JP6406601B2 - レーダ装置および物体検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置および物体検知方法に関する。

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に記載の技術は、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に記載の技術は、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に記載の技術は、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に記載の技術は、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

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載の技術（以下「従来技術」という）では、反射電力が小さく、かつ、他の物体と同じ方向に位置しているような物体については、検知することができない。したがって、例えば、反射電力が大きい物体である車の近傍に、反射電力が小さい物体である人が位置しているような場合、従来技術では、人を車から分離して検出することは難しい。すなわち、従来技術では、複数の物体を個別に検知することができない場合がある。

本発明の目的は、複数の物体のそれぞれをより確実に検知することができる、レーダ装置および物体検知方法を提供することである。

本開示のレーダ装置は、複数のアンテナ素子からなり、物体から反射されたレーダ信号であるエコー信号を受信するアレーアンテナと、前記複数のアンテナ素子のそれぞれについて、受信された前記エコー信号から、各レンジビンにおける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、前記ドップラー周波数と、前記物体までの距離および前記エコー信号の到来方向の少なくとも一方と、の組み合わせ毎に、前記到来方向から前記エコー信号が到来したときの前記複数のアンテナ素子の複素数応答を示す方向ベクトルと、前記複数のアンテナ素子において受信された前記エコー信号のドップラー周波数成分を示す相関ベクトルと、の内積を、方位相関電力値として算出する方位相関電力値算出部と、前記組み合わせ毎に、前記内積を、前記方向ベクトルのノルムおよび前記相関ベクトルのノルムで正規化した値を、正規化方位相関値として算出する正規化方位相関値算出部と、を有する。

本開示の物体検知方法は、複数のアンテナ素子が、物体から反射されたレーダ信号のエコー信号を受信するステップと、前記複数のアンテナ素子のそれぞれについて、受信された前記エコー信号から、各レンジビンにおけるドップラー周波数を取得するステップと、前記ドップラー周波数と、レーダ装置から前記物体までの距離および前記エコー信号の到来方向の少なくとも一方と、の組み合わせ毎に、前記到来方向から前記エコー信号が到来したときの前記複数のアンテナ素子の複素数応答を示す方向ベクトルと、前記複数のアンテナ素子において受信された前記エコー信号のドップラー周波数成分を示す相関ベクトルと、の内積を、方位相関電力値として算出するステップと、前記組み合わせ毎に、前記内積を、前記方向ベクトルのノルムおよび前記相関ベクトルのノルムで正規化した値を、正規化方位相関値として算出するステップと、を有する。

本開示によれば、複数の物体のそれぞれをより確実に検知することができる。

本実施の形態における物体検知の原理の概要を説明するための図 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物体検出分離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１１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、歩行者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、歩行者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、物体が位置しない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、物体が位置しない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、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 本実施の形態における、物体が位置しない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、物体が位置しない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、車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他の例を示す図 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

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。

＜本実施の形態における物体検知の概要＞
まず、本実施の形態における物体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物体検知の概要を説明するための図である。

図１において、遅延プロファイル１１０は、車１１１の横に歩行者１１２が位置する場合の、遅延プロファイルの一例である。遅延プロファイル１１０において、横軸は、レーダ装置からの距離を示し、縦軸は、レーダ装置が受信するエコー信号（受信信号）の電力（以下、単に「電力」という）を示す。

なお、以下の説明において、レーダ装置２００からの距離は、レーダ装置の検知対象距離を分割した単位であるレンジビンを用いて表現される。ここでは、第１のレンジビンｒ_１に車１１１が位置し、第２のレンジビンｒ_２に歩行者１１２が位置している。

また、図１において、第１および第２のグラフ１２０、１３０は、順に、第１、第２のレンジビンｒ_１、ｒ_２におけるドップラー周波数と正規化方位相関値との関係を示すグラフである。第１および第２のグラフ１２０、１３０において、横軸は、ドップラー周波数の番号を示し、縦軸は、正規化方位相関値を示す。

