JP7002956B2

JP7002956B2 - レーダ装置及び信号処理方法

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Publication number: JP7002956B2
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Inventors: 弘貴石川
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Description

本発明は、レーダ装置によって導出される物標の角度を複数の受信アンテナにより受信された到来電波の位相差に基づいて推定する技術に関する。

レーダ装置によって導出される物標の角度を複数の受信アンテナにより受信された到来電波の位相差に基づいて推定する場合、受信アンテナの間隔が到来電波の半波長よりも広ければ、位相折り返しが発生する。

特許文献１で開示されているレーダ装置では、アンテナ間隔が異なる２つの受信アンテナ対でそれぞれ検出される物標の角度（方位）が一致したときの角度を、レーダ装置によって検出された物標の角度として採用することで、物標の角度の誤検出を防止している。

特開２０００－２３０９７４号公報

アンテナ間隔が狭い受信アンテナ対はアンテナ間隔が広い受信アンテナ対よりも熱ノイズやアンテナ自体の固有ノイズ等のノイズが多い。このため、アンテナ間隔が狭い受信アンテナ対で検出される物標の角度の信頼性が低いと判断され、アンテナ間隔が狭い受信アンテナ対で検出される物標の角度が出力されない場合がある。このような場合、アンテナ間隔が異なる２つの受信アンテナ対でそれぞれ検出される物標の角度が一致しないことになり、特許文献１で開示されているレーダ装置は、物標の角度を検出することができない。

本発明は、上記課題に鑑みて、アンテナ間隔が狭い複数の受信アンテナにおいてノイズ多い場合でも位相折り返しの問題を解消して、レーダ装置によって導出される物標の角度精度を向上させることを目的とする。

本発明に係るレーダ装置は、第１の間隔で配置された複数の第１の受信アンテナと、前記第１の間隔より広い第２の間隔で配置された複数の第２の受信アンテナと、複数の前記第２の受信アンテナを用いて導出された物標の複数の角度候補を算出する第１の算出部と、複数の前記角度候補それぞれに関して、複数の前記第１の受信アンテナで受信された受信信号を前記角度候補の方向と直交方向とにベクトル分解し、前記直交方向のパワーを算出する第２の算出部と、複数の前記角度候補のうち、前記直交方向のパワーが最小となる角度候補を、前記物標の角度として選択する選択部と、を備える構成（第１の構成）である。

上記第１の構成のレーダ装置において、複数の前記第１の受信アンテナを用いた物標の導出では、少なくとも前記レーダ装置の出力有効範囲において、位相折り返しが発生しない構成（第２の構成）であってもよい。

上記第１又は第２の構成のレーダ装置において、前記選択部は、前記直交方向のパワーが所定値以下である角度候補を、前記直交方向のパワーが最小となる角度候補とみなす構成（第３の構成）であってもよい。

上記第１～第３いずれかの構成のレーダ装置において、前記第２の算出部が、複数の前記角度候補それぞれに関して、複数の前記第１の受信アンテナで受信された受信信号を前記角度候補の方向と複数の互いに異なる前記直交方向とにベクトル分解する場合、前記選択部は、複数の互いに異なる前記直交方向の各パワーのうちの最大値同士を比較して、複数の前記角度候補のうち、比較対象である前記直交方向のパワーが最小となる角度候補を、前記物標の角度として選択する構成（第４の構成）であってもよい。

上記第１～第４いずれかの構成のレーダ装置において、前記第１の算出部が、複数の前記第２の受信アンテナを用いて導出された複数の前記物標それぞれの複数の角度候補を算出する場合、前記第２の算出部が、複数の前記物標それぞれの複数の角度候補の組み合わせそれぞれに関して、複数の前記第１の受信アンテナで受信された受信信号を前記角度候補の方向と直交方向とにベクトル分解し、前記直交方向のパワーを算出する構成（第５の構成）であってもよい。

