JP5912879B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置に関する。

従来、レーダ装置としては、周波数の異なる２つのレーダ波を発射し、その反射波の受信信号に基づいて、レーダ波を反射した物標までの距離、並びに、物標の速度及び方位を検出する二周波ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式のレーダ装置が知られている。

このレーダ装置によれば、速度が等しい複数の物標が前方に存在する場合、これらの物標によって生成される反射波のドップラー周波数が一致してしまうことに起因して、受信信号には、複数物標からの反射波の合成波成分が現れる（マルチパス干渉状態）。そして、この状態では誤った距離や方位の検出が行われてしまう。

このような問題に鑑み、従来技術によれば、受信アンテナ間の信号強度が異なるか否かの判定を複数回行い、１回も信号強度が異なると判定されなかったときには、非マルチパス干渉状態であると判定し、そうでない場合には、マルチパス干渉状態であると判定することが行われている（特許文献１参照）。

合成波成分であっても受信アンテナ間では偶然に信号強度が同じになる可能性がある。従来技術によれば、信号強度が異なるか否かの判定を、時間を空けて複数回行うことにより、マルチパス干渉状態の判定精度を高めるようにしている。

特開２０１０−６０４５９号公報

ところで、合成波成分は、受信信号において、極短い時間発生するものである。このため、従来技術によれば、複数回の上記判定を行っても、マルチパス干渉状態の判定精度を高めるのには限界がある。また、複数回の判定を行う必要があるため、マルチパス干渉状態であることを特定するまでに時間を要する。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、受信信号に含まれる反射波成分が合成波成分であるか否かを、高速且つ精度良く判定可能な技術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レーダ装置は、二周波ＣＷ方式のレーダ装置であって、発射手段と、受信出力手段と、変換手段と、ピーク検出手段と、観測手段と、固有値算出手段と、判定手段と、禁止手段と、を備える。

発射手段は、第一及び第二の送信信号に従って、周波数の異なるレーダ波を発射する。受信出力手段は、レーダ波の反射波を受信可能な複数のアンテナ素子を備え、複数のアンテナ素子の夫々に関して、このアンテナ素子の受信信号として、第一の送信信号に従うレーダ波の反射波成分を含む第一の受信信号、及び、第二の送信信号に従うレーダ波の反射波成分を含む第二の受信信号を出力する。

変換手段は、上記複数のアンテナ素子の夫々に関して、受信出力手段から出力される第一の受信信号を時間空間の信号から周波数空間のデータに変換することにより第一の周波数データを生成し、受信出力手段から出力される第二の受信信号を時間空間の信号から周波数空間のデータに変換することにより第二の周波数データを生成する。

ピーク検出手段は、変換手段により生成された第一及び第二の周波数データに基づき、第一及び第二の受信信号に含まれる反射波成分の周波数であるピーク周波数を検出する。
観測手段は、ピーク検出手段により検出されたピーク周波数に対応する第一及び第二の受信信号の位相情報に基づき、ピーク周波数に対応する反射波を生成した物標までの距離を少なくとも検出する。

一方、固有値算出手段は、複数のアンテナ素子の夫々に対応する第一の周波数データが示す上記ピーク周波数における周波数空間値を要素とする第一の受信ベクトルｙ１と、複数のアンテナ素子の夫々に対応する第二の周波数データが示す上記ピーク周波数における周波数空間値を要素とする第二の受信ベクトルｙ２と、に基づく相関行列Ｒｙ＝［ｙ１，ｙ２］［ｙ１，ｙ２］^Hの第二固有値を算出する。

判定手段は、この固有値算出手段により算出された第二固有値の大小に基づき、上記ピーク周波数に対応する反射波成分が、複数物標からの反射波の合成波成分であるか否かを判定する。そして、禁止手段は、判定手段により反射波成分が合成波成分であると判定されたピーク周波数に対応する第一及び第二の受信信号の位相情報に基づく観測手段による距離の検出を禁止する。

相関行列Ｒｙは、二つの受信ベクトルｙ１，ｙ２により構成される行列であるため、ランク２の行列であり、相関行列Ｒｙの固有値としては、最も大きい第一固有値と、その次に大きい第二固有値とが得られる。そして、相関行列の固有値が成分分析に用いられることからも理解できるように、本発明で用いられる相関行列Ｒｙの固有値については、ピーク周波数に対応する信号成分が、単一の反射波の受信により生成されたものであれば、第二固有値が小さくなる一方、ピーク周波数に対応する信号成分が、独立した複数の反射波の受信により生成された合成波成分であれば、受信ベクトルｙ１，ｙ２に複数成分が含まれる結果となり、第二固有値の値が大きくなる。

本発明によれば、このような相関行列Ｒｙの固有値の性質を利用して、従来のように複数回の判定を行うことなく、一度の判定により、ピーク周波数に対応する反射波成分が、複数物標からの反射波の合成波成分であるか否かを高精度に判定できるようにしている。

