JP6392152B2 - レーダ装置および走行車両検知方法 - Google Patents

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Description

本発明は、レーダ装置および走行車両検知方法に関する。
レーダ装置により物体（ターゲット）を検知する技術が、例えば、特許文献１および特許文献２に記載されている。
特許文献１に記載のレーダ装置は、物体の反射波と地面の反射波であるグランドクラッターとを含むレーダ受信波（受信信号）を、探索対象となる距離の処理単位であるレンジビン毎にサンプリングし、レンジビン毎に受信信号のドップラー成分を求める。そして、特許文献１に記載のレーダ装置は、ドップラー周波数領域における受信信号の電力値（ドップラー成分）の変動の大きさを所定の閾値と比較する。かかる技術によれば、グランドクラッターの影響がある場合においても、ドップラー軸周波数領域で、ある周波数成分の電力が周囲より大きければ、物体として検知することができる。
また、特許文献２に記載のレーダ装置は、複数の受信アンテナの間における、ビート信号のピーク周波数の位相差を算出する。そして、特許文献２に記載のレーダ装置は、算出された複数の受信アンテナの間の位相差と、複数の受信アンテナの相対位置関係とに基づいて、物体の方向を算出する。かかる技術によれば、異なる方向に位置している複数の物体のそれぞれを検知することができる。
特開昭６０−１２２３８１号公報 特開２０１１−１８００３０号公報
ところで、道路交通の安全確保等の目的で、周囲に走行中の車両（以下「走行車両」という）が存在する場合にこれを検知したい、という市場の要求がある。
しかしながら、上述の従来技術では、走行車両と、歩行者や人が運搬する荷物等の他の物体とを、区別して検出することができない。更に、レーダ装置自身の移動速度が不明である場合には、物体が移動しているか否かを判定することもできない。したがって、走行車両を精度良く検知することができる技術が望まれる。
本発明の目的は、走行車両を精度良く検知することができるレーダ装置および走行車両検知方法を提供することである。
本開示のレーダ装置は、レーダ信号のエコー信号を受信するアンテナの受信信号から、レンジ毎に、ドップラー周波数を取得するドップラー周波数取得部と、前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の強さを示す方位相関電力値を算出する方位相関電力値算出部と、前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の到来方向の確からしさを示す正規化方位相関値を算出する正規化方位相関値算出部と、前記方位相関電力値および前記正規化方位相関値に基づいて、前記レーダ信号を反射した物体が、走行車両であるか否かを判定する走行車両検出部と、を有する。
本開示の走行車両検知方法は、レーダ信号のエコー信号を受信するアンテナの受信信号から、レンジ毎に、ドップラー周波数を取得するステップと、前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の強さを示す方位相関電力値を算出するステップと、前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の到来方向の確からしさを示す正規化方位相関値を算出するステップと、前記方位相関電力値および前記正規化方位相関値に基づいて、前記レーダ信号を反射した物体が、走行車両であるか否かを判定するステップと、を有する。
本開示によれば、走行車両を精度良く検知することができる。
本実施の形態における走行車両検知の原理の概要を説明するための図 回転するタイヤの各部位の、レーダとの相対速度になるラジアル方向成分示す図 本実施の形態に係るレーダ装置の構成の一例を示すブロック図 本実施の形態におけるレーダ送信部の構成の一例を示すブロック図 本実施の形態におけるレーダ受信部の構成の一例を示すブロック図 本実施の形態における走行車両検出部の構成の一例を示すブロック図 本実施の形態における方位＿ドップラーパワーマップの一例を示す図 本実施の形態における送信区間および送信周期の一例を示す図 本実施の形態における送信信号の周波数変調の様子の一例を示す図 本実施の形態における複数の受信アンテナの相対位置関係の一例を示す図 本実施の形態における遅延プロファイルデータの構成の一例を示す図 本実施の形態における遅延プロファイルデータの３次元グラフの一例を示す図 本実施の形態における遅延プロファイルデータの２次元グラフの一例を示す図 本実施の形態における図１３に示す２次元グラフの部分拡大図 本実施の形態における遅延プロファイルデータのＦＦＴ処理結果の一例を示す図 本実施の形態におけるドップラー周波数データの構成の一例を示す図 本実施の形態における正規化方位相関値データの３次元プロットの一例を示す図 本実施の形態における、物体が位置するレンジビンの最大電力ドップラー周波数成分についての、方位と方位相関電力値との関係の一例を示す図 本実施の形態における、物体が位置するレンジビンの最大電力ドップラー周波数成分についての、方位と正規化方位相関値との関係の一例を示す図 本実施の形態における、走行車両の車体部セルについてのドップラー速度と方位相関電力値との関係の一例を示す図 本実施の形態における、走行車両の車体部セルについてのドップラー速度と正規化方位相関値との関係の一例を示す図 本実施の形態における、後方の走行車両の前輪部セルについてのドップラー速度と方位相関電力値との関係の一例を示す図 本実施の形態における、後方の走行車両の前輪部セルについてのドップラー速度と正規化方位相関値との関係の一例を示す図 本実施の形態における、後方の走行車両の後輪部セルについてのドップラー速度と方位相関電力値との関係の一例を示す図 本実施の形態における、後方の走行車両の後輪部セルについてのドップラー速度と正規化方位相関値との関係の一例を示す図 本実施の形態における、歩行者が位置するセルについてのドップラー速度と方位相関電力値との関係の一例を示す図 本実施の形態における、歩行者が位置するセルについてのドップラー速度と正規化方位相関値との関係の一例を示す図 本実施の形態に係るレーダ装置の動作の一例を示すフローチャート 本実施の形態における車輪位置判定処理の一例を示すフローチャート
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜走行車両検知の概要＞
まず、本実施の形態における走行車両検知の概要について説明する。
図１は、本実施の形態における走行車両検知の概要を説明するための図である。
図１に示すように、本実施の形態に係るレーダ装置２００は、例えば、車両１０１の後部に設置され、車両１０１の後方に向けてレーダ送信信号１０２を送信する。レーダ装置２００が搭載された車両（以下「自車両」という）１０１の後方に走行車両１１１が位置するとき、送信されたレーダ信号１０２は、走行車両１１１の各部位（例えば前面１１２）で反射し、エコー信号としてレーダ装置２００へと戻ってくる。
レーダ装置２００は、アレーアンテナ（図示せず）を用いて、エコー信号を受信する。レーダ装置２００は、エコー信号に基づいて遅延プロファイルを生成し、生成した遅延プロファイルを用いて、所定のドップラー周波数成分のそれぞれの電力値を算出する。更に、レーダ装置２００は、算出された電力値と、アレーアンテナの位置情報とに基づき、レンジビンとドップラー周波数の組み合わせ毎の、信号の到来方位を推定する。
ここで、遅延プロファイルとは、レーダ装置２００からの距離と、当該距離に位置する物体からのエコー信号の電力との関係を示す情報である、ここで「距離」は「レンジ」とも呼ばれる。
また、ドップラー周波数とは、レーダ信号を反射した物体とレーダ装置２００との間に距離方向の相対的運動が存在している場合に、ドップラー効果によりエコー信号に生じる周波数変動を示す情報である。すなわち、ドップラー周波数は、物体の、レーダ装置２００に対する距離方向の相対速度（ドップラー速度）を示す周波数である。
なお、本実施の形態において、方位とは、水平面上の方向によって定義されるものとする。しかしながら、方位は、垂直面上の方向、あるいは、水平面上の方向と垂直面上の方向との組み合わせ等、他の種類の方位によって定義されるものであってもよい。なお、レーダ装置２００のアレーアンテナの配置に応じて、推定可能な方位は異なる。
レーダ装置２００は、取得された各ドップラー周波数データに基づいて、レンジビンとドップラー周波数との組み合わせ毎に、各方位の正規化方位相関値および方位相関電力値を算出する。
ここで、正規化方位相関値とは、注目している方位の、エコー信号の到来方向としての確からしさを示すパラメータである。また、方位相関電力値とは、注目している方向の、エコー信号の到来方向としての確からしさを加味した、エコー信号の電力の強さを示す値である。
より具体的には、正規化方位相関値は、注目方位角毎に、アレーアンテナの各受信アンテナの複素数応答を表す方向ベクトルと、各受信アンテナの受信信号を表す相関ベクトルとの相関を、前記相関ベクトルの２ノルムで正規化した結果である。正規化方位相関値の詳細については後述する。
また、方位相関電力値とは、アレーアンテナの各アンテナの受信信号からなる相関ベクトルと、受信信号が所定の方向から到来した場合の各受信アンテナの複素応答を表す方向ベクトルとの、内積の二乗により得られる値である。方位相関電力値の詳細については後述する。
ここで、走行車両１１１の前面１１２のうち、右前輪が位置する方位を第１の方位１２１、車体中央部が位置する方位を第２の方位１２２、左前輪が位置する方位を第３の方位１２３とする。
図１に示す第１〜第３のグラフ１３１〜１３３は、順に、第１〜第３の方位１２１〜１２３における、ドップラー周波数と正規化方位相関値および方位相関電力値との関係を示すグラフである。第１〜第３のグラフ１３１〜１３３のそれぞれにおいて、横軸は、ドップラー周波数（ｆｄ）を示し、右側の縦軸は、正規化方位相関値を示し、左側の縦軸は、方位相関電力値を示す。また、第１〜第３のグラフ１３１〜１３３のそれぞれにおいて、破線のグラフは、各ドップラー周波数における正規化方位相関値を示し、実線のグラフは、各ドップラー周波数における方位相関電力値を示す。
移動物体が存在する場合、第１〜第３のグラフ１３１〜１３３に示すように、正規化方位相関値（点線）が連続的に高くなるドップラー周波数帯域が生じる。
図２は、回転するタイヤ部分のドップラー周波数を説明するための図である。
図２に示すように、走行車両１１１の場合、車輪（タイヤ）１４１は回転している。このため、走行車両１１１の前方から回転中の車輪１４１を観測するとき、レーダ装置２００により測定された車輪１４１の各所のドップラー速度成分は、レーダの送信信号を反射する各部位の回転により生じたドップラー速度成分を含む。
例えば、車輪１４１の正面中央部分１４２の回転による速度方向１４３は、レーダ装置２００のラジアン方向（観測方向）１４４と直交する。このため、レーダ装置２００に対するかかる部分１４２の相対速度は、車体の移動速度とほぼ同一となる。