本発明に係る信号処理方法は、第１の間隔で配置された複数の第１の受信アンテナと、前記第１の間隔より広い第２の間隔で配置された複数の第２の受信アンテナと、を備えるレーダ装置の信号処理方法であって、複数の前記第２の受信アンテナを用いて導出された物標の複数の角度候補を算出する第１の算出工程と、複数の前記角度候補それぞれに関して、複数の前記第１の受信アンテナで受信された受信信号を前記角度候補の方向と直交方向とにベクトル分解し、前記直交方向のパワーを算出する第２の算出工程と、複数の前記角度候補のうち、前記直交方向のパワーが最小となる角度候補を、前記物標の角度として選択する選択工程と、を備える構成（第６の構成）である。

本発明によると、アンテナ間隔が狭い複数の受信アンテナにおいてノイズが多い場合でも位相折り返しの問題を解消して、レーダ装置によって導出される物標の角度精度を向上させることができる。

レーダ装置の構成例を示す図信号処理装置の動作を示すフローチャートピーク角度の例を示す図方位演算及びピーク角度の出力を行う処理の流れを示すフローチャート物標の角度候補を示す図物標の角度候補を示す図物標の角度候補を示す図

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜１．レーダ装置の構成＞
図１は本実施形態に係るレーダ装置１の構成を示す図である。レーダ装置１は、例えば自動車などの車両に搭載されている。以下、レーダ装置１が搭載される車両を「自車両」という。また、自車両の直進進行方向であって、運転席からステアリングに向かう方向を「前方」という。また、自車両の直進進行方向であって、ステアリングから運転席に向かう方向を「後方」という。また、自車両の直進進行方向及び鉛直線に垂直な方向であって、前方向を向いている運転手の右側から左側に向かう方向を「左方向」という。また、自車両の直進進行方向及び鉛直線に垂直な方向であって、前方向を向いている運転手の左側から右側に向かう方向を「右方向」という。

レーダ装置１は自車両の前端に搭載されている。レーダ装置１は、周波数変調した連続波であるＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）を用いて、自車両の前方に存在する物標に係る物標データを取得する。

レーダ装置１は、物標から反射した反射波がレーダ装置１の受信アンテナに受信されるまでの距離（以下、「縦距離」という。） [ｍ]、自車両に対する物標の相対速度[ｋｍ／ｈ]、自車両の左右方向における物標の距離（以下、「横位置」という。）[ｍ]などのパラメータを有する物標データを導出する。縦位置は、例えば、自車両のレーダ装置１を搭載している位置を原点Ｏとし、自車両の前方では正の値、自車両の後方では負の値で表現される。横位置は、例えば、自車両のレーダ装置１を搭載している位置を原点Ｏとし、自車両の右側では正の値、自車両の左側では負の値で表現される。

図１に示すように、レーダ装置１は、送信部２と、受信部３ｎ及び３ｗと、信号処理装置４と、複数の受信アンテナ３１ｎと、を主に備えている。受信部３ｎでは、隣接する受信アンテナ３１ｎの間隔が第１の間隔ｄ１であり、受信部３ｗでは、隣接する受信アンテナ３１ｗの間隔が第１の間隔ｄ１より広い第２の間隔ｄ２であるが、受信部３ｎと受信部３ｗの基本的な構成は同一である。このため、以下の説明では、適宜、受信部３ｎと受信部３ｗとを区別せずに受信部３として説明する。

送信部２は、信号生成部２１と発信器２２とを備えている。信号生成部２１は、三角波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発信器２２に供給する。発信器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、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号を生成し、送信アンテナ２３に出力する。

送信アンテナ２３は、発信器２２からの送信信号に基づいて、送信波ＴＷを自車両の前方に出力する。送信アンテナ２３が出力する送信波ＴＷは、所定の周期で周波数が上下するＦＭＣＷとなる。送信アンテナ２３から自車両の前方に送信された送信波ＴＷは、人、他車両などの物体で反射されて反射波ＲＷとなる。

受信部３は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ３１と、その複数の受信アンテナ３１に接続された複数の個別受信部３２とを備えている。本実施形態では、受信部３は、例えば、４つの受信アンテナ３１と４つの個別受信部３２とを備えている。４つの個別受信部３２は、４つの受信アンテナ３１にそれぞれ対応している。各受信アンテナ３１は物体からの反射波ＲＷを受信して受信信号を取得し、各個別受信部３２は対応する受信アンテナ３１で得られた受信信号を処理する。

