JP2022137683A - レーダ装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来技術に比較して簡単な方法でかつ短時間で、レーダ装置の異常状態を検出する。【解決手段】本発明のレーダ装置において、無線受信部は、受信された受信チャープ信号を含む無線信号と、送信チャープ信号を含む無線信号とを混合することで、ビート信号を検出し、ビート信号を所定の通過帯域幅で帯域通過フィルタリングし、もしくは所定の低域遮断周波数で低域通過フィルタリングし、フィルタリングされたビート信号に対して、距離及び相対速度の２次元ＦＦＴ処理を実行して、複数の相対速度に対する距離スペクトルを含むマップ情報を計算し、マップ情報に基づいて、レーダ装置の死角範囲となる、距離と相対速度の周波数範囲を決定し、決定された周波数範囲から、受信された無線信号の信号強度の平均値を計算し、計算された信号強度を所定の異常検出用閾値と比較することで、レーダ装置が異常状態であるか否かが判断する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えばミリ波センサ等を用いたレーダ装置とその制御方法に関する。

従来は、ノイズレベルの時間変動を監視することで、レーダ装置への干渉又はレーダ装置の故障などのレーダ装置の異常状態を検出していた。

例えば、特許文献１では、レーダ装置のレドームにセンサ等を配設せずに、レドームの氷結、着雪、レドームに対する汚れの付着を検出して報知するために、以下の構成を有するレーダ装置を開示している。当該レーダ装置は、周波数を掃引したＦＭ信号を送信し、物体からの反射信号を受信し、反射信号と送信信号の一部を混合することによって得られるビート信号の周波数から物体の位置を検出するＦＭレーダ装置であり、前記ビート信号の低周波成分のレベルに基づいてアンテナのレドームに付着した汚れを検出する手段を備えたことを特徴としている。

また、特許文献２では、ターゲット検出の時間分解能を低下させずに汚れを検出するために、以下の構成を有する車載用レーダ装置を開示している。当該レーダ装置は、車両の周辺物体を検出し、検出範囲に走行路面が含まれる車両用レーダ装置において、信号処理部は、前記周辺物体の検出に第２のしきい値を越えたビート周波数を用いるとともに、所定の周波数範囲において第１のしきい値を越える受信レベルのビート周波数の所定時間内の発生数が所定値以下のときに前記送信部または受信部に汚れがあると判定することを特徴としている。

特開平１０－２８２２２９号公報 特開２０００－０１９２４２号公報

しかし、これら従来例に係るレーダ装置では、基準となるノイズレベルを算出する際に、静止物体や地面などマルチパスの影響を極力避けるため、周囲反射の少ない理想環境（例えば、電波暗室や開けた屋外空間など）で行なう必要があった。また、ノイズレベルはデバイス熱などに起因して変動するため、デバイスの温度も常に把握する方策が別途必要であった。

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簡単な方法でかつ短時間で、レーダ装置の異常状態を検出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、
送信チャープ信号を含む無線信号を送信する無線送信部と、前記送信チャープ信号を含む無線信号が物標で反射された後、前記反射された受信チャープ信号を含む無線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、
前記受信された受信チャープ信号を含む無線信号と、前記送信チャープ信号を含む無線信号とを混合することで、ビート信号を検出し、
前記ビート信号を所定の通過帯域幅で帯域通過フィルタリングし、もしくは所定の低域遮断周波数で低域通過フィルタリングし、
前記フィルタリングされたビート信号に対して、距離及び相対速度の２次元ＦＦＴ処理を実行して、複数の相対速度に対する距離スペクトルを含むマップ情報を計算し、
前記マップ情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲となる、距離と相対速度の周波数範囲を決定し、前記決定された周波数範囲から、受信された無線信号の信号強度の平均値を計算し、
前記計算された信号強度を所定の異常検出用閾値と比較することで、前記レーダ装置が異常状態であるか否かが判断する。

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簡単な方法でかつ短時間で、レーダ装置の異常状態を検出することができる。