一方、車輪１４１の正面上側部分１４５の回転による速度方向１４６は、レーダ装置２００のラジアン方向（観測方向）１４７とは直交しない。このため、かかる部分１４５では、回転によるドップラー速度成分１４８が追加されるため、車体の移動速度より早いドップラー速度成分が検出される。
その結果、レーダ装置２００が測定した車輪１４１のドップラー成分は、車体速度より広がっている。ここで、「ドップラー広がり」を、ある物体のエコー信号に含まれるドップラー周波数成分の個数を示し、その物体の速度成分の範囲を表す。
したがって、図１の第１〜第３のグラフ１３１〜１３３に示すように、車輪が位置する第１および第３の方位１２１、１２３では、車輪が位置しない第２の方位１２２に比べて、より広い周波数帯域において正規化方位相関値（点線）が高くなる。
また、車両の場合、金属の車体部分からの信号反射の度合いが高い。このため、車輪が位置しない図１の第２のグラフ１３２に示すように、車体部分の相対速度に対応するドップラー周波数ｆｄ０を中心とする狭い帯域において、方位相関電力値（実線）も高い値となる。
更に、車輪が位置する第１および第３の方位１２１、１２３の場合、部分１３１ａに示すように、方位相関電力値（実線）は、車体部分のドップラー周波数ｆｄ０からずれた帯域においても、比較的高い値を取る。この部分１３１ａは、車輪部分の速度成分である。かかる部分１３１ａにおいて、方位相関電力値のドップラー周波数軸上の波形は、ピーク部分と、ピーク部分の値と正規化方位相関値が低い部分の値との間で緩やかにかつ滑らかに変化する。
車両の前方あるいは後方から回転中の車輪を観測したとき、車輪表面の各所のドップラー速度は、車体部分のドップラー速度に、車輪の回転により生じた速度のレーダ装置２００のラジアン方向への成分が加わり、車輪表面に沿ってほぼ連続的に変化する。このため、方位相関電力値は、上述の通り緩やかにかつ滑らかに変化する。
このように、走行車両の車輪が位置する方位では、ドップラー周波数軸のうち、正規化方位相関値が高い帯域において、方位相関電力値が、第１および第３のグラフ１３１、１３３のような特徴的な分布を示す。
本実施の形態に係るレーダ装置２００は、かかる知見に基づき、方位毎に各ドップラー周波数の正規化方位相関値および方位相関電力値を算出し、算出結果から走行車両の車輪（以下、適宜、単に「車輪」という）を検知することにより、走行車両の検知を行うように構成されたものである。
更に、本実施の形態に係るレーダ装置２００は、検知された複数の車輪の相対位置等の特徴に基づいて、検知された走行車両の車種を判定するように構成されたものである。
＜レーダ装置の構成＞
次に、本実施の形態に係るレーダ装置２００の構成について説明する。
図３は、レーダ装置２００の構成の一例を示すブロック図である。
図３において、レーダ装置２００は、基準信号生成部３００、レーダ送信部４００、およびレーダ受信部５００を有する。
基準信号生成部３００は、レーダ送信部４００およびレーダ受信部５００のそれぞれに接続されている。基準信号生成部３００は、基準信号としてのリファレンス信号を生成し、生成したリファレンス信号を、レーダ送信部４００およびレーダ受信部５００に共通に供給する。すなわち、基準信号生成部３００は、レーダ送信部４００の処理とレーダ受信部５００の処理とを、同期させる。
レーダ送信部４００は、リファレンス信号に基づいて高周波のレーダ信号を生成し、生成されたレーダ信号を送信アンテナ４２３から出力する。
レーダ受信部５００は、物体（ターゲット）が反射したレーダ信号であるエコー信号（反射波信号）を、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４のそれぞれにおいて受信する。そして、レーダ受信部５００は、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４が受信したエコー信号である第１〜第４の受信信号に対し、リファレンス信号に基づいて所定の信号処理およびデータ処理を行い、走行車両等の物体を検知する。
図４は、レーダ送信部４００の構成の一例を示すブロック図である。
図４において、レーダ送信部４００は、送信信号生成部４１０、および送信ＲＦ（Radio Frequency）部４２０を有する。送信信号生成部４１０および送信ＲＦ部４２０は、リファレンス信号を異なる倍数あるいは同一の倍数で逓倍した信号に基づいて、それぞれ動作する。
送信信号生成部４１０は、符号化パルス信号の送信信号を生成し、生成された送信信号を送信ＲＦ部４２０へ出力する。なお、送信信号生成部４１０が生成する送信信号の詳細については、後述する。送信信号生成部４１０は、符号生成部４１１、変調部４１２、ＬＰＦ（Low Pass Filter）部４１３、およびＤ／Ａ（Digital／Analog）変換部４１４を有する。
符号生成部４１１は、所定の送信符号を生成し、生成された送信符号を変調部４１２へ出力する。
変調部４１２は、入力された送信符号をパルス変調して送信信号を生成し、生成された送信信号をＬＰＦ部４１３へ出力する。
ＬＰＦ部４１３は、入力された送信信号のうち予め設定された制限帯域以下の信号成分のみを、Ｄ／Ａ変換部４１４へ出力する。なお、ＬＰＦ部４１３は、後述のＤ／Ａ変換部４１４の後段に配置されていてもよい。
Ｄ／Ａ変換部４１４は、入力されたデジタルの送信信号をアナログの送信信号に変換し、送信ＲＦ部４２０へ出力する。
送信ＲＦ部４２０は、入力された送信信号をアップコンバートし、キャリア周波数帯域（例えばミリ波帯域）のレーダ送信信号を生成して、送信アンテナ４２３へ出力する。送信アンテナ４２３は、送信ＲＦ部４２０が生成したレーダ送信信号をレーダ装置２００の周囲空間にレーダ信号（レーダ送信信号）として放射する。送信ＲＦ部４２０は、周波数変換部４２１、増幅器４２２、および送信アンテナ４２３を有する。
周波数変換部４２１は、入力された送信信号をアップコンバートすることで、キャリア周波数帯域（例えばミリ波帯域）の送信信号を生成する。そして、周波数変換部４２１は、アップコンバートされた送信信号を、増幅器４２２へ出力する。より具体的には、周波数変換部４２１は、リファレンス信号を所定倍に逓倍した、キャリア周波数帯域の送信基準信号を生成する。そして、周波数変換部４２１は、生成された送信基準信号に基づいて、送信信号をアップコンバートする。
増幅器４２２は、入力された送信信号の信号レベルを所定の信号レベルに増幅して、送信アンテナ４２３へ出力する。
送信アンテナ４２３は、入力された送信信号を、レーダ装置２００の周囲空間へ、レーダ信号として放射する。物体で反射されたレーダ信号は、エコー信号として、レーダ受信部５００へ戻ってくる。
図５は、レーダ受信部５００の構成の一例を示すブロック図である。
図５において、レーダ受信部５００は、受信処理部５１０、ドップラー周波数取得部５２０、到来方向推定部５３０、走行車両検出部５４０、および結果出力部５５０を有する。
受信処理部５１０は、エコー信号の受信処理を行う。受信処理部５１０は、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４、および第１〜第４の遅延プロファイル生成部５１２１〜５１２４を有する。
第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４は、アレーアンテナを構成し、それぞれ、第１〜第４の遅延プロファイル生成部５１２１〜５１２４に一対一で接続されている。第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４は、同一の構成を有するため、以下、適宜、「受信アンテナ５１１」として、まとめて説明を行う。また、第１〜第４の遅延プロファイル生成部５１２１〜５１２４についても、同一の構成を有するため、以下、適宜、「遅延プロファイル生成部５１２」として、まとめて説明を行う。
受信アンテナ５１１は、エコー信号を受信し、受信したエコー信号を、対応する（接続する）遅延プロファイル生成部５１２へ受信信号として出力する。
なお、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４の相対位置関係は、予め定められている。第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４が同一の物体からのエコー信号をそれぞれ受信しているとき、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４が受信する第１〜第４の受信信号の間には、かかる相対位置関係に対応した位相差（以下「アンテナ間位相差」という）が生じる。アンテナ間位相差の詳細については、後述する。
遅延プロファイル生成部５１２は、入力された受信信号に対して、所定の離散時刻毎のサンプリングを行う。そして、遅延プロファイル生成部５１２は、レーダ装置２００の検知対象距離を分割した単位であるレンジビンのそれぞれについて、受信信号の同相信号Ｉ（In-Phase）データと、直交信号Ｑ（Quadrate）データとを算出する。
より具体的には、遅延プロファイル生成部５１２は、レーダ送信信号と受信信号との相関処理を行い、受信信号（エコー信号）の到来遅延情報を含む相関信号を生成し、所定の回数で加算する。これにより、遅延プロファイル生成部５１２は、送信周期と加算回数とにより定まる間隔で、周期的に遅延プロファイルを生成する。
そして、遅延プロファイル生成部５１２は、生成したＩ／Ｑ遅延プロファイル（以下、単に「遅延プロファイル」という）を、ドップラー周波数取得部５２０へ出力する。
なお、遅延プロファイル生成部５１２は、リファレンス信号を送信ＲＦ部４２０と同一の所定倍に逓倍した受信基準信号に基づいて動作する。したがって、送信ＲＦ部４２０の処理は、遅延プロファイル生成部５１２の処理と同期している。
ドップラー周波数取得部５２０は、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４のそれぞれについて、遅延プロファイルを解析し、各受信信号から各レンジビンにおけるドップラー周波数成分の電力値を取得する。ドップラー周波数取得部５２０は、第１〜第４のドップラー周波数解析部５２１１〜５２１４を有する。
第１〜第４のドップラー周波数解析部５２１〜５２１４は、それぞれ、第１〜第４の遅延プロファイル生成部５１２１〜５１２４に、一対一で接続されている。第１〜第４のドップラー周波数解析部５２１１〜５２１４は、同一の構成を有するため、以下、適宜、「ドップラー周波数解析部５２１」として、まとめて説明を行う。
ドップラー周波数解析部５２１は、入力された遅延プロファイルを解析し、対応する（遅延プロファイル生成部５１２を介して接続する）受信アンテナ５１１で受信された受信信号の、各レンジビンの各ドップラー周波数成分の電力値を取得する。そして、ドップラー周波数解析部５２１は、取得された一連のドップラー周波数の電力値データ（以下「ドップラー周波数データ」という）を、到来方向推定部５３０へ出力する。
第１〜第４のドップラー周波数解析部５２１１〜５２１４が出力するドップラー周波数データは、適宜、第１〜第４のドップラー周波数データという。
