WO2023027009A1 - レーダ装置及び方位推定方法 - Google Patents

Abstract

本開示の１つの局面のレーダ装置は、複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナと、第１方位推定部（Ｓ７０，Ｓ１００，Ｓ２１０）と、第２方位推定部（Ｓ８０，Ｓ１２０，Ｓ２２０）と、選択部（Ｓ７０，Ｓ８０）と、を備える。第１方位推定部は、仮想アレーにより受信された第１受信信号をコヒーレントに処理して、第１方位を推定する。第２方位推定部は、アンテナアレーにより受信された第２受信信号を送信間又は受信間でコヒーレントに処理して、第２方位を推定する。選択部は、周囲環境及び／又は前記ターゲットの検知状況に応じて、第１方位又は第２方位を採用する。

Description

レーダ装置及び方位推定方法 関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０２１年８月２４日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０２１－１３６３６９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２０２１－１３６３６９号の全内容を本国際出願に参照により援用する。

　本開示は、レーダ装置に関する。

　下記特許文献１に記載のレーダ装置は、Multi-Input and Multi-Output（ＭＩＭＯ）を用いた方位推定を実行する。具体的には、上記レーダ装置は、送信方位と受信方位の両方を考慮したステアリングベクトルを用いて送信方位及び受信方位の２次元方位推定を行い、送信方位と異なる受信方位を有する信号を特定している。上記レーダ装置は、物体が存在しない偽の方位が検出されることによる方位推定精度の低下が生じないように、特定した信号に基づいて相関行列を補正している。

国際公開第２０１９／１５５６２５号

　発明者の詳細な検討の結果、上記レーダ装置は、送信方位と受信方位の両方を考慮したステアリングベクトルを用いて２次元方位推定を行うため、処理負荷が大きく、検出されたすべての方位に対して２次元方位推定を行うことは困難であるという課題が見出された。

　本開示の１つの局面は、処理負荷を抑制しつつ、方位推定精度を高めることができることが望ましい。

　本開示の１つの局面のレーダ装置は、複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナと、第１方位推定部と、第２方位推定部と、選択部と、を備える。第１方位推定部は、仮想アレーにより受信された第１受信信号を、コヒーレントに処理して、第１方位を推定するように構成される。仮想アレーは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとで構成される。第１方位はターゲットの方位である。第２方位推定部は、アンテナアレーにより受信された第２受信信号を、送信間又は受信間でコヒーレントに処理して、第２方位を推定するように構成される。アンテナアレーは、アンテナの少なくとも１つの組から構成される。アンテナの少なくとも１つの組の各々は、複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナのうちの１つとから、又は、複数の送信アンテナのうちの１つと、複数の受信アンテナとから、構成されている。選択部は、周囲環境及び／又はターゲットの検知状況に応じて、第１方位及び第２方位のうちの一方を採用するように構成される。

　本開示の１つの局面のアンテナ装置は、第１方位算出部と第２方位算出部とを備える。第１方位算出部により、より多くのアンテナを用いた仮想アレーにより受信された第１受信信号に基づいて、第１方位が算出される。第１受信信号は、送信方位と受信方位との相違の影響を受けるが、仮想アレーがより多くのアンテナを用いていることにより、第１方位はより高分解能である。また、第２方位算出部により、送信方位と受信方位との相違の影響を受けない第２受信信号に基づいて、第２方位が算出される。さらに、周囲環境及び／又はターゲットの検知状況に応じて、第１方位及び第２方位のうちの一方が採用される。周囲環境及び／又はターゲットの検知状況に応じて、第１方位又は第２方位を採用することにより、２次元方位推定を実行する場合よりも処理負荷を抑制できる。したがって、処理負荷を抑制しつつ、方位推定精度を高めることができる。

　本開示の別の１つの局面の方位推定方法は、複数の送信アンテナから送信波を送信し、仮想アレーにより受信された第１受信信号を、コヒーレントに処理して、第１方位を推定し、アンテナアレーにより受信された第２受信信号を、送信間又は受信間でコヒーレントに処理して、第２方位を推定し、周囲環境及び／又はターゲットの検知状況に応じて、第１方位及び第２方位のうちの一方を採用する。仮想アレーは、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとで構成される。第１方位は、ターゲットの方位である。アンテナアレーは、アンテナの少なくとも一つの組で構成される。アンテナの少なくとも一つの組の各々は、複数の送信アンテナと、複数の受信アンテナのうちの１つとから、又は、複数の送信アンテナのうちの１つと、複数の受信アンテナとから、構成されている。

