JP6920032B2 - レーダ装置および角度検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置および角度検出方法に関する。

従来、レーダ波が複数の物標でそれぞれ反射した複数の反射波を受信することで、複数の物標までの距離や反射波の到来角度を検出するレーダ装置が知られている。かかるレーダ装置では、上下方向における複数の反射波の到来角度と左右方向における複数の反射波の到来角度とを組み合わせることで、複数の当該反射波の左右方向および上下方向到来角度を検出している（例えば特許文献１参照）。

特開平１１−２８７８５７号公報

しかしながら、上述したレーダ装置では、上下方向の到来角度の個数と左右方向の到来角度の個数とが同じ場合を想定しており、個数が異なる場合については考慮されていなかった。実際にレーダ装置を用いて物標までの距離や反射波の到来角度を検出する場合、例えば雑音等の影響によって、上下方向および左右方向で到来角度の個数が異なる場合がある。このように、到来角度の個数が異なる場合であっても、複数の反射波の到来角度を検出することが望まれる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、到来角度の個数によらず複数の反射波の到来角度を検出することができるレーダ装置および角度検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーダ装置は、角度推定部と、調整部と、決定部とを備える。角度推定部は、送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波を複数のアンテナを介して受信した受信信号に基づき、複数の前記反射波の第１方向における到来角度および前記第１方向とは異なる第２方向における到来角度をそれぞれ推定する。調整部は、前記角度推定部が推定した前記第１方向における前記到来角度の個数と、前記第２方向における前記到来角度の個数とが異なる場合に、前記到来角度の個数が前記第１方向および前記第２方向で一致するように個数を調整する。決定部は、前記調整部が調整した個数の前記到来角度に基づき、前記第１方向における前記到来角度と、前記第２方向における前記到来角度との組み合わせを決定する。

本発明によれば、到来角度の個数によらず複数の反射波の到来角度を検出することができるレーダ装置および角度検出方法を提供することができる。

図１Ａは、実施形態に係る角度検出方法を示す説明図である。 図１Ｂは、到来角度の組み合わせ例を示す図である。 図２は、実施形態に係るレーダ装置を示す図である。 図３は、送信信号および反射波を説明するための模式図である。 図４は、実施形態に係るレーダ装置が実行する角度検出処理の手順を示すフローチャートである。 図５は、実施形態の変形例に係るレーダ装置の構成を示す図である。 図６は、実施形態の変形例に係るレーダ装置が実行する角度検出処理の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角度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。

＜角度検出方法＞
図１Ａを用いて、本発明の実施形態に係る角度検出方法を説明する。図１Ａは、本実施形態に係る角度検出方法を示す説明図である。本実施形態に係る角度検出方法は、レーダ装置で実行される。本実施形態では、レーダ装置を、例えば自動車に搭載され、当該自動車の先行車両を物標として検出する車両検出装置として使用する場合について説明する。

本実施形態に係るレーダ装置は、送信アンテナから送信された送信信号が複数の物標に反射した反射波を受信する複数の受信アンテナＲｘを備える。

まず、レーダ装置は、複数の反射波に基づき、当該反射波の水平方向における到来角度θ（以下、水平角度θと記載する）および垂直方向における到来角度φ（以下、垂直角度φと記載する）を推定する（ステップＳ１）。なお、水平方向とは例えば路面に対して水平な方向を指し、垂直方向は路面に対して垂直な方向を指す。

レーダ装置は、複数の受信アンテナＲｘのうち、例えば水平方向に配置された複数の受信アンテナＲｘ１ｈ〜Ｒｘ５ｈを用いて水平角度θを推定する。また、レーダ装置は、垂直方向に配置された複数の受信アンテナＲｘ１ｖ〜Ｒｘ３ｖを用いて垂直角度φを推定する。レーダ装置は、複数の受信アンテナＲｘを介して受信した反射波に対して、例えばＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotation Invariance Techniques）法を用いて水平角度θおよび垂直角度φを推定する。

このようにレーダ装置が、ＥＳＰＲＩＴを用いた推定を行う場合、同一周波数に存在する異なる角度の物標を複数検出できる。例えば、レーダ装置は水平方向に配置された複数の受信アンテナＲｘ１ｈ〜Ｒｘ５ｈを用いて、同一周波数に存在する異なる角度の物標を最大４つまで推定できる。また、レーダ装置は、垂直方向に配置された複数の受信アンテナアンテナＲｘ１ｖ〜Ｒｘ３ｖを用いて、同一周波数に存在する異なる角度の物標を最大２つまで推定できる。ここで、物標は、レーダ装置から出力される送信波が物体に反射する反射点の位置等に相当する情報である。このようにＥＳＰＲＩＴを用いた推定方式の場合、受信アンテナの本数―１の角度の個数を最大の個数として検出できる。

ここで、レーダ装置は、例えば３個の水平角度θ１〜θ３を推定し、２個の垂直角度φ１、φ２を推定したものとする。

この場合、レーダ装置は、物標ごとに推定した水平角度θおよび垂直角度φの組み合わせを決定することで複数の反射波の到来角度を検出する。すなわち、物標ごとに水平角度と垂直角度が１対１で定まるため、複数の水平角度θ１〜θ３と複数の垂直角度φ１、φ２の中から物標ごとの正しい水平角度θおよび垂直角度φの組み合わせを決定する。

例えば、レーダ装置が推定した水平角度θおよび垂直角度φについて取り得る組み合わせは、図１Ｂに示すように６通りとなる。レーダ装置は、図１Ｂに示す６通りの組み合わせのうち、少なくとも２つの正しい組み合わせを決定することで反射波の水平方向および垂直方向の到来角度を検出する。例えば、水平角度θ１の物標に対応する垂直角度はφ１（図１Ｂの丸で囲んだ「１」で示す組み合わせ）であり、水平角度θ２の物標に対応する垂直角度はφ２（図１Ｂの丸で囲んだ「５」で示す組み合わせ）であると決定する。なお、図１Ｂは、到来角度の組み合わせ例を示す図である。