到来方向推定部５３０は、第１〜第４のドップラー周波数データに基づいて、エコー信号の到来方向（つまり物体が位置する方向）を推定する。より具体的には、到来方向推定部５３０は、ドップラー周波数と、距離（レンジ）および方向の少なくとも一方と、の組み合わせ毎に、方位相関電力値および上述の正規化方位相関値を算出し、算出結果から、エコー信号の到来方向を推定する。到来方向推定部５３０は、方位相関電力値算出部５３１および正規化方位相関値算出部５３２を有する。
方位相関電力値算出部５３１は、第１〜第４のドップラー周波数データから、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４の相対位置関係に基づいて、方位とドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位相関電力値を算出する。そして、方位相関電力値算出部５３１は、ドップラー周波数軸に沿って算出された一連の方位相関電力値のデータ（以下「方位相関電力値データ」という）を、走行車両検出部５４０へ出力する。
正規化方位相関値算出部５３２は、第１〜第４のドップラー周波数データから、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４の相対位置関係に基づいて、方位とドップラー周波数との組み合わせ毎に、正規化方位相関値を算出する。そして、正規化方位相関値算出部５３２は、ドップラー周波数軸に沿って算出された一連の正規化方位相関値のデータ（以下「正規化方位相関値データ」という）を、走行車両検出部５４０へ出力する。
走行車両検出部５４０は、方位相関電力値および正規化方位相関値に基づいて、レーダ信号を反射した物体が存在するか否か、および、かかる物体が走行車両であるか否かを判定する。
図６は、走行車両検出部５４０の構成の一例を示すブロック図である。
図６において、走行車両検出部５４０は、情報格納部５４１、電力値データシュリンク部５４２、移動物体検出部５４３、車輪位置推定部５４４、車両識別部５４５、および車種識別部５４６を有する。
情報格納部５４１は、局所特徴情報および車種特徴情報を、予め格納している。ここで、局所特徴情報とは、車輪部分が存在する方位の、位置およびエコー信号成分の少なくとも１つの特徴である局所特徴を示す情報である。また、車種特徴情報とは、所定の車種の自動車の車輪部分が存在する方位の、位置およびエコー信号成分の少なくとも１つの特徴を示す情報である。
局所特徴情報および車種特徴情報は、例えば、所定の車種の自動車を含む多数の走行車両および走行車両以外の物体から収集されたエコー信号に基づいて、ｄｅｅｐ ｌｅａｒｎｉｎｇやＢｏｏｓｔｉｎｇ等の公知の機械学習手法により予め学習される。
すなわち、局所特徴情報は、例えば、エコー信号を、走行車両の車輪部分からのエコー信号と、走行車両の車輪でない物からのエコー信号とに分類する識別器の形態を採る。また、車種特徴情報は、例えば、特定の車種の車輪の間隔や、車輪や車体部分のエコー信号の電力値からのドップラー特徴を、特定の車種の自動車からの特徴と、特定の車種の自動車以外の物の特徴とに分類する識別器の形態を採る。
あるいは、局所特徴情報および車種特徴情報は、例えば、遅延プロファイル、方位相関電力値のデータ、あるいは正規化方位相関値データ等のデータ波形のテンプレートや、車輪位置に該当するセルの配置のテンプレートであってもよい。
なお、本実施の形態において、車種とは、トラックであるか乗用車であるか等の、車両の大まかな種別であってもよいし、Ａ社のＢという名前の乗用車であるかＣ社のＤという名前の乗用車であるか等の、より詳細な車両の種別であってもよい。また、新しいタイヤの場合と、使い古したタイヤとでは、タイヤの表面の状態が異なるため、車輪部分からのドップラー成分にも違いが生じ得る。したがって、車種とは、タイヤが新しいか古いか等の、タイヤの状態の種別であってもよい。
電力値データシュリンク部５４２は、到来方向推定部５３０から入力された方位相関電力値データを、方位とドップラー周波数との組み合わせ毎の方位相関電力値のデータに圧縮（シュリンク）する。シュリンク手法としては、例えば、方位とドップラー周波数の各組合せ毎に、全てのレンジに対し、方位相関電力値が最大値になるレンジ値と、そのレンジの電力値とを、当該方位とドップラー周波数との組合せに対する値とする手法を採用することができる。そして、電力値データシュリンク部５４２は、圧縮された方位相関電力値データ（以下「圧縮方位相関電力値データ」という）を、移動物体検出部５４３へ出力する。
移動物体検出部５４３は、電力値データシュリンク部５４２から入力された圧縮方位相関電力値データ（以下、適宜「方位＿ドップラーパワーマップ」という）に基づいて、レーダ信号を反射した移動物体の存在、およびその位置（以下「物体位置」という）を、検出する。
図７は、方位＿ドップラーパワーマップの一例を示す図である。
図７に示すように、方位＿ドップラーパワーマップ６００において、静止物体の方位相関電力値データ６０１は、ある帯状領域（曲線）６０２に分布する。移動物体検出部５４３は、この帯状領域６０２から外れた方位相関電力値データ６０３に基づいて、移動物体の存在および物体位置を検出する。例えば、移動物体検出部５４３は、図７に示すように、第１〜第３の移動物体を、帯状領域６０２から外れた３つの方位相関電力値データ６０３１〜６０３３に基づいて検出する。
なお、ここで検出される移動物体は、この時点では、走行車両に限定されない。そして、移動物体検出部５４３は、移動物体の位置を示す移動物体位置情報を、車輪位置推定部５４４へ出力する。なお、移動物体の位置は、例えば、レンジビンおよび方位角の範囲（以下、適宜「移動物体範囲」という）で定義される。
車輪位置推定部５４４は、情報格納部５４１に格納された局所特徴情報に基づき、移動物体検出部５４３から入力された情報が示す移動物体範囲が、走行車両の車輪部分（以下、単に「車輪部分」という）である可能性が高いか否かを判定する。すなわち、車輪位置推定部５４４は、車輪部分が存在する方位を推定する。そして、車輪位置推定部５４４は、推定された方位（以下「車輪位置候補」という）を示す情報を、車両識別部５４５へ出力する。
なお、車輪位置推定部５４４は、移動物体検出５４３から出力された移動物体位置情報に基づき、走行車両の車輪部分の詳細なレンジおよび方位を推定する。より具体的には、車輪位置推定部５４４は、到来方向推定部５３０から入力された方位相関電力値データおよび正規化方位相関値データのうち、移動物体範囲のドップラー＿方位相関電力値と、ドップラー＿正規化方位相関値を用いて、情報格納部５４１に格納された車輪の特徴を示す局所特徴情報と照合する。
また、車輪位置推定部５４４は、局所特徴情報の形態に応じた推定処理を行う。すなわち、車輪位置推定部５４４は、局所識別情報が識別器である場合、かかる識別器に対応するパラメータを移動物体範囲のデータに適用して、車輪部分のレンジと方位を推定する。また、車輪位置推定部５４４は、局所特徴情報がデータの波形のテンプレートである場合、移動物体範囲のデータとのテンプレートマッチングを行って、車輪部分の方位を推定してもよい。
より具体的には、車輪位置推定部５４４は、ドップラー周波数軸のうち、正規化方位相関値が所定の相関値閾値以上となっている帯域（以下「高相関値帯域」という）における方位相関電力値の波形（分布）が、図１で説明した特徴的な波形となっているか否かを判定する。車輪位置推定部５４４は、かかる判定により、車輪であるか否かを判定して、車輪の位置を推定する。そして、車輪位置推定部５４４は、推定された車輪の位置の候補を示す車輪位置候補情報を車両識別器５４５に出力する。車輪の位置の候補は、例えば、レンジと方位とにより定義される。
車両識別部５４５は、車輪位置推定部５４４から入力された車輪位置候補情報に基づき、複数の車輪のそれぞれの位置（以下「車輪位置」という）を推定する。すなわち、車両識別部５４５は、車輪位置検出５４４から入力された車輪の位置の候補と、情報格納部５４１に格納された車両特徴情報が示す車両の複数の車輪の位置範囲とを比較して、車輪の位置を検出する。
そして、車両識別部５４５は、検出された車輪の位置に基づき、到来方向推定部５３０から入力された方位相関電力値データ及び正規化方位相関値データのうちの、車体に対応する部分を推定する。そして、車両識別部５４５は、車体と推定された部分のドップラー方位相関電力値およびドップラー＿正規化方位相関値と、情報格納部５４１に格納された車体の局所特徴識別情報とを用いて、車体と推定された部分が車体部分であるかどうかを判定する。
そして、車両識別部５４５は、車体部分であると判定した場合、複数の車輪および車体の位置を示す位置情報を、車種識別部５４６へ出力する。なお、かかる位置情報は、走行車両が存在することを示す情報でもある。
車種識別部５４６は、情報格納部５４１に格納された車種特徴情報に基づき、車両識別部５４５から入力された情報がその存在を示す走行車両が、所定の車種の自動車であるか否かを判定する。すなわち、車種識別部５４６は、検出された走行車両の車種を識別する。そして、車種識別部５４６は、推定された車種を示す情報を、図５の結果出力部５５０へ出力する。
なお、車種識別部５４６は、車輪位置を示す情報、到来方向推定部５３０から入力された方位相関電力値データおよび正規化方位相関値データのうち、車種特徴情報に対応するものを用いて、走行車両の車種を識別する。すなわち、例えば、車種特徴情報が、２つの車輪位置の間隔とそれぞれの領域の大きさとの比等に基づいて生成されたものである場合、車種識別部５４６は、車輪位置を示す情報を用いて、走行車両の車種を識別する。
また、車種識別部５４６は、車種特徴情報の形態に応じた識別処理を行う。すなわち、車種識別部５４６は、車種特徴情報が識別器である場合、かかる識別器に対応するパラメータを適用して、走行車両の車種を識別する。また、車種識別部５４６は、車種特徴情報が車輪位置の配置のテンプレートである場合、入力された車輪位置の配とのテンプレートマッチングを行って、走行車両の車種を識別する。
なお、上記移動物体検出部５４３、車輪位置推定部５４４、車両識別部５４５、あるいは車種識別部５４６は、物体位置、車輪位置候補、車輪位置、あるいは車種を検出することができなかった場合、その旨を示す情報を、結果出力部５５０へそれぞれ出力してもよい。
図５の結果出力部５５０は、走行車両検出部５４０から入力された情報に基づいて、走行車両が検出されたか否か、および、検出された走行車両の位置（方位と距離で表される）と、車種等の、走行車両検出部５４０による検出結果を示す情報を出力する。結果出力部５５０は、例えば、自車両１０１（図１参照）のダッシュボードあるいはインストルメントパネルに配置された液晶ディスプレイ等の表示装置あるいはラウドスピーカ等の音声出力装置（図示せず）を介して、かかる情報を出力する。
レーダ装置２００は、図示しないが、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶媒体、およびＲＡＭ（Random Access Memory）等の作業用メモリを有する。この場合、上記した各部の機能は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。