　本開示の別の１つの局面の方位推定方法によれば、上記レーダ装置と同様の効果を奏する。

本実施形態に係るレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。 ３個の送信アンテナと２個の受信アンテナから構成される仮想アンテナで受信される受信信号の位相を説明する図である。 ６個の受信アンテナで受信される受信信号の位相を説明する図である。 送信方位が受信方位と同一でゴーストが発生しない状況の一例を示す図である。 送信方位が受信方位と同一でゴーストが発生しない状況の別の一例を示す図である。 送信方位が受信方位と異なりゴーストが発生する状況の一例を示す図である。 送信方位が受信方位と異なりゴーストが発生する状況の別の一例を示す図である。 送信方位が受信方位と異なる場合における仮想アンテナでの受信信号の位相を示す図である。 送信方位が受信方位と異なる場合に、方位推定精度が低下しやすい状況の一例を示す図である。 送信方位が受信方位と異なる場合に、方位推定精度が低下しやすい状況の別の一例を示す図である。 ＭＩＭＯとＭＩＳＯとＳＩＭＯを説明する図である。 本実施形態に係る方位判定処理の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る検知状況判定の一つを示すフローチャートである。 本実施形態に係る検知状況の一つである波数の算出を説明する図である。 本実施形態に係る検知状況判定の別の一つを示すフローチャートである。 本実施形態に係る検知状況判定の別の一つを示すフローチャートである。 本実施形態に係るターゲットの傾きを推定する手法を示す説明図である

　以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。

　（１．第１実施形態）
　＜１－１．レーダ装置の構成＞
　本実施形態に係るレーダ装置１００の構成について、図１を参照して説明する。

　レーダ装置１００は、送信アンテナ部１０と、受信アンテナ部２０と、処理装置３０と、を備える。また、レーダ装置１００は、カメラ８０と、ＧＰＳ受信機９０と、地図データベース９５と、に接続されている。本実施形態では、レーダ装置１００は、移動体（具体的には車両５０）に搭載されている。

　処理装置３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２、ＲＡＭ３３を備え、ＣＰＵ３１が、ＲＯＭ３２に記憶されているプログラムを実行することにより、各種機能を実現する。これらの機能を実現する手法は、ソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の機能を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。

　処理装置３０には、カメラ８０及びＧＰＳ受信機９０が接続されている。カメラ８０は、車両５０が走行中の道路前方を撮影し、道路画像を処理装置３０へ出力する。ＧＰＳ受信機９０は、ＧＰＳ衛星から車両５０の現在位置情報を受信し、現在位置情報を処理装置３０へ出力する。また、処理装置３０には、地図情報を記憶したデータベース９５が接続されており、処理装置３０は、データベース９５から地図情報を取得する。

　処理装置３０は、送信アンテナ部１０に所定周波数の送信信号を供給する。また、処理装置３０は、受信アンテナ部２０から出力された受信信号を処理して、レーダ装置１００に対するターゲットの方位、レーダ装置１００からターゲットまでの距離、レーダ装置１００に対するターゲットの速度などを算出する。

　送信アンテナ部１０は、Ｍ個の送信アンテナＴｘｍ（Ｍは２以上の整数、ｍ＝１，…，Ｍ）を有する。受信アンテナ部２０は、Ｎ個の受信アンテナＲｘｎ（Ｎは２以上の整数、ｎ＝１，…，Ｎ）を有する。レーダ装置１００は、複数のアンテナで同時に電波を送受信するMulti-Input and Multi-Output（ＭＩＭＯ）レーダ装置である。

　図２は、本実施形態に係る送信アンテナ部１０が、３個の送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３を有する例を示す。送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３は、処理装置３０から供給された送信信号に基づいて、所定の送信方位へ同時に送信波を繰り返し送信する。

　送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３は、予め設定された配列方向に沿って間隔Ｄａで一列に配置されている。送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３は、送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３から所定の送信方位へ所定周波数の送信波を送信する。送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３は、ターゲットまでの経路において、隣り合うアンテナ間で２×αの位相差が生じるように、配置されている。

　図２は、本実施形態に係る受信アンテナ部２０が、２個の受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２を有する例を示す。受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２は、予め設定された配列方向に沿って間隔Ｄａで一列に配列されている。受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２は、所定の到来方位（すなわち受信方位）から到来した所定周波数の反射波を受信して受信信号を出力する。受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２は、ターゲットからの経路において、隣り合うアンテナ間でαの位相差が生じるように、配置されている。

　受信アンテナＲｘ１、Ｒｘ２の各々は、送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３から送信された送信波がターゲットで反射されて生じた反射波を受信する。受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２の各々は、２×αずつ位相がずれた３つの反射波を繰り返し受信して、２×αずつ位相が異なる３つの受信信号を繰り返し出力する。

　受信アンテナＲｘ２の位相は、受信アンテナＲｘ１の位相とαずれている。したがって、図２に示すように、受信アンテナ部２０は、αずつ位相がずれた６個の受信信号を出力する。本実施形態では、Ｎ個の受信アンテナＲｘｎの位相差Δφ２が、Ｍ個の送信アンテナＴｘｍの位相差Δφ１の１／Ｎである。そのため、受信アンテナ部２０は、Δφ２ずつ位相がずれたＭ×Ｎ個の受信信号を出力する。

　受信アンテナ部２０から出力される受信信号は、図３に示す６個の受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４，Ｒｘ５，Ｒｘ６から出力される受信信号と等しい。図３に示す６個の受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４，Ｒｘ５，Ｒｘ６は、所定の配列方向に沿って、ターゲットからの経路において、隣り合うアンテナ間でαの位相差が生じるように、配置されている。

