WO2010137390A1

WO2010137390A1 - レーダ装置

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Publication number: WO2010137390A1
Application number: PCT/JP2010/054840
Authority: WO
Inventors: 晋一竹谷; 一彰川端; 万城大須賀; 卓司吉田; 大広吉田; 雅人丹羽; 秀人後藤
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2010-12-02
Also published as: CN101999084A; EP2437079A1; US20110102242A1

Abstract

　本発明は、ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器２０と、送受信器からの信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングする速度グルーピング部３６と、前記速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部３７を備える。

Description

レーダ装置

　本発明は、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式などにより車両の速度を観測するレーダ装置に関し、特に相関追尾を実施する技術に関する。

　道路を走行する車両をレーダ装置で観測する場合の簡易なレーダ方式としてＦＭＣＷ方式が知られている（例えば、非特許文献１参照）。このＦＭＣＷ方式のレーダ装置で車両を観測する場合、他車両や背景等といった複雑かつ多数の反射点が存在する環境で、目標車両を検出して相関追尾することになる。このような環境下において、アンテナビーム幅が広く、ＦＭＣＷ方式によるビート周波数軸の分解能が低い場合には、角度軸でも周波数軸でもメインローブの中に複数の反射点が存在し、振幅・位相によるベクトル合成により受信が乱れる。このため、目標を検出できなかったり、目標を検出できたとしても位置精度が低く、相関追尾によっても安定した位置が検知できないという問題がある。

　図１は、従来のレーダ装置の構成を示す系統図であり、図２は、このレーダ装置の動作を示すフローチャートである。このレーダ装置は、アンテナ１０、送受信器２０および信号処理器３０を備えている。以下、このレーダ装置の動作を、追尾処理を中心に説明する。レーダ装置においては、まず、送受信データが入力される（ステップＳ１０１）。すなわち、送受信器２０の内部の送信器２１でスイープされた信号は、アンテナ送信素子１１で電波に変換されて送信される。これに応じて、複数のアンテナ受信素子１２で受信された信号は、複数のミキサ２２によりそれぞれ周波数変換されて、信号処理器３０に送られる。信号処理器３０では、送受信器２０からの信号がＡＤ変換器３１でデジタル信号に変換され、素子信号としてＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部３２に送られる。

　ＦＦＴ部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換して周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ（Digital Beam Forming：デジタルビーム形成）部３３に送る。ＤＢＦ部３３は、ＦＦＴ部３２から送られてくる周波数軸の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。このＤＢＦ部３３で形成されたΣビームは測距・測速部３４に送られ、Δビームは測角部３５に送られる。

　次いで、距離および速度が算出される（ステップＳ１０２）。すなわち、測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３からのΣビームを用いて距離および速度を算出し、相関追尾部３７に送る。次いで、角度が算出される（ステップＳ１０３）。すなわち、測角部３５は、ＤＢＦ部３３から測距・測速部３４を経由して送られてくるΣビームおよびＤＢＦ部３３から送られてくるΔビームを用いて測角を行い、得られた角度を相関追尾部３７に送る。次いで、相関追尾が行われる（ステップＳ１０４）。

　すなわち、相関追尾部３７は、相関追尾処理を行って目標の位置および速度を算出し、外部に出力する。その後、サイクルが終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、サイクルが終了していないことが判断されると、次のサイクルを処理対象とするための処理が行われる（ステップＳ１０６）。その後、ステップＳ１０１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ１０５において、サイクルが終了したことが判断されると、このレーダ装置の追尾処理は終了する。

　ところで、上述した従来のレーダ装置において、レーダ反射点は、図３に示すように、移動している車両１０１の他、ガードレール１０２、路肩１０３および停止している車両１０４等に混在する。一般に、相関追尾においては、図４に示すように、平滑値から予測値を求め、この予測値と、ＮＮ（Nearest Neighbor）観測値とから新たな平滑値を求めて次の予測値を算出するという処理が行われる。しかし、これらは観測位置を元に実施されるため、背景の反射も含む多数の反射点の中で、車両目標を誤認して追尾する可能性があり、また、追尾可能目標数を超えるために、安定した相関追尾ができない場合がある。

吉田孝監修、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.274-275(1996)

　従来のレーダ装置では、上述したように、他車両や背景等の複雑かつ多数の反射点が存在する環境下において、アンテナビーム幅が広く、ＦＭＣＷ方式によるビート周波数軸の分解能が低い場合には、角度軸でも周波数軸でもメインローブの中に複数の反射点が存在し、振幅・位相によるベクトル合成により受信が乱れるため、目標を検出できなかったり、目標を検出できたとしても位置精度が低く、相関追尾によっても安定した位置を検知できないという問題がある。

