JP6853047B2 - レーダ装置および物標検出方法 - Google Patents

Description

開示の実施形態は、レーダ装置および物標検出方法に関する。

従来、物標を検出するレーダ装置として、周波数が連続的に増加または減少するチャープ波を送信して物標との距離および相対速度を検出するＦＣＭ（Fast Chirp Modulation）方式のレーダ装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

ＦＣＭ方式は、チャープ波を生成する送信信号と物標によるチャープ波の反射波を受信して得られる受信信号とから生成されたチャープ波ごとのビート信号に対して２回の高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理を行って物標との距離および相対速度を検出する方式である。

特開２０１６−００３８７３号公報

しかしながら、上述した従来技術には、静止物の近傍に存在する歩行者の検出精度を向上させるうえで更なる改善の余地がある。

具体的には、ＦＣＭ方式では、物標の速度分離が可能であり、その速度分解能は、チャープ波の数（チャープ数）によって定まるが、かかる速度分解能が低い場合、たとえば歩行者のような低速の移動物が静止物の近傍に存在していても、かかる移動物を分離できない場合がある。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、静止物の近傍に存在する低速の移動物の検出精度を向上させることができるレーダ装置および物標検出方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るレーダ装置は、送信部と、受信部と、解析部と、抽出部と、判定部とを備える。前記送信部は、周波数が連続的に増加または減少する送信信号によってチャープ波を送信する。前記受信部は、物標による前記チャープ波の反射波を複数の受信アンテナで受信した受信信号および前記送信信号からビート信号を生成する。前記解析部は、前記受信部によって生成された前記ビート信号に対して２次元ＦＦＴ処理を行う。前記抽出部は、前記解析部による前記２次元ＦＦＴ処理の結果である周波数スペクトルにおいて信号レベルが所定の閾値以上のピークを抽出する。前記判定部は、前記抽出部によって抽出された前記ピークに対応する前記物標が静止物に相当すると推定される場合に、当該ピークが、前記物標の速度に対応する周波数領域における当該ピークを基準とする所定範囲内に、信号レベルが前記閾値以上である所定幅を有するならば、当該ピークに低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する。また、前記周波数スペクトルは、周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごとの信号レベルを示すものであって、前記判定部は、前記所定範囲内において前記閾値以上の信号レベルの前記周波数ビンが所定数以上存在する場合に、前記低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する。また、前記抽出部は、スキャン周期に応じて周期的に前記ピークを抽出する。また、前記判定部は、時間的に後の周期での前記抽出部による前記ピークの抽出結果において、前記静止物に相当すると推定される前記ピークと同一距離にあることを示し、かつ、前記閾値以上の信号レベルである前記周波数ビンの個数が増えた場合に、前記ピークに前記低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する。

実施形態の一態様によれば、静止物の近傍に存在する低速の移動物の検出精度を向上させることができる。

図１Ａは、実施形態に係る物標検出方法の概要説明図（その１）である。 図１Ｂは、実施形態に係る物標検出方法の概要説明図（その２）である。 図２は、実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。 図３Ａは、信号処理部の前段処理から信号処理部における周波数解析処理までの処理説明図（その１）である。 図３Ｂは、信号処理部の前段処理から信号処理部における周波数解析処理までの処理説明図（その２）である。 図３Ｃは、ピーク抽出処理の処理説明図（その１）である。 図３Ｄは、ピーク抽出処理の処理説明図（その２）である。 図４は、埋もれ処理部のブロック図である。 図５Ａは、埋もれ可能性判定処理の処理説明図（その１）である。 図５Ｂは、埋もれ可能性判定処理の処理説明図（その２）である。 図５Ｃは、埋もれ可能性判定処理の処理説明図（その３）である。 図５Ｄは、埋もれ可能性判定処理の処理説明図（その４）である。 図６Ａは、ピーク再抽出処理の処理説明図（その１）である。 図６Ｂは、ピーク再抽出処理の処理説明図（その２）である。 図７Ａは、実施形態に係るレーダ装置の信号処理部が実行する処理手順を示すフローチャート（その１）である。 図７Ｂは、実施形態に係るレーダ装置の信号処理部が実行する処理手順を示すフローチャート（その２）である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するレーダ装置および物標検出方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、本実施形態に係る物標検出方法の概要について図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明した後に、本実施形態に係る物標検出方法を適用したレーダ装置１について、図２〜図７Ｂを用いて説明することとする。また、以下では、レーダ装置１がＦＣＭ方式であるものとする。

まず、本実施形態に係る物標検出方法の概要について図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、本実施形態に係る物標検出方法の概要説明図（その１）および（その２）である。

図１Ａに示すように、レーダ装置１は、たとえば自車両ＭＣのフロントグリル内などに搭載され、自車両ＭＣの進行方向に存在する物標を検出する。なお、レーダ装置１の搭載箇所は限定されるものではなく、たとえばフロントガラスやリアグリル、左右の側部（たとえば、左ドアミラーや右ドアミラー）など他の場所に搭載されていてもよい。