ここで、ドップラー周波数は、送信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とき、ドップラー効果によりエコー信号に生じる周波数変動情報であり、物体のレーダ装置２００に対する距離方向の相対速度を示す周波数である。

また、正規化方位相関値とは、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、相関ベクトルの２ノルムで正規化した結果である。正規化方位相関値は、方位角の関数であり、エコー信号の、注目している方向の、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、正規化方位相関値は、注目しているドップラー速度に対し、注目のレンジビンに位置する、上記ドップラー速度を持つ物体の数が１つの時（一波モデルという）、物体の物理的な反射面積が小さいほど、高い値を取る。したがって、第１および第２のグラフ１２０、１３０に示すように、小さい物体が位置するレンジビンｒ_２の、物体の速度成分に対応するドップラー周波数において、高い値を取る。正規化方位相関値の詳細については後述する。

遅延プロファイル１１０において、電力は、車１１１および歩行者１１２が位置するレンジＲで大きい値を取る。したがって、レーダ装置２００は、例えば従来技術を用いることにより、電力から、レンジＲにある物体が位置していることを検知することができる。ところが、図１に示すように歩行者１１２が車１１１に近接しているケースでは、遅延プロファイル１１０の波形から車１１１が位置する領域と歩行者１１２が位置する領域とを分離することは難しい。

この点に関し、本発明者は、歩行者１１２と車１１１との間の、ドップラー広がりの違いに着目した。

ここで、ドップラー広がりとは、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であり、その物体の速度成分の範囲を表す。人、動物、およびロボット等の関節を有する物体は、体幹や手足等の各部位が、異なる速度、または、異なる方向に動く。したがって、このような物体では、身体の各部位に異なる速度成分（異なるドップラー周波数成分）が生じ、車や建造物等の物体に比べてドップラー広がりが大きい。

歩行者１１２のドップラー広がりは、車１１１のドップラー広がりよりも大きい。したがって、第２のレンジビンｒ_２における正規化方位相関値が高いドップラー周波数の広がりの幅１３１は、第１のレンジビンｒ_１における正規化方位相関値が高いドップラー周波数の広がりの幅１２１よりも広くなる。

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、正規化方位相関値が高いドップラー周波数の広がりの幅を算出して、第１のレンジビンｒ_１と第２のレンジビンｒ_２との境界を判定するように構成されたものである。

すなわち、本実施の形態における物体検知は、正規化方位相関値が第１の値を超えるドップラー周波数の広がりの幅が、第２の値を超えるか否かを判断するものである。そして、本実施の形態における物体検知は、その判断結果に基づいて、物体が位置するレンジビンＲ（距離）を、車１１１が位置する第１のレンジビンｒ_１と、歩行者１１２が位置する第２のレンジビンｒ_２とに分離し、例えば歩行者１１２の存在および位置を検知するものである。

＜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２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２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５１１_１〜５１１_４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５１１_１〜５１１_４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、物体を検知する。

図３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３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４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４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、および物体検出分離部５３０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５１１_１〜５１１_４、および第１〜第４の遅延プロファイル生成部５１２_１〜５１２_４を有する。

第１〜第４の受信アンテナ５１１_１〜５１１_４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５１２_１〜５１２_４に一対一で接続されている。第１〜第４の受信アンテナ５１１_１〜５１１_４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５１２_１〜５１２_４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５１１_１〜５１１_４の相対位置関係は、予め決めておくものとする。第１〜第４の受信アンテナ５１１_１〜５１１_４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５１１_１〜５１１_４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）が乗じる。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（（レンジビン毎に対応）のサンプリングを行い、各レンジビンにおける受信信号の同相信号Ｉ（In-Phase）データと、直交信号Ｑ（Quadrate）データを算出する。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とにより、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５１１_１〜５１１_４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５２１_１〜５２１_４を有する。