　本発明の課題は、安定した相関追尾を実現できるレーダ装置を提供することにある。

　上記課題を解決するために、本発明は、ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器と、前記送受信器からの信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングする速度グルーピング部と、前記速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部を備える。

　また、本発明は、ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器と、前記送受信器からの信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングし、速度範囲毎の速度ヒストグラムの度数に基づき自速度を抽出し、自速度を含む速度グループ内でレンジを分割し、分割レンジ毎にクロスレンジのヒストグラムを算出し、算出されたヒストグラムの度数が最大のクロスレンジ位置を算出し、分割レンジ毎に抽出された度数が最大のクロスレンジ位置を用いて曲線フィッティングして反射点の曲線を抽出する速度グルーピング部と、前記速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部とを備える。

　本発明によれば、複雑な背景下においても、目標の観測位置精度を高めて、安定した相関追尾を実現できる。

　また、本発明によれば、複雑な背景下においても、ガードレールや路肩等の曲線を抽出し、不要な反射点を抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。すなわち、本発明によれば、速度グルーピングにより自速度を抽出し、レンジを分割し、各々の分割レンジ毎にヒストグラムの度数が最大となるクロスレンジ位置を算出し、フィッティング曲線を算出することで、路肩を結ぶ曲線が抽出できる。このため、路肩より外側の反射点は不要な反射点として抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。

図１は従来のレーダ装置の構成を示す系統図である。図２は従来のレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。図３は従来のレーダ装置の問題点を説明するための図である。図４は従来のレーダ装置の問題点を説明するための図である。図５は本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示す系統図である。図６は本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。図７は本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる自速度抽出を説明するための図である。図８は本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる速度グルーピングを説明するための図である。図９は本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われるハフ変換を説明するための図である。図１０は本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われるハフ変換を説明するための図である。図１１は本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われるハフ変換を説明するための図である。図１２は本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われるハフ変換を説明するための図である。図１３は本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われるハフ変換を説明するための図である。図１４は本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる相関追尾を説明するための図である。図１５は本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示す系統図である。図１６は本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。図１７は本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われる路肩検出を説明するための図である。本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われる事象を説明するための図である。本発明の実施例３に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。本発明の実施例３に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。本発明の実施例３に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。本発明の実施例３に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。

　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

　図５は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示す系統図である。このレーダ装置は、アンテナ１０、送受信器２０および信号処理器３０を備えている。

　アンテナ１０は、アンテナ送信素子１１と複数のアンテナ受信素子１２とから構成されている。アンテナ送信素子１１は、送受信器２０から電気信号として送られてくる送信信号を電波に変換して外部に送出する。複数のアンテナ受信素子１２は、外部からの電波を受信して電気信号に変換し、受信信号として送受信器２０に送る。

　送受信器２０は、送信器２１と複数のミキサ２２を備えており、複数のミキサ２２は、複数のアンテナ受信素子１２にそれぞれ対応して設けられている。一般的なアップチャープとダウンチャープ送信信号を用いたＦＭＣＷ方式の場合は、送信器２１でスイープした送信信号を生成し、アンテナ送信素子１１および複数のミキサ２２に送る。複数のミキサ２２は、複数のアンテナ受信素子１２からそれぞれ受け取った受信信号を、送信器２１からの信号に応じて周波数変換し、信号処理器３０に送る。

　信号処理器３０は、ＡＤ変換器３１、ＦＦＴ部３２、ＤＢＦ部３３、測距・測速部３４、測角部３５、速度グルーピング部３６および相関追尾部３７を備えている。

　ＡＤ変換器３１は、送受信器２０から送られてくるアナログ信号をデジタル信号に変換し、素子信号としてＦＦＴ部３２に送る。ＦＦＴ部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換により周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ部３３に送る。

　ＤＢＦ部３３は、ＦＦＴ部３２から送られてくる周波数軸上の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。このＤＢＦ部３３で形成されたΣビームは測距・測速部３４に送られ、Δビームは測角部３５に送られる。

　測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３から送られてくるΣビームに基づき測距および測速を行う。この測距・測速部３４における測距および測速により得られた距離および速度は、速度グルーピング部３６に送られる。また、測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３から送られてきたΣビームを測角部３５に送る。

　測角部３５は、測距・測速部３４から送られてくるΣビームおよびＤＢＦ部３３から送られてくるΔビームに基づき測角を行う。測角部３５における測角により得られた角度は、速度グルーピング部３６に送られる。

　速度グルーピング部３６は、測距・測速部３４から送られてくる距離および速度と、測角部３５から送られてくる角度とに基づき、観測速度によって目標を分類し、グルーピングする。この速度グルーピング部３６におけるグルーピングの結果は、相関追尾部３７に送られる。

　相関追尾部３７は、速度グルーピング部３６から送られてくる処理結果に基づき相関追尾処理を実行する。相関追尾部３７における処理により得られた位置および速度は、外部に送られる。