そして、本実施形態では、レーダ装置１は、ＦＣＭ方式である。ＦＣＭ方式は、周波数が連続的に増加または減少するチャープ波を生成する送信信号と物標によるチャープ波の反射波を受信して得られる受信信号とから生成されたチャープ波ごとのビート信号に対して２回のＦＦＴ処理（以下、「２次元ＦＦＴ処理」と記載する場合がある）を行って物標との距離および相対速度を検出する方式である。２次元ＦＦＴ処理については、図３Ａ等を用いて後述する。

ＦＣＭ方式は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式などに比して速度分解能に優れると言われ、チャープ波の数（チャープ数）を増やすことなどによって、速度分解能を上げることができる。

ところが、ＦＣＭ方式の場合でも、図１Ａに示すように、たとえば自車両ＭＣの物標検出範囲に駐停車中の車両などの静止物が存在し、かかる静止物の近傍を速度０．４ｍ／ｓの歩行者といった低速の移動物が存在した場合には、かかる静止物と低速の移動物とを速度分離できない場合がある。

この場合、２次元ＦＦＴ処理の結果として得られる、物標の速度に対応する周波数領域の周波数スペクトルにおいて、静止物を示すピークに低速の移動物を示すピークが埋もれた形となる。

そこで、本実施形態に係る物標検出方法では、これまで通り２次元ＦＦＴ処理からピーク抽出を行った後（ステップＳ１）、静止物相当のピークＳＰ（図１Ｂ参照）につき、埋もれ可能性（低速の移動物のピークが埋もれている可能性）を判定することとした（ステップＳ２）。

具体的にはまず、図１Ｂに示すように、２次元ＦＦＴ処理の結果、物標の距離および速度にそれぞれ対応する周波数領域の周波数スペクトルが得られる。かかる周波数スペクトルは、周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごとのパワー値（信号レベル）を示すものであって、物標の速度に対応する周波数領域においては周波数ビンは「速度ビン」とも呼ばれる。

そして、本実施形態に係る物標検出方法では、かかる速度ビンの周波数スペクトルにおいて、静止物相当のピークＳＰを推定する。これは、自車両ＭＣとほぼ逆向きの相対速度であるか否かによって推定することができる。

そして、本実施形態に係る物標検出方法では、ピークＳＰが、速度ビンの周波数スペクトルにおける当該ピークＳＰを基準とする所定範囲内にパワー値が所定の閾値以上である所定幅を有するならば、ピークＳＰに「埋もれ可能性あり」と判定する。

所定幅を有するか否かは、たとえば上述の所定範囲内において閾値以上のパワー値の速度ビンが所定数以上存在するか、より具体的な数値を挙げれば、たとえばピークＳＰの速度ビンから±３ビン以内に閾値以上の速度ビンが４つ以上存在するかといった判定条件によって判定することができる。

また、レーダ装置１のスキャン周期における、時間的に後の周期で、ピークＳＰからの所定範囲内に上述の閾値以上のパワー値を示す速度ビンが増えることによっても、上述の所定幅を有するか否かを判定することができる。これら埋もれ可能性を判定する埋もれ可能性判定処理については、図４等を用いた説明で後述する。

そして、本実施形態に係る物標検出方法ではさらに、図１Ａに示すように、ステップＳ２でピークＳＰに「埋もれ可能性あり」と判定された場合に、かかるピークＳＰを公知のＣａｐｏｎ法による再演算で速度分離することとした（ステップＳ３）。具体的には、本実施形態に係る物標検出方法では、ＦＦＴ処理よりも分解能が高いＣａｐｏｎ法により、１回目のＦＦＴ処理の結果（物標の距離に対応する周波数領域の周波数スペクトル）を用いてピークＳＰの周波数成分を再解析させ、ピークを再抽出させる。

このように、本実施形態では、抽出されたピークに対応する物標が静止物に相当するピークＳＰと推定される場合に、かかるピークＳＰが、物標の速度に対応する周波数領域における当該ピークＳＰを基準とする所定範囲内にパワー値が所定の閾値以上である所定幅を有するならば、ピークＳＰに低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定することとした。

そして、本実施形態では、ピークＳＰに「埋もれ可能性あり」の場合に、かかるピークＳＰにつき、ＦＦＴ処理よりも分解能が高いＣａｐｏｎ法によって再演算させ、ピークを再抽出させることとした。

したがって、本実施形態によれば、静止物の近傍に存在する低速の移動物の検出精度を向上させることができる。

以下、上述した物標検出方法を適用したレーダ装置１について、さらに具体的に説明する。

図２は、第１の実施形態に係るレーダ装置１のブロック図である。なお、図２では、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図２に図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

図２に示すように、レーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、処理部３０とを備え、自車両ＭＣの挙動を制御する車両制御装置２と接続される。