従って、本発明によれば、受信信号に含まれる反射波成分が合成波成分であるか否かを、高速且つ精度良く判定することができ、高性能なレーダ装置を提供することができる。
ところで、判定手段は、第二固有値が予め定められた閾値を超えている場合に、対応する反射波成分が、合成波成分であると判定する構成にすることができる。また、受信出力手段は、上記第一の受信信号として、第一の送信信号に従うレーダ波の反射波成分を含むアンテナ素子からの入力信号に第一の送信信号を混合してなる第一のビート信号を出力し、第二の受信信号として、第二の送信信号に従うレーダ波の反射波成分を含むアンテナ素子からの入力信号に第二の送信信号を混合してなる第二のビート信号を出力する構成にすることができる。

レーダ装置１の構成を表すブロック図である。 送信周波数ｆ１，ｆ２の切り替え態様を表す図である。 処理ユニット５０の機能ブロック図である。 処理ユニット５０が実行する信号解析処理を表すフローチャートである。 処理ユニット５０が実行する信号解析処理を表すフローチャートである。 物標までの距離Ｒの算出方法に関する説明図である。 同一速度で走行する二つの前方車両がある環境での距離Ｒの算出結果をプロットした図である。 前方車両の距離Ｒ１，Ｒ２及び方位θ１，θ２を示した図である。 第二実施例の信号解析処理を表すフローチャートである。 第二実施例において処理ユニット５０が実行するトラッキング処理を表すフローチャートである。

以下に本発明の実施例について、図面と共に説明する。
［第一実施例］
本実施例のレーダ装置１は、車両に搭載される二周波ＣＷ方式レーダ装置１であり、図１に示すように、送信回路１０と、送信アンテナ２０と、受信アンテナ３０と、受信回路４０と、処理ユニット５０と、を備える。

送信回路１０は、送信アンテナ２０に対して送信信号Ｓｓを供給するものであり、発振器１１と増幅器１３と分配器１５とを備える。発振器１１は、ミリ波帯の高周波信号を生成するものであり、短い時間間隔で交互に、第一周波数（ｆ１）の高周波信号と、第一周波数（ｆ１）とは僅かに周波数の異なる第二周波数（ｆ２）の高周波信号と、を生成して出力する。増幅器１３は、発振器１１から出力される上記高周波信号を増幅するものであり、分配器１５は、増幅器１３の出力信号を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する。

送信アンテナ２０は、この送信回路１０から供給される送信信号Ｓｓに基づいて、送信信号Ｓｓに対応する周波数のレーダ波を自車両前方に発射する。これにより、図２に示すように、第一周波数（ｆ１）のレーダ波と、第二周波数（ｆ２）のレーダ波とを交互に出力する。

一方、受信アンテナ３０は、物標（前方物体）から反射されたレーダ波（反射波）を受信可能に構成されたものであり、Ｋ個のアンテナ素子ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋが一列に配置されたリニアアレーアンテナとして構成される。受信回路４０は、この受信アンテナ３０を構成する各アンテナ素子ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋからの入力信号Ｓｒを処理するものであり、受信スイッチ４１と、増幅器４３と、ミキサ４５と、フィルタ４７と、Ａ／Ｄ変換器４９とを備える。以下では、Ｋ個のアンテナ素子ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋの夫々を番号付けして、第ｋアンテナ素子ＡＮ＿ｋ（ｋ＝１，２，…，Ｋ）と表現する。

受信スイッチ４１は、受信アンテナ３０を構成するアンテナ素子ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋを一つずつ順に選択し、選択した第ｋアンテナ素子ＡＮ＿ｋからの入力信号Ｓｒを選択的に増幅器４３に伝送する。詳述すれば、受信スイッチ４１は、送信回路１０から出力される送信信号Ｓｓの周波数ｆ１，ｆ２の切り替え毎に、全てのアンテナ素子ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋを所定回ずつ選択する。また、増幅器４３は、受信スイッチ４１を通じて伝送されてくる第ｋアンテナ素子ＡＮ＿ｋからの入力信号Ｓｒを増幅して後段に供給する。

ミキサ４５は、増幅器４３からの入力信号Ｓｒとローカル信号Ｌとを混合して、ビート信号ＢＴを生成するものであり、フィルタ４７は、ミキサ４５から出力されるビート信号ＢＴから不要な信号成分を除去する。フィルタ４７からの出力信号は、Ａ／Ｄ変換器４９にてサンプリングされて、ディジタルデータに変換され、処理ユニット５０に入力される。付言すれば、このＡ／Ｄ変換器４９では、受信スイッチ４１での切り替えタイミングに同期してデータサンプリングが行われる。

また、処理ユニット５０は、ＣＰＵ５０Ａ、ＲＯＭ５０Ｂ及びＲＡＭ５０Ｃ等を備え、ＲＯＭ５０Ｂに格納されたプログラムに従う処理をＣＰＵ５０Ａにて実行することにより、信号解析や装置内各部の制御等を実現する。

具体的に、処理ユニット５０は、送信回路１０及び受信回路４０を制御して、第一周波数（ｆ１）及び第二周波数（ｆ２）のレーダ波が送信アンテナ２０から交互に発射されるようにし、この反射波成分を含むアンテナ素子ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋ夫々のビート信号ＢＴが受信回路４０においてサンプリングされるようにする。そして、これらアンテナ素子毎のビート信号ＢＴのサンプリングデータを解析し、解析を通じて得たレーダ波を反射する物標までの距離Ｒ、自車両に対する物標の相対速度Ｖ、及び、自車両の進行方向を基準とした物標の方位θ等の物標情報を、図示しない通信インタフェースを介して車内の電子制御装置（ＥＣＵ）に送信する。例えば、レーダ装置１は、車間制御を行う車間制御ＥＣＵに上記物標情報を提供する。

