WO2011064823A1

WO2011064823A1 - レーダー装置

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Publication number: WO2011064823A1
Application number: PCT/JP2009/006444
Authority: WO
Inventors: 相澤一郎
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-06-03
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Abstract

　物体の存在方向を正確に算出可能とするレーダー装置を提供する。　電磁波を照射し、当該電磁波が物体に反射して成る反射波を受信して当該物体の存在方向を検出するレーダー装置であって、電磁波を照射する電磁波照射手段と、反射波を受信し、当該受信反射波の情報を検出する反射波受信手段と、反射波受信手段に受信された受信反射波の種別が、物体から直接反射して成る単一反射波、または異なる複数の物体からの反射波が相互に干渉して成る合成反射波の何れであるかを、受信反射波の情報に基づいて判定する反射波種別推定手段とを備える、レーダー装置である。

Description

レーダー装置

　　本発明は、レーダー装置に関し、より特定的には、車両に搭載され、該車両の周囲に存在する物体の位置を検出するレーダー装置に関する。

　近年、車両に周囲の物体を検出するレーダー装置が搭載され、先行車や歩行者などを検出することに利用されている。上記のようなレーダー装置として、超音波や電磁波を物体に照射し、当該物体からの反射波を受信して当該物体の位置を検出する方式を採用しているものが多く存在する。

　例えば、特許文献１には、複数のアンテナで受信した反射波の位相差に基づいて物体の位置を検出する、所謂、位相モノパルス方式を採用したレーダー装置が開示されている。特許文献１に記載のレーダ装置は、複数の素子アンテナが左右方向に配列されたアレーアンテナを有する受信アンテナと、この受信アンテナのアンテナパターンの左右方向の走査を電気的に行うことにより、この受信アンテナで受信した受信信号から左右方向の所定方位範囲内に存在する物体の認識を行う信号処理部と、を備える。また、該レーダ装置において、素子アンテナの少なくとも一部は上下方向にずれて配置され、信号処理部は、上下方向にずれた素子アンテナからの受信信号を用いて物体の上下方向位置をモノパルス方式で検出する。

特開平１１－２８７８５７号公報

　しかしながら、特許文献１に記載のレーダ装置では、複数の物体から反射された複数の反射波を受信した場合、物体の位置を正しく検出できないおそれがある。具体的には、複数の物体から各々に生じた反射波は、相互に干渉して合成波を生じる。このような合成波を特許文献１のレーダー装置が受信した場合、当該レーダー装置は、合成波の位相情報に基づいて物体の位置を算出してしまう。このような場合、レーダー装置は、物体から直接反射した干渉前の反射波の位相情報に基づいて物体を検出することができないため、正確な物体の位置を検出することができない場合がある。

　また、直接物体から反射した反射波と、一旦路面で反射した後に当該物体で反射して生じた反射波とが存在する場合、これら各々異なる経路を経た反射波同士が干渉しあって合成波が生ずる。したがって、このような場合においても、レーダー装置は正確な物体の位置を検出することができない。

　一般的に、上記のようなレーダー装置を搭載する車両は、当該レーダー装置により検出された物体の位置に基づいて車両の走行を制御するシステムが搭載されている。そして、上記のように物体の位置情報が正確に検出されていない場合、不要な車両制御が実行される等して、運転者が不快に感じる場合がある。

　本発明は上記の課題を鑑みて成されたものであり、受信した反射波の種別を判定可能とするレーダー装置を提供することを目的とする。

　上記の課題を解決するため、本願は以下の構成を採用した。すなわち、本発明第１の局面は、電磁波を照射し、当該電磁波が物体に反射して成る反射波を受信して当該物体の存在方向を検出するレーダー装置であって、電磁波を照射する電磁波照射手段と、反射波を受信し、当該受信反射波の情報を検出する反射波受信手段と、反射波受信手段に受信された受信反射波の種別が、物体から直接反射して成る単一反射波、または異なる複数の物体からの反射波が相互に干渉して成る合成反射波の何れであるかを、受信反射波の情報に基づいて判定する反射波種別推定手段と、物体の存在方向を算出する方法を受信反射波の種別に応じて変更して、物体の存在方向を算出する方向算出手段とを備える、レーダー装置である。

　第２の局面は、第１の局面において、物体の存在方向を算出する方法を受信反射波の種別に応じて変更して、物体の存在方向を算出する方向算出手段をさらに備えることを特徴とする。

　第３の局面は、第２の局面において、反射波受信手段は、受信反射波の情報として少なくとも当該受信反射波の振幅レベルを各々に検出する第１アンテナと、第１アンテナの受信面を含む平面上の任意の位置に別途配置され、受信反射波の情報として少なくとも当該受信反射波の振幅レベルを検出する第２アンテナとを含み、反射波種別推定手段は、受信反射波の種別が単一反射波、または合成反射波の何れであるかを、第１アンテナおよび第２アンテナで各々に検出した受信反射波の振幅レベルの大小関係に基づいて判定することを特徴とする。

