JP6858093B2 - レーダ装置および物標検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置および物標検出方法に関する。

近年、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提案されている(例えば、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により生成されたビート信号の周波数および位相変化から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

かかるレーダ装置では、例えば、強反射物のピークが存在する場合に、かかるピークと同一距離において位相雑音等に基づくノイズピークの信号強度が上昇し、かかるノイズピークを誤抽出するおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位相雑音に基づくノイズピークの誤抽出を抑制す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。

実施形態に係るレーダ装置は、送信部と、受信部と、変換部と、設定部と、ピーク抽出部とを備える。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。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と前記送信信号とから前記受信アンテナ毎にビート信号を生成する。変換部は、前記受信部によって生成された前記ビート信号を物標との距離および相対速度に対する信号強度の分布を示す周波数スペクトルへ変換する。設定部は、前記変換部によって変換された前記周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値に基づいて相対速度に対するピーク抽出の第１閾値を当該距離毎に設定する。ピーク抽出部は、前記設定部によって設定された前記第１閾値を超えるピークを物標のピークとして前記周波数スペクトルから抽出する。

実施形態の一態様に係るレーダ装置および物標検出方法によれば、位相雑音に基づくノイズピークの誤抽出を抑制することができる。

図１Ａは、車両に搭載されたレーダ装置と物標との位置関係の一例を示す図である。 図１Ｂは、物標検出方法の概要を示す図である。 図２は、レーダ装置のブロック図である。 図３は、送信周波数と受信周波数とビート周波数との関係の一例を示す図である。 図４は、一つのビート信号に対してＦＦＴ処理を行った結果を示す図である。 図５は、時間的に連続するビート信号の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す図である。 図６は、特定の距離における周波数スペクトルを示す図である。 図７は、算出部による処理の具体例を示す図である。 図８Ａは、偏差閾値の設定処理の具体例を示す図（その１）である。 図８Ｂは、第１閾値および第２閾値の具体例を示す図（その２）である。 図９Ａは、レーダ装置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９Ｂは、レーダ装置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。 図１０は、変形例に係る偏差の算出処理の具体例を示す図である。

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。

まず、図１Ａおよび図１Ｂを用いて実施形態に係るレーダ装置による物標検出方法の概要について説明する。図１Ａは、車両に搭載されたレーダ装置と物標との位置関係の一例を示す図である。図１Ｂは、物標検出方法の概要を示す図である。

図１Ａに示すように、実施形態に係るレーダ装置１は、自動車などの自車両ＭＣに搭載されており、前方の物標（例えば、他車両、歩行者、ガードレールなどの静止物など）を検出する。

レーダ装置１は、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検出範囲Ｌ内に存在する各物標との距離および相対速度を検出するＦＣＭ（Fast Chirp Modulation）方式のレーダ装置である。

レーダ装置１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毎のビート信号に対して２次元高速フーリエ変換（Fast Fourier Transform）処理（以下、２次元ＦＦＴ処理と記載する）を行って物標との距離および相対速度を導出する。

具体的には、２次元ＦＦＴ処理において、１回目の高速フーリエ変換（以下、ＦＦＴ処理と記載する）によって物標との距離を導出し、２回目のＦＦＴ処理によって物標との相対速度を導出する。

ここで、２回目のＦＦＴ処理では、ビート信号毎の位相差に基づいて物標との相対速度を導出する。このため、例えば、チャープ波の送信時において位相雑音（デバイスの持つ固有のランダムな雑音。例えば、熱雑音やチャープ波の送信タイミングのズレ等）が発生した場合、相対速度に関するビート信号には物標との相対速度に基づく位相差に加え、位相雑音に基づく位相差が現れる。

そして、ある距離ＢＩＮの相対速度に関するビート信号で信号強度が所定値以上となる比較的強い信号強度のピーク（反射波のパワーが大きい大型車両（例えば、トラックやバス等）に関するピーク）が検出されている場合、この相対速度に関するビート信号の信号強度(パワー)が相対的に上昇する。このため、従来技術では、相対速度に関するビート信号において位相雑音に基づくノイズピークの信号強度も上昇し、当該ノイズピークを物標のピークとして誤抽出するおそれがあった。