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。 図１のレーダ装置１００で用いるチャープ信号の周波数変化波形図を示すグラフである。 図１のレーダ装置１００で用いるバンドパスフィルタ２４－１～２４－Ｎの利得周波数特性を示す図である。 道路４００上に設置されたレーダ装置１００と、走行車線４１１を走行する車両３１０との位置関係を示す平面図である。 道路４００上に設置されたレーダ装置１００と、道路４００の地面３００上を走行する車両３１０との位置関係を示す側面図である。 図１のレーダ装置１００により計算される距離スペクトルとＲＶマップ（車両の距離と速度をマッピングしたマップ）を示す図である。 図１のレーダ装置１００により計算されるＲＶマップとパワーとの関係を示す図である。 図１のレーダ装置１００により実行される受信前の前置処理を示すフローチャートである。 図１のレーダ装置１００により実行される受信信号処理を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、実施形態に係る、例えば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。

（実施形態）
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。

上述の課題を解決するために、本発明の実施形態に係るレーダ装置１００は、前置処理部４と、異常検出部３２－１～３２－Ｎ（総称して、符号３２を付す）とを備える。
（Ａ）前置処理部４は、レーダ装置１００の設置位置の情報に基づいて、レーダ装置１００の死角範囲５１，５２（レーダ装置１００により検出できない範囲をいう；図６参照））となる周波数範囲（距離と相対速度との関係を示す周波数範囲）を決定し、当該周波数範囲に基づいて、信号強度の平均値を算出し、当該信号強度の平均値に基づいて異常検出用閾値を算出し、
（Ｂ）異常検出部３２は、複数のアンテナ２１－１～２１－Ｎ（総称して、符号２１を付す）で受信された各受信信号に対する各ビート信号に対して２次元ＦＦＴ（Fast Fourier Transformation）処理を行って処理後の信号強度の平均値を、前記異常検出用閾値と比較することで、「異常状態」の検出を行うことを特徴とする。

以下、実施形態及び変形例に係るレーダ装置１００について以下に説明する。なお、以下の実施形態及び変形例は一例であって、本発明の一実施形態であって、これに限定されない。

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、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ビート信号ｂ（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２Ａは、図１のレーダ装置１００で用いるチャープ信号の周波数変化波形図を示すグラフである。図２Ａに示すように、チャープ信号は、時間経過とともに、チャープ勾配Δｆ「Ｈｚ／ｓ］で上昇する。

図２Ａのチャープ信号を用いたときのレーダ装置１００の最大検出距離Ｒ_ｍａｘ及び最大検出速度Ｖ_ｍａｘは、公知の通り次式で表される。

ここで、ｆｓはサンプリングレートであり、ｃは光速（２９９７９２４５８であって固定値である）であり、Ｓはチャープ信号の勾配であり、Ｂはレーダ信号の占有帯域幅であり、λはレーダ信号の波長であり、Ｔｃはチャープ信号の周期（＝占有帯域幅Ｂ／チャープ信号の勾配Ｓ）である。

図２Ｂは図１のレーダ装置１００で用いるバンドパスフィルタ２４－１～２４－Ｎ（総称して、符号２４を付す）の利得周波数特性を示す図である。図２Ｂに示すように、バンドパスフィルタ２４の利得は、例えば、利得Ｇｍｉｎから上昇して、通過帯域の正規化下限周波数ｆｍｉｎで最大利得Ｇｍａｘを有し、当該通過帯域内で当該最大利得Ｇｍａｘを保持した後、正規化上限周波数ｆｍａｘから所定の周波数ｆｍまでに低下する周波数特性を有する。すなわち、バンドパスフィルタ２４は、ビート信号ｂ（ｔ）の主成分を通過させる所定の通過帯域幅を有する。なお、各バンドパスフィルタ２４に代えて、所定の低域遮断周波数を有してビート信号ｂ（ｔ）の主成分を通過させるローパスフィルタであってもよい。

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個のバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２４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、前置処理部４と、複数Ｎ個の距離及び速度推定部３１－１～３１－Ｎ（以下、総称して符号３１を付す）と、複数Ｎ個の異常検出部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、表示部３４とを備える。ここで、各異常検出部３２はそれぞれ、異常検出用閾値を記憶する異常検出用閾値メモリ３２１ｍ，３２２ｍ，３２３ｍ，…，３２Ｎｍを含む。

また、前置処理部４は、情報入力部４１と、死角範囲計算部４２と、異常検出用閾値計算部４３とを備える。前置処理部４はレーダ信号の送信前に予め、後述する図５の前置処理を実行する。ここで、ユーザは、情報入力部４１を用いてレーダ装置１００の設置位置の情報を入力する。次いで、死角範囲計算部４２は、入力されるレーダ装置１００の設置位置の情報に基づいて、死角範囲５１，５２（図６参照）となる周波数範囲（距離と相対速度との関係を示す周波数範囲）を決定する。さらに、異常検出用閾値計算部４３は、決定された周波数範囲に基づいて、信号強度の平均値を算出し、当該信号強度の平均値に基づいて異常検出用閾値を算出し、各異常検出部３２内の異常検出用閾値メモリ３２１ｍ～３２Ｎｍに格納して記憶させる。

