WO2005026770A1 - レーダ装置 - Google Patents

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WO2005026770A1
WO2005026770A1 PCT/JP2003/011647 JP0311647W WO2005026770A1 WO 2005026770 A1 WO2005026770 A1 WO 2005026770A1 JP 0311647 W JP0311647 W JP 0311647W WO 2005026770 A1 WO2005026770 A1 WO 2005026770A1
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value
cluster
radar device
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PCT/JP2003/011647
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Noriko Kibayashi
Masayoshi Ito
Original Assignee
Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha
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    • G01S2013/93271—Sensor installation details in the front of the vehicles

Definitions

  • the present invention relates to a radar device, and more particularly to a leak that performs accurate tracking when targets to be tracked are in a fi position. Background leakage
  • Sequential roving; ⁇ and monopulse: ⁇ : are known as leaks for observing the target direction by combining a plurality of beam patterns.
  • the difference between the target images at adjacent beam paths is determined, and the direction of the target is estimated.
  • the relative distance to the target and the relative position of the target can be obtained by using the pulse Doppler array ⁇ : and the FMCW oscillator ⁇ :. Therefore, by combining these ⁇ ; (for example, sequential mouthing: ⁇ ; and FMCW radar: ⁇ ;), the position of the target with respect to the ground surface can be calculated.
  • An object of the present invention is to solve the above problems. Disclosure of the invention
  • a radar device includes: an antenna that receives radio waves arriving from a plurality of external targets as reception waves;
  • a signal detector that converts a received wave received by the three antennas into a received signal, and extracts a of the received signal
  • Unfavorable 3 positions ⁇ Correlation processing by the first gate is performed on the position observation value and the marrow observation value calculated by the velocity difficulty, and the first gate satisfies the position observation value and the avoidance observation value that satisfy the first gate.
  • a target tracking file that calculates a smooth value between the position of the mochi part target and the evasion,
  • the third gate observation value and velocity observation value of the external target belonging to the cluster formed by the knitting class evening shape fiber are correlated by the second gate, and the position observation value that fills the knitting second gate
  • another radar device includes an antenna that receives radio waves arriving from a plurality of external targets as reception waves,
  • a signal detector that converts a received wave received by the disgusting antenna into a received signal and extracts special fibers of the received signal
  • the position for calculating the position observation value and the speed observation value of the target From the characteristic amount of the received signal extracted by the signal detector, the position for calculating the position observation value and the speed observation value of the target
  • Abomination position ⁇ The position observation value and evacuation observation value that satisfy the first gate are subjected to the correlation processing by the first gate for the position observation value and evacuation value calculated by the muffled performance.
  • a target tracking file that calculates a smoothed value between the position of the target and the 33 ⁇ 4
  • a cluster forming unit that forms a class to which the ⁇ ⁇ ⁇ goal belongs when the Ken-bu goals are disturbed, based on the smoothed value of the position of the unwanted goal;
  • the irrigation cluster form irr is the cluster formed by ⁇ as one external target, and from the position observation value and the velocity observation value calculated by the knitting position and speed 3 ⁇ 4 ⁇ , the smooth value of the position and avoidance of the cluster A target tracking filter within the class that calculates
  • FIG. 1 is a diagram showing a situation of a radar apparatus according to Embodiments 1 and 2 of the present invention
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a radar apparatus according to Embodiments 1 and 2 of the present invention
  • FIG. 4 shows a relationship between a beam pattern and a target of the radar apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a flowchart showing signal processing of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart showing tracking processing of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 7 is an embodiment of the present invention. A flow chart showing a cluster forming process of the radar device according to the first embodiment,
  • FIG. 8 is a diagram showing a gate relationship between targets in the radar device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a configuration example of a target gate in a cluster in the radar device according to the first embodiment of the present invention. Figure showing
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of the configuration of the target gate in the class evening in the radar device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram showing a detailed configuration of a signal processor of the radar device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram showing a positional relationship between targets of the radar device according to the second embodiment of the present invention.
  • 13 is a flowchart showing signal processing of the radar apparatus according to the second embodiment of the present invention, and
  • FIG. 14 is a flowchart showing tracking processing of the radar apparatus according to the second embodiment of the present invention. .
  • FIG. 1 shows an automobile equipped with a radar device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a vehicle 1 is equipped with a radar device 2 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the radar device 2 emits a beam to »of the automobile 1. Some of the irradiated beams are from the car 1! The light is reflected by the object 3 ⁇ T, and arrives at the radar device 2 again.
  • the radar apparatus 2 receives the signal, performs signal processing, and detects a distance “ ⁇ ” direction to the object 3. Based on the information on the object 3 obtained from the information, the vehicle 1 performs control such as automatically applying a brake to avoid a collision or adjusting a seat belt in preparation for a collision. As a result, it greatly contributes to dramatically improving the safety of automobile 1.
  • the radar apparatus 2 receives the signal, performs signal processing, and detects a distance “ ⁇ ” direction to the object 3.
  • the vehicle 1 Based on the information on the object 3 obtained from the information, the vehicle 1 performs control such as automatically
  • FIG. 1 is a block diagram showing the structure of the radar device 2.
  • the radar device 2 is a radar device configured by FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave) radar: ⁇ ;
  • a controller 10 sends a control signal to each part of the radar apparatus to perform overall timing control.
  • the controller 10 is configured using a central processing unit (CPU) or a digital signal processor (DSP), and is connected to each component by a bus (not shown). I do.
  • the term “part” refers to a dedicated circuit or element designed to realize the function.
  • a computer having a central processing unit (CPU) may execute a computer program to execute a corresponding function.
  • VC ⁇ 11 is a VC ⁇ (Voltage Controlled Ocillator), which generates a weak AC signal.
  • the VC 011 generates an AC signal that repeats, at regular intervals, an up phase in which the frequency is continuously increased and a down phase in which the frequency is continuously decreased.
  • the transmitter 12 is an amplifier that amplifies a weak signal generated by VC ⁇ 11.
  • the antenna 13 irradiates the object 3 with the output signal of the VCOL 1 amplified by the transmitter 12 as a transmission wave, and transmits one of the transmission waves reflected by the object 3! This is a sensor element that receives ⁇ as a received wave.
  • the transmission / reception switch 14 includes a movable terminal A, a contact B, and a contact C, whereby the antenna 13 switches between transmitting a transmission wave and receiving a reception wave. I have.
  • the movable A is set to one of the contacts B and C by a control signal from the controller 10. If the movable ⁇ ?
  • the mobile A which dislikes the contact C, is connected to the antenna 13 and is connected to the antenna 13 so that the received waves are connected.
  • the antenna driver 15 is a part that mechanically or electronically controls the direction of the antenna 13 It is.
  • the direction of the antenna 13 is controlled by the antenna driver 15, and as a result, a beam which is partially a part of the beam pattern is emitted.
  • the receiver 16 is a part that generates a beat signal of the received wave received by the antenna 13 and the ⁇ signal generated by the VCO 11, further A / D converts the beat signal, and outputs the result.
  • the signal processor 17 is a signal processor for performing signal processing on the bit signal output from the receiver 16, and its detailed configuration is shown by a block diagram in FIG.
  • the frequency analyzer 21 analyzes the frequency of the beat signal.
  • the frequency storage unit 22 is a storage element or a circuit that stores the frequency of each beat signal of the up phase and the down phase.
  • the frequency of the up phase bit signal and the frequency of the down phase bit signal are paired and used for the subsequent relative distance and relative body. Therefore, the frequency storage device 22 stores the frequency of the beat signal of each phase for a certain period.
  • the up-phase down-phase coupler 23 can be used to provide an up-phase beat signal frequency and a down-phase beat for each target when multiple target beat signals are generated in each of the up-phase and the down-phase. This is the part that couples with the signal frequency.
  • Fuji performance 24 is a part that calculates the relative distance of each target from the frequency of the beat signal combined by the up-phase / down-phase coupler 23.
  • the method 25 calculates the ⁇ / ⁇ value from the frequency of the beat signal and the frequency of the beat signal of the beam adjacent to the beam from which the beat signal was obtained, and calculates the target azimuth. It is.
  • Position ⁇ m 2 ⁇ is the relative distance ⁇ 4) the relative distance of each target calculated, 5 is a sound for calculating the avoidance of the position of each target and the ground coordinates from the direction of each target calculated.
  • the target tracking filter 27 is a part that performs a smoothing process on the position and coordinates of each position and the calculated target. i
  • the position and coordinates of each target calculated by 6 Is based on the observed values, and may be significantly different from the true value due to the noise.However, such a situation can be avoided by the target crane filter 27 performing smoothing processing. ing.
  • the tracking information storage unit 28 is an element or a circuit for storing the smoothed value output from the target tracking filter 27 for a predetermined period, or a storage medium such as a disk, a disk, or a CD-ROM drive. is there.
  • the class evening ⁇ 29 is a sound in which each goal forms a cluster from those goals.
  • the intra-cluster target tracking filter 30 is a part that performs a smoothing process on the cluster formed by the cluster former 29.
  • Distance ⁇ Radars observing boats: ⁇ are known, for example, pulse Doppler radar: 3 ⁇ 4, and FM CW (Frequency Modulation Continuous Wave) ⁇ ⁇ grasped by radar device 2.
  • a pulse Doppler radar a pulse wave of the same frequency is radiated from the antenna every fixed period, and the time from the reflection of the pulse wave to the target to the arrival at the antenna is calculated, and the relative time from this time to the target is calculated. Calculate the distance.
  • the goal is moving :!
  • For ⁇ a frequency shift occurs due to the Doppler effect when the pulse wave is reflected. Therefore, the relative displacement of the target is calculated by calculating the frequency shift.
  • the FMCW radar employed in the radar device 2 repeats at regular intervals a gap phase that raises the frequency of a fresh signal by far, and a down phase that continuously drops it.
  • the target is illuminated with a transmission wave at the frequency of the key word.
  • the beat signal is generated by mixing the anti-new skin by the target and the »signal frequency at that time.
  • the target relative and relative distance are calculated from the frequency and phase of the beat signal in the up phase and the frequency and phase of the beat signal in the down phase.
  • the beat signal frequency in the up phase is U
  • the beat signal frequency in the down phase is U
  • D is the frequency band
  • B is the modulation time
  • T is c
  • ⁇ is c
  • the wavelength of the transmitted wave is ⁇ : ⁇ , the target relative distance R, and the relative ii3 ⁇ 4V are expressed by Equations (1) and (2).
  • a method of calculating the direction of a target for example, the following method is known. That is, a beam is irradiated in a plurality of directions so that a part of the beam pattern overlaps, and the anti-fiber by the target is received in each beam. Then, the difference ( ⁇ ) of the amplitude and phase of the received signal between adjacent beams is calculated and the sum (the ratio of ⁇ ( ⁇ / ⁇ value)), and the anti-necrotic incident direction is calculated from this ⁇ / ⁇ value.
  • This method can be used with FMCW radar, pulsed Doppler radar, or other force-based radar systems.
  • a sequential mouth bing that calculates the ⁇ / ⁇ value between the beam patterns emitted at different time zones:
  • a monopulse ⁇ which calculates a ⁇ / ⁇ value by combining beam patterns at the same time is known.
  • they evade that there is only one target in one beam pattern, even if the deviation is, and the targets become ⁇ 5, and as a result, the target in one beam pattern is ⁇ I'm going to We cannot cope when we got.
  • the operation of the radar device 2 will be specifically described next, together with the operation of each constituent element of the radar device 2. Further, in the following description, in order to more specifically describe the operation of the radar device 2, it is assumed that the operation of a plurality of vehicles traveling on the vehicle 1 is measured. Figure 4 shows such a situation. On an actual road, the number of lanes and sickles depends on the oncoming lane. Therefore, the radar device 2 irradiates a beam to a plurality of vehicles straddling different lanes, and the anti-new skin comes back from each object. In order to explain the operation in such a case, in the example of FIG.
