WO2020110896A1 - レーダ装置 - Google Patents

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WO2020110896A1
WO2020110896A1 PCT/JP2019/045602 JP2019045602W WO2020110896A1 WO 2020110896 A1 WO2020110896 A1 WO 2020110896A1 JP 2019045602 W JP2019045602 W JP 2019045602W WO 2020110896 A1 WO2020110896 A1 WO 2020110896A1
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unit
frequency
correlation matrix
spectrum
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尭之 北村
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株式会社デンソー
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Definitions

  • the present disclosure relates to a radar device that detects an object that reflects a radar wave by transmitting and receiving a radar wave.
  • Patent Document 1 describes a radar device that calculates a relative velocity of an object based on a complex received signal in which a transmission signal repeatedly transmitted through an antenna at a predetermined repetition cycle is reflected by an object and received. ing.
  • FCM modulation which repeatedly transmits a chirp with a large frequency gradient at a repeating cycle, has been widely used in the in-vehicle radar field in a peripheral monitoring system using a millimeter wave radar.
  • FCM modulation is a modulation method that can separate the distance and velocity of an object on a two-dimensional spectrum.
  • the two-dimensional spectrum is obtained by the number of receiving channels.
  • one correlation matrix is obtained by using the peak complex information on the two-dimensional spectrum of several receiving channels, and the direction is estimated using this correlation matrix.
  • the number of correlation matrices corresponding to one object obtained in one cycle is one (that is, the snapshot is 1 ).
  • the present disclosure improves the direction estimation accuracy.
  • One aspect of the present disclosure is a transmission unit, a reception antenna unit, a reception unit, a frequency analysis unit, a first correlation matrix generation unit, an averaging processing unit, a first azimuth estimation unit, and a two-dimensional spectrum generation. And a second correlation matrix generation unit and a second azimuth estimation unit.
  • the transmitting unit is configured to repeatedly transmit a chirp whose frequency changes with time by a preset number of repetitions for each preset repeating period, every time a preset measurement period elapses. To be done.
  • the receiving antenna unit has a plurality of receiving antennas configured to receive the chirp reflected by the object.
  • the receiving unit is configured to generate a beat signal for each chirp for each of the plurality of received signals received by the plurality of receiving antennas of the receiving antenna unit.
  • the frequency analysis unit performs frequency analysis on each of the beat signals, and a frequency spectrum in which the distance to the object reflecting the chirp corresponds to the frequency for each of the plurality of receiving antennas and for each of the plurality of beat signals. Is configured to calculate a distance spectrum that is
  • the first correlation matrix generation unit for each of the repetitive number of chirps, based on the complex information of the far range bins in the range spectrum corresponding to each of the plurality of receiving antennas that have received the same chirp, for each far range bin. , And is configured to generate a first correlation matrix.
  • a plurality of frequency bins indicating different frequency ranges from each other in the distance spectrum are set as distance bins.
  • the distance bin whose corresponding frequency corresponding to the distance bin is equal to or lower than the preset short distance determination frequency is set as the short distance bin.
  • a range bin whose corresponding frequency exceeds the short range determination frequency is defined as a long range bin.
  • the averaging processing unit generates an average correlation matrix for each long-distance bin by executing averaging processing of the first correlation matrix of the number of repeats generated corresponding to the long-distance bin for each long-distance bin.
  • the first azimuth estimation unit is configured to execute, for each long distance bin, a direction estimation calculation using an average correlation matrix corresponding to the long distance bin.
  • the two-dimensional spectrum generation unit is configured to generate a two-dimensional spectrum represented by a distance spectrum and a velocity spectrum that is the result of frequency analysis over a plurality of chirps for each short distance bin of the distance spectrum.
  • the second correlation matrix generation unit is configured to generate one second correlation matrix based on the complex information of the peak in the two-dimensional spectrum.
  • the second azimuth estimation unit is configured to execute the azimuth estimation calculation using the second correlation matrix.
  • the radar device of the present disclosure configured as described above first calculates one velocity correlation spectrum for short range bins of the range spectrum to generate one second correlation matrix and executes the direction estimation calculation. Further, the radar device of the present disclosure performs correlation suppression on the long range bins of the range spectrum by performing the averaging process of the first correlation matrix of the number of iterations for each long range bin. Perform an estimation operation.
  • the radar device of the present disclosure can obtain a snapshot of the number of iterations and perform correlation suppression of the correlation matrix for long-distance direction estimation corresponding to a frequency exceeding the short-range determination frequency. Therefore, the radar device of the present disclosure can improve the ability to separate a plurality of objects existing at a long distance from the radar device according to the azimuth, and can improve the azimuth estimation accuracy.
  • the radar device 1 of the present embodiment is mounted on a vehicle and detects various objects existing around the vehicle.
  • the radar device 1 includes a transmitting unit 2, a transmitting antenna unit 3, a receiving antenna unit 4, a receiving unit 5, and a processing unit 6.
  • the transmission antenna unit 3 has one or more antennas used for transmission.
  • the reception antenna unit 4 has a plurality of antennas used for reception.
  • the radar device 1 is configured to have a plurality of transmission/reception channels with a combination of an antenna belonging to the transmission antenna unit 3 and an antenna belonging to the reception antenna unit 4 as a transmission/reception channel.
  • the radar device 1 is assumed to include M antennas belonging to the transmitting antenna unit 3, N antennas belonging to the receiving antenna unit 4, and M ⁇ N transmitting/receiving channels. M ⁇ N is an integer of 2 or more.
  • the arrangement intervals of the antennas belonging to the transmitting antenna unit 3 and the arrangement intervals of the antennas belonging to the receiving antenna unit 4 may be equal or unequal.
  • the transmitter 2 transmits a transmission signal modulated by the FCM method.
  • FCM is an abbreviation for Fast-Chirp Modulation.
  • the transmitter 2 includes an oscillator 21 and a modulator 22.
  • the oscillator 21 generates a continuous wave common signal.
  • the oscillator 21 supplies the generated common signal to the modulator 22 and also to the receiver 5 as the local signal L.
  • the oscillation unit 21 sets the measurement cycle Tf (for example, 50 ms) as one frame, and the frequency is linear with respect to the time during the measurement period Tm (for example, 10 ms) at the beginning of each frame.
  • the chirp that changes to is continuously transmitted by a preset number of repetitions K (for example, 256).
  • the transmitter 2 repeatedly transmits the chirp at each preset repetition cycle Tp.
  • the chirp numbers 1 to K (256 in this embodiment) are set to the chirps in ascending transmission time within one frame.
  • the oscillating unit 21 is configured so that the measurement period Tf, the measurement period Tm, and the repetition period Tp can be appropriately changed according to an instruction from the processing unit 6.
  • the frequency width of the chirp that is changed during the repeating cycle is constant regardless of the repeating cycle Tp. That is, the rate of change of the frequency of the chirp is changed by changing the repetition period Tp.
  • the permissible range of the repeating period Tp and thus the permissible range of the rate of change of the frequency of the chirp, is generated according to the relative velocity with the object when the beat signal generated by mixing the transmission signal and the reception signal is analyzed.
  • the frequency shift is set to be negligibly small as compared with the frequency shift that occurs depending on the distance to the object.
  • the modulation unit 22 branches the common signal generated by the oscillation unit 21 and generates M number of branch signals, which is the same number as the transmission antennas belonging to the transmission antenna unit 3.
  • the modulator 22 performs phase shift modulation on each of the M branch signals to change the phase of the branch signal at each repeating cycle Tp.
  • M transmission signals to be supplied to the respective transmission antennas are generated.
  • the phase rotation amount ⁇ of different magnitudes is set for each of the M branch signals, and the phase of the branch signal is rotated by the phase rotation amount ⁇ for each repeating cycle.
  • P the number of phases used in phase shift keying.
  • P is an integer larger than M.
  • the position of the transmission signal which is the signal after modulation with respect to the branch signal (that is, the common signal) that is the signal before modulation.
  • the phase difference is 0° in all the repeating cycles Tp.
  • the modulator 22 sets the number of phases P, selects M types of phase rotation amounts to be used for phase shift modulation among P types of phase rotation amounts ⁇ , and selects M types of phase rotation amounts and M transmissions. It is configured so that the setting of the correspondence relationship with the antenna can be changed appropriately.