　すなわち、レーダ装置１００は、Ｍ個の送信アンテナＴｘｍと、Ｎ個の受信アンテナＲｘｎとから、Ｍ×Ｎ個の受信アンテナを仮想的に形成している。以下では、レーダ装置１００が形成する仮想的なＭ×Ｎ個の受信アンテナを仮想アレーと称する。

　レーダ装置１００は、Ｍ＋Ｎ個のアンテナを用いて仮想アレーを形成することにより、１個の送信アンテナとＭ×Ｎ個の受信アンテナを備えるレーダ装置と同等の方位分解能を実現する。

　＜１－２．ＭＩＭＯによる方位推定精度の低下＞
　レーダ装置１００は、形成した仮想アレーで受信した受信信号を処理してターゲットの方位を推定する。このとき、図４及び図５に示すように、送信波の送信方位が反射波の受信方位（すなわち、反射波が到来する方向）と一致する場合には、レーダ装置１００は、高い分解能で高精度に方位を推定できる。

　一方で、図６及び図７に示すように、送信方位が受信方位と異なる場合には、ターゲットの方位の推定精度が低下しやすい。図８に示すように、送信方位と異なる方位から反射波が受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２へ到来した場合、ターゲットからの経路において、受信アンテナＲｘ１と受信アンテナＲｘ２との間に生じる位相差がαからβに変化する。したがって、Ｍ×Ｎ個の受信信号の位相差が一定にならないため、方位の推定精度が低下する。

　特に、図９及び図１０に示す周囲環境では、送信方位が受信方位と同一である受信信号が、送信方位が受信方位と異なる受信信号の影響を受けやすい。そのため、ＭＩＭＯによる推定方位の精度が低下する。

　図９は、車両５０が、曲率半径が比較的小さい（すなわち急カーブ）の道路を走行していて、ターゲット６０までの距離が比較的大きい状況を示している。急カーブの走行中では、車両５０に対するターゲット６０の傾きが比較的大きくなる。そのため、車両５０のレーダ装置１００から前方へ放射されたレーダ波は、ターゲット６０の後面に斜めに入射する。その結果、後面に垂直に入射する場合と比べて、反射波の強度が弱くなる。また、レーダ装置１００から放射された送信波は、前方に高い指向性を有するため、レーダ装置１００に対して斜め方向における送信波の強度が弱くなる。

　さらに、ターゲット６０からレーダ装置１００へ反射波が戻る経路は、直接経路と間接経路とを含む。直接経路は、反射波がレーダ装置１００へ直接戻る。間接経路は、反射波が側壁７１に反射して間接的にレーダ装置１００へ戻る。急カーブでは、直接経路と間接経路との距離差が小さい。そのため、受信信号を周波数解析（例えば、Fast Fourier Transform）して、ターゲットまでの距離及び相対速度を算出したときに、第１の距離及び第１の相対速度を、第２の距離及び第２の相対速度から分離することが難しい。第１の距離及び第１の相対速度は、直接経路で戻った直接反射波に基づいている。第２の距離及び第２の相対速度は、間接経路で戻った間接反射波に基づいている。したがって、図９に示す周囲環境では、ＭＩＭＯを用いたターゲット６０の方位推定の精度が低下しやすい。

　また、図１０は、車両５０が、車両５０の両側に進行方向に沿って側壁７２，７３が設けられている道路を走行している状況を示している。このような周囲環境では、送信方位が受信方位と異なる２つの間接反射波がレーダ装置１００へ戻る。２つの間接反射波のうちの１つは、側壁７１で反射してレーダ装置１００へ戻り、残りの１つは、側壁７２で反射してレーダ装置１００へ戻る。さらに、直接経路と間接経路との距離差が小さいため、直接反射波に基づいた第１の距離及び第１の相対速度を、間接反射波に基づいた第２の距離及び第２の相対速度から分離することが難しい。また、図１０に示す周囲環境では、ＭＩＭＯを用いて推定した方位がゴースト判定されやすい。すなわち、ＭＩＭＯを用いて推定した方位が、ターゲットが実在しない方位であると判定されやすい。したがって、図１０に示す周囲環境では、ＭＩＭＯを用いたターゲット６０の方位推定の精度が低下しやすい。

　そこで、本実施形態では、処理装置３０は、ＭＩＭＯを用いた方位推定の精度が低下しやすい周囲環境及び／又は検知状況か否に応じて、第１方位及び第２方位のうちの一方をターゲットの方位として採用する。

　第１方位は、ＭＩＭＯにより受信された第１受信信号に基づいて推定したターゲットの方位である。第２方位は、Multi-Input and Single-Output （ＭＩＳＯ）又はSingle-Input and Multi-Output（ＳＩＭＯ）により受信された第２受信信号に基づいて推定したターゲットの方位である。

　図１１に、ＭＩＭＯとＭＩＳＯとＳＩＭＯで用いるアンテナを示す。図１１では、送信アンテナ部１０が、３個の送信アンテナＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３を有し、受信アンテナ部２０が、３個の受信アンテナＲｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３を有する例を示す。