第１〜第４のドップラー周波数解析部５２１〜５２１_４は、それぞれ、第１〜第４の遅延プロファイル生成部５１２_１〜５１２_４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５２１_１〜５２１_４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、各レンジビンのドップラー周波数を取得する。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データ（以下「ドップラー周波数データ」という）を、物体検出分離部５３０へ出力する。第１〜第４のドップラー周波数解析部５２１_１〜５２１_４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。

物体検出分離部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する。そして、物体検出分離部５３０は、算出した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を、検知する。

ここで、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受信ベクトルと、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結果である。すなわち、方位相関電力値とは、エコー信号の所定の到来方向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。

図５は、物体検出分離部５３０の構成の一例を示すブロック図である。

図５において、物体検出分離部５３０は、到来方向推定部５４０および物体検知部５５０を有する。

到来方向推定部５４０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。到来方向推定部５４０は、方位相関電力値算出部５４１および正規化方位相関値算出部５４２を有する。

方位相関電力値算出部５４１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５１１_１〜５１１_４の相対位置関係に基づいて、ドップラー周波数と、距離および方向の少なくとも一方と、の組み合わせ毎に、方位相関電力値を算出する。本実施の形態において、方位相関電力値算出部５４１は、ドップラー周波数、距離および方向の組み合わせ毎に、方位相関電力値を算出するものとする。そして、方位相関電力値算出部５４１は、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、正規化方位相関値算出部５４２および物体検知部５５０へ出力する。

正規化方位相関値算出部５４２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５１１_１〜５１１_４の相対位置関係に基づいて、ドップラー周波数と、距離および方向の少なくとも一方と、の組み合わせ毎に、正規化方位相関値を算出する。正規化方位相関値は、上述の通り、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示すパラメータである。本実施の形態において、正規化方位相関値算出部５４２は、ドップラー周波数、距離および方向の組み合わせ毎に、正規化方位相関値を算出するものとする。そして、正規化方位相関値算出部５４２は、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、物体検知部５５０へ出力する。

物体検知部５５０は、入力された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を、検知する。物体検知部５５０は、電力値データシュリンク部５５１、相関値データシュリンク部５５２、物体検出部５５３、および物体分離部５５４を有する。

電力値データシュリンク部５５１は、入力された方位相関電力値データを、ドップラー周波数と、距離および方向のうち一方のみと、の組み合わせ毎の方位相関電力値のデータに圧縮する。そして、電力値データシュリンク部５５１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、物体検出部５５３へ出力する。

相関値データシュリンク部５５２は、入力された正規化方位相関値データを、ドップラー周波数と、距離および方向のうち一方のみと、の組み合わせ毎の正規化方位相関値のデータに圧縮する。そして、相関値データシュリンク部５５２は、圧縮された正規化方位相関値データ（以下「圧縮正規化方位相関値データ」という）を、物体分離部５５４へ出力する。

物体検出部５５３は、入力された圧縮方位相関電力値データに基づいて、レーダ信号を反射した物体の存在、およびその位置を、検出する。なお、ここで検出される物体は、この時点では、例えば、車１１１および歩行者１１２の一まとまりであり、ここで検出される位置は、車１１１および歩行者１１２の一まとまりが位置する領域Ｒである（図１参照）。そして、物体検出部５５３は、検出された物体が位置する領域を示す情報（例えば、複数のレンジビンを示す情報。以下「物体領域情報」という）を、物体分離部５５４へ出力する。

物体分離部５５４は、入力された物体位置情報および圧縮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のそれぞれを、検知分離する。

より具体的には、物体分離部５５４は、各レンジビンについて、正規化方位相関値が第１の値を超えるドップラー周波数の広がりの幅が、第２の値を超えるか否かを判定する。すなわち、物体分離部５５４は、ドップラー周波数の比較的広い範囲において、正規化方位相関値が、高い値で連続して安定しているか否かを判定する。そして、物体分離部５５４は、かかる判定の結果に基づいて、領域Ｒを、車１１１（第１の物体）が位置する第１のレンジビンｒ_１（第１の領域）と歩行者１１２（第２の物体）が位置する第２のレンジビンｒ_２（第２の領域）とに分離する。