但し、レーダ装置２００のハードウェア構成は、かかる例に限定されない。例えば、レーダ装置２００の各部は、集積回路であるＩＣ（Integrated Circuit）として実現されてもよい。各機能部は、個別に１チップ化されてもよいし、その一部または全部を含むように１チップ化されてもよい。
このような構成を有するレーダ装置２００は、走行車両を、走行車両以外の物体と区別して検知することができる。
ここで、レーダ装置２００が生成する情報のそれぞれについて、詳細に説明する。
＜送信信号の詳細＞
送信信号生成部４１０が生成したベースバンドの送信信号は、例えば、符号化パルスを用いてもよいし、チャープパルスを用いてもよい。いずれにしても、送信信号は、所定の送信周期に従って繰り返し送信される。ここで、送信信号生成部４１０において、符号化パルスを用いた場合について説明する。
符号生成部４１１は、送信周期Ｔｒ毎に、符号長Ｌ（１以上の整数）の符号系列Ｃｎ（ｎは、１からＬまでの整数）の送信符号を生成する。符号系列Ｃｎの要素は、例えば、［−１，１］の２値、あるいは、［１，−１，ｊ，−ｊ］の４値を用いて構成される。ここで、ｊは、ｊ２＝−１を満たす虚数単位である。
送信符号は、レーダ受信部５００において低いサイドローブ特性を得ることができる符号系列によるものであることが望ましい。かかる符号系列としては、例えば、相補符号のペアを構成する符号系列、Ｂａｒｋｅｒ符号系列、ＰＮ（Pseudorandom Noise）符号、Ｇｏｌａｙ符号系列、Ｍ系列符号、およびスパノ符号を構成する符号系列が挙げられる。以下、符号系列Ｃｎの送信符号は、便宜的に、「送信符号Ｃｎ」と表記する。
符号生成部４１１は、送信符号Ｃｎとして相補符号（例えば、Ｇｏｌａｙ符号系列、あるいはスパノ符号系列）のペアを生成する場合に、２個の送信周期（２Ｔｒ）を用いて、送信周期毎に交互にペアとなる送信符号Ｐｎ，Ｑｎをそれぞれ生成する。すなわち、符号生成部４１１は、第ｍの送信周期では相補符号のペアを構成する一方の送信符号Ｐｎを生成し、続く第（ｍ＋１）の送信周期では相補符号のペアを構成する他方の送信符号Ｑｎを生成する。同様に、符号生成部４１１は、第（ｍ＋２）以降の送信周期において、送信符号Ｐｎ，Ｑｎを繰り返し生成する。
変調部４１２は、符号生成部４１１が生成した送信符号Ｃｎをパルス変調し、ベースバンドの送信信号を生成する。具体的には、変調部４１２は、振幅変調、ＡＳＫ（Amplitude Shift Keying））、あるいは位相変調（ＰＳＫ（Phase Shift Keying）を行う。
図８は、パルス変調された送信信号の送信区間および送信周期の一例を示す図である。図８において、縦軸は周波数を示し、横軸は時間を示す。なお、参考として、チャープパルスを用いた場合の一例を図９に示す。
変調部４１２は、例えば、送信周期Ｔｒ毎に、時間Ｔｗ［秒］の送信区間を設定している。そして、変調部４１２は、リファレンス信号に基づいて生成した送信基準クロック信号に基づいて、１つの送信符号ＣｎあたりＮｏ［個］のサンプルを用いて変調する。すなわち、変調部４１２におけるサンプリングレートは、（Ｎｏ×Ｌ）／Ｔｗである。
変調部４１２は、送信周期Ｔｒの送信区間Ｔｗ［秒］において、Ｎｒ（＝Ｎｏ×Ｌ）［個］のサンプルを用いて変調を行う。また、変調部４１２は、送信周期Ｔｒの無信号区間（Ｔｒ−Ｔｗ）［秒］において、Ｎｕ［個］のサンプルを用いて変調を行う。なお、かかる変調の結果、レーダ信号は、送信周期Ｔｒのうち、送信区間Ｔｗの間に送信され、非送信区間（Ｔｒ−Ｔｗ）の間には送信されないことになる。
変調部４１２は、送信符号Ｃｎの変調によって、例えば、以下の式（１）に示すベースバンドの送信信号ｒ（ｋ，ｍ）を周期的に生成する。
ここで、ｋは、送信周期Ｔｒの開始タイミングを基準（ｋ＝１）とした離散時刻を示し、１から（Ｎｒ＋Ｎｕ）までの離散値を取る。すなわち、ｋは、送信信号の生成タイミング（サンプルタイミング）の時刻を表す。また、ｍは、送信周期Ｔｒの序数、つまり、送信符号Ｃｎの送信サイクルを表す。
すなわち、送信信号ｒ（ｋ，ｍ）は、第ｍの送信周期Ｔｒの離散時刻ｋにおける送信信号の値を表す。具体的には、送信信号ｒ（ｋ，ｍ）は、同相信号成分Ｉ（ｋ，ｍ）と、虚数単位ｊが乗算された直交信号成分Ｑ（ｋ，ｍ）との加算結果となる。
例えば、［−１，１］の２値の位相変調（ＰＳＫ）が適用される場合、符号系列Ｃｎは、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）となる。また、例えば、［１，−１，ｊ，−ｊ］の４値の位相変調が適用される場合、符号系列Ｃｎは、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）あるいは４相ＰＳＫとなる。すなわち、位相変調（ＰＳＫ）の場合、ＩＱ平面上のコンスタレーションにおける所定の変調シンボルが割り当てられる。
＜受信アンテナの相対位置関係＞
第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４の相対位置関係は、予め決めておくため、既知である。
図１０は、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４の相対位置関係の一例を示す図である。
図１０に示すように、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４は、例えば、この順序で、ある直線６１１に沿って配置される。第１の受信アンテナ５１１１と第２の受信アンテナ５１１２との距離をｄ２、第１の受信アンテナ５１１１と第３の受信アンテナ５１１３との距離をｄ３、第１の受信アンテナ５１１１と第４の受信アンテナ５１１４との距離をｄ４と置く。
このような配置において、波長λのエコー信号６１２が、直線６１１の垂直方向に対して方位角θの方向から到来したとする。このとき、第ｉの受信アンテナアンテナ５１１ｉの第１の受信アンテナ５１１１からの距離をｄｉと置くと、第ｉのアンテナ５１１ｉの受信信号と、第１の受信アンテナ５１１１の受信信号との間の位相差（アンテナ間位相差）は、２πｆｄｉｓｉｎθ／ｃ＝２πｄｉｓｉｎθ／λとなる。ここで、ｃは伝搬速度、ｆはエコー信号（レーダ信号）の周波数であり、λはエコー信号の波長である。例えば、図１０に示すように、第４のアンテナ５１１４の受信信号の、第１の受信アンテナ５１１１の受信信号との位相差は、２πｄ４ｓｉｎθ／λとなる。
＜遅延プロファイルデータ＞
遅延プロファイル生成部５１２は、入力された受信信号に対し、所定の離散時刻（レンジビン）毎にサンプリングを行う。そして、遅延プロファイル生成部５１２は、サンプリングされた信号の、同相信号Ｉ（In-Phase）データおよび直交信号Ｑ（Quadrate）データを算出する。レンジビン毎のＩデータおよびＱデータ（以下「データ」という）からは、レーダ信号を反射した物体の、レーダ装置２００からの距離および反射強度、並びに、かかる物体からの受信信号の位相情報および電力を求めることができる。
なお、遅延プロファイル生成部５１２は、レンジビン毎に、上記サンプリングの結果であるＩ、Ｑデータをそれぞれ、所定の回数で加算し（「コヒーレント加算」という）、一サイクルのＩ、Ｑデータを得る。コヒーレント加算により、ホワイトノイズが抑えられる。遅延プロファイル生成部５１２は、エコー信号の繰り返し波形毎、つまり、周期（つまり、サイクル）毎に、上記データを求める。
以下の説明において、第ｍのサイクルの第ｋのレンジビンに対応するデータは、記号ＣＩ（ｍ，ｋ）と表す。データＣＩ（ｍ，ｋ）は、例えば、以下の式（２）で表される。
ここで、ＣＩ＿Ｉ（ｍ，ｋ）は、同相信号であり、データＣＩ（ｍ，ｋ）の実数成分である。ＣＩ＿Ｑ（ｍ，ｋ）は、直交信号であり、データＣＩ（ｍ，ｋ）の虚数成分である。また、記号ｋは、レンジビンの番号であり、ｋ＝１，２，・・・,Ｋの整数を取る。Ｋは、レンジビンの番号の最大値である。すなわち、レーダ装置２００が測定することができる最大距離は、Ｋの値により定まる。
遅延プロファイル生成部５１２は、サイクル毎およびレンジビン毎に取得した一連のデータを、遅延プロファイルデータとして出力する。
図１１は、遅延プロファイル生成部５１２が出力する遅延プロファイルデータの構成の一例を示す図である。また、図１２は、遅延プロファイルデータの３次元グラフの一例を示す図である。図１２において、横軸は距離（レンジビン）を示し、奥行き軸は時間（サイクル）を示し、縦軸は受信信号の対応する成分の電力（ｌｏｇ１０（Ｉ２＋Ｑ２））を示す。
図１１に示すように、遅延プロファイルデータ６２０は、サイクル毎に、第１〜第ＫのレンジビンのデータＣＩ（ｍ，１）〜ＣＩ（ｍ，Ｋ）を有する。また、かかる遅延プロファイルデータ６２０は、図１２に示す３次元グラフ６２１からも分かるように、電力の空間変動および時間変動を示すデータである。
遅延プロファイルデータ６２０は、１サイクル分の遅延プロファイルデータ６２０が生成される毎に、順次、生成された１サイクル分の遅延プロファイルデータ６２０（例えば、第１のサイクルの第１〜第ＫのレンジビンのデータＣＩ（１，１）〜ＣＩ（１，Ｋ））を、ドップラー周波数取得部５２０へ出力する。
なお、出力された遅延プロファイルデータ６２０は、後段のドップラー周波数取得部５２０では、Ｍ個の連続するサイクルのデータＣＩ（１，１）〜ＣＩ（Ｍ，Ｋ）を１つの単位（以下「フレーム」という）として、処理される。
＜ドップラー周波数データ＞
ドップラー周波数解析部５２１は、入力された遅延プロファイルデータ６２０（図１１参照）を、１フレーム毎（つまり、連続するＭサイクル分のデータ毎）に束ねて、ドップラー周波数解析を行う。すなわち、ドップラー周波数解析部５２１は、例えば、第ｋのレンジビンの、Ｍ個の連続するサイクルのデータＣＩ（１，ｋ）、ＣＩ（２，ｋ）、・・・、ＣＩ（Ｍ，ｋ）に対して、ドップラー周波数解析を行う。
図１３は、ドップラー周波数解析の対象となる遅延プロファイルデータのうち、動いている物体が位置するレンジに対応する第ｋのレンジビンのデータの、２次元グラフの一例を示す図である。図１３では、５１２００サイクル分（約２.５秒）のデータを示している。図１４は、図１３に示す２次元グラフの一部６３２の拡大図である。図１４では、５１２サイクル分（０.０２５秒）のデータを示している。図１３および図１４において、横軸はサイクル（時間）を示し、縦軸は受信信号の対応する成分の電力（データ）を示す。
図１３に示すように、遅延プロファイルデータ６３１において、第ｋのレンジビンのデータは、時間と共に大きく変動する。これは、物体の動きに伴う変動である。また、５１２サイクルの区間に対応する部分６３２を拡大した図１４から分かるように、データは細かく揺らいでいる。この細かい揺らぎは、物体の微小な動きやフェージングによるものである。
ドップラー周波数解析部５２１は、ドップラー周波数解析により、物体の移動だけでなく、このような物体の微小な動きの特徴に伴って発生する速度成分を抽出することができる。なお、抽出できるドップラー刻みは、１サイクルの時間と、周波数解析で使用される１フレームに含まれるサイクルの数とによって決められる。