　第４の局面は、第３の局面において、第２アンテナは、第１アンテナの受信面を含む平面上において第１アンテナから左右方向に予め定められた間隔を隔てて配置されることを特徴とする。

　第５の局面は、第３の局面において、第２アンテナは、第１アンテナの受信面を含む平面上において第１アンテナより上下方向に予め定められた間隔だけずれた位置に配置されることを特徴とする。

　第６の局面は、第３の局面において、方向算出手段は、受信反射波の種別が合成反射波であると判別された場合、最尤推定法を用いて物体の存在方向を算出することを特徴とする。

　第７の局面は、第３の局面において、第１アンテナ、および第２アンテナは、各々、受信反射波の位相を検出し、方向算出手段は、受信反射波の種別が単一反射波であると判別された場合、第１アンテナ、および第２アンテナで各々検出した受信反射波の位相に基づいて位相モノパルス方式によって物体の存在方向を算出することを特徴とする。

　第８の局面は、第３の局面において、反射波種別推定手段は、第１アンテナおよび第２アンテナで各々に受信した受信反射波の振幅レベルの差分値を計算し、（Ａ）振幅レベルの差分値が予め定められた差分値閾値以上である場合、受信反射波が合成反射波であると判定し、（Ｂ）振幅レベルの差分値が差分値閾値未満である場合、受信反射波が単一反射波であると判定することを特徴とする。

　第９の局面は、第８の局面において、第１アンテナによって検出した受信反射波の情報に基づいて物体までの距離を算出する距離算出部と、物体までの距離に応じて振幅レベル閾値算出する振幅レベル閾値算出手段とをさらに備え、反射波種別推定手段は、（Ｃ）振幅レベルの差分値が差分値閾値未満であり、且つ第１アンテナが検出した受信反射波の振幅レベルが振幅レベル閾値未満である場合、受信反射波が単一反射波であると判定し、（Ｄ）振幅レベルの差分値が差分値閾値未満であり、且つ第１アンテナが検出した受信反射波の振幅レベルが振幅レベル閾値以上である場合、受信反射波が合成反射波であると判定することを特徴とする。

　第１の局面によれば、アンテナで受信した受信反射波の種別を推定することができる。具体的には、電磁波を送受信して物体を検出するレーダー装置において、受信反射波が物体から直接反射して成る単一反射波、または伝搬経路の異なる複数の反射波が互いに干渉して成る合成反射波の何れであるかを推定することができる。したがって、受信反射波の種別に応じて、物体の位置の算出方法を変更したり、レーダー装置から出力するデータを変更したりすることができる。

　第２の局面によれば、アンテナで受信した受信反射波の種別を推定し、受信反射波の種別に応じて物体の存在方向を算出する方法を変更できるため、正確且つ効率良く物体の存在方向を算出することができる。

　第３の局面によれば、簡単な構成で受信反射波の種別を推定することができる。

　第４の局面によれば、各アンテナにおいて受信した受信反射波が単一反射波であるか、またはレーダー装置から見て左右方向に各々異なる経路を伝搬して到来した合成反射波の何れであるかを正確に推定することができる。

　第５の局面によれば、各アンテナにおいて受信した受信反射波が単一反射波であるか、またはレーダー装置から見て上下方向に各々異なる経路を伝搬して到来した合成反射波の何れであるかを正確に推定することができる。

　第６の局面によれば、受信反射波が合成反射波である場合に、当該合成反射波を成す複数の反射波各々の到来方向を算出し、各反射波を生じた物体の存在方向を正確に算出することができる。

　第７の局面によれば、受信した反射波が単一反射波であった場合、位相モノパルス方式を用いて物体の存在方向を算出することによって、最尤推定法を用いて算出する場合に比べて容易且つ少ない処理量で物体の存在方向を算出することができる。

　第８の局面によれば、閾値を用いた簡単な処理で受信反射波の種別を推定することができる。

　第９の局面によれば、複数の物体から各々反射波が生じており、一方の物体からの反射波が他方の物体の反射波に比べ極端に強い状況、つまり各アンテナで受信される反射波が合成反射波であるにも拘わらず、単一反射波と推定され易い状況においては、当該反射波は合成反射波であると推定することができる。したがって、比較的電磁波を反射し難い人間の傍に、比較的電磁波を反射し易いトレーラー車などが存在している場合など、当該人間の存在を見落とすことなく検出することができる。