そこで、実施形態に係る物標検出方法では、位相雑音の影響により所定の距離周波数ごと（距離ＢＩＮごと）に導出される相対速度に関するビート信号にノイズピークが発生する点に着目し、所定の距離周波数毎に相対速度に関するビート信号におけるピーク抽出の第１閾値Ｔｈ１を設定することとした。

以下、図１Ｂを用いて実施形態に係る物標検出方法の概要について説明する。なお、図１Ｂは、２次元ＦＦＴ処理の結果である周波数スペクトルを示し、物標が存在する特定の距離におけるスペクトルを断面的に示す。

また、図１Ｂでは、かかる周波数スペクトルにおいて強反射物のピークＰ１が存在する場合を実線で示し、比較のためにピークＰ１が存在しない場合の周波数スペクトルを破線で示す。

図１Ｂに示すように、強反射物に基づくピークＰ１が存在する場合、ピークＰ１が存在しない場合に比べて相対的に周波数スペクトルのパワーが上昇する。

すなわち、ピークＰ１が存在する場合、位相雑音の影響によりピークＰ１の近傍距離における周波数スペクトルのパワーが相対的に上昇する。このため、かかる近傍距離における距離ＢＩＮのパワーの平均値が高くなる。なお、１ＢＩＮは、４６８Ｈｚである。

一方、ピークＰ１が存在する場合とは対照的に、近傍距離にピークＰ１のような強反射物が存在しない場合では、破線で示すように位相雑音の影響を受けたノイズピークのパワーが上昇しない。このため、かかるノイズピークは、パワーが小さく、物標のピークとして抽出されにくい。

そこで、物体検出方法では、距離毎のパワーの平均値に基づいて第１閾値Ｔｈ１を距離毎に設定する。これにより、ピークＰ１が存在し、ピークＰ１の近傍周波数（例えば、±５ＢＩＮの周波数範囲）のパワーが上昇する場合であっても、位相雑音に基づくノイズピークを排除しつつ、ピークＰ１のみを抽出する第１閾値Ｔｈ１ａを設定することが可能となる。

このように、実施形態に係る物標検出方法では、距離ＢＩＮ毎に相対速度（速度ＢＩＮ）に対するピーク抽出の第１閾値Ｔｈ１を設定することで、位相雑音に基づくノイズピークの誤抽出を抑制することが可能となる。

次に、図２を用いて実施形態に係るレーダ装置１の構成について説明する。図２は、レーダ装置１のブロック図である。なお、図２には、レーダ装置１に加え、車両制御装置２を併せて示す。

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（例えば、飛行機や船舶の監視等）に用いられてもよい。

レーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、処理部３０とを備える。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へ供給する。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チャープ信号である送信信号ＳＴを生成して、送信アンテナ１３へ出力する。

送信アンテナ１３は、発振器１２から入力される送信信号ＳＴを送信波ＳＷへ変換し、かかる送信波ＳＷ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ＳＷは、いわゆるチャープ波である。送信アンテナ１３から自車両ＭＣの前方に送信された送信波ＳＷは、他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２１ａ〜２１ｄ、ミキサ２２ａ〜２２ｄおよびＡ／Ｄ変換器２３ａ〜２３ｄを備える。各受信アンテナ２１は物標からの反射波を受信波ＲＷとして受信し、かかる受信波ＲＷを受信信号ＳＲへ変換して受信アンテナ２１毎に設けられたミキサ２２へそれぞれ出力する。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。

各受信アンテナ２１から出力された受信信号ＳＲは、不図示の増幅器（例えば、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、送信信号ＳＴと受信信号ＳＲ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ＳＢを生成し、Ａ／Ｄ変換器２３へ出力する。

これにより、送信信号ＳＴの周波数ｆ_ＳＴ（以下、送信周波数ｆ_ＳＴと記載する）と受信信号ＳＲの周波数ｆ_ＳＲ（以下、受信周波数ｆ_ＳＲと記載する）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ＳＢが生成される。ミキサ２２で生成されたビート信号ＳＢは、Ａ／Ｄ変換器２３でデジタルの信号へ変換された後に処理部３０に出力される。