　前述したように、ＭＩＭＯでは、Ｍ個の送信アンテナＴｘｍと、Ｎ個の受信アンテナＲｘｎとから、Ｍ×Ｎ個の仮想アレーを形成する。そして、ＭＩＭＯでは、処理装置３０は、仮想アレーで受信したＭ×Ｎ個の第１受信信号をコヒーレントに処理して、第１方位を推定する。仮想アレーのアンテナ間隔はＤａである。

　ＭＩＳＯでは、Ｍ個の送信アンテナＴｘｍと、Ｎ個の受信アンテナＲｘｎのうちの１つとでアンテナアレーを形成する。そして、処理装置３０は、アンテナアレーで受信したＭ個の第１受信信号を、送信間でコヒーレントに処理して、第１方位を推定する。すなわち、ＭＩＳＯでは、送信方位が受信方位と異なっていても、受信信号の位相差が一定になるＭ個の第２受信信号に基づいて、第２方位を推定する。アンテナアレーのアンテナ間隔はＤａである。

　図１１に示すように、ＭＩＳＯでは、Ｎ個の受信アンテナＲｘｎのうちから選択する１つの受信アンテナを順番に替えて、Ｍ個の第２受信信号をＮ回取得してもよい。処理装置３０は、Ｎ回分のＭ個の第２受信信号を平均して、Ｍ個の第２受信信号を算出してもよい。

　ＳＩＭＯでは、Ｍ個の送信アンテナＴｘｍのうちの１つと、Ｎ個の受信アンテナＲｘｎとでアンテナアレーを形成する。そして、処理装置３０は、アンテナアレーで受信したＮ個の第２受信信号を、受信間でコヒーレントに処理して、第２方位を推定する。すなわち、ＳＩＭＯでは、送信方位が受信方位と異なっていても、受信信号の位相差が一定になるＮ個の第２受信信号に基づいて、第２方位を推定する。アンテナアレーのアンテナ間隔はＤａである。

　ＳＩＭＯでは、Ｍ個の送信アンテナＴｘｍのうちから選択する１つの送信アンテナを順番に替えて、Ｎ個の第２受信信号をＭ回取得してもよい。処理装置３０は、Ｍ回分のＮ個の第２受信信号を平均して、Ｎ個の第２受信信号を算出してもよい。

　なお、第１方位の方が、より多くのアンテナで受信した受信信号を用いているため、第２方位よりも方位分解能が高い。よって、処理装置３０は、第１方位をターゲットの方位として優先して採用し、ＭＩＭＯを用いた方位推定の精度が低下しやすい周囲環境及び／又は検知状況では、第２方位をターゲットの方位として採用する。

　＜１－３．方位推定処理＞
　次に、処理装置３０が実行する方位推定処理について、図１２のフローチャートを用いて説明する。処理装置３０は、繰り返し方位推定処理を実行する。

　Ｓ１０では、処理装置３０は、受信アンテナ部２０から出力された第１受信信号をＦＦＴなどのアルゴリズムを適用して周波数解析して、距離速度スペクトルを算出し、算出した距離速度スペクトルのピークを抽出する。複数のピークが存在する場合、すなわち複数のターゲットが検知されている場合には、処理装置３０は、複数のピークを抽出する。

　続いて、Ｓ２０では、処理装置３０は、抽出したピークに基づいてターゲットの距離及び速度を算出する。

　続いて、処理装置３０は、Ｓ３０～Ｓ８０の処理を、Ｓ１０で抽出したピークごと（すなわち、ターゲットごと）に実行する。Ｓ３０では、処理装置３０は、Ｓ１０で抽出したピークごとに、ＭＩＭＯにより推定した第１方位がゴーストか否か判定する。詳しくは、処理装置３０は、後述する誤差ｅ１を算出し、算出した誤差ｅ１が判定閾値以上である場合には、抽出したピークをゴーストと判定する。

　続いて、Ｓ４０では、処理装置３０は、抽出したピークに基づいたターゲットが、履歴対象か否か判定する。すなわち、処理装置３０は、抽出したピークに基づいたターゲットが、過去に検知され追跡中のターゲットとして記憶されているターゲットか否か判定する。

　続いて、Ｓ５０では、処理装置３０は、レーダ装置１００の周囲環境及び／又は検知状況を判定する。具体的には、Ｓ５０では、処理装置３０は、以下の（ｉ）～（ｉｘ）の判定を実行する。

　（ｉ）周囲環境は、車両５０が走行中の道路の曲率半径を含む。処理装置３０は、カメラ８０から出力された道路画像における道路の形状を抽出し、抽出した道路の形状に基づいて、曲率半径を推定する。あるいは、処理装置３０は、地図情報と現在位置情報とから、走行中の道路を特定し、特定した道路の曲率半径を推定してもよい。あるいは、処理装置３０は、車両５０のハンドルの操作量から曲率半径を推定してもよい。推定した曲率半径が半径閾値よりも小さい、すなわち急カーブの場合には、ＭＩＭＯに問題ありと判定する。

