JP6873315B2 - レーダ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーダ装置に関する。
従来、自動車の自動運転や運転支援システムにおいて利用するために、自動車に搭載されて周囲の障害物等の物体を検出するレーダ装置が知られている。こうしたレーダ装置は一般に、ミリ波帯（77GHz、79GHz）や準ミリ波帯（24GHz）といった直線性に優れる周波数帯の電波を、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）変調や多周波ＣＷ変調などの変調方式で変調して放射する。そして、放射した電波による周辺物体からの反射波を受信して信号処理することで、レーダ装置に対する周辺物体の相対的な距離、速度、方向（角度）を算出する。
高い角度分解能を実現する到来方向推定手法として、例えばＭＵＳＩＣ法（MUltiple Signal Classification）が知られている。ＭＵＳＩＣ法は、指向性パターンのヌル点走査により高分解能な到来角度推定を可能にする。受信信号のＦＦＴ（高速フーリエ変換）による周波数ピークから距離と相対速度が測定され、ＦＦＴピーク情報からＭＵＳＩＣにより物体の角度が推定される。
特許第6028388号明細書
左右方向だけでなく上下方向にも高い角度分解能を実現しつつ計算量を削減するため、１次元のＭＵＳＩＣ法を、左右方向と上下方向のそれぞれに適用する場合を考える。
このとき、等距離かつ等速度である複数物体に対して、左右方向のＭＵＳＩＣによる到来角度と, 上下方向のＭＵＳＩＣによる到来角度がそれぞれ複数ある場合、物体の２次元方向の特定が困難である。
例えば、車両など物体の数が２で、左右方向の到来角度がθＨ１とθＨ２、上下方向の到来角度がθＶ１とθＶ２、のようにそれぞれ２つある場合、物体の２次元方向の可能性としては、（左右角度：上下角度）＝（θＨ１：θＶ１）（θＨ２：θＶ２）または（θＨ１：θＶ２）（θＨ２：θＶ１）の２通りがある。
同様に、物体数が３で左右方向および上下方向の到来波数がともに３の場合は、物体の２次元方向の可能性としては６通りあり、物体数が４で左右方向および上下方向の到来波数がともに４の場合は、物体の２次元方向の可能性としては２４通りあり、各物体の２次元方向の特定がさらに困難になる。
本発明の目的は、第１方向の到来角と第２方向の到来角を適切にペアリングし、複数の物体のそれぞれの２次元方向を特定することができるレーダ装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、第１方向に並べられる複数のアンテナ素子と、前記第１方向とは異なる第２方向に並べられる複数のアンテナ素子と、プロセッサと、を備え、前記プロセッサは、前記第１方向に並べられる前記複数のアンテナ素子で受信される反射波に基づいて前記第１方向の到来角群のそれぞれの到来角を計算し、前記第２方向に並べられる前記複数のアンテナ素子で受信される反射波に基づいて前記第２方向の到来角群のそれぞれの到来角を計算し、前記第１方向の到来角の数と前記第２方向の到来角の数の組合せに応じて、前記第１方向の到来角群のそれぞれの到来角と前記第２方向の到来角群のそれぞれの到来角をペアリングする方法を選択する。
本発明によれば、第１方向の到来角と第２方向の到来角を適切にペアリングし、複数の物体のそれぞれの２次元方向を特定することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係るアンテナ素子の配置を示す図である。 本発明の実施形態に係るレーダ装置の動作フローを示す図である。 本発明の実施形態に係る信号処理のフローを示す図である。 本発明の実施形態に係るペアリング方法選択のフローを示す図である。 本発明の実施形態に係る一対一ペアリング処理のフローを示す図である。 本発明の実施形態に係るペアリング管理テーブルを示す。 本発明の実施形態に係る一対一ペアリング処理の結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る一対多ペアリング処理のフローを示す図である。 本発明の実施形態に係る一対多ペアリング処理の結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る一対一及び一対多ペアリング処理のフローを示す図である。 本発明の実施形態に係る一対一及び一対多ペアリング処理の結果を示す図である。