  • Car 0 101 has vehicle 104
  • lane 102 has vehicle 105A
  • car H 103 has vehicle 1 061.
  • the reference signal composed of the up phase and the down phase generated by VC01 1 is amplified by the transmitter 12, and the vehicles 104, 105,
  • the antenna 13 is set so that the radiation direction of the beam is controlled by the antenna driver 15 and transmitted by the controller 10. As a result, the antenna 13 sequentially emits the beam 151, the beam 152, the beam 153, etc. shown in Fig. 4, and the vehicle 104, 105, 106 is included in the beam pattern. Catch on.
  • the vehicle when an antenna having an appropriate capability is not mounted, even if a vehicle running in an adjacent lane applies a sudden brake, the vehicle may be able to respond in the same way as the own lane.
  • the vehicle 104 is traveling near the overlap of the beam patterns of the adjacent beams 151 and 152.
  • both vehicles 105 and 106 are traveling in the beam pattern of beam 153. This situation happens very often in reality.
  • the beams such as the beam 151, the beam 152, and the beam 153 emitted by the antenna 13 are reflected by the vehicles 104 to 106 and arrive at the antenna 13 again.
  • Antenna 13 sequentially receives these replies and outputs a received wave to receiver 16.
  • the receiver 16 mixes the received signal with the signal at V CO1 1 to generate a beat signal.
  • VC0 11 is continuously raising or lowering the frequency, and the time of a certain period between the time when the transmitted wave reaches the external target, where it is reflected and returns to the antenna 13 is shown. Has passed, so the frequency of the signal is different from the frequency at which the received wave was radiated as a transmitted wave. Furthermore, when the received wave is reflected by the target, the external target is moving.
  • the bit signal generated by the receiver 16 contains information such as the elapsed time from when the transmitted wave is emitted to when it returns as the received wave, and the moving target of the external target. . These will be later extracted by frequency »f.
  • the receiver 16 performs AZD conversion so that the beat signal can be processed in the subsequent signal processing, and outputs a received signal as a digital signal to the signal processor 17.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the signal processor 17.
  • Step s 1 0 1 figure frequency analysis 1 unit 2 scan Bae and spectrum analyzed by performing, for example, fast off one Fourier transform on the received signals, we extract frequency.
  • the frequency analyzer 21 outputs, together with the frequency component, the amplitude of the received signal at which the frequency spectrum has a peak.
  • the beat signal frequency component and the amplitude of the received signal are stored in the frequency storage unit 22 for a certain period, at least during a period in which at least one section of the up phase and one section of the down phase elapse.
  • step S 102 the controller 10 sends a control signal to the up-phase / down-phase coupler 23 when one pair of the up-phase and the down-phase elapses, thereby transmitting an up-phase signal.
  • the controller 10 sends a control signal to the up-phase / down-phase coupler 23 when one pair of the up-phase and the down-phase elapses, thereby transmitting an up-phase signal.
  • the down-phase coupler 23 Activate the down-phase coupler 23.
  • the up-phase down-fuse coupler 23 when the section power consisting of the up-phase and the down-phase has converged, causes the beat signal of the up-phase stored in the frequency A pair with the first beat signal is formed.
  • step S103 the method ⁇ 25 stores the amplitude of the received signal of the pair of the up-phase and down-phase beat signals formed by the up-phase / down-phase coupler 23 in the frequency storage.
  • the difference ( ⁇ value) and the sum ( ⁇ value) of the amplitude of the received signal between adjacent beams are obtained, and the ratio ( ⁇ // ⁇ value) is calculated.
  • bearing The target direction is calculated from the ⁇ / ⁇ value. This calculation is performed as follows. That is, in the received signals of two adjacent beams, the error TO ⁇ due to the target direction is obtained by dividing the difference ( ⁇ ) between the amplitudes of the received signals of these two beams by the sum ( ⁇ ) of the amplitudes.
  • step S105 the position 'speed difficulty 26' is calculated based on the azimuth calculated by ism 25, the relative distance and the relative speed and relative distance calculated by Calculate the evasion. (Tracking processing for each external giant target)
  • step S106 the observation value is supplied to the tracking filter executed by the (target) 3 ⁇ 4 filter 27.
  • the target i-filter 27 performs a loop ⁇ : for calculating a smoothed value from the observed value at regular intervals. Therefore, the following describes the tracking filter performed by the target tracking filter 27.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a tracking filter executed by the target tracking filter 27. Note that the tracking processing shown in this flowchart deals only with the external target of the original. There are multiple external goals :! ⁇ Means that the mochibe goal is processed separately. First, prior to this tracking processing, it is determined whether or not the observation value supplied in step S106 is one of the existing external targets that are performing the tracking processing, and is not that of any external target: ⁇ Then, it is determined that a new external target has been observed, and a new tracking process is started. Arrogance
  • step S201 the view supplied in S108 as initial processing of the tracking processing is performed.
  • the measured value is assumed to be a smooth value.
  • step S206 the process proceeds to step S206 of the regular process.
  • step S207 the process proceeds to step S207, and waits for the next sampling time, and proceeds to step S202 upon arrival.
  • the processing in steps S202, S206, and S207 will be described later.
  • a predicted value of the current sample value is calculated based on the smoothed value of the previous sample value.
  • the smoothed value is xs (k)
  • the y-component smoothed value is y P (k)
  • the component smoothed value is vs (k)
  • the value from the previous sample is k—the first sample.
  • yp (k) ys (k-l) + vs (k-l)-T (6)
  • step S203 the position / velocity calculator 26 in step S106 receives supply of a new observation value.
  • observation values acquired through radar equipment are generally subject to noise, so the observation values themselves are rarely used as input data. Therefore, one of the purposes of the filter is to calculate not the observed value itself but a smoothed value that reduces the effect of noise and supply it to other systems that use the data from the radar device. Since Phil Yu has such a purpose, it does not use the obtained observation values unconditionally, but decides whether or not to use the observation values after performing a condition called correlation processing. There are many things to do. Such a condition f U is a correlation process.
  • the condition that determines whether or not to accept the current observation value is called a gate, and is dynamically determined based on the smoothed and predicted values of the previous sample, the elapsed time from the previous sample, etc .; ⁇ Many.
  • a gate The condition that determines whether or not to accept the current observation value is called a gate, and is dynamically determined based on the smoothed and predicted values of the previous sample, the elapsed time from the previous sample, etc .; ⁇ Many.
  • the radar system 2 if the gates of the vehicles overlap when the vehicle of »: is viewed, the observation values are exchanged between the gates, and other gates that are not the original The observation value is lost to the tracking process. Therefore, in order to avoid such a situation, it is necessary to prevent gates from overlapping between departmental goals.
  • the gate will become narrower than necessary, causing observation values that would otherwise have to be picked up in the tracking process. Therefore, in the radar device 2, a cluster is formed to cope with the case where the external targets are protected and the gates are overlapped and the correlation cannot be performed correctly at the same time as the tracking process ii for each external target. And I will do this for you. '
  • step S204 the predicted value at the time of this sample, and the observed value, force, and smoothed value obtained by the correlation processing are calculated.
  • a coefficient that determines the degree to which the observed value contributes is called a gain.
  • vs (k) vo (k) (16)
  • the magnitude of the gain determines the magnitude of the effect of noise on the smoothed value. As the gain decreases, the contribution of the observed value to the smoothed value decreases, and the smoothed value is not affected by noise. However, the smoothed values deviate from the actual observed values. as a result,. For example, there is a problem that the target moves unexpectedly: ⁇ , the smoothed value cannot follow;
  • step S205 it is determined whether or not all of the predicted value, the observed value, and the bone value are within the observation area. All of these are in the observation area :! ⁇ Means that the tracking process can be performed, so go to step S206 (step S205: Yes) 0 Also, any one of the predicted value, the observed value, and the smoothed value has deviated from the observation area : ⁇ Cannot finish the tracking process, so the tracking process ends (step S205: No
  • step S206 the smoothed value calculated in step S204 is stored in the tracking information storage unit 28. Remember. These are stored in external target units by the next sampling time. Subsequently, in step S207, the system waits for the arrival of the next sample, and upon arrival, processes the next sample from step S202. The above is the tracking processing in the eye tracking filter 27.
  • the cluster type ⁇ 29 reads the tracking result that the tracking information storage unit 28 remembers:! Then, from the external targets (vehicles 104, 105, 106, etc.), those whose predicted value and smoothed value of motion ⁇ such as their position and velocity satisfy certain conditions are extracted. Then, a cluster is formed from the external targets satisfying the predetermined condition. Therefore, the details of the cluster processing will be described next.
  • FIG. 7 is a flowchart of the cluster forming process performed by the cluster forming unit 29.
  • the cluster thigh 29 generates a combination of two external targets from the external targets on a brute force basis.
  • the combinations generated here are given an order, and for example, each combination is managed in a storage area such that the combination can be uniquely specified by the order, such as the Nth combination.
  • the variable N is initialized to 1. This variable is a counter variable used to indicate the combination of N ** ⁇ part targets.
  • step S303 the distance between the Nth combination of external targets is calculated.
  • the Euclidean distance is used as the giant separation value.
  • step S304 it is determined whether or not the value is equal to or less than a threshold value of the IS separation force between external targets in the ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ th combination. If the distance between the external targets is equal to or less than the threshold value, the two external targets belong to the same class.
  • the process proceeds to step S305 (step S304: Yes).
  • the predetermined threshold value may be a constant. For example, let TH be a constant, make the target tracking filter 27 calculate the predicted value of the distance between the targets, and further, disperse the predicted value of the distance between the targets. ) Based on Pi (the 3 ⁇ 4 of the i-th goal), for example, The threshold may be calculated using the threshold.
  • k indicates a threshold value in the k-th sample.
  • M is the total number of goals. If the variance of the predicted value of the target position is large, it is considered that the direction observation accuracy is high. Even if the predicted value of the distance is large, the target may actually be close. Thus, by determining the threshold as in Equation (17), clusters can be formed properly even at an age where the direction observation accuracy is poor.
  • step S310 is advanced by step S310 (step S304: No), and the processing in this case will be described later.
  • step S305 it is determined whether the Nth combination of external targets already belongs to any cluster. If one external goal belongs to one of the clusters, the other external goal must also belong to the same class, so processing is performed for that. In this: ⁇ , the process proceeds to step S306 (step S305: Yes). In step S306, it is further determined whether both external goals belong to the class evening and whether the class evenings are different. If they are different, the process proceeds to step S307 (step 206). In step S307, both clusters are merged into one class. External targets whose distance value is less than a certain value are not allowed to belong to different classes. Thereafter, the process proceeds to step S310.
  • step S308 if one of the external targets does not yet belong to the class evening: ⁇ or both external targets also belong to the raster, go to step S308 (step S306: No)
  • step S308 if one of the external goals does not belong to the class evening, the external goal is made to belong to the class to which the other external goal belongs. Proceed to.
  • step S305 if both external goals do not yet belong to any cluster, go to step S309 (step S305: No). A new class evening is formed and both external objectives belong to this new class evening, then go to step S310.
  • step S310 1 is added to the counter variable N. Then, in step S 311, it is determined whether N is equal to or less than the total number of combinations of external targets. If the age is equal to or less than the total number of combinations, the process returns to step S303 (step S311: Yes), and the same processing is repeated for the next combination. In addition, the class evening ceremony is ended in order to obtain the total number of N-forces or more.
  • the distribution of the external target is determined based on the distance, and a cluster is formed.
  • prediction ⁇ representing the variance of the predicted value of the external target ⁇
  • the ⁇ value may be changed temporarily based on the column.
  • class membership must be canceled. This is because such external targets are sufficiently separated from other external targets, and thus the reliability of the observation value in the direction calculated in step S103 is considered to be poor.
  • step S108 the intra-cluster target tracking filter 30 performs intra-cluster tracking processing for each cluster.
  • step S108 the tracking processing result of the mochi part target stored in the tracking information storage unit 28 is overwritten with the parent processing result in the cluster and stored.