ドップラー周波数解析手法としては、例えば、ＤＦＴ（Digital Fourier Transfer）を採用することができる。また、ＤＦＴは、ＦＦＴ（Fast Fourier Transfer）のアルゴリズムにより、計算機上において高速に計算することが可能である。
図１５は、図１４に示した第ｋのレンジビンの５１２サイクルのデータに対してＦＦＴで処理した結果の一例を示す図である。図１５において、横軸は周波数（ドップラー周波数）を示し、縦軸は強度（電力、ドップラー周波数成分）を示す。
ドップラー周波数解析部５２１は、ＤＦＴを用いる場合、上述のＣＩ＿Ｉ（ｍ，ｋ）を実数成分とし、上述のＣＩ＿Ｑ（ｍ，ｋ）を虚数成分として、複素数で演算を行う。第ｋのレンジの、番号ｎのドップラー周波数についてのドップラー周波数成分Ｆｄ（ｎ，ｋ）は、例えば、以下の式（３）を用いて算出される。
ここで、ｎは、ドップラー周波数の番号であり、例えば、１，２,・・・,Ｍの値を取る。ここで、Ｍは、レーダ装置２００が測定することができる最大ドップラー周波数番号である。ドップラー周波数成分Ｆｄ（ｎ，ｋ）は、ｋ×レンジ刻みで表される距離の位置からの受信信号のうち、番号ｎのドップラー周波数に対応する速度成分（複素数で表す）を示す。
このようにして、ドップラー周波数解析部５２１は、１フレーム、つまり、Ｍサイクル分の第ｋのレンジビンのデータ（ＣＩ（１，ｋ）、ＣＩ（２，ｋ）、・・・、ＣＩ（Ｍ，ｋ））に対して、ドップラー周波数分析を行う。その結果、レンジビン毎に、Ｍ個のドップラー周波数成分（Ｆｄ（１，ｋ）、Ｆｄ（２，ｋ）、・・・、Ｆｄ（Ｍ，ｋ））が得られる。
なお、得られたドップラー周波数成分の刻みΔｆは、１フレーム分のサイクル数Ｍと、サイクルの間隔Δｔとにより定まる。ＤＦＴでドップラー周波数分析を行う場合、ドップラー周波数成分の刻みΔｆは、例えば、以下の式（４）で表される。
また、ドップラー周波数解析部５２１は、ドップラー周波数刻みΔｆから、例えば、以下の式（５）を用いて、物体のドップラー速度を求めることができる。
ドップラー周波数解析部５２１は、レンジビンとドップラー周波数との組み合わせ毎（つまり、距離と速度との組み合わせ毎）に算出した一連のデータを、ドップラー周波数データとして出力する。
図１６は、ドップラー周波数解析部５２１が出力するドップラー周波数データの構成の一例を示す図である。
図１６に示すように、ドップラー周波数データ６４０は、レンジビン毎に、第１〜第Ｍのドップラー周波数のドップラー周波数成分Ｆｄ（１，ｋ）〜Ｆｄ（Ｍ，ｋ）を有する。すなわち、レンジビン毎のドップラー周波数データ６４０は、上述の図１５に示したように、ドップラー周波数の電力の変動を示すデータである。
＜正規化方位相関値および方位相関電力値＞
ここで、第ｉのドップラー周波数解析部５２１ｉから出力されたドップラー周波数成分は、Ｆｄｉ（ｎ，ｋ）と表す。ここで、ドップラー周波数および距離の組み合わせ毎に、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４に対応するドップラー周波数成分Ｆｄ１（ｎ，ｋ）〜Ｆｄ４（ｎ，ｋ）を、相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）として表す。相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）は、以下の式（６）で表される。
到来方向推定部５３０は、相関ベクトルｈ（ｎ, ｋ）に基づいて、エコー信号の到来方向を示す方位角θ（図１０参照）を推定する。
上述の通り、第ｉの受信アンテナ５１１ｉと、第１の受信アンテナ５１１１の受信信号との位相差は、２πｄｉｓｉｎθ／λである。ここで、注目方位角θｕごとに、アレーアンテナの第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４の複素数応答を、方向ベクトルａ（θｕ）を導入して表す。受信アンテナ５１１間の位相偏差および振幅偏差が無い、理想的な方向ベクトルａ（θｕ）は、以下の式（７）で表される。
ここで、θｕは、レーダ装置２００を基準とした方位角であり、レーダ装置２００におけるエコー信号の到来方向の推定範囲［θｍｉｎ−θｍａｘ］において、所定の間隔Δθで変化する変数である。方位角θｕは、例えば、以下の式（８）で表される。
ここで、ｕは、０からＮＵまでの整数を取る。ＮＵは、例えば、以下の式（９）で表される。
ここで、数式（９）において、ｆｌｏｏｒ［ｙ］は、実数ｙを超えない最大の整数値を出力する関数である。
方向ベクトルａ（θｕ）は、例えば電波暗室において予め測定される。方向ベクトルａ（θｕ）は、第１〜第４の受信アンテナ５１１１〜５１１４の間の間隔に応じて幾何学的に演算される位相差情報に加え、アンテナ素子間の結合、並びに、振幅誤差および位相誤差の各偏差情報を加味した値であってもよい。
正規化方位相関値算出部５３２は、方位角θｕと、レンジビンと、ドップラー周波数と、の組み合わせ毎に、例えば以下の式（１０）を用いて、正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）を算出する。また、方位相関電力値算出部５３１は、方位角θｕと、レンジビンと、ドップラー周波数と、の組み合わせ毎に、例えば以下の式（１１）を用いて、方位相関電力値Ｆｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）を算出する。
式（１０）から分かるように、正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）は、方向ベクトルａ（θｕ）と相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）との内積を、相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）の２ノルムの値で正規化した値である。このような正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）は、０〜１の間の実数を取り、１に近いほど、相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）と方向ベクトルａ（θｕ）との相関の度合いが高いことを示す。すなわち、一波モデルの場合（レンジビンｋに、周波数成分ｎは一つのみ存在すると仮定）、正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）は、周波数ｎのエコー信号が方位角θｕから到来することの確からしさ（確信度の高さ）を示す。
また、式（１１）から分かるように、方位相関電力値Ｆｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）は、正規化方位相関値が閾値Ｔｈ１より大きい場合、方向ベクトルａ（θｕ）と相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）との内積の二乗である。このような方位相関電力値Ｆｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）は、相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）と方向ベクトルａ（θｕ）との間の相関の度合いを加味した、方位角θｕの方向から到来する番号ｋの周波数のエコー信号の電力値を示す。
方位相関電力値算出部５３１は、算出した一連の方位相関電力値Ｆｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）を、方位相関電力値データとして走行車両検出部５４０へ出力する。また、正規化方位相関値算出部５３２は、算出した一連の正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）を、正規化方位相関値データとして走行車両検出部５４０へ出力する。
図１７は、正規化方位相関値データの３次元プロットの一例を示す図である。図１７において、ドットの色の濃淡は、正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）の高さを示す。ドットの色が濃いほど、正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）がより高いことを示す。
図１７に示すように、正規化方位相関値データ６５０は、距離（レンジビン、ｋ）、方位角θｕおよびドップラー周波数（ｎ）の組み合わせ毎に、正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）を有している。なお、図１７では、所定値以下の正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）については、図示を省略している。正規化方位相関値Ｎ＿Ｒｏｕｔ（ｋ，ｎ，θｕ）は、このように、Ｋ×Ｍ×（ＮＵ＋１）個の正規化方位相関値の配列から成る（ＮＵは、式（９）を参照）。
なお、方位相関電力値データについても、同様に、Ｋ×Ｍ×（ＮＵ＋１）個の方位相関電力値の配列から成る。
＜正規化方位相関値データおよび方位相関電力値データの特徴＞
図１８は、物体が位置する距離（レンジビン）における最大電力ドップラー周波数成分についての、方位と方位相関電力値との関係の一例を示す図である。図１９は、物体が位置する距離（レンジビン）における最大電力ドップラー周波数成分についての、方位と正規化方位相関値との関係の一例を示す図である。
図１８において、横軸は方位を示し、縦軸は方位相関電力値を示す。図１９において、横軸は方位を示し、縦軸は正規化方位相関値を示す。
図１８では、最大ドップラー周波数成分の方位相関電力値が、方位−５°あたりでピークを形成している。ところが、波形が急峻ではないため、エコー信号の到来方向を大まかにしか推定することができない。
一方、図１９では、最大ドップラー周波数成分の正規化方位相関値が、−５°あたりで、急峻な波形でピークを形成している。このように、正規化方位相関値データは、エコー信号の到来方向を高い精度で示すという特徴を有する。
＜物体毎の方位相関電力値データおよび正規化方位相関値データの特徴＞
方位相関電力値データおよび正規化方位相関値データの波形は、レーダ信号を反射した部分が、車両であるか人であるか、走行車両の車輪部分であるか車体部分であるか、および、自車両の後方に位置する走行車両の前輪であるか後輪であるか、に応じて異なる。
ここで、レーダ信号を反射した部分（以下「物体」という）毎の方位相関電力値データおよび正規化方位相関値データの特徴の違いについて説明する。なお、以下の説明において、セルとは、レーダ装置２００が走行車両検知の対象とするエリアを区切った小領域であり、例えば、レンジ（ｋ）と方位角（θ）との組み合わせによって定義される領域を指す。
図２０は、自車両の後方に位置する走行車両の車輪部分を含まない車体部分のセル（以下「車体部セル」という）についての方位相関電力値データの一例を示す図である。図２０において、横軸はドップラー周波数（ｆｄ）を示し、縦軸は方位相関電力値［ｄＢ］を示す。図２１は、図２０と対応する、車体部セルについての正規化方位相関値データの一例を示す図である。図２１において、横軸はドップラー周波数（ｆｄ）を示し、縦軸は正規化方位相関値を示す。