  • the setting may be changed according to an instruction from the processing unit 6 or automatically. When changing automatically, it may be performed according to a predetermined pattern or may be performed randomly.
  • the reception unit 5 generates a beat signal that is a difference signal from the local signal L for each of the N reception signals output from each reception antenna belonging to the reception antenna unit 4, and generates the beat signal.
  • the beat signal thus generated is sampled and supplied to the processing unit 6.
  • the processing unit 6 is an electronic control unit mainly composed of a microcomputer including a CPU 61 and a memory 62.
  • the memory 62 is, for example, a ROM and a RAM.
  • Various functions of the microcomputer are realized by the CPU 61 executing a program stored in the non-transitional substantive recording medium.
  • the memory 62 corresponds to a non-transitional substantive recording medium storing a program. By executing this program, the method corresponding to the program is executed.
  • some or all of the functions executed by the CPU 61 may be configured as hardware by one or a plurality of ICs or the like. Further, the number of microcomputers forming the processing unit 6 may be one or plural.
  • the object detection process is a process that is repeatedly executed after the processing unit 6 is activated.
  • the processing unit 6 When the object detection process is executed, the processing unit 6 first sets a repetition cycle Tp, which is a parameter related to the common signal generated by the oscillation unit 21, in S10, as shown in FIG. As described above, when the repeating cycle is changed, the rate of change in the frequency of the chirp changes.
  • the repetition cycle Tp may be a fixed value, or the repetition cycle Tp is set each time this process is executed, by selecting from a plurality of types of values according to a predetermined pattern or randomly. You may do it. Further, in S10, the measurement cycle Tf and the measurement period Tm may be appropriately variably set.
  • the processing unit 6 sets the number of phases P used for the phase shift keying in the modulation unit 22 in S20.
  • the phase number P may be a fixed value, or the phase number P is set according to a predetermined pattern or randomly selected from a plurality of types of values each time this processing is executed. Good.
  • the processing unit 6 selects M types of phase rotation amounts to be used for the phase shift modulation in the modulation unit 22 from P types of phase rotation amounts determined by the phase number P.
  • the M kinds of phase rotation amounts are selected so that the rotation amounts are not evenly arranged within 360°, that is, non-uniform arrangement.
  • the combinations of the phase rotation amounts are (0°, 90°), (90°, 180°), (180°, 270°). , (270°, 0°) are selectable, but (0°, 180°) and (90°, 270°) are not selectable.
  • the selection of the amount of phase rotation may be always constant, or may be switched in a selectable combination according to a predetermined pattern or randomly each time this process is executed.
  • the processing unit 6 sets the correspondence relationship between the M types of phase rotation amounts selected in S30 and each transmitting antenna in S40, as shown in FIG.
  • This association may be assigned according to a preset rule, or may be assigned randomly. Further, the association may be always fixed, or may be randomly switched according to a predetermined pattern each time this process is executed.
  • the phase of the transmission signal supplied to each of the transmission antennas TX1 and TX2 changes.
  • the processing unit 6 determines in S50 whether it is the measurement start timing, as shown in FIG. When it is not the measurement start timing, the processing unit 6 waits by repeating the process of S50 until the measurement start timing. When it is the measurement start timing, the processing unit 6 moves to S60.
  • the measurement start timing is a timing at which frames whose length is determined by the measurement cycle Tf are switched.
  • the processing unit 6 operates the transmitting unit 2 according to the setting result and performs radar measurement. Specifically, the transmitter 2 is caused to repeatedly transmit the chirp signal for each repeating period Tp during the measurement period Tm, and the sampling result of the beat signal generated from the received signal is acquired.
  • the processing unit 6 frequency-analyzes the sampling results of the beat signals obtained from the N receiving antennas for each receiving antenna and for each chirp signal, and as shown in FIG. K distance spectra are calculated for each of the reception antennas.
  • a peak appears at a frequency according to the time required to reciprocate the object reflecting the radiation wave transmitted from the transmitting antenna (that is, the distance to the object).
  • the frequency bins in the distance spectrum are called distance bins.
  • the processing unit 6 sets the short-distance determination frequency Fs in S80, as shown in FIG. Specifically, the processing unit 6 first acquires current position information indicating the current position of the vehicle and road information about roads around the current position from the navigation device mounted on the vehicle. Then, the processing unit 6 determines whether or not the vehicle is traveling in the tunnel based on the acquired current position information and road information. Here, when it is determined that the vehicle is traveling in the tunnel, the processing unit 6 sets the short distance determination frequency Fs to the preset first determination value. On the other hand, when it is determined that the vehicle is not traveling in the tunnel, the short distance determination frequency Fs is set to the first determination value that is set to be higher than the first determination value.
  • the processing unit 6 sets a defective chirp in S90. Specifically, the processing unit 6 first determines whether or not the noise level of the distance spectrum is equal to or higher than a preset defect determination level for each of the N ⁇ K distance spectra calculated in S70. To do. Then, the processing unit 6 sets a chirp corresponding to the distance spectrum whose noise level is equal to or higher than the defect determination level as a defect chirp.
  • the processing unit 6 calculates the velocity spectrum for each receiving antenna in S100, using the N ⁇ K distance spectra calculated in S70. Specifically, signals of the same frequency bin are extracted from the K distance spectrums of the receiving antenna of interest, and the frequency analysis processing in the time axis direction is executed on the extracted signals. As shown in FIG. 8, the processing unit 6 executes this processing for distance bins (hereinafter, short-distance bins) having a preset short-distance determination frequency Fs or less.
  • distance bins hereinafter, short-distance bins
  • Doppler observation range the range in which the Doppler frequency is observed (hereinafter, Doppler observation range) is determined by the repeat cycle Tp. Further, the Doppler frequency is detected at M points among the points obtained by dividing the Doppler observation range into P, as shown in FIG. In FIG. 9, the upper limit of the Doppler observation range is normalized to 1.
  • these M Doppler frequencies are shifted by an amount according to the relative velocity, and depending on the magnitude of the relative velocity, the frequency wrapping occurs. To do.
  • a two-dimensional spectrum (hereinafter referred to as a reception spectrum) that represents the distance and relative velocity with respect to the object that reflected the radar wave is generated for each reception antenna.
  • FIG. 10 shows the reception spectrum when there are four reception antennas, and the peaks detected in the reception spectrum.
  • the processing unit 6 uses the reception spectrum for each reception antenna in S110 as shown in FIG. Information generation processing for calculating the existing azimuth is executed.
  • the processing unit 6 When the information generation process is executed, the processing unit 6 first performs incoherent integration of the N reception spectra generated for each reception antenna in S100 in S210, as shown in FIG. Calculate two integrated spectra g(r,v).
  • the integrated spectrum g(r,v) is calculated using equation (1), where the received spectrum for each receiving antenna is represented by s(r,v,Rch). r is a distance, v is a normalized Doppler velocity with the velocity corresponding to the upper limit frequency of the Doppler observation range being 1, and Rch is a number for identifying the receiving antenna.
  • the processing unit 6 sets, as a candidate distance, a distance at which M or more peaks having an intensity equal to or higher than a preset threshold value are detected on the integrated spectrum.
  • the distance that has not been selected as the target of the processing of 1 is selected as the target distance r.
  • the processing unit 6 sets the speed corresponding to the peak not yet selected as the processing target in the following S240 to S270 among the plurality of peaks detected at the target distance r selected in S220 as the target speed. Select as v. Here, the processing unit 6 selects in order from the smallest speed.
  • the processing unit 6 determines whether or not there is a peak (that is, a secondary maximum point) on the integrated spectrum for all of the corresponding points estimated in S240, and in the case of affirmative determination, S260. If the determination is negative, the process proceeds to S290.
  • a peak that is, a secondary maximum point
  • the processing unit 6 determines whether or not the candidate peak group satisfies the power condition. If the determination is affirmative, the processing proceeds to S270, and if the determination is negative, the processing shifts to S290.
  • the power condition it is used that the signal intensity difference of the peaks belonging to the candidate peak group is within the preset allowable range. This is based on the finding that the signal intensities of the peaks based on the reflected waves from the same object should be similar.
  • the processing unit 6 determines whether or not the candidate peak group satisfies the phase condition. If the determination is affirmative, the processing shifts to S280, and if the determination is negative, the processing shifts to S290.
