JP4715871B2 - 方位検出装置、レーダ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、連続波を送受信して、物標が存在する方位を検出する方位検出装置、及びその方位検出装置を用いたレーダ装置に関する。
従来より、連続波（レーダ波）を送受信することで、物標を検出するレーダ装置が、自動車に搭載されている。
そして、この種のレーダ装置では、物標（例えば、ガードレール等の路側物や、先行車両）が存在している方位を検出して、物標の位置を正確に特定するために、複数のアンテナ素子を予め規定された等間隔に配置することで構成したアレイアンテナを受信アンテナとして用いることがなされている（特許文献１参照）。
特開平８−１８１５３７号公報
ところで、通常、車両に搭載されるレーダ装置では、車両の走行速度が速いことから、車両から離れた位置（例えば、１００ｍから２００ｍ程度まで）に存在している物標の方位を検出する必要があり、ビーム幅を細く絞る（即ち、アレイアンテナのメインローブを鋭くする）ようにアンテナ素子が配置されている。
このため、一般的なレーダ装置では、物標が存在している方位を検出可能な角度範囲が狭くなり（以下、この角度範囲については狭いものの、車両から離れた位置に存在する物標を検知可能な検知エリアを通常検知エリアと称す）、自車両の側方から前方に割り込んでくるような他車両を早期に検出することが困難であった。
つまり、従来のレーダ装置では、車両から離れた位置に存在する物標の検出を可能とした状態を維持したまま（即ち、通常検知エリアに加えて）、より広い角度範囲（以下、広角角度範囲と称す）にて、物標の方位を検出可能な角度範囲とすることが求められている。
これに対して、通常検知エリアに加えて、広角角度範囲での方位検出を可能とするためには、第一配置間隔で複数のアンテナ素子を配置した第一アレイアンテナに加えて、第一配置間隔よりも狭く設定された第二配置間隔で複数のアンテナ素子を配置した第二アレイアンテナを設けた受信アンテナを用いること等が考えられる。
しかし、この方法では、通常検知エリアに加えて、広角角度範囲での方位検出が可能となるものの、受信アンテナの面積が大きくなり、ひいては、コストが増加するという問題があった。特に、レーダ装置を車載装置として使用する場合、設置場所が制限されるため、受信アンテナの面積を大きくすることが困難であった。
そこで、本発明は、受信アンテナの面積を増大させること無く、通常検知エリアに加えて、より広い角度範囲にて、物標が存在している方位を検出可能な方位検出装置、及びその方位検出装置を用いたレーダ装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するためになされた本発明の方位検出装置では、送受信手段が、連続波からなる探査波を送信すると共に、予め規定された規定間隔に配置された複数のアンテナ素子にて、探査波を反射した物標からの反射波を受信する。
そして、第一受信信号生成手段が、送受信手段のアンテナ素子からの受信信号に基づいて、規定間隔の整数倍に設定された第一間隔で配置されたアンテナ素子からの受信信号群に相当する第一受信信号を生成し、さらに、第二受信信号生成手段が、送受信手段のアンテナ素子からの受信信号を変換したデジタル信号を、互いに隣接する設定数のアンテナ素子からの受信信号を変換したデジタル信号群毎にベクトル合成することで、規定間隔の整数倍に設定され、かつ第一間隔よりも広い第二間隔で配置されたアンテナ素子からの受信信号群に相当する第二受信信号を生成する。
こうして生成した第一受信信号を用いて、第一方位検出手段が、第一間隔から規定される第一角度範囲内で方位検出を実行し、第二方位検出手段が、第二受信信号を用いて、第二間隔から規定される第二角度範囲内で方位検出を実行する。
送受信手段を構成する複数のアンテナ素子のうち、少なくとも一方の端部に配置された一部のアンテナ素子は、互いに隣接する設定数のアンテナ素子からの受信信号をアナログ信号のまま合成して出力するサブアレイアンテナとして構成され、さらに、第一間隔は、規定間隔と一致するように設定されている。そして、本発明の方位検出装置における第二受信信号生成手段は、サブアレイアンテナからの出力を変換したデジタル信号を第二受信信号の一部として生成すると共に、送受信手段における複数のアンテナ素子のうち、サブアレイアンテナを構成するアンテナ素子以外のアンテナ素子からの受信信号を変換したデジタル信号を、互いに隣接する設定数のアンテナ素子からの受信信号を変換したデジタル信号群毎にベクトル合成することで第二受信信号を生成する。
ただし、前述したように送受信手段が構成されている場合、本発明の方位検出装置における第一受信信号生成手段は、サブアレイアンテナを構成するアンテナ素子以外のアンテナ素子からの受信信号そのものを、第一受信信号として生成する。