  • the processing result of the cluster tracking file is adopted as the ⁇ result of the external target belonging to the class evening, and the As the tracking result of the unit target, the processing result of the single tracking file is adopted.
  • the processing of the intra-cluster tracking filter 30 differs from the target tracking filter 27 in the gate setting part.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a state in which the gates of two targets 107 and 108 (gates used in the tracking processing of each target alone) in the cluster are overlapped.
  • a rectangle 110 (hereinafter, referred to as a gate 110) indicates a gate area used in the single tracking processing of the target 107.
  • the rectangle 1 1 1 (hereinafter referred to as gate 1 1 1) indicates the gate area to be used in the single object tracking process for the target 108.
  • the rectangle 111 is an area where the rectangle 110 and the rectangle 111 overlap.
  • the class evening tracking fill evening 30 sets a new gate as shown in Fig. 9 for the goals 107 and 108.
  • point 113 is the midpoint between goals 107 and 108.
  • a rectangle 114 is a region indicating the gate of the target 107 (hereinafter, referred to as a gate 114), and a rectangle 115 is a region indicating the gate of the target 108 (hereinafter, gate 1). 15)).
  • the area where the gate 11 and the gate 11 overlap was harmed by the middle point 1 1 3! ! By doing so, the size of the gates for both targets is adjusted to avoid conflicting observations. '
  • the smoothed value of the X position of the k-th sample of the target 107 is xs, 107 (k)
  • the observed value is xo, 107 (k)
  • the smoothed value of the x-position of the k-th sample of the target 107 is Assuming that xs, 108 (k) and observations are represented as xo, 108 (k), the gate 110 of target 107 was given by the castle (Equation (1 1)).
  • xs, 107 (k-1) -1 dx ⁇ xo, 107 (k) ⁇ xs, 107 (k-1) + dx (1 9) was 1 110.
  • the gate 111 was given by the following equation (Equation (1 2)). xs, 108 (k-l)-dx ⁇ xo, 108 (k) ⁇ xs, 108 (k-l) + dx (20) where xo, 107 (k) ⁇ xo, 108 (k) The gate 1 1 4
  • each gate since there are two targets, the gate is divided at the midpoint between the two. However, if there are three or more targets, each gate should be divided by the center of gravity defined by each target. do it.
  • the term “center of gravity” is assumed to be a polygon having each target as a vertex, and indicates a point that becomes the center of gravity.
  • the gate does not include spurious images that may occur near the midpoint of the target, due to the positional relationship between the beam pattern and the target. Can be.
  • Form 1 of S clusters are formed from targets that are close to each other, and different filters are set for self targets belonging to the class and targets not belonging to the class. Furthermore, the targets that are the observation targets are close to each other, and so on.
  • the tracking process may be performed by losing the class evening to one target.
  • the radar device according to Embodiment 2 of the present invention has such features.
  • the entire configuration of the radar device according to the second embodiment of the present invention is shown by the block diagrams of FIGS. 1 and 2 similarly to the first embodiment, and the components denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment are the same as those of the first embodiment. The description is omitted because it is the same as the corresponding part of the first embodiment.
  • the detailed configuration of the signal processor 17 is shown by the block diagram in FIG.
  • the cluster parameter estimating unit 31 is a part where the cluster is regarded as one general target: ⁇ , the azimuth difficulties 25 are used to guess the class evening motion words!
  • the cluster information storage unit 32 is composed of a circuit or an element for storing the motion of the cluster calculated by the class parameter estimation unit 31, and a ⁇ using a storage device such as a disk drive.
  • the class canceling unit 3 3 no longer satisfies the condition that each goal constitutes a cluster: ⁇ , the cluster must be canceled.
  • the components marked with the same as in FIG. The description is omitted because it is the same as that of Embodiment 1.
  • Embodiment 2 of the present invention will be described.
  • FIG. 12 a situation in which vehicles 104, 105, and 106 are running in front of the automobile 1 will be described. Vehicles 104, 105, and 106 move along each lane, respectively. It is assumed that the movement is almost the same. This situation often occurs when running on other automobile-specific fibers without high traffic lights or high bacteria.
  • components in FIG. 12 denoted by the same reference numerals as those in FIG. 4 are the same as those in FIG. In the situation shown in FIG.
  • FIG. 13 is a flowchart showing the signal processing of the signal processor 17.
  • the processing of the steps denoted by the same reference numerals as in FIG. 5 is the same as that of the first embodiment, and therefore the description is omitted.
  • steps S101 to S109 are the same as in the first embodiment.
  • the position calculation unit 26 calculates the observed value of each target, and the target tracking file 27 performs tracking processing of each target, and stores the resulting smoothed value in the tracking information storage.
  • the cluster former 29 forms a class evening.
  • vehicles 104 and 105 are sufficiently close to each other, and that a class evening is formed based on these vehicles.
  • step S401 if the class evening is ⁇ , then this class evening is performed with one goal, MAL X, and relocation.
  • FIG. 14 is a flowchart of the tracking processing performed by the intra-cluster target tracking filter 30.
  • the class evening parameter estimation unit 31 estimates the cluster parameters from the position and velocity of the external target calculated by the position ⁇ m ⁇ 26.
  • the parameters of the class parameter obtained here are used as the initial values of the smooth values of the class parameters.
  • the cluster parameter estimator 31 uses the center of gravity of the cluster and the distance between targets in the cluster as the cluster parameters, and calculates these values as follows.
  • the coordinates of the center of gravity (gx, gy) and the center of gravity iiggv of this &, cluster are given by Eqs. (2 3) and (2 4).
  • the distance between the targets is not a scalar, but is given by a vector consisting of the X and Y coordinate components. Then, the distance between the target TGTi and the target TGTj is given by Equations (25) and (26), with the X coordinate component being Wx ij and the y coordinate component being Wyij.
  • a scalar distance from the center of gravity g may be used as the distance value.
  • step S506 the process waits until the next sample time arrives, and proceeds to the process from step S502 as a steady process when the next sample time arrives.
  • the intra-cluster target tracking filter 30 calculates a predicted value over a cluster parameter.
  • the predicted value gxp (k) of the X component coordinate of the center of gravity, the predicted value gy p (k) of the y component coordinate, and the old predicted value gvp (k) (k indicates the processing of the k-th sample)
  • the time i from the sample is T
  • the smoothed value of the X component coordinate of the center of gravity is gxs (k)
  • the smoothed value of the y component coordinate is gys (k)
  • the smoothed value of the velocity is gvs (k).
  • gyp (k) gys (k-l) -l-gvs (k-l)-T (28)
  • the predicted value of the X-coordinate component distance between the target TGTi and the target TGTj is Wp xijYk
  • the predicted value of the y-coordinate fine separation is WpyiKk
  • the x-coordinate fine separation smooth value is Ws xij (k)
  • the bone value of the y-coordinate component is Ws yij (k) and the smoothed value of the distance over time is r vs (k)
  • W ij (k) Ws xij (kl) (30)
  • Wpyij (k) Ws yij (k-1) + r vs (k-1)-T (31)
  • the intra-cluster target tracking filter 30 performs a correlation process to obtain an observation value.
  • multiple targets are divided by age and centroid at which the gate of each target overlaps.
  • the target 107 is assumed to be TGTi
  • the target 108 is assumed to be TGTj
  • the midpoint 113 is assumed to be the center of gravity rather than the midpoint
  • the set rectangle 114 is assumed to be the target.
  • the gate for TGTi and the rectangle 115 for the gate for the target TGTj Since these ⁇ expressions have already been shown in equations (18) to (22), they are omitted here.
  • the intra-cluster target tracking filter 30 calculates a smoothed value of the entire cluster parameter.
  • the smoothed value gxs (k) of the x- component coordinate of the center of gravity, the smoothed value gys (k) of the y-component coordinate, and the smoothed value gvs (k) of the velocity are xoq, y If the observed value of the coordinates is yoq, the observed value of 3 ⁇ 4 ⁇ is vo, the gain of the X component is ⁇ , and the gain of is ay, then given by Equations (33), (34), and (35) .
  • the gain is set lower than usual and the effect of the observation accuracy is suppressed. So that Also, as the predicted distance between the targets in the cluster is smaller, that is, the closer the predicted values of the target positions are, the lower the gain is, the lower the gain may be.
  • G be a constant as shown in equation (36).
  • the same weighting as in equation (36) may be set so that the gain becomes smaller. Also, the gain may be obtained by performing weighting in consideration of both the dispersion of the predicted values and the distance between the predicted values.
  • Ws xij (k) is the X-axis component distance smoothed value between the target TGTi and target TGTj
  • the y-coordinate component is the predicted coordinate value Wpyij (k) and the X-coordinate component distance smoothed value is Wp X i] '(k)
  • the y-coordinate component distance smoothed value is Wp yij (k)
  • the distance-time rate-of-change smoothed value is r vs (k)
  • the x-component gain is Ax
  • the y-component gain is Av
  • Wsx ij (k) Wpx ij (k) + A ⁇ x og -Wp Xij (k) (37)
  • Ws yij (k) Wp yij (k) + A y ⁇ y oq -wp yij (k) (38)
  • step S505 the cluster deleter 33 determines whether the condition for maintaining the cluster at that time is satisfied. As a judgment method, it is checked whether the distance between the targets is within a threshold value. Also, it may be determined whether the predicted value, the observed value, and the smoothed value of the class parameter are within the observation area. If the condition for maintaining the class evening is satisfied, go to step S506 (step S505: Yes). Subsequent processing will be described later. If the condition for forming a cluster is not satisfied, the tracking processing is not possible, and the processing is terminated (step S505: No).
  • step S506 the intra-cluster target tracking filter 30 stores the cluster parameter smoothed value in the cluster information shader 32. Subsequent processing is as described in the description of the initial processing, and thus the description is omitted.
  • the calculation of the predicted value and the smoothed value is performed using the ⁇ filter for the X component and the 1/3 filter for the y component, but may be performed in the Kalman filter. .
  • a cluster is formed from a plurality of targets which are close to each other and are running in parallel at a constant speed, and the class is classified into one.
  • the radar apparatus includes a target tracking filter 27 that performs a tracking process for each target in the same manner as in the first embodiment, but according to the second embodiment of the present invention. Since the radar apparatus has a feature in that the intra-cluster target tracking filter 30 traces the cluster by traveling to a single target, regardless of the presence or absence of the target tracking filter 27, the invention is difficult. Play. Therefore, it is not a component of the target tracking filter 27 ⁇ .
  • the radar apparatus according to the present invention is useful for measuring a plurality of target directions approaching each other, for example, an on-vehicle radar.