レーダ装置は、水平角度θまたは垂直角度φの個数を調整する（ステップＳ２）。レーダ装置は、水平角度θの個数と垂直角度φの個数のうち、個数が少ないほうの角度の個数と一致するように到来角度の対応付けを決定する。レーダ装置は、例えば、水平角度θよりも個数の少ない垂直角度の個数と一致するように、水平角度の個数を調整する。具体的には、レーダ装置は、水平角度θと垂直角度φとの双方の組合せが正方行列を構成するように対応付けを行う。

具体的には、図１Ｂに示す例では、レーダ装置は、個数が少ない垂直角度φの角度数２にあわせて水平角度θの個数を調整する。図１Ｂに示すように、レーダ装置は、例えば水平角度θ１、θ２と垂直角度φ１、φ２とで正方行列を構成するグループＲ１を生成する。また、レーダ装置は、例えば水平角度θ２、θ３と垂直角度φ１、φ２とで正方行列を構成するグループＲ２を生成する。このように、レーダ装置は、各角度の個数が一致するように、換言すれば正方行列となるようにグループＲ１、Ｒ２を設定することで水平角度θの個数をおよび垂直角度φの個数と同じ個数となるように調整する。

レーダ装置は、調整後の水平角度θおよび垂直角度φに基づき、水平角度θと垂直角度φの組み合わせを決定する（ステップＳ３）。レーダ装置は、例えば各グループＲ１、Ｒ２で後述する反射波のパワーに関する相関演算を行う。すなわち、レーダ装置は、水平角度θ１、θ２と垂直角度φ１、φ２とに関する情報を用いて反射波のパワーを算出し、この反射波のパワーに基づく相関演算を行う。またレーダ装置は、水平角度θ２、θ３と垂直角度φ１、φ２とに関する情報を用いて反射波のパワーを算出し、この反射波のパワーに基づく相関演算を行う。レーダ装置は、物標からの反射波のパワーの相関に基づき、水平角度と垂直角度との組み合わせを決定する。具体的には、レーダ装置は水平角度に関する反射波のパワーと、垂直角度に関する反射波のパワーの相関が最も高い組合せを正しい組合せとして決定する。

以上のように、水平角度θの個数と垂直角度φの個数が異なる場合であっても、水平角度θの個数と垂直角度φの個数が一致するように、レーダ装置が各角度の個数を調整することで、水平角度θおよび垂直角度φの組み合わせを決定することができる。これにより、レーダ装置は、水平角度θの個数と垂直角度φの個数が異なる場合であっても、反射波の到来角度を検出することができる。

なお、ここでは、レーダ装置が水平角度および垂直角度を推定するとしたがこれに限定されない。レーダ装置は、たとえば第１方向の到来角度および第１方向とは異なる第２方向の到来角度を推定すればよく、第１方向および第２方向とが必ずしも直交している必要はない。以下、かかる角度検出方法を実行するレーダ装置についてさらに説明する。

＜レーダ装置１＞
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とを有する。

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１５は、信号処理装置１０によって制御される。信号生成部２１は、例えば三角波状の変調信号を発振器２２に供給する。発振器２２は、信号生成部２１が生成した変調信号に応じて所定の周波数の送信信号を生成する。当該送信信号は、送信アンテナＴｘを介して送信される。このように、送信部２０は、信号処理装置１０に従って、周波数変調が施された送信信号を送信する。

本実施形態では、レーダ装置１は、例えばＦＭ−ＣＷ（Frequency-Modulated Continuous Wave）方式を用いて物標を検出する。したがって、発振器２２は、信号生成部２１が生成する三角波形状の変調信号に応じて一定の繰り返し周期で変化する送信信号を生成する。なお、送信部２０が図示しない増幅器を備え、発振器２２が生成した送信信号を当該増幅器で増幅して送信するようにしてもよい。

本実施形態に係るレーダ装置１は、例えば車両に搭載される。レーダ装置１は、例えば当該車両の前方または後方に向けて送信波を送信する。送信アンテナＴｘから送信された送信波は、例えば先行車両や後方車両、静止物等の物標で反射される。物標で反射された反射波は、車両に向かって戻り、レーダ装置１の受信部３０で受信される。

受信部３０は、複数の受信アンテナＲｘと、各受信アンテナＲｘに対応する複数の受信処理部４０とを備える。

複数の受信アンテナＲｘは、送信信号が複数の物標に反射して到来する複数の反射波を受信する。複数の受信アンテナＲｘは、水平方向に配置された水平アンテナＲｘ１ｈ〜Ｒｘ５ｈ（以下、まとめて水平アンテナＲｘｈとも記載する）と、垂直方向に配置された垂直アンテナＲｘ１ｖ〜Ｒｘ３ｖ（以下、まとめて垂直アンテナＲｘｖとも記載する）とを含む。水平アンテナＲｘｈは、所定の間隔ｄごとに等間隔に配置される。また、垂直アンテナＲｘｖは、所定の間隔ｄごとに等間隔に配置される。

複数の受信処理部４０は、各水平アンテナＲｘｈに対応する水平受信部４１０ｈ〜４５０ｈと、各垂直アンテナＲｘｖに対応する垂直受信部４１０ｖ〜４３０ｖを含む。各水平受信部４１０ｈ〜４５０ｈと垂直受信部４１０ｖ〜４３０ｖとは、反射波を受信するアンテナ素子の配列は異なるものの、アンテナ素子の構成および反射波を受信した後の処理は基本的には同一であるため、水平受信部４１０ｈを例にとって説明する。