このような本発明の方位検出装置では、第一間隔が第二間隔よりも狭く設定されているため、第一角度範囲は、第二角度範囲よりも広くなる。
したがって、本発明の方位検出装置において、従来の方位検出装置（レーダ装置）に適用されたアレイアンテナを構成するアンテナ素子の配置間隔に、第二間隔を一致させれば、第一受信信号と、第二受信信号との両方を用いることで、車両から離れた位置に存在する物標の検出を可能とした状態を維持したまま（即ち、通常検知エリアに加えて）、より広い角度範囲内にて方位検出を実行することができる。この結果、本発明の方位検出装置によれば、自車両の前方に急に現れた割込車両をより早期に検出することと、遠距離に存在する物標の正確な方位を検出することとを両立することができる。
また、本発明の方位検出装置では、従来の方位検出装置に適用されたアレイアンテナを構成するアンテナ素子の配置間隔を変更したり、その従来のアレイアンテナにアンテナ素子を追加したりすること無く、規定間隔に配置されたアンテナ素子からの受信信号に対して処理を加えることで、第一受信信号や第二受信信号を生成している。このため、本発明の方位検出装置における送受信手段は、従来の方位検出装置における送受信手段よりも面積が大きくなることがない。
したがって、本発明の方位検出装置によれば、送受信手段の面積（特に、複数のアンテナ素子からなる受信アンテナ群の面積）を増加することなく、通常検知エリアに加えて、広角角度範囲内にて方位検出を実行することができる。
このように構成された方位検出装置によれば、アンテナ素子の一部により、サブアレイアンテナを構成しているため、後段の処理で用いるために第二受信信号を出力する出力チャンネル数を抑制することができ、方位検出装置自体の構成が大型化することを防止できる。
さらに、本発明の方位検出装置においてサブアレイアンテナを構成する一部のアンテナ素子は、複数のアンテナ素子のうち、一方の端部に配置されたものでも良いし、両端部に配置されたものでも良い。
後者の場合、後段の処理で用いるために第二受信信号を出力する出力チャンネル数を、より低減することができる。
なお、本発明は、請求項２に記載のように、距離検出手段が、送受信手段で受信した受信信号を用いて、物標までの距離を検出し、物標特定手段が、請求項１に記載の方位検出装置で検出した方位、及び距離検出手段で検出した距離に基づいて、物標を特定するように構成されたレーダ装置としてなされたものでも良い。
このように構成されたレーダ装置をプリクラッシュセーフティシステム（いわゆるＰＣＳ）、及びオートクルーズコントロールシステム（いわゆるＡＣＣ）に適用すれば、乗員を保護するためにより安全な制御を実行できる。
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
〈全体構成〉
図１は、レーダセンサ、及びレーダセンサを用いて構成した走行支援制御システムの概略構成を示すブロック図である。
図１に示すように、走行支援システム１は、車両の前面に設置され、車両前方に存在する物体を検出するレーダセンサ３０を備えている。そのレーダセンサ３０は、走行支援電子制御装置（以下、「走行支援ＥＣＵ」と称す）１０に接続され、さらに、走行支援ＥＣＵ１０は、ＬＡＮ通信バスを介して、ブレーキ電子制御装置（以下、「ブレーキＥＣＵ」と称す）１５と、エンジン電子制御装置（以下、「エンジンＥＣＵ」と称す）２０と、シートベルト電子制御装置（以下、「シートベルトＥＣＵ」と称す）２５とに、少なくとも接続されている。
なお、各ＥＣＵ１０、１５、２０、２５は、少なくともＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、少なくともＬＡＮ通信バスを介して通信を実施するためのバスコントローラを備えている。
このうち、レーダセンサ３０は、本発明の方位検出装置及びレーダ装置に相当するものであり、ＦＭＣＷ方式のいわゆるミリ波レーダ装置として構成され、周波数変調されたミリ波帯の連続波（以下、レーダ波とする）を送受信することにより、先行車両や路側物などの物標を認識し、これら認識した物標に関する物標情報を作成して、走行支援ＥＣＵ１０に送出する。なお、物標情報には、物標との相対速度、及び物標の位置（距離，方位）が少なくとも含まれている。
ブレーキＥＣＵ１５は、図示しないステアリングセンサ、ヨーレートセンサからの状態情報（操舵角、ヨーレート）に加え、Ｍ／Ｃ圧センサからの検出情報に基づいて判断したブレーキ状態を、走行支援ＥＣＵ１０に送出するように構成されている。さらに、ブレーキＥＣＵ１５は、走行支援ＥＣＵ１０から目標加速度、ブレーキ要求等を受信し、これら受信した情報やブレーキＥＣＵ１５自体にて判断したブレーキ状態に従って、ブレーキ油圧回路に備えられた増圧制御弁・減圧制御弁を開閉するブレーキアクチュエータを駆動することで、自車両に加わる制動力を制御するように構成されている。