  • the phase condition the phase difference between the reference reception channel and the reception channels other than the reference reception channel is calculated, and the difference between the phase differences between the candidate peaks is within the preset allowable range. This is based on the knowledge that all peaks based on reflected waves from the same object should come from the same direction, and the phase differences between reception peaks that arrive from the same direction are of similar magnitude. Based on the fact that In the following, the candidate peak group that is affirmatively determined in S270 is referred to as the same object peak group.
  • the processing unit 6 registers the set of the target distance r and the target speed v as the object information. Further, the processing unit 6 adds the azimuth ⁇ calculated as follows to the object information. That is, the processing unit 6 extracts each peak corresponding to M identical object peak groups from each of the N received spectra calculated for each receiving antenna. Further, the processing unit 6 regards the extracted M ⁇ N peaks as received signals from the M ⁇ N transmission/reception channels, and determines M ⁇ N peaks based on the complex information of the M ⁇ N peaks. A correlation matrix (hereinafter, second correlation matrix) that represents the correlation between the transmission and reception channels is generated.
  • the complex information is information in which the amplitude and phase of the received signal are represented by complex numbers.
  • the processing unit 6 calculates the orientation ⁇ of the object by executing the orientation detection processing such as MUSIC or ESPRIT using the generated second correlation matrix.
  • MUSIC is an abbreviation for Multiple signal classification.
  • ESPRIT is an abbreviation for Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques.
  • the processing unit 6 determines whether or not all the peaks (that is, the velocities) detected at the target distance r are selected as the target velocity v, and when a positive determination is made, the process proceeds to S300. If the determination is negative, the process proceeds to S230.
  • the processing unit 6 determines whether or not all the candidate distances have been selected as the target distance r. If an affirmative determination is made, the information generation process ends, and if a negative determination is made, S220 is performed. Move to.
  • the processing unit 6 at S120 shows a correlation matrix (hereinafter, referred to as a correlation matrix) representing the correlation between the receiving antennas for each far-range bin in the distance spectrum calculated at S70.
  • a first correlation matrix is generated.
  • a long range bin is a range bin that exceeds the short range determination frequency Fs in the range spectrum.
  • the correlation is expressed by a coefficient indicating the degree of similarity of signals obtained by each receiving antenna. That is, the closer the absolute value of the coefficient is to 0, the weaker the correlation, and the closer the absolute value of the coefficient is to 1, the stronger the correlation.
  • n is an integer of 2 or more.
  • the processing unit 6 first generates the first correlation matrix based on the complex information of the long distance bin Bf(1) in the N distance spectra corresponding to the chirp number 1. That is, the processing unit 6 generates the first correlation matrix indicating the correlation between the N reception antennas that have received the reception signal corresponding to the chirp number 1 and corresponding to the long distance bin Bf(1).
  • the processing unit 6 generates the first correlation matrix based on the complex information of the long distance bin Bf(2) in the N distance spectra corresponding to the chirp number 1. In this way, the processing unit 6 repeats the generation of the first correlation matrix up to the long-distance bin Bf(n). As a result, the processing unit 6 generates n first correlation matrices corresponding to the chirp number 1 and corresponding to the long distance bins Bf(1) to Bf(n).
  • the processing unit 6 also performs n number of chirp numbers 2 to 256 corresponding to the chirp numbers 2 to 256 and the long distance bins Bf(1) to Bf(n). Generate a first correlation matrix of
  • the processing unit 6 executes the averaging process of the first correlation matrix in S130, as shown in FIG. Specifically, the processing unit 6 first calculates the average value of each of the components of the 256 first correlation matrices corresponding to the long-distance bin Bf(1) by addition averaging, and the averaged values are calculated. Generate two correlation matrices. Further, the processing unit 6 calculates the average value of each component for the 256 first correlation matrices corresponding to the long-distance bins Bf(2) to Bf(n) in the same manner as the long-distance bin Bf(1).
  • one averaged correlation matrix (hereinafter, average correlation matrix) is generated for each of the long-distance bins Bf(2) to Bf(n).
  • average correlation matrix n average correlation matrices corresponding to the long distance bins Bf(1) to Bf(n) are generated.
  • the average correlation matrix generated in S110 the value of the non-diagonal component representing the cross-correlation between the receiving antennas is suppressed as compared with the first correlation matrix generated in S100.
  • the processing unit 6 executes the averaging process by excluding the first correlation matrix corresponding to the chirp for which the bad chirp is set in S90.
  • the processing unit 6 executes the orientation estimation calculation such as MUSIC or ESPRIT for each average correlation matrix using the n average correlation matrices generated in S130 in S140, Calculate the azimuth in which Thus, the azimuth is calculated for each of the long distance bins Bf(1) to Bf(n).
  • the processing unit 6 registers the set of the distance corresponding to the long-distance bin and the azimuth calculated in S140 as the object information, and once ends the object detection processing.
  • the radar device 1 configured as described above includes a transmission unit 2, a reception antenna unit 4, a reception unit 5, and a processing unit 6.
  • the transmitting unit 2 repeatedly transmits a chirp whose frequency changes with time by a preset number of repeats K for each preset repeat period Tp each time a preset measurement period Tf elapses. To do.
  • the receiving antenna unit 4 has a plurality of receiving antennas configured to receive the chirp reflected by the object.
  • the receiving unit 5 generates a beat signal for each chirp with respect to each of the plurality of received signals received by the plurality of receiving antennas of the receiving antenna unit 4.
  • the processing unit 6 performs frequency analysis on each of the beat signals, and for each of the plurality of receiving antennas and for each of the plurality of beat signals, the frequency spectrum in which the distance to the object reflecting the chirp corresponds to the frequency. To calculate the distance spectrum.
  • the processing unit 6 determines, for each far-distance bin, on the basis of complex information of the far-distance bin in the distance spectrum corresponding to each of the plurality of receiving antennas that have received the same chirp. 1 Generate a correlation matrix.
  • the processing unit 6 generates an average correlation matrix for each long-distance bin by executing the averaging process of the first correlation matrix of the number of repetitions K generated corresponding to the long-distance bin for each long-distance bin. To do.
  • the processing unit 6 executes, for each long distance bin, an orientation estimation calculation using an average correlation matrix corresponding to the long distance bin.
  • the processing unit 6 generates a reception spectrum represented by a distance spectrum and a velocity spectrum that is the result of frequency analysis over a plurality of chirps for each short distance bin of the distance spectrum.
  • the processing unit 6 generates one second correlation matrix based on the complex information of the peak in the reception spectrum.
  • the processing unit 6 executes the orientation estimation calculation using the second correlation matrix.
  • the radar device 1 first calculates the velocity spectrum for the short range bin of the range spectrum to generate one second correlation matrix and executes the direction estimation calculation.
  • the radar device 1 performs the azimuth estimation calculation after performing the correlation suppression on the long range bins of the range spectrum by performing the averaging process of the first correlation matrix of the repeat count K for each long range bin. To execute.
  • the radar device 1 can obtain a snapshot of the number of repetitions K and suppress the correlation of the correlation matrix with respect to the long-range direction estimation corresponding to the frequency exceeding the short-range determination frequency Fs. Therefore, the radar device 1 can improve the ability to separate a plurality of objects existing at a long distance from the radar device 1 according to the azimuth, and can improve the azimuth estimation accuracy.
  • the radar device 1 requires the speed separation performance rather than the azimuth angle separation performance in the short distance area As in which the distance to the object is equal to or less than the distance Rs corresponding to the short distance determination frequency Fs. .. Further, the radar device 1 requires the azimuth angle separation performance rather than the speed separation performance in the long-distance area Af where the distance to the object exceeds the distance Rs.
  • Vehicles VH2 and VH3 have the same relative distance and relative speed from vehicle VH1. Therefore, the conventional processing method cannot separate the vehicle VH2 and the vehicle VH3 by distance and speed. Further, since the vehicles VH2 and VH3 are very close to each other at a long distance, the difference ⁇ between the azimuth angle of the vehicle VH2 and the azimuth angle of the vehicle H3 is very small. Therefore, in the conventional processing method, it is difficult to separate the vehicle VH2 and the vehicle VH3 by the azimuth, as indicated by the solid line SP1 in the azimuth spectrum of FIG.
  • the short range determination frequency Fs is variable. Therefore, the radar device 1 can set an area in which the azimuth estimation accuracy is improved according to the situation around the vehicle in which the radar device 1 is mounted.