以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係るレーダ装置の構成及び動作について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置１００の構成を示す図である。レーダ装置１００は、自動車等の車両に搭載されて車両周囲の物体を検知するために使用されるものであり、送信アンテナ１０１、受信アンテナ１０２、送信部１０３、受信部１０４、発振器１０５、制御部１０６、および通信I／Ｆ部１０７を備える。レーダ装置１００は、車両内に設けられた車両制御装置１０９に接続されている。
発振器１０５は、周波数変調された変調信号を発生し、送信部１０３および受信部１０４に供給する。発振器１０５には、たとえばＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）や逓倍器等を含んで構成されたＰＬＬ（Phase Locked Loop）が用いられる。発振器１０５が出力する変調信号の周波数、または変調信号の周波数を所定の比率で分周した周波数は、制御部１０６により制御（変調）されている。
送信部１０３は、車両周囲の物体を検知する際に、発振器１０５からの変調信号を電力増幅することで、周波数変調された送信信号を送信アンテナ１０１へ出力する。この送信信号は、送信アンテナ１０１を介して、車両の周囲、たとえば車両前方に向けた電波として放射される。以下では、送信アンテナ１０１から周波数変調された送信信号が放射される期間を「変調動作期間」と称する。
受信部１０４は、車両周囲の物体を検知する際には、変調動作期間中に送信部１０３から送信アンテナ１０１を介して放射された送信信号が車両周囲の物体で反射されて受信アンテナ１０２に入力されることで得られた信号を受信する。以下では、こうして送信部１０３からの送信信号に応じて受信部１０４が受信する信号を「受信信号」と称する。
そして、受信信号を発振器１０５からの変調信号とミキシングすることで、これらの信号の周波数差に応じたビート信号を生成し、周波数ダウンコンバートを行う。受信部１０４で生成されたビート信号は、不図示の帯域制限フィルタを通して不要周波数がカットされた後、制御部１０６に入力される。
制御部１０６は、車両周囲の物体を検知する際には、変調動作期間中に送信部１０３が送信信号を放射するための変調信号を発振器１０５に発生させる。そして、受信部１０４からのビート信号をＡ／Ｄ変換したデジタルデータを入力し、このデジタルデータに基づいて車両周囲の物体を検知するための信号処理を行う。以下では、制御部１０６がこうした信号処理を行う期間を「信号処理期間」と称する。
制御部１０６は、その機能として、ＦＦＴ処理部１１０、および物体情報算出部１１２を備える。制御部１０６は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を用いて構成されており、ＲＯＭに記憶されたプログラムをＣＰＵで実行することにより、これらの機能を実現する。なお、制御部１０６の各機能をＦＰＧＡ等のハードウェアで実現してもよい。
ＦＦＴ処理部１１０には、受信部１０４から出力されてＡ／Ｄ変換されたビート信号のデジタルデータが入力される。ＦＦＴ処理部１１０は、入力されたビート信号のデジタルデータに基づいて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を行うことで、ビート信号を周波数成分に分解した信号波形を求める。ＦＦＴ処理部１１０により求められた信号波形の情報、すなわち受信信号のスペクトル情報は、物体情報算出部１１２に出力される。
物体情報算出部１１２は、ＦＦＴ処理部１１０から出力された受信信号のスペクトル情報に基づいて、車両周囲の物体を検知し、物体情報を算出する。具体的には、受信信号のスペクトル情報から車両周囲の物体を表す信号の周波数を特定し、角度推定処理、トラッキング処理等を行うことで、レーダ装置１００に対する物体の相対的な距離、速度、角度等を表す物体情報を算出する。物体情報算出部１１２において算出された物体情報は、通信Ｉ／Ｆ部１０７を通じて車両制御装置１０９へと送信される。
レーダ装置１００では、上記の変調動作期間、信号処理期間のセット（以下「フレーム」と称する）が一定周期ごとに繰り返される。なお、上記の変調動作期間と信号処理期間とは、同一フレーム内で互いに重複しない別々の期間としてもよいし、その一部または全部が重複していてもよい。
通信Ｉ／Ｆ部１０７は、レーダ装置１００と車両制御装置１０９の間で入出力される通信信号のインタフェース処理を行う。この通信Ｉ／Ｆ部１０７が行うインタフェース処理により、制御部１０６の信号処理結果が車両制御装置１０９に送信されると共に、車両制御装置１０９から送信された各種の制御用データが制御部１０６に入力される。