Landscapes

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Abstract

方向の観測値の信頼性が低下しやすい、互いに近接する複数の外部目標の位置と速度とを精度よく追尾する。アンテナからの受信信号を信号処理して複数の外部目標の相対距離と相対速度とを算出するとともに、前記アンテナが放射するビームパターンのうち、一部が重なり合う隣接するビームパターンを組み合わせることで前記複数の外部目標の方向を算出し、この方向と前記相対距離と相対速度から前記複数の外部目標の位置観測値と速度観測値とを取得して、これら位置観測値と速度観測値から個別の外部目標毎の位置と速度の平滑値を算出する目標追尾フィルタと、互いに近接する前記複数の外部目標からクラスタを形成し、クラスタ内の外部目標に対して、前記目標追尾フィルタとは異なるゲートを設定し、このゲートによって前記外部目標の観測値との相関処理を行う追尾処理クラスタ内目標追尾フィルタと、を備えた。

Description

明 細 書
レーダ装置 翻分野
この発明は、 レーダ装置に係るものであり、 特に追尾する目標同士が ¾fiしている場 合に、 精度よく追尾を行うする漏に関するものである。 背景漏
複数のビームパターンを組み合わせて目標の方向を観測する漏として、 シーケンシ ャルロービング;^やモノパルス:^:が知られている。 これらは隣接するビ一ムパ夕一 ンにおける目標の像の差異を求めて、 目標の方向を推^ る方法である。 また、 パルス ドップラーレー夕^:や FMCWレータ^:を用いることで、 目標までの相対距離と目 標の相対 を得ることが きる。 したがうて、 これらの^;を組み合わせることによ つて（例えば、 シーケンシャル口一ビング：^;と FMCWレーダ:^;)、 目標の地表に対 する位置と を算出することができる。
しかしながら、 これらの方法は目標が一つであることが謝是であり、 目標が複数ある 驗には、 微の方法では対応できない。 このような問題に対処する方法として、 複数 チャネル間で、 受信波の周波数が互いに対応するピークの組を求め、 その組のピーク間 の位相差に基づいて、 複数の目標の方位を検出し、 距離と菌とを組み合わせて、 目標 の位置を得る方法がある （例えば、 特開平 1 1 - 2 7 1 4 3 0 「自動車レーダ装置」）。 この方法によれば、 複数の目標を異なるビームで分離できる i給には、 信頼性の高い 方位を検出できる。 しかし、現実のレーダ使用纖では、例えば «レーダなどの^、 他の車両が提 ί丘し合うことによって、 同じビーム内に複数の目標が含まれてしまうこと がしばしば発生する。 このような事態が生じると、 ^の方法では方向が正しく観測で きなくなり、 複数の目標の航跡の分離に失敗したり （複数の目標が全く同じ点上に存在 するように見えてしまう）、あるいは偽像が発生して、本 ¾ί可も雜しない場所に、何ら かの目標が るような結果が得られる齢がある。 この発明は、 上記のような問題 を解決することを目的とする。 発明の開示
この発明に係るレーダ装置は、 複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信 するアンテナと、
嫌 3アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、 その受信信号の を抽出す る信号検出器と、
嫌 3信号検出器が抽出した受信信号の榭敷量から、 編 3 ^部目標の位麵測値と速 度観測値とを算出する位置 · m ,
を備えたレーダ装置であり、
嫌 3位置 ·速度演難が算出した位置観測値と髓観測値に対して、 第 1のゲートに , よる相関処理を施し、 前記第 1のゲートを満たす位置観測値と避観測値から謙己餅 部目標の位置と避との平滑値を算出する目標追尾フィル夕と、
嫌己 部目標の位置の平滑値に基づいて、嫌 部目標同士が擬している に、 嫌 部目標が^?属するクラスタを形成するクラスタ形觸と、
編己クラス夕形繊が形成したクラスタに所属する外部目標の嫌 3位置観測値と速度 観測値に対して、 第 2のゲートによる相関処理を施し、 編己第 2のゲートを満たす位置 観測値と ¾i 観測値から嫌己¾ 部目標の位置と との平滑値を算出するクラスタ内 目標追尾フィルタと、
を備えたものである。
これによつて、 互いに近接する目標とそうでない目標とは異なるゲートを設定して相 関処理を行うことができ、互いに近接し 向の観測値の信頼性が得られない: には、 追尾フィルタによる予測値を重視してノイズの影響を小さくし、 一方で観測値の信頼性 が得られる には、 観測値を重視するようにできるので、 複数の目標がビームパター ンに対して任意の位置関係にある齢に、 精度の高い測 結果を得ることが きる。 また、 この発明に係るもう一つのレーダ装置は、 複数の外部目標から到来する電波を 受信波として受信するアンテナと、
嫌己アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、 その受信信号の特纖を抽出す る信号検出器と、
前記信号検出器が抽出した受信信号の特徴量から、 Ιϋ記 部目標の位置観測値と速 度観測値とを算出する位置
Figure imgf000005_0001
を備えたレーダ装置であり、
嫌己位置 ·髓演難が算出した位置観測値と避 n測値に対して、 第 1のゲ一トに よる相関処理を施し、 嫌 3第 1のゲートを満たす位置観測値と避観測値から嫌己餅 部目標の位置と 3¾ との平滑値を算出する目標追尾フィル夕と、
嫌 部目標の位置の平滑値に基づいて、謙 部目標同士が擾している場合に、 Ι ΙΒ^部目標が 属するクラス夕を形成するクラスタ形成器と、
編己クラスタ形 βが形成したクラスタを一つの外部目標に irrて、 編己位置 ·速 度 ¾^が算出した位置観測値と速度観測値とから、 そのクラスタの位置と避との平 滑値を算出するクラス夕内目標追尾フィルタと、
を備えたものである。
これによつて、 特に複数の外部目標が互いに近接し、 かつ等速で並走しており、 信頼 性の高い観測値が得にくい状況であっても、 精度の高い安定した追尾を可能とする、 と いう効果を奏するのである。 図面の簡単な説明
図 1はこの発明の実施の形態 1、 2によるレーダ装置の删状況を示す図、 図 2はこの発明の実施の形態 1、 2によるレーダ装置の構成を示すプロック図、 図 3はこの発明の実施の形態 1のレーダ装置における信号処理器の詳細な構成を示す ブロック図、
図 4はこの発明の実施の形態 1のレーダ装置のビームパターンと目標との関係を示す 図、
図 5はこの発明の実施の形態 1のレーダ装置の信号処理を示すフローチヤ一ト、 図 6はこの発明の実施の形態、 1のレーダ装置の追尾処理を示すフローチャート、 図 7はこの発明の実施の形態 1のレーダ装置のクラスタ形成処理を示すフローチヤ一 卜、
図 8はこの発明の実施の形態 1のレ一ダ装置における目標間のゲートの関係を示す図、 図 9はこの発明の実施の形態 1のレーダ装置におけるクラスタ内の目標のゲートの構 成例を示す図、
図 1 0はこの発明の実施の形態 1のレーダ装置におけるクラス夕内の目標のゲートの 別の構成例を示す図、
図 1 1はこの発明の実施の形態 2のレーダ装置の信号処理器の詳細な構成を示す図、 図 1 2はこの発明の実施の形態 2のレーダ装置の目標の位置関係を示す図、 図 1 3はこの発明の実施の形態 2のレーダ装置の信号処理を示すフローチヤ一ト、 図 1 4はこの発明の実施の形態 2のレーダ装置の追尾処理を示すフ口一チヤ一ト、 である。 発明を実施するための最良の形態
難の形態 1.
図 1は、 この発明の実施の形態 1によるレーダ装置を搭載した自動車を示すものであ る。 図において、 自動車 1の にはこの発明の実施の形態 1によるレーダ装置 2が搭 載されている。 レーダ装置 2は、 自動車 1の »にビームを照射する。 照射されたビー ムの一部'は、 自動車 1の！^に ¾Tる物体 3に反射され 再びレーダ装置 2に到来す る。 レーダ装置 2はこれを受信して信号処理を施して、 物体 3までの距離 '赎 '方向 を検出する。 ここから得られた物体 3に関する情報により、 自動車 1は、 例えば、 衝突 回避のために自動的にブレーキを (働させたり、 衝突に備えてシートベルトの調整を行 うなどの制御を行う。 この結果、 自動車 1の安全性を飛躍的に高める上で大きく寄与す る。
図 1は、 レーダ装置 2のの構造を示すブロック図である。 レーダ装置 2は、 FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave)レーダ：^;によって構成されたレーダ装置 である。 図において、 制御器 1 0は、 レーダ装置の各部位に制御信号を送出して、 全体 のタイミング制御を行う咅啦である。 なお制御器 1 0は翻の中央演算装置 (C PU： Central Processing Unit)や D S P (Degital Signal Processor)などを用いて構成され、 それぞれの構成要素とは図示せぬバスにより結合されているものとする。 なお、 以降の 説明において、 部位とはその機能を実現するために職された専用回路または素子を指 すものとする。 ただし、 :^によっては、 中央演算装置 (C P U： Central Processing Unit) を有するコンピュータにコンピュータプログラムを実行させることによって、相 当の機能を実行させるように構成してもよい。
VC〇1 1は VC〇 （Voltage Controlled Ocillator)であって、微弱交流信号を発生す る部位である。 VC 0 1 1は、 周波数を連镜的に上昇させていくアップフェーズと、 連 続白勺に下降させていくダウンフェーズとを一定周期毎に繰り返す交流信号を発生するよ うになつている。
送信器 1 2は、 V C〇1 1が発生した微弱信号を増幅する増幅器である。 アンテナ 1 3は、 送信器 1 2が増幅した VC O l 1の出力信号を送信波として、 物体 3に照射する とともに、 物体 3により反射された送信波の一 ！^を受信波として受信するセンサ素子で ある。 送受切替器 1 4は、 可動端子 Aと接点 B、 接点 Cを備えており、 これによつてァ ンテナ 1 3が送信波を送信するのか、 あるいは受信波を受信するのかを切り替えるよう になっている。 可動 Aは制御器 1 0からの制御信号によって、 接点 Bと接点 Cのい ずれかの接点に設定されるようになっている。 可動^? Aが接点 Bに纖されている場 合は、 送信器 1 2とアンテナ 1 3カ埴結するので、 アンテナ 1 3〖鍵信波を送信する。 また可動 Aが接点 Cに嫌している は、 アンテナ 1 3と ί¾Εする 1 6カ埴結し て受信波を接総するようになっている。
アンテナ駆動器 1 5は、 アンテナ 1 3の方向を機械的あるいは電子的に制御する部位 である。 アンテナ 1 3は、 アンテナ駆動器 1 5によって方向を制御され その結果とし てビームパターンの一部力種なり合うビームが放射されるようになっている。
受信器 1 6は、 アンテナ 1 3が受信した受信波と VCO l 1が発生した挪信号との ビート信号を生成し、 さらにそのビート信号を A/D変換して出力する部位である。 信 号処理器 1 7は受信器 1 6が出力したビ一ト信号に対して信号処理を施す音險であり、 その詳細な構成は図 3のプロック図によって示されている。
図 3において、 周波数分析器 2 1は、 ビート信号の周波数を分析する咅啦である。 周波数記憶器 2 2は、 ァップフェ一ズとダウンフェーズのそれぞれのビート信号の周 波数を記憶する記憶素子又は回路である。 アップフエ一ズのビ一ト信号の周波数とダウ ンフェーズのビ一ト信号周波数は対となってその後の相対距離や相対體に用いられる。 そこで、 周波数記憶器 2 2は一定期間それぞれのフェーズのビート信号の周波数を記憶 するようになっている。
アップフエ一ズ 'ダウンフェーズ連結器 2 3は、 アップフェーズとダウンフェーズの それぞれに複数の目標のビ一 ·ト信号が^ Tる場合に、 目標毎にァップフエーズのビー ト信号周波数とダウンフェーズのビート信号周波数とを組み合わせる（coupling)部位で ある。