  • the radar device 1 has a preset determination frequency setting condition indicating that a stationary object is continuous along at least one of both sides of the road on which a vehicle equipped with the radar device 1 is traveling.
  • the short-distance determination frequency Fs is set lower than that when the determination frequency setting condition is not satisfied.
  • the determination frequency setting condition is that the vehicle is traveling in the tunnel.
  • the radar device 1 can set the short-distance determination frequency Fs so as to extend the area where the target signal and the mirror ghost signal can be separated in a situation where the mirror ghost signal is likely to occur, and the azimuth estimation accuracy can be improved. It can be further improved.
  • the target signal is a signal obtained by directly receiving the chirp reflected by the object.
  • the mirror ghost signal is a signal obtained by receiving the chirp reflected by the object and further reflected by the stationary object (the tunnel wall in this embodiment).
  • the radar device 1 determines whether or not the chirp received by the receiving antenna unit 4 is defective. Then, the radar device 1 excludes the first correlation matrix corresponding to the chirp determined to be defective and executes the averaging process. As a result, the radar device 1 can execute the heading estimation calculation by excluding the first correlation matrix corresponding to the chirp on which noise is superimposed, and the heading estimation accuracy can be further improved.
  • S70 corresponds to the processing as the frequency analysis unit
  • S120 corresponds to the processing as the first correlation matrix generation unit
  • S130 corresponds to the processing as the averaging processing unit
  • S140 corresponds to the first processing. This corresponds to the processing as the one-direction estimating unit.
  • S100 corresponds to a process as a two-dimensional spectrum generation unit
  • S280 corresponds to a process as a second correlation matrix generation unit and a second direction estimation unit
  • a reception spectrum corresponds to a two-dimensional spectrum.
  • S80 corresponds to the process as the frequency setting unit
  • S90 corresponds to the process as the failure determining unit.
  • Modification 1 For example, in the above-described embodiment, the mode in which the FCM method is used as the modulation method has been shown, but the present invention is not limited to the FCM method, and for example, as in the pulse Doppler modulation method, a two-dimensional spectrum corresponding to the distance and the speed is generated. Any modulation method that can be obtained by analysis may be used.
  • the determination frequency setting condition is that the vehicle is traveling in the tunnel.
  • the determination frequency setting condition may be that the guardrail is continuous along at least one of both sides of the road.
  • the function of one component in the above embodiment may be shared by a plurality of components, or the function of a plurality of components may be exerted by one component. Further, a part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Further, at least a part of the configuration of the above-described embodiment may be added to or replaced with the configuration of the other above-described embodiment.
  • the present disclosure is provided in various forms such as a system having the radar device 1 as a component, a program for causing a computer to function as the radar device 1, a medium recording the program, and an azimuth estimation method. Can also be realized.

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Abstract

レーダ装置（１）は、送信部（２）と受信アンテナ部（４）と受信部（５）と周波数解析部（Ｓ７０）と第１相関行列生成部（Ｓ１２０）と平均化処理部（Ｓ１３０）とを備える。送信部は、チャープを繰返周期毎に繰返数だけ送信する。周波数解析部は、受信アンテナ毎に且つビート信号毎に、距離スペクトラムを算出する。第１相関行列生成部は、チャープのそれぞれについて、同一のチャープを受信した受信アンテナのそれぞれに対応する距離スペクトラムにおける遠距離ビンの複素情報に基づいて、遠距離ビン毎に第１相関行列を生成する。平均化処理部は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応して生成された繰返数の第１相関行列の平均化処理を実行することにより、平均相関行列を生成する。

Description

レーダ装置 関連出願の相互参照
　本国際出願は、２０１８年１１月２８日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１８－２２２５２４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１８－２２２５２４号の全内容を参照により本国際出願に援用する。
