JP6857971B2 - レーダ装置および信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置および信号処理方法に関する。

従来、たとえば自車両から送信波を送信し、当該送信波が物標で反射された反射波を受信することで、自車両から物標までの距離や自車両と物標との相対速度等を検出するレーダ装置が知られている。

かかるレーダ装置は、送信波と反射波との差分周波数から得られるピーク信号を抽出する場合に、前回処理で検出されたピーク信号に基づいて予測した今回のピーク信号（以下、予測ピーク信号と記載する）の周波数に基づく所定の周波数範囲内のピーク信号を抽出する。このように抽出されたピーク信号は、前回処理のピーク信号と同一物標に属するピーク信号（以下、履歴ピーク信号と記載する）である。

そして、かかるレーダ装置では、所定の周波数範囲内ピーク信号が存在しない場合、当該所定の周波数範囲を広げて履歴ピーク信号を再抽出する（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１１５１３７号公報

ところで所定の周波数範囲を広げてピーク信号を抽出する処理を行った場合、履歴ピーク信号ではないピーク信号を誤って抽出する可能性があった。このように履歴ピーク信号ではないピーク信号が、誤って履歴ピーク信号として抽出されると、実際に物標が存在する位置とは異なる位置に物標が検出されることとなる。そのため、所定の周波数範囲を広げる場合は、履歴ピーク信号を精度よく抽出する必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、履歴ピーク信号を精度よく抽出することができるレーダ装置および信号処理方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るレーダ装置は、抽出部と、予測部と、第１設定部と、第２設定部と、再抽出部とを備える。抽出部は、所定周期で周波数が変化する送信信号と、当該送信信号に基づく送信波が物標で反射した反射波を受信した受信信号との差分周波数から、第１範囲において、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間および前記周波数が下降する第２期間のそれぞれでピーク信号を抽出する。予測部は、前記抽出部が抽出した前回のピーク信号に基づいて今回のピーク信号を予測する。第１設定部は、前記予測部の予測結果に基づき前記第１範囲を設定する。第２設定部は、前記第２期間の前記第１範囲で前記ピーク信号を抽出した場合であって、前記第１期間の前記第１範囲で前記ピーク信号が抽出できなかった場合に、前記第１範囲と異なる第２範囲を設定する。再抽出部は、前記第２設定部が設定した前記第２範囲において前記第１期間の前記ピーク信号を抽出する。

本発明によれば、履歴ピーク信号を精度よく抽出することができる。

図１Ａは、実施形態に係る信号処理方法の概要を説明する図である。 図１Ｂは、実施形態に係る信号処理方法の概要を説明する図である。 図２は、実施形態に係るレーダ装置を示す図である。 図３Ａは、ピーク抽出部が行うＵＰピーク信号の抽出処理を説明する図である。 図３Ｂは、ピーク抽出部が行うＵＰピーク信号の抽出処理を説明する図である。 図３Ｃは、ピーク抽出部が行うＵＰピーク信号の抽出処理を説明する図である。 図４は、物標と方位角との対応関係を説明する図である。 図５は、本実施形態に係るレーダ装置の効果を説明する図である。 図６は、実施形態に係るレーダ装置が実行する信号処理の処理手順を示すフローチャートである。

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信号処理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。

まず、図１Ａおよび図１Ｂを用いて実施形態に係る信号処理方法について説明する。図１Ａおよび図１Ｂは、実施形態に係る信号処理方法の概要を説明する図である。なお、かかる信号処理方法は、図示しない車両Ｃに搭載されるレーダ装置によって実行されるものとする。

また、かかるレーダ装置は、いわゆるＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated−Continuous Wave）方式をとっており、反射波に基づいて物標Ｔの情報を生成する。ここでは、物標Ｔが車両Ｃの前方を走行する先行車両である場合について説明するが、これに限定されるものではない。たとえば、物標Ｔは、自車Ｃの後方を走行する後方車両や自転車、歩行者などの移動体であってもよく、また、たとえば路側帯や信号機やポール、ガードレールなどの静止物であってもよい。

ここで、従来のピーク信号の抽出方法について説明する。従来の抽出方法では、レーダ装置は、所定周期で周波数が変化する送信波を送信アンテナから送信し、物標Ｔによって当該送信波が反射した反射波を受信アンテナで受信する。

次に、レーダ装置は、送信波に対応する送信信号と、反射波に対応する受信信号とをミキシングしてビート信号を生成する。具体的には、レーダ装置は、所定周期で周波数が上昇する第１期間（以下、ＵＰ区間と記載する）と、周波数が下降する第２期間（以下、ＤＯＷＮ区間と記載する）とのそれぞれの区間における送信信号と受信信号との差分周波数（ビート周波数）に基づくビート信号を生成する。

レーダ装置は、ビート信号をＦＦＴ（Fast Fourier Transform）処理して周波数領域の信号（以下、周波数ビート信号と記載する）を生成し、当該周波数ビート信号からピーク信号を抽出する。レーダ装置は、所定条件に基づきＵＰ区間のピーク信号とＤＯＷＮ区間のピーク信号とをペアリングし、ペアデータを導出する。

ここで、レーダ装置は、過去に導出したペアデータに基づいて今回のピーク信号を予測ピーク信号として予測し、当該予測ピーク信号を含む幅Ｗ１の第１範囲Ｒ１に含まれるピーク信号を抽出する。なお、以下では図１Ａに示すピーク信号Ｓ１を１つの物標のＵＰ区間の履歴ピーク信号とし、ピーク信号Ｓ２を同一物標のＤＯＷＮ区間の履歴ピーク信号として説明する。また、ＵＰ区間の第１範囲Ｒ１を第１範囲Ｒ１ｕ、ＤＯＷＮ区間の第１範囲Ｒ１を第１範囲Ｒ１ｄとも記載する。