相対距離 ·藤演難 2 4は、 アップフェーズ ·ダウンフェーズ連結器 2 3によって 組み合わされたビート信号の周波数から各目標の相対距 算出する部位である。 方 寅 2 5は、 ビート信号の周波数とそのビート信号が得られたビームに隣接す るビームのビート信号の周波数から Δ/Σ値を算出して、 目標が る方位を算出す る咅 M立である。
位置 · m 2 βは、 相対距離 ·
Figure imgf000008_0001
4が算出した各目標の相対距瞧 度と、
Figure imgf000008_0002
5が算出した各目標の方位から、 各目標の位置と地表座標に対する 避を算出する音啦である。
目標追尾フィルタ 2 7は、 位置 · 算出した各目標の位置と座標に対 して平滑処理を行う部位である。 i
Figure imgf000008_0003
6が算出した各目標の位置と座標 は、 観測値に基づくものであり、 ノイズが乗ることで真値と大きくずれることがありう るが、 目標鶴フィルタ 2 7が平滑処理を ことによって、 このような事態を回避す るようになっている。
追尾情報記憶器 2 8は、 目標追尾フィルタ 2 7が出力した平滑値を所定の期間記憶し ておくための素子又は回路、 あるいは、 ノ、一ドディスクや CD— ROMドライブのよう な記憶媒体である。
クラス夕形 β2 9は、 各目標が した に、 それらの目標からクラスタを形成 する音!^立である。
クラスタ内目標追尾フィルタ 3 0は、 クラスタ形成器 2 9が形成したクラスタについ て平滑処理を行う部位である。
次に、 レーダ装置 2の動作について説明する。 ま f¾jめにレーダ装置 2を用いて、 外 部目標の相対距離 ·相対速度■方向の観測を行う方法について簡単に説明する。 距離 · 艇を観測するレーダ：^としては、 例えばパルスドップラーレーダ: ¾や、 レ一ダ装 置 2で握してレる F M C W (Frequency Modulation Continuous Wave)^¾どが知 られている。 パルスドップラーレーダでは、 同一周波数のパルス波をアンテナから一定 商期毎に放射し、 そのパルス波が目標に反射されてからァンテナに到達するまでの薩 時間を求め、 この羅時間から目標までの相対距離を算出する。 また、 目標が移動して いる:！^は、パルス波の反射時にドップラー効果による周波数のずれが生じる。そこで、 この周波数のずれを求めることにより、 目標の相対避を算出する。
またレーダ装置 2で採用している FMCWレーダは、 鮮信号の周波数を遙镜的に上 昇させていくァップフエーズと、 連続的に下降させてレ ^くダウンフェーズとを一定周期 毎に繰り返し、 その基 言号の周波数による送信波を目標に照射する。 そして目標によ る反新皮とその時点での »信号周波数とを混合してビート信号を発生させる。 そして アップフェーズにおけるビート信号の周波数と位相及びダウンフェーズにおけるビート 信号の周波数と位相とから目標の相対 と相対距離とを算出するのである。 アップフ ェ一ズにおけるビート信号の周波数を U、 ダウンフェーズにおけるビート信号の周波数 を D、 周波羅引幅を B、 変調時間を T、 舰を c、 送信波の波長を λとした：^、 目 的の相対距離 R、相対 ii¾Vは、式（1 ) と式（2)で与えられることが知られている。
Figure imgf000010_0001
V = ^(D + U) ( 2 ) 式 （1 ) と式 （2 ) から明らかなように、 FMCWレーダでは相対距離と相対 を 算出するためには、 Uと Dの双方を決 る必要がある。 ところが、 複数の外部目標が する場合、 アップフェーズとダウンフェーズのそれぞれにおいて、 ビー卜信号の周 波数が ϋ数個算出される。 そうすると正しく相対距離と相対速度とを求める上では、 ァ ップフェーズにおける複数個のビート周波数と、 ダウンフェーズにおける複数個のビ一 ト周波数との中から適切な組み合わせによる Uと Dを定めることが必要となる。 このよ うな問題を解決する擴はすでにいくつか知られており、 例えば特開 5— 1 4 2 3 3 7 号公報 「ミリ波レー夕 ¾!! ^測定装置」 などに開示されている。
また、 目標の方向を算出する方法としては、 例えば次のような方法が知られている。 すなわち、 ビームパターンの一部が重なるように複数の方向にビームを照射し、 それぞ れのビームにおいて目標による反纖を受信する。 そして、 隣接するビーム間の受信信 号の振幅や位相などの差 (Δίβ)と和 (∑蟛の比 (Δ/Σ値） を求め、 この Δ/Σ値から反 新皮の入射方向を求めるのである。 この方法は、 FMCWレーダでもパルスドップラー レーダでも、 あるいはその他の力式によるレーダ装置でも用いることができる。
隣接するビームパターンの組み合わせ方式としては、 異なる時間帯に放射したビーム パターン間で Δ/Σ値を算出するシーケンシャル口一ビング: や、 複数の軒アレー を備えて同時に複数のビームパターンを謝し、 同時刻のビームパターンを組み合わせ て Δ/Σ値を算出するモノパルス^;が知られている。 しかし、 これらはレゝずれも、 1 つのビームパターン内には 1つの目標しか しないことを撤是としており、 目標同士 が^ 5し、 その結果として、 1つのビームパ夕 ン内に徹の目標が^ Τることとな つた場合には対応できない。
以上の動作醒を踏まえて、 次にレーダ装置 2の各構藤素の作用とともに、 レーダ 装置 2の動作を具体的に説明する。 また、 以下の説明では、より具体的にレーダ装置 2 の動作を説明するために、 自動車 1の を走行する複数の自動車の動作を測 る塲 合を想 ¾Tる。 図 4は、 そのような状況を示す図である。 実際の道路においては、 対向 車線などにより、 車線 鎌数 る。 したがってレーダ装置 2は、 異なる車線に 跨って^ る複数の車両にビームを照射することとなり、 それぞれの物体から反新皮 が戻ってくる。 そのような場合における動作を説明するために、 図 4の例では、 車線 1
0 1、 1 0 2、 1 0 3からなる 3つの車線がある。 車¾1 0 1には車両 1 0 4が、 車線 1 0 2には車両 1 0 51A そして車 H 1 0 3に【ま車両 1 0 61 自動車 1の Ιίί^およそ
1 0 0〜1 5 0m付近を同じ方向に走行しているものとする。
まずレ一ダ装置 2において、 VC01 1が発生したアップフェーズとダウンフェーズ からなる基準信号を送信器 1 2で増幅し、 アンテナ 1 3によって車両 1 0 4、 1 0 5、
1 0 6に放射する。 ここでアンテナ 1 3は、 アンテナ駆動器 1 5によって、 ビームの放 射方向が制御されまた制御器 1 0によって送信するように設定されている。その結果、 アンテナ 1 3は、 図 4に示すビーム 1 5 1、 ビ一ム 1 5 2、 ビーム 1 5 3等を順次放射 し、 車両 1 0 4、 1 0 5、 1 0 6をビームパターン内に捉える。
ΔΖΣ値を算出して目標の存在する方向を求める方法の説明ですでに述べたとおり、 目標の方向を正しく取得するには、 各ビームに目標が 1つずつ:^ Ϊ "ることが謝是とな る。 しかしながら、 棘レーダの場合、 自動車に搭載するという制約を満たすため、 搭 載可能なアンテナのサイズには制約がある。 そのため、 あまりビーム幅を狭くすること ができない。 車線の幅が 4. 5m程度であるとして、 1 0 0〜： I 5 Om付近を並走して いる車両を別々のビームで捕捉するために必要となる 能 0を計算してみょう。 仮に 車両までの距離を 1 0 Omとすると、 Θは t a n 0≤4. 5/ 1 0 0 = 0. 0 4 5 (3) を満たす必要がある。 Θが十分小さい ±船は 0 t a n 0と近似でき、 Θはせいぜい 0. 0 4 5 なる。単位を r a d i a nから d e gに変換すると、 0 [deg]= O . 0 4 5 X 1 8 0/ττ= 2. 5 8 ° となる。 このような極めて狭いビーム幅を; Μレー が実現する ことは一 «に困難である。
その結果、 実際の使用環境では同一ビーム内に複数の目標が含まれてしまうことが頻 繁に生ずる。 ところが、 このような事態が生ずると、 目標の方向や位置を正しく捉える ことができなくなる。 このように適切に目標位置を分離できない、 という問題は、 » レーダシステムを用いた なアプリケ一ションシステムの使い勝手に直接的に影響す る。 すなわち、 車載レーダによって他車の状況を検知し、 ォ一トクルーズや自動ブレー キングを行うシステムを高速道路で用いた場合、 1 0 0m前方の自車線を走っている車 両が急ブレーキをかけたときには、自車においても何らかの対応が必要となる。しかし、 適切な 能を有するアンテナを搭載しなぃ驗には、 隣の車線を走っている車両が急 ブレーキをかけた場合にも、 自車線と同じ対応をすることになりかねないのである。 図 4の例においても、 車両 1 0 4は、 互いに隣接するビーム 1 5 1と 1 5 2のビ一ム パターンの重なり付近を走行している。 一方、 車両 1 0 5と 1 0 6はどちらもビーム 1 5 3のビームパターン内を走行している。 このような状況は現実には極めて頻繁に生ず 'る。
アンテナ 1 3が放射したビーム 1 5 1、 ビーム 1 5 2、 ビーム 1 5 3等のビームは、 車両 1 0 4〜 1 0 6に反射され 再びアンテナ 1 3に到来する。 アンテナ 1 3は、 これ らの反赚を順次受信して、 受信波を受信器 1 6に出力する。 受信器 1 6は、 V CO l 1における辨信号と受信波とを混合 （mixing)し、 ピート信号を生成する。 ここで、 VC0 1 1は連続的に周波数を上昇または下降させていて、 また送信波が外部目標に到 来し、 そこで反射され アンテナ 1 3に戻ってくるまでの間に、 ある禾號の時間が経過 しているので、 号の周波数は受信波が送信波として放射されたときの周波数とは 異なっている。 さらに受信波« ^部目標に反射された際に、 外部目標が移動しているた めにドップラー効果が生じ、 その結果周波数のずれが生じている。 したがって受信器 1 6で生成されるビ一ト信号は、 送信波を放射してから受信波として戻ってくるまでの経 過時間や外部目標の移動藤などの情報を含んだものとなっている。 これらは後に周波 »fによって抽出されることになる。
さらに受信器 1 6は、 ビート信号を以後の信号処理で処理可能とするために AZD変 換し、 ディジタル信号による受信信号を信号処理器 1 7に出力する。
次に信号処理器 1 7の動作について説明する。 図 5は信号処理器 1 7の動作を示すフ ローチャートである。 図のステップ s 1 0 1において、 周波数分析1器 2 1は、 受信信号 に対して例えば 速フ一リエ変換などを施してスぺクトル分析し、 周波数 を抽出す る。 なお、 周波数分析器 2 1は、 周波数成分とともに、 周波数スペクトルがピークとな る受信信号の振幅をも出力する。 続いてこれらのビート信号周波数成分と受信信号の振 幅は、 一定期間、 少なくともアップフェーズとダウンフェーズの区間を一回ずつ経過す るだけの期間、 周波数記憶器 2 2によって記憶される。 そしてステップ S 1 0 2におい て、 制御器 1 0はアップフエ一ズとダウンフエ一ズの一つの対が経過すると、 アップフ エース、 ·ダウンフェーズ連結器 2 3に制御信号を送出することでアップフェーズ ·ダウ ンフェーズ連結器 2 3を活性化させる。 その結果、 アップフェーズ 'ダウンフエ一ズ連 結器 2 3は、 且のアップフェーズとダウンフェーズからなる区間力凝過した時点で、 周波数記憶器 2 2によって記憶されているアップフェーズのビート信号とダウンフエ一 ズのビート信号との対を形成する。
次にステップ S 1 0 3において、 方ィ ^^ 2 5は、 アップフェーズ ·ダウンフエ一 ズ連結器 2 3により形成されたアップフェーズとダウンフェーズのビート信号の対の受 信信号の振幅を周波数記憶器 2 2から読み込むとともに、 隣接するビーム間で受信信号 の振幅の差 （△値） と和 （∑値） を求め、 その比 （△//∑値） を算出する。 そして方位
Figure imgf000013_0001