　（ｉｉ）周囲環境は、Ｓ２０で算出した距離を含む。処理装置３０は、距離が距離閾値よりも大きい場合には、ＭＩＭＯに問題ありと判定する。

　（ｉｉｉ）処理装置３０は、曲率半径が半径閾値よりも小さく、且つ、距離が距離閾値より大きい場合に、ＭＩＭＯに問題ありと判定する。すなわち、処理装置３０は、（ｉ）と（ｉｉ）とを組み合わせて判定する。

　（ｉｖ）周囲環境は、ターゲットの傾きを含む。処理装置３０は、道路の曲率半径と、ターゲットまでの距離とから、ターゲットの傾きを推定する。そして、処理装置３０は、曲率半径が半径閾値よりも小さく、且つ、ターゲットの傾きが傾き閾値以上である場合に、ＭＩＭＯに問題ありと判定する。

　（ｖ）検知状況は、ターゲットが履歴対象か否か、及び、ゴースト判定されているか否かを含む。処理装置３０は、ターゲットが履歴対象であり、且つ、ターゲットがゴースト判定されている場合に、ＭＩＭＯに問題ありと判定する。

　（ｖｉ）検知状況は、誤差ｅ１及び誤差ｅ２を含む。誤差ｅ１は、第１受信信号と第１復元信号との誤差に相当する。第１復元信号は、第１方位において、送信方位が受信方位と同一であると仮定して、第１受信信号を復元した信号に相当する。誤差ｅ２は、誤差ｅ１と同様に、第２受信信号と第２復元信号との誤差に相当する。ここでは、処理装置３０は、図１３に示すサブルーチンを実行する。

　まず、Ｓ１００では、処理装置３０は、ＭＩＭＯでの仮想アレーにより受信された第１受信信号に、到来方向推定アルゴリズムを適用して、第１方位を推定する。到来方向推定アルゴリズムは、ＭＵＳＩＣ、ＤＢＦ、Ｃａｐｏｎ、ＥＳＰＲＩＴなどである。

　続いて、Ｓ１１０では、処理装置３０は、Ｓ１００で推定した第１方位に基づいてフィッティングを行い、誤差ｅ１を算出する。具体的には、処理装置３０は、第１方位におけるモード行列Ａ１を算出し、モード行列Ａ１の一般化逆行列Ｂ１を算出する。モード行列Ａ１は、Ｋ×（Ｍ×Ｎ）の行列である。Ｋは、算出された第１方位の数である。さらに、処理装置３０は、一般化逆行列Ｂ１に第１受信信号ベクトルｘ１を乗算して、第１方位における電力ベクトルｓ１を算出する。電力ベクトルｓ１は、Ｋ個の要素を有するベクトルである。そして、処理装置３０は、ｅ１＝ａｂｓ（ｘ１－Ａ１ｓ１）の式に基づいて、誤差ｅ１を算出する。Ａ１ｓ１は、第１受信信号の第１復元信号に相当する。送信方位が受信方位と同一であるとの仮定が正しい場合、第１復元信号は第１受信信号に略一致し、誤差ｅ１はゼロに近づく。

　続いて、Ｓ１２０では、処理装置３０は、ＭＩＳＯ又はＳＩＭＯでのアレーアンテナにより受信された第２受信信号に、到来方向推定アルゴリズムを適用して、第２方位を推定する。

　続いて、Ｓ１３０では、処理装置３０は、Ｓ１２０で推定した第２方位に基づいてフィッティングを行い、誤差ｅ２を算出する。具体的には、処理装置３０は、Ｓ１１０の処理と同様に、第２方位におけるモード行列Ａ２を算出し、モード行列Ａ２の一般化逆行列Ｂ２を算出する。モード行列Ａ２は、Ｌ×Ｎ又はＬ×Ｍの行列である。Ｌは、算出された第２方位の数である。そして、処理装置３０は、一般化逆行列Ｂ２と第２受信信号ベクトルｘ２とから、第２方位における電力ベクトルｓ２を算出し、ｅ２＝ａｂｓ（ｘ２－Ａ２ｓ２）の式に基づいて、誤差ｅ２を算出する。

　続いて、Ｓ１４０では、処理装置３０は、誤差ｅ１が誤差ｅ２よりも小さいか否か判定する。処理装置３０は、Ｓ１４０において、誤差ｅ１が誤差ｅ２よりも小さいと判定した場合は、Ｓ１５０において、ＭＩＭＯに問題なしと判定する。処理装置３０は、誤差ｅ１が誤差ｅ２以上であると判定した場合は、Ｓ１６０において、ＭＩＭＯに問題ありと判定する。

　（ｖｉｉ）検知状況は、第１波数及び第２波数を含む。図１４に示すように、処理装置３０は、第１方位を算出するときに、第１受信信号の相関行列の固有値を算出する。処理装置３０は、算出した固有値のうち、固有値の大きさが特定閾値よりも大きい固有値の数を、第１波数とする。第１波数は、ＭＩＭＯの仮想アレーに到来した波数に相当する。