また、エンジンＥＣＵ２０は、図示しない車速センサ、スロットル開度センサ、アクセルペダル開度センサからの状態情報（即ち、車速、エンジン制御状態、アクセル操作状態）を、走行支援ＥＣＵ１０に送出するように構成されている。さらに、エンジンＥＣＵ２０は、走行支援ＥＣＵ１０から目標加速、フューエルカット要求等を受信し、これらの受信した情報から特定される運転状態に応じて、内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）のスロットル開度を調整するスロットルアクチュエータに対して駆動指令を出力することで、内燃機関の駆動力を制御するように構成されている。
そして、シートベルトＥＣＵ２５は、自車両と物標との衝突が回避不可能であることを示す緊急信号を走行支援ＥＣＵ１０から受け取ると、図示しないモータを駆動することで、自車両に設けられたシートベルトの拘束力を制御するように構成されている。
なお、走行支援ＥＣＵ１０は、図示しない警報ブザー、モニター、クルーズコントロールスイッチ、目標車間設定スイッチ等が接続されており、レーダセンサ３０から物標情報、エンジンＥＣＵ２０から車速やエンジン制御状態、ブレーキＥＣＵ１５から操舵角，ヨーレート，ブレーキ制御状態等を受信するように構成されている。
さらに、走行支援ＥＣＵ１０は、クルーズコントロールスイッチ、目標車間設定スイッチなどによる設定値、及びレーダセンサ３０から受信した物標情報に基づいて、先行車両との車間距離を適切に保つための制御値として、エンジンＥＣＵ２０に対しては、目標加速度、フューエルカット要求等を出力し、ブレーキＥＣＵ１５に対しては、目標加速度、ブレーキ要求等を出力するように構成されている。
これと共に、走行支援ＥＣＵ１０は、レーダセンサ３０から受信した物標情報に基づいて、自車両が物標と衝突する可能性（以下、衝突可能性とする）を求め、その衝突可能性が予め規定された規定値以上となると、自車両の制動力を増加させるようにブレーキＥＣＵ１５に対してブレーキ要求を出力し、シートベルトＥＣＵ２５に対して緊急信号を出力するように構成されている。
つまり、走行支援システム１は、走行支援ＥＣＵ１０が、レーダセンサ３０からの物標情報に従って、先行車両との車間距離を適切な間隔に維持する、いわゆるオートクルーズコントロールシステム（ＡＣＣ）、及びレーダセンサ３０からの物標情報に基づき、走行支援ＥＣＵ１０が、自車両が物標と衝突を回避不可能であると判定すると、自車両の制動力や、シートベルトの拘束力を強化する、いわゆるプリクラッシュセーフティシステム（ＰＣＳ）として構成されている。
〈レーダセンサ〉
次に、レーダセンサについて説明する。
そのレーダセンサ３０は、時間に対して直線的に増加する上り区間、及び周波数が直線的に減少する下り区間を有するように変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する発振器３２と、発振器３２が生成する高周波信号を増幅する増幅器３３と、増幅器３３の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器３４と、送信信号Ｓｓに応じたレーダ波を放射する送信アンテナ３６と、レーダ波を受信するｎ個（ｎは、４以上の自然数、本実施形態では、ｎ＝１０）のアンテナ素子Ａｒi（ｉ＝１〜ｎ）を有した受信アンテナ部４０とを備えている。
また、レーダセンサ３０は、受信アンテナ部４０からの受信信号Ｓｒ、及びローカル信号Ｌを混合してビート信号ＢＴを生成するミキサ４３と、ミキサ４３で生成したビート信号ＢＴを増幅する増幅器４４と、増幅器４４にて増幅されたビート信号から不要な信号成分を除去するフィルタ４５と、フィルタ４５の出力をサンプリングして、デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器４６と、発振器３２の起動，停止や、Ａ／Ｄ変換器４６を介したビート信号ＢＴのサンプリングを制御すると共に、そのサンプリングデータを用いた信号処理や、走行支援ＥＣＵ１０との間で通信を行い、信号処理に必要な情報（例えば、車速等）、及びその信号処理の結果として得られる物標情報を送受信する物標検出処理を実行する信号処理部５０とを備えている。
ここで、図２は、受信アンテナ部の概略構成を示す説明図である。
この受信アンテナ部４０は、ｎ個（ｎは、４以上の自然数、本実施形態では、ｎ＝１０）のアンテナ素子Ａｒiにて構成したアレイアンテナ４１と、アレイアンテナ４１を構成するアンテナ素子のいずれかを順次選択し、その選択されたアンテナ素子Ａｒiからの受信信号Ｓｒをミキサ４３に供給する受信スイッチ４２とを備えている。
このうち、アレイアンテナ４１は、ｎ個のアンテナ素子Ａｒiを、予め規定された第一間隔ｄ１で等間隔に配置したものである。