各個別受信部３２は、ミキサ３３とＡ／Ｄ変換器３４とを備えている。受信アンテナ３１で得られた受信信号は、ローノイズアンプ（図示省略）で増幅された後にミキサ３３に送られる。ミキサ３３には送信部２の発信器２２からの送信信号が入力され、ミキサ３３において送信信号と受信信号とがミキシングされる。これにより、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差となるビート周波数を有するビート信号が生成される。ミキサ３３で生成されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタルの信号に変換された後に、信号処理装置４に出力される。

信号処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びメモリ４１などを含むマイクロコンピュータを備えている。信号処理装置４は、演算の対象とする各種のデータを、記憶装置であるメモリ４１に記憶する。メモリ４１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などである。信号処理装置４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４２、フーリエ変換部４３Ａ、フーリエ変換部４３Ｂ、及び、データ処理部４４を備えている。送信制御部４２は、送信部２の信号生成部２１を制御する。フーリエ変換部４３Ａとフーリエ変換部４３Ｂの基本的な構成は同一である。このため、以下の説明では、適宜、フーリエ変換部４３Ａとフーリエ変換部４３Ｂとを区別せずにフーリエ変換部４３として説明する。

フーリエ変換部４３は、複数の個別受信部３２のそれぞれから出力されるビート信号を対象に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する。これにより、フーリエ変換部４３は、複数の受信アンテナ３１ｗそれぞれの受信信号に係るビート信号を、周波数領域のデータである周波数スペクトラムに変換する。フーリエ変換部４３Ａで得られた周波数スペクトラムは、データ処理部４４内の第１の算出部４５ａに入力される。フーリエ変換部４３Ｂで得られた周波数スペクトラムは、データ処理部４４内の第２の算出部４５ｂに入力される。第２の算出部４５ａ及び第２の算出部４５ｂの詳細については後述する。

データ処理部４４は、物標データ取得処理を実行し、複数の受信アンテナ３１ｗそれぞれの周波数スペクトラムと複数の受信アンテナ３１ｎの受信信号に基づいて、自車両の前方の物標に係る物標データを取得する。また、データ処理部４４は、物標データを車両制御ＥＣＵ６１などに出力する。

図１に示すように、データ処理部４４は、主な機能として、物標データ導出部４５、物標データ処理部４６、及び物標データ出力部４７を備えている。

物標データ導出部４５は、フーリエ変換部４３Ａで得られた周波数スペクトラムに基づいて物標に係る物標データを導出する。物標データ導出部４５は、第１の算出部４５ａと、第２の算出部４５ｂと、選択部４５ｃと、ペアリング処理部４５ｄと、を備えている。第１の算出部４５ａ、第２の算出部４５ｂ、選択部４５ｃ、及びペアリング処理部４５ｄそれぞれが実行する処理の詳細については後述する。

物標データ処理部４６は、導出された物標データを対象にしてフィルタリングなどの各種の処理を行う。物標データ出力部４７は、物標データを車両制御ＥＣＵ６１などに出力する。これにより、車両制御ＥＣＵ６１などは、物標データを例えばＡＣＣ（Adaptive Cruise Control）やＰＣＳ（Pre-crash Safety System）に用いることができる。

＜２．信号処理装置の動作＞
次に、信号処理装置４の動作について説明する。図２は、信号処理装置４の動作を示すフローチャートである。信号処理装置４は、図２に示す処理を一定時間（例えば、１／２０秒）ごとに周期的に繰り返す。

図２に示す処理の開始前に、送信制御部４２による信号生成部２１の制御が完了している。まず、フーリエ変換部４３が、複数の個別受信部３２のそれぞれから出力されるビート信号を対象に、高速フーリエ変換を実行する（ステップＳ１）。そして、４つの受信アンテナ３１の全てに関してアップ区間（送信波ＴＷの周波数が上昇する区間）及びダウン区間（送信波ＴＷの周波数が下降する区間）の双方の周波数スペクトラムが、フーリエ変換部４３からデータ処理部４４に入力される。

次に、物標データ導出部４５が、周波数スペクトラムを対象にピーク周波数を抽出する（ステップＳ２）。物標データ導出部４５は、周波数スペクトラムのうち、所定の閾値を超えるパワーを有するピークが表れる周波数を、ピーク周波数として抽出する。