かかる車両制御装置２は、レーダ装置１による物標の検出結果に基づいて、ＰＣＳ（Pre-crash Safety System）やＡＥＢ(Advanced Emergency Braking System)などの車両制御を行う。なお、レーダ装置１は、車載レーダ装置以外の各種用途（たとえば、飛行機や船舶の監視など）に用いられてもよい。

送信部１０は、信号生成部１１と、発振器１２と、送信アンテナ１３とを備える。信号生成部１１はノコギリ波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発振器１２に供給する。発振器１２は、信号生成部１１で生成された変調信号に基づいて、時間の経過に従って周波数が増加するチャープ信号である送信信号を所定期間Ｔｃ（以下、チャープ期間Ｔｃと記載する）ごとに生成して、送信アンテナ１３へ出力する。なお、図２に示すように、発振器１２によって生成された送信信号は、後述するミキサ２２に対しても分配される。

送信アンテナ１３は、発振器１２からの送信信号を送信波へ変換し、かかる送信波を自車両ＭＣの外部へ出力する。送信アンテナ１３が出力する送信波は、チャープ期間Ｔｃごとに、時間の経過に従って周波数が増加または減少するチャープ波である。送信アンテナ１３から自車両ＭＣの外部、たとえば前方へ送信された送信波は、他の車両などの物標で反射されて反射波となる。

受信部２０は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ２１と、複数のミキサ２２と、複数のＡ／Ｄ変換部２３とを備える。ミキサ２２およびＡ／Ｄ変換部２３は、受信アンテナ２１ごとに設けられる。

各受信アンテナ２１は、物標からの反射波を受信波として受信し、かかる受信波を受信信号へ変換してミキサ２２へ出力する。なお、図２に示す受信アンテナ２１の数は４つであるが、３つ以下または５つ以上であってもよい。

受信アンテナ２１から出力された受信信号は、図示略の増幅器（たとえば、ローノイズアンプ）で増幅された後にミキサ２２へ入力される。ミキサ２２は、送信部１０から分配された送信信号と、受信アンテナ２１から入力される受信信号との一部をミキシングし不要な信号成分を除去してビート信号を生成し、Ａ／Ｄ変換部２３へ出力する。

ビート信号は、送信波と反射波との差分波であって、送信信号の周波数（以下、「送信周波数」と記載する）と受信信号の周波数（以下、「受信周波数」と記載する）との差となるビート周波数を有する。ミキサ２２で生成されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換部２３でデジタル信号に変換された後に、処理部３０へ出力される。

処理部３０は、送受信制御部３１と、信号処理部３２と、記憶部３３とを備える。信号処理部３２は、周波数解析部３２ａと、ピーク抽出部３２ｂと、埋もれ処理部３２ｃと、角度推定部３２ｄと、距離・相対速度演算部３２ｅとを備える。

記憶部３３は、履歴データ３３ａを記憶する。履歴データ３３ａは、信号処理部３２が周期的に実行する物標の検出に係る一連の信号処理における処理データの履歴である。

処理部３０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部３３に対応するＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ、その他の入出力ポート等を含むマイクロコンピュータであり、レーダ装置１全体を制御する。

かかるマイクロコンピュータのＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、送受信制御部３１、信号処理部３２として機能する。なお、送受信制御部３１、信号処理部３２は全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

送受信制御部３１は、送信部１０の信号生成部１１を制御し、信号生成部１１からノコギリ状に電圧が変化する変調信号を発振器１２へ出力させる。これにより、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号が発振器１２から送信アンテナ１３へ出力される。また、送受信制御部３１は、あわせて受信部２０を制御する。信号処理部３２は、一連の信号処理をレーダ装置１のスキャンごとに周期的に実行する。

周波数解析部３２ａは、各Ａ／Ｄ変換部２３から入力されるビート信号に基づいて２次元ＦＦＴ処理を行い、結果をピーク抽出部３２ｂへ出力する。ピーク抽出部３２ｂは、周波数解析部３２ａによる２次元ＦＦＴ処理の結果からピークを抽出し、抽出結果を埋もれ処理部３２ｃへ出力する。

また、ピーク抽出部３２ｂは、後述する埋もれ処理部３２ｃの埋もれ処理によるピーク再抽出分が反映された反映結果を埋もれ処理部３２ｃから受け取り、角度推定部３２ｄへ出力する。

ここで、説明を分かりやすくするために、信号処理部３２の前段処理から信号処理部３２におけるピーク抽出処理までの処理の流れを図３Ａ〜図３Ｄを用いて説明しておく。

図３Ａおよび図３Ｂは、信号処理部３２の前段処理から信号処理部３２におけるピーク抽出処理までの処理説明図（その１）および（その２）である。また、図３Ｃおよび図３Ｄは、ピーク抽出処理の処理説明図（その１）および（その２）である。なお、図３Ａは、２つの太い下向きの白色矢印で３つの領域に区切られているが、これら領域を上から順に、上段、中段、下段と記載する。