　次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を追尾処理を中心に、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。

　追尾処理では、まず、ＦＭＣＷ方式で送受信が行われ、送受信データが入力される（ステップＳ１１）。すなわち、送受信器２０の内部の送信器２１でスイープされた信号は、アンテナ送信素子１１で電波に変換されて送信される。これに応じて、複数のアンテナ受信素子１２で受信された信号は、複数のミキサ２２によりそれぞれ周波数変換されて、信号処理器３０に送られる。信号処理器３０では、送受信器２０からの信号がＡＤ変換器３１でデジタル信号に変換され、素子信号としてＦＦＴ部３２に送られる。

　ＦＦＴ部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換して周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ部３３に送る。ＤＢＦ部３３は、ＦＦＴ部３２から送られてくる周波数軸の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。ＤＢＦ部３３で形成されたΣビームは測距・測速部３４に送られ、Δビームは測角部３５に送られる。

　次いで、距離および速度が算出される（ステップＳ１２）。すなわち、測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３からのΣビームに基づき測距および測速を行い、測距および測速により得られた距離および速度を、速度グルーピング部３６に送る。

　次いで、角度が算出される（ステップＳ１３）。すなわち、測角部３５は、ＤＢＦ部３３から測距・測速部３４を経由して送られてくるΣビームおよびＤＢＦ部３３から送られてくるΔビームを用いて測角を行い、得られた角度を速度グルーピング部３６に送る。

　次いで、速度が分類される（ステップＳ１４）。すなわち、速度グルーピング部３６は、測距・測速部３４から送られてくる距離および速度と、測角部３５から送られてくる角度とに基づき、観測速度によって目標を分類してグルーピングし、グルーピングの結果を相関追尾部３７に送る。

　次いで、自速度抽出が行われる（ステップＳ１５）。すなわち、速度グルーピング部３６は、ステップＳ１４で分類されたグループのうち、反射点が最も多いグループを自速度グループとする。

　次いで、極座標からＸＹ座標への変換が行われる（ステップＳ１６）。すなわち、速度グルーピング部３６は、極座標（Ｒ、θ）として取得された観測速度データを、ＸＹの直交座標に変換する。

　次いで、観測速度データのサイクル間累積が行われる（ステップＳ１７）。すなわち、速度グルーピング部３６は、観測速度データのサイクル間で、忘却係数を乗算して積分する。

　次いで、そのグループが自速度グループであるかどうかが調べられる（ステップＳ１８）。ステップＳ１８において、そのグループが自速度グループでない場合には、ステップＳ１９～Ｓ２３の処理はスキップされて、処理はステップＳ２４に進む。一方、ステップＳ１８において、そのグループが自速度グループである場合には、自速度グループのハフ変換による直線抽出が行われる（ステップＳ１９）。すなわち、速度グルーピング部３６は、ハフ変換により直線を抽出する。

　なお、ハフ変換は、例えば、『田村、‘コンピュータ画像処理’、Ohmsha、pp.204-206(2004)』に説明されている。

　次いで、サイクル間直線累積が行われる（ステップＳ２０）。すなわち、速度グルーピング部３６は、ステップＳ１９で抽出した直線を、サイクル間で忘却係数を乗じて累積する。

　次いで、直線上の目標が削除される（ステップＳ２１）。すなわち、速度グルーピング部３６は、ステップＳ２０で累積された結果が、所定のスレショルドを超えた場合に直線で有ると判定し、その直線付近の反射点を削除する。

　次いで、直線抽出が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ２２）。ステップＳ２２において、直線抽出が終了していない場合には、次の直線を処理対象とするための処理が行われる（ステップＳ２３）。その後、処理はステップＳ１９に戻って、上述した処理が繰り返される。

　一方、ステップＳ２２において、直線抽出が終了した場合には、振幅極値が抽出される（ステップＳ２４）。すなわち、速度グルーピング部３６は、速度グループ毎に各グループ内で極値（極大値のこと）を算出する。

　次いで、重心演算が行われる（ステップＳ２５）。すなわち、速度グルーピング部３６は、ステップＳ２４で算出した極値を中心に所定のゲート内の重心を算出し、相関追尾部３７に送る。

　次いで、極値が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ２６）。ステップＳ２６において、極値が終了していない場合には、次の極値を処理対象とするための処理が行われる。その後、処理はステップＳ２４に戻り、上述した処理が繰り返される。

　上記ステップＳ２６において、極値が終了した場合には、相関追尾が行われる（ステップＳ２８）。すなわち、相関追尾部３７は、速度グループ毎に算出された重心位置を用いて、予測位置に最も近い点を用いるＮＮ（Nearest Neighbor）相関とα－β方式による追尾とを行い、位置および速度ベクトルの平滑値および予測値を外部に出力する。なお、α－β方式は、『吉田孝監修、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.264-267(1996)』に説明されている。