Δ/Σ値から目標の方向を算出する。 この計算は次のように行われる。 すなわち、 隣接する 2つのビームについての受信信号において、 目標の方向に起因する 誤差 TO εは、 これら両ビームの受信信号の振幅の差 （△) を振幅の和 (∑) で除した 値で表される。 すなわち ε=Δ/Σの関係が航する。 そして、 アンテナ 130 aとす れば、 目標の方向を Θοは θ ο^θ a+ ε (4) で与えられる。 方 寅難25は式 (4) によって、 ΔΖΣ値から 0 οを求める。 方 ^ §25の処理に続いて、 あるいは、 方銜 5の動作と並行して、 ステ ップ S 104において、 相対距離'避^ §24は、 周波数記憶器 22によって記憶 されているアップフェーズのビート信号の周波数 Uとダウンフェーズのビート信号の周 波数 Dとから、 式 （1) と式（2) を用いて、 外咅 15目標 （車両 104、 105、 106 など） の相対速度ど相対 Ϊ隱とを求める。 そしてステップ S 105において、 位置 '速 度演難 26は、 ism 25が算出した方位と、 相対距離 .避演^ §24が算出 した相対速度と相対距離から、 目標の地麵標系における位置と避とを算出する。 (外部巨標毎の追尾処理）
次にステップ S 106において、 目標) ¾フィルタ 27が実行する追尾フィルタに観 測値を供給する。 目標 i フィルタ 27は、.一定期間毎に観測値から平滑値を算出する ループ^:を行っている。 そこで、 以下に目標追尾フィル夕 27が実行する追尾フィル 夕について説明する。
図 6は、目標追尾フィル夕 27が実行する追尾フィルタを表すフローチヤ一トである。 なお、 このフローチャートが表す追尾処理は、 ーづの外部目標のみを取り扱うものであ る。 複数の外部目標が る:！^は、 餅部目標についてそれぞれ追讓理が行われ る。 まず、 この追尾処理に先立て、 ステップ S 106で供給された観測値が既存の追尾 処理を行っている外部目標のいずれかのものかどうかを判定し、 どの外部目標のもので もない：^に、 新たな外部目標が観測されたと判断し、 新たな追尾処理を開始する。 讓処敏
まずステップ S 201において、 追尾処理の初期処理として S 108で供給された観 測値を平滑値とする。 そして、 定常処理のステップ S 206に進む。 続いてステップ S 207に進み、次回サンプル時の到来を待機し、到来とともにステップ S 202に進む。 ステップ S 202、 S 206、 S 207の処理については後述する。
(定常処理）
ステップ S 202において、 前回サンプル値の平滑値に基づいて今回サンプル値の予 測値を算出する。 k回目のサンプルを今回サンプルとして、 平滑値を xs(k)、 y 成分平滑値を yP(k)、 成分平滑値を vs(k)、前回サンプル時（k— 1回目のサンプ ル） からの β時間を Tとし、 X成分にひフィルタ、 y成分に α—3フィルタを删す るものとすると、 X成分予測値 xp(k)、 y成分予測値 yp(k)、 ¾t成分予測値 vp(k) は、 例えば次式によって与えられる。 xp(k)=xs(k- 1) (5)
yp(k)=ys(k-l)+vs(k-l)- T (6)
vp(k)=vs(k-l) (7) 続いて、 ステップ S 203において、 ステップ S 106における位置 ·速度演算器 2 6による新たな観測値の供給を受ける。 ここで、 一般にレーダ装置を通じて取得した観 測値にはノイズが乗りやすいため、 観測値そのものを入力データとして採用することは まれである。 そこで、 観測値そのものでなく、 ノイズの影響を小さくした平滑値を算出 して、 レーダ装置からのデータを利用する他のシステムに供給することがフィルタの目 的の一つとなる。 フィル夕はこのような目的を有しているので、 得られた観測値を無条 件に採用することはせず、 相関処理と呼ばれる条 f lJ定を行ってから観測値の採否を決 定することが、多い。 このような条 f U定 が相関処理である。
そして今回の観測値を受け入れるかどうかを決 ¾τる条件をゲートと呼んでおり、 前 回サンプルの平滑値と予測値、 前回サンプルからの経過時間などに基づいて動的に決定 されること;^多い。 レーダ装置 2では、 »：の車両を観彻 jする場合に、 それぞれの車両のゲートが重なつ てしまうと、 各ゲート間で観測値の取り合いが発生し、 本来の追藤理ではない他の追 尾処理の方に観測値が奪われてしまう。 そこで、 このような事態を避けるために、 部目標間でゲートが重ならないようにしなければならない。
ところがそうすると、 ゲートが必要以上に狭くなり、 本来追尾処理で拾わなければな らない観測値を してしまうことも発生してくる。 そこでレーダ装置 2では、 外部目 標ごとの追尾処 iiと同時に、 外部目標同士が衞し、 ゲートが重なってしまって、 正し く相関処理が行えない場合に、 クラスタを形成して対処することとしている。 これにつ いては ί¾ί!する。 '
ここでは、 第 1段階として観測値 xo(k)、 yo(k)、 vo(k)が
I xs(k-l)-xo(k) I <dx (8)
I yp(k)-yo(k) I <dy (9)
I vs(k-l)-vo(k) I <dv (10) を満たす塲合に、観測値を採用し、さらに第 1段階で相関カ诹れなかった車両について、 さらにゲートを広げ、
I xs(k-l)-xo(k) I <dx'
I yp(k)-yo(k) I <dy'
I vs(k-l)-vo(k) I <d V を満たす^に、 観測値を採用することとする。 なお、 式（8)から式 （13) までに おいて、 dx、 dy、 dv、 dx'、 dy'、 dv'は定数であり、 dx'=dx + Adx、 dy'=dy + Ady dv'=d ν + Δάν (Adx、 Ady、 Advは れぞれ正の値 をとる定数） の関係にある。 次にステップ S 2 0 4において、 今回のサンプル時の予測値と、 相関処理によって得 られた観測値と力 、 平滑値を算出する。 ここで、 平滑値を算出する上で、 観測値が関 与する度合いを決定する係数をゲインと呼ぶ。 具体的には、 例えば を X成分のゲイ ン、 ayを y成分のゲインとして、 χβ¾平滑値 xs(k)、 y 、平滑値 yp(k)、 ¾J¾成 分平滑値 vs(k)を次のように算出する。 xs=xp(k)+ Q!x [xo(k)- xp(k)] ( 1 4)
ys=yp(k)+ o;y [yo(k)— yp(k)] ( 1 5)
vs(k)= vo(k) ( 1 6) ゲインの大きさによって、 平滑値におけるノイズの影響の大小が決定される。 ゲイン を小さくすると、 平滑値に対する観測値の寄与が小さくなるので、 平滑値はノイズの影 響を受けなくなる。 しかしながら、 平滑値は現実の値である観測値とは遊離したものと なる。 その結果、。例え 部目標が予想外の動きをした:^に、 平滑値は追従できなく なるという問題;^ある。
一方、 ゲインを大きくすると、 外部目標の動きに対する平滑値の追従性が向上する。 S N比の高い測定環境であれば、 ゲインをなるベく大きな値とした方が平滑値の精度も 向上する。 レーダ装置 2の: ^では、 外部目標の間の相対的な位置関係によって、 ゲイ ンの大小を決 る必要がある。 特に、 ゲートが重なってしまい、 観測値に信頼性がな ,くなつた場合は、 ゲインの大小のみではもはや追いつかなくなる。
続いてステップ S 2 0 5において、 予測値、 観測値、 ¥ί骨値のすベてが観測域内にあ るかどうカを判 ¾Τる。 これらのすべてが観測域内にある:！^は、 追尾処理を糸辦する ことができるので、ステップ S 2 0 6に進む（ステップ S 2 0 5： Y e s )0また予測値、 観測値、 平滑値のいずれかが観測域を逸脱した:^は、 追尾処理を娥することができ ないので、 追尾処理を終了する （ステップ S 2 0 5： N o
ステップ S 2 0 6では、 ステップ S 2 0 4で算出した平滑値を追尾情報記憶器 2 8に 記憶させる。 これらは次回サンプル時までに外部目標単位で記憶される。 続いてステツ プ S 2 0 7において、 次回サンプル時の到来を待機し、 到来とともにステップ S 2 0 2 から次回サンプルの処理を行う。 以上が、 目櫸追尾フィルタ 2 7における追尾処理であ る。
続いて S 1 0 7において、 クラスタ形^ §2 9は、 追尾情報記憶器 2 8が:!己憶してい る追尾結果を読み出す。 そして、 外部目標（車両 1 0 4、 1 0 5、 1 0 6など） の中か ら、 それらの位置と速度などの運動^の予測値と平滑値などが 定の条件を満たすも のを抽出し、 この所定の条件を満た外部目標からクラスタを形成する。 そこで、 次にク ラスタ形^ 理の詳細を説明する。
(クラス夕形«；理）
図 7は、 クラスタ形成器 2 9が行うクラスタ形成処理のフローチャートである。 図の ステップ S 3 0 1において、 クラスタ形腿 2 9は、 外部目標から 2個の外部目標から なる組み合わせを総当たりで生成する。 ここで生成された組み合わせには順番が与えら れ 例えば、 N番目の組み合わせ、 のように、 順番によって一意に組み合わせが特定き れるように記憶域上に各組み合わせを管理しておく。 次にステップ S 3 0 2において、 変数 Nを 1に初期化する。 この変数 N〖*^部目標からなる組み合わせを指すために用い るカウンタ変数である。
ステップ S 3 0 3において、 N番目の組み合わせの外部目標間の距離を算出する。 こ こで 巨離値として、 例えばユークリッド距離を用いる。 しかし、 その他にもシティブ ロック距離やマハラノビス ί睡を用いるようにしてもよい。
ステップ S 3 0 4において、 Ν番目の組み合わせにおける外部目標間の IS離力 定の 閾値以下か否かを判 ¾Tる。 外部目標間の距離力斬定の閾値以下であれば、 両外部目標 は同一のクラス夕に所属させることになる。 この は、 ステップ S 3 0 5に進む （ス テツプ S 3 0 4： Y e s )。 ここで、所定の閾値は定数としてもよいが、例えば、 THを 定数とし、 目標追尾フィルタ 2 7に各目標間の距離の予測値を算出させ、 さらに各目標 間の距離の予測値の分散 it) Pi ( i番目の目標の分 ¾) に基づいて、例えば式（1 7) を 用いて閾値を算出するようにしてもよい。
M
TH{k) = m - j oPi (I T)
上式において、 kは k回目のサンプルにおける閾値であることを示す。 また Mは目標 の総数である。 目標の位置の予測値の分散が大きい は、 方向観測精度が ¾いと考え られ 距離の予測値が大きくても、 実際には目標が近接している も考えられる。 そ こで、 式（1 7) のように閾値を決 ¾Tることで、 方向の観測精度が悪い齢にも、 適 切にクラスタの形成を行うことができる。
また所定の閾値以下とはならない: ^には、 ステップ S 3 1 0〖こ進むが（ステップ S 3 0 4 : N o), この場合の処理については後述する。
ステップ S 3 0 5において、 N番目の組み合わせの外部目標がすでにいずれかのクラ スタに属しているかどうかを判定する。 一方の外部目標がいずれかのクラスタに属して いる^は、 他方の外部目標も同じクラス夕に所属させる必要があるので、 そのための 処理を行う。 この:^には、 ステップ S 3 0 6に進む（ステップ S 3 0 5 : Y e s )。ス テツプ S 3 0 6では、 さらに両方の外部目標ともクラス夕に属していて、 それらのクラ ス夕が異なっているかどうかを判定する。 異なっている場合には、 ステップ S 3 0 7に 進み（ステップ 2 0 6)、ステップ S 3 0 7において両クラスタを 1つのクラス夕に併合 する。 距離値が一定値以下となる外部目標が、 異なるクラス夕に所属することは許され ないからである。 その後、 ステップ S 3 1 0に進む。