レーダー装置１の構成を示すブロック図の一例受信アンテナの配列の一例を示す配置図マイクロコンピュータ３０が実行する処理を示すフローチャートの一例反射波の到来方向を示す角度φおよび角度θの定義を示す図受信アンテナ２５を省略した場合の各受信アンテナの配列の一例を示す配置図受信アンテナ２３および受信アンテナ２５を省略した場合の各受信アンテナの配列の一例を示す配置図

　以下、本発明の実施形態に係るレーダー装置１について説明する。なお、以下ではレーダー装置１が車両に搭載され、当該車両周囲の物体を検出するために用いられる例について説明する。

　先ず、図１を参照して、レーダー装置１の構成について説明する。なお、図１はレーダー装置１の構成を示すブロック図の一例である。図１に示すように、レーダー装置１は、照射アンテナ１０、アレーアンテナ２０、マイクロコンピュータ３０を備える。

　照射アンテナ１０は、電磁波を車両の周囲へ照射するアンテナ装置である。照射アンテナ１０は、所定の周期で電磁波を車両の周囲へ照射する。照射アンテナ１０が照射する電磁波は、例えばミリ波長帯の電磁波などである。以下では、照射アンテナ１０が波長λの電磁波を照射する例について説明する。

　アレーアンテナ２０は、照射アンテナ１０が照射した電磁波を受信するアンテナ装置である。アレーアンテナ２０は、複数の受信アンテナ２１～２５を備える。受信アンテナ２１～２５は、各々に受信した反射波の情報を検出するアンテナ素子である。受信アンテナ２１～２５は、反射波の振幅、位相、および周波数を各々検出する。そして、受信アンテナ２１～２５は、検出した振幅、位相、周波数を示すデータをマイクロコンピュータ３０へ各々送信する。なお、以下では各受信アンテナに実際に受信された反射波を受信反射波と呼称する。

　マイクロコンピュータ３０は、メモリ等の記憶装置およびインターフェース回路を備えた情報処理装置である。マイクロコンピュータ３０は、受信反射波の種別が物体から直接反射して成る単一反射波、または異なる複数の物体からの反射波が相互に干渉して成る合成反射波の何れであるかを各受信アンテナから入力される受信反射波の情報に基づいて推定する。そして、マイクロコンピュータ３０は、反射波の到来方向、すなわち物体の存在方向を受信反射波の種別に応じた算出方法で算出する。マイクロコンピュータ３０は、例えば、車両のＥＣＵなどの他の機器と接続され、検出した物体の存在方向を示すデータを当該機器へ出力する。なお、マイクロコンピュータ３０の詳細な処理については後述する。

　図２は、受信アンテナの配列の一例を示す配置図である。以下、ＸＹＺ座標系において配置された受信アンテナ２１～２５の位置関係について図２を参照して説明する。なお、図２においてＸＹ平面は水平面を表し、Ｚ軸は鉛直方向を表す。図２において、受信アンテナ２１～２５はＹＺ平面上に各々の受信面が位置するように配置される。すなわち、受信アンテナ２１～２５のＸ座標は同一である。そして、受信アンテナ２１～２５は各々、Ｙ軸方向に沿って受信アンテナ２１、受信アンテナ２２、受信アンテナ２３、受信アンテナ２４、および受信アンテナ２５の順にΔｙの間隔を隔てて配置される。また、受信アンテナ２２および受信アンテナ２３は任意の同一Ｚ座標の位置に配置される。ここで、受信アンテナ２１および受信アンテナ２４は、受信アンテナ２２および受信アンテナ２３よりもＺ軸方向へΔｚだけ大きな（上側の）座標位置に配置される。また、受信アンテナ２５は、受信アンテナ２１および受信アンテナ２４よりもＺ軸方向へΔｚだけ大きな（上側の）座標位置に配置される。なお、ΔｙおよびΔｚは照射アンテナ１０から送信される電磁波の波長の１／２以下とすることが好ましい。

　上記のように各受信アンテナが配置されているため、当該各受信アンテナで検出される受信反射波の振幅レベルの大きさを比較することによって、受信反射波が合成反射波または単一反射波の何れであるかを推定することができる。以下、その原理について説明する。

　例えば、受信反射波Ｃが各々位相の異なるＡ波とＢ波との合成反射波である場合を想定する。Ａ波とＢ波は互いに位相が異なる箇所で振幅レベルを強め又は弱め合う。そこで、上記のように予め複数の受信アンテナを各々異なる位置に配置しておけば、受信アンテナ毎に受信反射波を異なる位相で受信することになり、受信反射波が合成反射波であれば各受信アンテナで検出される振幅レベルに差が生じる。一方、反射波が単一反射波である場合には、受信アンテナの位置に依らず一定の振幅レベルで前記反射波は受信される。したがって、上記図２のように各受信アンテナを配置すれば、各受信アンテナで検出した受信反射波の振幅レベルの差が比較的大きい場合は、受信反射波が合成反射波であると推定し、各受信アンテナで検出した受信反射波の振幅レベルの差が比較的小さい場合は、受信反射波が単一反射波であると推定することができるのである。