まず、送信部１０による送信処理、および、受信部２０による受信処理により、ビート信号が生成される点については既に述べた。これにより、図３Ａの上段に示すように、送信周波数ｆ_ＳＴと受信周波数ｆ_ＳＲとの差となるビート周波数ｆ_ＳＢ（＝ｆ_ＳＴ−ｆ_ＳＲ）を有するビート信号が、チャープ波ごとに生成される。なお、ここでは、１回目のチャープ波によって得られるビート信号を「Ｂ１」とし、２回目のチャープ波によって得られるビート信号を「Ｂ２」とし、ｐ回目のチャープ波によって得られるビート信号を「Ｂｐ」としている。

また、図３Ａの上段に示す例では、送信周波数ｆ_ＳＴは、チャープ波ごとに、基準周波数ｆ０から時間に伴って傾きθ（＝（ｆ１−ｆ０）／Ｔｍ）で増加し、最大周波数ｆ１に達すると基準周波数ｆ０に短時間で戻るノコギリ波状である。また、チャープ波の変調幅Δｆは、Δｆ＝ｆ１―ｆ０で表すことができる。

なお、図示していないが、送信周波数ｆ_ＳＴは、チャープ波ごとに、基準周波数ｆ０から最大周波数ｆ１へ短時間で到達し、かかる最大周波数ｆ１から時間に伴って傾きθ（＝（ｆ１−ｆ０）／Ｔｍ）で減少し、基準周波数ｆ０に達するノコギリ波状であってもよい。

このように生成され、入力される各ビート信号に対し、周波数解析部３２ａは、まず「１回目のＦＦＴ処理」を行う。上述したように、送信信号に基づく送信波は、送信アンテナ１３から送信され、かかる送信波が物標で反射して反射波となり、かかる反射波が受信波として受信アンテナ２１で受信されて受信信号として出力される。送信波が送信アンテナ１３から送信されてから受信信号が出力されるまでの期間は、物標とレーダ装置１との間の距離に比例して増減し、ビート信号の周波数であるビート周波数ｆ_ＳＢは、物標とレーダ装置１との間の距離に比例する。

そのため、ビート信号に対して１回目のＦＦＴ処理を行って生成したビート信号の周波数スペクトルには、物標との距離に対応する周波数ビン（以下、距離ビンｆｒと記載する場合がある）にピークが出現する。したがって、かかるピークが存在する距離ビンｆｒを特定することで、物標との距離を検出することができる。

なお、以下では、周波数解析部３２ａによる１回目のＦＦＴ処理における距離ビンｆｒの総数をｍ（ｍは自然数）とし、距離ビンｆｒは、周波数が低い方から順にｆｒ１〜ｆｒｍと表す場合がある。たとえば、最も周波数が低い距離ビンｆｒはｆｒ１であり、次に周波数が低い距離ビンｆｒはｆｒ２であり、最も周波数が高い距離ビンｆｒはｆｒｍである。

ところで、物標とレーダ装置１との間の相対速度がゼロである場合、受信信号にドップラー成分は生じず、各チャープ波に対応する受信信号間で位相は同じであるため、各ビート信号の位相も同じである。一方、物標とレーダ装置１との間の相対速度がゼロでない場合、受信信号にドップラー成分が生じ、各チャープ波に対応する受信信号間で位相が異なるため、時間的に連続するビート信号間にドップラ周波数に応じた位相の変化が現われる。

図３Ａの中段には、時間的に連続するビート信号（Ｂ１〜Ｂ８）の１回目のＦＦＴ処理結果とビート信号間のピークの位相変化の一例を示している。かかる例では、同一の距離ビンｆｒ１０にピークがあり、かかるピークの位相が変化していることを示している。

このように、物標とレーダ装置１との間の相対速度がゼロでない場合、ビート信号間において同じ物標のピークにドップラ周波数に応じた位相の変化が現われる。そこで、各ビート信号の１回目のＦＦＴ処理により得られる周波数スペクトルを時系列に並べて、図３Ａの下段に示すように「２回目のＦＦＴ処理」を行うことで、ドップラ周波数に対する周波数ビンにピークが出現する周波数スペクトルを得ることができる。かかるピークが出現した周波数ビン、すなわち速度ビンを検出することで、物標との相対速度を検出することができる。

２次元ＦＦＴ処理の結果例を図３Ｂに示す。ＦＣＭ方式では、かかる２次元ＦＦＴ処理の結果において、所定の閾値以上のパワー値を示すピークが存在する距離ビンおよび速度ビンの組み合わせが、ピークが存在する距離ビンおよび速度ビンの組み合わせとして特定される。そして、かかるピークが存在するとして特定された距離ビンおよび速度ビンの組み合わせに基づいて、物標との距離および相対速度が導出されることとなる。

なお、以下では、周波数解析部３２ａによる２回目のＦＦＴ処理における速度ビンｆｖの総数をｎ（ｎは自然数）とし、速度ビンｆｖは、周波数が低い方から順にｆｖ１〜ｆｖｎと表す場合がある。たとえば、最も周波数が低い速度ビンｆｖはｆｖ１であり、次に周波数が低い速度ビンｆｖはｆｒ２であり、最も周波数が高い速度ビンｆｖはｆｖｎである。