なお、図１で説明したレーダ装置１００の構成は、あくまで一例である。本発明の内容は、これらの構成に限定されるものではなく、他の構成を有するレーダ装置全般に適用可能である。たとえば、送信アンテナ１０１を複数備えてもよいし、ＦＦＴ処理部１１０を制御部１０６とは別のハードウェアで実現してもよい。
次に、図２を用いて、本発明の実施形態に係るレーダ装置１００において送信アンテナ１０１および受信アンテナ１０２をそれぞれ構成するアンテナ素子の配置の一例を説明する。
本実施形態では、送信アンテナ１０１および受信アンテナ１０２がホーンアンテナを用いた複数のアンテナ素子でそれぞれ構成されている例を説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る送信アンテナ１０１および受信アンテナ１０２におけるアンテナ素子の配置を示す図である。
図２では、アンテナ素子１００１〜１０１５が配置された受信アンテナ１０２およびアンテナ素子１０１６が配置された送信アンテナ１０１を送受信面（レーダ正面）側から見た様子を示している。
図２に示すように、複数のアンテナ素子（１００１〜１００４）等は、左右方向（第１方向）に並べられる。また、複数のアンテナ素子（１００１、１００５、１００９、１０１３）等は、左右方向（第１方向）とは異なる上下方向（第２方向）に並べられる。なお、上下方向を第１方向、左右方向を第２方向としてもよい。
アンテナ素子１００１〜１０１６は、図示されないが、ホーン部、誘電体基板上に形成されたパッチアンテナおよび誘電体レンズによりそれぞれ構成される。
アンテナ素子１００１〜１０１５は受信アンテナ素子である。アンテナ素子１００１〜１０１５は車両などの物体から反射されたミリ波を受信する。
アンテナ素子１０１６は送信アンテナ素子である。アンテナ素子１０１６は車両前方にミリ波を送信する。
本実施形態において、制御部１０６は、アンテナ素子（１００１〜１００４）、（１００５〜１００８）、（１００９〜１０１２）の各受信信号のグループを異なるスナップショットとして用い、ＭＵＳＩＣ法による複数物体の左右方向の角度検出を行う。
同様に、アンテナ素子（１００１、１００５、１００９、１０１３）、（１００２、１００６、１０１０、１０１４）、（１００３、１００７、１０１１、１０１５）の各受信信号のグループを異なるスナップショットとして用い、ＭＵＳＩＣ法による複数物体の上下方向の角度検出を行う。
次に、本実施形態において制御部１０６が実施する処理の詳細について説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置１００の動作フローを示す図である。
制御部１０６は、たとえばＣＰＵで実行されるプログラムにより、図３のフローチャートに示す処理を実現する。
ステップＳ１１０において、制御部１０６は、レーダ装置１００における各種パラメータの初期設定を行う。ここでは、発振器１０５が変調動作期間において発生する変調信号に対する変調設定パラメータ、制御部１０６が信号処理期間において実行する信号処理に対する信号処理設定パラメータなどの初期値を設定する。これらのパラメータの初期値は、レーダ装置１００において予め記憶されたものを用いてもよいし、直前に使用されていた値を用いてもよい。
ステップＳ１２０において、制御部１０６は、発振器１０５および送信部１０３を制御して、周波数変調された送信信号を送信アンテナ１０１から車両周囲に向けて放射する。このとき制御部１０６は、ステップＳ１１０で初期設定された変調設定パラメータを用いて、発振器１０５が発生する変調信号の周波数を制御し、送信信号の周波数帯域を決定する。
ステップＳ１３０において、制御部１０６は、ステップＳ１２０で放射された送信信号が車両周囲の物体で反射された受信信号に応じて受信部１０４から出力されたビート信号のデジタルデータを用いて、車両周囲の物体を検知するための信号処理を行う。ここでは、後で説明する図４のフローチャートに従って信号処理を行うことにより、受信信号から車両周囲の物体を検知し、その物体の相対的な距離、速度、角度等を物体情報として算出する。
ステップＳ１４０において、制御部１０６は、ステップＳ１３０で算出した物体情報を、通信Ｉ／Ｆ部１０７を介して車両制御装置１０９に送信する。
ステップＳ１５０において、制御部１０６は、予め設定されたレーダ装置１００の動作終了条件を満たすか否かを判定する。レーダ装置１００の動作終了条件を満たしていなければ、制御部１０６はステップＳ１２０に戻って上記の処理を繰り返す。一方、レーダ装置１００の動作終了条件を満たしている場合、制御部１０６は図３のフローチャートに示す処理を終えて停止する。