　次いで、図３を参照して、マイクロコンピュータ３０が実行する処理について説明する。図３は、マイクロコンピュータ３０が実行する処理を示すフローチャートの一例である。マイクロコンピュータ３０は、例えば、レーダー装置１を搭載する車両のイグニッションスイッチがオンに設定された場合に、図３に示す処理を実行する。マイクロコンピュータ３０は、図３に示す処理を開始すると、先ずステップＳ１の処理を実行する。

　ステップＳ１において、マイクロコンピュータ３０は、各受信アンテナで検出した振幅レベルを取得する。以下では、受信アンテナ２１が検出した振幅レベルをＬ１、受信アンテナ２２が検出した振幅レベルをＬ２、受信アンテナ２３が検出した振幅レベルをＬ３、受信アンテナ２４が検出した振幅レベルをＬ４、受信アンテナ２５が検出した振幅レベルをＬ５として表す。マイクロコンピュータ３０は、ステップＳ１の処理を完了すると、処理をステップＳ２へ進める。

　ステップＳ２において、マイクロコンピュータ３０は、各アンテナの振幅レベルの差分値を算出する。具体的には、先ず、マイクロコンピュータ３０は、Ｚ座標が同一で、且つＹ座標が異なる位置に配置された任意の２つの受信アンテナ各々が検出した振幅レベルの差分値ΔＬＨを算出する。例えば、マイクロコンピュータ３０は、受信アンテナ２２で検出した振幅レベルＬ２、および受信アンテナ２３で検出した振幅レベルＬ３の差分値をΔＬＨとして下式（１）に基づいて算出する。

　次いで、マイクロコンピュータ３０は、Ｚ座標が異なる位置に配置された任意の２つの受信アンテナ各々が検出した振幅レベルの差分値ΔＬＶを算出する。例えば、マイクロコンピュータ３０は、受信アンテナ２１で検出した振幅レベルＬ２１、および受信アンテナ２２で検出した振幅レベルＬ２の差分値をΔＬＶとして下式（２）に基づいて算出する。

　なお、マイクロコンピュータ３０は、ステップＳ２においてΔＬＨおよびΔＬＶを算出する処理を任意の順序で実行して良い。マイクロコンピュータ３０は、ステップＳ２の処理を完了すると、処理をステップＳ３へ進める。

　ステップＳ３において、マイクロコンピュータ３０は、左右の受信アンテナ間で振幅レベルの差が比較的大きいか否か判定する。具体的には、ΔＬＨの値が差分値閾値ΔＬｔｈ以上であるか否か判定する。差分値閾値ΔＬｔｈは、受信反射波の種別を判別するための第１の閾値である。差分値閾値ΔＬｔｈは、予め記憶装置に記憶された定数である。マイクロコンピュータ３０は、ΔＬＨの値がΔＬｔｈ以上である場合、左右のアンテナ間で振幅レベルの差が大きいと判定し、処理をステップＳ８へ進める。一方、マイクロコンピュータ３０は、ΔＬＨの値がΔＬｔｈ未満である場合、左右のアンテナ間で振幅レベルの差は小さいと判定し、処理をステップＳ４へ進める。

　上記ステップＳ３の処理によれば、受信反射波が、左右方向（ＸＹ平面成分）において異なる伝搬経路で到来した複数の反射波から成る合成反射波（以下、水平合成波と呼称する）であるか否かを推定することができる。具体的には、マイクロコンピュータ３０は、左右のアンテナ間で振幅レベルの差が大きいと判定した場合、受信反射波が水平合成波であると推定できる。一方、マイクロコンピュータ３０は、左右のアンテナ間で振幅レベルの差が小さいと判定した場合、受信反射波が単一反射波、または、伝搬方向が少なくとも左右方向（ＸＹ平面成分）においては同じである複数の反射波から成る合成反射波の何れかであると推定できる。なお、伝搬方向が左右方向（ＸＹ平面成分）においては同じである複数の反射波から成る合成反射波は、すなわち上下方向（ＸＺ平面成分）において異なる伝搬経路で到来した複数の反射波から成る合成反射波（以下、鉛直合成波と呼称する）であると考えられる。