ピーク抽出部３２ｂは、このような２次元ＦＦＴ処理の結果を周波数解析部３２ａから取得し、かかる２次元ＦＦＴ処理の結果に基づいて、ピークが存在する距離ビンおよび速度ビンを特定する。

ピーク抽出部３２ｂは、距離ビンおよび速度ビンの組み合わせごとのパワー値であるｍ×ｎ個のＦ（ｆｒ、ｆｖ）のうち、所定の閾値以上であり、かつ、周囲のＦ（ｆｒ、ｆｖ）よりも大きい値を有する距離ビンおよび速度ビンを、ピークが存在する距離ビンおよび速度ビンとすることができる。たとえば、図３Ｃでは、Ｆ（５、５）が所定の閾値以上であり、隣接する４点のＦ（４、５）、Ｆ（５、４）、Ｆ（５、６）、Ｆ（６、５）よりも大きい値を有するならば、距離ビンｆｒ５および速度ビンｆｖ５の組み合わせがピーク位置Ｐｒｖと特定される。

図３Ｄには、２次元ＦＦＴ処理の結果を距離ビン側または速度ビン側からみた場合を模式的に示している。ピーク抽出部３２ｂは、特定したピーク位置Ｐｒｖに対して、図３Ｄに示すように、放物線近似でピークの頂点を推定し、ピークを抽出する。

図２の説明に戻り、つづいて埋もれ処理部３２ｃについて説明する。埋もれ処理部３２ｃは、ピーク抽出部３２ｂから入力された抽出結果に基づき、埋もれ処理を行う。埋もれ処理では、抽出されたピークに対応する物標が静止物に相当するピークＳＰと推定される場合に、かかるピークＳＰに「埋もれ可能性あり」か否かが判定される。

そして、埋もれ処理では、ピークＳＰに「埋もれ可能性あり」と判定される場合に、かかるピークＳＰにつき、１回目のＦＦＴ処理の結果を用いてＣａｐｏｎ法により再演算させ、その結果に基づいてピークを再抽出する。

より具体的に、図４〜図６Ｂを用いて説明する。図４は、埋もれ処理部３２ｃのブロック図である。また、図５Ａ〜図５Ｄは、埋もれ可能性判定処理の処理説明図（その１）〜（その４）である。また、図６Ａおよび図６Ｂは、ピーク再抽出処理の処理説明図（その１）および（その２）である。

図４に示すように、埋もれ処理部３２ｃは、埋もれ可能性判定部３２ｃａと、ピーク再抽出部３２ｃｂとを備える。埋もれ可能性判定部３２ｃａは、ピーク抽出部３２ｂの抽出結果に基づき、抽出されたピークに対応する物標が静止物に相当するピークＳＰと推定される場合に、かかるピークＳＰに「埋もれ可能性あり」か否かを判定する。

ここで、埋もれ可能性判定部３２ｃａは、ピークＳＰが、速度ビンの周波数スペクトルにおける当該ピークＳＰを基準とする所定範囲内にパワー値が所定の閾値以上である所定幅を有するならば、ピークＳＰに「埋もれ可能性あり」と判定する。

具体的には、図５Ａに示すように、埋もれ可能性判定部３２ｃａは、静止物相当と推定されるピークＳＰを基準とする速度ビンの所定範囲を設定する。図５Ａには、所定範囲が、ピークＳＰを基準として±３ビンである場合を示している。

そして、図５Ｂに示すように、埋もれ可能性判定部３２ｃａは、かかる所定範囲の閾値以上の速度ビンが所定数以上である場合に、埋もれ可能性ありと判定する。たとえば、図５Ｂには、所定数が４である場合に、所定範囲である±３ビン以内にパワー値が閾値以上である速度ビンが少なくとも４つあり（図中の丸印参照）、埋もれ可能性ありの判定条件を満たしている場合を示している。

また、埋もれ可能性判定部３２ｃａは、レーダ装置１のスキャン周期に応じて周期的に実行されるピーク抽出につき、時間的に後のピーク抽出結果において、ピークＳＰからの所定範囲内に閾値以上のパワー値の速度ビンが増えることによっても、埋もれ可能性ありと判定することができる。

たとえば、図５Ｃに、任意の１周期でのピーク抽出結果の一例を示す。図５Ｃに示すように、この時点で、距離ビンｆｒ（ｐ−１），ｆｒｐ，ｆｒ（ｐ＋３）にそれぞれ静止物に相当するピークＳＰが存在しているものとする。ピークＳＰに隣接した斜線部分は、ピークではないものの、所定の閾値以上のパワー値を有する速度ビンを示す。ピークＳＰの一部と言えることから、以下では、「部分ピーク」と記載する場合がある。

埋もれ可能性判定部３２ｃａは、各周期でのこのようなピーク抽出結果のうち、たとえば同一距離ビンごとのピークＳＰおよび部分ピークの個数（以下、「ピーク要素数」と記載する）をたとえば履歴データ３３ａなどに記憶させておく。ここで、図中のＭ１部に着目する。