ただし、ｎ個のアンテナ素子Ａｒiのうち、両端部に配置された互いに隣接する設定数ｍ（ｍは、２以上の整数、本実施形態では、ｍ＝２）ずつのアンテナ素子Ａｒ1〜m，Ａｒ i-(m-1)〜i（本実施形態では、Ａｒ1〜2、及びＡｒ9〜10）は、受信したレーダ波をアナログ信号のまま合成するサブアレイアンテナとして構成されている。
つまり、アンテナ素子Ａｒ1〜m，Ａｒ i-(m-1)〜iから構成されるサブアレイアンテナは、単一のアンテナとして作動し受信信号Ｓｒを受信スイッチ４２へと出力するように、アンテナ素子Ａｒ1〜m、及びＡｒ i-(m-1)〜iそれぞれが給電線にて接続されている。なお、本実施形態では、一つのサブアレイアンテナを一つのアンテナ素子として取り扱う。
一方、アンテナ素子Ａｒm+1〜i-m（本実施形態では、Ａｒ3〜8）は、アンテナ素子Ａｒm+1〜i-mそのものが単一のアンテナとして作動するように、即ち、各アンテナ素子Ａｒm+1〜i-mで受信したレーダ波そのものを、受信信号Ｓｒとして受信スイッチ４２へと出力するように構成されている。
つまり、アレイアンテナ４１は、第一間隔ｄ１で配置されたｎ個のアンテナ素子Ａｒｉ全てを、互いに隣接する２個ずつサブアレイアンテナとして構成した従来のアレイアンテナにおいて、アンテナ素子Ａｒm+1〜i-mを単一のアンテナとして作動するように構成したものである。
したがって、受信スイッチ４２にて選択可能な受信チャンネルＣｈｊは、アンテナ素子Ａｒiの素子数ｉから２（ｍ−１）を差し引いた数（即ち、ｊ＝１〜ｉ−２（ｍ−１））となり、本実施形態では、アンテナ素子Ａｒ1,2から構成されるサブアレイアンテナに、受信チャンネルＣｈ1が、Ａｒ9,10から構成されるサブアレイアンテナに、受信チャンネルＣｈ8が、アンテナ素子Ａｒ3〜7それぞれには、受信チャンネルＣｈ2〜7が割り当てられている。
ここで図１へと戻り、信号処理部５０は、少なくとも、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、さらに、Ａ／Ｄ変換器４６を介して取り込んだデータに対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理等を実行するための演算処理装置（例えば、ＤＳＰ）を備えている。
〈レーダセンサの動作概要〉
このように構成されたレーダセンサ３０では、信号処理部５０からの指令に従って発振器３２が振動すると、その発振器３２で生成され、増幅器３３で増幅した高周波信号を、分配器３４が電力分配することにより、送信信号Ｓｓ及びローカル信号Ｌを生成し、このうち送信信号Ｓｓを送信アンテナ３６を介してレーダ波として送信する。
そして、送信アンテナ３６から送出され物標に反射されたレーダ波（即ち、反射波）は、受信アンテナ部４０を構成する全てのアンテナ素子Ａｒiにて受信され、受信スイッチ４２によって選択されている受信チャンネルＣＨｊ（ｊ＝１〜ｉ−２（ｍ−１））の受信信号Ｓｒのみが、ミキサ４３に供給される。すると、ミキサ４３では、この受信信号Ｓｒに分配器３４からのローカル信号Ｌを混合することによりビート信号ＢＴを生成する。そして、このビート信号ＢＴは、増幅器４４にて増幅された後、フィルタ４５にて不要な信号成分が除去される。さらに、不要な信号成分が除去されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器４６にてサンプリングされ、信号処理部５０に取り込まれる。
なお、受信スイッチ４２は、レーダ波の一変調周期の間に、全ての受信チャンネルＣＨ１からＣＨｊが所定回（例えば、１０２４回）ずつ選択されるよう切り替えられ、また、Ａ／Ｄ変換器４６は、この切り替えタイミングに同期してサンプリングを実行する。つまり、レーダ波の一変調周期の間に、各受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨｊ毎かつレーダ波の上り、及び下り区間毎に所定回数（例えば、５１２回）分のサンプリングデータが蓄積されることになる。
〈物標検出処理〉
次に、信号処理部５０が実行する物標検出処理について説明する。
ここで、図３は、物標検出処理の処理手順を示したフローチャートである。
この物標検出処理は、レーダセンサ３０が起動された後（本実施形態では、イグニッション信号が入力された後）、予め規定された時間間隔毎に起動されるものである。
そして、図３に示すように、物標検出処理は、起動されると、まず、Ｓ１１０にて、走行支援ＥＣＵ１０から現在の車速、道路形状（例えば、推定Ｒ値）を取得する。そして、Ｓ１２０で、発振器３２を起動してレーダ波の送信を開始する。さらに、Ｓ１３０では、Ａ／Ｄ変換器４６を介してビート信号ＢＴをサンプリングしたサンプリング値を取得する。続く、Ｓ１４０では、必要なだけサンプリング値を取得すると、発振器３２を停止することにより、レーダ波の送信を停止する。
そして、Ｓ１５０では、デシメーションフィルタを用いて、サンプリング値をフィルタ処理する。