図３は、送信周波数ｆ_ＳＴと、受信周波数ｆ_ＳＲと、ビート周波数ｆ_ＳＢとの関係の一例を示す図である。図３に示すように、ビート信号ＳＢは、チャープ波毎に生成される。

また、図３に示す例では、送信周波数ｆ_ＳＴは、チャープ波毎に、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。なお、送信周波数ｆ_ＳＴは、チャープ波毎に基準周波数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（＝（ｆ０−ｆ１）／Ｔｍ）で減少するノコギリ波状であってもよい。

図２の説明に戻り、処理部３０について説明する。処理部３０は、送信制御部３１および信号処理部３２を備える。信号処理部３２は、変換部３３、算出部３５、ピーク抽出部３６、距離・相対速度演算部３７および方位演算部３８を備える。

かかる処理部３０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、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、送信制御部３１および信号処理部３２として機能する。なお、送信制御部３１および信号処理部３２のうち少なくとも一部または全部を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ＳＴが発振器１２から送信アンテナ１３へ出力される。

変換部３３は、各Ａ／Ｄ変換器２３から出力されるビート信号ＳＢに対してそれぞれ２次元高速フーリエ変換処理を行う。すなわち、変換部３３は、受信部２０によって生成されたビート信号を物標との距離および相対速度に対する信号強度(パワー)の分布を示す周波数スペクトルへ変換する。

また、変換部３３は、受信アンテナ２１毎に得られる周波数スペクトルの信号強度を平均化し、平均化した周波数スペクトルを設定部３４へ出力する。また、変換部３３は、平均化する前の受信アンテナ２１毎のそれぞれの周波数スペクトルを算出部３５へ出力する処理を行う。

ここで、ＦＣＭ方式のレーダ装置における物標との距離および相対速度の検出原理について説明する。上述したように、送信信号ＳＴに基づく送信波ＳＷは、送信アンテナ１３から送信され、かかる送信波ＳＷが物標で反射して反射波となり、かかる反射波が受信波ＲＷとして受信アンテナ２１で受信されて受信信号ＳＲとして出力される。

ビート信号ＳＢの周波数は、物標とレーダ装置１との間の距離に比例して増減し、物標とレーダ装置１との間の距離（以下、物標との距離と記載する）に比例する。

このため、ビート信号ＳＢに対してＦＦＴ処理を行うことで物標との距離に対応する周波数ＢＩＮ（以下、距離ＢＩＮと記載する場合がある）にピークが出現する。かかるピークが存在する距離ＢＩＮ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。

図４は、一つのビート信号ＳＢに対してＦＦＴ処理を行った結果を示す図であり、横軸を周波数として、縦軸をパワーの大きさとしている。図４に示す例では、距離ＢＩＮｆｒ１０にピークが出現しており、距離ＢＩＮｆｒ１０に対応する距離に物標が存在することを示す。

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ＳＲにドップラ成分は生じず、各チャープ波に対応する受信信号ＳＲ間で位相は同じであるため、各ビート信号ＳＢ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ＳＲにドップラ成分が生じ、各チャープ波に対応する受信信号ＳＲ間で位相が異なるため、時間的に連続するビート信号ＳＢ間にドップラ周波数に応じた位相の変化が現われる。

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ＳＢ間において同一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ＳＢをＦＦＴ処理して得られる周波数スペクトルを時系列に並べて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ＢＩＮ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ＢＩＮ（以下、速度ＢＩＮと記載する場合がある）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。

図５は、時間的に連続するビート信号ＳＢのＦＦＴ処理結果とビート信号ＳＢ間のピークの位相変化の一例を示す図である。図５に示す例では、距離ＢＩＮｆｒ１０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、ビート信号ＳＢに対して２回のＦＦＴ処理を行い、ピークが存在する距離ＢＩＮおよび速度ＢＩＮを検出することで、物標との距離および相対速度を検出することができる。

図２の説明に戻り、設定部３４について説明する。設定部３４は、変換部３３によって変換された周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値に基づいて相対速度に対するピーク抽出の第１閾値Ｔｈ１を設定する。
また、設定部３４は、第１閾値Ｔｈ１よりも低い第２閾値Ｔｈ２を距離毎に設定する。設定部３４は、設定した第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２に関する情報を算出部３５へ出力する。