図２０および図２１から分かるように、例えば、正規化方位相関値の閾値が８０％に設定される場合、反射物体のドップラー速度の広がりは、２０.３−１６.４５＝３.８５ｋｍ／ｈである。
また、図２０の丸印（○）６６１で囲まれたポイントは、電力値が最大値になるドップラー成分であり、そのドップラー速度は、１８.９ｋｍ／ｈである。このドップラー速度よりも早く、しかも、正規化方位相関値が閾値（８０％）よりも大きいドップラー成分は、１９.２５〜２０.３の成分であり、その広がりは、１.０５ｋｍ／ｈしかない。
一方、図２２は、自車両の後方に位置する走行車両の前輪部分を含む部分のセル（以下「前輪部セル」という）についての方位相関電力値データの一例を示す図である。図２３は、図２２と対応する前輪部セルについての正規化方位相関値データの一例を示す図である。図２２および図２３から分かるように、例えば、正規化方位相関値の閾値が８０％に設定される場合、点線６７１で囲まれた反射物体のドップラー速度の広がりは、２２.４−１７.１５＝５.２５ｋｍ／ｈである。
また、図２２の丸印（○）６７２で囲まれたポイントは、電力値が最大値になるドップラー成分であり、そのドップラー速度は、１９.２５ｋｍ／ｈである。このドップラー速度よりも早く、しかも正規化方位相関値が閾値（８０％）よりも大きいドップラー成分は、１９.６〜２２.４の成分であり、その広がりは、２.８ｋｍ／ｈもある。
更に、図２２および図２３に示すように、正規化方位相関値が閾値（８０％）より大きいドップラー速度の速い領域６７３の、右端の数個のドップラ成分の電力値は、緩やかに下がっている。具体的には、例えば、右端の５ポイント（すなわち、２０〜２２.４の成分）のドップラー速度成分である。数値で表すと、この５ポイントの電力値の変動分（左側のドップラー成分の電力値との差分）の分散は、閾値３より小さい。しかも、差分値の平均は、更に小さいマイナス数値となり、平均値の絶対値は閾値４よりも小さい。
なお、点線６７３範囲の、右端の数個のドップラ成分の数は、車両の絶対速度（車体の相対速度を表す最大電力値になるドップラー速度と自車速度から推定される）に基づいて決めることができる。これは、車輪の半径と回転角速度から、車速が決められるためである。例えば、車速が２０ｋｍ／ｈの場合、車輪の転がりにより生じたドップラー広がりの幅は、約１.５ｋｍ／ｈになる。
図２で説明したように、走行車両の車輪のドップラー成分は、回転する車輪の各部位の、レーダとの相対速度となるラジアル方向成分に、特徴として現れる。車輪正面の部位は、ドップラー速度は遅いが、反射強度は強い。これに対し、車輪のより上方の部位は、反射断面積が小さくなるため、反射強度は弱いが、レーダラジアル方向の速度が速くなる。そのため、車輪のドップラー特徴として、速度が増大するにつれて、電力値が緩やかに下がるという特徴が現れる。
以上で述べた車輪の特徴は、自車両の後方に位置する走行車両の後輪のデータからも観測される。図２４は、走行車両の後輪車輪を含む部位のドップラー＿方位相関電力値の一例を示すグラフである。図２５は、図２４に対応するドップラー＿正規化方位相関値グラフである。
図２５から分かるように、例えば、正規化方位相関値の閾値が８０％に設定される場合、点線６８１で囲まれた反射物体のドップラー速度の広がりは、２２.４−１７.１５＝５.２５ｋｍ／ｈである。
また、後輪の場合、車輪が一部隠れるため、反射断面積が前輪より小さくなり、反射強度も弱くなる。このため、対応するドップラー成分の電力値は、前輪より小さくなる。しかし、図２４からも分かるように、反射電力が最大値になるドップラー成分（丸印（○）６８２で囲まれたポイント）は、前輪と同じく、１９.２５ｋｍ／ｈであり、電力値が最大値になるドップラー速度より早い。しかも、正規化方位相関値が閾値（８０％）より大きいドップラー成分は、１９.６〜２２.４ｋｍ／ｈであり、その広がりは、２.８ｋｍ／ｈである。
更に、図２４および図２５に示すように、正規化方位相関値が閾値（８０％）より大きい、ドップラー速度の速い領域（例えば、点線で囲まれた領域６８３の右端の５ポイント）も、前輪と同じく、２０ｋｍ／ｈ〜２２.４ｋｍ／ｈまでのドップラー速度成分の電力値は、緩やかに下がる。
すなわち、図２０および図２１に示す走行車両の車輪を含まない部位のドップラー特徴と、図２２〜図２５に示す車輪を含む部位のドップラー特徴とからから分かるように、車輪の回転により生じたドップラー成分の特徴は、ドップラーの広がりおよび方位相関電力値の両方に出現する。
ここで、歩行者についての歩行者のドップラー＿方位相関電力値のグラフおよびドップラー＿正規化方位相関値を、それぞれ図２６および図２７に示す。歩行者が歩く時、足や手が前後に動くため、ドップラー速度成分に広がりが生じ、広がり幅が歩く速度に応じて変動する。
図２７に示すように、例えば、車両と同じく正規化方位相関値の閾値を８０％に設定した場合、歩行者のドップラー速度成分は、−０.３ｋｍ／ｈ〜３.３ｋｍ／ｈに広がり（領域６９１、その広がり幅は３.３−（−０.３）＝３.６ｋｍ／である。この広がり幅は、走行車両の車輪を含まない部位のドップラー広がり幅より広いが、車輪を含む部位のドップラー広がり幅より狭い。ここで、−０.３ｋｍ／ｈの成分は、例えば、手がレーダの反対方向にスウィングする時生じたドップラー速度成分である。
そして、図２６に示すように、正規化方位相関値が閾値より大きいのは、点線で囲まれた歩行者のドップラー成分領域６９２である。この領域６９２のうち、方位相関電力値が最大値になるドップラー速度成分（丸印（○）６９３で囲まれたポイント。歩行者のボディの移動を表すと推定される）の右にあるドップラー速度の広がりは、わずか３.３−２.７＝０.６ｋｍ／ｈである。これは、車輪の上記特徴量もより小さい。
更に、図２６の歩行者のドップラー成分領域６９２の右端の数個（その数が最大電力値のドップラー速度と自車速度に基づいて決める）のドップラー成分の電力の変動を観察すれば分かるように、ドップラー速度が増えるにつれて、方位相関電力値が緩やかに下がる特徴がない。
以上のように、ドップラー＿方位相関電力値およびドップラー＿正規化方位相関値を用いることにより、車輪の回転により生じたドップラー特徴を抽出し、抽出されたドップラー特徴に基づいて、走行車両を精度良く識別することができる。
＜方位相関電力値データのシュリンク＞
方位相関電力値データは、レンジ、方位、およびドップラー周波数の組み合わせ毎に電力値を記述したデータである。レンジ刻みが２０ｃｍの場合、２０ｍまで測定するにはレンジビンの数Ｋは、１００を超える。広角レーダ（例えば、±６０°）において方位刻みが１°の場合、方位角の数は、１２１となる。そして、２５６ＤＦＴで周波数解析を行う場合、ドップラー周波数の数Ｍは、２５６となる。
したがって、方位相関電力値データは、１００×１２１×２５６の３Ｄ（Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）データとなり、このままで走行車両検知処理を行おうとすると、膨大な処理コストが掛かる。
そこで、電力値データシュリンク部５４２は、３Ｄの方位相関電力データを、ドップラー周波数の軸を少なくとも含む２Ｄの方位相関電力データにシュリンクする。
例えば、具体的には、電力値データシュリンク部５４２は、例えば、以下の式（１２）を用いて、方位−ドップラー周波数の２Ｄの方位相関電力データ（２Ｄ電力プロファイル）の値を算出する。
式（１２）により算出される値は、方位角毎およびドップラー周波数毎の、ノイズではない方位（反射信号の到来方向）についての、全てのレンジビンの方位相関電力値を加算した値である。なお、ノイズではない方位というのは、所定の方位、レンジに対し、注目するドップラー成分の正規化方位相関値の連続安定で閾値より大きい部分の数が、所定の数より大きいような方位である。例えば、正規化方位相関値が０.８以上となるドップラー速度が数多く存在したとしても、左右に隣接するドップラー速度の正規化方位相関値が大きく下がるドップラー速度は、ノイズとして扱われ、加算されない。
あるいは、電力値データシュリンク部５４２は、例えば、以下の式（１３）を用いて、２Ｄの方位相関電力データの値を算出してもよい。式（１３）により算出される値は、つまり、方位角毎およびドップラー周波数毎の、ノイズではない方位（反射信号の到来方向）についての、全てのレンジビンのうち、方位相関電力値の最大値になる電力値である。
なお、Ｋは、測定できる最大距離を表すレンジビンの番号である。
また、電力値データシュリンク部５４２は、例えば、レンジ−ドップラー周波数の２Ｄの方位相関電力データを生成してもよい。すなわち、電力値データシュリンク部５４２は、レンジ毎およびドップラー周波数毎の、ノイズではない方位角についての方位相関電力値の加算値あるいは最大値を、２Ｄのレンジ＿ドップラーヒートマップにおける方位相関電力データの値としてもよい。
＜レーダ装置の動作＞
次に、レーダ装置２００の動作について説明する。
図２８は、レーダ装置２００の動作の一例を示すフローチャートである。
ステップＳ１１００において、レーダ送信部４００は、レーダ信号を生成し、送信アンテナ４２３から送信する。
ステップＳ１２００において、レーダ受信部５００の各受信アンテナ５１１は、エコー信号を受信する。
ステップＳ１３００において、各遅延プロファイル生成部５１２は、対応する受信アンテナ５１１が受信したエコー信号から、遅延プロファイルデータを生成する。
ステップＳ１４００において、各ドップラー周波数解析部５２１は、新たな１フレーム分の遅延プロファイルデータが用意されたか否かを判断する。各ドップラー周波数解析部５２１は、新たな１フレーム分のデータがまだ用意されていない場合（Ｓ１４００：ＮＯ）、処理をステップＳ１５００へ進める。また、各ドップラー周波数解析部５２１は、新たな１フレーム分のデータが用意された場合（Ｓ１４００：ＹＥＳ）、処理を後述のステップＳ１６００へ進める。
ステップＳ１５００において、レーダ送信部４００は、ユーザ操作等により走行車両検知の処理の終了を指示されたか否かを判断する。レーダ送信部４００は、処理の終了を指示されていない場合（Ｓ１５００：ＮＯ）、処理をステップＳ１１００へ戻す。なお、ステップＳ１１００〜Ｓ１５００の処理は、例えば、上述のサイクル毎に実行される。
ステップＳ１６００において、各ドップラー周波数解析部５２１は、用意された新たな１フレーム分の遅延プロファイルデータから、ドップラー周波数データを生成する。
ステップＳ１７００において、方位相関電力値算出部５３１は、生成されたドップラー周波数データから、方位相関電力値データを生成する。また、正規化方位相関値算出部５３２は、生成されたドップラー周波数データから、正規化方位相関値データを生成する。
ステップＳ１８００において、電力値データシュリンク部５４２は、生成された３Ｄの方位相関電力値データを、２Ｄの方位相関値電力データにシュリンクする。例えば、図７で説明した、方位＿ドップラーパワーマップを作成する。