　本開示は、レーダ波を送受信することにより、レーダ波を反射した物体を検出するレーダ装置に関する。
　特許文献１には、アンテナを介して所定の繰返周期で繰り返し送信された送信信号が物体で反射されて受信された複素受信信号に基づいて、物体の相対速度を算出するレーダ装置が記載されている。
　従来、ミリ波レーダによる周辺監視システムにおいては、周波数傾きを大きくしたチャープを繰返周期で繰り返して送信するＦＣＭ変調が、車載レーダ分野で広く用いられている。
特開２０１３－１６７５８０号公報
　ＦＣＭ変調は、物体の距離および速度を二次元スペクトラム上で分離することが可能な変調方式である。二次元スペクトラムは受信チャネルの数だけ得られる。ＦＣＭ変調では、受信チャネル数個の二次元スペクトラム上のピーク複素情報を用いて一つの相関行列を求め、この相関行列を用いて方位推定を行う。
　この二次元スペクトラムを求めるためには，全チャープの全サンプル点を用いるため、１サイクルの間に得られる１個の物体に対応する相関行列の数は１個である（すなわち、スナップショットは１）。
　方位推定において複数の到来波を正確に分離するには、スナップショット数を増やし、複数到来波の相関抑圧を行う必要がある。発明者の詳細な検討の結果、上述の通り、一般的なＦＣＭ変調の処理方式では、スナップショットは１であるため、複数の物体の方位分離が難しいという課題が見出された。
　本開示は、方位推定精度を向上させる。
　本開示の一態様は、送信部と、受信アンテナ部と、受信部と、周波数解析部と、第１相関行列生成部と、平均化処理部と、第１方位推定部と、二次元スペクトラム生成部と、第２相関行列生成部と、第２方位推定部とを備えるレーダ装置である。
　送信部は、予め設定された測定周期が経過する毎に、時間に対して周波数が変化するチャープを予め設定された繰返周期毎に予め設定された繰返数だけ繰り返して送信するように構成される。
　受信アンテナ部は、物体で反射したチャープを受信するように構成された複数の受信アンテナを有する。
　受信部は、受信アンテナ部の複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号のそれぞれについて、チャープ毎にビート信号を生成するように構成される。
　周波数解析部は、ビート信号のそれぞれに対して周波数解析を行い、複数の受信アンテナ毎に、且つ、複数のビート信号毎に、チャープを反射した物体までの距離が周波数と対応している周波数スペクトラムである距離スペクトラムを算出するように構成される。
　第１相関行列生成部は、繰返数のチャープのそれぞれについて、同一のチャープを受信した複数の受信アンテナのそれぞれに対応する距離スペクトラムにおける遠距離ビンの複素情報に基づいて、遠距離ビン毎に、第１相関行列を生成するように構成される。距離スペクトラムにおいて互いに異なる周波数範囲を示す複数の周波数ビンをそれぞれ距離ビンとする。複数の距離ビンのうち、距離ビンに対応する対応周波数が予め設定された近距離判定周波数以下の距離ビンを近距離ビンとする。対応周波数が近距離判定周波数を超える距離ビンを遠距離ビンとする。
　平均化処理部は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応して生成された繰返数の第１相関行列の平均化処理を実行することにより、遠距離ビン毎に平均相関行列を生成するように構成される。第１方位推定部は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応する平均相関行列を用いた方位推定演算を実行するように構成される。
　二次元スペクトラム生成部は、距離スペクトラムと、距離スペクトラムの近距離ビン毎に複数のチャープに渡って周波数解析した結果である速度スペクトラムとにより表される二次元スペクトラムを生成するように構成される。
　第２相関行列生成部は、二次元スペクトラムにおけるピークの複素情報に基づいて、一つの第２相関行列を生成するように構成される。第２方位推定部は、第２相関行列を用いた方位推定演算を実行するように構成される。
　このように構成された本開示のレーダ装置は、まず、距離スペクトラムの近距離ビンに対しては速度スペクトラムを算出することにより、一つの第２相関行列を生成して方位推定演算を実行する。また、本開示のレーダ装置は、距離スペクトラムの遠距離ビンに対しては、遠距離ビン毎に繰返数の第１相関行列の平均化処理を実行することにより相関抑圧を施した上で方位推定演算を実行する。
　すなわち、本開示のレーダ装置は、近距離判定周波数を超える周波数に対応する遠距離の方位推定に関して、繰返数のスナップショットを得ることができ、相関行列の相関抑圧を行うことができる。このため、本開示のレーダ装置は、レーダ装置から遠距離に存在する複数の物体を、方位により分離する能力を向上させることができ、方位推定精度を向上させることができる。
レーダ装置の構成を示すブロック図である。 発振部の機能を示す図である。 チャープの繰返周期を示す図である。 変調部での位相偏移変調に使用する位相回転量の例を示す図である。 物体検出処理を示すフローチャートである。 選択可および選択不可な位相回転量の組み合わせパターンを示す図である。 位相回転量の選択例を示す図である。 チャープと距離スペクトラムとの関係を示す図である。 速度スペクトラムに出現する同一物体ピーク群の例を示す図である。 受信スペクトラムを示す図である。 情報生成処理を示すフローチャートである。 遠距離ビンを示す図である。 近距離領域および遠距離領域を示す図である。 遠距離で２台の車両が併走している状況を示す図である。 方位スペクトルを示す図である。
　以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
　本実施形態のレーダ装置１は、車両に搭載され、車両の周囲に存在する様々な物体を検出する。
　レーダ装置１は、図１に示すように、送信部２と、送信アンテナ部３と、受信アンテナ部４と、受信部５と、処理部６とを備える。
　送信アンテナ部３は、送信に使用される一つ以上のアンテナを有する。受信アンテナ部４は、受信に使用される複数のアンテナを有する。
　つまり、レーダ装置１は、送信アンテナ部３に属するアンテナと、受信アンテナ部４に属するアンテナとの組み合わせを送受信チャネルとして、複数の送受信チャネルを有するように構成される。本実施形態では、レーダ装置１は、送信アンテナ部３に属するアンテナをＭ個、受信アンテナ部４に属するアンテナをＮ個備え、Ｍ×Ｎ個の送受信チャネルを備えるとする。Ｍ×Ｎは２以上の整数である。なお、送信アンテナ部３に属するアンテナの配置間隔と、受信アンテナ部４に属するアンテナの配置間隔とは、等間隔であっても不等間隔であってもよい。
　送信部２は、ＦＣＭ方式で変調された送信信号を送信する。ＦＣＭは、Fast-Chirp Modulationの略である。送信部２は、発振部２１と、変調部２２とを備える。発振部２１は、連続波の共通信号を生成する。発振部２１は、生成した共通信号を、変調部２２に供給するとともに、ローカル信号Ｌとして受信部５にも供給する。また発振部２１は、図２に示すように、測定周期Ｔｆ（例えば、５０ｍｓ）を１フレームとして、各フレームの先頭の測定期間Ｔｍ（例えば、１０ｍｓ）の間、時間に対して周波数が直線的に変化するチャープを、予め設定された繰返数Ｋ（例えば、２５６個）だけ連続的に送信する。送信部２は、図３に示すように、予め設定された繰返周期Ｔｐ毎にチャープを繰り返し送信する。チャープには、１フレーム内において送信時間が早い順に、１からＫ（本実施形態では、２５６）までのチャープ番号が設定される。
　発振部２１は、測定周期Ｔｆ、測定期間Ｔｍおよび繰返周期Ｔｐを、処理部６からの指示に従って適宜変更できるように構成されている。なお、繰返周期の間に変化させるチャープの周波数幅は、繰返周期Ｔｐによらず一定である。つまり、繰返周期Ｔｐを変化させることで、チャープの周波数の変化率が変化するように構成されている。
　また、繰返周期Ｔｐの許容範囲、ひいてはチャープの周波数の変化率の許容範囲は、送信信号と受信信号とを混合して生成するビート信号を解析した時に、物体との相対速度に応じて生じる周波数偏移が、物体との距離に応じて生じる周波数偏移と比較して無視できる程度に小さくなるように設定される。
　変調部２２は、発振部２１が生成した共通信号を分岐させ、送信アンテナ部３に属する送信アンテナと同数であるＭ個の分岐信号を生成する。変調部２２は、Ｍ個の分岐信号のそれぞれについて、繰返周期Ｔｐ毎に分岐信号の位相を変化させる位相偏移変調を行う。これにより、送信アンテナのそれぞれに供給するＭ個の送信信号を生成する。位相偏移変調では、Ｍ個の分岐信号のそれぞれに対して互いに異なる大きさの位相回転量Δφを設定し、繰返周期毎に、その位相回転量Δφだけ分岐信号の位相を回転させる。
　ここで、位相偏移変調で使用する位相の数をＰとする。ＰはＭより大きい整数である。変調部２２では、ｐ＝０，１，２，…Ｐ－１として、Δφ＝ｐ×３６０°／Ｐで表されるＰ種類の位相回転量を用いる。例えば、Ｐ＝４の場合、図４に示すように、ｐ＝０ではΔφ＝０°となり、変調前の信号である分岐信号（すなわち、共通信号）に対する変調後の信号である送信信号の位相差は、全ての繰返周期Ｔｐで０°となる。ｐ＝１ではΔφ＝９０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期Ｔｐ毎に切り替わり、０°→９０°→１８０°→２７０°→０°（以下同様）の順に変化する。ｐ＝２ではΔφ＝１８０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、０°→１８０°→０°→１８０°→０°（以下同様）の順に変化する。ｐ＝３ではΔφ＝２７０°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、０°→２７０°→１８０°→９０°→０°（以下同様）の順に変化する。