ここで、図６を用いて設定部３４による処理の具体例について説明する。図６は、特定の距離における周波数スペクトルを示す図である。

図６に示すように、まず、設定部３４は、各速度ＢＩＮのパワーの平均値Ａｖを算出する。例えば、設定部３４は、各速度ＢＩＮにおけるパワーの総和を算出し、かかる総和を速度ＢＩＮ数で除算することで距離ＢＩＮ毎の平均値Ａｖを算出する。なお、平均値Ａｖは、１回目のＦＦＴ処理で得られるスペクトルの距離ＢＩＮ毎のパワーを速度ＢＩＮの数でそれぞれ除算した値であってもよい。

続いて、設定部３４は、平均値Ａｖに所定の値α１を加算して第１閾値Ｔｈ１を設定する。ここで、所定の値α１とは、フロアノイズのバラつきに基づいて設定される値である。フロアノイズは、例えばレーダ装置１において、信号が入力されていない場合でも発生するノイズである。そのため、このようなノイズの値を実験的に算出し、その値を所定の値α１として平均値Ａｖに加算する。

仮に、所定の値α１を加算せず、平均値Ａｖをそのまま第１閾値Ｔｈ１に設定した場合を想定する。この場合、フロアノイズが大きいときには、フロアノイズによりノイズピークのパワーが第１閾値Ｔｈ１よりも上昇する場合があり、かかるノイズピークを物標のピークとして誤抽出するおそれがある。

つまり、設定部３４は、平均値Ａｖに所定の値α１を加算した値を第１閾値Ｔｈ１として設定することで、フロアノイズによってノイズピークのパワーが上昇した場合であっても、このようなノイズピークの誤抽出を抑制することが可能となる。

ところで、強反射物の近傍の距離ＢＩＮに例えば、強反射物と相対速度が異なる歩行者などの低反射物が存在する場合、かかる歩行者に対応するピークのパワーが第１閾値Ｔｈ１よりも小さくなる場合がある。言い換えれば、近傍の距離ＢＩＮに強反射物と相対速度が異なる低反射物が存在する場合、低反射物のピークが物標のピークとして抽出されないおそれがある。

そこで、設定部３４は、平均値Ａｖに所定の値α１よりも小さい値である値α２を平均値Ａｖに加算した第２閾値Ｔｈ２を設定する。第１閾値Ｔｈ１を超えるピークは、物標のピークである可能性が高く、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満となるピークは、ノイズピークもしくは低反射物のピークのいずれかの可能性がある。

このため、レーダ装置１は、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満のピークについて低反射物のピークかノイズピークかを個別に判別することにしている。かかる点の詳細については、図７を用いて後述する。

このように、レーダ装置１では、距離ＢＩＮ毎の速度ＢＩＮにおける位相雑音を考慮した閾値（第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２）を設定する。つまり、位相雑音の影響が大きい速度ＢＩＮについては閾値を高く設定し、位相雑音の影響が小さい速度ＢＩＮについては閾値を低く設定する。これにより、ノイズピークを排除しつつ、物標のピークを抽出することが可能となる。

なお、上述した例では、１つの速度ＢＩＮに対して１つの第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２がそれぞれ設定される場合について説明したが、隣接する複数の距離ＢＩＮのそれぞれの速度ＢＩＮに対して１つの第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２をそれぞれ設定することにしてもよい。

図２の説明に戻り、算出部３５について説明する。算出部３５は、変換部３３によって平均化された周波数スペクトルにおいてパワーが第１閾値Ｔｈ１よりも小さく、第２閾値Ｔｈ２よりも大きいピークについて受信アンテナ２１ａ〜２１ｄ毎の周波数スペクトルにおける信号強度の偏差を算出する。

すなわち、算出部３５は、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満のピークについて受信アンテナ２１ａ〜２１ｄ毎のそれぞれの周波数スペクトルにおける同一距離ＢＩＮかつ同一速度ＢＩＮのパワーの偏差を算出する。