水平受信部４１０ｈは、ミキサ４１１ｈとＡ／Ｄ変換部４１２ｈとを備える。ミキサ４１１ｈは、水平アンテナＲｘ１ｈを介して受信した反射波と送信信号とをミキシングし、ビート信号を生成する。ビード信号は、送信信号の周波数と反射波の周波数との差を周波数として持つ。Ａ／Ｄ変換部４１２ｈは、ミキサ４１１ｈが生成したビート信号に対してＡ／Ｄ変換処理を行いデジタル信号である受信信号を生成する。Ａ／Ｄ変換部４１２ｈは、生成した受信信号を信号処理装置１０に出力する。

なお、ここでは水平受信部４１０ｈがミキサ４１１ｈとＡ／Ｄ変換部４１２ｈ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。例えば水平受信部４１０ｈ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（図示せず）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、水平ＦＦＴ処理部１２０と、垂直ＦＦＴ処理部１３０と、角度推定部１４０と、調整部１５０と、決定部１６０とを備える。

送信制御部１１０は、三角波状の変調信号に応じた送信信号を送信するように送信部２０を制御する。水平ＦＦＴ処理部１２０は、水平アンテナＲｘｈを介して受信した各受信信号に対してＦＦＴ処理を施し、水平アンテナＲｘｈごとに周波数領域の受信信号を生成する。より詳述すると、ＦＦＴ処理により各物標の距離に対応する周波数位置にピーク信号が現れるため、水平ＦＦＴ処理部１２０はＦＦＴ処理により水平アンテナＲｘ１ｈ〜Ｒｘ５ｈごとにピーク信号を抽出し周波数領域の受信信号として生成する。

また、垂直ＦＦＴ処理部１３０は、垂直アンテナＲｘｖを介して受信した各受信信号に対してＦＦＴ処理を施し、垂直アンテナＲｘｖごとに周波数領域の受信信号を生成する。より詳述すると、垂直ＦＦＴ処理部１３０はＦＦＴ処理により水平アンテナＲｘ１ｖ〜Ｒｘ３ｖごとにピーク信号を抽出し周波数領域の受信信号として生成する。水平ＦＦＴ処理部１２０および垂直ＦＦＴ処理部１３０は、周波数領域の受信信号を角度推定部１４０に出力する。

角度推定部１４０は、複数の受信アンテナＲｘが受信した複数の反射波に基づき、当該反射波の水平角度θおよび垂直角度φをそれぞれ推定する。角度推定部１４０は、水平角度推定部１４１および垂直角度推定部１４２を備える。

水平角度推定部１４１は、水平アンテナＲｘｈを介して受信した複数の反射波に基づき、ピーク信号ごとに水平角度を推定する。ここではあるピーク信号における複数の水平角度θ１〜θ３を推定する。より詳述すると、水平ＦＦＴ処理部１２０で得られる各ピーク信号には距離が同じで水平角度が異なる複数の物標が存在している可能性があるため、水平ＦＦＴ処理部１２０のＦＦＴ処理結果では、各物標の距離に対応する周波数位置に複数のピーク信号が得られる。そこで、水平角度推定部１４１は、所定レベルを超えるピーク信号の各々に対して水平角度を推定する。

垂直角度推定部１４２は、垂直アンテナＲｘｖを介して受信した複数の反射波に基づき、複数の垂直角度φ１、φ２を推定する。水平角度推定部１４１および垂直角度推定部１４２は、例えばＥＳＰＲＩＴ法やＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）法等に基づき、複数の反射波から水平角度θおよび垂直角度φを推定する。水平角度推定部１４１および垂直角度推定部１４２は、推定した水平角度θおよび垂直角度φを調整部１５０に出力する。

なお、角度推定部１４０が推定する水平角度θおよび垂直角度φの個数は、少なくとも１以上であればよく、上述した例に限定されない。

調整部１５０は、水平角度θの個数と垂直角度φの個数とが異なる場合、個数が水平角度θおよび垂直角度φで一致するように、各角度の個数を調整する。調整部１５０は、例えば、個数が少ないほうの角度と同じ個数となるように角度の個数を調整する。

調整部１５０は、水平角度θおよび垂直角度φのうちの一方の個数が他方の個数より多い場合に、一方の中から他方の個数と同じ数の角度を選択する。ここでは水平角度θ＝｛θ１、θ２、θ３｝の個数が３個、垂直角度φ＝｛φ１、φ２｝の個数が２個である場合について説明する。

この場合、調整部１５０は、水平角度θの中から、垂直角度φの個数と同じ２個の角度を選択する。具体的に、調整部１５０は、例えば水平角度θ１、θ２および垂直角度φ１、φ２のグループＲ１を水平角度θと垂直角度φとの対応付けの一つの候補である候補Ｔ１として選択し、水平角度θ２、θ３および垂直角度φ１、φ２のグループＲ２を水平角度と垂直角度との対応付けの別の候補である候補Ｔ２として選択する。各候補Ｔ１、Ｔ２を行列形式で表すと以下の式（１）のように表現できる。

調整部１５０は、選択した候補Ｔ１、Ｔ２を決定部１６０に出力する。このように、調整部１５０が候補Ｔ１、Ｔ２を選択することで、水平角度θおよび垂直角度φの個数が異なる場合でも、各角度を正方行列で表現することができる。

決定部１６０は、調整部１５０が選択した候補Ｔ１、Ｔ２に基づき、水平角度θと垂直角度φの組み合わせを決定する。決定部１６０は、推定部１６１と、演算部１６２と、組み合わせ決定部１６３とを備える。

推定部１６１は、候補Ｔ１に含まれる水平角度θ＝｛θ１、θ２｝および垂直角度φ＝｛φ１、φ２｝に基づいて、物標で反射した反射波を推定する。推定部１６１は、第１反射推定部１６１ａおよび第２反射推定部１６１ｂを備える。