ここで、図３に基づいて、処理ユニット５０により実現される機能について説明する。処理ユニット５０は、ＣＰＵ５０Ａによるプログラムの実行により、データ管理部６１、信号解析部６３、及び、トラッキング処理部６５として機能する。

データ管理部６１は、Ａ／Ｄ変換器４９から入力されるサンプリングされたビート信号ＢＴのディジタルデータを、第一及び第二のビート信号毎及びアンテナ素子毎のサンプリングデータに分離してＲＡＭ５０Ｃに格納する処理を行うものである。

ここで言う第一のビート信号とは、ミキサ４５により入力信号Ｓｒと第一周波数（ｆ１）のローカル信号Ｌとが混合されるときに生成されるビート信号ＢＴのことである。第二のビート信号とは、ミキサ４５により入力信号Ｓｒと第二周波数（ｆ２）のローカル信号Ｌとが混合されるときに生成されるビート信号ＢＴのことである。レーダ波の送受信に要する時間は微小であるため、第一のビート信号には、第一周波数（ｆ１）のレーダ波の反射波成分が含まれ、第二のビート信号には、第二周波数（ｆ２）のレーダ波の反射波成分が含まれる。

また、信号解析部６３は、データ管理部６１から得られる第一及び第二のビート信号毎及びアンテナ素子毎のサンプリングデータに基づいて信号解析を行い、観測値Ｚとして、物標までの距離Ｒ、自車両に対する物標の相対速度Ｖ、及び、自車両の進行方向を基準とした物標の方位θを検出するものである。

トラッキング処理部６５は、信号解析部６３から得られる観測値Ｚに基づき、物標の運動状態を推定（予測）する。具体的に、トラッキング処理部６５は、追尾対象の物標毎に、周知のトラッカにより当該物標の運動状態を推定（予測）する。トラッカとしては、カルマンフィルタを用いたものや、α−βトラッカを用いたものが知られている。

トラッキング処理部６５によれば、信号解析部６３から得られる一つの物標についての観測値Ｚが一つのトラッカに割り当てられる。そして、トラッカでは、この観測値Ｚに基づき、物標の運動状態として、現在及び未来における物標までの距離Ｒ、自車両に対する物標の相対速度Ｖ、及び、自車両の進行方向を基準とした物標の方位θが推定される。

続いて、処理ユニット５０が実行する信号解析処理を、図４及び図５を用いて説明する。処理ユニット５０は、この信号解析処理を周期的に繰返し実行する。この信号解析処理の実行によって、処理ユニット５０は、上記信号解析部６３として機能する。

信号解析処理を開始すると、処理ユニット５０は、まず、アンテナ素子毎に、このアンテナ素子ＡＮ＿ｋから得られた入力信号Ｓｒに基づく第一／第二のビート信号についての一定期間分のサンプリングデータを、時系列観測データとしてＲＡＭ６０Ｃから読み出して取得する（Ｓ１１０）。即ち、アンテナ素子ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋの夫々について、第一及び第二のビート信号毎の上記時系列観測データを取得する。

次に、処理ユニット５０は、アンテナ素子毎、並びに、第一及び第二のビート信号毎の、上記時系列観測データを夫々、フーリエ変換することで、これを時間空間のデータから周波数空間のデータに変換する（Ｓ１２０）。以下では、第一のビート信号についての上記時系列観測データをフーリエ変換して得られるデータのことを、第一周波数データと表現し、第二のビート信号についての上記時系列観測データをフーリエ変換して得られるデータのことを、第二周波数データと表現する。第一周波数データ及び第二周波数データには、対応する時系列観測データをフーリエ変換して得られるフーリエ変換値が含まれる。以下では、第ｋアンテナ素子の第ｍビート信号（ｍ＝１，２）についての時系列観測データをフーリエ変換して得られる各周波数ｆでのフーリエ変換値を、Ｘ_km［ｊ２πｆ］と表現する。記号ｊは、虚数記号である。

Ｓ１２０での処理を終えると次に、処理ユニット５０は、アンテナ素子毎の第一周波数データ及び第二周波数データから特定される、アンテナ素子毎の第一のビート信号についてのパワースペクトルと、アンテナ素子毎の第二のビート信号についてのパワースペクトルとの平均Ｐ［ｊ２πｆ］

を算出し、このパワースペクトルの平均Ｐ［ｊ２πｆ］から、ピーク周波数ｆ_pを検出する（Ｓ１３０）。ピーク周波数ｆ_pは、上記平均化されたパワースペクトルにおいてパワーＰ［ｊ２πｆ］が予め定められた閾値Ｔｈ１以上の値を示すピーク（極大点）の周波数ｆ_pとして検出することができる。上記条件を満足する周波数が複数ある場合には、これらの夫々を、ピーク周波数ｆ_pとして検出する。