次に、本実施形態において図３のステップＳ１３０で制御部１０６が実施する信号処理の詳細について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る信号処理のフローを示す図である。本実施形態において制御部１０６は、図４のフローチャートに従って、ステップＳ１３０の信号処理を実行する。
ステップＳ２１０において、制御部１０６は、受信アンテナ１０２から出力された１５チャネル分の受信信号、すなわち受信チャネルの受信データを取得する。ここでは、受信部１０４から出力される受信チャネルの各ビート信号のデジタルデータを、受信チャネルに対応する１５チャネル分の受信データとして取得する。
ステップＳ２２０において、制御部１０６は、まず、ステップＳ２１０で取得した１５チャネル分の受信データに対するＦＦＴ処理をＦＦＴ処理部１１０において行うことで、受信チャネルの周波数スペクトル情報をそれぞれ取得する。
続いて、物体情報算出部１１２において、ステップＳ１１０で初期設定された信号処理設定パラメータを用いて、受信チャネルの周波数スペクトル情報から車両周囲の物体を検知し、その物体の相対的な距離、速度を物体情報として算出する。
ステップＳ２３０において、制御部１０６は、ＦＦＴピーク情報から左右方向の角度検出を行う。ここでは、数値計算により到来角度を算出するＲｏｏｔ−ＭＵＳＩＣ法により角度検出を行う。
アレーアンテナの入力ベクトルをＸ、相関行列Ｒｘｘを式（１）で表す。
Figure 0006873315
ここで、Ｅ[]はアンサンブル平均、ＸＨはＸの共役転置行列を示す。
等間隔リニアアレーでは、次の式（２）で表される方向行列Ａを構成するモードベクトルａ（θ）は式（３）で表される。なお、モードベクトルａ（θ）は、θ の方向に対する各アンテナ素子の振幅比・位相差を示す。
Figure 0006873315
ここで、Lは到来波数である。
Figure 0006873315
ここで、Ｒｏｏｔ−ＭＵＳＩＣ多項式Ｑ（ｚ）を式（４）で定義すると、Ｑ（ｚ）＝０の解であり単位円（|z|=1）上にあるL個の２重根は、式（５）で表される。
Figure 0006873315
Figure 0006873315
式（５）から、到来方向θk(k=1,2,…,K)を求める。到来方向が求まれば、式（６）で表される信号相関行列Ｓを計算する。この行列Sの第i対角成分から第i到来波の受信電力（強度）が得られる。
Figure 0006873315
ここで、ＡＨはＡの共役転置行列、σ２は雑音ベクトルの分散、Ｉは単位行列を示す。
このように、制御部１０６のＣＰＵ（プロセッサ）は、左右方向（第１方向）に並べられる複数のアンテナ素子（１００１〜１００４等）で受信される反射波に基づいて左右方向の到来角群のそれぞれの到来角（到来方向θk）を計算する。
ステップＳ２４０において、制御部１０６は、ＦＦＴピーク情報から上下方向の角度検出を行う。ここでも、ステップＳ２３０と同様なＲｏｏｔ−ＭＵＳＩＣ法により角度検出を行う。すなわち、制御部１０６のＣＰＵ（プロセッサ）は、上下方向（第２方向）に並べられる複数のアンテナ素子（１００１、１００５、１００９、１０１３等）で受信される反射波に基づいて上下方向の到来角群のそれぞれの到来角を計算する。
ステップＳ２５０において、制御部１０６は、ステップＳ２３０、Ｓ２４０でそれぞれ検出された角度に対するペアリング方法を選択する。
以降、本実施形態において図４のステップＳ２５０で制御部１０６が実施するペアリング方法選択の詳細について説明する。
図５は、本発明の実施形態に係るペアリング方法選択のフローを示す図である。本実施形態において制御部１０６は、図５のフローチャートに従って、ステップＳ２５０のペアリング方法選択を実行する。
ステップＳ３１０において、制御部１０６は、ステップＳ２３０にて検出した左右方向の到来波数、またはステップＳ２４０にて検出した上下方向の到来波数のいずれかが０に等しいか否かを判定する。
左右方向の到来波数、または上下方向の到来波数のいずれかが０に等しい場合、制御部１０６は、ステップＳ３２０において不検知処理（エラー処理）を行う。このとき、制御部１０６は、図３のステップＳ１３０の信号処理を終了し、ステップＳ１４０の物体情報送信の処理を省略して、ステップＳ１５０に進む。すなわち、制御部１０６のＣＰＵ（プロセッサ）は、左右方向（第１方向）の到来角の数又は上下方向（第２方向）の到来角の数が０である場合、物体（検出対象）の方角を特定しない。