なお、物体分離部５５４は、隣接するレンジビン（あるいは、隣接する２つの領域）の間での正規化方位相関値の代表値（例えば、平均値）の差が、第３の閾値を超えることを条件として、第１のレンジビンｒ_１と第２のレンジビンｒ_２との境界を判定してもよい。

そして、物体分離部５５４は、物体毎に、物体が位置するレンジおよび方位の値の少なくとも１つを、物体検知結果として算出し、物体検出結果を示す情報を、表示装置、音声出力装置、記録媒体、あるいは他の情報処理装置等（図示せず）へ出力する。

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の各機能部は、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、ドップラー広がりが大きい物体とドップラー広がりが小さい物体とを、区別して検出することができる。

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、ｊ^２＝−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６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６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７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５１１_１〜５１１_４の相対位置関係は、予め決めておくため、既知である。

図８は、第１〜第４の受信アンテナ５１１_１〜５１１_４の相対位置関係の一例を示す図である。

図８に示すように、第１〜第４の受信アンテナ５１１_１〜５１１_４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５１１_１と第２の受信アンテナ５１１_２との距離をｄ_２、第１の受信アンテナ５１１_１と第３の受信アンテナ５１１_３との距離をｄ_３、第１の受信アンテナ５１１_１と第４の受信アンテナ５１１_４との距離をｄ_４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角度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５１１_ｉの第１の受信アンテナ５１１_１からの距離をｄ_ｉと置くと、第ｉのアンテナ５１１_ｉの受信信号と、第１の受信アンテナ５１１_１の受信信号との間の位相差（アンテナ間位相差）は、２πｆｄ_ｉｓｉｎθ／ｃ＝２πｄ_ｉｓｉｎθ／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８に示すように、第４のアンテナ５１１_４の受信信号の、第１の受信アンテナ５１１_１の受信信号との位相差は、２πｄ_４ｓｉｎθ／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９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１０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１０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（ｌｏｇ_１０（Ｉ^２＋Ｑ^２））を示す。

図９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１０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９参照）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１１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、人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１１では、５１２００サイクル分（約２.５秒）のデータを示している。図１２は、図１１に示す２次元グラフの一部６３２の拡大図である。図１２では、５１２サイクル分（０.０２５秒）のデータを示している。図１１および図１２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１１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、人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１２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、人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、人の移動だけでなく、このような人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。

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１３は、図１２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１３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（ｋ,ｎ）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、０,１,・・・,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周波数成分（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。ＦＦＴ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１４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１４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１３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、Ｆｄ_ｉ（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５１１_１〜５１１_４に対応するドップラー周波数成分Ｆｄ_１（ｎ，ｋ）〜Ｆｄ_４（ｎ，ｋ）を、相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）を導入して表す。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５４０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角度θ（図８参照）を推定する。

上述の通り、第ｉの受信アンテナ５１１_ｉと、第１の受信アンテナ５１１_１の受信信号との位相差は、２πｄ_ｉｓｉｎθ／λである。ここで、注目方位角ごとに、アレーアンテナの第１〜第４の受信アンテナ５１１_１〜５１１_４の複素数応答を、方向ベクトルａ（θ_ｕ）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（θ_ｕ）は、以下の式（７）で表される。
ここで、θ_ｕ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［θ_ｍｉｎ−θ_ｍａｘ］において、所定の間隔Δθで変化する変数である。方位角θ_ｕ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（θ_ｕ）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（θ_ｕ）は、第１〜第４の受信アンテナ５１１_１〜５１１_４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５４２は、方位角θ_ｕ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＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）を算出する。また、方位相関電力値算出部５４１は、方位角θ_ｕ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Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）を算出する。