　ステップＳ４において、マイクロコンピュータ３０は、上下の受信アンテナ間で振幅レベルの差が比較的大きいか否か判定する。具体的には、ΔＬＶの値が差分値閾値ΔＬｔｈ以上であるか否か判定する。マイクロコンピュータ３０は、ΔＬＶの値がΔＬｔｈ以上である場合、上下のアンテナ間で振幅レベルの差が大きいと判定し、処理をステップＳ８へ進める。一方、マイクロコンピュータ３０は、ΔＬＶの値がΔＬｔｈ未満である場合、上下の受信アンテナ間で振幅レベルの差は小さいと判定し、処理をステップＳ５へ進める。

　上記ステップＳ４の処理によれば、受信反射波が鉛直合成波であるか否かを推定することができる。具体的には、マイクロコンピュータ３０は、上下の受信アンテナ間で振幅レベルの差が大きいと判定した場合、受信反射波が鉛直合成波であると推定できる。一方、マイクロコンピュータ３０は、上下の受信アンテナ間で振幅レベルの差が小さいと判定した場合、受信反射波が水平合成波にも鉛直合成波にも該当しないため、単一反射波であると推定できる。

　このように、上記ステップＳ１からステップＳ４の処理によれば、各受信アンテナで検出した振幅レベルの大きさを比較することによって、受信反射波の種別を推定することができる。

　ステップＳ５において、マイクロコンピュータ３０は、対象物距離Ｄを算出する。対象物距離Ｄは、受信反射波を生じた物体までの距離を示す値である。なお、対象物距離Ｄの算出方法は従来周知の手法を用いて良い。例えば、マイクロコンピュータ３０は、任意の受信アンテナで検出された受信反射波の周波数と、照射アンテナ１０が照射した電磁波との周波数の変化量に基づいて対象物距離Ｄを算出する。典型的には、マイクロコンピュータ３０は、ＦＭ－ＣＷ方式を用いて物体までの距離を算出する。マイクロコンピュータ３０は、ステップＳ５の処理を完了すると、処理をステップＳ６へ進める。

　ステップＳ６において、マイクロコンピュータ３０は、振幅レベル閾値ＬＤを算出する。振幅レベル閾値ＬＤは、受信反射波の種別を判別するための第２の閾値である。振幅レベル閾値ＬＤは、対象物距離Ｄの値に応じて変動する変数である。

　より具体的には、振幅レベル閾値ＬＤは、レーダー装置１から対象物距離Ｄだけ離れた位置に存在する人物からの反射波を各受信アンテナが受信した場合に検出されると想定される受信反射波の振幅レベルの値に応じて定められる変数値とすると良い。例えば、マイクロコンピュータ３０は、対象物距離Ｄの値と、振幅レベル閾値ＬＤとの対応関係を示すデータテーブルを予め記憶する。そして、ステップＳ５において算出した対象物距離Ｄの値に応じた振幅レベル閾値ＬＤの値をデータテーブルから読み出す。ここで、データテーブル中において各対象物距離Ｄの値に対応する振幅レベル閾値ＬＤの値は、実験等により予め定めると良い。すなわち、実際にレーダー装置１から所定距離に人物を立たせ、受信反射波の強度を測定して対象物距離Ｄに応じた振幅レベル閾値ＬＤの値をデータテーブルにおいて設定すると良い。この際、実際に検出された受信反射波の振幅レベルの値に予め定められた定数を加算した値を振幅レベル閾値ＬＤとしても構わない。なお、一般的に、振幅レベルは伝搬距離が長い程減衰するため、対象物距離Ｄが大きいほど振幅レベル閾値ＬＤの値は小さくなる。

　なお、上記振幅レベル閾値ＬＤの算出方法は一例であり、マイクロコンピュータ３０は従来周知の技術を用いて振幅レベル閾値ＬＤを算出して構わない。マイクロコンピュータ３０は、ステップＳ６の処理を完了すると、処理をステップＳ７へ進める。

　ステップＳ７において、マイクロコンピュータ３０は、振幅レベルＬ１が振幅レベル閾値ＬＤ以下であるか否か判定する。マイクロコンピュータ３０は、振幅レベルＬ１が振幅レベル閾値ＬＤ以下であると判定した場合、処理をステップＳ９へ進める。一方、マイクロコンピュータ３０は、振幅レベルＬ１が振幅レベル閾値ＬＤより大きいと判定した場合、処理をステップＳ８へ進める。

　上記ステップＳ５からステップＳ７の処理によれば、マイクロコンピュータ３０は、各受信アンテナで検出された振幅レベルの差が小さな場合であっても、人物を検出し損ない易い状況であれば、受信反射波が合成反射波であると推定することができる。

　例えば、相対的に電磁波を反射し難い人物の傍に、相対的に電磁波を反射し易いトレーラー車などが存在している状況を想定する。このような場合、人物からの反射波がトレーラー車からの反射波に干渉して合成反射波となったとしても、振幅レベルへの影響が少なくなる。そのため、各受信アンテナにおいて合成反射波を受信しているにも拘わらず、各受信アンテナで検出された振幅レベルの差分値が小さくなってしまう可能性がある。上記ステップＳ５からステップＳ７の処理によれば、このような状況では受信反射波が合成反射波であると推定し、複数の物体からの反射波を想定するため、人物の存在を見落とすことを防ぐことができるのである。