図７は、算出部３５による処理の具体例を示す図である。なお、以下では、受信アンテナ２１ａの受信信号に基づき、導出される周波数スペクトルのピークについてチャンネルｃｈ１のピークと記載し、受信アンテナ２１ｂ〜２１ｄの受信信号に基づきの周波数スペクトルのピークについてチャンネルｃｈ２〜ｃｈ４のピークとそれぞれ記載する。

図７に示すように、算出部３５は、変換部３３によって平均化された周波数スペクトルにおいて、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１以下となるピークについてチャンネルｃｈ１〜ｃｈ４のピークのパワーの偏差を算出する。図７に示す例では、速度ＢＩＮがｘ[ＢＩＮ]およびｙ[ＢＩＮ]のピークが該当する。

ここで、平均化された周波数スペクトルとは、各チャンネルｃｈの周波数スペクトルの同一距離ＢＩＮかつ同一速度ＢＩＮのパワーを平均化したものである。

また、偏差とは、平均化された周波数スペクトルのピークを構成する各チャンネルｃｈ（ｃｈ１〜ｃｈ４）のピークのパワーのバラつきを示す。位相雑音に基づくノイズピークであれば偏差が大きくなり、かかるバラつきが大きくなることを示す。

すなわち、物標のピークであれば、受信アンテナで受信する反射波のパワーはそれぞれのアンテナで略同じになることから偏差が小さくなり、ノイズピークであればそれぞれの受信アンテナにおける相対速度のビート信号に影響を及ぼす信号強度はランダムであることから偏差が大きくなる。このため、レーダ装置１は、かかる偏差に基づいて物標のピークかノイズピークかを判別することができる。

例えば、算出部３５は、各チャンネルｃｈのピークのパワーの差分の総和を偏差として算出する。つまり、チャンネルｃｈ１とチャンネルｃｈ２〜ｃｈ４のピークのパワーのそれぞれの差分、チャンネルｃｈ２とチャンネルｃｈ３、ｃｈ４のピークのパワーのそれぞれの差分、チャンネルｃｈ３とチャンネルｃｈ４のピークのパワーの差分の総和が偏差となる。

図２の説明に戻り、ピーク抽出部３６について説明する。ピーク抽出部３６は、設定部３４によって設定された第１閾値Ｔｈ１を超えるピークを平均化された周波数スペクトルから抽出する。かかるピークは、物標のピークとして処理されることとなる。

また、ピーク抽出部３６は、平均化された周波数スペクトルにおいて第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満のピークについて算出部３５によって算出された偏差に基づき、物標のピークかノイズピークかの判別を個別に行う。

具体的には、ピーク抽出部３６は、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満のピークの偏差が偏差閾値Ｔｈｄ未満であれば、物標のピークとして判別し、偏差が偏差閾値Ｔｈｄ以上であれば、ノイズピークとして判別する。偏差閾値Ｔｈｄとは、後述の方位演算部３８の演算結果に基づき設定される値である。このため、ピーク抽出部３６は、第２閾値Ｔｈ２を超えるピークを一旦全て抽出し、距離・相対速度演算部３７へ出力する。

その後、ピーク抽出部３６は、方位演算部３８の演算結果に基づいて偏差閾値Ｔｈｄを設定し、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満のピークについて物標のピークかノイズピークかを判別する。なお、かかる点の詳細については、図８Ａおよび図８Ｂを用いて後述する。

距離・相対速度演算部３７は、ピーク抽出部３６によってピークが存在するとして特定された距離ＢＩＮおよび速度ＢＩＮ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３７は、導出した物標との距離および相対速度に関する情報およびピーク抽出部３６から入力されるピークに関する情報を方位演算部３８へ出力する。

方位演算部３８は、所定の角度演算処理により、ピーク抽出部３６において特定されたピークが存在する各距離ＢＩＮの信号から、同一の距離ＢＩＮに存在する複数の物標についての情報を分離し、それら複数の物標それぞれの角度を推定する。

方位演算部３８は、４つの受信アンテナ２１ａ〜２１ｄの受信信号ＳＲに基づく４つのビート信号ＳＢの全ての周波数スペクトルにおいて同一周波数ＢＩＮの信号（以下、ピーク信号という）に注目し、それらピーク信号の位相情報に基づいて物標の角度を推定する。方位演算部３８における方位の推定は、例えば、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）、ＤＢＦ（Digital Beam Forming）、または、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）などの所定の方位推定方式を用いて行われる。