　上述したようにＰ＞Ｍに設定されるため、位相偏移変調には、Ｐ種類の位相回転量Δφの全種類が使用されることはなく、その一部が使用される。
　変調部２２は、位相数Ｐの設定、Ｐ種類の位相回転量Δφのうち位相偏移変調に使用するＭ種類の位相回転量の選択、選択されたＭ種類の位相回転量とＭ個の送信アンテナとの対応関係の設定を適宜変更できるように構成されている。設定の変更は、処理部６からの指示に従ってもよいし、自動的に行ってもよい。自動的に変更する場合は、予め決められたパターンに従って行ってもよいし、ランダムに行ってもよい。
　受信部５は、図１に示すように、受信アンテナ部４に属する各受信アンテナから出力されるＮ個の受信信号のそれぞれについて、ローカル信号Ｌとの差信号であるビート信号を生成し、生成されたビート信号をサンプリングして処理部６に供給する。
　処理部６は、ＣＰＵ６１およびメモリ６２を備えたマイクロコンピュータを中心に構成された電子制御装置である。メモリ６２は、例えばＲＯＭおよびＲＡＭである。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵ６１が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ６２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、ＣＰＵ６１が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。また、処理部６を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。
　次に、処理部６が実行する物体検出処理の手順を説明する。物体検出処理は、処理部６が起動した後に繰り返し実行される処理である。
　物体検出処理が実行されると、処理部６は、図５に示すように、まずＳ１０にて、発振部２１に生成させる共通信号に関するパラメータである繰返周期Ｔｐを設定する。上述したように、繰返周期を変化させると、チャープの周波数の変化率が変化する。なお、繰返周期Ｔｐは固定値であってもよいし、本処理が実行される毎に予め決められたパターンに従って或いはランダムに複数種類の値の中から選択して繰返周期Ｔｐが設定されるようにしてもよい。また、Ｓ１０において、測定周期Ｔｆおよび測定期間Ｔｍが適宜可変設定されるようにしてもよい。
　処理部６は、Ｓ２０にて、変調部２２での位相偏移変調に用いる位相数Ｐを設定する。位相数Ｐは、少なくとも送信アンテナ数Ｍより大きな値が用いられる。例えば、Ｐ＝Ｍ＋１に設定してもよい。位相数Ｐは固定値であってもよいし、本処理が実行される毎に予め決められたパターンに従って或いはランダムに複数種類の値の中から選択して位相数Ｐが設定されるようにしてもよい。
　処理部６は、Ｓ３０にて、位相数Ｐによって決まるＰ種類の位相回転量のうち、変調部２２での位相偏移変調に用いるＭ種類の位相回転量を選択する。Ｍ種類の位相回転量は、３６０°の中で各回転量が均等に配置されることがないように、すなわち、不均一な配置となるように選択される。
　具体的には、ＰとＭとが公約数を持たない場合は、任意に位相回転量を選択することができる。ＰとＭとが公約数を有する場合は、配置間隔が同一パターンの繰り返しとなることがないように注意して選択する必要がある。
　例えば、図６に示すように、Ｐ＝４且つＭ＝２である場合、位相回転量の組み合わせとして、（０°，９０°）、（９０°，１８０°）、（１８０°，２７０°）、（２７０°，０°）は選択可であるが、（０°，１８０°）、（９０°，２７０°）は選択不可である。また、Ｐ＝４且つＭ＝３である場合、位相回転量の組み合わせとして、（０°，９０°，１８０°）、（９０°，１８０°，２７０°）、（１８０°，２７０°，０°）、（２７０°，０°，９０°）の全てが選択可である。但し、本実施形態では、必ずΔφ＝０°を含んだ組み合わせを選択する。
　なお、位相回転量の選択は、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、選択可能な組み合わせの中で、予め決められたパターンに従って又はランダムに切り替えられるようにしてもよい。
　Ｓ３０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ４０にて、Ｓ３０で選択されたＭ種類の位相回転量と、各送信アンテナとの対応関係を設定する。この対応づけは、例えば、予め設定された規則に従って割り当てられてもよいし、ランダムに割り当てられてもよい。また、対応付けは、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、予め決められたパターンに従って或いはランダムに切り替えられてもよい。
　図７は、Ｐ＝４且つＭ＝２であり、位相回転量の組み合わせとして（０°，９０°）が選択され、送信アンテナＴＸ１にΔφ＝０°、送信アンテナＴＸ２にΔφ＝９０°を割り当てた場合に、送信アンテナＴＸ１，ＴＸ２のそれぞれに供給される送信信号の位相が変化する様子を表現している。
　Ｓ４０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ５０にて、測定開始タイミングであるか否かを判断する。処理部６は、測定開始タイミングでない場合には、測定開始タイミングになるまで、Ｓ５０の処理を繰り返すことで待機する。処理部６は、測定開始タイミングである場合には、Ｓ６０に移行する。測定開始タイミングとは、測定周期Ｔｆによって長さが決まるフレームが切り替わるタイミングである。
　Ｓ６０に移行すると、処理部６は、設定結果に従って送信部２を作動させ、レーダ測定を実施する。具体的には、送信部２に、測定期間Ｔｍの間、繰返周期Ｔｐ毎にチャープ信号を繰り返し送信させ、その受信信号から生成されるビート信号のサンプリング結果を取得する。
　処理部６は、Ｓ７０にて、Ｎ個の受信アンテナから得られるビート信号のサンプリング結果を、受信アンテナ毎に、且つ、チャープ信号毎に周波数解析することによって、図８に示すように、Ｎ個の受信アンテナのそれぞれについてＫ個ずつの距離スペクトラムを算出する。各距離スペクトラムでは、送信アンテナから送信された放射波を反射した物体を往復するのに要した時間（すなわち、物体までの距離）に応じた周波数にピークが出現する。距離スペクトラムにおける周波数ビンを距離ビンという。
　Ｓ７０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ８０にて、近距離判定周波数Ｆｓを設定する。具体的には、処理部６は、まず、車両に搭載されているナビゲーション装置から、車両の現在位置を示す現在位置情報と、現在位置周辺の道路に関する道路情報とを取得する。そして処理部６は、取得した現在位置情報と道路情報とに基づいて、車両がトンネル内を走行中であるか否かを判断する。ここで、車両がトンネル内を走行中であると判断した場合には、処理部６は、近距離判定周波数Ｆｓを、予め設定された第１判定値に設定する。一方、車両がトンネル内を走行中でないと判断した場合には、近距離判定周波数Ｆｓを、第１判定値より大きくなるように設定された第１判定値に設定する。
　Ｓ８０の処理が終了すると、処理部６は、Ｓ９０にて、不良チャープを設定する。具体的には、処理部６は、まず、Ｓ７０にて算出されたＮ×Ｋ個の距離スペクトラムのそれぞれについて、距離スペクトラムのノイズレベルが予め設定された不良判定レベル以上であるか否かを判断する。そして処理部６は、ノイズレベルが不良判定レベル以上である距離スペクトラムに対応するチャープを不良チャープとして設定する。
　Ｓ９０の処理が終了すると、処理部６は、Ｓ１００にて、Ｓ７０にて算出されたＮ×Ｋ個の距離スペクトラムを用いて、受信アンテナ毎に速度スペクトラムを算出する。具体的には、着目する受信アンテナに関するＫ個の距離スペクトラムから、同一周波数ビンの信号を抽出し、抽出した信号に対して時間軸方向への周波数解析処理を実行する。処理部６は、この処理を、図８に示すように、予め設定された近距離判定周波数Ｆｓ以下の距離ビン（以下、近距離ビン）について実行する。
　速度スペクトラムでは、送信アンテナ部３からの放射波を反射した物体との相対速度がゼロである場合は、各送信アンテナに割り当てられた位相回転量に応じた周波数が、ドップラ周波数として抽出される。つまり、Δφ＝０°に対応する信号成分の周波数は０Ｈｚである。
　なお、ドップラ周波数が観測される範囲（以下、ドップラ観測範囲）は、繰返周期Ｔｐによって決まる。また、ドップラ周波数は、図９に示すように、ドップラ観測範囲をＰ分割した地点のうち、Ｍ個の地点にて検出される。図９では、ドップラ観測範囲の上限が１に正規化されている。
　また、速度スペクトラムでは、物体との間に相対速度がある場合は、これらＭ個のドップラ周波数は、相対速度に応じた大きさだけシフトし、相対速度の大きさによっては、周波数の折り返しが発生する。
　これらＳ７０およびＳ１００の算出結果から、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度を表す二次元スペクトラム（以下、受信スペクトラム）が、受信アンテナ毎に生成される。図１０は、受信アンテナが４個である場合の受信スペクトラムと、受信スペクトラムで検出されるピークとを示す。
　Ｓ１００の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ１１０にて、受信アンテナ毎に、受信スペクトラムを用いて、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度と、物体が存在する方位とを算出する情報生成処理を実行する。
　次に、Ｓ１１０で実行される情報生成処理の手順を説明する。