式（１０）から分かるように、正規化方位相関値Ｎ＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）は、方向ベクトルａ（θ_ｕ）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＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）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（θ_ｕ）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＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）は、エコー信号が方位角θ_ｕ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Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）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（θ_ｕ）と相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）との内積である。このような方位相関電力値Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）は、相関ベクトルｈ（ｎ，ｋ）と方向ベクトルａ（θ_ｕ）との間の相関の度合いを加味した、方位角θ_ｕの方向から到来するエコー信号の電力を示す。

方位相関電力値算出部５４１は、算出した一連の方位相関電力値Ｆ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）を、方位相関電力値データとして物体検出部５５３へ出力する。また、正規化方位相関値算出部５４２は、算出した一連の正規化方位相関値Ｎ＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）を、正規化方位相関値データとして物体分離部５５４へ出力する。

図１５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１５において、ドットの色の濃淡は、正規化方位相関値Ｎ＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）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＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）がより高いことを示す。

図１５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θ_ｕ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＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）を有している。なお、図１５では、所定値以下の正規化方位相関値Ｎ＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）については、図示を省略している。正規化方位相関値Ｎ＿Ｒ_ｏｕｔ（ｋ，ｎ，θ_ｕ）は、このように、Ｋ×Ｍ×ＮＵ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１６は、歩行者が位置する距離（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１７は、歩行者が位置する距離（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。また、図１８は、物体が位置しない距離（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、物体が位置しない距離（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１６および図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１７および図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１６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１７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。

図２０は、歩行者が位置するセル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２１は、歩行者が位置する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。また、図２２は、物体が位置しないセル（背景セル）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、物体が位置しない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。

なお、ここで、セルとは、レーダ装置２００が物体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である。また、図２０および図２２において、横軸はドップラー速度を示し、縦軸は方位相関電力値を示す。図２１および図２３において、横軸はドップラー速度を示し、縦軸は正規化方位相関値を示す。

図２０の矩形領域７１１および図２１の矩形領域７１２に示すように、歩行者が位置するセルでは、あるドップラー周波数において、方位相関電力値および正規化方位相関値の両方が高い値となる。

一方、物体が位置しないセルについても、図２２の矩形領域７１３に示すように、方位相関電力値が連続して高い値となるドップラー周波数の帯域が存在する。ところが、物体が位置しないセルでは、図２３に示すように、いずれのドップラー周波数においても正規化方位相関値は高くならない。

図２４は、車が位置する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２５は、歩行者が位置するセルについての正規化方位相関値データの他の例を示す図である。図２４および図２５において、横軸はドップラー速度を示し、縦軸は正規化方位相関値を示す。

図２４の矩形領域７１４および図２５の矩形領域７１５に示すように、歩行者や車等の物体が位置するセルでは、正規化方位相関値が連続して高い値となるドップラー周波数の範囲が存在する。

ところが、矩形領域７１４、７１５を比較すると、歩行者が位置するセルについての正規化方位相関値は、車が位置するセルについての正規化方位相関値に比べて、より広いドップラー周波数の範囲に亘って、高い値を取る。これは、上述の、ドップラー広がりが車や建造物に比べて広いという、人の特性によるものである。また、歩行者が位置するセルについての正規化方位相関値は、車が位置するセルについての正規化方位相関値よりも高い。これは、人が車よりも小さいため、反射信号がより集中した方向から到来するという、人の特性によるものである。

このように、正規化方位相関値データは、物体のドップラー広がりの度合いおよび物体の大きさを示すという特徴を有する。

レーダ装置２００は、距離分解能および方位分解能の限界を有する。したがって、遅延プロファイルのレンジビン毎のデータは、多数の反射点からの反射波の足し合せ結果である。このため、正規化方位相関値データの値および波形は、物体のサイズおよび形状により異なる。この特性により、複数の物体を分離して検知することが可能となる。