　ステップＳ８において、マイクロコンピュータ３０は、最尤推定法を用いて受信反射波の到来方向を算出する。最尤推定法を用いて複数の反射波の到来方向を算出する方法は従来周知の技術であるが、以下に一例を示す。

　先ず、マイクロコンピュータ３０は、予め記憶装置に記憶した各受信アンテナで受信される受信反射波の理論式を読み出し、当該理論式中のパラメータとして取り得る値を順次代入する。

　受信反射波として２つの反射波Ｗ１および反射波Ｗ２の合成反射波が到来しているものと仮定した場合、各受信アンテナにおける受信反射波の理論式は下式（３）～（７）のように表すことができる。なお、式（３）に示すＥ１は受信アンテナ２１において受信される受信反射波の信号を示す。また、式（４）に示すＥ２は受信アンテナ２２において受信される受信反射波の信号を示す。また、式（５）に示すＥ３は受信アンテナ２３において受信される受信反射波の信号を示す。また、式（６）に示すＥ４は受信アンテナ２４において受信される受信反射波の信号を示す。また、式（７）に示すＥ５は受信アンテナ２５において受信される受信反射波の信号を示す。

　なお、上式（３）～（７）において、Ａは各反射波の振幅、φおよびθは各反射波の到来方向を示すパラメータである。上式では、反射波Ｗ１のパラメータには添え字として１を付し、反射波Ｗ２のパラメータには添え字として２を付して、各反射波とパラメータとの対応関係を示す。

　以下、角度φおよび角度θの定義について図４を参照して説明する。図４は、反射波の到来方向を示す角度φおよび角度θの定義を示す図である。図４に示す座標系は、上述図２と同様の座標系である。図４において反射波の到来方向を示すベクトルをベクトルＲで示す。角度φは、ベクトルＲとＸＺ平面とが成す角度である。角度θは、ベクトルＲとＸＹ平面とが成す角度である。

　マイクロコンピュータ３０は、上述の理論式中の各パラメータに、当該パラメータ取り得る値を順次代入した算出値と、各受信アンテナで受信した実際の信号値と比較する。そして、マイクロコンピュータ３０は、算出値と実際の信号値との差が最も小さくなる角度θおよび角度φの組み合わせを、当該反射波の到来方向として算出する。上記の通り角度φおよび角度θを算出すると、マイクロコンピュータ３０は、角度φおよび角度θを示すデータを車両のＥＣＵなどの他の機器へ出力する。マイクロコンピュータ３０は、ステップＳ８の処理を完了すると、処理をステップＳ１０へ進める。

　上述ステップＳ８の処理によれば、マイクロコンピュータ３０は、受信反射波が合成反射波であると推定した場合、最尤推定法を用いて反射波の到来方向を算出する。したがって、マイクロコンピュータ３０は、合成反射波を成す複数の反射波各々の到来方向を算出し、各反射波を生じた物体の存在方向を正確に算出することができる。

　ステップＳ９において、マイクロコンピュータ３０は、位相モノパルス法で反射波の到来方向を算出する。位相モノパルス方式を用いて単一反射波の到来方向を算出する方法は従来周知の技術であるが、以下に一例を示す。

　先ず、マイクロコンピュータ３０は、各受信アンテナにおいて検出した受信反射波の位相を取得する。そして、受信アンテナ２２と受信アンテナ２１との位相差Δψ１、受信アンテナ２３と受信アンテナ２４との位相差Δψ２を算出する。

　ここで、上記位相差Δψ１、および位相差Δψ２は、下式（８）および式（９）で表すことができる。

　すなわち、角度θおよび角度φは位相差Δψ１、および位相差Δψ２を用いて、下式（１０）および式（１１）で表すことができる。

　マイクロコンピュータ３０は、予め記憶装置に記憶した上式（１０）および式（１１）に、算出した位相差Δψ１、および位相差Δψ２の値を代入することによって、角度φおよび角度θを算出する。そして、マイクロコンピュータ３０は、角度φおよび角度θを示すデータを車両のＥＣＵなどの他の機器へ出力する。ステップＳ９の処理を完了すると、マイクロコンピュータ３０は処理をステップＳ１０へ進める。

　上述ステップＳ９の処理によれば、マイクロコンピュータ３０は、受信反射波が単一反射波であると推定した場合には位相モノパルス方式で反射波の到来方向を算出する。一般的に最尤推定法を用いるより位相モノパルス方式を用いた方が処理量が少なくて済むため、マイクロコンピュータ３０は、受信反射波が単一反射波である場合には、比較的少ない処理量で容易に反射波を生じた物体の存在方向を算出することができる。