無線送信部１の送信制御部１０は、所定の送信間隔Ｔ_ｎを有する送信間隔信号Ｓｉを発生して変調信号生成部１１に出力する。変調信号生成部１１は、例えば図２Ａに示す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（チャープ信号）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、前記送信間隔Ｔｎを有する送信チャープ信号を含む無線信号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（対象物）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を含む無線信号Ｓｔは無線受信部２の混合器２３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、反射体である物標からの反射波である、送信チャープ信号を含む無線信号Ｓｔを、受信チャープ信号を含む無線信号Ｓｒとして受信し、当該無線信号Ｓｒ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からの無線信号に含まれる受信チャープ信号を含む無線信号Ｓｒと、発振器１２からの送信チャープ信号を含む無線信号Ｓｔとを混合して、各バンドパスフィルタ２４に出力する。各バンドパスフィルタ２４は、上述の図２Ｂの帯域通過特性を有してフィルタリングを行うことで、ビート周波数を有するビート信号ｂ（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ｂ（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の各距離及び速度推定部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。

各距離及び速度推定部３１は、各ＡＤ変換器２５から出力されるビート信号ｂ（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異常検出部３２に出力する。

各異常検出部３２は、複数のアンテナ２１－１～２１－Ｎ（総称して、符号２１を付す）で受信された各受信信号に対する各ビート信号ｂ（ｔ）に対して２次元ＦＦＴ処理を行って処理後の信号強度の平均値を、異常検出用閾値メモリ３２１ｍ～３２Ｎｍに格納された異常検出用閾値と比較することで、「異常状態」であるか否かの検出を行い、検出結果を表示部３４に出力して表示すると共に、到来角度推定部３３に出力する。なお、異常検出部３２における異常検出処理の詳細については詳細後述する。

到来角度推定部３３は、複数の受信チャープ信号を含む無線信号Ｓｒ又はそれに基づいて生成されたビート信号ｂ（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ｂ（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（反射体）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３１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。

次いで、異常検出部３２の異常検出処理の詳細について、以下に説明する。

図３は、道路４００上に設置されたレーダ装置１００と、走行車線４１１を走行する車両３１０との位置関係を示す平面図である。また、図４は道路４００上に設置されたレーダ装置１００と、道路４００の地面３００上を走行する車両３１０との位置関係を示す側面図である。

図３において、道路４００は、中央線４０１と路側帯４０２との間に走行車線４１１と、中央線４０１と路側帯４０３との間に走行車線４２３とを有する。ここで、車両３１０が速度Ｖで走行車線４１１を走行し、レーダ装置１００は、走行車線４１２上であって、路側帯４０３の近傍上に設置されている。また、レーダ装置１００からのレーダ信号はフロントガラスの上部の反射点Ｒｐで反射されている。さらに、図４において、レーダ装置１００は、道路４００の地面３００から高さＨの位置に設けられ、車両３１０は車高ｈを有する。

ここで、図３の水平面において、レーダ装置１００の設置座標を［０，０］とし、車両３１０における反射点座標を［ｘ，ｙ］とする。また、図４の垂直面において、レーダ装置１００の設置座標を［０，０］とし、車両３１０における反射点座標を［ｘ，Ｈ－ｙ］とする。このとき、レーダ装置１００からの相対速度Ｖ_Ｒ（φ，θ）は次式で表される。

ここで、水平角φと鉛直角θは次式で表される。

図５は図１のレーダ装置１００により計算される距離スペクトルとＲＶマップ（車両の距離と速度をマッピングしたマップ）を示す図であり、図６は図１のレーダ装置１００により計算されるＲＶマップとパワーとの関係を示す図である。ここで、本実施形態に係る異常検出処理では、特定の距離及び速度ビンに対して、図６の死角範囲５１，５２を設定することを特徴としている。

各距離及び速度推定部３１は、各ＡＤ変換器２５から出力されるビート信号ｂ（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する。ここで、演算され物標の距離及び相対速度は、図５に示すように、各速度ビン番号毎に距離ビンに対するスペクトルを演算し、演算された複数のスペクトルをＲＶマップ（距離Ｒと速度Ｖのマップ）として演算する。