ピーク周波数ｆ_pの検出に用いる上記閾値Ｔｈ１については、パワースペクトルから検出されるピーク周波数ｆ_pが、レーダ波の反射波の周波数であるドップラー周波数である確率が十分高くなるように設計段階で定める。尚、第一及び第二のビート信号によれば、夫々対応するレーダ波の送信周波数が異なるため、厳密には、第一のビート信号におけるドップラー周波数と、第二のビート信号におけるドップラー周波数との間には微差がある。しかしながら、周知のように二周波ＣＷ方式では、第一周波数ｆ１と第二周波数ｆ２との間には、僅かな周波数差しかない。このため、Ｓ１３０では、ドップラー周波数が同一であるとみなして、平均化したパワースペクトルからピーク周波数ｆ_pを検出する。

Ｓ１３０での処理を終えると、処理ユニット５０は、検出されたピーク周波数ｆ_pの全てについて、これを処理対象周波数ｆ_vに選択してＳ１５０以降の処理を実行したか否かを判断し、実行していないと判断すると（Ｓ１４０でＮｏ）、Ｓ１５０に移行して、Ｓ１３０で検出されたピーク周波数ｆ_pの内、未だ選択してない周波数の一つを、処理対象周波数ｆ_vに選択する（Ｓ１５０）。

その後、処理ユニット５０は、アンテナ素子毎の第一周波数データが示す処理対象周波数ｆ_vにおけるフーリエ変換値Ｘ_k1［ｊ２πｆ_v］を配列した受信ベクトルｙ１を生成する（Ｓ１６０）。

ここで、Ｔは、転置記号である。同様に、処理ユニット５０は、アンテナ素子毎の第二周波数データが示す処理対象周波数ｆ_vにおけるフーリエ変換値Ｘ_k2［ｊ２πｆ_v］を配列した受信ベクトルｙ２を生成する（Ｓ１７０）。

その後、処理ユニット５０は、相関行列Ｒｙについての第二固有値λ２を算出する（Ｓ１８０）。

ここで、記号Ｈは、複素共役転置記号である。相関行列Ｒｙは、二つの受信ベクトルｙ１，ｙ２を構成要素とする行列であるため、ランク２の行列である。従って、相関行列Ｒｙは上式右辺に示すように、第一固有値λ１及び第二固有値λ２とその固有ベクトルｕ１，ｕ２とで表すことができる。周知のように、ここで言う第一固有値λ１は、相関行列Ｒｙの固有値λ１，λ２の内、値が最も大きい固有値のことであり、第二固有値λ２は、値が二番目に大きい固有値のことである。Ｓ１８０では、この相関行列Ｒｙについての第二固有値λ２を算出する。

第二固有値λ２は、処理対象周波数（ピーク周波数）ｆ_vに対応する信号成分が単一の物標からの反射波成分である場合には、小さい値を採り、ピーク周波数ｆｖに対応する信号成分が独立した複数物標からの反射波成分を含む合成波成分であり、受信ベクトルｙ１，ｙ２に当該合成波成分（複数成分）が含まれる場合に、大きい値を採る。

従って、続くＳ１９０では、Ｓ１８０で算出された第二固有値λ２が設計段階で予め定められた閾値Ｔｈ２よりも大きいか否かを判断し、第二固有値λ２が閾値Ｔｈ２よりも大きいと判断した場合には（Ｓ１９０でＹｅｓ）、処理対象周波数ｆ_vに対応する信号成分が合成波成分であると判定し（Ｓ２００）、第二固有値λ２が閾値Ｔｈ２以下であると判断した場合には（Ｓ１９０でＮｏ）、処理対象周波数ｆ_vに対応する信号成分が合成波成分ではないと判定する（Ｓ２２０）。

また、処理対象周波数ｆ_vに対応する信号成分が合成波成分ではないと判定した場合には、続くＳ２３０において、処理対象周波数ｆ_vに対応する反射波を生成した物標についての観測値Ｚとして、物標までの距離Ｒ、自車両に対する物標の相対速度Ｖ、及び、自車両に対する物標の方位θを算出する。

これらの観測値Ｚの算出方法については、周知であるため、簡単に説明するが、自車両に対する物標の相対速度Ｖについては、ドップラー周波数である処理対象周波数ｆｖの情報から算出することができる。例えば、式Ｖ＝（ｆ_v／２）・（Ｃ／ｆ１）≒（ｆ_v／２）・（Ｃ／ｆ２）に従って算出することができる。Ｃは、レーダ波の伝播速度である。値（Ｃ／ｆ１）と値（Ｃ／ｆ２）とは略同値であるため、相対速度Ｖの算出については、送信周波数ｆ１，ｆ２のいずれを用いてもよい。但し、送信周波数ｆ１，ｆ２の夫々を用いて算出した相対速度Ｖの平均を、物標の相対速度Ｖとして算出することも可能である。