　同様に、処理装置３０は、第２方位を算出するときに、第２受信信号の相関行列の固有値を算出する。処理装置３０は、算出した固有値のうち、固有値の大きさが特定閾値よりも大きい固有値の数を、第２波数とする。第２波数は、ＭＩＳＯ又はＳＩＭＯのアレーアンテナに到来した波数に相当する。

　到来する波数が多いほど、方位の推定精度が低下する。よって、第１波数が第２波数よりも小さい場合は、ＭＩＭＯに問題なしと判定し、第２波数が第１波数よりも小さい場合は、ＭＩＭＯに問題にありと判定する。

　（ｖｉｉｉ）検知状況は、検知済みターゲットの過去の検知情報から予測された方位予測値を含む。検知済みターゲットは、履歴対象として記憶されているターゲットに相当する。処理装置３０は、Ｓ１０で抽出したピークに対応するターゲットが検知済みの場合に（ｖｉｉｉ）の判定を行ない、Ｓ１０で抽出したピークに対応するターゲットが今回の処理周期で初めて検知されたターゲットである場合には、（ｖｉｉｉ）の判定を行なわない。ここでは、処理装置３０は、図１５に示すサブルーチンを実行する。

　まず、Ｓ２００では、処理装置３０は、検知済みターゲットの過去の検知情報に基づいて、今回の処理周期における当該ターゲットの方位を予測して、方位予測値を算出する。

　Ｓ２１０では、処理装置３０は、ＭＩＭＯでの仮想アレーにより受信された第１受信信号に基づいて第１方位を推定する。

　Ｓ２２０では、処理装置３０は、ＭＩＳＯ又はＳＩＭＯのアレーアンテナにより受信された第２受信信号に基づいて第２方位を推定する。

　Ｓ２３０では、処理装置３０は、Ｓ２１０で推定した第１方位が、Ｓ２２０で推定した第２方位よりも、Ｓ２００で算出した方位予測値に近いか否か判定する。処理装置３０は、第１方位が第２方位よりも方位予測値に近いと判定した場合は、Ｓ２４０の処理へ進み、ＭＩＭＯに問題なしと判定する。処理装置３０は、第２方位が第１方位よりも方位予測値に近いと判定した場合は、Ｓ２５０の処理へ進み、ＭＩＭＯに問題ありと判定する。

　（ｉｘ）検知状況は、ターゲット６０が車両であると想定して推定されたターゲット６０の傾きθを含む。ここでは、処理装置３０は、図１６に示すサブルーチンを実行する。

　まず、Ｓ３００では、処理装置３０は、ＦＦＴの結果から、ターゲットまでの直線距離Ｌaを取得する。

　続いて、Ｓ３１０では、処理装置３０は、傾きθを推定する。図１７に示すように、レーダ装置１００（すなわち車両５０）の進行方向に対する道路のカーブの接線の傾きを、傾きθとして算出する。詳しくは、次の式（１）と直線距離Ｌａと道路の曲率半径Ｒａとを用いて、傾きθを算出する。処理装置３０は、道路画像から道路の曲率半径Ｒａを算出する。あるいは、処理装置３０は、地図情報と現在位置情報とから、道路の曲率半径Ｒａを算出してもよい。あるいは、処理装置３０は、車両５０のハンドルの操作量から曲率半径を推定してもよい。

　続いて、Ｓ３２０では、処理装置３０は、Ｓ３１０において推定した傾きθが、設定された傾き閾値以上か否か判定する。処理装置３０は、傾きθが傾き閾値未満であると判定した場合は、Ｓ３３０において、ＭＩＭＯに問題なしと判定する。処理装置３０は、傾きθが傾き閾値以上であると判定した場合は、Ｓ３４０において、ＭＩＭＯに問題ありと判定する。

　なお、Ｓ５０において、処理装置３０は、（ｉ）～（ｉｘ）のすべての判定を実施しなくてもよい。処理装置３０は、（ｉ）～（ｉｘ）のうちの少なくとも１つの判定を実施すればよい。また、処理装置３０は、（ｉ）～（ｉｘ）において重複する処理は省略してもよい。例えば、処理装置３０は、（ｖｉ）と（ｖｉｉｉ）の判定を実施する場合は、（ｖｉ）において第１方位及び第２方位を推定しているので、（ｖｉｉｉ）において第１方位及び第２方位の推定を省略できる。

　続いて、Ｓ６０では、処理装置３０は、ＭＩＭＯに問題ありか否か判定する。処理装置３０は、Ｓ５０における（ｉ）～（ｉｘ）の判定に、ＭＩＭＯに問題ありの判定が含まれている場合には、ＭＩＭＯに問題アリと判定し、Ｓ７０の処理へ進む。処理装置３０は、Ｓ５０における（ｉ）～（ｉｘ）の判定に、ＭＩＭＯに問題ありの判定が含まれていない場合には、ＭＩＭＯに問題なしと判定して、Ｓ８０の処理へ進む。

　Ｓ７０では、処理装置３０は、ＭＩＭＯを用いて推定した第１方位を、ターゲットの方位として採用する。ここで、Ｓ５０において、（ｉ）～（ｉｘ）のうち実施した判定によっては、処理装置３０は、第１方位を算出していないことがあり得る。処理装置３０は、第１方位を算出していない場合には、Ｓ７０において、第１受信信号に基づいて第１方位を算出する。