第１反射推定部１６１ａは、水平角度θ＝｛θ１、θ２｝に関する情報（例えば、後述するモード行列）に基づき、複数の物標で反射した反射波のパワーを推定する。第２反射推定部１６１ｂは、垂直角度φ＝｛φ１、φ２｝に関する情報（例えば、モード行列に基づき、複数の物標で反射した反射波のパワーを推定する。第１、第２反射推定部１６１ａ、１６１ｂによる反射波のパワーの推定は、水平角度θまたは垂直角度φのいずれかを用いる点を除き、同じであるため、ここでは第２反射推定部１６１ｂが垂直角度φ＝｛φ１、φ２｝に関する情報に基づき、反射波のパワーを推定する場合について説明する。

まず、図３を用いて送信信号および反射波について説明する。図３は、送信信号および反射波を説明するための模式図である。図３に示すように、送信アンテナＴｘから送信された送信信号ＳＴは、物標Ａ１、Ａ２にそれぞれ反射して反射波ＲＷ１、ＲＷ２となる。かかる反射波ＲＷ１は、複数の垂直アンテナＲｘｖにそれぞれ反射信号ＳＲ１１〜ＳＲ１３として受信される。また、反射波ＲＷ２は、複数の垂直アンテナＲｘｖにそれぞれ反射信号ＳＲ２１〜ＳＲ２３として受信される。したがって、垂直アンテナＲｘｖは、垂直アンテナＲｘｖごとに反射信号ＳＲ１１〜ＳＲ１３、ＳＲ２１〜ＳＲ２３が重畳した信号を。それぞれ受信信号Ｒ１〜Ｒ３として受信する。

ここで、説明をわかりやすくするために、垂直角度φ１からきた振幅１の信号の各垂直アンテナＲｘｖの理想的な信号を並べたものをモードベクトルａ（φ１）とする。そして、所定時刻における等移動面の基準が垂直アンテナＲｘ１ｖにあると考える。このとき、各反射信号ＳＲ２、ＳＲ３の位相は、垂直アンテナＲｘｖの配置間隔ｄに応じて式（２）、（３）に示すように表される。

したがって、このときのモードベクトルａ（φ１）をモード行列として表すと、式（４）に示すように表される。同様に、モードベクトルａ（φ２）をモード行列として表すと、式（５）に示すように表される。

なお、λは反射波ＲＷの波長である。

また、このとき、２つの角度ごとの反射波のパワーをＲＷ＿φとすると、反射波のパワーＲＷ＿φ＝｛ＲＷ＿φ１、ＲＷ＿φ２｝^Ｔは、式（６）を用いて推定することができる。なお、ＲＷ＿φ１およびＲＷ＿φ２のいずれか一方が反射波ＲＷ１に対応する反射波のパワーであり、他方がＲＷ２に対応する反射波のパワーである。

なお、Ａは式（４）と式（５）の結果をもとに算出されるモード行列であり、Ａ＝｛ａ（φ１）、ａ（φ２）｝^Ｔである。Ｒは、各垂直アンテナＲｘｖにおける受信信号の行列であり、Ｒ＝｛Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３｝^Ｔである。また、Ｔは転置行列を示しており、Ｈは随伴行列を示している。

このように、第２反射推定部１６１ｂは、垂直角度φ＝｛φ１、φ２｝に関する情報を用いて、垂直方向における反射波のパワーＲＷ＿φ１、ＲＷ＿φ２を推定する。同様に、第１反射推定部１６１ａは、水平角度θ＝｛θ１、θ２｝に関する情報を用いて、水平方向における反射波のパワーＲＷ＿θ１、ＲＷ＿θ２を推定する。なお、ＲＷ＿θ１およびＲＷ＿θ２のいずれか一方が反射波ＲＷ１に対応する反射波のパワーであり、他方が反射波ＲＷ２に対応する反射波のパワーである。

第１、第２反射推定部１６１ａ、１６１ｂは、推定した反射波のパワーＲＷ＿θ＝｛ＲＷ＿θ１、ＲＷ＿θ２｝、ＲＷ＿φ＝｛ＲＷ＿φ１、ＲＷ＿φ２｝を演算部１６２に出力する。

なお、第２反射推定部１６１ｂは全ての垂直アンテナＲｘｖを用いて反射波ＲＷ１、ＲＷ２のパワーを推定しているが、これに限定されない。第１、第２反射推定部１６１ａ、１６１ｂが一部の受信アンテナＲｘを用いて反射波ＲＷ１、ＲＷ２のパワーを推定するようにしてもよい。例えば、第１反射推定部１６１ａで、５本の水平アンテナＲｘｈのうち３本の水平アンテナＲｘｈで受信した受信信号ＳＲ１１〜ＳＲ１３を用いて反射波ＲＷ１、ＲＷ２のパワーを推定してもよい。このように、推定に用いる受信アンテナＲｘの本数を削減することで、反射波推定の演算量を低減することができ、処理速度を高速化することができる。

演算部１６２は、水平角度θおよび垂直角度φそれぞれにおける反射波ＲＷ１、ＲＷ２のパワーに基づき、相関演算を行う。演算部１６２は、第１演算部１６２ａと、第２演算部１６２ｂとを備える。

第１演算部１６２ａは、第１反射推定部１６１ａまたは第２反射推定部１６１ｂのいずれか一方が推定した反射波ＲＷのパワーの相関演算を行い、相関行列Ａｍ１を生成する。ここでは、第１反射推定部１６１ａが推定した反射波のパワーＲＷ＿θの相関演算を行うものとする。