死角範囲５１，５２は死角範囲計算部４２により計算され、当該ＲＶマップにおいて、図示されており、以下のように定義される。
（Ａ）死角範囲５１：距離ビン番号１～ｍ及び速度ビン１～ｎの範囲；
（Ｂ）死角範囲５２：距離ビン番号１～ｍ及び速度ビン（Ｎ－ｎ－１）～Ｎの範囲。

ここで、異常検出処理で用いる各パラメータは以下の通りである。

（１）最大検出距離Ｒ_ｍａｘ［ｍ］（前述の式参照）
（２）最大検出速度±Ｖ_ｍａｘ［ｋｍ／ｈ］（前述の式参照）
（３）距離ビン数Ｍ［ｂｉｎ］
（４）速度ビン数Ｎ［ｂｉｎ］
（５）レーダ装置１００の設置高さＨ［ｍ］（図４参照）
（６）大型車両の高さ制限高ｈ_ｌｉｍ［ｍ］（例えば３．８～４．１ｍ程度）
（７）マージン距離ビンｍ［ｂｉｎ］（例えば５～１０程度）

（８）マージン距離Ｒ_{ｍａｒｇｉｎ}［ｍ］は次式で表される。

ただし、Ｒ_{ｍａｒｇｉｎ}＞Ｈ－ｈである（図４参照）。

（９）マージン速度ビンｎ［ｂｉｎ］（ただし、ｎは整数）は次式で表される。

（１０）マージン速度Ｖ_{ｍａｒｇｉｎ}［ｋｍ／ｈ］は次式で表される。

（１１）最大検出距離Ｒ_ｍａｘは図２Ａを参照して上述したように表される。

（１２）最大検出速度±Ｖ_ｍａｘは図２Ａを参照して上述したように表される。

次いで、異常検出に用いる閾値について以下に説明する。

（１）死角範囲５１，５２の平均信号強度

は次式で表される。

ここで、ｒは距離インデックスであり、ｖは速度インデックスである。また、｜Ｓ（ｖ；ｒ）は正常時の振幅スペクトルである。

（２）異常検出用閾値Ｓ_ＴＨは次式で表される。

ここで、αは３～５程度の値である。

さらに、フレーム毎のしきい値判定による異常検出の判定結果について以下に説明する。

フレーム毎のしきい値判定による異常検出の判定結果は次式で表される。

従って、死角範囲５１，５２の平均信号強度

は次式で表される。

ここで、ｔはフレームインデックスであり、｜Ｑ（ｔ；ｖ；ｒ）｜は評価対象の振幅スペクトルである。

図７は図１のレーダ装置１００の前置処理部４により実行される受信前の前置処理を示すフローチャートである。

図７のステップＳ１において、ユーザは情報入力部４１を用いて、レーダ装置１００の設置位置の情報を入力し、ステップＳ２において、死角範囲計算部４２は、入力されたレーダ装置１００の設置位置の情報に基づいて、死角範囲５１，５２（特定の距離及び速度を示す周波数範囲）を計算する。次いで、ステップＳ３において、異常検出用閾値計算部４３は、計算された死角範囲５１，５２に基づいて、当該死角範囲５１，５２の信号強度の平均値

を計算し、計算された死角範囲５１，５２の信号強度の平均値

に基づいて、異常検出用閾値Ｓｔｈを計算し、異常検出部３２－１～３２－Ｎの各閾値メモリ３２１ｍ～３２Ｎｍに格納して記憶させ、当該全理処理を終了する。

図８は図１のレーダ装置１００により実行される受信信号処理を示すフローチャートである。

図８のステップＳ１１において、無線送信部１からチャープ信号を含む無線信号を送信し、無線受信部２でチャープ信号を含む無線信号を受信する。次いで、ステップＳ１２において、送信チャープ信号と受信チャープ信号を混合し、バンドパスフィルタ２４により帯域通過フィルタリングを行い、ＡＤ変換器２５によりＡＤ変換して、各ビート信号を生成する。さらに、ステップＳ１３において、距離及び速度推定部３１は、各ビート信号に対して、距離及びドップラー速度の２次元ＦＦＴ処理を行う。