次に、Ｓ１６０では、Ｓ１５０にてフィルタ処理したサンプリング値について周波数解析（本実施形態では、ＦＦＴ処理）を実行し、各受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨｊ毎かつ上り／下り区間毎にビート信号ＢＴのパワースペクトル（周波数スペクトル）を求める。
続く、Ｓ１７０では、第一間隔ｄ１よりも広い第二間隔ｄ２で配置されたアンテナ素子からの受信信号群を周波数解析した結果に相当する特定スペクトル（本発明の第二受信信号に相当）を生成し、その特定スペクトルに基づいて、物標を検出する遠距離検出処理を実行する。なお、第二間隔ｄ２は、従来のレーダセンサにおける受信アンテナ（即ち、サブアレイアンテナを一つのアンテナ素子とみなした場合のアンテナ）の配置間隔に一致させたものである。
具体的に、遠距離検出処理では、図４に示すように、Ｓ１７１０では、先のＳ１６０で求めた各受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨｊ毎のパワースペクトルを、予め定められた受信チャンネル（以下、特定チャンネルと称す）毎に合成することで、特定スペクトルを求める。本実施形態では、特定チャンネル毎に求められたビート信号ＢＴのＦＦＴ結果（実数部、及び虚数部それぞれ）をベクトル合成して、特定スペクトルを導出する。
なお、本実施形態における特定チャンネルとしては、サブアレイアンテナに対応する受信チャンネルＣＨ１，８以外の互いに隣接する２つの受信チャンネル、即ち、受信チャンネルＣＨ２〜３と、受信チャンネルＣＨ４〜５と、受信チャンネルＣＨ６〜７とがそれぞれ定められている。また、本実施形態においては、受信チャンネルＣＨ１及び受信チャンネルＣＨ８から導出されるビート信号ＢＴのパワースペクトルも特定スペクトルとする。
すなわち、Ｓ１７１０では、第二間隔ｄ２（ただし、ｄ２＝２×ｄ１）で配置されたアンテナ素子からの受信信号それぞれをＦＦＴした結果となるように、特定スペクトルを求める。
続く、Ｓ１７２０では、Ｓ１７１０で求めた特定スペクトル上に存在するピーク周波数成分（以下、周波数ピークと称す）を検出する。なお、このＳ１７２０で検出される周波数ピークは、レーダ波を反射した物標候補（即ち、物標である可能性があるもの）までの距離を表す（即ち、レーダ波を反射した物標候補を検出する）。
具体的に、本実施形態では、図７に示すように、Ｓ１７１０で求めた全特定スペクトルを相加平均した平均スペクトルを導出し、その平均スペクトルの中で、予め設定された設定閾値を超える周波数のピーク点（即ち、極大点）を周波数ピークとして検出している。なお、設定閾値は、周波数（図７中では、周波数ＢＩＮ）が高いほど、小さい値となるように設定されている。
そして、Ｓ１７３０では、Ｓ１７１０にて求めた特定スペクトルそれぞれに基づき、Ｓ１７２０にて検出した物標候補が存在する方位を推定する方位解析を実行する。
ただし、本実施形態では、半値角の狭いアレイアンテナのヌル点を利用し、特定スペクトルから、図８に示すようなＭＵＳＩＣスペクトル（なお、ＭＵＳＩＣスペクトルのピーク点が物標候補が存在する方位を表す指標となる）を求める周知のＭＵＳＩＣ法を用いて方位解析を実行する。なお、図８において上段に示したＭＵＳＩＣスペクトルは、ビート信号ＢＴの上り区間から導出したものであり、下段に示したＭＵＳＩＣスペクトルは、ビート信号ＢＴの下り区間から導出したものである。
さらに、Ｓ１７４０では、Ｓ１７２０にて、上り区間のビート信号ＢＴから求められた周波数ピークと、下り区間のビート信号ＢＴから求められた周波数ピークとの両ピークの電力差、及び角度差が予め規定された許容範囲内であるか否かを判定し、その判定の結果、両ピークとも許容範囲内であれば、その両ピークを確からしい物標候補（以下、仮物標とする）として認識するペアマッチングを実行する。なお、このペアマッチングでは、認識した仮物標に対してのみ、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置における周知の手法により、仮物標までの距離，仮物標と自車両との相対速度、仮物標が存在する方位に従って、物標情報を生成して、物標検出処理へと戻る。
つまり、本実施形態の遠距離検出処理では、従来のレーダセンサにおける受信アンテナの配置間隔に、第二間隔ｄ２を一致させているため、図６（Ａ）に示すように、角度範囲は狭いものの（この角度範囲（本実施形態では、アンテナと直交する基準線から±α°）を通常角度範囲とする）、自車両から離れた位置までが物標を検出可能なエリア（以下、遠距離エリアとする）となる。
そして、この遠距離検出処理では、予め規定された条件に従って、遠距離エリア内に存在している同一物標からの反射波に基づく周波数ピークの組合せを抽出し、その周波数ピークの組合せを仮物標として認識し、仮物標毎に物標情報を生成している。