このように、第１演算部１６２ａは、例えば本数が多い水平アンテナＲｘｈが受信した受信信号に基づき推定した水平角度θに対応する反射波ＲＷのパワーの相関演算を行う。これにより、第１演算部１６２ａは、より高精度に推定した反射波ＲＷのパワーの相関演算を行うことで、より高精度に到来角度を検出することができる。これは、角度推定部１４０が、受信アンテナＲｘの本数が多いほど、到来角度を高精度に推定できるためである。

第２演算部１６２ｂは、第１、第２反射推定部１６１ａ、１６１ｂが推定した反射波のパワーＲＷ＿θ、ＲＷ＿φの相互相関演算を行い、相互相関行列Ｃｍ１を生成する。第１、第２演算部１６２ａ、１６２ｂは、演算結果を組み合わせ決定部１６３に出力する。

なお、上述した例では、推定部１６１が候補Ｔ１に基づいて反射波ＲＷのパワーの推定を行い、演算部１６２が相関演算を行う場合について説明したが、同様に推定部１６１は候補Ｔ２に基づいて反射波ＲＷのパワーの推定を行い、演算部１６２が相関演算を行うことで、相関行列Ａｍ２および相互相関行列Ｃｍ２を生成するものとする。

以上の処理において、レーダ装置１は、水平角度θの数と垂直角度φの数の少ないほうに合わせた正方行列となるように複数グループ（例えば、２グループＲ１、Ｒ２）を生成する。上記の例では水平角度がθ１〜θ３の３個と、垂直角度がφ１、φ２の２個であるため、レーダ装置１は２×２の正方行列となるように２つのグループＲ１、Ｒ２を生成する。レーダ装置１は、各グループＲ１、Ｒ２に対して上述したように反射波のパワーの相互相関行列を生成する。

組み合わせ決定部１６３は、第１、第２演算部１６２ａ、１６２ｂの演算結果に基づいて、水平角度θおよび垂直角度φの組み合わせを決定することで、反射波ＲＷ１、ＲＷ２の到来方向を検出する。

ここで、説明を簡単にするために、水平角度θ１および垂直角度φ１が反射波ＲＷ１の到来角度であり、水平角度θ２および垂直角度φ２が反射波ＲＷ２の到来角度であるものとする。

この場合、水平角度θ１に関する情報に基づいて推定した反射波のパワーＲＷ＿θ１および垂直角度φ１に関する情報に基づいて推定した反射波のパワーＲＷ＿φ１は、同一の物標からの反射波ＲＷ１のパワーであるため、略同じパワーとなり相関が高くなる。また、水平角度θ２に関する情報に基づいて推定した反射波のパワーＲＷ＿θ２および垂直角度φ２に関する情報に基づいて推定した反射波のパワーＲＷ＿φ２は、同一の物標からの反射波ＲＷ２のパワーであるため、略同じパワーとなり相関が高くなる。また、水平角度θ３に関する情報に基づいて推定した反射波のパワーＲＷ＿θ３は、例えば雑音に相当する信号のパワーとなり、送信信号が反射した反射波ＲＷ１、ＲＷ２のパワーとは異なるパワーとなる。

したがって、相関行列Ａｍ１におけるＲＷ＿θ１の相関係数と相互相関行列Ｃｍ１におけるＲＷ＿θ１とＲＷ＿φ１の相関係数は近い値となり、また大きな値となる。同様にＲＷ＿θ２の相関係数とＲＷ＿θ２とＲＷ＿φ２の相関係数は近い値となり、また大きな値となる。

一方、相関行列Ａｍ２におけるＲＷ＿θ３の相関係数と、相互相関行列Ｃｍ２におけるＲＷ＿θ３とＲＷ＿φ１の相関係数およびＲＷ＿θ３とＲＷ＿φ２の相関係数とは、いずれも近い値にならない。これは、ＲＷ＿θ３とＲＷ＿φ１およびＲＷ＿φ２がいずれも同じ反射波ＲＷを推定した結果ではないためである。

このことから、組み合わせ決定部１６３は、相関行列Ａｍ１、Ａｍ２および相互相関行列Ｃｍ１、Ｃｍ２から値が近い相関係数の組み合わせを決定することで、水平角度θおよび垂直角度φの組み合わせを決定する。組み合わせ決定部１６３は、決定した水平角度θおよび垂直角度φを反射波ＲＷの到来角度に決定する。

このように、レーダ装置１は、演算部１６２が相関演算を行うことで、組み合わせ決定部１６３が水平角度θおよび垂直角度φの組み合わせをより精度よく決定することができる。また、第１演算部１６２ａが水平方向の到来波の相関演算を行い、第２演算部１６２ｂが水平方向および垂直方向の到来波の相互相関演算を行う。これにより、組み合わせ決定部１６３が水平角度θおよび垂直角度φの組み合わせをより精度よく決定することができる。

なお、調整部１５０が選択する候補Ｔ１、Ｔ２には、図１Ｂに示すように重複する組み合わせが含まれる。組み合わせ決定部１６３は、水平角度θおよび垂直角度φの組み合わせを決定する場合に、重複する組み合わせについてはいずれか一方の候補の組み合わせを選択するものとする。

＜角度検出処理＞
次に本実施形態にかかるレーダ装置１が実行する処理手順について図４を用いて説明する。図４は、レーダ装置１が実行する角度検出処理の手順を示すフローチャートである。レーダ装置１は、例えば送信アンテナＴｘから送信信号を送信している間、図４に示す角度検出処理を実行する。

図４に示すように、レーダ装置１は、受信信号に対してＦＦＴ処理を行う（ステップＳ１０１）。次に、レーダ装置１は、ＦＦＴ処理を施した受信信号に基づいて到来角度を推定する（ステップＳ１０２）。レーダ装置１は、例えば水平角度θおよび垂直角度φを推定する。

