
  10. 前記受信された複数の受信チャープ信号又は複数のビート信号に基づいて、前記物標の到来角度を推定するステップをさらに含む請求項７〜９のうちのいずれか１つに記載のレーダ装置の制御方法。
  11. 前記等間隔の複数のビート信号を、ビート信号の複数の距離スペクトラムに変換するステップと、
    前記ビート信号の複数の距離スペクトラムのピーク状態を抽出するステップと、
    複数の距離スペクトラムのピーク状態に基づいて、前記複数の受信チャープ信号間の干渉の有無を判定するステップと、
    をさらに含む請求項７〜１０のうちのいずれか１つに記載のレーダ装置の制御方法。
  12. 前記干渉があると判定された受信チャープ信号の距離スペクトラムを、前記干渉の影響を除去した所定の距離スペクトラムに変換した後、変換された距離スペクトラムに基づいて前記物標との距離及び相対速度を推定するステップを、
    さらに含む請求項１１に記載のレーダ装置の制御方法。
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