　次いで、全ての速度グループについて処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ２９）。ステップＳ２９において、全ての速度グループについて処理が終了していない場合には、処理対象を次の速度グループに変更するための処理が行われる（ステップＳ３０）。その後、処理はステップＳ１７に戻り、上述した処理が繰り返される。

　一方、ステップＳ２９において、全ての速度グループについて処理が終了した場合には、サイクルが終了したかどうかが調べられる（ステップＳ３１）。ステップＳ３１において、サイクルが終了していない場合には、次のサイクルを処理対象とするための処理が行われる（ステップＳ３２）。その後、処理はステップＳ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ３１において、サイクルが終了した場合には、追尾処理は終了する。

　次に、本発明の理解を深めるために、上述した手順のうち、主要な手順の細部の処理が説明される。極座標を直交座標に変換する処理（ステップＳ１６）では、図１０に示すような極座標（Ｒ、θ）が、次式により、ＸＹ座標に変換される。

ここで、
　　Ｒ　；距離
　　θ　；アジマス測角値
　観測（位置）ベクトルｙと、平滑または予測のベクトルｘ（位置、速度）は、Ｘ、Ｙの２次元で表現することにより次式になる。

ここで、
　　添字の１，２　；それぞれＸ，Ｙ成分を表す。

　　ｘ　　　　　　；位置
　　ｖ　　　　　　；速度
　次に、上記ステップＳ１４で行われる速度分類の処理、つまり、観測速度を用いて、各反射点の位置、速度、振幅強度をグルーピングする方法が、図８を参照しながら説明される。グルーピングの手法としては、サイクル毎に、速度範囲を所定数に分割した速度グループ毎に、サイクル間で忘却係数により加算した結果を用いて、振幅強度の極大点の周りのゲート内の点の重心演算が実施される。

　いま、目標が移動している場合を考える。処理対象とする検出信号は、（Ａ、Ｘ、Ｙ、Ｖ）（振幅強度、Ｘ軸位置、Ｙ軸位置、ラジアル速度）の情報を含んでいる。

　まず、検出信号が速度によって分類され、さらに図７に示すように、速度グループ毎にヒストグラムｈ１，ｈ２，ｈ３が算出される。ヒストグラムの度数が最も多い速度グループＧｒ＃２を背景とすると、速度グループは自速度グループ以外と自速度グループＧｒ＃２に分類できる。自速度グループについては、図８に示す背景等の固定目標（ガードレール等）Ｌ１，Ｌ２と静止している車両Ｓ１，Ｓ２とを区別するために、まず、ステップＳ１９に示すように、ハフ変換を利用して、ガードレールＬ１や路肩Ｌ２等の直線状の反射点（●部分）が抽出される。

　ここで、一般的なハフ変換が説明される。ハフ変換は、画像の中から直線を抽出する方法である。Ｘ－Ｙ平面上の直線は、極座標によって表現されると、その直線は図１１及び次式で表される。

　上記（３）式により、直線とρ、θとは一意に対応する。次に、図１２に示すように、直線上の３点Ａ、ＢおよびＣを考える。各点を通り、角度θを順に変化させた場合の曲線がρ－θ軸で表現されると、図１３に示すようになる。３本の曲線は、ある点で交わるが、この点Ｐ（ρ０、θ０）が、Ｘ－Ｙ軸における共通の直線を表している。以上の原理に基づき、ハフ変換の手順は次のようにまとめられる。

（１）ρ－θ軸上の数値を格納するマトリクスが確保される。

（２）Ｘ－Ｙ軸上の観測値を中心に、θをΔθ毎に変化させながら、ρ－θ軸上のρが算出され、対応するマトリクスの行、列に１が加えられる。この手順（２）は全ての観測値に対して繰り返される。

（３）マトリクスの中で、極大点となる（ρｑ、θｑ）（ｑ＝１～Ｑ）が抽出される。

　以上の手順により、（ρｑ、θｑ）により、Ｑ本の直線を抽出できる。

　ところで、ハフ変換は、数点で直線を抽出するため、直線を誤検出する場合がある。この対策のために、図９に示すように、サイクル毎にハフ変換して得られた直線がサイクル間で累積され（ステップＳ２０）、これらの中から所定のスレショルドを超えた直線が抽出される。そして、ハフ変換で抽出された直線の周りの点がを削除される（ステップＳ２１）。これにより、ガードレールＬ１等の近くに静止した車両Ｓ２等の重心位置を抽出できる。