ステップＳ１９００において、移動物体検出部５４３は、シュリンクされた方位相関値電力データに基づいて、物体の検知を行う。例えば、図７に示すように、方位＿ドップラーパワーマップにおいて、静止物体を表す帯状領域６０２と離れた３つの方位相関電力値データ６０３１〜６０３３に対応する第１〜第３の移動物体が検出される。
ステップＳ２０００において、車輪位置推定部５４４および走行車両識別部５４５は、検出された移動物体候補の位置範囲から、車輪であるかどうかを、方位相関電力値データおよび正規化方位相関値に基づいて、上記した車輪の波形の特徴から、判定処理を行う。車輪位置判定処理とは、車輪位置を判定して走行車両を検知する処理であり、詳細については後述する。
ステップＳ２２００において、車種識別部５４６は、車種特徴情報に基づき、検知された走行車両の車種を判定して、処理をステップＳ１５００へ戻す。
そして、レーダ送信部４００は、処理の終了を指示された場合（Ｓ１５００：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。なお、結果出力部５５０は、１フレーム分の走行車両に関する検出結果が得られる毎に、あるいは、所定の周期で、かかる検出結果を出力する。
図２９は、車輪位置判定処理（図２８のステップＳ２０００）の一例を示すフローチャートである。ここでは、自車両の後方にある走行車両を当該走行車両の前方から観測する場合の動作を例示する。
ステップＳ２０１０において、車輪位置推定部５４４は、局所特徴情報に基づき、車輪位置候補を推定する。そして、車輪位置推定部５４４は、推定された車輪位置の位置情報を、車両識別部５４５へ出力する。
具体的には、車輪位置推定部５４４は、上記「物体毎の方位相関電力値データと正規化方位相関値データの特徴」において説明した手法により、車輪候補位置を推定する。すなわち、車輪位置推定部５４４は、走行車両の前輪、後輪、および車体の特徴に基づいて、移動物体検出部５４３から入力した移動物体候補の位置領域のレンジビンおよび方位角毎に、当該部分が車輪であるかどうかを推定する。更に、車輪位置推定部５４４は、車輪であれば、当該車輪が前輪および後輪のいずれであるかについても推定する。
ステップＳ２０２０において、車両識別部５４５は、入力された位置情報が示す複数の車輪候補に対して、グルーピングを行う。
そして、ステップＳ２０３０において、車両識別部５４５は、前輪位置候補を１つ選択する。なお、以下に説明するステップＳ２０４０〜Ｓ２１００の処理は、選択中の前輪位置候補を対象として行われる。
ステップＳ２０４０において、車両識別部５４５は、選択された前輪位置候補について、もう１つの前輪が存在し得る位置範囲（左、右両方）について、他の前輪位置候補が存在しているか否かを判定（前輪を探索）する。すなわち、車両の前輪は１対存在するという前提において、もう１つの前輪が存在するか否かを判定する。
車両識別部５４５は、もう１つの前輪（前輪位置候補）が存在する場合（Ｓ２０４０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２０５０へ進める。また、車両識別部５４５は、もう１つの前輪が存在しない場合（Ｓ２０４０：ＮＯ）、処理を後述のステップＳ２０９０へ進める。
ステップＳ２０５０において、車両識別部５４５は、２つの前輪の位置を記録しておく。
ステップＳ２０６０において、車両識別部５４５は、例えば、２つのレンジビンの平均および２つの方位角の平均値に対応する位置を特定することにより、２つの前輪の中央位置を取得する。そして、車両識別部５４５は、上述の「物体毎の方位相関電力値データと正規化方位相関値データの特徴」において説明した手法により、当該中央位置が車体部分であるか否かを判断する。すなわち、車両識別部５４５は、中央位置のドップラー＿方位相関電力値データおよびドップラー＿正規化方位相関値データが、車体の特徴を示しているか否かを判定する。
車両識別部５４５は、２つの前輪の中央位置が車体である場合（Ｓ２０６０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２０７０へ進める。また、車両識別部５４５は、２つの前輪の中央位置が車体ではない場合（Ｓ２０６０：ＮＯ）、処理を後述のステップＳ２０９０へ進める。
ステップＳ２０７０において、車両識別部５４５は、記録しておいた２つの前輪位置に基づいて、２つの後輪が存在し得る位置範囲について、後輪の車輪位置候補が存在しているか否かを判定（後輪を探索）する。すなわち、車両識別部５４５は、後方の走行車両の前輪の奥には２つの後輪が存在するという前提において、２つの後輪が存在するか否かを判定する。
車両識別部５４５は、２つの後輪が存在する場合（Ｓ２０７０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２０８０へ進める。また、車両識別部５４５は、２つの後輪が存在しない場合（Ｓ２０７０：ＮＯ）、処理を後述のステップＳ２０９０へ進める。
ステップＳ２０８０において、車両識別部５４５は、車両が存在している判定（識別）し、ステップＳ２０７０において判定された２つの後輪の位置を、ステップＳ２０５０で記録しておいた２つの前輪の位置と合わせて、車両の車輪位置情報とする。
一方、ステップＳ２０９０において、車両識別部５４５は、選択中の車輪候補位置は走行車両の車輪位置ではないと判断する。
そして、ステップＳ２１００において、車両識別部５４５は、車輪位置であるか否かについての判定処理をまだ行っていない前輪位置候補が存在するか否かを判断する。車両識別部５４５は、未処理の前輪位置候補が存在する場合（Ｓ２１００：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２０３０へ戻し、未処理の前輪位置候補を１つ選択する。また、車両識別部５４５は、未処理の車輪位置候補が存在しない場合（Ｓ２１００：ＮＯ）、処理を図２８のステップＳ２２００へ進める。
なお、車両識別部５４５は、処理を図２８のステップＳ２２００へ進める時、車両の車輪位置情報として、車両であるという識別結果と一緒に、車種識別部５４６へ出力する。
このような動作により、レーダ装置２００は、走行車両を走行車両以外の物体と区別して検知する処理を、継続して行うことができる。
＜本実施の形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態に係るレーダ装置２００は、方位相関電力値データおよび正規化方位相関値データに基づいて、レーダ信号を反射した物体が走行車両であるか否かを判定する。言い換えると、レーダ装置２００は、反射信号電力とは異なる指標を参考にして反射信号電力を解析することにより、従来では見逃されていた走行車両の車輪部分に特有の特徴を抽出する。これにより、レーダ装置２００は、走行車両を、高精度に検出することができる。
また、レーダ装置２００は、送信アレーアンテナを用いてビームスキャンを細かく行うことにより、ビームスキャンの方位毎の遅延プロファイルを取得でき、取得された遅延プロファイルからビームスキャンの範囲で到来方向推定を行うことができる。そして、コース（Coarse）Ｔｏファイン（fine）処理で、少ないコストで、識別に必要な方位相関電力値データおよび正規化方位相関値データのみを取得することができる。これにより、レーダ装置２００は、効率的に高解像度スキャンによるターゲット識別を行うことができる。なお、送信アレーアンテナを用いて、送信信号の方向を制御し、大まかな方位推定することを、コース処理と呼び、ビームスキャン範囲で方位推定することをファイン処理と呼ぶ。
また、レーダ装置２００は、方位相関電力値データの波形に基づいて、走行車両の車輪位置を検出する。これにより、レーダ装置２００は、レーダ装置２００自身の移動速度が不明であっても、走行車両を検出することができる。
＜本実施の形態の変形例＞
なお、方位相関電力値データの波形に基づいて、車輪部分に該当するか否かを判断するための手法は、上述の例に限定されない。
また、以上の説明では、レーダ装置２００は、方位と距離との組み合わせ毎の遅延プロファイル生成、つまり、２Ｄ（Dimension）スキャンをし、高さ方向（垂直方向）の成分を無視して走行車両検出および車種識別を行うとしたが、これに限定されない。
すなわち、レーダ装置２００は、２次元的に配置されたアレーアンテナ（例えば、４×４のマトリクス状に配置した１６個のアレーアンテナ）を用いて３Ｄ（Dimension）スキャンをし、高さ方向の成分を考慮して走行車両検出および車種識別を行ってもよい。
この場合、レーダ装置２００による車輪位置であるか否かの判断の単位（セル）は、例えば、レンジ（ｋ）と、方位角（θ）と、高さ（ｈ）との組み合わせによって定義される領域となる。レーダ装置２００は、走行車両の車輪位置の垂直方向の位置や垂直方向の長さを検出することができ、これらの情報に基づいて車種識別を行うことができる。すなわち、レーダ装置２００は、より高精度な走行車両検出および車種識別を行うことが可能となる。但し、２Ｄスキャンによる場合の方が、処理負荷を軽減することができる。
また、特に３Ｄスキャンの場合、車体部分からのエコー信号の成分を含まず、車輪部分からのエコー信号の成分のみを含むようなセルが存在し得る。すなわち、車輪位置のセルについての方位相関電力値データに、図１で説明したピークが現れないことがある。
したがって、レーダ装置２００は、ピークの有無によらず、高相関値帯域に、方位相関電力値のドップラー周波数軸上の波形が、ドップラー周波数軸に沿って緩やかにかつ滑らかに変化する部分が存在するか否かに基づいて、車輪位置を判定してもよい。なお、レーダ装置２００は、かかる部分の方位相関電力値の値（例えば平均値）が、高相関値帯域以外の帯域の値（例えば平均値）よりも高いという条件を、用いてもよいし、用いなくてもよい。
また、以上の説明では、レーダ装置２００は、まず車輪位置を判定し、車輪の位置であると判定された部分のエコー信号成分に基づいて車種を判定するという２段階の処理を行ったが、これに限定されない。
すなわち、レーダ装置２００は、所定の車種の車輪部分が存在する方位の、位置およびエコー信号成分の少なくとも１つの特徴である局所特徴を示す情報に基づいて、所定の車種の車輪部分と推定される部分のみを、車輪位置候補としてもよい。
また、以上の説明では、レーダ装置２００は、まず移動物体位置を検出し、検出された移動物体位置領域を対象として車輪位置の推定を行ったが、これに限定されない。
すなわち、レーダ装置２００は、移動物体位置検出を行わずに、移動物体が存在するか否かによらず、各方位について、正規化方位相関値データおよび方位相関電力値データに基づく車輪位置の検出を行ってもよい。
また、レーダ装置２００は、必ずしも、車種識別を行わなくてもよい。この場合、結果出力部５５０は、走行車両の有無、走行車両の位置、あるいは走行車両の速度に関する情報のみを、検出結果として出力する。
また、レーダ装置２００は、必ずしも、方位相関電力値データのシュリンクを行わなくてもよく、シュリンクされていない方位相関電力値データに基づいて物体検知を行ってもよい。