　ステップＳ１０において、マイクロコンピュータ３０は、終了処理が実行されたか否か判定する。具体的には、例えば、マイクロコンピュータ３０は、レーダー装置１が搭載された車両のＩＧ電源がオフに設定されたか否か判定する。マイクロコンピュータ３０は、終了処理が実行されたと判定した場合、図３の処理を完了する。一方、マイクロコンピュータ３０は、終了処理が実行されていないと判定した場合、処理をステップＳ１へ戻し、上述の処理を繰り返し実行する。

　以上のように、マイクロコンピュータ３０の処理によれば、マイクロコンピュータ３０は、受信反射波の種別を推定し、当該種別に応じて最尤推定法または位相モノパルス方式の何れかを用いて反射波の到来方向を算出することができる。すなわち、上記実施形態に係るレーダー装置１によれば、受信した反射波の種別を推定し、当該反射波の種別に応じた算出方法で物体の存在方向を正確に算出することができる。

　なお、上記実施形態では、マイクロコンピュータ３０が受信反射波の種別に応じて反射波の到来方向の算出方法を変更する処理を実行する例について説明したが、マイクロコンピュータ３０は受信反射波の種別を判定可能であれば、当該判定結果に応じて他の処理を実行しても構わない。例えば、マイクロコンピュータ３０は、受信反射波が合成反射波であると判定した場合、到来方向を算出することなく、当該受信反射波を生じた物体は検出されなかったものとして処理しても構わない。すなわち、マイクロコンピュータ３０は、ステップＳ８の処理を省略しても構わない。また、マイクロコンピュータ３０は、受信反射波が合成反射波であると判定した場合、物体の位置情報を他のコンピュータ等へ出力する際に、当該位置情報の正確性が低いことを示すフラグデータを当該位置情報のデータと併せて出力する等の処理を行っても構わない。

　また、上記実施形態では、マイクロコンピュータ３０が受信反射波が水平方向に異なる経路を伝搬した複数の反射波の合成反射波であるか否かを、受信アンテナ２２および受信アンテナ２３で検出した振幅レベルの差分値に基づいて判定する例について説明したが、マイクロコンピュータ３０は、他の受信アンテナで検出された振幅レベルの差分値に基づいて当該判定を行って構わない。具体的には、マイクロコンピュータ３０は、Ｚ座標が同一で、且つＹ座標が異なる位置に配置された２つの受信アンテナであれば任意の受信アンテナを選択して良い。例えば、受信アンテナ２１で検出した振幅レベルＬ１、および受信アンテナ２４で検出した振幅レベルＬ４の差分値をΔＬＨとしても構わない。但し、この処理において選択される２つの受信アンテナ間の距離はλ／２以下であることが望ましい。

　また、上記実施形態では、５つの受信アンテナを用いて反射波の種別を判別する例について説明したが、検出したい反射波の到来方向の成分に応じて受信アンテナの数を変更しても構わない。

　例えば、反射波の到来方向のうち角度φの成分のみを算出したい場合、受信アンテナ２５を省略した構成としても良い。具体的には、図５に示す通り、受信アンテナ２１～２４の４つの受信アンテナのみでアレーアンテナ２０を構成する。なお、図５は、受信アンテナ２５を省略した場合の各受信アンテナの配列の一例を示す配置図である。また、反射波の到来方向のうち角度θの成分のみを算出したい場合、受信アンテナ２３および受信アンテナ２５を省略した構成としても構わない。具体的には、図６に示す通り、受信アンテナ２１、受信アンテナ２２、および受信アンテナ２４の３つの受信アンテナのみでアレーアンテナ２０を構成する。なお、図６は、受信アンテナ２３および受信アンテナ２５を省略した場合の各受信アンテナの配列の一例を示す配置図である。なお、図６のような受信アンテナの構成とする場合、受信アンテナ２２および受信アンテナ２４のＹ軸方向の間隔はΔｙとすることが望ましい。

　また、上記実施形態では、各受信アンテナがＹ軸方向に等間隔に配列された例について説明したが、Ｚ座標が互いに異なる受信アンテナは同じＹ座標に配置しても構わない。例えば、受信アンテナ２１を受信アンテナ２２の上方に配置しても構わない。なお、一般的には各受信アンテナ素子はＺ方向に細長く構成されていたり、各受信アンテナから下方へ配線が延びていたりする状況が考えられる。このような場合には、各受信アンテナを図２に示した通りＹ軸方向に等間隔に配列することが有効である。