レーダ装置１は、推定した水平角度θの個数および垂直角度φの個数を比較する（ステップＳ１０３）。比較結果、水平角度θと垂直角度φの個数が等しい場合（ステップＳ１０３のＮｏ）、ステップＳ１０５に進む。

比較結果、水平角度θと垂直角度φの個数が異なる場合（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、レーダ装置１は、水平角度θおよび垂直角度φの個数が等しいグループＲ１、Ｒ２をそれぞれ水平角度θと垂直角度φとの対応付けの候補Ｔ１、Ｔ２として選択する（ステップＳ１０４）。レーダ装置１は、候補Ｔ１、Ｔ２に含まれる角度ごとに反射波ＲＷのパワーを推定する（ステップＳ１０５）。

レーダ装置１は、推定した反射波ＲＷのパワーに基づき、相関演算を行い（ステップＳ１０６）、演算結果に基づいて水平角度θおよび垂直角度φの組み合わせを決定する（ステップＳ１０７）。

以上のように、本実施形態に係るレーダ装置１は、水平角度θおよび垂直角度φの個数が異なる場合に、当該個数が一致するように候補Ｔ１、Ｔ２を選択する。これにより、レーダ装置１は、水平角度θおよび垂直角度φの個数によらず、到来角度を検出することができる。また、個数が一致するように選択した水平角度θおよび垂直角度φの候補Ｔ１、Ｔ２を用いて行列演算を行うことで、正方行列に対して反射波ＲＷのパワーを推定する演算や相関演算を行うことができ、演算処理の負荷を低減することができる。さらに、レーダ装置１は、角度スペクトルやパワースペクトルを用いず、水平角度θおよび垂直角度φに関する情報を用いて到来角度を検出するため、当該スペクトル推定誤差の影響を抑えることができる。したがって、高精度に到来角度を検出することができる。

＜変形例＞
図５および図６を用いて本実施形態に係るレーダ装置１の変形例について説明する。図５は、変形例に係るレーダ装置１Ａの構成を示す図である。変形例に係るレーダ装置１Ａは、調整部１５０Ａが水平角度θと垂直角度φとの対応付けの候補を選択する代わりにダミー角度を追加することで水平角度θおよび垂直角度φの個数を調整する点で、図２に示すレーダ装置１と異なる。それ以外の構成および動作は図２に示すレーダ装置１と同じであるため、同一の符号を付し、説明を省略する。

本変形例に係るレーダ装置１Ａは、水平角度θの個数と垂直角度φの個数とが異なる場合に、当該個数が一致するようにダミー角度を追加する調整部１５０Ａを備える。例えば、上述したように、角度推定部１４０が推定した角度が水平角度θ＝｛θ１、θ２、θ３｝、垂直角度φ＝｛φ１、φ２｝である場合、調整部１５０Ａは、垂直角度φ３を追加する。これにより、決定部１６０は、水平角度θ＝｛θ１、θ２、θ３｝および垂直角度φ＝｛φ１、φ２、φ３｝に関する情報に基づいて反射波ＲＷのパワーの推定、相関演算を行い、到来角度を検出する。

図６は、本変形例に係るレーダ装置１Ａが実行する角度検出処理の手順を示すフローチャートである。図６に示すフローチャートは、ステップＳ１０４の代わりにステップＳ２０１でダミー角度を追加している点を除き、図４に示す角度検出処理と同じであるため、同一の符号を付し、説明を省略する。

水平角度θの個数と垂直角度φの個数とが異なる場合（ステップＳ１０３のＹｅｓ）、レーダ装置１Ａは、水平角度θと垂直角度φの個数が等しくなるようにダミー角度φ３を追加する（ステップＳ２０１）。

上記実施形態では、水平角度θと垂直角度φの個数が異なる場合に、個数の少ない角度に合わせて組み合わせ候補を選択したが、例えば本変形例に示すように、個数の多い角度に合わせてダミー角度φ３を追加することもできる。

このように、本変形例では、レーダ装置１Ａの調整部１５０Ａがダミー角度φ３を追加することで、水平角度θと垂直角度φの個数を一致させることができる。これにより、上記実施形態１と同様に水平角度θおよび垂直角度φの個数によらず反射波ＲＷの到来角度を検出することができる。さらに、ダミー角度φ３を追加することで、決定部１６０で行う演算を行う候補の数を減らすことができるとともに、正方行列を用いて演算を行うことができる。これにより、決定部１６０で行う演算の処理負荷をより低減することができる。

以上のように、本実施形態および変形例に係るレーダ装置１、１Ａは、角度推定部１４０と、調整部１５０、１５０Ａと、決定部１６０とを備える。角度推定部１４０は、送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波ＲＷを複数の受信アンテナＲｘを介して受信した受信信号に基づき、反射波ＲＷの第１方向（水平方向）における到来角度θおよび第１方向とは異なる第２方向（垂直方向）における到来角度φをそれぞれ推定する。

調整部１５０は、角度推定部１４０が推定した第１方向における到来角度θの個数と、第２方向における到来角度φの個数とが異なる場合に、到来角度θ、φの個数が第１方向および第２方向で一致するように個数を調整する。決定部１６０は、調整部１５０が調整した個数の到来角度θ、φに基づき、第１方向における到来角度θと、第２方向における到来角度φとの組み合わせを決定する。

これにより、レーダ装置１、１Ａは、水平角度θの個数と垂直角度φの個数が異なる場合であっても、反射波ＲＷの到来角度を検出することができる。

また、本実施形態に係るレーダ装置１の調整部１５０は、第１方向および第２方向のうちの一方の到来角度の個数が、他方の到来角度の個数より多い場合に、一方の到来角度の中から他方の到来角度の個数と同じ数の到来角度を選択する。