　情報生成処理が実行されると、処理部６は、図１１に示すように、まずＳ２１０にて、Ｓ１００にて受信アンテナ毎に生成されたＮ個の受信スペクトラムを、インコヒーレント積分して、一つの統合スペクトラムｇ（ｒ，ｖ）を算出する。受信アンテナ毎の受信スペクトラムをｓ（ｒ，ｖ，Ｒｃｈ）で表すものとして、統合スペクトラムｇ（ｒ，ｖ）は、式（１）を用いて算出される。ｒは距離であり、ｖは、ドップラ観測範囲の上限周波数に対応する速度を１とする正規化ドップラ速度であり、Ｒｃｈは、受信アンテナを識別する番号である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　処理部６は、Ｓ２２０にて、統合スペクトラム上で、予め設定された閾値以上の強度を有するピークがＭ個以上検出されている距離を候補距離として、候補距離のうち、以下のＳ２３０からＳ２８０での処理の対象として未だ選択されていない距離を、対象距離ｒとして選択する。
　処理部６は、Ｓ２３０にて、Ｓ２２０で選択された対象距離ｒで検出される複数のピークのうち、以下のＳ２４０からＳ２７０での処理対象として未だ選択されていないピークに対応する速度を対象速度ｖとして選択する。ここでは、処理部６は、速度が小さいものから順番に選択する。
　処理部６は、Ｓ２４０にて、対象速度ｖのピークが、位相回転量Δφ＝０°に対応したピークであると仮定し、式（２）に従って、他の位相回転量に対応したピークが存在すると推定されるＭ－１個の対応点（ｒ，ｖｊ）、但し、ｊ＝２～Ｍを算出する。ｘ（ｊ）は、Ｓ３０で選択されたΔφ＝０°以外の位相回転量である。ｖ，ｖｊは正規化されたドップラ周波数であり、０～１の値をとる。ｍｏｄ（ａ，ｍ）は、ａをｍで割った後の余りを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　処理部６は、Ｓ２５０にて、Ｓ２４０で推定された対応点の全てについて、統合スペクトラム上でピーク（すなわち、二次極大点）が存在するか否かを判断し、肯定判断された場合はＳ２６０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ２９０に移行する。以下では、対応点に対応するＭ個のピークを候補ピーク群という。
　Ｓ２６０に移行すると、処理部６は、候補ピーク群が電力条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、Ｓ２７０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ２９０に移行する。ここでは、電力条件として、候補ピーク群に属するピークの信号強度差が、予め設定された許容範囲内にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークの信号強度は、いずれも類似しているはずであるとの知見に基づく。
　Ｓ２７０に移行すると、処理部６は、候補ピーク群が位相条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、Ｓ２８０に移行し、否定判断された場合は、Ｓ２９０に移行する。ここでは、位相条件として、基準受信チャンネルとそれ以外の受信チャンネル位相差を算出し、候補ピーク間でこの位相差の差異が予め設定された許容範囲にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークは、いずれも同じ方向から到来するはずであるとの知見に基づき、同じ方向から到来するピークの受信間位相差は、いずれも似たような大きさになることに基づく。以下では、Ｓ２７０にて肯定判断された候補ピーク群を、同一物体ピーク群という。
　Ｓ２８０に移行すると、処理部６は、対象距離ｒと対象速度ｖとの組を、物体情報として登録する。更に、処理部６は、以下のようにして算出した方位θも物体情報に追加する。すなわち処理部６は、受信アンテナ毎に算出されたＮ個の受信スペクトラムのそれぞれから、Ｍ個の同一物体ピーク群に対応する各ピークを抽出する。また処理部６は、抽出されたＭ×Ｎ個のピークを、Ｍ×Ｎ個の送受信チャネルからの受信信号とみなして、Ｍ×Ｎ個のピークの複素情報に基づいて、Ｍ×Ｎ個の送受信チャネル間の相関関係を表す相関行列（以下、第２相関行列）を生成する。複素情報は、受信信号の振幅および位相を複素数で表した情報である。
　そして処理部６は、生成された第２相関行列を用いて、ＭＵＳＩＣまたはＥＳＰＲＩＴ等の方位検出処理を実行することで、物体の方位θを算出する。ＭＵＳＩＣは、Multiple signal classificationの略である。ＥＳＰＲＩＴは、Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniquesの略である。
　Ｓ２９０に移行すると、処理部６は、対象距離ｒで検出される全てのピーク（すなわち、速度）が、対象速度ｖとして選択された否かを判断し、肯定判断された場合はＳ３００に移行し、否定判断された場合は、Ｓ２３０に移行する。
　Ｓ３００に移行すると、処理部６は、全ての候補距離が対象距離ｒとして選択されたか否かを判断し、肯定判断された場合は、情報生成処理を終了し、否定判断された場合は、Ｓ２２０に移行する。
　Ｓ１１０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ１２０にて、Ｓ７０で算出された距離スペクトラムにおける遠距離ビン毎に、受信アンテナ間の相関関係を表す相関行列（以下、第１相関行列）を生成する。遠距離ビンは、距離スペクトラムにおいて近距離判定周波数Ｆｓを超える距離ビンである。相関関係は、各受信アンテナで得られる信号の類似度合いを表す係数で表現される。すなわち、係数の絶対値が０に近づくほど相関が弱く、係数の絶対値が１に近づくほど相関が強い。
　ここで、距離スペクトラムにおける複数の遠距離ビンを、図１２に示すように、周波数が低い順に、Ｂｆ（１），Ｂｆ（２），Ｂｆ（３），・・・，Ｂｆ（ｎ－１），Ｂｆ（ｎ）と表記する。ｎは、２以上の整数である。
　具体的には、処理部６は、まず、チャープ番号１に対応するＮ個の距離スペクトラムにおける遠距離ビンＢｆ（１）の複素情報に基づいて、第１相関行列を生成する。すなわち、処理部６は、チャープ番号１に対応し且つ遠距離ビンＢｆ（１）に対応する受信信号を受信したＮ個の受信アンテナ間の相関関係を示す第１相関行列を生成する。
　さらに、処理部６は、チャープ番号１に対応するＮ個の距離スペクトラムにおける遠距離ビンＢｆ（２）の複素情報に基づいて、第１相関行列を生成する。このようして、処理部６は、遠距離ビンＢｆ（ｎ）まで第１相関行列の生成を繰り返す。これにより、処理部６は、チャープ番号１に対応し且つ遠距離ビンＢｆ（１）～Ｂｆ（ｎ）に対応するｎ個の第１相関行列を生成する。
　次に、処理部６は、チャープ番号１と同様にして、チャープ番号２～２５６についても、チャープ番号２～２５６に対応し且つ遠距離ビンＢｆ（１）～Ｂｆ（ｎ）に対応するｎ個の第１相関行列を生成する。
　こうして、遠距離ビンＢｆ（１）～Ｂｆ（ｎ）のそれぞれについて、２５６個の第１相関行列が生成される。すなわち、ｎ×２５６個の第１相関行列が生成される。
　Ｓ１２０の処理が終了すると、処理部６は、図５に示すように、Ｓ１３０にて、第１相関行列の平均化処理を実行する。具体的には、処理部６は、まず、遠距離ビンＢｆ（１）に対応する２５６個の第１相関行列について、各成分の平均値を加算平均により算出することで、平均化された一つの相関行列を生成する。さらに、処理部６は、遠距離ビンＢｆ（１）と同様にして、遠距離ビンＢｆ（２）～Ｂｆ（ｎ）に対応する２５６個の第１相関行列について、各成分の平均値を算出することで、遠距離ビンＢｆ（２）～Ｂｆ（ｎ）のそれぞれについて、平均化された一つの相関行列（以下、平均相関行列）を生成する。これにより、遠距離ビンＢｆ（１）～Ｂｆ（ｎ）のそれぞれに対応するｎ個の平均相関行列が生成される。Ｓ１１０で生成される平均相関行列は、Ｓ１００で生成される第１相関行列と比較して、受信アンテナ間の相互相関を表す非対角成分の値が抑圧される。
　但し、Ｓ１３０では、処理部６は、Ｓ９０において不良チャープを設定されたチャープに対応する第１相関行列を除外して平均化処理を実行する。
　Ｓ１３０の処理が終了すると、処理部６は、Ｓ１４０にて、Ｓ１３０で生成されたｎ個の平均相関行列を用いて、平均相関行列毎に、ＭＵＳＩＣまたはＥＳＰＲＩＴ等の方位推定演算を実行し、物体が存在する方位を算出する。これにより、遠距離ビンＢｆ（１）～Ｂｆ（ｎ）のそれぞれについて、方位が算出される。
　処理部６は、Ｓ１５０にて、遠距離ビンに対応する距離と、Ｓ１４０で算出された方位との組を、物体情報として登録し、物体検出処理を一旦終了する。
　このように構成されたレーダ装置１は、送信部２と、受信アンテナ部４と、受信部５と、処理部６とを備える。
　送信部２は、予め設定された測定周期Ｔｆが経過する毎に、時間に対して周波数が変化するチャープを予め設定された繰返周期Ｔｐ毎に予め設定された繰返数Ｋだけ繰り返して送信する。
　受信アンテナ部４は、物体で反射したチャープを受信するように構成された複数の受信アンテナを有する。
　受信部５は、受信アンテナ部４の複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号のそれぞれについて、チャープ毎にビート信号を生成する。
　処理部６は、ビート信号のそれぞれに対して周波数解析を行い、複数の受信アンテナ毎に、且つ、複数のビート信号毎に、チャープを反射した物体までの距離が周波数と対応している周波数スペクトラムである距離スペクトラムを算出する。
　処理部６は、繰返数Ｋのチャープのそれぞれについて、同一のチャープを受信した複数の受信アンテナのそれぞれに対応する距離スペクトラムにおける遠距離ビンの複素情報に基づいて、遠距離ビン毎に、第１相関行列を生成する。