方位演算部３８は、第１閾値Ｔｈ１を超えるピークに関する情報（距離・相対速度、角度等）を車両制御装置２へ出力する。また、方位演算部３８は、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満のピークに対する演算結果をピーク抽出部３６へ出力する。

これにより、ピーク抽出部３６は、上記の偏差閾値Ｔｈｄを設定し、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満のピークについて物標のピークかノイズピークかを判別することになる。

ここで、図８Ａおよび図８Ｂを用いて偏差閾値Ｔｈｄの具体例について説明する。図８Ａおよび図８Ｂは、偏差閾値Ｔｈｄの設定処理の具体例を示す図である。

図８Ａおよび図８Ｂに示す扇の中央が自車両ＭＣ（レーダ装置１）の正面であることを示す。例えば、ピーク抽出部３６は、図８Ａに示すように、自車両ＭＣの正面であるほど偏差閾値Ｔｈｄを小さい値に設定し、自車両ＭＣの正面から広角であるほど偏差閾値Ｔｈｄを大きい値に設定する。

これは、物標のピークである場合、自車両ＭＣの正面に近いほど、各チャンネルｃｈのピークのパワーにバラつきが生じにくく、広角側に行くにしたがって、各チャンネルｃｈのパワーにバラつきが生じやすいためである。言い換えれば、物標のピークであっても、自車両ＭＣの正面であるほど、偏差が低くなり、広角側に行くにしたがって偏差が大きくなりやすいためである。

このように、ピーク抽出部３６は、ピークの存在する角度に基づいて偏差閾値Ｔｈｄを設定することで、偏差に含まれる角度に基づくバラつき分を相殺することができる。そして、ピーク抽出部３６は、上記した偏差が偏差閾値Ｔｈｄ未満となるピークを物標のピークとし、偏差閾値Ｔｈｄ以上となるピークをノイズピークとして判別する。

つまり、ピーク抽出部３６は、ピークが存在する角度に基づいて偏差閾値Ｔｈｄを設定することで、物標のピークかノイズピークかを精度よく判別することが可能となる。

ところで、ピーク抽出部３６は、図８Ｂに示すように、物標の数に応じて偏差閾値Ｔｈｄを設定することもできる。具体的には、ピーク抽出部３６は、方位演算部３８によって同一の距離・相対速度を有するピークが複数のピークに分離された場合、かかるピークの偏差閾値Ｔｈｄを大きい値に設定する。

これは、同一の距離・相対速度を有する複数の物標が有った場合、すなわち、同一距離ＢＩＮおよび同一速度ＢＩＮに複数のピークが重なっていた場合、各チャンネルｃｈのピークのパワーにバラつきが生じやすいためである。

一方、ピーク抽出部３６は、方位演算部３８の演算結果により同一の距離・相対速度を有するピークが単一であったならば、かかるピークの偏差閾値Ｔｈｄを同一距離ＢＩＮおよび同一速度ＢＩＮに複数のピークが重なっていた場合よりも小さい値に設定する。

このように、レーダ装置１では、方位演算部３８の演算結果に基づいて偏差閾値Ｔｈｄを設定する。これにより、偏差に含まれる角度に基づくバラつきや、複数のピークの重なりに基づくバラつきを相殺することができる。

したがって、ピーク抽出部３６による物標のピークか位相雑音に基づくノイズピークかの判別を精度よく行うことが可能となる。なお、偏差閾値Ｔｈｄは、方位演算部３８の演算結果によらず、常に一定の値であってもよい。この場合の偏差閾値Ｔｈｄは、実験等により導出することができる。かかる場合に、偏差閾値Ｔｈｄをピーク毎に設定する処理を省略することができるため、レーダ装置１の処理負荷を軽減することが可能となる。

また、レーダ装置１では、全てのピークに上記の判別処理を行うのではなく、物標のピークかノイズピークかが疑わしいピーク（第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満）のみに対してかかる判別処理を行う。これにより、全てのピークに対して上記の判別処理を行う場合に比べて、処理負荷を軽減することができる。