次に、物標データ導出部４５は、方位演算処理により、抽出したピーク周波数の信号に係る物標の角度を推定する。方位演算処理では、一つのピーク周波数の信号から、複数の角度、及びそれら複数の角度それぞれの信号のパワーが導出される。方位演算処理としては、ESPRIT、MUSIC、PRISMなどの周知の方位演算処理を用いることができる。

図３は、方位演算処理により推定された角度を、角度スペクトラムとして概念的に示す図である。図中において、横軸は角度（ｄｅｇ）、縦軸は信号のパワーを示している。角度（ｄｅｇ）は、自車両の前方直進進行方向とレーダ装置１から物標に向かう方向とのなす角度であり、例えば物標が自車両の前方右側に存在する場合に正の値で表現され物標が自車両の前方左側に存在する場合に負の値で表現される。横位置は、例えば、自車両のレーダ装置１を搭載している位置を原点Ｏとし、自車両の右側では正の値、自車両の左側では負の値で表現される。角度スペクトラムにおいて、方位演算処理により推定された角度はピークＰａとして表れる。以下、方位演算処理により推定された角度を「ピーク角度」といい、ピーク角度の信号のパワーを「角度パワー」という。このように一つのピーク周波数の信号から同時に導出された複数のピーク角度は、同一の縦距離（当該ピーク周波数に対応する縦距離）に存在する複数の物標の角度を示す。

物標データ導出部４５は、同一の縦距離に存在する複数の物標それぞれのピーク角度と、角度パワーとを導出する（ステップＳ３）。

これにより、物標データ導出部４５は、自車両の前方に存在する複数の物標それぞれに対応する区間データを導出する。物標データ導出部４５は、アップ区間及びダウン区間の双方で、ピーク周波数、ピーク角度、及び、角度パワーのパラメータを有する区間データを導出する。物標データ導出部４５は区間データに含めるピーク角度を選択しており、物標データ導出部４５によって選択されたピーク角度が物標データ導出部４５のペアリング処理部４５ｄに出力される。方位演算及びピーク角度の出力を行う処理に関する詳細は後述する。

次に、物標データ導出部４５のペアリング処理部４５ｄは、アップ区間の区間データとダウン区間の区間データとを対応付ける（ステップＳ４）。物標データ導出部４５は、例えば、マハラノビス距離を用いた演算を用いて、類似のパラメータ（ピーク周波数、ピーク角度、及び、信号のパワー）を有する２つの区間データを対応付ける。

物標データ導出部４５は、さらに、アップ区間及びダウン区間の２つの区間データの対応付けができた場合は、それら２つの区間データに基づくペアデータを導出する。物標データ導出部４５は、導出したペアデータのそれぞれに関して、ペアデータの元となったアップ区間及びダウン区間の２つの区間データのパラメータを用いることで、ペアデータのパラメータ（縦距離、相対速度及び横位置）を導出する（ステップＳ５）。

次に、物標データ導出部４５は、導出したペアデータのうちから物標に係る物標データを確定する。物標データ導出部４５が導出したペアデータには、ノイズなどの不要なデータが含まれる。このため、物標データ導出部４５は、導出したペアデータのうち物標に係るペアデータのみを物標データとして確定する。

物標データ導出部４５は、パラメータに基づいて、導出したペアデータのそれぞれを過去に確定した物標データと対応付ける。物標データ導出部４５は、類似のパラメータ（縦距離、相対速度及び横位置）を有するペアデータと過去の物標データとを対応付ける。そして、物標データ導出部４５は、過去の物標データと対応付けができたペアデータを、物標に係る物標データとして確定する。

また、過去の物標データとの対応付けができなかったペアデータには、新規に検出された物標に係る物標データも含まれている。このため、物標データ導出部４５は、過去の物標データとの対応付けができなかったペアデータについては、次回以降の物標データ取得処理において所定回数（例えば、３回）以上連続して過去のペアデータと対応付けができた場合に、新規に検出された物標に係る物標データとして確定する。

このような処理により、物標データ導出部４５は、自車両の周辺の物標に係る物標データを導出する。物標データ取得処理は一定時間（例えば、１／２０秒）ごとに周期的に繰り返されることから、物標データ導出部４５は、物標に係る物標データを一定時間ごとに導出することになる。