　次に、ステップＳ２５で行われる速度グループ毎の重心演算が説明される。この重心演算の細部の手順は次の通りである。

（１）速度で分類した各信号の強度を用いて、上から順にＭ個の目標が抽出される。

（２）Ｍ個の目標の相対距離（２乗距離）ΔＲ²が次式により算出され、下限リミットＲＬ²以上の目標がｃ個抽出される。

ここで、
　　ΔＲ²　　；２乗距離
　　Ｘｉ、Ｙｉ　；　目標ｉの位置（ｉ＝１～Ｎ）
　上記（１）および（２）を繰り返して、Ｍｃ個の目標が抽出される。

（３）抽出されたＭｃ個の位置を中心に、ゲートサイズＧの範囲の信号について、次式により重心演算が実施される。

ここで、
　　Ｘｃ（ｍ）、Ｙｃ（ｍ）　；重心位置（ｍ＝１～Ｍｃ）
　　Ａ（ｍ，ｎ）　　　　　　；信号強度（ｍ＝１～Ｍｃ、ｎ＝１～Ｎｇ）
　　ｍ　　　　　　　　　　　；抽出した極値の番号
　　ｎ　　　　　　　　　　　；ゲート内の信号の番号
　次に、ステップＳ２８で行われる相関追尾（ＮＮ相関、α－β追尾方式）が説明される。簡単のために、１次元（Ｘ軸またはＹ軸のみ）で表現される。

　観測（位置）ベクトルをｙ、

　図１４は、相関追尾を説明するための図である。初期値は、ｙｒ（１）＝０、ｘｐ（１，ｊ）＝

とする。初期値において検出目標が多数ある場合（ｊが複数）には、Ｓ／Ｎの高い目標から順にＭ個までが、相関追尾の対象とされる。

　以上説明したように、本発明の実施例１に係るレーダ装置によれば、ＦＭＣＷ方式により距離と同時に速度を観測できるため、速度毎に分類することにより、近接した目標の場合であっても、速度が異なる場合には、安定した追尾を行うことができる。

　また、グルーピングした目標に対して、極値の周りの重心演算を実施して、観測点を減らして相関追尾を行うことができるため、処理負荷が軽くなり、安定した追尾が可能となる。

　また、サイクル間の検出信号を積分することにより、信号が検出されなかった場合や、位置精度が悪い場合であっても、サイクル間の信号の重心演算により、重み付け平均化した位置により相関追尾できるため、安定した追尾が可能となる。

　また、ガードレールや路肩等の直線状の反射点がある場合に、反射点をハフ変換によって抽出して除外することにより、路肩に停車している目標や低速の目標を抽出して相関追尾を行うことができる。

　なお、上述した実施例１に係るレーダ装置では、速度グループ毎に重心演算を実施したが、重心演算を実施せずに、相関追尾を行うこともできる。

　また、反射点についてサイクル間で忘却係数を用いた積分が実施されたが、積分しない（忘却係数０）ように構成することもできる。また、自速度グループのハフ変換を用いて直線抽出を行ったが、直線抽出を行わない方法を用いることもできる。

　さらに、直線抽出のために、直線についてサイクル間で忘却係数を用いた積分が実施されたが、積分しない（忘却係数０）ように構成することもできる。

　図１５は、本発明の実施例２に係るレーダ装置の構成を示す系統図である。このレーダ装置は、図５に示す実施例１に係るレーダ装置に対して、信号処理器３０ｂ内の速度グルーピング部３６ａが異なるので、速度グルーピング部３６ａのみが説明される。

　速度グルーピング部３６ａは、測距・測速部３４から送られてくる距離および速度と、測角部３５から送られてくる角度とに基づき、観測速度によって目標を分類し、グルーピングする。この速度グルーピング部３６ａにおけるグルーピングの結果は、相関追尾部３７に送られる。

　次に、このように構成される本発明の実施例２に係るレーダ装置の動作が追尾処理を中心に、図１６に示すフローチャートを参照しながら説明される。

　まず、ステップＳ１１からステップＳ１３までの処理は、図６に示す処理と同じであるので、その説明は省略する。

　次いで、速度が分類される（ステップＳ１４）。すなわち、速度グルーピング部３６ａは、測距・測速部３４から送られてくる距離および速度と、測角部３５から送られてくる角度とに基づき、観測速度によって目標を分類してグルーピングし、グルーピングの結果を相関追尾部３７に送る。

　次いで、自速度抽出が行われる（ステップＳ１５）。すなわち、速度グルーピング部３６ａは、ステップＳ１４で分類されたグループのうち、反射点が最も多いグループを自速度グループとする。図７及び図１８（ｃ）に示すように、速度グループ毎にヒストグラムｈ１，ｈ２，ｈ３を算出し、このヒストグラムに基づき度数（反射点）が最も多い速度グループＧｒ＃２を抽出する（図１８（ｄ）、図１８（ｅ））。