また、物標までの距離Ｒについては、処理対象周波数ｆｖの反射波成分の位相情報から特定することができる。例えば、図６に示すように第一のビート信号における処理対象周波数ｆｖの反射波成分の位相φ１と、第二のビート信号における処理対象周波数ｆｖの反射波成分の位相φ２との位相差Δφ＝φ２−φ１を用いて、式Ｒ＝Ｃ・Δφ／４π・（ｆ２−ｆ１）に従って算出することができる。位相差Δφについては、一つのアンテナ素子ＡＮ＿ｋのビート信号に基づいて算出することができるが、Ｋ個のアンテナ素子ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋの平均値として算出することも可能である。この他、物標の方位θについては、第一及び第二のビート信号が示すアンテナ素子間の位相差に基づいて算出することができる。

処理対象周波数ｆ_vに対応する信号成分が合成波成分ではないと判定した場合には（Ｓ２２０）、このように、処理対象周波数ｆ_vに対応する反射波を生成した物標の観測値Ｚを算出した後（Ｓ２３０）、Ｓ１４０に移行し、処理対象周波数ｆ_vに対応する信号成分が合成波成分であると判定した場合には（Ｓ２００）、観測値Ｚの算出を行わずに、この処理対象周波数ｆｖの反射波成分については観測しなかったものと扱って、Ｓ１４０に移行する。

ここで、処理対象周波数ｆ_vに対応する信号成分が合成波成分であると判定した場合に、観測値Ｚの算出を行わないのは、この信号成分に基づいて、物標までの距離Ｒを算出すると、距離Ｒに大きな誤差が生じる可能性があるためである。

図７は、自車両から見て異なる方位に同一速度で走行する二つの前方車両がある環境における、この前方車両までの距離Ｒの算出結果を表すものである。図７において、横軸は時間、縦軸は前方車両までの距離であり、プロット点は、前方車両が実線で示す軌跡に沿って一定速度で走行している場合における二周波ＣＷ方式レーダ装置による距離Ｒの算出結果である。付言すれば、図７のプロット点は、合成波であるか否かの判定結果に依らず、距離Ｒを算出した場合のプロット点である。

図７に示す例によれば、前方車両と自車両とが離れている環境では、合成波成分が発生しにくく、概ね距離Ｒを真値（実線）に近い値として算出することができているが、前方車両と自車両とが近づくにつれて合成波成分が現れ、距離Ｒの算出値が、二つの前方車両の中間値になっていることが理解できる。

このように、合成波成分に基づいて距離Ｒの算出を行うと、合成波成分を形成する複数の反射波の反射元地点に対する中間地点の距離Ｒが算出されることになる。このため、本実施例によれば、処理対象周波数ｆ_vに対応する信号成分が合成波成分であると判定した場合には、観測値Ｚの算出を行わない。但し、反射波成分が合成波成分であっても相対速度Ｖについては高精度に算出することができるため、相対速度Ｖについては算出してもよい。これについては、第二実施例として後述する。

本実施例の信号解析処理では、このようにして、Ｓ１３０において検出されたピーク周波数ｆ_p毎に、この周波数に対応する反射波成分が合成波成分であるか否かを判定し、反射波成分が合成波成分ではない場合には、観測値Ｚを算出する（Ｓ１４０〜Ｓ２３０）。

そして、Ｓ１３０で検出されたピーク周波数ｆ_pの全てについて、これを処理対象周波数ｆ_vに選択してＳ１５０以降の処理を実行したと判断すると（Ｓ１４０でＹｅｓ）、ピーク周波数ｆｐ毎（換言すれば観測点毎）の観測値Ｚを、トラッキング処理部６５としての機能を実現する処理ユニット５０のタスクに提供し（Ｓ１４５）、当該信号解析処理を終了する。トラッキング処理部６５によれば、このような観測値Ｚを、所定のアルゴリズムにより対応する物標のトラッカに割り当てて、物標の運動状態を推定する。

以上、本実施例のレーダ装置１について説明したが、このレーダ装置１によれば、送信回路１０から交互に出力される第一周波数（ｆ１）の送信信号Ｓｓ及び第二周波数（ｆ２）の送信信号Ｓｓに従って、送信アンテナ２０から、周波数の異なるレーダ波を発射し、このレーダ波の反射波を、アンテナ素子ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋを備える受信アンテナ３０により受信する。そして、受信回路４０では、第一／第二周波数の送信信号Ｓｓに従うレーダ波の反射波成分を含むアンテナ素子の入力信号に第一／第二周波数のローカル信号Ｌを混合した第一／第二のビート信号を生成する。

また、処理ユニット５０によれば、アンテナ素子の夫々に関して、受信回路４０から出力される第一／第二のビート信号についての一定期間分のサンプリングデータをフーリエ変換し、これによって、一定期間分のサンプリングデータを時間空間から周波数空間のデータに変換し、上記第一／第二の周波数データを生成する。

そして、処理ユニット５０では、これらアンテナ素子毎の第一及び第二の周波数データから特定されるパワースペクトルの平均から、第一及び第二のビート信号に含まれる反射波成分の周波数であるピーク周波数ｆ_pを検出する。そして、ピーク周波数ｆ_pに対応する第一及び第二のビート信号の位相情報に基づき、ピーク周波数ｆ_pに対応する反射波を生成した物標の観測値Ｚとして、物標までの距離Ｒ及び物標の方位θを算出する。また、ピーク周波数ｆ_pに基づき、自車両に対する物標の相対速度Ｖを算出する。