このとき、たとえば先行車両が急ブレーキをかけて急減速すると、後述するＦＭ−ＣＷ方式で物標を検出する原理により、図１Ａに示すように、ＤＯＷＮ区間のピーク信号Ｓ２は所定の周波数範囲Ｒ１ｄ内となり抽出され、ＵＰ区間のピーク信号Ｓ１が第１範囲Ｒ１ｕから外れてしまい抽出されない。このように、従来の抽出方法ではＵＰ区間のピーク信号Ｓ１が抽出できず、ペアデータを導出できない。

そこで、本実施形態に係る信号処理方法では、図１Ａに示すように、ＤＯＷＮ区間の第１範囲Ｒ１ｄ内でピーク信号Ｓ２が抽出されている場合で、ＵＰ区間の第１範囲Ｒ１ｕ内でピーク信号Ｓ１が抽出されていないときに、ＵＰ区間の第１範囲Ｒ１ｕの範囲を第２範囲Ｒ２に広げてピーク信号Ｓ１を抽出する。このため、ＵＰ区間の第２範囲Ｒ２の幅Ｗ２は、第１範囲Ｒ１ｕの幅Ｗ１よりも広い幅となる（Ｗ１＜Ｗ２）。

レーダ装置は、抽出したＵＰ区間のピーク信号Ｓ１とＤＯＷＮ区間のピーク信号Ｓ２とをペアリングしてペアデータを導出する。また、レーダ装置は、導出したペアデータに基づき物標Ｔの情報を生成する。

このように、本実施形態に係るレーダ装置は、第１範囲Ｒ１ｕでＵＰ区間のピーク信号Ｓ１を抽出できなかった場合に、第１範囲Ｒ１ｕより広い第２範囲Ｒ２でＵＰ区間のピーク信号Ｓ１を抽出する。これにより、たとえば物標Ｔである先行車両が急減速等を行った場合など、ピーク信号Ｓ１が第１範囲Ｒ１ｕから外れる場合であっても高精度にピーク信号Ｓ１を抽出することができる。以下、かかる信号処理方法を実行するレーダ装置についてさらに説明する。

図２は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１を示す図である。レーダ装置１は、信号処理装置１０と、送信部２０と、受信部３０とを備える。

送信部２０は、信号生成部２１と、発振器２２と、送信アンテナＴｘとを備える。信号生成部２１は、三角波状に波形が変化する変調信号を生成し、発振器２２へ供給する。

発振器２２は、信号生成部２１で生成された変調信号に基づいて連続波の信号を周波数変調した送信信号を生成し、送信アンテナＴｘに出力する。送信アンテナＴｘは、発振器２２から入力された送信信号を送信波として、たとえば自車Ｃの進行方向に向けて送信する。

受信部３０は、例えば４本の受信アンテナＲｘ１〜Ｒｘ４（以下、まとめて受信アンテナＲｘとも記載する）と、各受信アンテナＲｘに接続された個別受信部３１〜３４とを備える。受信アンテナＲｘは、送信波が物標Ｔに反射した反射波を受信信号として受信する。

個別受信部３１〜３４は、それぞれミキサ４１〜４４と、Ａ／Ｄ変換部５１〜５４とを備え、受信アンテナＲｘを介して受信した受信信号に対して各種処理を行う。ミキサ４１〜４４は、受信信号と発振器２２から入力される送信信号とをミキシングすることで、両信号の差分周波数を示すビート信号を生成する。Ａ／Ｄ変換部５１〜５４は、ミキサ４１〜４４が生成したビート信号をデジタル信号に変換し、信号処理装置１０に出力する。

なお、ここでは個別受信部３１〜３４がミキサ４１〜４４と、Ａ／Ｄ変換部５１〜５４とを備える場合について説明したがこれに限定されない。たとえば個別受信部３１〜３４が図示しない増幅器やフィルタを備えていてもよい。

信号処理装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および記憶部１９０などを備えた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。信号処理装置１０は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部１１０と、ＦＦＴ処理部１２０と、ピーク抽出部１３０と、静止物判定部１４０と、方位角算出部１５０と、ペアリング部１６０と、再ペア処理部１７０と、予測部１８０と、第１設定部２００とを備える。

送信制御部１１０は、送信部２０の信号生成部２１が変調信号を生成するタイミング等を制御する。ＦＦＴ処理部１２０は、個別受信部３１〜３４から出力されるビート信号に対してＦＦＴ処理を施すことで、ビート信号を周波数領域の周波数ビート信号に変換する。第１設定部２００は、予測部１８０が予測した予測ピーク信号に応じて所定の周波数範囲である第１範囲Ｒ１ｕ、Ｒ１ｄを設定する。

ピーク抽出部１３０は、第１設定部２００が設定した第１範囲Ｒ１ｕ、Ｒ１ｄにおいて、ＵＰ区間のピーク信号およびＤＯＷＮ区間のピーク信号を抽出する。具体的には、ピーク抽出部１３０は、たとえば周波数ビート信号のうち信号レベルの値が所定の閾値を超えるビート信号をピーク信号として抽出する。なお、以下、ＵＰ区間のピーク信号をＵＰピーク信号、ＤＯＷＮ区間のピーク信号をＤＮピーク信号と記載する。

また、履歴ピーク信号は上述のように所定の周波数範囲である第１範囲Ｒ１ｕ、Ｒ１ｄ、および第２範囲Ｒ２の少なくともいずれかの範囲内で抽出されたピーク信号であり、前回処理のピーク信号と同一物標に属するピーク信号である。履歴ピーク信号のうち、ＵＰ区間の履歴ピーク信号を履歴ＵＰピーク信号、ＤＯＷＮ区間の履歴ピーク信号を履歴ＤＮピーク信号と記載する。