これに対して、 一方の外部目標がまだクラス夕に属していない:^、 あるいは両方の 外部目標が同じくラスタに属している は、 ステップ S 3 0 8に進む （ステップ S 3 0 6： N o ステップ S 3 0 8において、一方の外部目標がレ れのクラス夕にも属し ていない場合は、 その外部目標を «の外部目標が 属するクラス夕に所属させる。 そ の後、 ステップ S 3 1 0に進む。 またステップ S 3 0 5において、 両外部目標ともどのクラスタにもまだ属していない には、 ステップ S 3 0 9に進む（ステップ S 3 0 5： N o この には、 ステツ プ S 3 0 9において、 新たなクラス夕を形成し、 両方の外部目標をこの新しいクラス夕 に所属させる。 その後ステップ S 3 1 0に進む。
ステップ S 3 1 0において、 カウンタ変数 Nに 1を加える。 そしてステップ S 3 1 1 において、 Nが外部目標の組み合わせ総数以下かどうかを判^ る。 組み合わせ総数以 下である齢には、ステップ S 3 0 3に戻り （ステップ S 3 1 1： Y e s )、次の組み合 わせについて、同様の処理を繰り返す。また、 N力 且み合わせ総数以上でぁる には、 クラス夕形«理を終了する。
なお、以上説明したクラスタ形]»理では、距離に基づいて外部目標の分布を決定し、 クラスタを形成したが、 この他にも、 外部目標の予測値の分散を表す予測^共分謝亍 列に基づいて、 上記の闞値を«的に変化させても'よい。
また、 上記では、 まだ一つもクラス夕が形成されていない状態から、 すべての外部目 標をいずれかのクラス夕に所属させることを してクラスタを形成する方法を説明し た。しかし、以前の観測値や平滑値に基づいてすでにクラスタが形成されている場合は、 既存のクラス夕を として、 変化分についてクラス夕の構成を変えるようにしてもよ い。
また、 たった一つの外部目標だけが斤属するクラスタについては、 クラス夕の所属を 解除するようにする。 このような外部目標は他の外部目標と十分に離れているので、 ス テツプ S 1 0 3において算出された方向の観測値の信頼性が いと考えられるからであ る。
次に、 ステップ S 1 0 8において、 クラスタ内目標追尾フィルタ 3 0がクラスタ毎に クラスタ内の追尾処理を行う。 そして、 ステップ S 1 0 8において追尾情報記憶器 2 8 に記慮させた餅部目標の追尾処理結果をクラスタ内の親処理結果で上書きすること で記憶させる。 このようにすることで、 クラス夕に属している外部目標の ¾ 結果につ いては、 クラスタ追尾フィル夕の処理結果が採用され、 またクラス夕に属していなレ ^外 部目標の追尾結果については、単体の追尾フィル夕の処理結果が採用されること〖こなる。 クラスタ内追尾フィルタ 3 0の処理は、 目標追尾フィルタ 2 7と比べて、 ゲートの設 定部分が異なっている。 すなわち目標追尾フィルタ 2 7のステップ S 2 0 3における相 関処理の説明で述べたように、 クラスタに所属するような目標は、 他の目標とゲートが 重なってしまっており、 その結果、 それぞれの航跡を分離して扱うことができない。 そこでクラス夕内追尾フィルタ 3 0が用いるゲートについて、次に説明する。図 8は、 クラスタ内に る 2つの目標 1 0 7と 1 0 8のゲート （各目標単体の追尾処理で使 用されるゲート） が重なっている様子を示す図である。 矩形 1 1 0 (以降、 ゲート 1 1 0と呼ぶ） は目標 1 0 7の単体追尾処理で使用するゲート領域を示すものである。 また 矩形 1 1 1 (以降、 ゲート 1 1 1と呼ぶ)，は目標 1 0 8の単体追尾処理で使用す.るゲー ト領域を示すものである。 矩形 1 1 2は、 矩形 1 1 0と矩形 1 1 1の重なった領域であ る。
矩形 1 1 1に何らかの観測値が^ る^、 ゲート 1 1 0によって相関させるべき 力 ゲート 1 1 1によって相関させるべきか判断することができない。 そこでクラス夕 内追尾フィル夕 3 0は、 目標 1 0 7と 1 0 8について図 9に示すようなゲ一トを新たに 設定する。 図において、 点 1 1 3は目標 1 0 7と 1 0 8の中点である。 また矩形 1 1 4 は目標 1 0 7のゲートを示す領域であり （以後、ゲート 1 1 4と呼ぶ)、矩形 1 1 5は目 標 1 0 8のゲートを示す領域である（以後、ゲート 1 1 5と呼ぶ)。図から明らかなよう に、 ゲ、ート 1 1 0とゲ一ト 1 1 1が、重なっていた領域を、 中点、 1 1 3で分害！！することに よって、 両目標のゲートの大きさを調整し、 観測値の取り合いを回避するようにしてい る。 '
そこで、 目標 1 0 7の kサンプル目の X 位置の平滑値を xs，107(k)、 観測値を x o,107(k)、 目標 1 0 8の kサンプル目の x成分位置の平滑値を xs，108(k)、観測値を x o,108(k)のように表すこととすると、 目標 1 0 7のゲート 1 1 0は城（式 ( 1 1 ).) で与えられていた。
I xs,107(k - l)- xo,107(k) I <dx ( 1 8) よって
xs,107(k一 1)一 dx<xo,107(k)<xs,107(k - 1)+ dx ( 1 9) がゲ、一卜 1 1 0であった。
さらに目標 1 0 8については、ゲート 1 1 1は次式（式（1 2))で与えられていた。 xs,108(k - l)- dx<xo,108(k)<xs,108(k - l)+ dx ( 2 0) ここで xo,107(k)<xo，108(k)とした^、 ゲート 1 1 4は、
xs,107(k - l)- dx<xo,107(k)< (xo,107(k)+ xo,108(k)) /2 ( 2 1 ) また、 ゲ'一ト 1 1 5は、
(xo,107(k)+ xo,108(k)) Z2く xo,108(k)<xs，108(k— l)+ dx ( 2 2) となる。
• 上記において、目標が 2個であるため、両者の中点でゲートを分割することとしたが、 目標が 3個以上の は、 各目標から定められる重心で各ゲ一トを分割するようにすれ ばよい。 なお、 以下において、 重心という語は、 各目標を頂点とする多角形を想定し、 その重心となる点を指すものとする。
また必ずしも中点や重心でゲートを分割する必要はなぐ 例えば図 1 0に示すように 中点や重心の周囲に一定の緩籠域を設け、 この領域をどのゲートにも含まないように してもよい。 このようにすることで、 方ィ 寅難 2 5でビ一ムパターンと目標との位置 関係から、 目標の中点付近に発生することがある偽像をゲ一トに含まないようにするこ とができる。
以上から明らかなように、 この発明の鍾の形態 1のレーダ装置では、 互いに近接し た目標とそうでない目標とで異なるゲートを設定してそれぞれの追尾処理を行うように した。 これによつて、 これまでのレーダ装置の禾 (I点を生かしつつ、 さらにこれまでのレ
—ダ装置では計測が困難であった互いに近接した目標に対する計測の精度を改善するこ とが きる。 ; なお、 この発明の実施の形態 1を具体的に説明するために、 レーダ装置 2を レー ダ、 特に FMCWレーダ装置として構成した。 しかし、 職レー夕 の用途において も、 ビームパターン内〖こ複数の目標が含まれる齢に、 この発明を删することができ ることはいうまでもない。 またこの発明が難を奏するには、 距離と避、 方向を取得 できるレーダ方式であれば十分である。 よってパルスドップラーレーダ装置など他のレ 一ダ^:においてもこの発明を適用することができる。 実施の形態 2.
¾Sの形態 1では、 互いに近接する目標同士からクラスタを形成し、 クラス夕に所属 する自標と所属しない目標とでは、 異なるフィルタを設^ることとした。 さらに観測 豫となる目標が互いに近接していて、 さらに等 をする: ^には、 クラス夕 を一つの目標に敗てて追尾処理を行うようにしてもよい。 この発明の実施の形態 2に よるレーダ装置は、 このような特徴を有するものである。
この発明の実施の形態 2によるレーダ装置の全ィ權成は、実施の形態 1と同様に図 1、 図 2のブロック図によって示され、 実施の形態 1と同一の符号を付した構成要素は実施 の形態 1の相当部位と同様であるので、 説明を省略する。 また信号処理器 1 7の詳細な 構成は、 図 1 1のブロック図によって示される。
図 1 1において、 クラスタパラメータ推定部 3 1は、 クラスタが一つの通目標と見 立てられる: ^に、 方位演難2 5からクラス夕の運動言! ¾を推 ¾Tる部位である。 ク ラスタ情報記憶部 3 2はクラス夕パラメータ推定部 3 1が算出したクラスタの運動^ を記憶する回路または素子、 さらに《Λ—ドディスク装置 どの記憶 を用いた β によって構成されている。 クラス夕解除部 3 3は、 各目標がクラスタを構 fi& "る条件を 満たさなくなった: ^に、 そのクラスタを解除する 立である。 その他、 図 3と同一の を付した構成要素については、 実施の形態 1と同様であるので説明を省略する。 次に、 この発明の^^の形態 2によるレーダ装置 （図 2におけるレ一ダ装置 2) の動 作について説明する。 以下の説明においては、 レーダ装置 2の動作をより具体的に説明 するために、図 1 2に示すように、、車両 1 0 4、 1 0 5、 1 0 6が自動車 1の前方を走 行している状況を想 る。 車両 1 0 4、 1 0 5、 1 0 6は、 それぞれ各車線に沿って ほぼ等 ¾S動しているものとする。 このような状況は、 や信号のない高菌 の他の自動車専用纖での走行時にはしばしば発生する。 なおその他、 図 1 2において 図 4と同一の符号を付した構颇素については、図 4と同様であるので説明を省略する。 図 1 2のような状況において、 レーダ装置 2は、 実施の形態 1と同様に VC O l 1が 発生した^ P信号に基づいてビームを照射し、 その反嫌を AZD変換して信号処理器 1 7に受信信号を出力する。 続いて信号処理器 1 7が受信信号を信号処理する。 図 1 3 はこの信号処理器 1 7の信号処理を表すフローチャートである。 図において、 図 5と同 一の符号を付したステップの処理は実施の形態 1と同様であるので、 説明を省略する。 そうするとステップ S 1 0 1からステップ S 1 0 9までは、実施の形態 1と同じである。 この結果、 位置 '翻寅算部 2 6が、 各目標の観測値を算出し、 さらに目標追尾フィル 夕 2 7は、 各目標の追尾処理を行い、 その結果となる平滑値を追尾情報記憶器 2 8に記 憶させる。 そしてクラスタ形成器 2 9は、 クラス夕の形成を行う。 ここでは、 例えば車 両 1 0 4と 1 0 5が互いに十分に近接しているものとし、 これらの車両に基づくクラス 夕の形成を行ったものとする。
ステップ S 4 0 1において、 クラス夕が^ Ϊする場合、 このクラス夕を一つの目標と MAL X, 追讓理を行う。 図 1 4は、 クラスタ内目標追尾フィルタ 3 0が行う追尾処 理のフローチャートである。 図のステップ S 5 0 1において、 クラス夕パラメ一夕推定 部 3 1は、 位置 · m §26が算出した外部目標の位置と速度から、 クラスタのパ ラメ一夕を推定する。 ここで得られたクラス夕のパラメータをクラス夕パラメータの平 滑値の初期値とする。 クラスタパラメータ推定部 3 1は、 クラスタパラメ一夕としてク ラスタの重心と、 クラスタ内目標間の距離を用いることとし、 次のようにしてこれらの 値を算出する。
ここで、例として N個の目標を含むクラスタを想 る。第 Q番目 （Q = l , 2 , …， N) の目標（TGTqと呼ぶ） の座標は（xq， yq)、 は Vqであるものとする。 こ の &、 クラスタの重心座標 (gx, gy) と重心 iiggvは、 式 （2 3 ) と式 （2 4) で与えられる。
Figure imgf000025_0001
目標間の距離はスカラーではなく、 X座標成分と y座標成分からなるべクトルで与え ることとする。 そうすると、 目標 TGTiと目標 TGTjとの距離は、 X座標成分を Wx ij、 y座標成分を Wyijとして、 式 （25) と式 （26) で与えられる。
Wxij=xi— xj (25)
Wyij=yi— yj (26)
上記のような距離の定¾ ^法の他に、 重心 gからのスカラ一距離を距離値としてもよ い。 '