物標データ処理部４６は、物標データのパラメータ（縦距離、相対速度及び横位置）を時間軸方向に平滑化するフィルタリングを行う（ステップＳ６）。このようなフィルタリングの後の物標データは、瞬時値を表すペアデータに対して「フィルタデータ」とも呼ばれる。

次に、物標データ処理部４６が、物標データのパラメータ（縦距離、相対速度及び横位置）に基づいて、同一の物体に関する物標データであると推測できる複数の物標データを１つのグループに纏める（ステップＳ７）。

最後に物標データ出力部４７が、このように処理された物標データを車両制御ＥＣＵ６１などに送る。物標データ出力部４７は、グループ化された物標データから所定数（例えば、１０個）の物標データを出力対象として選択する（ステップＳ８）。物標データ出力部４７は、物標データの縦距離と横位置とを考慮して、自車両に近い物標に係る物標データを優先的に選択する。

以上のような処理で出力対象として選択された物標データはメモリ４１に記憶され、次回以降の物標データ取得処理において過去の物標データとして用いられることになる。

＜３．方位演算及びピーク角度の出力＞
次に、図２に示すステップＳ３の処理すなわち方位演算及びピーク角度の出力を行う処理の詳細について説明する。図４は、方位演算及びピーク角度の出力を行う処理の流れを示すフローチャートである。

方位演算及びピーク角度の出力を行う処理では、まず、物標データ導出部４５は、方位演算処理により、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する（ステップＳ３１）。具体的には、物標データ導出部４５の第１の算出部４５ａは、４つの個別受信部３２ｗのそれぞれから出力されるビート信号を高速フーリエ変換して得られる周波数スペクトラムからピーク周波数を抽出し、抽出したピーク周波数の信号からピーク角度を算出する。以下、ステップＳ３１で算出されたピーク角度を物標の角度候補と呼ぶ。

次に、物標データ導出部４５は、角度パワー及び直交方向のパワーを算出する（ステップＳ３２）。具体的には、物標データ導出部４５の第２の算出部４５ｂは、複数の角度候補それぞれに関して、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号を角度候補の方向と直交方向とにベクトル分解し、角度パワー及び直交方向のパワーを算出する。なお、ベクトル分解の詳細については後述する。ベクトル分解の対象となる「受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号」とは、４つの個別受信部３２ｎのそれぞれから出力されるビート信号を高速フーリエ変換して得られる周波数スペクトラムから抽出されるピーク周波数の信号の内、４つの個別受信部３２ｗのそれぞれから出力されるビート信号を高速フーリエ変換して得られる周波数スペクトラムから抽出されるピーク周波数と同じ周波数のピーク周波数の信号を意味している。

最後に、物標データ導出部４５の選択部４５ｃは、直交方向のパワーが最小となる角度候補を物標の角度として選択する（ステップＳ３３）。これにより、間隔が広い４つの受信アンテナ３１ｗを用いて導出される物標の角度において位相折り返しが発生して物標の角度候補が複数存在しても、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号をベクトル分解して得られる直交方向のパワーを手がかりとして、位相折り返しの問題を解消して物標の角度を出力することができる。すなわち、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎで物標の角度を検出する必要がないので、間隔が狭い４つの受信アンテナ３１ｎにおけるノイズが多い場合でも、位相折り返しの問題を解消して高精度の角度を出力することができる。また、物標の角度精度が向上することにより、複数の物標が近接する場合に複数の物標を分離して導出することができる分離性能も向上する。そして、物標データ導出部４５は、ステップＳ３３の処理を終えると、図４に示すフロー動作を終了する。

＜４．ベクトル分解＞
ここで、まず始めにベクトル分解の概要を説明するために、間隔が狭い受信アンテナ３１ｎを２つとし、間隔が広い受信アンテナ３１ｗも２つとし、レーダ装置１と前方他車両Ｖ１とが図５（ａ）に示す位置関係である場合について考える。

例えば、物標の角度に関するレーダ装置１の出力有効範囲を－７５ｄｅｇ～＋７５ｄｅｇとし、間隔が広い２つの受信アンテナ３１ｗの代わりに間隔が狭い２つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定すると仮定した場合の折り返し角度範囲を１５０ｄｅｇとし、間隔が狭い２つの受信アンテナ３１ｎを用いて物標の角度を推定する場合にはレーダ装置１の出力有効範囲において位相折り返しが発生しないようにする。