一方、観測値Ｚの算出に先駆けては、上述した受信ベクトルｙ１，ｙ２に基づく相関行列Ｒｙ＝（１／２）・［ｙ１，ｙ２］［ｙ１，ｙ２］^Hの第二固有値λ２を算出し、閾値Ｔｈ２を指標とした第二固有値λ２の大小に基づき、ピーク周波数ｆ_pに対応する反射波成分が、複数物標からの反射波の合成波成分であるか否かを判定する。そして、合成波成分であると判定したピーク周波数ｆ_pに対応する第一及び第二のビート信号の位相情報に基づく距離Ｒの算出を禁止する。

本実施例によれば、このように相関行列Ｒｙの第二固有値λ２を利用して、従来のように時間を空けた複数回の判定を行うことなく、一度の判定により、ピーク周波数ｆ_pに対応する反射波成分が、複数物標からの反射波の合成波成分であるか否かを高精度に判定する。従って、本実施例によれば、ピーク周波数ｆ_pに対応する反射波成分が合成波成分であるか否かを、高速且つ精度良く判定することができ、高性能な二周波ＣＷ方式レーダ装置１を提供することができる。

付言すると、上述した相関行列Ｒｙ＝（１／２）・［ｙ１，ｙ２］［ｙ１，ｙ２］^Hの第二固有値λ２に基づくピーク周波数ｆ_pに対応する反射波成分が合成波成分であるか否かの判定は、合成波成分が、異なる距離Ｒ及び方位θに位置する複数物標からの反射波成分である場合に高精度に行うことができる。

図８に示すように、自車両前方の距離Ｒ１離れた方位θ１の位置に第一物標（前方車両）が存在し、自車両前方の距離Ｒ２離れた方位θ２の位置に第二物標（前方車両）が存在している環境を考える。このケースにおいて、第ｍ周波数（ｍ＝１，２）のレーダ波の反射波成分を含む第ｋアンテナ素子の受信信号ｘ_km（ｔ）及びそのドップラー周波数ｆ_dでのフーリエ変換値Ｘ_km（ｊ２πｆ_d）は、次式で近似的に表すことができる。

ここで、変数φ_imは、第ｍ周波数のレーダ波の反射波成分における第ｉ物標（ｉ＝１，２）の位相情報であり、φ_im＝４πＲｉ・ｆｍ／Ｃ＋φ０である。また、φ０は、初期位相であり、Ａ_iは、第ｉ物標反射波成分の振幅である。この他、ｆｍは、第ｍ周波数であり、Ｃは、レーダ波の伝播速度であり、ａ_kiは、第ｋアンテナ素子における方位θｉのアレイ応答である。

従って、受信ベクトルｙ１，ｙ２については、次式で表すことができる。

ボールド体ａ_iは、方位θｉ（ｉ＝１，２）のアレイ応答ベクトルである。

そして、相関行列Ｒｙの第二固有値λ２により合成波成分であるか否かを判断するためには、受信ベクトルｙ１，ｙ２が独立である必要があるが、二つの物標の方位θ１，θ２が一致する場合には、アレイ応答ベクトルａ１，ａ２が一致することになるため、明らかに、受信ベクトルｙ１，ｙ２は独立した関係とならない。

一方、方位が異なる場合であっても、（φ２１−φ１１）−（φ２２ーφ１２）＝４π（Ｒ２−Ｒ１）・（ｆ１−ｆ２）／Ｃが２πの整数倍である場合には、受信ベクトルｙ１，ｙ２が独立した関係とならない。レーダ装置１の設計上、上式の値が２π以上となることはないので、Ｒ２−Ｒ１＝０、即ち、二つの物標の距離Ｒ１，Ｒ２が同じである場合には、受信ベクトルｙ１，ｙ２が独立した関係とならない。

このため、上述した相関行列Ｒｙ＝（１／２）・［ｙ１，ｙ２］［ｙ１，ｙ２］^Hの第二固有値λ２に基づく反射波成分が合成波成分であるか否かの判定は、合成波成分が、異なる距離及び方位からの反射波の合成波成分である場合に高精度に行うことができるという結論となる。

［第二実施例］
反射波成分が合成波成分であっても物標の相対速度Ｖについては高精度に算出することができることは既に述べた。ここでは、第二実施例として、反射波成分が合成波成分であっても相対速度Ｖについては算出し、これを活用する例を説明する。但し、第二実施例のレーダ装置１は、処理ユニット５０が実行する処理の一部が先の実施例と異なる程度である。従って、以下では、第二実施例のレーダ装置１の構成として、先の実施例と異なる部分を選択的に説明する。尚、第二実施例では、話を簡単にするため、物標までの距離Ｒや自車両に対する物標の相対速度Ｖを、一次座標系で取り扱う例について説明する。

第二実施例によれば、処理ユニット５０は、図４及び図９に示す信号解析処理を実行する。そして、処理対象周波数ｆ_vに対応する信号成分が合成波成分ではないと判定すると（Ｓ２２０）、続くＳ２３０において、処理対象周波数ｆ_vに対応する反射波を生成した物標の観測値Ｚとして、物標までの距離Ｒ、及び、自車両に対する物標の相対速度Ｖを算出する。