一方、左右方向の到来波数、上下方向の到来波数のいずれも１以上である場合、制御部１０６は、ステップＳ３３０に進む。すなわち、制御部１０６のＣＰＵ（プロセッサ）は、左右方向（第１方向）の到来角の数及び上下方向（第２方向）の到来角の数が１以上である場合、以下で説明するように、ペアリングされた左右方向の到来角と上下方向の到来角によって物体（検出対象）の方角を特定する。
ステップＳ３３０において、制御部１０６は、左右方向の到来波数と、上下方向の到来波数が等しいか否かを判定する。
左右方向の到来波数、および上下方向の到来波数が等しい場合、制御部１０６は、ステップＳ３４０でペアリング方法として一対一ペアリング処理を選択し、図５のフローチャートに示す処理を終える。
一方、左右方向の到来波数、および上下方向の到来波数が異なる場合、制御部１０６はステップＳ３５０に進む。
ステップＳ３５０において、制御部１０６は、左右方向の到来波数、または上下方向の到来波数のいずれかが１に等しいか否かを判定する。
左右方向の到来波数、または上下方向の到来波数のいずれかが１に等しい場合、制御部１０６は、ステップＳ３６０でペアリング方法として一対多ペアリング処理を選択し、図５のフローチャートに示す処理を終える。
一方、左右方向の到来波数、上下方向の到来波数のいずれも２以上である場合、制御部１０６は、ステップＳ３７０でペアリング方法として一対一及び一対多ペアリング処理を選択し、図５のフローチャートに示す処理を終える。
換言すれば、制御部１０６のＣＰＵ（プロセッサ）は、左右方向（第１方向）の到来角の数と上下方向（第２方向）の到来角の数の組合せに応じて、左右方向の到来角群のそれぞれの到来角と上下方向の到来角群のそれぞれの到来角をペアリングする方法を選択する。これにより、左右方向（第１方向）の到来角と上下方向（第２方向）の到来角を適切にペアリング（マッチング）することができる。
図４に戻り、ステップＳ２６０において、制御部１０６は、ステップＳ２３０、Ｓ２４０でそれぞれ検出された左右方向の角度、上下方向の角度に対して、ステップＳ２５０で選択されたペアリング方法を用いた角度ペアリング処理を実行する。
以降、本実施形態において図４のステップＳ２６０で制御部１０６が実施する角度ペアリング処理の詳細について説明する。
図６は、本発明の実施形態に係る一対一ペアリング処理のフローを示す図である。
本実施形態において制御部１０６は、ステップＳ２５０で一対一ペアリング処理を選択した場合、図６のフローチャートに従って、ステップＳ２６０の角度ペアリング処理を実行する。
ステップＳ４１０において、制御部１０６は、左右および上下の各方向で検出した到来角度群から、それぞれ到来波電力値が最大となる到来角度を選択する。なお、本実施形態では、一例として、到来波電力値が最大となる到来角度を初めに選択しているが、後述するように全ての到来角度についてステップＳ４１０からステップＳ４５０の間の処理を繰り返すため、例えば、到来波電力値が最小となる到来角度を初めに選択してもよい。
ステップＳ４２０において、制御部１０６は、ステップＳ４１０で選択した到来角度のペアに対応する到来波電力値の差が所定値以内であるか否かを判定する。ここで、１つの物体に対して、左右方向の到来波の電力値と上下方向の到来波の電力値は、ほぼ同じであるという特性がある。その結果、ステップＳ４１０で選択した到来角度のペアに対応する到来波の電力値の差が所定値以内であれば、ステップＳ４１０で選択した到来角度のペアは１つの物体からの到来波に対応することを意味する。
到来波電力値の差が所定値以内である場合、制御部１０６は、ステップＳ４３０に進む。一方、到来波電力値の差が所定値を超える場合、制御部１０６は、ステップＳ４４０において不検知処理（エラー処理）を行う。
ステップＳ４３０において、制御部１０６は、ステップＳ４１０で選択した到来角度のペアをペアリング管理テーブル４００に記録する。換言すれば、制御部１０６のＣＰＵ（プロセッサ）は、例えば、左右方向（第１方向）の到来角の数と上下方向（第２方向）の到来角の数が等しい場合（図５のステップＳ３３０でＹｅｓ）、左右方向の到来波の電力の絶対値と上下方向の到来波の電力の絶対値との差が所定値以内となる左右方向の到来角と上下方向の到来角をペアリングする。これにより、１つの物体からの左右方向の到来角と上下方向の到来角を適切にペアリングすることができる。
ステップＳ４５０において、制御部１０６は、全ての到来角度を選択したか否かを判定する。
全ての到来角度を選択していなければ、制御部１０６はステップＳ４１０に戻って上記の処理を繰り返す。一方、到来角が全て選択されていれば、一対一ペアリング処理フローを終了する。
図７にペアリング管理テーブル４００の例を示す。ペアリング管理テーブル４００は、制御部１０６内のメモリに格納される。