次に、図９Ａおよび図９Ｂを用いて実施形態に係るレーダ装置１が実行する処理手順について説明する。図９Ａおよび図９Ｂは、レーダ装置１が実行する処理手順を示すフローチャートである。なお、かかる処理手順は、処理部３０によって繰り返し実行される。

まず、図９Ａを用いてレーダ装置１が実行する全体的な処理手順について説明する。図９Ａに示すように、まず、変換部３３は、ビート信号を周波数スペクトルへ変換する（ステップＳ１０１）。

続いて、設定部３４は、第１閾値Ｔｈ１および第２閾値Ｔｈ２を距離毎に設定する（ステップＳ１０２）。次に、ピーク抽出部３６は、ピーク抽出処理を行う（ステップＳ１０３）。

続いて、処理部３０は、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満のピークが有るか否かを判定する（ステップＳ１０４）。処理部３０は、かかる判定において該ピークが有る場合（ステップＳ１０４，Ｙｅｓ）、ピーク判別処理を行う（ステップＳ１０５）。なお、ステップＳ１０５のピーク判別処理の処理手順については、図９Ｂを用いて後述する。

続いて、距離・相対速度演算部３７は、距離・相対速度演算を行って（ステップＳ１０６）、方位演算部３８は、方位演算処理を行い（ステップＳ１０７）、処理を終了する。

また、処理部３０は、ステップＳ１０４の判定において第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満となるピークがなかった場合（ステップＳ１０４，Ｎｏ）、ステップＳ１０５の処理を省略し、ステップＳ１０６の処理を行う。

次に、図９Ｂを用いてピーク判別処理に関する処理手順について説明する。なお、かかる所定手順は、図９Ａに示すステップＳ１０６に対応し、第２閾値Ｔｈ２以上第１閾値Ｔｈ１未満のピークを対象に行うものとする。

図９Ｂに示すように、まず、算出部３５は、各チャンネルｃｈのピークのパワーの偏差を算出する（ステップＳ２０１）。続いて、ピーク抽出部３６は、方位演算部３８の演算結果に基づいてピーク毎に偏差閾値Ｔｈｄを設定する（ステップＳ２０２）。

続いて、ピーク抽出部３６は、ピーク毎に偏差が偏差閾値Ｔｈｄ未満か否かを判定する（ステップＳ２０３）。かかる判定において、ピーク抽出部３６は、偏差が偏差閾値Ｔｈｄ未満である場合（ステップＳ２０３，Ｙｅｓ）、かかるピークを物標のピークとして判別し（ステップＳ２０４）、処理を終了する。

一方、ピーク抽出部３６は、偏差が偏差閾値Ｔｈｄ以上である場合（ステップＳ２０３，Ｎｏ）、かかるピークをノイズピークとして判別し（ステップＳ２０５）、処理を終了する。

上述したように、実施形態に係るレーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、変換部３３と、設定部３４と、ピーク抽出部３６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２１ａ〜２１ｄで受信した受信信号と送信信号とから受信アンテナ２１ａ〜２１ｄ毎にビート信号を生成する。

変換部３３は、受信部２０によって生成されたビート信号を物標との距離および相対速度に対する信号強度の分布を示す周波数スペクトルへ変換する。設定部３４は、変換部３３によって変換された周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値Ａｖに基づいて相対速度に対するピーク抽出の第１閾値Ｔｈ１を距離毎に設定する。ピーク抽出部３６は、設定部３４によって設定された第１閾値Ｔｈ１を超えるピークを物標のピークとして周波数スペクトルから抽出する。したがって、実施形態に係るレーダ装置１によれば、位相雑音に基づくピークの誤抽出を抑制することができる。

ところで、上述した実施形態では、方位演算部３８の演算結果に基づいて偏差閾値Ｔｈｄを設定する場合について説明したが、これに限定されるものではない。

すなわち、レーダ装置１は、方位演算部３８の演算結果に基づいて偏差自体の算出方法を変更することも可能である。ここで、図１０を用いてかかる点の詳細について説明する。図１０は、変形例に係る偏差の算出処理の具体例を示す図である。