また、例えば、間隔が広い２つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲を５０ｄｅｇとする。これにより、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の角度候補として、図５（ｂ）に示すようにθ－５０、θ、θ＋５０の３つが導出される。

図５（ｃ）は、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の角度候補それぞれに関して、間隔が狭い２つの受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号をベクトル分解した結果を模式的に示している。図５（ｃ）において、ベクトルＰ０は間隔が狭い２つの受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号のパワーを示しており、ベクトルＰ１は角度候補の方向のパワー（角度パワー）を示しており、ベクトルＰ２は直交方向のパワーを示している。

図５（ｃ）に示すように、正しい角度の方向でベクトル分解すると、直交方向のパワーが小さくなる。従って、上述したステップＳ３３の通り、物標データ導出部４５の選択部４５ｃは、直交方向のパワーが最小となる角度候補を物標の角度として選択する。

次に、間隔が狭い受信アンテナ３１ｎを３つとし、間隔が広い受信アンテナ３１ｗも３つとし、レーダ装置１と前方他車両Ｖ１とが図６（ａ）に示す位置関係である場合について考える。

また、例えば、間隔が広い２つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲を５０ｄｅｇとする。これにより、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の角度候補として、図６（ｂ）に示すようにθ－５０、θ、θ＋５０の３つが導出される。

図６（ｃ）は、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の角度候補それぞれに関して、間隔が狭い３つの受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号をベクトル分解した結果を模式的に示している。図６（ｃ）において、ベクトルＰ０は間隔が狭い３つの受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号のパワーを示しており、ベクトルＰ１は角度候補の方向のパワー（角度パワー）を示しており、ベクトルＰ２は一方の直交方向のパワーを示しており、ベクトルＰ３は他方の直交方向のパワーを示している。

誤った角度の方向でベクトル分解すると、互いに異なる複数の直交方向のうちの一つに最も影響が現れる。従って、第２の算出部４５ｂが、図６（ｃ）に示すように、３つの角度候補θ－５０、θ、θ＋５０それぞれに関して、間隔が狭い３つの受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号を角度候補の方向と２つの互いに異なる前記直交方向とにベクトル分解する場合、選択部４５ｃは、２つの互いに異なる直交方向の各パワーのうちの最大値同士を比較して、３つの角度候補θ－５０、θ、θ＋５０のうち、比較対象である直交方向のパワーが最小となる角度候補を、物標の角度として選択すればよい。

これにより、直交方向が複数存在する場合でも、位相折り返しの問題を解消して高精度の角度を出力することができる。

次に、間隔が狭い受信アンテナ３１ｎを３つとし、間隔が広い受信アンテナ３１ｗも３つとし、レーダ装置１と前方他車両Ｖ１及びＶ２とが図７（ａ）に示す位置関係である場合について考える。前方他車両Ｖ１と前方他車両Ｖ２の縦距離は略同一である。

また、例えば、間隔が広い２つの受信アンテナ３１ｗを用いて物標の角度を推定する場合の折り返し角度範囲を５０ｄｅｇとする。これにより、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の角度候補としてθ－５０、θ、θ＋５０の３つが導出され、前方他車両Ｖ２に対応する物標Ｔ２の角度候補としてθ’－５０、θ’、θ’＋５０の３つが導出される（図７（ｂ）参照）。従って、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の３つの角度候補と前方他車両Ｖ２に対応する物標Ｔ２の３つの角度候補との組み合わせとしては、（θ－５０，θ’－５０）、（θ－５０，θ’）、（θ－５０，θ’＋５０）、（θ，θ’－５０）、（θ，θ’）、（θ，θ’＋５０）、（θ＋５０，θ’－５０）、（θ＋５０，θ’）、（θ＋５０，θ’＋５０）の９通りである。