続いて、 ステップ S 506に進み、 クラスタパラメータ推定音 1531は、 クラス夕情報 記憶器 32にクラスタパラメ一夕を記憶させる。 次にステップ S 507において、 次回 サンプル時の到来まで待機し、 次回サンプル時の到来とともに定常処理としてステップ S 502からの処理に進む。
淀常処理）
ステップ S 502において、 クラスタ内目標追尾フィルタ 30は、 クラスタパラメ一 夕の予測値を算出する。重心の X成分座標の予測値 gxp(k)、 y成分座標の予測値 gy p(k)、舊の予測値 gvp(k) (kは kサンプル目の処理であることを示す） は、前回サ ンプルからの ®i時間を T、 重心の X成分座標の平滑値を gxs(k)、 y成分座標の平滑 値 gys(k)、 速度の平滑値を gvs(k)として、
gxp(k)=gxs(k-l) (27)
gyp(k)=gys(k-l)-l-gvs(k-l) - T (28)
gvp(k)=gvs(k-l) (29)
として与えられる。 また、 目標 TGTiと目標 TGTjとの X座標成分距離予測値を Wp xijYk), y座標細巨離予測値を WpyiKk)は、 x座標細巨離平滑値を Ws xij(k)、 y座標成分距離 骨値を Ws yij(k)、 距離の時間変化率平滑値を r vs(k)とすれば、 W ij(k)=Ws xij(k-l) (30)
Wpyij(k)=Ws yij(k- 1)+ r vs(k- 1) - T (31)
また、 距離の時間変化率予測値 r vp(k)は、
r vp(k)=gvs(k-l) (32)
で与えられる。
次に、 ステップ S 503において、 クラスタ内目標追尾フィルタ 30は、 相関処理を 行い、 観測値を取得する。 相関処理では、 複数目標間で各目標のゲートが重なっている 齢、 重心で分割して設 る。 具体的には、 実施の形態 1で示した図 9のゲート設定 方法において目標 107を TGTi、 目標 108を TGTj、 中点 113を中点ではなく 重心と做てて、 設定された矩形 114を目標 TGTiに対するゲ一トとし、 矩形 11 5を目標 TGTjに対するゲートとする。 これらの ^表現は式 （18) から式 （22) までにおいて、 すでに示しているので、 ここでは省略する。
続いてステップ S 504において、 クラスタ内目標追尾フィルタ 30は、 クラスタパ ラメ一夕の平滑値を算出する。重心の x成分座標の平滑値 gxs(k)、 y成分座標の平滑 値 gys(k)、速度の平滑値 gvs(k)は、第 Q番目の目標の X成分座標の観測値を xoq、 y 、座標の観測値を yoq、 ¾ ^の観測値を vo、 X成分のゲインを αχ、 のゲイ. ンを ayとすれば、 式 （33)、 式 （34)、 式 （35) によって与えられる。
Figure imgf000026_0001
なお、 ゲインの設 法としては、 クラスタ内目標では、 方位の観測精度が低下する 可能性カ犒いことを考慮して、 ゲインを通常より低く設定して観測精度の影響を抑止す るようにする。 また、 クラスタ内の目標間の予測距離が小さい、 すなわち目標の位置の 予測値が密集しているほど、 方位の観測精度が低下するものとして、 ゲインが小さくな るように重み付けしてもよい。 たとえば、 Gを定数として、 式 （36) のように与える ようにする。
Figure imgf000027_0001
また、 予測値の分散が大きいほど、 方健観測精度がより劣化するので、 ゲインが小 さくなるように、 式 （36) と同様の重み付けをして設定してもよい。 また予測値の分 散と予測値間の距離の両方を考慮して重み付けを行って、 ゲインを求めてもよい。 目標 TGTiと目標 TGTjとの X座標成分距離平滑値を Ws xij(k), y座標成分 {?隱 予測値を Wpyij(k)は、 X座標成分距離平滑値を WpXi]'(k)、 y座標成分距離平滑値を Wp yij(k), 距離の時間変化率平滑値を r vs(k)、 x成分のゲインを Ax、 y成分のゲ インを Avとすれば、
Wsxij(k) = Wpxij(k)+A ^xog-WpXij(k) (37)
9=1
N
Wsyij(k) = Wpyij(k) + Ay ^yoq-wpyij(k) (38)
9=1
また、 距離の時間変化率予測値 r vp(k)は、
r vp(k)=voi(k)-voj(k) (39)
で与えられる。
次に、 ステップ S 505において、 クラスタ削除器 33は、 その時点においてクラス タを維持する条件が満たされているかどうかを判定する。 判定方法としては、 各目標間 の距離が閾値以内にあるかどうかを調べる。またクラス夕パラメ一夕の予測値、観測値、 平滑値が観測域内にあるかどうかを判定するようにしてもよい。 クラス夕を維持する条 件が満たされている齢には、ステップ S 506に進む（ステップ S 505： Ye s)。 以降の処理については後述する。 クラスタを^^する条件が満たされていない場合は、 こ^¾上追尾処理をすること力 きないので、 処理を終了する （ステップ S 5 0 5 : N o)。
ステップ S 5 0 6において、 クラスタ内目標追尾フィルタ 3 0は、 クラスタパラメ一 タ平滑値をクラスタ情報記陰器 3 2に記憶させる。 以後の処理は、 初期処理の説明で述 ベたとおりであるので、 説明を省略する。
なお、 上記の追尾処理において、 予測値、 平滑値の算出を X成分については αフィル 夕、 y成分については 一/3フィルタを用いて行ったが、 カルマンフィル夕で行うよう にしてもよい。 .
以上から明らかなように、 この発明の難の形態 2のレーダ装置によれば、 互いに近 接していて等速で並走している複数の目標からクラスタを形成し、 そのクラス夕を一つ の目標と mireて追尾処理をすることで、 クラス夕内の目標の観測値の誤差の影響を排 除して、 精度の高い観測を行うことが きる。
なお、 この発明の難の形態 2によるレーダ装置では、 実施の形態 1と同様に各目標 についての追尾処理を行う目標追尾フィルタ 2 7を備えることとしたが、 この発明の実 施の形態 2によるレーダ装置は、 クラスタ内目標追尾フィルタ 3 0がクラスタを一つの 目標に航てて追尾する点に特徴を^ Tるものであるので、 目標追尾フィルタ 2 7の有 無にかかわらず、 発明の難を奏する。 したがって目標追尾フィルタ 2 7〖泌須の構成 要素ではない。
産業上の利用の可能性
以上のように、 この発明に係るレーダ装置は、 互いに近接する複数の目標ヵ访向を計 測する用途、 例えば車載レーダなどに有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 · 複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
廳 3アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、 その受信信号の を抽出す る信号検出器と、
觸 S信号検出器が抽出した受信信号の 量から、 嫌 部目標の位置観測値と速 度観測値とを算出する位置 · ^t, ' を備えたレーダ装置において、
嫌 3位置 ·速度演難が算出した位置観測値と速度観測値に対して、 第 1のゲートに よる相関処理を施し、 嫌 s第 1のゲートを満たす位置観測値と 観測値から前記 部目標の位置と ¾i との平滑値を算出する目標 i! フィル夕と、
嫌己 ^^部目標の位置の平滑値に基づいて、鎌 部目標同士が撤している： ^に、 廳 部目標が 属するクラスタを形成するクラスタ形^^と、
前記クラスタ形^^が形成したクラスタに所属する外部目標の前記位置観測値と 観測値に対して、 第 2のゲートによる相関処理を施し、 嫌己第 2のゲートを満たす位置 観測値と 測値から鎌 ½^部目標の位置と との平滑値を算出するクラス夕内 目標追尾フィル夕と、
を備えたことを 1敷とするレーダ装置。
2. 複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
謙 3アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、 その受信信号の を抽出す る信号検出器と、
嫌 3信号検出器が抽出した受信信号の 量から、 嫌 部目標の位置観測値と速 度観測値とを算出する位置 · m ,
を備えたレーダ装置において、
嫌己位置 ·藤演籠が算出した位置観測値と搬観測値に対して、 第 1のゲートに よる相関処理を施し、 嫌 3第 1のゲートを満たす位置観測値と i i 観測値から嫌½ 部目標の位置と避との平滑値を算出する目標追尾フィル夕と、 鎌己 部目標の位置の平滑値に基づいて、嫌 部目標同士が翻している：^に、 廳 部目標が^ f属するクラスタを形成するクラス夕形離と、
譚己クラスタ形 j«が形成したクラス夕を一つの外部目標に てて、 嫌己位置 ·速 度演難が算出した位置観測値と 観測値とから、 そのクラスタの特性を表すクラス 夕パラメ一夕の平滑値を算出するクラスタ内目標追尾フィル夕と、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
3. 嫌己クラスタ内目標追尾フィル夕は、 鎌 部目標が 2個ある: ^に、 嫌己クラ スタパラメータの平滑値として、 廳 部目標の位置の中点とその中点の と嫌 部目標間の距離及び 隱の時間変化率との平滑値を算出することを特長とする請求 の範囲第 2項に記載のレーダ装置。
4. 嫌 3クラス夕内目標追尾フィルタは、 嫌己外部目標が 3個以上ある齢に、 鎌己 クラスタパラメータの平滑値として、 嫌 部目標の位置を頂点とする多角形の重心と その重心の速度と嫌 部目標間の距離及び前言 巨離の時間変化率との平滑値を算出す ることを特長とする請求の範囲第 2項に記載のレ一ダ装置。
5 , 嫌己クラスタ内目標追尾フィルタは、 前記クラス夕に所属する複数の外部目標の 第 1のゲ一トが重なり合う:^に、 嫌 部目標間の重心で前記第 1のゲートを分割し たものを鎌己第 2のゲートとして相関処理を»ことを糊敷とする請求の範囲第 1項又 は第 2項に記載のレーダ装置。
6. 前記クラスタ内目標追尾フィル夕は、 前記クラスタに所属する複数の外部目標の 第 1のゲートが重なり合う^に、 嫌 S外部目標間の重心の近傍に緩 «域を設定し、 この緩镩満域の外縁に接するように、 編己第 1のゲ一トを分割したものを嫌己第 2のゲ —卜として相関処理を施すことを樹毂とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載のレー ダ装置。
7. 歸3目標追尾フィルタは、 嫌 部目標間の距離の予測値をさらに算出し、 謙己クラスタ形成器は、 嫌己距離の予測値の分散を算出し、 その分散に基づいて所定 の閾値を決定して、 謙 部目標間の距離がこの閾値以下となる: ¾に、 嫌 3クラス夕 を形^ ることを とする請求の範囲第 1項又は第 2項記載のレーダ装置。
8. 嫌 3クラスタ内目標追尾フィルタは、 鎌己平滑値の算出における観測値の寄与度 を定めるゲインを、 廳3^部目標の位置を頂点とする多角形の重心からの隱に基づい て決 ¾Τることを とする請求の範囲第 1項又は第 2項記載のレーダ装置。
9. 前記アンテナは、 連続的に周波数が上昇するアップフェーズと遙镜的に周波数が 下降するダウンフェーズからなる,信号を、 複数の方向からなるビームパターンを有 する送信波として羅 部目標に照射し、
嫌己信号検出器は、 前記アップフェーズと前記ダウンフェーズとにおける受信信号と 鎌 3基準信号とのピート信号を生成し、
嫌 S位置 ·搬演難は、 嫌 3アップフェーズのビ一ト信号と嫌己ダウンフェーズの ビート信号から鎌 部目標の相対 と相対距離とを算出するとともに、 隣接する前 記ビームパターンにおける嫌 Sビート信号の續量の差異から前言 部目標の方向を算 出し、 嫌 3相対避と相対距離及び方向から鎌 部目標の位置観測値と 観測値と を算出することを特徴とする ί青求の範囲第 1項又は第 2項に記載のレーダ装置。
1 0. 嫌3レーダ装置は、 自動車に搭載されることを ¾とする請求の範囲第 9項記 載のレーダ装置。
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