　Ｓ８０では、処理装置３０は、ＭＩＳＯ又はＳＩＭＯを用いて推定した第２方位を、ターゲットの方位として採用する。ここで、Ｓ５０において、（ｉ）～（ｉｘ）のうち実施した判定によっては、処理装置３０は、第２方位を算出していないことがあり得る。処理装置３０は、第２方位を算出していない場合には、Ｓ７０において、第２受信信号に基づいて第２方位を算出する。

　＜１－４．効果＞
　以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果を奏する。

　（１）送信方位と受信方位との相違の影響を受け、且つより多くのアンテナを用いた仮想アレーにより受信された第１受信信号に基づいて、より高分解能な第１方位が算出され得る。送信方位と受信方位との相違の影響を受けない第２受信信号に基づいて、第２方位が算出され得る。さらに、周囲環境及び／又はターゲットの検知状況に応じて、第１方位及び第２方位のうちの一方が採用される。処理装置３０は、周囲環境及び／又はターゲットの検知状況に応じて、第１方位又は第２方位を採用することにより、２次元方位推定を実行する場合よりも処理負荷を抑制できる。したがって、処理負荷を抑制しつつ、方位推定精度を高めることができる。

　（２）道路の曲率半径が比較的小さい急カーブでは、前方のターゲットが傾く。そのため、ターゲットからの直接反射が弱くなるとともに、送信波がターゲットの正面に当たらないことによって、直接反射が弱くなる。また、急カーブでは、直接反射と間接反射との経路の差が小さくなる。そのため、急カーブでは、直接反射に基づいた第１の距離及び第１の相対速度を、間接反射に基づいた第２の距離及び第２の相対速度から分離することが困難になり、第１方位の精度が低下する。よって、処理装置３０は、曲率半径が所定値よりも小さい場合に第２方位を採用して、方位推定精度を高めることができる。

　（３）処理装置３０は、画像における道路の形状に基づいて、走行中の道路の曲率半径を推定することができる。

　（４）処理装置３０は、マップ情報と現在位置情報とに基づいて、走行中の道路の曲率半径を推定することができる。

　（５）ターゲットまでの距離が遠いほど、直接反射に基づいた第１の距離及び第１の相対速度を、間接反射に基づいた第２の距離及び第２の相対速度から分離することが困難になり、第１方位の精度が低下する。よって、処理装置３０は、ターゲットまでの距離が距離閾値よりも大きい場合に第２方位を採用することにより、方位推定精度を高めることができる。

　（６）処理装置３０は、誤差ｅ１が誤差ｅ２よりも小さい場合に、第１方位を採用し、誤差ｅ１が誤差ｅ２よりも大きい場合に、第２方位が採用する。これにより、方位推定精度を高めることができる。

　（７）処理装置３０は、第１波数が第２波数よりも小さい場合に、第１方位を採用し、第１波数が第２波数よりも大きい場合に、第２方位を採用する。これにより、方位推定精度を高めることができる。

　（８）処理装置３０は、推定されたターゲットの傾きが傾き閾値以上である場合に、第２方位を採用することにより、方位推定精度を高めることができる。

　（９）処理装置３０は、第１方位及び第２方位のうち、方位予測値に近い方の方位を採用することにより、方位推定精度を高めることができる。

　（１０）仮想アレーのアンテナ間隔Ｄａが、アンテナアレーのアンテナ間隔Ｄａと同一に設定される。これにより、方位推定精度を高めることができる。

　（２．他の実施形態）
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

　（ａ）上記実施形態では、処理装置３０にカメラ８０が接続されていたが、処理装置３０が道路画像に基づいて道路の曲率半径を推定しない場合は、カメラ８０が接続されていなくてもよい。また、上記実施形態では、処理装置３０にＧＰＳ受信機９０が接続され、処理装置３０に地図情報が入力されたが、処理装置３０が地図情報と現在位置情報とに基づいて道路の曲率半径を推定しない場合は、処理装置３０にＧＰＳ受信機９０が接続されていなくてもよく、処理装置３０に地図情報が入力されなくてもよい。

　（ｂ）上述したレーダ装置の他、当該レーダ装置を構成要素とするシステム、レーダ装置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半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、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 (11)