次いで、ステップＳ１４において、異常検出部３２は、死角範囲５１，５２の信号強度の平均値

を算出し、閾値判定により、異常検出を行い、ステップＳ１５において、異常を検出したか否かが判断される。ステップＳ１５でＹＥＳのときはステップＳ１６に進む一方、ＮＯのときはステップＳ１７に進む。ステップＳ１６において、「異常状態の検出」を表示部３４に表示し、当該受信信号処理を終了する。一方、ステップＳ１７では、異常状態を検出しないと判断し、到来角度推定部３３は、各受信アンテナの位相差から到来角度を推定し、推定した到来角度を表示部３４に表示し、当該受信信号処理を終了する。

本発明者らは、図１のレーダ装置１００についてシミュレーションを行った。その結果を以下の実施例１及び２において説明する。

実施例１において、想定ターゲットを自動車とした実施例の各パラメータ及び計算結果を以下の表１に示す。

［表１］
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最大検出距離Ｒ_ｍａｘ＝２００［ｍ］
最大検出速度±Ｖ_ｍａｘ＝７０［ｋｍ／ｈ］
距離ビン数Ｍ＝５１２［ｂｉｎ］
速度ビン数Ｎ＝５１２［ｂｉｎ］
レーダ装置の設置高さＨ＝６［ｍ］
（信号機や交通標識、道路案内標識近傍への設置を仮定）
大型車両の高さ制限高ｈ_ｌｉｍ＝４．１［ｍ］
（Ｈ－ｈ_ｌｉｍ＝１．９ｍ）
マージン距離ビン数ｍ＝１０［ｂｉｎ］
マージン距離Ｒ_{ｍａｒｇｉｎ}＝３．９［ｍ］
マージン速度ビン数ｎ＝３２［ｂｉｎ］
マージン速度Ｖ_{ｍａｒｇｉｎ}＝±８．７５［ｋｍ／ｈ］
（－７０～－６１．２５、６１．２５～７０［ｋｍ／ｈ］）
対象車両の走行位置ｘ＝５．００ｍ
対象車両の走行位置ｙ＝１．７５ｍ
対象車両の高さｈ＝２．３０ｍ（Ｈ－ｈ＝３．７０ｍ）
（特に大きい乗用車の一例であって、トヨタ自動車製
ハイエースワゴンＧｒａｎｄＣａｂｉｎ（登録商標）の数値を参考例とする）
水平角φ＝１９．２９度
鉛直角θ＝３６．５０度
対象車両の速度Ｖ＝６０．００［ｋｍ／ｈ］
このときのレーダ装置からの相対速度Ｖ_Ｒ（φ，θ）＝４５．５２［ｋｍ／ｈ］
――――――――――――――――――――――――――――――――――

表１から明らかなように、異常検出範囲に用いる周波数範囲と対象物の距離／速度を十分に切り分け可能であることがわかる。

実施例２において、想定ターゲットを歩行者又は自転車とした実施例の各パラメータ及び計算結果を以下の表２に示す。

［表２］
――――――――――――――――――――――――――――――――――
最大検出距離Ｒ_ｍａｘ＝１００［ｍ］
最大検出速度±Ｖ_ｍａｘ＝４０［ｋｍ／ｈ］
距離ビン数Ｍ＝５１２［ｂｉｎ］
速度ビン数Ｎ＝５１２［ｂｉｎ］
レーダ装置の設置高さＨ＝３［ｍ］（街灯などの付近への設置を仮定）
歩行者及び自転車の最大高さｈ_ｌｉｍ＝２［ｍ］（Ｈ－ｈ_ｌｉｍ＝１ｍ）
マージン距離ビン数ｍ＝１０［ｂｉｎ］
マージン距離Ｒ_{ｍａｒｇｉｎ}＝１．９５［ｍ］
マージン速度ビン数ｎ＝３６［ｂｉｎ］
マージン速度Ｖ_{ｍａｒｇｉｎ}＝±５．６２５［ｋｍ／ｈ］
（－４０～－３４．３７５、３４．３７５～４０［ｋｍ／ｈ］）
対象物の位置ｘ＝１ｍ
対象物の位置ｙ＝０ｍ
対象物の高さｈ＝１．７ｍ（Ｈ－ｈ＝１．３０ｍ）
水平角φ＝０度
鉛直角θ＝５２．４３度
対象物の速度Ｖ＝４０．００［ｋｍ／ｈ］
レーダ装置からの相対速度Ｖ_Ｒ（φ，θ）＝２４．３９［ｋｍ／ｈ］
（注）対象物として「自転車（特にロードバイク）」を仮定した。
――――――――――――――――――――――――――――――――――