ここで、物標検出処理（即ち、図３）へと戻ると、Ｓ１８０では、予め規定された複数の規定受信チャンネルからの受信信号Ｓｒを周波数解析した結果に基づいて、物標を検出する広角検出処理を実行する。
具体的に、図５に示すように、広角検出処理では、Ｓ１８１０では、先のＳ１６０で求めた全パワースペクトルのうち、規定受信チャンネルからの受信信号Ｓｒそれぞれに基づいて求めたパワースペクトル（以下、広角用スペクトルと称す）を抽出し、その広角用スペクトル上に存在する周波数ピークを検出する（即ち、物標候補を検出する）。なお、本実施形態における規定チャンネルとして、受信チャンネルＣＨ２〜ＣＨ７それぞれが設定されている。
すなわち、Ｓ１８１０で抽出される広角用スペクトルは、第二間隔ｄ２よりも狭い第一間隔ｄ１で配置されたアンテナ素子Ａｒ3〜8それぞれからの受信信号ＳｒをＦＦＴした結果である。
続く、Ｓ１８２０では、Ｓ１８１０にて抽出した広角用スペクトルに基づき、Ｓ１８２０にて検出した物標候補が存在する方位を推定する方位解析を実行する。
なお、本実施形態では、アレイアンテナのメインローブを利用して物標が存在する方位を検出する周知のデジタルビームフォーミング（いわゆるＤＢＦ）法を用いて方位解析を実行する。
さらに、Ｓ１８３０では、Ｓ１８１０にて、上り区間のビート信号ＢＴから求められた周波数ピークと、下り区間のビート信号ＢＴから求められた周波数ピークとの両ピークの電力差、及び角度差が予め規定された許容範囲内であるか否かを判定し、その判定の結果、両ピークとも許容範囲内であれば、その両ピークを仮物標として認識するペアマッチングを実行する。
つまり、本実施形態の広角検出処理では、第一間隔ｄ１が第二間隔ｄ２よりも狭いため、図６（Ｂ）に示すように、物標を検知可能な自車両からの距離は、遠距離エリアにおける距離に比べて短くなるものの、物標を検知可能な角度範囲は、遠距離エリアにおける角度範囲よりも広いもの（以下、広角エリアとする、角度範囲は、アンテナと直交する基準線から±β°、ただし、β＞α）となる。
そして、この広角検出処理では、予め規定された条件に従って、広角エリア内に存在している同一物標からの反射波に基づく周波数ピークの組合せを抽出し、その周波数ピークの組合せを仮物標として認識し、仮物標毎に物標情報を生成している。
ここで、物標検出処理（即ち、図３）へと戻り、Ｓ１９０では、Ｓ１７０での遠距離検出処理で検出した結果と、Ｓ１８０での広角検出処理で検出した結果とを重畳する検出結果重畳処理を実行する。
具体的に、本実施形態における検出結果重畳処理では、図６（Ｃ）に示すように、Ｓ１８０での広角検出処理によって検出した仮物標のうち、通常角度範囲内に存在している仮物標を除いた仮物標を、Ｓ１７０での遠距離検出処理によって検出した仮物標に追加することで、両検出処理での検出結果を重畳する。
続く、Ｓ２００では、今回の測定サイクルで検出された仮物標（以下、今サイクル物標）が、前回以前の測定サイクルで検出された仮物標（以下、前サイクル物標）と、予め規定された規定回数以上連続して履歴を接続可能であるか否かを判定し、履歴を接続可能であれば、その履歴接続可能な仮物標を確定物標（即ち、物標として確からしいもの）として認識する周知の物標特定処理を実行する。
具体的に、本実施形態の物標特定処理では、今サイクル物標と前サイクル物標との組合せを推定し、その組合わせた物標（以下、対応候補とする）のいずれか一つを抽出し、その抽出した対応候補中の前サイクル物標に対応する物標情報に基づいて、その前サイクル物標に対応する今サイクル物標の予測位置、及び予測速度（以下、これらを予測値とする）を算出する。さらに、予測値と、対応候補中の今サイクル物標から求めた位置、及び速度とに基づき、両者の位置差分、及び速度差分を求め、その位置差分が予め設定された上限位置差より小さく、かつ速度差分が予め設定された上限速度差分よりも小さい場合にのみ、その対応候補は、履歴接続があるものとしている。
さらに、この物標特定処理では、履歴接続できた回数等に従って、確定物標に対して物標である可能性を示す確率を付与したり、図９に示すように、確定物標との相対速度及び確定物標の位置に基づいて、先行車両や路側物（例えば、ガードレール等）を特定しセグメント化する処理が実行される。
そして、Ｓ２１０では、Ｓ２００にて認識された確定物標の物標情報を、走行支援ＥＣＵ１０へと送信する。
そして、その後、物標検出処理を終了する（即ち、今サイクルを終了する）。
つまり、本実施形態のレーダセンサ３０では、従来のレーダセンサに適用されたアレイアンテナを構成するアンテナ素子の配置間隔を変更したり、その従来のアレイアンテナにアンテナ素子を追加したりすること無く、アレイアンテナ４１を構成している。