これにより、レーダ装置１は、水平角度θの個数と垂直角度φの個数が異なる場合であっても、反射波ＲＷの到来角度を検出することができる。

また、変形例に係るレーダ装置１Ａの調整部１５０Ａは、第１方向および第２方向のうちの一方の到来角度の個数が、他方の到来角度の個数より少ない場合に、一方の到来角度の個数が他方の到来角度の個数と一致するように、一方の到来角度にダミー角度を追加する。

これにより、レーダ装置１Ａは、水平角度θの個数と垂直角度φの個数が異なる場合であっても、反射波ＲＷの到来角度を検出することができる。

また、本実施形態および変形例に係るレーダ装置１、１Ａの決定部１６０は、演算部１６２と、組み合わせ決定部１６３とを備える。演算部１６２は、調整部１５０が調整した到来角度に基づき、相関演算を行う。組み合わせ決定部１６３は、演算部１６２による演算結果に応じて組み合わせを決定する。

これにより、レーダ装置１、１Ａは、水平角度θの個数と垂直角度φの個数が異なる場合であっても、相関演算を行うことで、精度良く反射波ＲＷの到来角度を検出することができる。

また、本実施形態および変形例に係るレーダ装置１、１Ａの決定部１６０は、第１反射推定部１６１ａと、第２反射推定部１６１ｂとを備える。第１反射推定部１６１ａは、第１方向の到来角度θに基づき、反射波のパワーをそれぞれ推定する。第２反射推定部１６１ｂは、第２方向の到来角度φに基づき、反射波のパワーをそれぞれ推定する。

演算部１６２は、第１演算部１６２ａと、第２演算部１６２ｂとを備える。第１演算部１６２ａは、第１反射推定部１６１ａまたは第２反射推定部１６１ｂのいずれか一方が推定した反射波のパワーの相関演算を行う。第２演算部１６２ｂは、第１反射推定部１６１ａが推定した反射波のパワーおよび第２反射推定部１６１ｂが推定した反射波のパワーの相互相関演算を行う。

これにより、レーダ装置１、１Ａは、水平角度θの個数と垂直角度φの個数が異なる場合であっても、相関演算を行うことで、精度良く反射波ＲＷの到来角度を検出することができる。

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、１Ａ レーダ装置
１０ 信号処理装置
２０ 送信部
３０ 受信部
１４０ 角度推定部
１５０、１５０Ａ 調整部
１６０ 決定部
１６１ 推定部
１６１ａ 第１反射推定部
１６１ｂ 第２反射推定部
１６２ 演算部
１６２ａ 第１演算部
１６２ｂ 第２演算部
１６３ 組み合わせ決定部

Claims (9)