＜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シュリンク＞
方位相関電力データおよび正規化方位相関値データは、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ＮＵ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、方位相関電力データおよび正規化方位相関値データは、それぞれ、１００×１２１×２５６の３Ｄ（Dimension）データとなり、このままで物体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５５１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。同様に、相関値データシュリンク部５５２は、３Ｄの正規化方位相関値データを、ドップラー周波数の軸を少なくとも含む２Ｄの正規化方位相関値データにシュリンクする。

具体的には、電力値データシュリンク部５５１は、例えば、以下の式（１２）を用いて、レンジ−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、レンジビン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、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１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、図２５において、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あるが、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５５１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、レンジビン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、方位相関電力値の最大値である。

なお、ＮＵ＋１は、到来方位の推定の対象となる方位角の数である。

また、電力値データシュリンク部５５１は、例えば、方位−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５５１は、方位角毎およびドップラー周波数毎の、ノイズではないレンジビン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の方位相関電力データの値としてもよい。

また、相関値データシュリンク部５５２は、例えば、以下の式（１４）を用いて、レンジ−ドップラー周波数の２Ｄの正規化方位相関値データ（２Ｄ正規化方位相関値プロファイル）の値を算出する。式（１４）により生成される２Ｄの正規化方位相関値データは、つまり、レンジビン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）についての正規化方位相関値の最大値である。

あるいは、相関値データシュリンク部５５２は、例えば以下の式（１５）を用いて、上述の正規化方位相関値が最大値になる方位の方位番号を求め、求めた方位番号を、２Ｄの正規化方位相関値データの値としてもよい。

また、電力値データシュリンク部５５１が方位−ドップラー周波数の２Ｄの方位相関電力データを生成する場合、相関値データシュリンク部５５２は、方位−ドップラー周波数の２Ｄの正規化方位相関値データを生成する。すなわち、相関値データシュリンク部５５２は、方位角毎およびドップラー周波数毎の、ノイズではないレンジビンについての、正規化方位相関値の最大値、あるいは、最大値が得られる方位のレンジ番号を、２Ｄの正規化方位相関値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２６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Ｓ１０１０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Ｓ１０２０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Ｓ１０３０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Ｓ１０４０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（Ｓ１０４０：ＮＯ）、処理をステップＳ１０５０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（Ｓ１０４０：ＹＥＳ）、処理を後述のステップＳ１０６０へ進める。

ステップＳ１０５０において、レーダ送信部４００は、ユーザ操作等により物体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（Ｓ１０５０：ＮＯ）、処理をステップＳ１０１０へ戻す。なお、ステップＳ１０１０〜Ｓ１０５０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Ｓ１０６０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Ｓ１０７０において、方位相関電力値算出部５４１は、生成されたドップラー周波数データから、方位相関値電力データを生成する。また、正規化方位相関値算出部５４２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Ｓ１０８０において、電力値データシュリンク部５５１は、生成された３Ｄの方位相関値電力データを、２Ｄの方位相関値電力データにシュリンクする。また、相関値データシュリンク部５５２は、生成された３Ｄの正規化方位相関値データを、２Ｄの正規化方位相関値データにシュリンクする。

ステップＳ１０９０において、物体検出部５５３は、シュリンクされた方位相関値電力データに基づいて、物体検知を行う。

ステップＳ１１００において、物体分離部５５４は、近接する複数の物体の一まとまりが検知されたとき、シュリンクされた正規化方位相関値データに基づいて、これら複数の物体を分離して検知する。そして、物体分離部５５４は、検知結果を出力して、処理をステップＳ１０５０へ進める。

そして、レーダ送信部４００は、処理の終了を指示された場合（Ｓ１０５０：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。

このような動作により、レーダ装置２００は、ドップラー広がりが大きい物体とドップラー広がりが小さい物体とを区別して検出する処理を、継続して行うことができる。

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の検知を行う。すなわち、本実施の形態に係るレーダ装置２００は、反射信号電力とは異なる指標を用いることにより、従来技術では解決できない課題を解決する。