また、レーダ装置２００が走行車両検出に用いる各種閾値は、上述の例に限定されない。また、レーダ装置２００は、天候や自車両の速度等、検出条件に関する外界情報を取得し、外界情報と設定すべき閾値とを対応付けたテーブルを参照する等して、取得された情報に応じて閾値を変更してもよい。
また、方位相関電力値および正規化方位相関値は、上述の内容に限定されない。例えば、走行車両までの距離および走行車両の方向のいずれかについては検出が不要である場合、方位相関電力値は、ドップラー周波数と、距離および方向のうち必要な方のみと、の組み合わせ毎に、エコー信号の強さを示す情報であればよい。また、正規化方位相関値も、上記組み合わせ毎に、エコー信号の到来方向の確からしさを示す情報であればよい。
また、レーダ装置２００の構成の一部は、ネットワーク上のサーバ等に配置される等して、レーダ装置２００の構成の他の部分と離隔していてもよい。この場合、これら各部は、互いに通信を行うための通信部を備える必要がある。
また、本発明の具体的態様は、上記実施の形態に記載された内容に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
＜本開示のまとめ＞
本開示のレーダ装置は、レーダ信号のエコー信号を受信するアンテナの受信信号から、レンジ毎に、ドップラー周波数を取得するドップラー周波数取得部と、前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の強さを示す方位相関電力値を算出する方位相関電力値算出部と、前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の到来方向の確からしさを示す正規化方位相関値を算出する正規化方位相関値算出部と、
前記方位相関電力値および前記正規化方位相関値に基づいて、前記レーダ信号を反射した物体が、走行車両であるか否かを判定する走行車両検出部と、有する。
なお、上記レーダ装置において、前記走行車両検出部は、ドップラー周波数軸のうち、前記正規化方位相関値が所定の相関値閾値以上となっている高相関値帯域における前記方位相関電力値の分布に基づいて、前記物体が前記走行車両であるか否かを判定してもよい。
また、上記レーダ装置において、前記走行車両検出部は、前記高相関値帯域において、前記方位相関電力値のドップラー周波数軸上の波形が、ドップラー周波数軸に沿って緩やかにかつ滑らかに変化する部分を有する、という条件が満たされるか否かを判断し、前記条件が満たされる前記方位を、前記走行車両の車輪部分が存在する方位と判定してもよい。
また、上記レーダ装置において、前記走行車両検出部は、前記高相関値帯域において、前記方位相関電力値のドップラー周波数軸上の波形が、ピーク部分と、当該ピーク部分から前記高相関値帯域以外の部分へと向かう方向にドップラー周波数軸に沿って緩やかにかつ滑らかに変化する部分とを有する、という条件が満たされるか否かを判断し、前記条件が満たされる前記方位に、前記走行車両の車輪部分が存在する、と判定してもよい。
また、上記レーダ装置は、予め学習により生成された、前記車輪部分が存在する前記方位の、位置およびエコー信号成分の少なくとも１つの特徴を示す、局所特徴情報を格納する情報格納部と、前記局所特徴情報に基づいて、前記車輪部分が存在する前記方位を推定する車輪位置推定部と、を有し、前記走行車両検出部は、前記車輪部分が存在すると推定された前記方位について、前記条件が満たされるか否かの判断を行ってもよい。
また、上記レーダ装置において、前記走行車両は、走行中の所定の車種の自動車を含み、前記走行車両検出部は、前記車輪部分が存在すると判定された前記方位の、位置およびエコー信号成分の少なくとも１つに基づいて、前記物体が、前記所定の車種の自動車であるか否かを判定してもよい。
また、上記レーダ装置は、予め学習により生成された、前記所定の車種の自動車の車輪部分が存在する前記方位の、位置およびエコー信号成分の少なくとも１つの特徴を示す、車種特徴情報を格納する情報格納部、を有し、前記走行車両検出部は、前記局所特徴情報に基づいて、前記条件が満たされる前記方位が、前記所定の車種の自動車の車輪部分であるか否かを判定してもよい。
また、上記レーダ装置において、前記ドップラー周波数取得部は、複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記受信信号からドップラー周波数を取得し、前記方位相関電力値算出部は、前記方位から前記エコー信号が到来したときの、前記複数の受信アンテナの複素数応答を示す方向ベクトルと、前記複数の受信信号の成分を示す相関ベクトルと、の内積の二乗を、前記方位相関電力値として算出し、前記正規化方位相関値算出部は、前記内積を前記相関ベクトルの２ノルム値で正規化した値を、前記正規化方位相関値として算出してもよい。
本開示の走行車両検知方法は、レーダ信号のエコー信号を受信するアンテナの受信信号から、レンジ毎に、ドップラー周波数を取得するステップと、前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の強さを示す方位相関電力値を算出するステップと、前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の到来方向の確からしさを示す正規化方位相関値を算出するステップと、前記方位相関電力値および前記正規化方位相関値に基づいて、前記レーダ信号を反射した物体が、走行車両であるか否かを判定するステップと、を有する。
本発明は、走行車両を精度良く検知することができるレーダ装置および走行車両検知方法として有用であり、特に、交通環境でのセフティシステムの性能を向上させるレーダ装置および走行車両検知方法として好適である。
２００ レーダ装置
３００ 基準信号生成部
４００ レーダ送信部
４１０ 送信信号生成部
４１１ 符号生成部
４１２ 変調部
４１３ ＬＰＦ部
４１４ Ｄ／Ａ変換部
４２０ 送信ＲＦ部
４２１ 周波数変換部
４２２ 増幅器
４２３ 送信アンテナ
５００ レーダ受信部
５１０ 受信処理部
５１１ 受信アンテナ
５１２ 遅延プロファイル生成部
５２０ ドップラー周波数取得部
５２１ ドップラー周波数解析部
５３０ 到来方向推定部
５３１ 方位相関電力値算出部
５３２ 正規化方位相関値算出部
５４０ 走行車両検出部
５４１ 情報格納部
５４２ 電力値データシュリンク部
５４３ 移動物体検出部
５４４ 車輪位置推定部
５４５ 車両識別部
５４６ 車種識別部
５５０ 結果出力部

Claims (9)

  1. レーダ信号のエコー信号を受信するアンテナの受信信号から、レンジ毎に、ドップラー周波数を取得するドップラー周波数取得部と、
    前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の強さを示す方位相関電力値を算出する方位相関電力値算出部と、
    前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の到来方向の確からしさを示す正規化方位相関値を算出する正規化方位相関値算出部と、
    前記方位相関電力値および前記正規化方位相関値に基づいて、前記レーダ信号を反射した物体が、走行車両であるか否かを判定する走行車両検出部と、を有する、
    レーダ装置。
  2. 前記走行車両検出部は、
    ドップラー周波数軸のうち、前記正規化方位相関値が所定の相関値閾値以上となっている高相関値帯域における前記方位相関電力値の分布に基づいて、前記物体が前記走行車両であるか否かを判定する、
    請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 前記走行車両検出部は、
    前記高相関値帯域において、前記方位相関電力値のドップラー周波数軸上の波形が、ドップラー周波数軸に沿って緩やかにかつ滑らかに変化する部分を有する、という条件が満たされるか否かを判断し、前記条件が満たされる前記方位を、前記走行車両の車輪部分が存在する方位と判定する、
    請求項２に記載のレーダ装置。
  4. 前記走行車両検出部は、
    前記高相関値帯域において、前記方位相関電力値のドップラー周波数軸上の波形が、ピーク部分と、当該ピーク部分から前記高相関値帯域以外の部分へと向かう方向にドップラー周波数軸に沿って緩やかにかつ滑らかに変化する部分とを有する、という条件が満たされるか否かを判断し、前記条件が満たされる前記方位に、前記走行車両の車輪部分が存在する、と判定する、
    請求項２に記載のレーダ装置。
  5. 予め学習により生成された、前記車輪部分が存在する前記方位の、位置およびエコー信号成分の少なくとも１つの特徴を示す、局所特徴情報を格納する情報格納部と、
    前記局所特徴情報に基づいて、前記車輪部分が存在する前記方位を推定する車輪位置推定部と、を有し、
    前記走行車両検出部は、
    前記車輪部分が存在すると推定された前記方位について、前記条件が満たされるか否かの判断を行う、
    請求項３に記載のレーダ装置。
  6. 前記走行車両は、走行中の所定の車種の自動車を含み、
    前記走行車両検出部は、
    前記車輪部分が存在すると判定された前記方位の、位置およびエコー信号成分の少なくとも１つに基づいて、前記物体が、前記所定の車種の自動車であるか否かを判定する、
    請求項３に記載のレーダ装置。
  7. 予め学習により生成された、前記所定の車種の自動車の車輪部分が存在する前記方位の、位置およびエコー信号成分の少なくとも１つの特徴を示す、車種特徴情報を格納する情報格納部、を有し、
    前記走行車両検出部は、
    前記局所特徴情報に基づいて、前記条件が満たされる前記方位が、前記所定の車種の自動車の車輪部分であるか否かを判定する、
    請求項５に記載のレーダ装置。
  8. 前記ドップラー周波数取得部は、
    複数の前記アンテナのそれぞれについて、前記受信信号からドップラー周波数を取得し、
    前記方位相関電力値算出部は、
    前記方位から前記エコー信号が到来したときの、前記複数の受信アンテナの複素数応答を示す方向ベクトルと、前記複数の受信信号の成分を示す相関ベクトルと、の内積の二乗を、前記方位相関電力値として算出し、
    前記正規化方位相関値算出部は、
    前記内積を前記相関ベクトルの２ノルム値で正規化した値を、前記正規化方位相関値として算出する、
    請求項３に記載のレーダ装置。
  9. レーダ信号のエコー信号を受信するアンテナの受信信号から、レンジ毎に、ドップラー周波数を取得するステップと、
    前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の強さを示す方位相関電力値を算出するステップと、
    前記受信信号から、前記レンジと前記ドップラー周波数との組み合わせ毎に、方位毎に対し、前記エコー信号の到来方向の確からしさを示す正規化方位相関値を算出するステップと、
    前記方位相関電力値および前記正規化方位相関値に基づいて、前記レーダ信号を反射した物体が、走行車両であるか否かを判定するステップと、を有する、
    走行車両検知方法。
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