表２から明らかなように、異常検出範囲に用いる周波数範囲と対象物の距離／速度を十分に切り分け可能であることがわかる。

以上説明したように、本実施形態によれば、従来技術に比較して簡単な方法でかつ短時間で、例えばレーダ装置への干渉又はレーダ装置の故障などのレーダ装置の異常状態を検出することができる。

なお、本実施形態に係るレーダ装置１００は、車載レーダなどとは異なり、インフラ用レーダ装置（特に道路監視用途）はターゲット、特に移動体が必ずしもレーダの視線方向正面にあるわけではないという設置条件を有効活用している。これは、ターゲットがレーダに接近するほど急峻な角度に位置し、レーダの視線方向に対する相対速度が変化するということである。

本実施形態に係るレーダ装置１００は、例えばミリ波センサを搭載するインフラ用レーダ装置（ＦＣＭ変調方式やＦＭＣＷ変調方式、パルス圧縮変調方式）における異常動作の検出機能に適用可能である。特に、道路監視向けミリ波レーダ装置において、異常検出を実現するための技術手段として用いることができ、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出し、渋滞緩和のためのトラフィックカウンタを行なうことができる。ここで、ユーザは、反射物体の距離、相対速度及び方位情報を得た際に、その情報が正常または異常な結果かどうかを判別でき、交通事故の発生低減に繋がる。

また、本実施形態に係るレーダ装置１００によれば、処理速度の高速化で、物標を検出するＣＦＡＲ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｆａｌｓｅ Ａｌａｒｍ Ｒａｔｅ）の前処理として要否判定を可能するとし、ＣＦＡＲの回数を軽減できる。すなわち、全ての距離及び相対速度ビンに対してＣＦＡＲが不要であって、すなわち、２次元ＣＦＡＲが不要であるという特有の効果を有する。

（変形例）
以上の実施形態では、送信チャープ信号は、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又は範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

（本実施形態と特許文献１との相違点）
本実施形態では、ビート信号に対して、２次元ＦＦＴ処理（距離ＦＦＴ処理および速度ＦＦＴ処理）を行い、設置位置の情報から死角範囲となる周波数範囲（距離と相対速度）を決定する。次いで、死角となる周波数範囲から信号強度の平均値を算出し、閾値判定により異常検出を行っている。

これに対して、特許文献１では、ビート信号に対して、距離ＦＦＴ処理を行い、近距離範囲における信号強度の平均値を算出し、閾値判定により異常（レドームの汚れ）検出を行う。次いで、角度ＦＦＴ処理の結果から、物標との距離及び方位を演算して出力する。

（本実施形態と特許文献２との相違点）
本実施形態では、ビート信号に対して、２次元ＦＦＴ処理（距離ＦＦＴ処理および速度ＦＦＴ処理）を行い、設置位置の情報から死角範囲となる周波数範囲（距離と相対速度）を決定する。次いで、死角となる周波数範囲から信号強度の平均値を算出し、閾値判定により異常検出を行っている。

これに対して、特許文献１では、・ビート信号に対して、２次元ＦＦＴ処理（距離
ＦＦＴ処理および速度ＦＦＴ処理）を行い、車両速度と路面反射距離から路面反射信号の周波数（距離）範囲を決定する。次いで、路面反射に対する信号強度と継続時間を閾値判定し、異常（アンテナの汚れ）検出を行う。そして、角度ＦＦＴ処理の結果から、物標との距離及び相対速度、方位を演算して出力する。

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簡単な方法でかつ短時間で、レーダ装置の異常状態を検出することができる。

本発明に係るレーダ装置は、例えば道路監視向けミリ波レーダにおいて、干渉対策を実現するための技術手段に適用することができる。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出し、渋滞緩和のためのトラフィックカウンタを行なうことができる。また、本発明は、ミリ波センサを搭載するレーダ装置（ＦＣＭ変調方式やＦＭＣＷ変調方式、パルス圧縮変調方式）の干渉検出機能に適用可能であり、例えば気象、船舶、航空機用途など遠距離用レーダに適用可能である。