これにより、本実施の形態に係るレーダ装置２００は、人等のドップラー広がりが大きい物体と、車等のドップラー広がりが小さい物体とを、区別して検出することができる。したがって、本実施の形態に係るレーダ装置２００は、従来技術に比べて、複数の物体のそれぞれをより確実に検知することができる。また、かかる検知は、これらの物体が極めて近接している場合であっても可能である。

また、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を、ドップラー周波数と、距離および方向の少なくとも一方と、の組み合わせのデータとなるようにシュリンクして用いる。これにより、本実施の形態に係るレーダ装置２００は、処理負荷を低減し、より少ないコストで、より高速に、上記物体検知を実現することができる。

なお、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。方位相関電力値は、ドップラー周波数と、距離および方向の少なくとも一方と、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。すなわち、方位相関電力値は、各位置における物体が存在する可能性の高さを示す情報であればよい。また、正規化方位相関値は、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の外部装置に配置される等、他の部分と離隔していてもよい。この場合、レーダ装置２００は、かかる外部装置と通信を行うための通信部等の情報出力部を備える必要がある。

例えば、物体検出部５５３および物体分離部５５４（図５参照）は、レーダ装置２００の外部に配置されていてもよい。更に、電力値データシュリンク部５５１および相関値データシュリンク部５５２も、レーダ装置２００の外部に配置されていてもよい。なお、データのシュリンクを行わない場合、電力値データシュリンク部５５１および相関値データシュリンク部５５２は不要である。

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、各レンジにおける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、前記ドップラー周波数と、距離および方向の少なくとも一方と、の組み合わせ毎に、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、前記組み合わせ毎に、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、を有する。

なお、上記レーダ装置は、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を検知する物体検知部、を有してもよい。

また、上記レーダ装置において、前記物体検知部は、前記方位相関電力値に基づいて、前記レーダ信号を反射した第１の物体および第２の物体が位置する領域を検出する物体検出部と、前記正規化方位相関値が第１の値を超える前記ドップラー周波数の広がりの幅が、第２の値を超えるか否かに基づいて、前記領域を、第１の物体が位置する第１の領域と前記第２の物体が位置する第２の領域とに分離する物体分離部と、を有してもよい。

また、上記レーダ装置において、前記第１の物体は、車を含み、前記第２の物体は、人を含み、前記物体分離部は、前記領域のうち、前記ドップラー周波数の広がりの幅が前記第２の値を超える部分を、前記第２の領域であると判定してもよい。

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、各レンジにおけるドップラー周波数を取得し、前記正規化方位相関値算出部は、前記複数のアンテナの相対位置関係を用いて、複数の前記受信信号から前記正規化方位相関値を算出してもよい。

また、上記レーダ装置において、前記方位相関電力値算出部は、ドップラー周波数、距離、および方向の組み合わせ毎に、前記方向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、ドップラー周波数および距離の組み合わせ毎に、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、ドップラー周波数、距離、および方向の組み合わせ毎に、前記内積を前記相関ベクトルの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。

また、上記レーダ装置は、ドップラー周波数、距離、および方向の複数の組み合わせに対応する複数の前記方位相関電力値から成る方位相関電力値データに対して、距離成分または方向成分のうちの所定の成分の圧縮を行う電力値データシュリンク部と、前記複数の組み合わせに対応する複数の正規化方位相関値から成る正規化方位相関値データに対して、前記所定の成分の圧縮を行う相関値データシュリンク部と、を有し、前記物体検出部は、前記圧縮が行われた前記方位相関電力値データに基づいて、前記領域を検出し、前記物体分離部は、前記圧縮が行われた前記正規化方位相関値データに基づいて、前記領域を前記第１の領域と前記第２の領域とに分離してもよい。

本開示の物体検知方法は、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、各レンジにおけるドップラー周波数を取得するステップと、前記ドップラー周波数と、距離および方向の少なくとも一方と、の組み合わせ毎に、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、前記組み合わせ毎に、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を検知するステップと、を有する。