　また、上記実施形態では、マイクロコンピュータ３０が各受信アンテナの振幅レベルの差が比較的大きいか否かを各受信アンテナの振幅レベルの差分値に基づいて判定する例について説明したが、マイクロコンピュータ３０は、差分値以外のパラメータによって各受信アンテナの振幅レベルの差が比較的大きいか否かを判定しても構わない。例えば、マイクロコンピュータ３０は、一方の受信アンテナの振幅レベルを他方の受信アンテナの振幅レベルで除算した分数値を算出する。そして、マイクロコンピュータ３０は、当該分数値に基づいて各受信アンテナの振幅レベルの差が比較的大きいか否かを判定しても構わない。

　本発明に係るレーダー装置は、受信した反射波が物体から直接反射して成る単一反射波、または伝搬経路の異なる複数の反射波が互いに干渉して成る合成反射波の何れであるかを推定可能とするレーダー装置などとして有用である。

　１　　　レーダー装置
　１０　　照射アンテナ
　２０　　アレーアンテナ
　２１、２２、２３、２４、２５　　受信アンテナ
　３０　　マイクロコンピュータ

Claims

　電磁波を照射し、当該電磁波が物体に反射して成る反射波を受信して当該物体の存在方向を検出するレーダー装置であって、
　前記電磁波を照射する電磁波照射手段と、
　前記反射波を受信し、当該受信反射波の情報を検出する反射波受信手段と、
　前記反射波受信手段に受信された前記受信反射波の種別が、物体から直接反射して成る単一反射波、または異なる複数の物体からの反射波が相互に干渉して成る合成反射波の何れであるかを、前記受信反射波の情報に基づいて判定する反射波種別推定手段とを備える、レーダー装置。
　前記物体の存在方向を算出する方法を前記受信反射波の種別に応じて変更して、前記物体の存在方向を算出する方向算出手段をさらに備える、請求項１に記載のレーダー装置。
　前記反射波受信手段は、
　　前記受信反射波の情報として少なくとも当該受信反射波の振幅レベルを各々に検出する第１アンテナと、
　　前記第１アンテナの受信面を含む平面上の任意の位置に別途配置され、前記受信反射波の情報として少なくとも当該受信反射波の振幅レベルを検出する第２アンテナとを含み、
　前記反射波種別推定手段は、前記受信反射波の種別が前記単一反射波、または前記合成反射波の何れであるかを、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナで各々に検出した前記受信反射波の振幅レベルの大小関係に基づいて判定する、請求項２に記載のレーダー装置。
　前記第２アンテナは、前記第１アンテナの受信面を含む平面上において前記第１アンテナから左右方向に予め定められた間隔を隔てて配置される、請求項３に記載のレーダー装置。
　前記第２アンテナは、前記第１アンテナの受信面を含む平面上において前記第１アンテナより上下方向に予め定められた間隔だけずれた位置に配置される、請求項３に記載のレーダー装置。
　前記方向算出手段は、前記受信反射波の種別が前記合成反射波であると判別された場合、最尤推定法を用いて前記物体の存在方向を算出する、請求項３に記載のレーダー装置。
　前記第１アンテナ、および前記第２アンテナは、各々、前記受信反射波の位相を検出し、
　前記方向算出手段は、前記受信反射波の種別が前記単一反射波であると判別された場合、前記第１アンテナ、および前記第２アンテナで各々検出した前記受信反射波の位相に基づいて位相モノパルス方式によって前記物体の存在方向を算出する、請求項３に記載のレーダー装置。
　前記反射波種別推定手段は、前記第１アンテナおよび前記第２アンテナで各々に受信した前記受信反射波の振幅レベルの差分値を計算し、（Ａ）前記振幅レベルの差分値が予め定められた差分値閾値以上である場合、前記受信反射波が前記合成反射波であると判定し、（Ｂ）前記振幅レベルの差分値が前記差分値閾値未満である場合、前記受信反射波が前記単一反射波であると判定する、請求項３に記載のレーダー装置。
　前記第１アンテナによって検出した前記受信反射波の情報に基づいて前記物体までの距離を算出する距離算出部と、
　前記物体までの距離に応じて振幅レベル閾値を算出する振幅レベル閾値算出手段とをさらに備え、
　前記反射波種別推定手段は、（Ｃ）前記振幅レベルの差分値が前記差分値閾値未満であり、且つ前記第１アンテナが検出した前記受信反射波の振幅レベルが前記振幅レベル閾値未満である場合、前記受信反射波が前記単一反射波であると判定し、（Ｄ）前記振幅レベルの差分値が前記差分値閾値未満であり、且つ前記第１アンテナが検出した前記受信反射波の振幅レベルが前記振幅レベル閾値以上である場合、前記受信反射波が前記合成反射波であると判定する、請求項８に記載のレーダー装置。