そして、本実施形態の物標検出処理における遠距離検出処理では、第一間隔ｄ１に配置されたアンテナ素子Ａｒiからの受信信号ＳｒをＦＦＴした結果に対して処理を加えることで、第二間隔ｄ２で配置されたアンテナ素子からの受信信号それぞれをＦＦＴした結果に相当する特定スペクトルを求めている。さらに、その特定スペクトルから、遠距離エリア内に存在している同一物標からの反射波に基づく周波数ピークの組合せを抽出し、その周波数ピークの組合せを仮物標として認識し、仮物標毎に物標情報を生成している。
これと共に、広角検出処理にて、第一間隔ｄ１で配置されたアンテナ素子Ａｒiからの受信信号それぞれをＦＦＴして求めたパワースペクトルから、広角エリア内に存在している同一物標からの反射波に基づく周波数ピークの組合せを抽出し、その周波数ピークの組合せを仮物標として認識し、仮物標毎に物標情報を生成している。
さらに、本実施形態の物標検出処理では、遠距離検出処理で検出した仮物標と、広角検出処理で検出した仮物標とを統合した後、確定物標を特定し、その確定物標についての物標情報を走行支援ＥＣＵ１０に送信している。
［実施形態の効果］
以上説明したように、本実施形態のレーダセンサ３０では、第二間隔ｄ２で配置されたアンテナ素子からの受信信号をＦＦＴした結果に相当する特定スペクトルと、第一間隔ｄ１で配置されたアンテナ素子Ａｒiからの受信信号をＦＦＴした結果であるパワースペクトルとの両方を用いて、物標を検出している。
したがって、本実施形態のレーダセンサ３０によれば、車両から離れた位置に存在する物標検出を可能としたまま（即ち、遠距離エリアでの物標検出を維持したまま）、通常角度範囲よりも、より広い角度範囲である広角エリアにて物標検出を実行することができる。この結果、本実施形態のレーダセンサ３０によれば、自車両の前方に急に現れた割込車両をより早期に検出することと、遠距離に存在する物標の正確な位置を検出することとを両立することができる。
しかも、本実施形態のレーダセンサ３０では、従来のレーダセンサに適用されたアレイアンテナを構成するアンテナ素子の配置間隔を変更したり、その従来のアレイアンテナにアンテナ素子を追加したりすること無く、第一間隔ｄ１に配置されたアンテナ素子からの受信信号に対して処理を加えることで、特定スペクトルを求めている。
このため、本実施形態のレーダセンサ３０に適用された受信アンテナ部４０は、従来のレーダセンサに適用された受信アンテナ部（即ち、アレイアンテナ）よりも面積（開口面積）が大きくなることがない。
これらのことから、本実施形態のレーダセンサ３０によれば、従来のレーダセンサに比べて受信アンテナ部の面積（開口面積）を大きくすることなく、遠距離エリアに加えて、広角エリア内にて物標を検出することができる。
さらに、本実施形態のレーダセンサ３０によれば、アレイアンテナ４１の両端部をサブアレイアンテナとして構成しているため、受信チャンネルＣＨｊの数を抑制することができ、この結果、レーダセンサ３０自体の構成が大型化することを抑制できる。
なお、このようなレーダセンサ３０が適用された走行支援システム１によれば、乗員を保護するためにより安全な制御を実行できる。
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
例えば、上記実施形態の受信アンテナ部４０におけるアレイアンテナ４１は、第一間隔ｄ１で配置されたアンテナ素子Ａｒiのうち、両端部に配置された２つずつのアンテナ素子を用いて２つのサブアレイアンテナを構成していたが、２つのサブアレイアンテナは、一方の端部にのみ設けられていても良い。また、アレイアンテナ４１の中に、サブアレイアンテナが２つ設けられている必要はなく、例えば、一方の端部に一つのみ設けられていても良い。
さらには、アレイアンテナ４１は、サブアレイアンテナを設けることなく、第一間隔ｄ１で配置されたアンテナ素子Ａｒi全てが単一のアンテナとして動作するように構成されていても良い。
すなわち、アレイアンテナ４１は、従来のアレイアンテナにアンテナ素子を追加することなく、かつ従来のアレイアンテナからアンテナ素子の配置間隔（即ち、第一間隔ｄ１）を変更すること無く、しかも第一間隔ｄ１よりも広い第二間隔ｄ２で配置されたアンテナ素子からの受信信号に相当する信号（以下、変換受信信号とする）をデジタル信号処理によって生成可能であれば、どのように構成されていても良い。
さらに、本実施形態の遠距離検出処理では、２つのアンテナ素子からの受信信号をＦＦＴした結果をベクトル合成することで、特定スペクトルを求めたが、合成する信号の数は、２つに限るものではなく、３つでも良いし、４つでも良い。ただし、この場合、従来のアレイアンテナを構成するサブアレイアンテナが、合成する信号の数と同数のアンテナ素子にて受信した反射波を合成するように構成されている必要がある。
また、本実施形態では、遠距離検出処理で用いるパワースペクトルのみ、デジタル信号処理にて生成したが、遠距離検出処理で用いるパワースペクトルに対するアンテナ素子の配置間隔よりも、広角検出処理で用いるパワースペクトルに対するアンテナ素子の配置間隔が狭くなるようにデジタル信号処理されていれば、広角検出処理で用いるパワースペクトルも、デジタル信号処理によって生成しても良い。