ペアリング管理テーブル４００の各行に、到来角度のペアに関する情報が格納される。列４１０は、ペアリング管理テーブル４００内でユニークな番号としてペアＩＤを登録する。列４２０は、ペアリングされた左右方向の到来角度を格納する。列４３０は、ペアリングされた上下方向の到来角度を格納する。
図７の例では、一対一ペアリング処理の結果、左右角度θＨ１と上下角度θＶ１がペアＩＤ＝００１としてペアリングされ、左右角度θＨ２と上下角度θＶ２がペアＩＤ＝００２としてペアリングされ、左右角度θＨ３と上下角度θＶ３がペアＩＤ＝００３としてペアリングされ、ペアリング管理テーブル４００に登録される。
図８は、本発明の実施形態に係る一対一ペアリング処理の結果を、２次元方向の座標にプロットした例を示す。
横軸は左右方向の到来角度であり、縦軸は上下方向の到来角度である。横軸と縦軸の交点は左右方向、上下方向ともに０度であり、レーダ装置から見て正面方向に対応する。図８は、図７で示したペアリング管理テーブル４００の内容と対応している。
図９は、本発明の実施形態に係る一対多ペアリング処理のフローを示す図である。
本実施形態において制御部１０６は、ステップＳ２５０で一対多ペアリング処理を選択した場合、図９のフローチャートに従って、ステップＳ２６０の角度ペアリング処理を実行する。
ステップＳ５１０において、制御部１０６は、左右方向または上下方向のうち、到来波数が２以上である方向から、１つの到来角度を選択する。
ステップＳ５２０において、制御部１０６は、ステップＳ５１０で選択した１つの到来角と、到来波数が１の方向の到来角を、ペアリング管理テーブル４００に記録する。換言すれば、制御部１０６のＣＰＵ（プロセッサ）は、例えば、上下方向（第２方向）の到来角の数が１であり、かつ、左右方向（第１方向）の到来角の数が２以上の場合、上下方向の到来角と左右方向の到来角群のそれぞれの到来角をペアリングする。左右方向及び上下方向のそれぞれの到来波の電力を計算しないため、一対一ペアリング処理に比べて計算の負荷を低減することができる。
ステップＳ５４０において、制御部１０６は、全ての到来角度を選択したか否かを判定する。
全ての到来角度の選択を終了していなければ、制御部１０６はステップＳ５１０に戻って上記の処理を繰り返す。一方、全ての到来角の選択を終了していれば、制御部１０６は図９のフローチャートに示す処理を終える。
図１０に、本発明の実施形態に係る一対多ペアリング処理の結果を、２次元方向の座標にプロットした例を示す。
図１０の例では、左右方向の到来波数が３、上下方向の到来波数が１である。ここで、上下方向の受信アンテナで受信される到来波は、３つの物体からの到来波が合成されていると考えられる。
一対多ペアリング処理の結果、左右角度θＨ４と上下角度θＶ４がペアＩＤ＝００４としてペアリングされ、左右角度θＨ５と上下角度θＶ４がペアＩＤ＝００５としてペアリングされ、左右角度θＨ６と上下角度θＶ４がペアＩＤ＝００６としてペアリングされ、３つの物体の方角が特定される。
図１１は、本発明の実施形態に係る一対一及び一対多ペアリング処理のフローを示す図である。
本実施形態において制御部１０６は、ステップＳ２５０で一対一及び一対多ペアリング処理を選択した場合、図１１のフローチャートに従って、ステップＳ２６０の角度ペアリング処理を実行する。
ステップＳ６１０において、制御部１０６は、左右および上下の各方向で検出した到来角の組合せから、それぞれ１つの到来角を選択する。
ステップＳ６２０において、制御部１０６は、ステップＳ６１０で選択した到来角度のペアに対応する到来波電力値の差が所定値以内であるか否かを判定する。
到来波電力値の差が所定値以内である場合、制御部１０６は、ステップＳ６３０に進む。一方、到来波電力値の差が所定値を超える場合、制御部１０６は、ステップＳ６４０に進む。
ステップＳ６３０において、制御部１０６は、ステップＳ６１０で選択した到来角度のペアをペアリング管理テーブル４００に記録する。換言すれば、制御部１０６のＣＰＵ（プロセッサ）は、例えば、上下方向（第２方向）の到来角の数が２以上であり、かつ、左右方向（第１方向）の到来角の数が上下方向の到来角の数より大きい場合、左右方向の到来波の電力の絶対値と上下方向の到来波の電力の絶対値との差が所定値以内となる左右方向の到来角と上下方向の到来角を一対一でペアリングする。これにより、１つの物体からの左右方向の到来角と上下方向の到来角を適切にペアリングすることができる。
ステップＳ６４０において、制御部１０６は、全ての到来角度の組合せを選択したか否かを判定する。
全ての到来角度の組合せの選択を終了していなければ、制御部１０６はステップＳ６１０に戻って上記の処理を繰り返す。一方、全ての到来角の組合せの選択を終了していれば、制御部１０６は、ステップＳ６５０に進む。