　処理部６は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応して生成された繰返数Ｋの第１相関行列の平均化処理を実行することにより、遠距離ビン毎に平均相関行列を生成する。処理部６は、遠距離ビン毎に、遠距離ビンに対応する平均相関行列を用いた方位推定演算を実行する。
　処理部６は、距離スペクトラムと、距離スペクトラムの近距離ビン毎に複数のチャープに渡って周波数解析した結果である速度スペクトラムとにより表される受信スペクトラムを生成する。
　処理部６は、受信スペクトラムにおけるピークの複素情報に基づいて、一つの第２相関行列を生成する。処理部６は、第２相関行列を用いた方位推定演算を実行する。
　このようにレーダ装置１は、まず、距離スペクトラムの近距離ビンに対しては速度スペクトラムを算出することにより、一つの第２相関行列を生成して方位推定演算を実行する。またレーダ装置１は、距離スペクトラムの遠距離ビンに対しては、遠距離ビン毎に繰返数Ｋの第１相関行列の平均化処理を実行することにより相関抑圧を施した上で方位推定演算を実行する。
　すなわち、レーダ装置１は、近距離判定周波数Ｆｓを超える周波数に対応する遠距離の方位推定に関して、繰返数Ｋのスナップショットを得ることができ、相関行列の相関抑圧を行うことができる。このため、レーダ装置１は、レーダ装置１から遠距離に存在する複数の物体を、方位により分離する能力を向上させることができ、方位推定精度を向上させることができる。
　レーダ装置１は、図１３に示すように、物体までの距離が近距離判定周波数Ｆｓに対応する距離Ｒｓ以下である近距離領域Ａｓでは、方位角度分離性能よりも、速度分離性能を必要としている。またレーダ装置１は、物体までの距離が距離Ｒｓを超える遠距離領域Ａｆでは、速度分離性能よりも、方位角度分離性能を必要としている。
　例えば、図１４に示すように、レーダ装置１を搭載する車両ＶＨ１の前方において、同一速度Ｖで併走する２台の車両ＶＨ２，ＶＨ３が存在するとする。なお、車両ＶＨ２，ＶＨ３は、レーダ装置１の遠距離領域Ａｆ内に存在している。
　車両ＶＨ２，ＶＨ３は、車両ＶＨ１からの相対距離および相対速度が等しい。このため、従来の処理方式では、車両ＶＨ２と車両ＶＨ３とを、距離および速度で分離することができない。また、車両ＶＨ２，ＶＨ３は遠距離において非常に接近しているため、車両ＶＨ２の方位角度と車両Ｈ３の方位角度との差Δθが非常に小さい。このため、従来の処理方式では、図１５の方位スペクトルにおける実線ＳＰ１で示すように、車両ＶＨ２と車両ＶＨ３とを方位で分離することが困難である。一方、本実施形態の処理方式では、図１５の方位スペクトルにおける破線ＳＰ２で示すように、車両ＶＨ２の方位角度θ２と、車両ＶＨ３の方位角度θ３とを分離することが可能である。
　またレーダ装置１では、近距離判定周波数Ｆｓは可変である。これにより、レーダ装置１は、レーダ装置１を搭載する車両の周囲の状況に応じて、方位推定精度を向上させる領域を設定することができる。
　またレーダ装置１は、レーダ装置１を搭載している車両が走行している道路において、道路の両側の少なくとも一方に沿って静止物が連続していることを示す予め設定された判定周波数設定条件が成立している場合には、近距離判定周波数Ｆｓを、判定周波数設定条件が成立していない場合と比較して低くする。本実施形態では、判定周波数設定条件は、車両がトンネル内を走行中であることである。これにより、レーダ装置１は、ミラーゴースト信号が発生し易い状況において、ターゲット信号とミラーゴースト信号とを分離できる領域を拡張するように近距離判定周波数Ｆｓを設定することができ、方位推定精度を更に向上させることができる。上記のターゲット信号は、物体で反射したチャープを直接受信することで得られる信号である。上記のミラーゴースト信号は、物体で反射して更に上記の静止物（本実施形態では、トンネル壁）で反射したチャープを受信することで得られる信号である。
　またレーダ装置１は、受信アンテナ部４で受信したチャープが不良であるか否かを判断する。そしてレーダ装置１は、不良と判断されたチャープに対応する第１相関行列を除外して平均化処理を実行する。これにより、レーダ装置１は、例えばノイズが重畳したチャープに対応した第１相関行列を除外して方位推定演算を実行することができ、方位推定精度を更に向上させることができる。
　以上説明した実施形態において、Ｓ７０は周波数解析部としての処理に相当し、Ｓ１２０は第１相関行列生成部としての処理に相当し、Ｓ１３０は平均化処理部としての処理に相当し、Ｓ１４０は第１方位推定部としての処理に相当する。
　また、Ｓ１００は二次元スペクトラム生成部としての処理に相当し、Ｓ２８０は第２相関行列生成部および第２方位推定部としての処理に相当し、受信スペクトラムは二次元スペクトラムに相当する。
　また、Ｓ８０は周波数設定部としての処理に相当し、Ｓ９０は不良判断部としての処理に相当する。
　以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
　［変形例１］
　例えば上記実施形態では、変調方式としてＦＣＭ方式を用いる形態を示したが、ＦＣＭ方式に限定されるものではなく、例えば、パルスドップラー変調方式のように、距離および速度に対応した二次元スペクトラムを周波数解析により得ることができる変調方式であればよい。
　［変形例２］
　上記実施形態では、判定周波数設定条件が、トンネル内を走行中であることである形態を示した。しかし、例えば、判定周波数設定条件は、道路の両側の少なくとも一方に沿ってガードレールが連続していることであるようにしてもよい。
　また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。
　上述したレーダ装置１の他、当該レーダ装置１を構成要素とするシステム、当該レーダ装置１としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、方位推定方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

Claims (4)

  1. 　予め設定された測定周期が経過する毎に、時間に対して周波数が変化するチャープを予め設定された繰返周期毎に予め設定された繰返数だけ繰り返して送信するように構成された送信部（２）と、
    　物体で反射した前記チャープを受信するように構成された複数の受信アンテナを有する受信アンテナ部（４）と、
    　前記受信アンテナ部の前記複数の受信アンテナで受信した複数の受信信号のそれぞれについて、前記チャープ毎にビート信号を生成するように構成された受信部（５）と、
    　前記ビート信号のそれぞれに対して周波数解析を行い、前記複数の受信アンテナ毎に、且つ、複数の前記ビート信号毎に、前記チャープを反射した物体までの距離が周波数と対応している周波数スペクトラムである距離スペクトラムを算出するように構成された周波数解析部（Ｓ７０）と、
    　前記距離スペクトラムにおいて互いに異なる周波数範囲を示す複数の周波数ビンをそれぞれ距離ビンとし、複数の前記距離ビンのうち、前記距離ビンに対応する対応周波数が予め設定された近距離判定周波数以下の前記距離ビンを近距離ビンとし、前記対応周波数が前記近距離判定周波数を超える前記距離ビンを遠距離ビンとして、前記繰返数の前記チャープのそれぞれについて、同一の前記チャープを受信した前記複数の受信アンテナのそれぞれに対応する前記距離スペクトラムにおける前記遠距離ビンの複素情報に基づいて、前記遠距離ビン毎に、第１相関行列を生成するように構成された第１相関行列生成部（Ｓ１２０）と、
    　前記遠距離ビン毎に、前記遠距離ビンに対応して生成された前記繰返数の前記第１相関行列の平均化処理を実行することにより、前記遠距離ビン毎に平均相関行列を生成するように構成された平均化処理部（Ｓ１３０）と、
    　前記遠距離ビン毎に、前記遠距離ビンに対応する前記平均相関行列を用いた方位推定演算を実行するように構成された第１方位推定部（Ｓ１４０）と、
    　前記距離スペクトラムと、前記距離スペクトラムの前記近距離ビン毎に複数の前記チャープに渡って周波数解析した結果である速度スペクトラムとにより表される二次元スペクトラムを生成するように構成された二次元スペクトラム生成部（Ｓ１００）と、
    　前記二次元スペクトラムにおけるピークの複素情報に基づいて、一つの第２相関行列を生成するように構成された第２相関行列生成部（Ｓ２８０）と、
    　前記第２相関行列を用いた方位推定演算を実行するように構成された第２方位推定部（Ｓ２８０）と
    　を備えるレーダ装置（１）。
  2. 　請求項１に記載のレーダ装置であって、
    　前記近距離判定周波数は、可変であるレーダ装置。
  3. 　請求項２に記載のレーダ装置であって、
    　前記レーダ装置を搭載している車両が走行している道路において、前記道路の両側の少なくとも一方に沿って静止物が連続していることを示す予め設定された判定周波数設定条件が成立している場合には、前記近距離判定周波数を、前記判定周波数設定条件が成立していない場合と比較して低くするように構成された周波数設定部（Ｓ８０）を備えるレーダ装置。
  4. 　請求項１～請求項３の何れか１項に記載のレーダ装置であって、
    　前記受信アンテナ部で受信した前記チャープが不良であるか否かを判断するように構成された不良判断部（Ｓ９０）を備え、
    　前記平均化処理部は、前記不良判断部において不良と判断された前記チャープに対応する前記第１相関行列を除外して前記平均化処理を実行するレーダ装置。
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