　次いで、極座標からＸＹ座標への変換が行われる（ステップＳ１６）。すなわち、速度グルーピング部３６ａは、極座標（Ｒ、θ）として取得された観測速度データを、ＸＹの直交座標に変換する。

　次いで、観測速度データのサイクル間累積が行われる（ステップＳ１７）。すなわち、速度グルーピング部３６ａは、観測速度データのサイクル間で、忘却係数を乗算して積分する。

　次いで、自速度グループであるかどうかが調べられる（ステップＳ１８）。ステップＳ１８において、そのグループが自速度グループでない場合には、ステップＳ２０，Ｓ２２の処理はスキップされて、ステップＳ２４に進む。

　一方、ステップＳ１８において、そのグループが自速度グループである場合には、クロスレンジ軸のヒストグラムにより直線抽出が行われる（ステップＳ２０ａ）。すなわち、速度グルーピング部３６ａは、クロスレンジ軸のヒストグラムにより左右の直線を抽出する。この処理の詳細は、後述される。

　次いで、左右の直線の外側の固定反射点が削除される（ステップＳ２２ａ）。次いで、振幅極値が抽出される（ステップＳ２４）。すなわち、速度グルーフピング部３６は、速度グループ毎に各グループ内で極値（極大値のこと）を算出する。

　次いで、重心演算が行われる（ステップＳ２５）。すなわち、速度グルーピング部３６ａは、ステップＳ２４で算出した極値を中心に所定のゲート内の重心を算出し、相関追尾部３７に送る。

　ステップＳ２６からステップＳ３１までの処理は、図６に示す処理と同じであるので、その説明は、省略する。

　次に、本発明の理解を深めるために、上述した手順のうち、主要な手順であるステップＳ２０ａの処理が図１７のフローチャート及び図１８を参照しながら詳細に説明される。

　まず、上述したように、度数（反射点）が最も多い速度グループＧｒ＃２が抽出される（図１８（ｄ）、図１８（ｅ））。

　次いで、図１８（ｆ）に示すように、自車両のクロスレンジ位置を０として、左の範囲（マイナス）において、度数が最大となるクロスレンジ位置Ｍ１とクロスレンジ位置Ｍ１の中心を通る直線Ｌ１とが抽出される。すなわち、左線（左の範囲）のヒストグラムが算出され（ステップＳ５１ａ）、度数が最大となるクロスレンジ位置が抽出される（ステップＳ５２ａ）。

　次いで、距離分割（レンジ分割）が終了かどうかが調べられる（ステップＳ５３ａ）。距離分割が終了していない場合には、距離分割を変化させ（ステップＳ５４ａ）、ステップＳ５１ａ～５２ａの処理が繰り返し行なわれる。すなわち、ステップＳ５１ａ～５２ａの処理をレンジ＃１～＃４毎に行うことで、図１８（ｇ）の各抽出直線Ｌ１が得られる。

　次いで、レンジ＃１～＃４毎の各抽出直線Ｌ１に基づき、図１８（ｇ）に示すように、レンジ－クロスレンジの位置を曲線フィッティングして、左のフィッティング曲線Ｃ１が算出される（ステップＳ５５ａ）。次いで、左のフィッティング曲線Ｃ１に基づき相関係数ｒｘｙＬが算出される（ステップＳ５６ａ）。

　次いで、図１８（ｆ）に示すように、自車両のクロスレンジ位置を０として、右の範囲（プラス）において、度数が最大となるクロスレンジ位置Ｍ２とクロスレンジ位置Ｍ２の中心を通る直線Ｌ２とが抽出される。すなわち、右線（右の範囲）のヒストグラムが算出され（ステップＳ５１ｂ）、度数が最大となるクロスレンジ位置が抽出される（ステップＳ５２ｂ）。

　次いで、距離分割（レンジ分割）が終了かどうかが調べられる（ステップＳ５３ｂ）。すなわち、距離分割が終了していない場合には、距離分割を変化させ（ステップＳ５４ｂ）、ステップＳ５１ｂ～５２ｂの処理が繰り返し行なわれる。すなわち、ステップＳ５１ｂ～５２ｂの処理をレンジ＃１～＃４毎に行うことで、図１８（ｇ）の各抽出直線Ｌ２が得られる。

　次いで、レンジ＃１～＃４毎の各抽出直線Ｌ２に基づき、図ぬゆ（ｇ）に示すように、レンジ－クロスレンジの位置を曲線フィッティングして、左のフィッティング曲線Ｃ２が算出される（ステップＳ５５ｂ）。次いで、左のフィッティング曲線Ｃ２に基づき相関係数ｒｘｙＲが算出される（ステップＳ５６ｂ）。　
　次いで、相関係数ｒｘｙＬが相関係数ｒｘｙＲよりも大きいかどうかが調べられる（ステップＳ５７）。相関係数ｒｘｙＬが相関係数ｒｘｙＲよりも大きい場合には、左線のフィッティング曲線が選定され（ステップＳ５８ａ）、右線の曲線が算出される（ステップＳ５９ａ）。相関係数ｒｘｙＬが相関係数ｒｘｙＲよりも小さい場合には、右線のフィッティング曲線が選定され（ステップＳ５８ｂ）、左線の曲線が算出される（ステップＳ５９ｂ）。