図７（ｃ）は、（θ－５０，θ’－５０）の組み合わせに関して、間隔が狭い３つの受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号をベクトル分解した結果を模式的に示している。図７（ｃ）において、ベクトルＰ０は間隔が狭い３つの受信アンテナ３１ｎで受信された受信信号のパワーを示しており、ベクトルＰ１は物標Ｔ１の角度候補θ－５０の方向のパワー（角度パワー）を示しており、ベクトルＰ２は物標Ｔ２の角度候補θ’－５０の方向のパワー（角度パワー）を示しており、ベクトルＰ３は上記θ－５０の方向と上記θ’－５０の方向のどちらにも直交する方向のパワーを示している。

第２の算出部４５ｂは、他の８通りに関しても同様のベクトル分解を行う。そして、選択部４５ｃは、直交方向のパワーが最も小さくなる前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の角度候補と前方他車両Ｖ２に対応する物標Ｔ２の角度候補との組み合わせを、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の角度と前方他車両Ｖ２に対応する物標Ｔ２の角度との組み合わせとして選択すればよい。

これにより、物標が複数存在する場合でも、位相折り返しの問題を解消して高精度の角度を出力することができる。なお、例えば間隔が狭い受信アンテナ３１ｎを４つとし、間隔が広い受信アンテナ３１ｗも４つとし、レーダ装置１と前方他車両Ｖ１及びＶ２とが図７（ａ）に示す位置関係である場合には、第２の算出部４５ｂが、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の複数の角度候補と前方他車両Ｖ２に対応する物標Ｔ２の複数の角度候補との組み合わせそれぞれに関して、２つの互いに異なる直交方向のパワーを算出することになる。この場合には、選択部４５ｃは、２つの互いに異なる直交方向の各パワーのうちの最大値同士を比較して、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の角度候補と前方他車両Ｖ２に対応する物標Ｔ２の角度候補との組み合わせのうち、比較対象である直交方向のパワーが最小となる組み合わせを、前方他車両Ｖ１に対応する物標Ｔ１の角度と前方他車両Ｖ２に対応する物標Ｔ２の角度との組み合わせとして選択すればよい。

第２の算出部４５ｂは、例えばpropagator法により角度パワーと直交方向のパワーとを算出する。以下、propagator法による算出の手順について説明する。なお、間隔が広い受信アンテナ３１ｗをｋ本設けた場合、最大チャンネル数はｋになる。

まず始めに、ａ（[角度]）が最大チャンネル数次のモードベクトルを意味するものとして、
Ａ＝（ａ（θ１），・・・，ａ（θｍ））
を定義する。なお、ｍは、角度数であり、最大チャンネル数から１を引いた値以下の自然数である。

モードベクトルａ（θ）とは、或る角度θからきた振幅１の信号の各チャンネルの理想的な信号を並べたものであり、例えば次のように表される。

ここで、λは信号の波長である。また、ｄ_ｋ－１は、ｋ番目のアンテナと１番目のアンテナとの距離を示す。１番目～ｋ番目のアンテナは一直線上に配置されているとする。

次に、上記のＡを以下のようにＡ１とＡ２の２つに分割する。
Ａ１：Ａの（１～ｍ）行（１～ｍ）列を取り出した行列
Ａ２：Ａの（ｍ＋１～最大チャンネル数）行（１～ｍ）列を取り出した行列

次に、下記のＰを計算する。

ここで、上付きのＨはエルミート転置（要素を共役複素数に変換してから転置）であり、Ｉは（最大チャンネル数－ｍ）次の単位行列である。

そして、Ｐの各列ベクトルに対して以下の計算をする。なお、以下の計算式においてＰｔはＰの列ベクトルを示している。
計算式：sqrt（最大チャンネル数）*Ｐｔ/｜Ｐｔ｜

次に、上記計算をした後のＰに対して、ＡとＰを結合した最大チャンネル数次正方行列
Ｂ＝（ＡＰ）
を定める。そして、間隔が狭い最大チャンネル数分の受信アンテナ３１ｎの受信信号をＹとして、
Ｃ＝Ｂ^-１×Ｙ
を計算する。

ここで、Ｃの各成分Ｃ_Ｌの絶対値を取り、以下の変換式でデシベル変換を行なう。
変換式：パワー[dB]＝20*log10（ABS（Ｃ_Ｌ））

Ｃの成分Ｃ_１～Ｃ_ｍまでのデシベル変換値が対応する角度の値となるので、Ｃの成分Ｃ_１～Ｃ_ｍまでのデシベル変換値を角度パワーとして扱う。また、Ｃの成分Ｃ_ｍ＋１～Ｃ_{最大チャンネル数}までのデシベル変換値を直交方向のパワーとして扱う。