ステップＳ６５０において、制御部１０６は、ステップ６３０において一対一ペアリング済みの左右方向の到来波数と上下方向の到来波数を除いた、左右方向または上下方向いずれかの方向の到来波数が１に等しいか否かを判定する。
左右方向または上下方向いずれかの方向の到来波数が１に等しい場合、制御部１０６は、ステップＳ６６０で一対多ペアリング処理を行う。一対多ペアリング処理は図９と同一である。すなわち、制御部１０６のＣＰＵ（プロセッサ）は、例えば、ペアリングされていない上下方向（第２方向）の到来角の数が１の場合、上下方向の到来角とペアリングされていない左右方向（第１方向）の到来角群のそれぞれの到来角をペアリングする。ステップＳ６１０とステップＳ６４０の間のループを抜けた後、ステップＳ６５０でＹｅｓの場合に一対多ペアリング処理を行うため、計算の負荷を低減しつつ、左右方向の到来角群のそれぞれの到来角と上下方向の到来角群のそれぞれの到来角を適切にペアリングすることができる。
一方、左右方向および上下方向の到来波数がいずれも２以上である場合、制御部１０６はステップＳ６７０で不検知処理（エラー処理）を行う。
図１２に、本発明の実施形態に係る一対一及び一対多ペアリングの結果を、２次元方向の座標にプロットした例を示す。
図１２の例では、左右方向の到来波数が３、上下方向の到来波数が２である。ここで、上下方向の受信アンテナで受信される到来波は、２つの物体からの到来波が合成されていると考えられる。
一対一及び一対多ペアリング処理の結果、左右角度θＨ７と上下角度θＶ５がペアＩＤ＝００７としてペアリングされ、左右角度θＨ８と上下角度θＶ６がペアＩＤ＝００８としてペアリングされ、左右角度θＨ９とθＶ６がペアＩＤ＝００９としてペアリングされ、３つの物体の２次元の方角が特定される。
図４に戻り、ステップＳ２７０において、制御部１０６は、ステップＳ２２０、Ｓ２５０でそれぞれ算出した物体情報の履歴から、物体のトラッキング処理を行う。
ステップＳ２７０を実行したら、制御部１０６は図４に示す信号処理を終了する。
本発明の実施形態により、レーダ装置１００の前方にある複数物体に対して、左右方向のＭＵＳＩＣ、上下方向のＭＵＳＩＣで検出した角度から２次元の方向を特定できる。すなわち、左右方向（第１方向）の到来角と上下方向（第２方向）の到来角を適切にペアリングし、複数の物体のそれぞれの２次元方向を特定することができる。
なお、上記の実施形態では、複数のホーンアンテナをアンテナ素子に用いて送信アンテナ１０１や受信アンテナ１０２が構成されている例を説明したが、本発明はこれに限らない。
ＭＵＳＩＣ法で検出できる到来波数は（アンテナ数−１）であるため、左右方向の受信アンテナ数は３以上、上下方向の受信アンテナ数は３以上、であれば、それぞれの方向で複数物体を検出できるため本発明の効果が得られる。
さらに、上記の実施形態では、高分解能な到来波推定方法としてＭＵＳＩＣを使用する例を説明したが、本発明はこれに限らない。たとえば、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）を用いてもよい。
以上説明した実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。
また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
例えば、上述した実施形態では、複数のアンテナ素子は左右方向（第１方向）と上下方向（第２方向）に並べられるが、第１方向と第２方向は直交していなくてもよい。
例えば、上述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、上記の各構成、機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサ（ＣＰＵ）がそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD（Solid State Drive）等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
なお、本発明の実施形態は、以下の態様であってもよい。
（１）．複数のアンテナをもつ電磁波を使った物体位置検出装置において、第１方向に並べた前記アンテナで受信した電磁波の解析により第１の到来角群を取得し、第1方向とは異なる第２方向に並べた前記アンテナで受信した電磁波の解析により第２の到来角群を取得して、前記第１の到来角群の数と前記第２の到来角群の数の関係に応じて、前記第１の到来角群と、前記第２の到来角群を関連付ける方法を選択し、１以上の物体の方角をそれぞれ特定する、ことを特徴とした物体位置検出装置。