一方、処理ユニット５０は、処理対象周波数ｆ_vに対応する信号成分が合成波成分であると判定すると（Ｓ２００）、続くＳ２１０において、処理対象周波数ｆ_vに対応する反射波を生成した物標の観測値Ｚとして、自車両に対する物標の相対速度Ｖを算出する。

そして、Ｓ１４５では、観測点毎の観測値Ｚを、合成波成分であるか否かの判定結果と共に、トラッキング処理部６５としての機能を実現する処理ユニット５０のタスクに提供する。

一方、処理ユニット５０は、信号解析処理から提供される観測点毎の観測値Ｚに対し、夫々、図１０に示すトラッキング処理を実行することにより、本実施例におけるトラッキング処理部６５としての機能を実現する。

トラッキング処理を開始すると、処理ユニット５０は、提供された観測値Ｚが合成波成分に基づくものであるか否かを判断する（Ｓ３１０）。即ち、観測値Ｚの算出された信号成分が合成波成分であると判定されたものであるか否かを、観測値Ｚと共に提供される判定結果の情報に基づき判断する。

そして、観測値Ｚが合成波成分に基づくものではないと判断すると（Ｓ３１０でＮｏ）、通常の処理態様にて、この観測値Ｚを、所定のアルゴリズムにより、対応する物標のトラッカに割り当てて、第一実施例と同様に、物標の運動状態を推定する。ここでは、観測値Ｚに基づき、物標の運動状態として、現在及び未来における物標までの距離Ｒ、及び、自車両に対する物標の相対速度Ｖを、自車両を基準とした一次座標系で推定する（Ｓ３２０）。

一方、観測値Ｚが合成波成分に基づくものであると判断すると（Ｓ３１０でＹｅｓ）、処理ユニット５０は、各トラッカが予測する現時点の物標の相対速度Ｖを参照することにより、トラッカの一群の中から、今回観測値Ｚとして得られた物標の相対速度Ｖと同一の速度を予測している一つ又は複数のトラッカを抽出する（Ｓ３３０）。但し、ここで言う同一速度とは、観測値Ｚとして得られた物標の相対速度Ｖを中心とした、予め定められた誤差範囲内の速度のことを言う。

その後、処理ユニット５０は、抽出した各トラッカにおける物標の運動状態の推定値（物標までの距離Ｒ及び物標の相対速度Ｖ）の更新を、今回観測値Ｚとして得られた物標の相対速度Ｖ＝Ｖｏｂｓに基づいて次の手法で行う。

具体的には、現在時刻ｎにおける物標の運動状態の推定値として、物標の距離Ｒ［ｎ］を、前回時刻（ｎ−１）での距離Ｒ［ｎ−１］と、今回観測値Ｚとして得られた物標の相対速度Ｖ＝Ｖｏｂｓと、トラッカにおける推定値の更新周期Ｔと、に基づき、次式
Ｒ［ｎ］＝Ｒ［ｎ−１］＋Ｖｏｂｓ・Ｔ
に従う距離に推定する。距離Ｒ［ｎ−１］としては、前回時刻における距離Ｒの推定値を用いてもよいし、前回時刻における距離Ｒの観測値を用いても良い。現在時刻ｎにおける物標の相対速度Ｖ［ｎ］については、観測された物標の相対速度Ｖ＝Ｖｏｂｓであると推定することができる。処理ユニット５０は、このようにして状態更新を行った後、当該トラッキング処理を終了する。

第二実施例のレーダ装置１によれば、合成波成分であると判定された反射波成分に基づく観測値Ｚとして、距離Ｒの算出を禁止するが、相対速度Ｖについては算出し、これを物標の状態推定に役立てる。従って、高性能なレーダ装置１を提供することができる。

［最後に］
以上に本発明の実施例について説明したが、本発明のレーダ装置は、上記実施例に限定されるものではなく種々の態様を採ることができる。例えば、本発明は、車載用以外の用途で用いられるレーダ装置にも適用することができる。

また、用語間の対応関係は、次の通りである。即ち、送信回路１０及び送信アンテナ２０は、発射手段の一例に対応し、受信アンテナ３０及び受信回路４０は、受信出力回路の一例に対応し、処理ユニット５０が実行するＳ１２０によって実現される機能は、変換手段によって実現される機能の一例に対応する。

また、Ｓ１３０によって実現される機能は、ピーク検出手段によって実現される機能の一例に対応し、Ｓ２１０，２３０によって実現される機能は、観測手段によって実現される機能の一例に対応し、Ｓ１６０〜Ｓ１８０によって実現される機能は、固有値算出手段によって実現される機能の一例に対応し、Ｓ１９０によって実現される機能は、判定手段によって実現される機能の一例に対応する。

この他、Ｓ１９０で肯定判断した場合にはＳ２００，Ｓ２１０への分岐を選択する動作によって実現される機能は、禁止手段によって実現される機能の一例に対応する。また、処理ユニット５０が実行するＳ３３０，Ｓ３４０によって実現される機能は、距離推定手段によって実現される機能の一例に対応する。