そして、埋もれ可能性判定部３２ｃａは、図５Ｄに示すように、時間的に後の周期、すなわち過去の周期に対する最新の周期で、同一距離ビンのピーク要素数が増加したならば、静止物に近づいたがピークとしてはピークＳＰに埋もれた物標があると推定して、埋もれ可能性ありと判定する。

なお、自車両ＭＣに自車速度がある場合、物標に対する距離は変化するので、過去の周期と最新の周期で比較する距離ビンは、自車速度に応じて変化させる必要がある。すなわち、時間的な連続性を有する物標のピークは、前回の処理で検出されたピークの距離ビンと、今回の処理で検出されたピークの距離ビンとが異なるビンとなる場合がある。そのため、前回の処理と今回の処理の距離ビンの値に関わらず、時間的に連続する物標に関するピーク要素数の増加の有無が判定される。このように、同一物標に関する距離ビンにおけるピークＳＰのピーク要素数の時間的な変化によっても、埋もれ可能性を判定することができる。

図４の説明に戻り、つづいてピーク再抽出部３２ｃｂについて説明する。ピーク再抽出部３２ｃｂは、埋もれ可能性判定部３２ｃａから埋もれ可能性判定結果を受け取り、埋もれ可能性ありとされたピークＳＰにつき、Ｃａｐｏｎ法で周波数成分を再解析させて、ピークを再抽出させる。また、ピーク再抽出部３２ｃｂは、再抽出分の反映結果をピーク抽出部３２ｂへ出力する。

具体的には、図６Ａに示すように、ピーク再抽出部３２ｃｂは、埋もれ可能性ありと判定されたピークＳＰがある場合に、該当のピークＳＰにつき、周波数解析部３２ａによる１回目のＦＦＴ処理結果を用いてＣａｐｏｎ法で再演算し、ピークを再抽出する。そして、ピーク再抽出部３２ｃｂは、その再抽出分を、ピーク抽出部３２ｂの抽出結果に反映する。また、ピーク再抽出部３２ｃｂは、埋もれ可能性ありのピークＳＰがなければ、ピークの再抽出は行わずに、ピーク抽出部３２ｂの抽出結果をそのまま返す。

図６Ｂには、ピーク抽出につき、２次元ＦＦＴ処理による結果と、ピーク再抽出処理による結果との比較の一例を示している。ＦＦＴ処理よりも分解能が高いＣａｐｏｎ法によるピーク再抽出を行うことによって、２次元ＦＦＴ処理では１つのピークＳＰしか抽出されなかった場合でも、図６ＢのＭ２部に示すように、たとえば複数のピーク（ピークＰ１，Ｐ２）を抽出することができる。これにより、歩行者のような低速の移動物と静止物とを速度分離することが可能となる。すなわち、静止物の近傍に存在する低速の移動物の検出精度を向上させることができる。

なお、ピーク再抽出部３２ｃｂは、ピークの再抽出の結果、ピークＳＰにつきやはりピークは１つであれば、ピーク抽出部３２ｂの抽出結果をそのまま返す。

図２の説明に戻り、つづいて角度推定部３２ｄについて説明する。角度推定部３２ｄは、所定の方位演算処理により、ピーク抽出部３２ｂおよび埋もれ処理部３２ｃで抽出されたピークそれぞれに対応する反射波の到来角度、すなわち物標の存在する角度を推定する。

所定の方位演算処理には、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、または、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）などの公知の到来方向推定手法を用いて行うことができる。また、角度推定部３２ｄは、推定した物標それぞれの角度を距離・相対速度演算部３２ｅへ出力する。

距離・相対速度演算部３２ｅは、ピーク抽出部３２ｂおよび埋もれ処理部３２ｃによってピークが存在するとして特定された距離ビンおよび速度ビンの組み合わせに基づいて、物標との距離および相対速度を導出する。

また、距離・相対速度演算部３２ｅは、導出した物標との距離および相対速度、角度推定部３２ｄにより推定された物標の角度などを含む物標情報を、車両制御装置２へ出力する。

次に、本実施形態に係るレーダ装置１の信号処理部３２が実行する処理手順について、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明する。図７Ａは、実施形態に係るレーダ装置１の信号処理部３２が実行する処理手順を示すフローチャートである。また、図７Ｂは、埋もれ処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、ここでは、レーダ装置１のスキャン周期ごとに繰り返し実行される一連の信号処理の、スキャン１回分に対応する処理手順を示している。

図７Ａに示すように、まず周波数解析部３２ａが、周波数解析処理を実行する（ステップＳ１０１）。つづいて、ピーク抽出部３２ｂが、ピーク抽出処理を実行する（ステップＳ１０２）。

そして、埋もれ処理部３２ｃが、埋もれ処理を実行する（ステップＳ１０３）。ここで、図７Ｂに示すように、埋もれ処理では、まず埋もれ可能性判定部３２ｃａが、静止物相当のピークＳＰがあるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。