ピーク抽出部１３０は、抽出したピーク信号のうち、ＵＰ区間の第１範囲Ｒ１ｕに含まれるＵＰピーク信号およびＤＯＷＮ区間の第１範囲Ｒ１ｄに含まれるＤＮピーク信号をペアリング部１６０に出力する。また、ピーク抽出部１３０は、抽出した全てのピーク信号を静止物判定部１４０および方位角算出部１５０に出力する。

静止物判定部１４０は、ピーク抽出部１３０が抽出したＵＰピーク信号とＤＮピーク信号との周波数差に応じて物標Ｔの相対速度を算出する。静止物判定部１４０は、自車両Ｃの車速の情報から、当該ＵＰピーク信号およびＤＮピーク信号が静止物に対応するピーク信号（以下、静止物ピーク信号と記載する）であるか否かを判定する。静止物判定部１４０は、判定結果を再ペア処理部１７０に出力する。なお、静止物判定部１４０は、自車両Ｃの車速に関する情報を、自車両Ｃの図示しない車速センサから取得するものとする。

方位角算出部１５０は、ＵＰ区間およびＤＯＷＮ区間それぞれにおいて、ピーク信号に基づいて方位角を算出する。方位角算出部１５０は、たとえばＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）法を用いた演算を行うことで方位角を算出する。方位角算出部１５０は、算出した方位角を再ペア処理部１７０に出力する。

ペアリング部１６０は、ＵＰピーク信号とＤＮピーク信号とをペアリングするペアリング処理を行う。ペアリング部１６０は、ピーク抽出部１３０が抽出した履歴ＵＰピーク信号と履歴ＤＮピーク信号とに対してペアリング処理を行う。ペアリング部１６０は、ペアリングを行った履歴ＵＰピーク信号および履歴ＤＮピーク信号のペア（以下、ペアデータと記載する）を予測部１８０に出力する。また、ペアリング処理部１６０は、履歴ＤＮピーク信号のうち、ペアリングが成立しなかった信号を再ペア処理部１７０に出力する。

再ペア処理部１７０は、ペアリング処理部１６０でペアリングが成立しなかった履歴ＤＮピーク信号が存在する場合に、再度ＵＰ区間のピーク信号を抽出し、ペアリング処理を行う。再ペア処理部１７０は、再抽出部１７１と第２設定部１７２と再ペアリング部１７３とを備える。

まず、ここで再ペア処理部１７０がＵＰ区間のピーク信号を再抽出する理由について説明する。まず、個別受信部３１〜３４で生成した周波数ビート信号ｆＢは、物標Ｔとの距離に比例する距離周波数ｆＲおよび物標Ｔとの間の相対速度に比例する速度周波数ｆＶを用いて、ｆＢ＝ｆＲ±ｆＶで表される。

したがって、ＵＰ区間のビート信号ｆｕｐおよびＤＯＷＮ区間のビート信号ｆｄｎは、それぞれｆｕｐ＝ｆＲ−ｆＶ、ｆｄｎ＝ｆＲ＋ｆＶで表される。

ここで、自車両Ｃが先行車両と同程度の速度で走行していたときに先行車両がたとえば急ブレーキをかけるなどして急減速した場合についてＦＭ−ＣＷ方式で物標を検出する処理の原理に基づいて考える。この場合、物標Ｔとの距離が大幅に減少し、相対速度が大幅に増加する。このとき、距離周波数ｆＲがＡだけ減少し、速度周波数ｆＶがＢだけ増加したものとする。

この場合、急減速後のＵＰ区間のビート信号ｆｕｐ２は、ｆｕｐ２＝ｆＲ−Ａ−（ｆＶ＋Ｂ）＝ｆＲ−ｆＶ−Ａ−Ｂとなり、急減速前のビート信号ｆｕｐより−Ａ−Ｂだけ変化する。一方、急減速後のＤＯＷＮ区間のビート信号ｆｄｎ２は、ｆｄｎ２＝ｆＲ−Ａ＋（ｆＶ＋Ｂ）＝ｆＲ−ｆＶ−Ａ＋Ｂとなり、急減速前のビート信号ｆｄｎより−Ａ＋Ｂだけ変化する。このことから、たとえば先行車両が急減速した場合、ＵＰ区間のビート信号がより大きく変化することがわかる。同様に、たとえば自車両Ｃが急ブレーキをかけて急減速した場合や先行車両が急加速した場合なども、ＵＰ区間のビート信号がより大きく変化する。

このように、先行車両が急加減速した場合、ＤＯＷＮ区間に比べてＵＰ区間の方が、ビート信号が大きく変化する。このため、ＵＰピーク信号はＤＮピーク信号に比べて変動しやすいが、第１範囲Ｒ１ｕから外れた場合でも第１範囲Ｒ１ｕ外の第１範囲Ｒ１ｕ近傍の周波数に存在する可能性が大きくなる。すなわち、ピーク抽出部１３０で履歴ＤＮピーク信号が抽出できたとしても、履歴ＵＰピーク信号が抽出されず、ペアリング部１６０でペアリングが成立しない履歴ＤＮピーク信号が発生しやすくなる。そこで、実施形態に係るレーダ装置１は、履歴ＤＯＷＮピーク信号が抽出されている場合で、履歴ＵＰピーク信号が抽出されていないときに、ＵＰ区間の第１範囲Ｒ１ｕの範囲を広げて第２範囲Ｒ２とする。