本発明は、数の物体のそれぞれをより確実に検知することができる、レーダ装置および物体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 物体検出分離部
５４０ 到来方向推定部
５４１ 方位相関電力値算出部
５４２ 正規化方位相関値算出部
５５０ 物体検知部
５５１ 電力値データシュリンク部
５５２ 相関値データシュリンク部
５５３ 物体検出部
５５４ 物体分離部

Claims (6)

1. 複数のアンテナ素子からなり、物体から反射されたレーダ信号であるエコー信号を受信するアレーアンテナと、
   前記複数のアンテナ素子のそれぞれについて、受信された前記エコー信号から、各レンジビンにおける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、
   前記ドップラー周波数と、前記物体までの距離および前記エコー信号の到来方向の少なくとも一方と、の組み合わせ毎に、前記到来方向から前記エコー信号が到来したときの前記複数のアンテナ素子の複素数応答を示す方向ベクトルと、前記複数のアンテナ素子において受信された前記エコー信号のドップラー周波数成分を示す相関ベクトルと、の内積を、方位相関電力値として算出する方位相関電力値算出部と、
   前記組み合わせ毎に、前記内積を、前記方向ベクトルのノルムおよび前記相関ベクトルのノルムで正規化した値を、正規化方位相関値として算出する正規化方位相関値算出部と、を有する、
   レーダ装置。
2. 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前記物体を検知する物体検知部、を有する、
   請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記物体は、第１の物体および第２の物体を含み、
   前記物体検知部は、
   前記方位相関電力値に基づいて、前記レーダ信号を反射した前記第１の物体および前記第２の物体が位置する領域を検出する物体検出部と、
   前記正規化方位相関値が第１の閾値を超える前記ドップラー周波数の広がりの幅が、第２の閾値を超えるか否かに基づいて、前記領域を、前記第１の物体が位置する第１の領域と前記第２の物体が位置する第２の領域とに分離する物体分離部と、を有する、
   請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記第１の物体は、車を含み、前記第２の物体は、人を含み、
   前記物体分離部は、
   前記領域のうち、前記ドップラー周波数の広がりの幅が前記第２の閾値を超える部分を、前記第２の領域であると判定する、
   請求項３に記載のレーダ装置。
5. 前記ドップラー周波数、前記距離、および前記到来方向の複数の組み合わせに対応する複数の前記方位相関電力値から成る方位相関電力値データに対して、距離成分または方向成分のうちの所定の成分の圧縮を行う電力値データシュリンク部と、
   前記複数の組み合わせに対応する複数の正規化方位相関値から成る正規化方位相関値データに対して、前記所定の成分の圧縮を行う相関値データシュリンク部と、を有し、
   前記物体検出部は、
   前記圧縮が行われた前記方位相関電力値データに基づいて、前記領域を検出し、
   前記物体分離部は、
   前記圧縮が行われた前記正規化方位相関値データに基づいて、前記領域を前記第１の領域と前記第２の領域とに分離する、
   請求項４に記載のレーダ装置。
6. 複数のアンテナ素子が、物体から反射されたレーダ信号のエコー信号を受信するステップと、
   前記複数のアンテナ素子のそれぞれについて、受信された前記エコー信号から、各レンジビンにおけるドップラー周波数を取得するステップと、
   前記ドップラー周波数と、レーダ装置から前記物体までの距離および前記エコー信号の到来方向の少なくとも一方と、の組み合わせ毎に、前記到来方向から前記エコー信号が到来したときの前記複数のアンテナ素子の複素数応答を示す方向ベクトルと、前記複数のアンテナ素子において受信された前記エコー信号のドップラー周波数成分を示す相関ベクトルと、の内積を、方位相関電力値として算出するステップと、
   前記組み合わせ毎に、前記内積を、前記方向ベクトルのノルムおよび前記相関ベクトルのノルムで正規化した値を、正規化方位相関値として算出するステップと、を有する、
   物体検知方法。