ところで、本実施形態では、変換受信信号をデジタル信号処理によって（即ち、ＦＦＴの結果を合成することで）生成していたが、変換受信信号をアナログ信号のまま合成して生成しても良い。
なお、上記実施形態の物標検出処理における遠距離検出処理では、方位解析の手法として、ＭＵＳＩＣを用いたが、方位解析の手法は、これに限るものではなく、例えば、ＤＢＦを用いても良い。
さらに、上記実施形態の物標検出処理における広角検出処理では、方位解析の手法として、ＤＢＦを用いたが、方位解析の手法は、これに限るものではなく、例えば、ＭＵＳＩＣを用いても良い。
また、本発明はプリクラッシュセーフティシステム（いわゆるＰＣＳ）及びオートクルーズコントロールシステム（いわゆるＡＣＣ）以外にも、フォワードコリジョンウォーニング（ＦＣＷ）やレーンチェンジウォーニング（ＬＣＷ）など、その他の車両周辺監視システム用レーダ装置にも適用可能である。
レーダセンサを有した走行支援システムの概略構成を示すブロック図である。 受信アンテナ部の概略構成を示す説明図である。 物標検出処理の処理手順を示したフローチャートである。 遠距離検出処理の処理手順を示したフローチャートである。 広角検出処理の処理手順を示したフローチャートである。 検出可能範囲を示した説明図である。 周波数ピークの検出方法の概要を示した説明図である。 ＭＵＳＩＣスペクトルを説明するための説明図である。 確定物標をセグメント化した状態の模式図である。
符号の説明
１…走行支援システム １０…走行支援ＥＣＵ １５…ブレーキＥＣＵ ２０…エンジンＥＣＵ ２５…シートベルトＥＣＵ ３０…レーダセンサ ３２…発振器 ３３…増幅器 ３４…分配器 ３６…送信アンテナ ４０…受信アンテナ部 ４１…アレイアンテナ ４２…受信スイッチ ４３…ミキサ ４４…増幅器 ４５…フィルタ ４６…Ａ／Ｄ変換器 ５０…信号処理部 Ａｒi…アンテナ素子 Ｃｈj…受信チャンネル

Claims (2)

  1. 連続波からなる探査波を送信すると共に、予め規定された規定間隔に配置された複数のアンテナ素子にて、前記探査波を反射した物標からの反射波を受信する送受信手段と、
    前記送受信手段のアンテナ素子からの受信信号に基づいて、前記規定間隔の整数倍に設定された第一間隔で配置されたアンテナ素子からの受信信号群に相当する第一受信信号を生成する第一受信信号生成手段と、
    前記送受信手段のアンテナ素子からの受信信号を変換したデジタル信号を、互いに隣接する設定数のアンテナ素子からの受信信号を変換したデジタル信号群毎にベクトル合成することで、前記規定間隔の整数倍に設定され、かつ前記第一間隔よりも広い第二間隔で配置されたアンテナ素子からの受信信号群に相当する第二受信信号を生成する第二受信信号生成手段と、
    前記第一受信信号生成手段で生成した第一受信信号を用いて、前記第一間隔から規定される第一角度範囲内で方位検出を実行する第一方位検出手段と、
    前記第二受信信号生成手段で生成した第二受信信号を用いて、前記第二間隔から規定される第二角度範囲内で方位検出を実行する第二方位検出手段と
    を備え、
    前記送受信手段を構成する複数のアンテナ素子のうち、少なくとも一方の端部に配置された一部のアンテナ素子は、互いに隣接する設定数のアンテナ素子からの受信信号をアナログ信号のまま合成して出力するサブアレイアンテナとして構成され、
    さらに、前記第一間隔は、前記規定間隔と一致するように設定されており、
    前記第二受信信号生成手段は、
    前記サブアレイアンテナからの出力を変換したデジタル信号を前記第二受信信号の一部として生成すると共に、
    前記送受信手段における複数のアンテナ素子のうち、前記サブアレイアンテナを構成するアンテナ素子以外のアンテナ素子からの受信信号を変換したデジタル信号を、互いに隣接する設定数のアンテナ素子からの受信信号を変換したデジタル信号群毎にベクトル合成することで前記第二受信信号を生成し、
    前記第一受信信号生成手段は、
    前記送受信手段を構成する複数のアンテナ素子のうち、前記サブアレイアンテナを構成するアンテナ素子以外のアンテナ素子からの受信信号そのものを、前記第一受信信号として生成すること
    を特徴とする方位検出装置。
  2. 請求項１に記載の方位検出装置と、
    前記送受信手段で受信した受信信号を用いて、前記物標までの距離を検出する距離検出手段と、
    前記方位検出装置で検出した方位、及び前記距離検出手段で検出した距離に基づいて、前記物標を特定する物標特定手段と
    を備えたことを特徴とするレーダ装置。
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