すなわち、先行車両が急加減速することで、ＤＯＷＮ区間では履歴ＤＯＷＮピーク信号が抽出され、ＵＰ区間では履歴ＵＰピーク信号が抽出されない状況が発生する。その場合、第１範囲Ｒ１ｕ外で第１範囲Ｒ１ｕ近傍の周波数に履歴ＵＰピーク信号が存在する。そのため、第１範囲Ｒ１ｕの範囲を広げて第２範囲Ｒ２とすることで、履歴ＵＰピーク信号を精度よく抽出できる。言い換えると、本来の履歴ＵＰピーク信号とは異なるピーク信号を誤って抽出することを防止できる。このように、本実施形態に係る再ペア処理部１７０では、ＵＰ区間のピーク信号を再抽出することで、ペアリングが成立しなかった履歴ＤＮピーク信号のペアリングを再度行うようにする。

なお、ＵＰピーク信号が第１範囲Ｒ１ｕから外れる場合は、上述した先行車両が急加減速する場合に限られない。たとえば、ビート信号の信号レベルが低下することで、第１範囲Ｒ１ｕからＵＰピーク信号が外れる場合もある。かかる場合について、図３Ａ〜図３Ｃを用いて説明する。図３Ａ〜図３Ｃは、ピーク抽出部１３０が行うＵＰピーク信号の抽出処理を説明する図である。

図３Ａに示すように、ピーク抽出部１３０は、周波数ビート信号の信号レベルと所定の閾値Ｔｈ１とを比較し、予測ピーク信号Ｐｂ１を含む第１範囲Ｒ１ｕにおいて履歴ＵＰピーク信号を抽出する。また、予測部１８０は、ピーク抽出部１３０が抽出した履歴ＵＰピーク信号に基づいて次回の予測ピーク信号Ｐｂ２を予測する。

しかしながら、図３Ｂに示すように、たとえば雑音の影響等でＵＰピーク信号の信号レベルが所定の閾値Ｔｈ１以下となった場合、ピーク抽出部１３０は履歴ＵＰピーク信号を抽出できなくなる。かかる場合、レーダ装置１は、予測ピーク信号Ｐｂ２を用いて物標Ｔの情報を導出することで、物標Ｔの導出結果の連続性を確保する処理、いわゆる外挿処理を行う。この場合、予測部１８０は、予測ピーク信号Ｐｂ２を用いて次回の予測ピーク信号Ｐｂ３の予測を行う。

このように、予測部１８０が予測ピーク信号Ｐｂ２に基づいて次回の予測ピーク信号Ｐｂ３の予測を行うと、実際の履歴ＵＰピーク信号を用いた予測より精度が低下する。そのため、図３Ｃに示すように、履歴ＵＰピーク信号Ｐ１が予測ピーク信号Ｐｂ３を含む第１範囲Ｒ１ｕから外れてしまうことがある。

このように、先行車両の急加減速によってピーク位置がずれるだけでなく、たとえばピークレベルが低いためにピーク抽出が行えず外挿処理を行うことで、履歴ＵＰピーク信号が第１範囲Ｒ１ｕから外れる場合がる。この場合も再ペア処理部１７０は、ＵＰ区間のピーク信号を再抽出することで、ペアリングが成立しなかった履歴ＤＮピーク信号のペアリングを再度行う。

図２に戻る。再ペア処理部１７０の再抽出部１７１は、第２設定部１７２が設定した第２範囲Ｒ２においてＵＰ区間のピーク信号を抽出する。再抽出部１７１は、たとえば第２範囲Ｒ２において所定の閾値を超えるビート信号をＵＰピーク信号（以下、再抽出ＵＰピーク信号と記載する）として抽出する。あるいは、ピーク抽出部１３０が抽出したＵＰピーク信号のうち第２範囲Ｒ２に含まれる信号を再抽出ＵＰピーク信号としてもよい。再抽出部１７１は、再抽出ＵＰピーク信号を再ペアリング部１７３に出力する。

第２設定部１７２は、履歴ＤＮピーク信号は抽出できたものの履歴ＵＰピーク信号が抽出できず、履歴ＤＮピーク信号のペアリングが成立しなかった場合に、第１範囲Ｒ１ｕより広い第２範囲Ｒ２を設定する。第２設定部１７２は、設定した第２範囲Ｒ２を再抽出部１７１に出力する。

たとえば第１範囲Ｒ１ｕが予測ピーク信号の周波数を中心にした６ＢＩＮ（低周波側および高周波側にそれぞれ３ＢＩＮずつ）の範囲であるものとする。この場合、第２設定部１７２は、たとえば予測ピーク信号の周波数を中心にした１２ＢＩＮ（低周波側および高周波側にそれぞれ６ＢＩＮずつ）の範囲に拡張した第２範囲Ｒ２を設定する。なお、１ＢＩＮは、約４６８Ｈｚである。

これにより、ピーク抽出部１３０で抽出できなかったＵＰピーク信号を再抽出部１７１で抽出できるようになり、ピーク抽出の精度を向上させることができる。

なお、第２設定部１７２が設定する第２範囲Ｒ２は、これに限定されない。たとえば、第２設定部１７２が、自車両Ｃと物標Ｔとの相対速度の変化に応じて第２範囲Ｒ２を設定するようにしてもよい。たとえば物標Ｔが急減速し、自車両Ｃとの相対速度が増加した場合、自車両Ｃと物標Ｔとの距離が短くなり履歴ＵＰピーク信号が低周波側に移動する。そこで、第２設定部１７２は、相対速度が増加した場合に低周波側の幅が高周波側の幅より大きい第２範囲Ｒ２を設定する。具体的には、第２設定部１７２は、たとえば予測ピーク信号の周波数に対して低周波側の幅が５ＢＩＮ、高周波側の幅が１ＢＩＮの範囲の第２範囲Ｒ２を設定する。

すなわち、第２範囲Ｒ２の幅は、第１範囲Ｒ１ｕの範囲の幅Ｗ１と同じ幅（６ＢＩＮの幅）であるが、第１範囲Ｒ１ｕでは予測ピーク信号の周波数を中心として低周波側および高周波側にそれぞれ均等（３ＢＩＮずつ）に広がるのに対して、第２範囲Ｒ２では上述のように予測ピーク信号の周波数を中心として、高周波側の広がりよりも低周波側の広がりを大きくすることとした。