１ 無線送信部
２ 無線受信部
３ 信号処理部
４ 前置処理部
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 バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２５，２５－１～２５－Ｎ ＡＤ変換器（ＡＤＣ）
３１，３１－１～３１－Ｎ 距離及び速度推定部
３２，３２－１～３２－Ｎ 異常検出部
３２１ｍ，３２２ｍ，３２３ｍ～３２Ｎｍ 異常検出用閾値メモリ
３３ 到来角度推定部
３４ 表示部
４１ 情報入力部
４２ 死角範囲計算部
４３ 異常検出用閾値計算部
５１，５２ 死角範囲
１００ レーダ装置
２００ 他制御装置
３００ 地面
３１０ 車両
４００ 道路
４０１ 中央線
４０２，４０３ 路側帯
４１１，４１２ 走行車線

Claims (10)

1. 送信チャープ信号を含む無線信号を送信する無線送信部と、前記送信チャープ信号を含む無線信号が物標で反射された後、前記反射された受信チャープ信号を含む無線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、
   前記受信された受信チャープ信号を含む無線信号と、前記送信チャープ信号を含む無線信号とを混合することで、ビート信号を検出し、
   前記ビート信号を所定の通過帯域幅で帯域通過フィルタリングし、もしくは所定の低域遮断周波数で低域通過フィルタリングし、
   前記フィルタリングされたビート信号に対して、距離及び相対速度の２次元ＦＦＴ処理を実行して、複数の相対速度に対する距離スペクトルを含むマップ情報を計算し、
   前記マップ情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲となる、距離と相対速度の周波数範囲を決定し、前記決定された周波数範囲から、受信された無線信号の信号強度の平均値を計算し、
   前記計算された信号強度を所定の異常検出用閾値と比較することで、前記レーダ装置が異常状態であるか否かが判断する、
   レーダ装置。
2. 前記無線受信部は、前記レーダ装置の設置情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲を計算する、
   請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記無線受信部は、前記計算されたレーダ装置の死角範囲に基づいて、当該死角範囲の信号強度の平均値を計算し、前記計算された信号強度の平均値に基づいて異常検出用閾値を計算する、
   請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記無線受信部は、前記レーダ装置が異常状態ではないときに、受信チャープ信号をそれぞれ含む複数の無線信号を受信し、前記受信された複数の無線信号に基づいて、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. 前記送信チャープ信号は、連続的に変化する周波数を有する、
   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. 送信チャープ信号を含む無線信号を送信する無線送信部と、前記送信チャープ信号を含む無線信号が物標で反射された後、前記反射された受信チャープ信号を含む無線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、
   送信チャープ信号を含む無線信号を送信する無線送信部と、前記送信チャープ信号を含む無線信号が物標で反射された後、前記反射された受信チャープ信号を含む無線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、
   前記無線受信部が、
   前記受信された受信チャープ信号を含む無線信号と、前記送信チャープ信号を含む無線信号とを混合することで、ビート信号を検出するステップと、
   前記ビート信号を所定の通過帯域幅で帯域通過フィルタリングし、もしくは所定の低域遮断周波数で低域通過フィルタリングするステップと、
   前記フィルタリングされたビート信号に対して、距離及び相対速度の２次元ＦＦＴ処理を実行して、複数の相対速度に対する距離スペクトルを含むマップ情報を計算するステップと、
   前記マップ情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲となる、距離と相対速度の周波数範囲を決定し、前記決定された周波数範囲から、受信された無線信号の信号強度の平均値を計算するステップと、
   前記計算された信号強度を所定の異常検出用閾値と比較することで、前記レーダ装置が異常状態であるか否かが判断するステップとを含む、
   レーダ装置の制御方法。
7. 前記無線受信部が、前記レーダ装置の設置情報に基づいて、前記レーダ装置の死角範囲を計算するステップをさらに含む、
   請求項６に記載のレーダ装置の制御方法。
8. 前記無線受信部が、前記計算されたレーダ装置の死角範囲に基づいて、当該死角範囲の信号強度の平均値を計算し、前記計算された信号強度の平均値に基づいて異常検出用閾値を計算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. 前記無線受信部が、前記レーダ装置が異常状態ではないときに、受信チャープ信号をそれぞれ含む複数の無線信号を受信し、前記受信された複数の無線信号に基づいて、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６～８のうちのいずれか１つに記載のレーダ装置の制御方法。
10. 前記送信チャープ信号は、連続的に変化する周波数を有する、
    請求項６～９のうちのいずれか１つに記載のレーダ装置の制御方法。

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