＜５．その他＞
本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。また、本明細書中に示される複数の実施形態及び変形例は可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

例えば、上述した実施形態ではレーダ装置１はＦＭＣＷ方式のレーダ装置であったが、他の方式のレーダ装置を用いてもよい。例えば、例えばＦＣＭ（Fast-Chirp Modulation）方式のレーダ装置を用いてもよい。なお、ＦＣＭ方式のレーダ装置はペアリング処理を行わないので、本発明をＦＣＭ方式のレーダ装置に適用する場合、選択部４５ｃの出力先はペアリング処理部４５ｄではなく例えば物標の横位置を演算する演算部などになる。

また例えば、選択部４５ｃが、直交方向のパワーが所定値以下である角度候補を、直交方向のパワーが最小となる角度候補とみなすようにしてもよい。これにより、直交方向のパワーが所定値以下である角度候補が見つかると、残りの角度候補に関してベクトル分解を行う必要がなくなるため、計算の負荷を軽減することができる。

１レーダ装置
２送信部
３ｎ、３ｗ受信部
４信号処理装置
４４データ処理部
４５物標データ導出部
４５ａ第１の算出部
４５ｂ第２の算出部
４５ｃ選択部

Claims

第１の間隔で配置された複数の第１の受信アンテナと、
前記第１の間隔より広い第２の間隔で配置された複数の第２の受信アンテナと、
複数の前記第２の受信アンテナを用いて導出された物標の複数の角度候補を算出する第１の算出部と、
複数の前記角度候補それぞれに関して、複数の前記第１の受信アンテナで受信された受信信号を前記角度候補の方向と直交方向とにベクトル分解し、前記直交方向のパワーを算出する第２の算出部と、
複数の前記角度候補のうち、前記直交方向のパワーが最小となる角度候補を、前記物標の角度として選択する選択部と、
を備える、レーダ装置。
複数の前記第１の受信アンテナを用いた物標の導出では、少なくとも前記レーダ装置の出力有効範囲において、位相折り返しが発生しない、請求項１に記載のレーダ装置。
前記選択部は、前記直交方向のパワーが所定値以下である角度候補を、前記直交方向のパワーが最小となる角度候補とみなす、請求項１又は請求項２に記載のレーダ装置。
前記第２の算出部が、複数の前記角度候補それぞれに関して、複数の前記第１の受信アンテナで受信された受信信号を前記角度候補の方向と複数の互いに異なる前記直交方向とにベクトル分解する場合、
前記選択部は、複数の互いに異なる前記直交方向の各パワーのうちの最大値同士を比較して、複数の前記角度候補のうち、比較対象である前記直交方向のパワーが最小となる角度候補を、前記物標の角度として選択する、請求項１～３のいずれか一項に記載のレーダ装置。
前記第１の算出部が、複数の前記第２の受信アンテナを用いて導出された複数の前記物標それぞれの複数の角度候補を算出する場合、
前記第２の算出部が、複数の前記物標それぞれの複数の角度候補の組み合わせそれぞれに関して、複数の前記第１の受信アンテナで受信された受信信号を前記角度候補の方向と直交方向とにベクトル分解し、前記直交方向のパワーを算出する、請求項１～４のいずれか一項に記載のレーダ装置。
第１の間隔で配置された複数の第１の受信アンテナと、
前記第１の間隔より広い第２の間隔で配置された複数の第２の受信アンテナと、を備えるレーダ装置の信号処理方法であって、
複数の前記第２の受信アンテナを用いて導出された物標の複数の角度候補を算出する第１の算出工程と、
複数の前記角度候補それぞれに関して、複数の前記第１の受信アンテナで受信された受信信号を前記角度候補の方向と直交方向とにベクトル分解し、前記直交方向のパワーを算出する第２の算出工程と、
複数の前記角度候補のうち、前記直交方向のパワーが最小となる角度候補を、前記物標の角度として選択する選択工程と、
を備える、信号処理方法。