なお、ここでは、方位演算部３８の演算結果により、図１０に示すピークＰの位置に物標が検出された場合を示し、ピークＰが図１０に示す各チャンネルｃｈ１〜ｃｈ４のピークから構成されるものとする。例えば、算出部３５は、方位演算部３８の演算結果に基づき、ピークＰ（物標）から遠いチャンネルｃｈのピークのパワーの値を補正した後に偏差を算出する。

図１０に示す例では、ピークＰが正面よりも右側に存在し、かかるピークに最も近い受信アンテナ２１に対応するチャンネルｃｈがチャンネルｃｈ４であり、チャンネルｃｈ３〜ｃｈ１の順にピークＰから遠のく場合について示している。

ピークＰに最も近いチャンネルｃｈ４のパワーは、他のチャンネルｃｈのパワーよりも大きく観測されやすく、ピークＰに最も遠いチャンネルｃｈ１のパワーが最も弱く観測されやすい。

すなわち、上記の例では、チャンネルｃｈ４と、チャンネルｃｈ１との間でパワー差が生じやすい。このため、算出部３５は、例えば、ピークＰから遠いチャンネルｃｈ１およびチャンネルｃｈ２のパワーについて補正する。

例えば、算出部３５は、チャンネルｃｈ１のパワーに補正値ｄ１を加算し、チャンネルｃｈ２のパワーに補正値ｄ１よりも小さい補正値ｄ２を加算した後に、各チャンネルｃｈのパワーの偏差を算出する。

つまり、物標と各受信アンテナ２１との距離差に基づく各チャンネルｃｈ間に生じるパワーのバラつきを補正する。そして、補正した各チャンネルのパワーに基づいて偏差を算出する。これにより、かかる偏差には、位相雑音に基づくバラつきがより顕著に反映されることとなる。

したがって、レーダ装置１では、かかる偏差に基づいて物標のピークかノイズピークかを判別することで、かかる判別の精度を向上させることが可能となる。

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様態は、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統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、様々な変化が可能である。

１ レーダ装置
１０ 送信部
２０ 受信部
２１ 受信アンテナ
３０ 処理部
３１ 送信制御部
３３ 変換部
３４ 設定部
３５ 算出部
３６ ピーク抽出部
３７ 距離・相対速度演算部
３８ 方位演算部
Ｔｈ１ 第１閾値
Ｔｈ２ 第２閾値
Ｔｈｄ 偏差閾値

Claims (4)

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と前記送信信号とから前記受信アンテナ毎に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を物標との距離および相対速度に対する信号強度の分布を示す周波数スペクトルへ変換する変換部と、
   前記変換部によって変換された前記周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値に基づいて相対速度に対するピーク抽出の第１閾値を当該距離毎に設定する設定部と、
   前記設定部によって設定された前記第１閾値を超えるピークを物標のピークとして前記周波数スペクトルから抽出するピーク抽出部と
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 前記設定部は、
   前記第１閾値よりも小さい第２閾値を距離毎に設定し、
   前記信号強度が前記第２閾値よりも大きく、前記第１閾値よりも小さいピークについて前記受信アンテナ毎の前記周波数スペクトルにおける信号強度の偏差を算出する算出部
   をさらに備え、
   前記ピーク抽出部は、
   前記算出部によって前記偏差が算出されたピークのうち、前記偏差が所定の偏差閾値よりも小さいピークを前記物標のピークとして抽出すること
   を特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記ピーク抽出部によって抽出されたピークに基づいて物標が存在する角度を推定する方位演算部
   をさらに備え、
   前記ピーク抽出部は、
   前記方位演算部による演算結果に基づいて前記偏差閾値を設定すること
   を特徴とする請求項２に記載のレーダ装置。
4. 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と前記送信信号とから前記受信アンテナ毎に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を物標との距離および相対速度に対する信号強度の分布を示す周波数スペクトルへ変換する変換工程と、
   前記変換工程によって変換された前記周波数スペクトルにおいて距離毎の信号強度の平均値に基づいて相対速度に対するピーク抽出の第１閾値を当該距離毎に設定する設定工程と、
   前記設定工程によって設定された前記第１閾値を超えるピークを物標のピークとして前記周波数スペクトルから抽出するピーク抽出工程と
   を含むことを特徴とする物標検出方法。

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