これにより、ＵＰ区間の第１範囲Ｒ１ｕの範囲内でピーク信号が抽出されない場合であっても、第１範囲Ｒ１ｕ外で第１範囲Ｒ１ｕ近傍の周波数に存在する履歴ＵＰピーク信号を精度よく抽出できる。また、範囲全体の幅は変えることなく、物標の動作状況（距離・相対速度の状況）に応じて、変更前の第１範囲Ｒ１ｕの範囲と比べて、低周波側および高周波側のいずれか一方を広い範囲として他方を狭くすることで、本来履歴ＵＰピーク信号とは異なるピーク信号を誤って抽出することを確実に防止できる。

あるいは、第２設定部１７２は、相対速度が減少した場合に低周波側の幅が高周波側の幅より小さい第２範囲Ｒ２を設定する。具体的には、第２設定部１７２は、たとえば予測ピーク信号の周波数に対して低周波側の幅が１ＢＩＮ、高周波側の幅が５ＢＩＮの範囲の第２範囲Ｒ２を設定する。

なお、ここでは、第２設定部１７２が、相対速度に応じて第２範囲Ｒ２を設定する場合に、第１範囲Ｒ１の幅と同じ第２範囲Ｒ２を設定するとしたが、これに限定されない。たとえば、相対速度が所定値よりも大きい場合に、第２設定部１７２が、第１範囲Ｒ１ｕより広い第２範囲Ｒ２を設定するようにしてもよい。

再ペアリング部１７３は、再抽出部１７１で抽出した再抽出ＵＰピーク信号と、ピーク抽出部１３０で抽出した履歴ＤＮピーク信号とをペアリングする。再ペアリング部１７３は、たとえば再抽出ＵＰピーク信号がペアリング部１６０ですでにペアリングされているか否かを第１条件としてペアリングを行う。再ペアリング部１７３は、たとえば再抽出ＵＰピーク信号がペアリング部１６０ですでにペアリングされており、対応する履歴ＤＮピーク信号が存在する場合、再ペアリングを行わない。

また、再ペアリング部１７３は、たとえば第２範囲Ｒ２におけるＵＰピーク信号が静止物に対応するか否かを第２条件としてペアリングを行う。再ペアリング部１７３は、第２範囲Ｒ２におけるＵＰピーク信号が静止物に対応する場合、すなわち再抽出部１７１で抽出した再抽出ＵＰピーク信号が静止物に対応する場合に、当該再抽出ＵＰピーク信号と履歴ＤＮピーク信号との再ペアリングを行わない。

また、再ペアリング部１７３は、たとえば再抽出ＵＰピーク信号に対応する物標Ｔ１と履歴ＤＮピーク信号に対応する物標Ｔ２との車両Ｃの左右方向における差が所定値以下であるか否かを第３条件としてペアリングを行う。再ペアリング部１７３は、再抽出ＵＰピーク信号に対応する物標Ｔ１と履歴ＤＮピーク信号に対応する物標Ｔ２との車両Ｃの左右方向における差が所定値以下の場合にペアリングを行う。

たとえば所定値は、たとえば車両の幅に相当する１．８ｍであるものとする。物標Ｔ１と物標Ｔ２とが車両の幅以上に離れている場合、物標Ｔ１と物標Ｔ２は、たとえば先行車両とその隣車線を走行する車両のように異なる物標である可能性が高い。そこで、再ペアリング部１７３は、車両Ｃの左右方向における差が所定値より大きい場合は再ペアリングを行わないことで、隣接車両と先行車両とを誤ってペアリングしないようにする。

図４に示すように、物標Ｔ１と物標Ｔ２の左右方向における差は、再抽出ＵＰピーク信号の方位角および履歴ＤＮピーク信号の方位角によって算出できる。したがって、再ペアリング部１７３は、かかる方位角に応じて再抽出ＵＰピーク信号と履歴ＤＮピーク信号とのペアリングを行う。具体的に、たとえば再抽出ＵＰピーク信号の方位角がθ１、履歴ＤＮピーク信号の方位角が−θ２であり、自車両Ｃから物標Ｔ１までの距離がＬ１、物標Ｔ２までの距離がＬ２であった場合を考える。この場合、再ペアリング部１７３は、差Ｌ＝Ｌ１ｓｉｎθ１＋Ｌ２ｓｉｎθ２を算出し、算出した差Ｌが所定値以下の場合にペアリングを行う。

このように、再ペアリング部１７３が上述した第１〜第３条件を満たす場合に再ペアリングを行うことで、異なる物標に対応するピーク信号同士を誤ってペアリングするミスペアを抑制することができる。再抽出部１７１では、たとえば第１範囲Ｒ１ｕより広い第２範囲Ｒ２を用いて再抽出ＵＰピーク信号を抽出しているため、たとえば異なる物標に対応するピーク信号等を誤検出しやすくなる。そこで、再ペアリング部１７３では、条件を設けて再ペアリングを行うことで、ミスペアを抑制する。これにより、レーダ装置１のペアリング精度を向上させることができ、物標Ｔの検出精度を向上させることができる。なお、図４は、物標Ｔ１、Ｔ２と方位角θ１、θ２との対応関係を説明する図である。

図２に戻る。予測部１８０は、前回の履歴ピーク信号に基づいて今回の履歴ピーク信号を予測する。具体的には、予測部１８０は、ペアリング部１６０がペアリングした履歴ＵＰピーク信号および履歴ＤＮピーク信号に基づいて予測ピーク信号を生成する。また、予測部１８０は、再ペアリング部１７３が再ペアリングした再抽出ＵＰピーク信号および履歴ＤＮピーク信号に基づいて予測ピーク信号を生成する。予測部１８０は、予測ピーク信号を第１設定部２００に出力する。