１…レーダ装置、１０…送信回路、１１…発振器、１３…増幅器、１５…分配器、２０…送信アンテナ、３０…受信アンテナ、４０…受信回路、４１…受信スイッチ、４３…増幅器、４５…ミキサ、４７…フィルタ、４９…Ａ／Ｄ変換器、５０…処理ユニット、５０Ａ…ＣＰＵ、５０Ｂ…ＲＯＭ、５０Ｃ…ＲＡＭ、６１…データ管理部、６３…信号解析部、６５…トラッキング処理部、ＡＮ＿１〜ＡＮ＿Ｋ…アンテナ素子

Claims (5)

1. 周波数の異なる第一及び第二の送信信号に従って前記周波数の異なるレーダ波を発射する発射手段（１０，２０）と、
   前記レーダ波の反射波を受信可能な複数のアンテナ素子を備え、前記複数のアンテナ素子の夫々に関して、このアンテナ素子の受信信号として、前記第一の送信信号に従うレーダ波の反射波成分を含む第一の受信信号、及び、前記第二の送信信号に従う前記レーダ波の反射波成分を含む第二の受信信号を出力する受信出力手段（３０，４０）と、
   前記複数のアンテナ素子の夫々に関して、前記受信出力手段から出力される前記第一の受信信号を時間空間の信号から周波数空間のデータに変換することにより第一の周波数データを生成し、更には、前記受信出力手段から出力される前記第二の受信信号を時間空間の信号から周波数空間のデータに変換することにより第二の周波数データを生成する変換手段（５０，Ｓ１２０）と、
   前記変換手段により生成された前記第一及び第二の周波数データに基づき、前記第一及び第二の受信信号に含まれる前記反射波成分の周波数であるピーク周波数を検出するピーク検出手段（５０，Ｓ１３０）と、
   前記ピーク検出手段により検出された前記ピーク周波数に対応する前記第一及び第二の受信信号の位相情報に基づき、前記ピーク周波数に対応する前記反射波を生成した物標までの距離を少なくとも検出する観測手段（５０，Ｓ２１０，Ｓ２３０）と、
   前記複数のアンテナ素子の夫々に対応する前記第一の周波数データが示す前記ピーク周波数における周波数空間値を要素とする第一の受信ベクトルｙ１と、前記複数のアンテナ素子の夫々に対応する前記第二の周波数データが示す前記ピーク周波数における周波数空間値を要素とする第二の受信ベクトルｙ２と、に基づく相関行列Ｒｙ＝［ｙ１，ｙ２］［ｙ１，ｙ２］^Hの固有値であって、前記相関行列Ｒｙの固有値のなかで二番目に大きい固有値である第二固有値を算出する固有値算出手段（５０，Ｓ１６０〜Ｓ１８０）と、
   前記固有値算出手段により算出された前記第二固有値の大小に基づき、前記ピーク周波数に対応する前記反射波成分が、複数物標からの前記反射波の合成波成分であるか否かを判定する手段であって、前記第二固有値が予め定められた閾値より大きい場合に、前記ピーク周波数に対応する前記反射波成分が、前記合成波成分であると判定する判定手段（５０，Ｓ１９０）と、
   前記判定手段により前記反射波成分が前記合成波成分であると判定された前記ピーク周波数に対応する前記第一及び第二の受信信号の位相情報に基づく前記観測手段による前記距離の検出を禁止する禁止手段（５０，Ｓ１９０でＹｅｓ）と、
   を備えることを特徴とする二周波ＣＷ方式のレーダ装置。
2. 前記受信出力手段は、前記第一の受信信号として、前記第一の送信信号に従うレーダ波の反射波成分を含む前記アンテナ素子からの入力信号に前記第一の送信信号を混合してなる第一のビート信号を出力し、前記第二の受信信号として、前記第二の送信信号に従うレーダ波の反射波成分を含む前記アンテナ素子からの入力信号に前記第二の送信信号を混合してなる第二のビート信号を出力すること
   を特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 前記観測手段は、前記ピーク周波数に対応する前記反射波を生成した前記物標の観測値として、前記物標までの距離と共に前記ピーク周波数に基づき前記物標の速度を検出し、
   前記禁止手段は、前記判定手段により前記反射波成分が前記合成波成分であると判定された前記ピーク周波数に対応する前記物標までの距離及び前記物標の速度の内、前記距離の検出を選択的に禁止すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーダ装置。
4. 前記禁止手段により前記距離の検出が禁止された前記ピーク周波数に対応する前記物標までの距離を、このピーク周波数に基づいて前記観測手段が検出した前記物標の速度、及び、この物標と同一であると推定される物標について過去に特定された当該物標までの前記距離に基づき、推定する距離推定手段（５０，Ｓ３３０，Ｓ３４０）
   を備えることを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
5. 前記観測手段は、前記ピーク周波数に対応する前記反射波を生成した前記物標の観測値として、前記物標までの距離と共に、前記物標の速度及び方位を検出する構成にされ、
   前記禁止手段は、前記判定手段により前記反射波成分が前記合成波成分であると判定された前記ピーク周波数に対応する前記物標までの距離並びに前記物標の速度及び方位についての検出を全て禁止すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２記載のレーダ装置。

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