1. 　複数の送信アンテナ（Ｔｘｍ）と、
   　複数の受信アンテナ（Ｒｘｎ）と、
   　仮想アレーにより受信された第１受信信号を、コヒーレントに処理して、第１方位を推定するように構成された第１方位推定部（３０，Ｓ７０，Ｓ１００，Ｓ２１０）であって、前記仮想アレーは、前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとで構成されており、前記第１方位は、ターゲットの方位である、第１方位推定部と、
   　アンテナアレーにより受信された第２受信信号を、送信間又は受信間でコヒーレントに処理して、第２方位を推定するように構成された第２方位推定部（３０，Ｓ８０，Ｓ１２０，Ｓ２２０）であって、前記アンテナレーは、アンテナの少なくとも一つの組で構成され、前記アンテナの少なくとも一つの組の各々は、前記複数の送信アンテナと、前記複数の受信アンテナのうちの１つとから、又は、前記複数の送信アンテナのうちの１つと、前記複数の受信アンテナとから、構成されている、第２方位推定部と、
   　周囲環境及び／又は前記ターゲットの検知状況に応じて、前記第１方位及び前記第２方位のうちの一方を採用するように構成された選択部（３０，Ｓ７０，Ｓ８０）と、を備える、
   　レーダ装置。
2. 　前記レーダ装置（１００）は車両（５０）に搭載されており、
   　前記周囲環境は、前記車両が走行中の道路の曲率半径を含み、
   　前記選択部は、前記曲率半径が所定値よりも小さい場合に、前記第２方位を採用するように構成されている、
   　請求項１に記載のレーダ装置。
3. 　カメラ（８０）により撮影された前記道路の画像を取得し、取得した前記画像における前記道路の形状に基づいて、前記曲率半径を推定するように構成された第１曲率推定部（３０，Ｓ５０）を更に備える、
   　請求項２に記載のレーダ装置。
4. 　地図情報とＧＰＳ受信機（９０）から出力された前記車両の現在位置情報とに基づいて、前記曲率半径を推定するように構成された第２曲率推定部（３０，Ｓ５０）を更に備える、
   　請求項２に記載のレーダ装置。
5. 　前記検知状況は、前記ターゲットまでの距離を含み、
   　前記選択部は、前記距離に応じて、前記第１方位及び前記第２方位のうちの一方を採用するように構成されている、
   　請求項１～４のいずれか１項に記載のレーダ装置。
6. 　前記検知状況は、第１誤差と第２誤差とを含み、前記第１誤差は、第１復元信号と前記第１受信信号との誤差であり、前記第２誤差は、第２復元信号と前記第２受信信号との誤差であり、前記第１復元信号は、前記第１方位において前記第１受信信号を復元した信号であり、前記第２復元信号は、前記第２方位において前記第２受信信号を復元した信号であり、
   　前記選択部は、前記第１誤差が前記第２誤差よりも小さい場合には、前記第１方位を採用し、前記第１誤差が前記第２誤差よりも大きい場合には、前記第２方位を採用するように構成されている、
   　請求項１～５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
7. 　前記第１方位推定部は、前記第１受信信号の相関行列の固有値の大きさから、到来する波数である第１波数を推定するように構成され、
   　前記第２方位推定部は、前記第２受信信号の相関行列の固有値の大きさから、到来する波数である第２波数を推定するように構成され、
   　前記検知状況は、前記第１波数及び前記第２波数を含み、
   　前記選択部は、前記第１波数が前記第２波数よりも小さい場合には、前記第１方位を採用し、前記第１波数が前記第２波数よりも大きい場合には、前記第２方位を採用するように構成されている、
   　請求項１～６のいずれか１項に記載のレーダ装置。
8. 　前記ターゲットは、過去に検知されている検知済みターゲットを含み、
   　前記検知状況は、過去の検知情報から予測された前記検知済みターゲットの方位である方位予測値を含み、
   　前記選択部は、前記第１方位及び前記第２方位のうち、前記方位予測値に近い方の方位を採用するように構成されている、
   　請求項１～７のいずれか１項に記載のレーダ装置。
9. 　前記ターゲットを車両と想定して、前記ターゲットの傾きを推定する傾き推定部（３０，Ｓ３１０）を更に備え、
   　前記検知状況は、前記傾き推定部により推定された前記ターゲットの傾きを含み、
   　前記選択部は、前記ターゲットの傾きが傾き閾値以上である場合には、前記第２方位を採用するように構成されている、
   　請求項１～８のいずれか１項に記載のレーダ装置。
10. 　前記仮想アレーのアンテナ間隔は、前記アンテナアレーのアンテナ間隔と同一である、
    　請求項１～９のいずれか１項に記載のレーダ装置。
11. 　複数の送信アンテナ（Ｔｘｍ）から送信波を送信し、
    　仮想アレーにより受信された第１受信信号を、コヒーレントに処理して、第１方位を推定し（Ｓ７０，Ｓ１００，Ｓ２１０）、前記仮想アレーは、前記複数の送信アンテナと複数の受信アンテナ（Ｒｘｎ）とで構成され、前記第１方位は、ターゲットの方位であり、
    　アンテナアレーにより受信された第２受信信号を、送信間又は受信間でコヒーレントに処理して、第２方位を推定し（Ｓ８０，Ｓ１２０，Ｓ２２０）、前記アンテナアレーは、アンテナの少なくとも一つの組で構成され、前記アンテナの少なくとも一つの組の各々は、前記複数の送信アンテナと、前記複数の受信アンテナのうちの１つとから、又は、前記複数の送信アンテナのうちの１つと、前記複数の受信アンテナとから、構成されており、
    　周囲環境及び／又は前記ターゲットの検知状況に応じて、前記第１方位及び前記第２方位のうちの一方を採用する（Ｓ７０，Ｓ８０）、
    　方位推定方法。
     

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