記憶部１９０は、たとえば第１、第２範囲Ｒ１ｕ、Ｒ１ｄ、Ｒ２など、信号処理装置１０の各部の処理で用いる情報を記憶するとともに、各部の処理結果を記憶する。記憶部１９０は、たとえばＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）やフラッシュメモリ等である。

次に、図５を用いて第２範囲Ｒ２を用いて再ペアリングを行った場合と行わなかった場合の物標Ｔの検出結果について説明する。図５は、本実施形態に係るレーダ装置１の効果を説明する図である。なお、ここでは自車両Ｃが走行車両と同じ速度で当該先行車両を追従している場合について説明する。

図５に示すグラフの左縦軸は自車両Ｃから先行車両である物標までの距離を示しており、右縦軸は先行車両の車速の変化を示している。すなわち、先行車両と自車両Ｃとが速度Ｖで走行している場合に、先行車両の速度がＶ＋ΔＶに変化した場合の速度変化ΔＶを縦軸に示している。したがって、ΔＶが大きくなるほど相対速度は小さくなる。また横軸は時間を示している。

図５の白色の菱形は、再ペアリングを行わなかった場合にレーダ装置１が検出する先行車両との距離を示している。また、白色の四角は、再ペアリングを行わなかった場合にレーダ装置１が検出する速度変化ΔＶを示している。黒色の菱形は、再ペアリングを行った場合にレーダ装置１が検出する先行車両との距離を示している。また、黒色の四角は、再ペアリングを行った場合にレーダ装置１が検出する速度変化ΔＶを示している。

図５の白色の四角で示すように、再ペアリングを行わない場合、時刻ｔ１で先行車両が減速し速度変化ΔＶが低下しているが、時刻ｔ２以降は速度変化ΔＶがほぼ一定のまま変化せず、時刻ｔ３で速度変化ΔＶが検出できなくなっている。また、白色の菱形で示すように、先行車両との距離は、わずかに短くなっているがほぼ一定のまま時刻ｔ３以降検出できなくなっている。このようにレーダ装置１が再ペアリングを行わないと、先行車両が急加減速した場合の変化に対応できず、先行車両を見失ってしまう。

一方、再ペアリングを行う場合、黒色の四角で示すように、時刻ｔ１で先行車速が低下しても、レーダ装置１は時刻ｔ２以降に低下する速度変化ΔＶを検出することができ、時刻ｔ３以降も連続して速度変化ΔＶを検出することができる。また、先行車両との距離も時刻ｔ３以降連続して検出することができる。

このように、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、再ペアリングを行うことで、たとえば先行車両が減速する等して履歴ＵＰピーク信号を抽出できない場合であっても、区間Ｓに示すように、先行車両を見失うことなく距離および速度を検出することができる。また、履歴ＵＰピーク信号を抽出できない場合に外挿処理を行うため、図５に示すように、再ペアリングを行わないと先行車両を見失っていない時刻ｔ２から時刻ｔ３の間であっても、先行車両の距離および速度を正確に検出することができない。一方、レーダ装置１は、再ペアリングを行うことで、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間も先行車両の距離および速度をより正確に検出することができる。

次に、図６を用いて、実施形態に係るレーダ装置１が実行する信号処理の処理手順について説明する。図６は、実施形態に係るレーダ装置１が実行する信号処理の処理手順を示すフローチャートである。

図６に示すように、レーダ装置１は、送信信号と受信アンテナＲｘを介して受信した受信信号との差信号であるビート信号に対してＦＦＴ処理を行う（ステップＳ１０１）。次に、レーダ装置１は、ＦＦＴ処理後のビート信号からピーク信号を抽出する（ステップＳ１０２）。

レーダ装置１は、抽出したピーク信号のうち履歴ＵＰピーク信号と履歴ＤＮピーク信号とのペアリングを行う（ステップＳ１０３）。レーダ装置１は、ステップＳ１０３でペアリングが成立したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ペアリングが成立している場合（ステップＳ１０４；Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進む。

一方、履歴ＤＮピーク信号は抽出したが履歴ＵＰピーク信号が抽出できず、ペアリングが成立しなかった場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）、レーダ装置１は、ピーク信号を再抽出する範囲として第２範囲Ｒ２を設定する（ステップＳ１０５）。レーダ装置１は、設定した第２範囲Ｒ２においてＵＰピーク信号を再抽出する（ステップＳ１０６）。

レーダ装置１は、ステップＳ１０６で再抽出した再抽出ＵＰピーク信号と履歴ＤＮピーク信号との再ペアリングを行う（ステップＳ１０７）。レーダ装置１は、ペアリング結果に応じて次回の予測ピーク信号を生成し（ステップＳ１０８）、処理を終了する。

上述してきたように、実施形態に係るレーダ装置１は、第１範囲Ｒ１ｕで履歴ＵＰピーク信号が抽出できなかった場合に、第１範囲Ｒ１ｕとは異なる第２範囲Ｒ２で再抽出ＵＰピーク信号を抽出する。レーダ装置１は、再抽出ＵＰピーク信号と履歴ＤＮピーク信号との再ペアリングを行う。これにより、レーダ装置１は、ピーク信号を高精度に抽出することができる。