ここで、静止物相当のピークＳＰがあると判定された場合（ステップＳ２０１，Ｙｅｓ）、埋もれ可能性判定部３２ｃａは、ピークＳＰに埋もれ可能性ありか否かを判定する（ステップＳ２０２）。

ここで、ピークＳＰに埋もれ可能性ありと判定された場合（ステップＳ２０２，Ｙｅｓ）、ピーク再抽出部３２ｃｂが、当該ピークＳＰをＣａｐｏｎ法で再演算し（ステップＳ２０３）、ピークＳＰにつきピークを再抽出する。

そして、ピーク再抽出部３２ｃｂは、ピークの再抽出の結果、複数のピークありか否かを判定する（ステップＳ２０４）。ここで、複数のピークありと判定された場合（ステップＳ２０４，Ｙｅｓ）、ピーク再抽出部３２ｃｂは、静止物の近傍に低速の移動物ありと判定し（ステップＳ２０５）、ピーク抽出部３２ｂのピーク抽出結果に反映する（ステップＳ２０６）。そして、埋もれ処理部３２ｃは埋もれ処理を終了する。

なお、ステップＳ２０１、Ｓ２０２、Ｓ２０４で判定条件を満たさなかった場合（ステップＳ２０１，Ｎｏ／ステップＳ２０２，Ｎｏ／ステップＳ２０４，Ｎｏ）、埋もれ処理部３２ｃは埋もれ処理を終了する。

図７Ａに戻る。ステップＳ１０３の後、角度推定部３２ｄが、角度推定処理を実行する（ステップＳ１０４）。そして、距離・相対速度演算部３２ｅが、距離・相対速度演算処理を実行し（ステップＳ１０５）、信号処理部３２は、スキャン１回分の処理を終了する。

上述してきたように、本実施形態に係るレーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、周波数解析部３２ａ（「解析部」の一例に相当）と、ピーク抽出部３２ｂ（「抽出部」の一例に相当）と、埋もれ可能性判定部３２ｃａ（「判定部」の一例に相当）とを備える。

送信部１０は、周波数が連続的に増加または減少する送信信号によってチャープ波を送信する。受信部２０は、物標によるチャープ波の反射波を複数の受信アンテナ２１で受信した受信信号および送信信号からビート信号を生成する。

周波数解析部３２ａは、受信部２０によって生成されたビート信号に対して２次元ＦＦＴ処理を行う。ピーク抽出部３２ｂは、周波数解析部３２ａによる２次元ＦＦＴ処理の結果である周波数スペクトルにおいて信号レベルが所定の閾値以上のピークを抽出する。

埋もれ可能性判定部３２ｃａは、ピーク抽出部３２ｂによって抽出されたピークＳＰに対応する物標が静止物に相当すると推定される場合に、かかるピークＳＰが、物標の速度に対応する周波数領域における当該ピークＳＰを基準とする所定範囲内に、信号レベルが上記閾値以上である所定幅を有するならば、かかるピークＳＰに低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する。

したがって、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、静止物の近傍に存在する低速の移動物の検出精度を向上させることができる。

また、上記周波数スペクトルは、周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごとの信号レベルを示すものであって、埋もれ可能性判定部３２ｃａは、上記所定範囲内において上記閾値以上の信号レベルの速度ビン（「周波数ビン」の一例に相当）が所定数以上存在する場合に、低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する。したがって、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、静止物の近傍の低速の移動物の存在を推定することができる。すなわち、静止物の近傍に存在する低速の移動物の検出精度を向上させることができる。

また、ピーク抽出部３２ｂは、スキャン周期に応じて周期的にピークを抽出し、埋もれ可能性判定部３２ｃａは、時間的に後の周期でのピーク抽出部３２ｂによるピークの抽出結果において、静止物に相当すると推定されるピークＳＰと同一距離にあることを示し、かつ、上記閾値以上の信号レベルである速度ビンの個数が増えた場合に、ピークＳＰに低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する。したがって、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、静止物と同一距離の低速の移動物の存在を推定することができる。すなわち、静止物の近傍に存在する低速の移動物の検出精度を向上させることができる。

また、ピーク再抽出部３２ｃｂ（「再抽出部」の一例に相当）をさらに備える。ピーク再抽出部３２ｃｂは、埋もれ可能性判定部３２ｃａによってピークＳＰに低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定された場合に、上記２次元ＦＦＴ処理の１回目のＦＦＴ処理の結果を用いて、ＦＦＴ処理より分解能が高いＣａｐｏｎ法（「解析手法」の一例に相当）により、ピークＳＰの周波数成分を再解析させ、ピークを再抽出する。したがって、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、静止物と静止物の近傍に存在する低速の移動物とを速度分離することができる。すなわち、静止物の近傍に存在する低速の移動物の検出精度を向上させることができる。