　以上の処理が、路肩に相当する曲線の抽出方法である。路肩曲線を、路肩等の固定反射点を抑圧するために用いることができる。このため、反射点の観測値のうち、路肩曲線に基づき外側の観測値を削除すればよい。

　次に、上述したフィッティング曲線の算出方法が述べられる。フィッティング曲線は一般的に次式で表現できる。

ここで
　　ｘｉ　　；　フィッティングするレンジ（ｉ＝１～ｎ）
　　ｙｉ　　；　ｘｉに対するクロスレンジ
　　ｃｎ　　；　フィッティング係数
　このフィッティング係数ｃｎのフィッティングの度合を示す指標として次式で示す相関係数ｒｘｙがある。

　　ｘave　；　ｘの平均値
　　ｙave　；　ｙの平均値
　左右のフィッティング曲線が抽出される際に、いずれかの相関係数ｒｘｙが所定のスレショルド以下である場合には、フィッティング曲線を採用せず、相関係数ｒｘｙが高い方の曲線に基づいて、左右のフィッティング曲線を決定する方がよい。この際、式（１）の定数項は、クロスレンジの中心位置を表すために、左右のいずれのフィッティング曲線でも用いて、１次以上の項を用いる。

　なお、フィティング度合を示す指標として、相関係数を用いる方法が説明されたが、決定係数等の他の指標を用いてもよい。また、クロスレンジを自車両の左の範囲と右の範囲とに分割して、処理する方法を述べたが、クロスレンジを自車両の左の範囲と右の範囲とに分割せずに、度数が最大値を持つクロスレンジ位置と最大値から２番目の値を持つクロスレンジの位置とを用いてもよい。

　以上説明したように、本発明の実施例２に係るレーダ装置によれば、速度グルーピングにより自速度を抽出し、レンジを分割し、各々の分割レンジ毎にヒストグラムの度数が最大なるクロスレンジ位置を算出し、フィッティング曲線を算出することで、路肩を結ぶ曲線を抽出できる。このため、路肩より外側の反射点は不要な反射点として抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。

　次に、本発明の実施例３に係るレーダ装置が説明される。図１９に、レンジ－クロスレンジにおいて、曲線フィッティングされた真の曲線（点線）と実際の検出曲線（実線）とが示される。陸橋等があると、図１９に示すように、道路の中央付近に反射点ＲＫが観測されることがある。曲線フィッティングが行われる場合に、検出曲線ＤＣは反射点ＲＫ近傍を通る曲線となる。すなわち、真の曲線ＴＣと検出曲線ＤＣとの間に誤差が生じる。

　この誤差を低減するために、実施例３に係るレーダ装置は、仰角測角（ＥＬ測角）を実施して、反射点が所定の範囲より高い場合には、反射点を抽出点から削除した後、実施例２に係るレーダ装置の処理を行う。

　図２０は本発明の実施例３に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。スロットアンテナ１１ａ（スロット導波管）は、図２０（ａ）に示すように、スロットがマトリックス状に併設され、一端側に接続された送信器２０ａから給電される。そのレーダ装置は、図２０（ｂ）に示すように、中心周波数ＦＨ，ＦＬを変化させることにより、図２０（ｃ）、図２０（ｄ）に示すように、アンテナ面の位相（波面の傾き）を変化させて、ビームＢＭの指向方向を仰角方向に変化させる。

　ここで、中心周波数を変化させる方法が述べられる。ＦＭＣＷ方式の場合には、図２１に示すように、周波数を高い（低い）方から低い（高い）方に直線状に変化させるダウンスイープ信号又はアップスイープ信号を用いる。ダウンスイープ信号又はアップスイープは送受信器２０によって送受信される。ＦＦＴ部３２は、送受信器２０からの受信信号に対してＦＦＴを実施してビート周波数Σに変換する。

　さらに、図２１（ａ）に示すように、ダウンスイープ信号又はアップスイープ信号を前半ｂＬと後半ｂＲに分け、前半ｂＬと後半ｂＲとの符号を反転させて、ＦＦＴ部３２はＦＦＴを実施することにより図２１（ｂ）に示すΔビームを得る。測角部３５はΣビームとΔビームを用いて、周波数軸の位相モノパルス処理を実施して、高精度なビート周波数を得ることができる。このΣビームとΔビームを用いることにより、次式によりスイープ波形の前半と後半とのΣビーム信号ｂＬとΣビーム信号ｂＲを得ることができる。