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置１は、ピーク抽出部（抽出部）１３０と、予測部１８０と、第１設定部２００と、第２設定部１７２と、再抽出部１７１と、を備える。ピーク抽出部（抽出部）１３０は、所定周期で周波数が変化する送信信号と、当該送信信号に基づく送信波が物標Ｔで反射した反射波を受信した受信信号との差分周波数から、第１範囲Ｒ１ｕ、Ｒ１ｄにおいて、送信信号の周波数が上昇する第１期間（ＵＰ区間）および周波数が下降する第２期間（ＤＯＷＮ区間）のそれぞれでピーク信号を抽出する。予測部１８０は、ピーク抽出部１３０が抽出した前回のピーク信号に基づいて今回のピーク信号を予測する。第１設定部２００は、予測部１８０の予測結果に基づき第１範囲Ｒ１ｕ、Ｒ１ｄを設定する。第２設定部１７２は、第２期間の第１範囲Ｒ１ｄでピーク信号を抽出した場合であって、第１期間の第１範囲Ｒ１ｕでピーク信号が抽出できなかった場合に、第１範囲Ｒ１ｕと異なる第２範囲Ｒ２を設定する。再抽出部１７１は、第２設定部１７２が設定した第２範囲Ｒ２において第１期間のピーク信号を抽出する。

これにより、レーダ装置１は、たとえば物標Ｔである先行車両が急減速等を行った場合など、ピーク信号が第１範囲Ｒ１ｕから外れる場合であっても高精度に履歴ピーク信号を抽出することができる。

また、上記実施形態に係るレーダ装置１の第２設定部１７２は、第１範囲Ｒ１ｕより広い第２範囲Ｒ２を設定する。

これにより、レーダ装置１は、第１範囲Ｒ１ｕでは抽出できなかった履歴ピーク信号を抽出できるようになり、高精度に履歴ピーク信号を抽出することができる。

また、上記実施形態に係るレーダ装置１の第２設定部１７２は、相対速度の変化に応じて第２範囲Ｒ２を設定する。

これにより、レーダ装置１は、相対速度に応じて、第１範囲Ｒ１ｕでは抽出できなかった履歴ピーク信号を抽出できるようになり、高精度に履歴ピーク信号を抽出することができる。

また、上記実施形態に係るレーダ装置１の第２設定部１７２は、相対速度が増加した場合に、予測部１８０が予測した今回のピーク信号に対して、低周波側の幅が高周波側の幅より大きい第２範囲Ｒ２を設定する。

これにより、レーダ装置１は、相対速度に応じて、第１範囲Ｒ１ｕでは抽出できなかった履歴ピーク信号を抽出できるようになり、効率的に履歴ピーク信号を抽出することができる。

また、上記実施形態に係るレーダ装置１の第２設定部１７２は、相対速度が減少した場合に、予測部１８０が予測した今回のピーク信号に対して、高周波側の幅が低周波側の幅より大きい第２範囲Ｒ２を設定する。

これにより、レーダ装置１は、相対速度に応じて、第１範囲Ｒ１ｕでは抽出できなかった履歴ピーク信号を抽出できるようになり、効率的に履歴ピーク信号を抽出することができる。

また、上記実施形態に係るレーダ装置１は、第２期間のピーク信号とピーク抽出部１３０で抽出した第１期間のピーク信号とをペアリングするペアリング部１６０と、第２期間のピーク信号と再抽出部１７１で抽出した第１期間のピーク信号とをペアリングする再ペアリング部１７３と、をさらに備える。

これにより、レーダ装置１は、再抽出したピーク信号のペアリングを行うことができ、ペアリング精度を向上させることができるとともに、物標Ｔの情報を生成する精度を向上させることができる。

また、上記実施形態に係るレーダ装置１の再ペアリング部１７３は、ピーク抽出部１３０が第２期間の第１範囲Ｒ１においてピーク信号を抽出した場合に、当該ピーク信号と再抽出部１７１で抽出した第１期間のピーク信号とをペアリングする。

これにより、レーダ装置１は、再ペアリング時のミスペアを抑制することができ、ペアリング精度を向上させることができる。

また、上記実施形態に係るレーダ装置１の再ペアリング部１７３は、再抽出部１７１で抽出した第１期間のピーク信号が静止物でない場合、当該ピーク信号と第２期間のピーク信号とのペアリングを行う。

これにより、レーダ装置１は、再ペアリング時のミスペアを抑制することができ、ペアリング精度を向上させることができる。

また、上記実施形態に係るレーダ装置１の再ペアリング部１７３は、再抽出部１７１で抽出した第１期間のピーク信号に対応する方位角と、抽出部１３０が抽出した第２期間のピーク信号に対応する方位角とに応じて、ペアリングを行う。

これにより、レーダ装置１は、再ペアリング時のミスペアを抑制することができ、ペアリング精度を向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、第１範囲Ｒ１ｕ、Ｒ１ｄ、および２範囲Ｒ２の少なくともいずれかの範囲内に存在するピーク信号は１つと仮定し、範囲内の１つのピークを抽出することについて説明した。これに対して、いずれかの範囲内に複数のピーク信号が存在する場合は、予測ピーク信号の周波数との差が最も小さいピーク信号を抽出する。

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 信号処理装置
２０ 送信部
３０ 受信部
１３０ ピーク抽出部
１６０ ペアリング部
１７０ 再ペア処理部
１７１ 再抽出部
１７２ 第２設定部
１７３ 再ペアリング部
１８０ 予測部
２００ 第１設定部

Claims (9)