（２）．前記第１の到来角群を構成する到来角の数、前記第２の到来角群を構成する到来角の数が等しい場合、到来波電力の絶対値の差が所定値以内の到来角同士を関連付けることを特徴とする、（１）に記載の物体位置検出装置。
（３）．前記第１の到来角群を構成する到来角の数、前記第２の到来角群を構成する到来角の数のうち、一方が２以上で他方が１である場合、到来角群同士を関連付けることを特徴とする、（１）に記載の物体位置検出装置。
（４）．前記第１の到来角群を構成する到来角の数、前記第１の到来角群を構成する到来角の数がそれぞれ２以上で互いに異なる場合、到来波電力の絶対値の差が所定値以内の到来角同士を関連付け、残りの到来角同士を関連付けることを特徴とする、（１）に記載の物体位置検出装置。
（５）．前記第１の到来角群または前記第２の到来角群が取得できなかった場合は、物体の方角を特定しないことを特徴とする、（１）に記載の物体位置検出装置。
（１）〜（５）によれば、第１方向および第２方向（左右方向及び上下方向）のそれぞれに到来角推定方法を適用したレーダ装置（物体位置検出装置）において、等距離かつ等速度である複数物体に対して、２次元（左右方向および上下方向）の方向を特定することができる。
１００：レーダ装置
１０１：送信アンテナ
１０２：受信アンテナ
１０３：送信部
１０４：受信部
１０５：発振器
１０６：制御部
１０７：通信Ｉ／Ｆ部
１０９：車両制御装置
１１０：ＦＦＴ処理部
１１２：物体情報算出部

Claims (5)

  1. 第１方向に並べられる複数のアンテナ素子と、
    前記第１方向とは異なる第２方向に並べられる複数のアンテナ素子と、
    プロセッサと、を備え、
    前記プロセッサは、
    前記第１方向に並べられる前記複数のアンテナ素子で受信される反射波に基づいて前記第１方向の到来角群のそれぞれの到来角を計算し、
    前記第２方向に並べられる前記複数のアンテナ素子で受信される反射波に基づいて前記第２方向の到来角群のそれぞれの到来角を計算し、
    前記第１方向の到来角の数と前記第２方向の到来角の数の組合せに応じて、前記第１方向の到来角群のそれぞれの到来角と前記第２方向の到来角群のそれぞれの到来角をペアリングする方法を選択する
    ことを特徴とするレーダ装置。
  2. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
    前記プロセッサは、
    前記第１方向の到来角の数と前記第２方向の到来角の数が等しい場合、前記第１方向の到来波の電力の絶対値と前記第２方向の到来波の電力の絶対値との差が所定値以内となる前記第１方向の到来角と前記第２方向の到来角をペアリングする
    ことを特徴とするレーダ装置。
  3. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
    前記プロセッサは、
    前記第２方向の到来角の数が１であり、かつ、前記第１方向の到来角の数が２以上の場合、前記第２方向の到来角と前記第１方向の到来角群のそれぞれの到来角をペアリングする
    ことを特徴とするレーダ装置。
  4. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
    前記プロセッサは、
    前記第２方向の到来角の数が２以上であり、かつ、前記第１方向の到来角の数が前記第２方向の到来角の数より大きい場合、
    （ａ） 前記第１方向の到来波の電力の絶対値と前記第２方向の到来波の電力の絶対値との差が所定値以内となる前記第１方向の到来角と前記第２方向の到来角をペアリングし、（ｂ） （ａ）の後、ペアリングされていない前記第２方向の到来角の数が１の場合、前記第２方向の到来角とペアリングされていない前記第１方向の到来角群のそれぞれの到来角をペアリングする
    ことを特徴とするレーダ装置。
  5. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
    前記プロセッサは、
    前記第１方向の到来角の数及び前記第２方向の到来角の数が１以上である場合、ペアリングされた前記第１方向の到来角と前記第２方向の到来角によって物体の方角を特定し、
    前記第１方向の到来角の数又は前記第２方向の到来角の数が０である場合、物体の方角を特定しない
    ことを特徴とするレーダ装置。
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