なお、上述した実施形態では、埋もれ処理部３２ｃによる埋もれ処理が、ピーク抽出部３２ｂによるピーク抽出処理と角度推定部３２ｄによる角度推定処理との間で実行される例を挙げたが、埋もれ処理の順序を限定するものではない。たとえば、埋もれ処理が、角度推定処理と、距離・相対速度演算部３２ｅによる距離・相対速度演算処理との間で実行されてもよい。

また、上述した実施形態では、埋もれ可能性判定部３２ｃａにおける判定条件として、たとえば所定範囲を±３ビンや所定数を４などとしたが、無論、判定条件を限定するものではない。周波数分解能などに応じて調整された適正値であればよい。

また、上述した実施形態では、ピーク再抽出部３２ｃｂがＣａｐｏｎ法によりピークを再抽出する場合を例に挙げたが、ピークの周波数成分の解析手法を限定するものではない。たとえば、Ｃａｐｏｎ法と同じくビーム走査式のＢＦ（Beam Forming）法を用いてもよい。

また、上述した実施形態では、レーダ装置１は自車両ＭＣに設けられることとしたが、無論、車両以外の移動体、たとえば船舶や航空機等に設けられてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ レーダ装置
１０ 送信部
２０ 受信部
２１ 受信アンテナ
３２ 信号処理部
３２ａ 周波数解析部
３２ｂ ピーク抽出部
３２ｃ 埋もれ処理部
３２ｃａ 埋もれ可能性判定部
３２ｃｂ ピーク再抽出部
３２ｄ 角度推定部
３２ｅ 距離・相対速度演算部
３３ａ 履歴データ
ＭＣ 自車両
ＳＰ ピーク（静止物相当）

Claims (3)

1. 周波数が連続的に増加または減少する送信信号によってチャープ波を送信する送信部と、
   物標による前記チャープ波の反射波を複数の受信アンテナで受信した受信信号および前記送信信号からビート信号を生成する受信部と、
   前記受信部によって生成された前記ビート信号に対して２次元ＦＦＴ処理を行う解析部と、
   前記解析部による前記２次元ＦＦＴ処理の結果である周波数スペクトルにおいて信号レベルが所定の閾値以上のピークを抽出する抽出部と、
   前記抽出部によって抽出された前記ピークに対応する前記物標が静止物に相当すると推定される場合に、当該ピークが、前記物標の速度に対応する周波数領域における当該ピークを基準とする所定範囲内に、信号レベルが前記閾値以上である所定幅を有するならば、当該ピークに低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する判定部と
   を備え、
   前記周波数スペクトルは、周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごとの信号レベルを示すものであって、
   前記判定部は、
   前記所定範囲内において前記閾値以上の信号レベルの前記周波数ビンが所定数以上存在する場合に、前記低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定し、
   前記抽出部は、
   スキャン周期に応じて周期的に前記ピークを抽出し、
   前記判定部は、
   時間的に後の周期での前記抽出部による前記ピークの抽出結果において、前記静止物に相当すると推定される前記ピークと同一距離にあることを示し、かつ、前記閾値以上の信号レベルである前記周波数ビンの個数が増えた場合に、前記ピークに前記低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する
   ことを特徴とするレーダ装置。
2. 前記判定部によって前記ピークに前記低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定された場合に、前記２次元ＦＦＴ処理の１回目のＦＦＴ処理の結果を用いて、前記ＦＦＴ処理より分解能が高い解析手法により、前記ピークの周波数成分を再解析させ、前記ピークを再抽出する再抽出部
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 周波数が連続的に増加または減少する送信信号によってチャープ波を送信する送信工程と、
   物標による前記チャープ波の反射波を複数の受信アンテナで受信した受信信号および前記送信信号からビート信号を生成する受信工程と、
   前記受信工程によって生成された前記ビート信号に対して２次元ＦＦＴ処理を行う解析工程と、
   前記解析工程による前記２次元ＦＦＴ処理の結果である周波数スペクトルにおいて信号レベルが所定の閾値以上のピークを抽出する抽出工程と、
   前記抽出工程によって抽出された前記ピークに対応する前記物標が静止物に相当すると推定される場合に、当該ピークが、前記物標の速度に対応する周波数領域における当該ピークを基準とする所定範囲内に、信号レベルが前記閾値以上である所定幅を有するならば、当該ピークに低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する判定工程と
   を含み、
   前記周波数スペクトルは、周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごとの信号レベルを示すものであって、
   前記判定工程は、
   前記所定範囲内において前記閾値以上の信号レベルの前記周波数ビンが所定数以上存在する場合に、前記低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定し、
   前記抽出工程は、
   スキャン周期に応じて周期的に前記ピークを抽出し、
   前記判定工程は、
   時間的に後の周期での前記抽出工程における前記ピークの抽出結果において、前記静止物に相当すると推定される前記ピークと同一距離にあることを示し、かつ、前記閾値以上の信号レベルである前記周波数ビンの個数が増えた場合に、前記ピークに前記低速の移動物に対応するピークが埋もれている可能性があると判定する
   ことを特徴とする物標検出方法。

Images