1. 所定周期で周波数が変化する送信信号と、当該送信信号に基づく送信波が物標で反射した反射波を受信した受信信号との差分周波数に基づいて生成したビート信号から、第１周波数範囲において、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間および前記周波数が下降する第２期間のそれぞれで、前記ビート信号の信号レベルの値が所定の閾値を超える前記ビート信号をピーク信号として抽出する抽出部と、
   前記抽出部が抽出した前回のピーク信号に基づいて今回のピーク信号を予測する予測部と、
   前記予測部の予測結果に基づき前記第１周波数範囲を設定する第１設定部と、
   前記第２期間の前記第１周波数範囲で前記ピーク信号を抽出した場合であって、前記第１期間の前記第１周波数範囲で前記ピーク信号が抽出できなかった場合に、前記第１周波数範囲と異なる第２周波数範囲を設定する第２設定部と、
   前記第２設定部が設定した前記第２周波数範囲において前記第１期間の前記ピーク信号を抽出する再抽出部と、
   を備え、
   前記第２設定部は、
   前記物標との間の相対速度が増加した場合に、前記予測部が予測した前記今回のピーク信号に対して、低周波側の幅が高周波側の幅より大きい前記第２周波数範囲を設定することを特徴とするレーダ装置。
2. 所定周期で周波数が変化する送信信号と、当該送信信号に基づく送信波が物標で反射した反射波を受信した受信信号との差分周波数に基づいて生成したビート信号から、第１周波数範囲において、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間および前記周波数が下降する第２期間のそれぞれで、前記ビート信号の信号レベルの値が所定の閾値を超える前記ビート信号をピーク信号として抽出する抽出部と、
   前記抽出部が抽出した前回のピーク信号に基づいて今回のピーク信号を予測する予測部と、
   前記予測部の予測結果に基づき前記第１周波数範囲を設定する第１設定部と、
   前記第２期間の前記第１周波数範囲で前記ピーク信号を抽出した場合であって、前記第１期間の前記第１周波数範囲で前記ピーク信号が抽出できなかった場合に、前記第１周波数範囲と異なる第２周波数範囲を設定する第２設定部と、
   前記第２設定部が設定した前記第２周波数範囲において前記第１期間の前記ピーク信号を抽出する再抽出部と、
   を備え、
   前記第２設定部は、
   前記物標との間の相対速度が減少した場合に、前記予測部が予測した前記今回のピーク信号に対して、高周波側の幅が低周波側の幅より大きい前記第２周波数範囲を設定することを特徴とするレーダ装置。
3. 前記第２設定部は、
   前記第１周波数範囲より広い前記第２周波数範囲を設定すること
   を特徴とする請求項１又は２に記載のレーダ装置。
4. 前記第２期間の前記ピーク信号と前記抽出部で抽出した前記第１期間の前記ピーク信号とをペアリングするペアリング部と、
   前記第２期間の前記ピーク信号と前記再抽出部で抽出した前記第１期間の前記ピーク信号とをペアリングする再ペアリング部と、をさらに備えること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
5. 前記再ペアリング部は、
   前記抽出部が前記第２期間の前記第１周波数範囲において前記ピーク信号を抽出した場合に、当該ピーク信号と前記再抽出部で抽出した前記第１期間の前記ピーク信号とをペアリングすること
   を特徴とする請求項４に記載のレーダ装置。
6. 前記再ペアリング部は、
   前記再抽出部で抽出した前記第１期間の前記ピーク信号が静止物でない場合、当該ピーク信号と前記第２期間の前記ピーク信号とのペアリングを行うこと
   を特徴とする請求項４または５に記載のレーダ装置。
7. 前記再ペアリング部は、
   前記再抽出部で抽出した前記第１期間の前記ピーク信号に対応する方位角と、前記抽出部が抽出した前記第２期間の前記ピーク信号に対応する方位角とに応じて、ペアリングを行うこと
   を特徴とする請求項４、５または６に記載のレーダ装置。
8. 所定周期で周波数が変化する送信信号と、当該送信信号に基づく送信波が物標で反射した反射波を受信した受信信号との差分周波数に基づいて生成したビート信号から、第１周波数範囲において、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間および前記周波数が下降する第２期間のそれぞれで、前記ビート信号の信号レベルの値が所定の閾値を超える前記ビート信号をピーク信号として抽出する抽出工程と、
   前記抽出工程で抽出した前回のピーク信号に基づいて今回のピーク信号を予測する予測工程と、
   前記予測工程の予測結果に基づき前記第１周波数範囲を設定する第１設定工程と、
   前記第２期間の前記第１周波数範囲で前記ピーク信号を抽出した場合であって、前記第１期間の前記第１周波数範囲で前記ピーク信号が抽出できなかった場合に、前記第１周波数範囲と異なる第２周波数範囲を設定する第２設定工程と、
   前記第２設定工程で設定した前記第２周波数範囲において前記第１期間の前記ピーク信号を抽出する再抽出工程と、
   を含み、
   前記第２設定工程は、
   前記物標との間の相対速度が増加した場合に、前記予測工程で予測した前記今回のピーク信号に対して、低周波側の幅が高周波側の幅より大きい前記第２周波数範囲を設定することを特徴とする信号処理方法。
9. 所定周期で周波数が変化する送信信号と、当該送信信号に基づく送信波が物標で反射した反射波を受信した受信信号との差分周波数に基づいて生成したビート信号から、第１周波数範囲において、前記送信信号の周波数が上昇する第１期間および前記周波数が下降する第２期間のそれぞれで、前記ビート信号の信号レベルの値が所定の閾値を超える前記ビート信号をピーク信号として抽出する抽出工程と、
   前記抽出工程で抽出した前回のピーク信号に基づいて今回のピーク信号を予測する予測工程と、
   前記予測工程の予測結果に基づき前記第１周波数範囲を設定する第１設定工程と、
   前記第２期間の前記第１周波数範囲で前記ピーク信号を抽出した場合であって、前記第１期間の前記第１周波数範囲で前記ピーク信号が抽出できなかった場合に、前記第１周波数範囲と異なる第２周波数範囲を設定する第２設定工程と、
   前記第２設定工程で設定した前記第２周波数範囲において前記第１期間の前記ピーク信号を抽出する再抽出工程と、
   を含み、
   前記第２設定工程は、
   前記物標との間の相対速度が減少した場合に、前記予測工程で予測した前記今回のピーク信号に対して、高周波側の幅が低周波側の幅より大きい前記第２周波数範囲を設定することを特徴とする信号処理方法。

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