　ここで、
　　Σ　；　スイープ信号のΣのＦＦＴ信号
　　Δ　；　スイープ信号のΔのＦＦＴ信号
　ｂＬ　；　スイープ前半のΣ信号
　ｂＲ　；スイープ後半のΣ信号
　このｂＬとｂＲは、中心周波数が異なるため、図２２（ｂ）～図２２（ｄ）に示すようにＥＬ面が異なる２つのビームｂＬ，ｂＲが形成されていることに相当する。これにより、測角部３５は、次式の誤差電圧を算出できる。

　ここで、
　　　　ａｂｓ　；　絶対値
　測角部３５は、この誤差電圧と予め取得された誤差電圧の基準値テーブルを比較することにより仰角角度を算出することができる。速度グルーピング部３６ａは、測角部３５で得られた仰角角度を用いて、観測値の仰角角度が所定のスレショルド以上である場合には、陸橋等の高所の反射点と判断し、この反射点を削除してフィッティング曲線を算出することにより陸橋等の影響を抑圧することができる。このフィッティング曲線が抽出された後の処理は、実施例２に係るレーダ装置の処理と同様である。

　以上説明したように、本発明の実施例３に係るレーダ装置によれば、仰角測角により、道路面付近の反射点のみを抽出することにより、陸橋等の高所の反射点を削除し、ガードレールや路肩等の反射点のみにより、フィッティング曲線を抽出し、路肩より外側の反射点は不要な反射点として抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。

　図２３は本発明の実施例３に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。図２３に示すフローチャートは、図１６に示すフローチャートに対して、ステップＳ１８とステップＳ２０との間に、上述したＥＬ測角処理（ステップＳ１９ａ）が追加されている。

　なお、実施例３に係るレーダ装置では、ＥＬ測角手法として周波数スキャンを用いる方法が述べられたが、ビームを切り替えたり、移相器を用いてビームを走査し、位相モノパルス測角や振幅比較測角等、他のＥＬ測角手法を用いてもよい。

　本発明は、車両の速度を高精度に計測するレーダ装置に利用することができる。

１０　アンテナ
１１　アンテナ送信素子
１２　アンテナ受信素子
２０　送受信器
２１　送信器
２２　ミキサ
３０　信号処理器
３１　ＡＤ変換器
３２　ＦＦＴ部
３３　ＤＢＦ部
３４　測距・測測部
３５　測角部
３６　速度グルーピング部
３７　相関追尾部

Claims

　ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器と、
　前記送受信器からのスイープ信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングする速度グルーピング部と、
　前記速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部と、
を備えるレーダ装置。
　前記速度グルーピング部は、前記速度グループ毎に重心位置を算出する重心演算を行い、
　前記相関追尾部は、前記速度グルーピング部により速度グループ毎に算出された前記重心位置を用いて、グルーピングされた目標に対して相関追尾を行う請求項１記載のレーダ装置。
　前記速度グルーピング部は、サイクル間で忘却係数を用いて速度を積分し、
　前記相関追尾部は、前記速度グルーピング部によって、サイクル間で忘却係数を用いて積分された結果を用いて、グルーピングされた目標に対して相関追尾を行う請求項１記載のレーダ装置。
　前記速度グルーピング部は、前記目標からの反射点が最も多い速度グループを自速度グループとして抽出し、抽出した自速度グループにおいて、ハフ変換により直線を抽出し、抽出した直線に忘却係数を乗じて累積した結果が所定のスレショルドを超えた位置の反射点を除いて重心演算を行う請求項２記載のレーダ装置。
　ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器と、
　前記送受信器からのスイープ信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングし、速度範囲毎の速度ヒストグラムの度数に基づき自速度を抽出し、自速度を含む速度グループ内でレンジを分割し、分割レンジ毎にクロスレンジのヒストグラムを算出し、算出されたヒストグラムの度数が最大のクロスレンジ位置を算出し、分割レンジ毎に抽出された度数が最大のクロスレンジ位置を用いて曲線フィッティングして反射点の曲線を抽出する速度グルーピング部と、
　前記速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部と、
を備えるレーダ装置。
　周波数を可変させることによりビームを仰角方向に変化させるアンテナと、
　前記アンテナから受信した信号の内の前半の信号と後半の信号とを高速フーリエ変換してΣ１信号とΣ２信号とを得る高速フーリエ変換部と、
　前記高速フーリエ変換部で得られたΣ１信号とΣ２信号との振幅比による仰角測角により前記反射点の仰角角度を算出する測角部とを備え、
　前記速度グルーピング部は、前記測角部により算出された前記仰角角度に基づき所定の角度値を超える反射点を削除する請求項５記載のレーダ装置。