1. 送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波を複数のアンテナを介して受信した受信信号に基づき、前記反射波の第１方向における到来角度および前記第１方向とは異なる第２方向における到来角度をそれぞれ推定する角度推定部と、
   前記角度推定部が推定した前記第１方向における前記到来角度の個数と、前記第２方向における前記到来角度の個数とが異なる場合に、前記到来角度の個数が前記第１方向および前記第２方向で一致するように個数を調整する調整部と、
   前記調整部が調整した個数の前記到来角度に基づき、前記第１方向における前記到来角度と、前記第２方向における前記到来角度との組み合わせを決定する決定部と、
   を備え、
   前記調整部は、
   前記第１方向および前記第２方向のうちの一方の前記到来角度の個数が、他方の前記到来角度の個数より少ない場合に、前記一方の前記到来角度の個数が前記他方の前記到来角度の個数と一致するように、前記一方の前記到来角度にダミー角度を追加すること
   を特徴とするレーダ装置。
2. 送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波を複数のアンテナを介して受信した受信信号に基づき、前記反射波の第１方向における到来角度および前記第１方向とは異なる第２方向における到来角度をそれぞれ推定する角度推定部と、
   前記角度推定部が推定した前記第１方向における前記到来角度の個数と、前記第２方向における前記到来角度の個数とが異なる場合に、前記到来角度の個数が前記第１方向および前記第２方向で一致するように個数を調整する調整部と、
   前記調整部が調整した個数の前記到来角度に基づき、前記第１方向における前記到来角度と、前記第２方向における前記到来角度との組み合わせを決定する決定部と、
   を備え、
   前記決定部は、
   前記調整部が調整した前記到来角度に基づき、相関演算を行う演算部と、
   前記演算部による演算結果に応じて前記組み合わせを決定する組み合わせ決定部と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
3. 送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波を複数のアンテナを介して受信した受信信号に基づき、前記反射波の第１方向における到来角度および前記第１方向とは異なる第２方向における到来角度をそれぞれ推定する角度推定部と、
   前記角度推定部が推定した前記第１方向における前記到来角度の個数と、前記第２方向における前記到来角度の個数とが異なる場合に、前記到来角度の個数が前記第１方向および前記第２方向で一致するように個数を調整する調整部と、
   前記調整部が調整した個数の前記到来角度に基づき、前記第１方向における前記到来角度と、前記第２方向における前記到来角度との組み合わせを決定する決定部と、
   を備え、
   前記調整部は、
   前記第１方向および前記第２方向のうちの一方の前記到来角度の個数が、他方の前記到来角度の個数より多い場合に、前記一方の前記到来角度の中から前記他方の前記到来角度の個数と同じ数の前記到来角度を選択し、
   前記決定部は、
   前記調整部が調整した前記到来角度に基づき、相関演算を行う演算部と、
   前記演算部による演算結果に応じて前記組み合わせを決定する組み合わせ決定部と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
4. 送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波を複数のアンテナを介して受信した受信信号に基づき、前記反射波の第１方向における到来角度および前記第１方向とは異なる第２方向における到来角度をそれぞれ推定する角度推定部と、
   前記角度推定部が推定した前記第１方向における前記到来角度の個数と、前記第２方向における前記到来角度の個数とが異なる場合に、前記到来角度の個数が前記第１方向および前記第２方向で一致するように個数を調整する調整部と、
   前記調整部が調整した個数の前記到来角度に基づき、前記第１方向における前記到来角度と、前記第２方向における前記到来角度との組み合わせを決定する決定部と、
   を備え、
   前記調整部は、
   前記第１方向および前記第２方向のうちの一方の前記到来角度の個数が、他方の前記到来角度の個数より少ない場合に、前記一方の前記到来角度の個数が前記他方の前記到来角度の個数と一致するように、前記一方の前記到来角度にダミー角度を追加し、
   前記決定部は、
   前記調整部が調整した前記到来角度に基づき、相関演算を行う演算部と、
   前記演算部による演算結果に応じて前記組み合わせを決定する組み合わせ決定部と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
5. 前記決定部は、
   前記第１方向の前記到来角度に基づき、前記反射波のパワーをそれぞれ推定する第１反射推定部と、
   前記第２方向の前記到来角度に基づき、前記反射波のパワーをそれぞれ推定する第２反射推定部と、をさらに備え、
   前記演算部は、
   前記第１反射推定部または前記第２反射推定部のいずれか一方が推定した前記反射波のパワーの相関演算を行う第１演算部と、
   前記第１反射推定部が推定した前記反射波および前記第２反射推定部が推定した前記反射波のパワーの相互相関演算を行う第２演算部と、を備えること
   を特徴とする請求項２、３または４に記載のレーダ装置。
6. 送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波を複数のアンテナを介して受信した受信信号に基づき、前記反射波の第１方向における到来角度および前記第１方向とは異なる第２方向における到来角度をそれぞれ推定する角度推定工程と、
   前記角度推定工程が推定した前記第１方向における前記到来角度の個数と、前記第２方向における前記到来角度の個数とが異なる場合に、前記到来角度の個数が前記第１方向および前記第２方向で一致するように個数を調整する調整工程と、
   前記調整工程で調整した個数の前記到来角度に基づき、前記第１方向における前記到来角度と、前記第２方向における前記到来角度との組み合わせを決定する決定工程と、
   を含み、
   前記調整工程は、
   前記第１方向および前記第２方向のうちの一方の前記到来角度の個数が、他方の前記到来角度の個数より少ない場合に、前記一方の前記到来角度の個数が前記他方の前記到来角度の個数と一致するように、前記一方の前記到来角度にダミー角度を追加すること
   を特徴とする角度検出方法。
7. 送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波を複数のアンテナを介して受信した受信信号に基づき、前記反射波の第１方向における到来角度および前記第１方向とは異なる第２方向における到来角度をそれぞれ推定する角度推定工程と、
   前記角度推定工程で推定した前記第１方向における前記到来角度の個数と、前記第２方向における前記到来角度の個数とが異なる場合に、前記到来角度の個数が前記第１方向および前記第２方向で一致するように個数を調整する調整工程と、
   前記調整工程が調整した個数の前記到来角度に基づき、前記第１方向における前記到来角度と、前記第２方向における前記到来角度との組み合わせを決定する決定工程と、
   を含み、
   前記決定工程は、
   前記調整工程が調整した前記到来角度に基づき、相関演算を行う演算工程と、
   前記演算工程による演算結果に応じて前記組み合わせを決定する組み合わせ決定工程と、
   を含むことを特徴とする角度検出方法。
8. 送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波を複数のアンテナを介して受信した受信信号に基づき、前記反射波の第１方向における到来角度および前記第１方向とは異なる第２方向における到来角度をそれぞれ推定する角度推定工程と、
   前記角度推定工程が推定した前記第１方向における前記到来角度の個数と、前記第２方向における前記到来角度の個数とが異なる場合に、前記到来角度の個数が前記第１方向および前記第２方向で一致するように個数を調整する調整工程と、
   前記調整工程で調整した個数の前記到来角度に基づき、前記第１方向における前記到来角度と、前記第２方向における前記到来角度との組み合わせを決定する決定工程と、
   を含み、
   前記調整工程は、
   前記第１方向および前記第２方向のうちの一方の前記到来角度の個数が、他方の前記到来角度の個数より多い場合に、前記一方の前記到来角度の中から前記他方の前記到来角度の個数と同じ数の前記到来角度を選択し、
   前記決定工程は、
   前記調整工程が調整した前記到来角度に基づき、相関演算を行う演算工程と、
   前記演算工程による演算結果に応じて前記組み合わせを決定する組み合わせ決定工程と、
   を含むことを特徴とする角度検出方法。
9. 送信信号が少なくとも１つの物標に反射して到来する少なくとも１つの反射波を複数のアンテナを介して受信した受信信号に基づき、前記反射波の第１方向における到来角度および前記第１方向とは異なる第２方向における到来角度をそれぞれ推定する角度推定工程と、
   前記角度推定工程が推定した前記第１方向における前記到来角度の個数と、前記第２方向における前記到来角度の個数とが異なる場合に、前記到来角度の個数が前記第１方向および前記第２方向で一致するように個数を調整する調整工程と、
   前記調整工程で調整した個数の前記到来角度に基づき、前記第１方向における前記到来角度と、前記第２方向における前記到来角度との組み合わせを決定する決定工程と、
   を含み、
   前記調整工程は、
   前記第１方向および前記第２方向のうちの一方の前記到来角度の個数が、他方の前記到来角度の個数より少ない場合に、前記一方の前記到来角度の個数が前記他方の前記到来角度の個数と一致するように、前記一方の前記到来角度にダミー角度を追加し、
   前記決定工程は、
   前記調整工程が調整した前記到来角度に基づき、相関演算を行う演算工程と、
   前記演算工程による演算結果に応じて前記組み合わせを決定する組み合わせ決定工程と、
   を含むことを特徴とする角度検出方法。

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