レーダ装置

この発明は、近傍に存在している物体が移動物であるのか、静止物であるのかを判別することができるレーダ装置に関するものである。

周波数変調連続波(FMCW:Frequency Modulated Continuous Wave)方式の従来のレーダ装置では、図9に示すように、一定の周波数幅で周波数が線形に増減する三角波状の送信信号を生成し、その送信信号をレーダ波として空間に放射する一方、目標に反射されて戻ってきた上記送信信号の散乱波を受信する。 そして、送信信号と受信信号をミキシングしてビート信号を生成し、そのビート信号をフーリエ変換することで、そのビート信号の周波数(ビート周波数)に応じた複素振幅(ビートスペクトル)を算出する。

また、従来のFMCWレーダ装置は、ビート信号のビート周波数を算出すると、送信信号の周波数が増加するアップチャープ時及び周波数が減少するダウンチャープ時の各掃引区間毎に、そのビート周波数を特定し、アップチャープ時のビート周波数f_up及びダウンチャープ時のビート周波数f_downに基づいて、下記の式(1)〜(4)に示すように、目標との距離Rや相対速度Vを算出する。

ただし、Bは送信信号の周波数変位幅(挿引帯域幅)、f₀は送信信号の中心周波数、Tは1周期の変調に要する時間(挿引時間)である。 また、Vは自車と目標との相対速度を表し、接近する方向を+の周波数とする。Cは光速である。 なお、変調時間Tは短い時間であるとして、目標との距離R及び相対速度Vはアップチャープやダウンチャープ間で変化しないという前提がある。

これにより、目標との距離Rや相対速度Vを算出することができるが、上記のFMCWレーダ装置を用いて、移動物と静止物を区別する技術が下記の特許文献1に開示されている。 特許文献1に開示されているレーダ装置では、移動物と静止物を区別するために、自車が速度−Vaで進行している場合、静止物は相対速度Vaで接近して、式(4)に示す相対速度VがVaになることを利用するものである。 即ち、アップチャープ時のビートスペクトルのピーク、または、ダウンチャープ時のビートスペクトルのピークの少なくとも一方を所定の周波数シフト量だけシフトさせて、ピークが対応するアップチャープ時のビートスペクトルとダウンチャープ時のビートスペクトルとのスペクトルマッチ度を算出し、そのスペクトルマッチ度が高ければ、そのピークに係る物体が静止物であると認定する。

特開2000−147102号公報(段落番号[0017]から[0019])

従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、ピークが対応するアップチャープ時のビートスペクトルとダウンチャープ時のビートスペクトルとのスペクトルマッチ度を算出すれば、そのピークに係る物体が静止物であるか否かを判定することができる。しかし、スペクトルマッチ度の算出処理は演算量が多いため、検出ピークの数が多い場合、演算負荷が大きくなってしまう課題があった。 また、FMCW方式のレーダ装置に特化されるものであり、例えば、パルス信号をレーダ波として利用するレーダ装置には適用することができない課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、検出ピークの数が増えても、少ない演算量で、ピークに係る物体が静止物であるか否かを正確に判定することができるレーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るレーダ装置は、パルス信号を生成するパルス信号生成手段と、パルス信号生成手段により生成されたパルス信号を空間に放射する一方、目標に反射されて戻ってきたパルス信号の散乱波を受信する送受信手段と、パルス信号生成手段により生成されたパルス信号を用いて、送受信手段の受信信号をパルス圧縮し、パルス圧縮後の受信信号をパルスヒット毎に積分することで、距離とドップラ周波数の対応関係を示すレンジドップラマップを生成するレンジドップラマップ生成手段と、レンジドップラマップ生成手段により生成されたレンジドップラマップの中で、信号電力が閾値以上のピークを検出するピーク検出手段とを設け、静止物判定手段が、ピーク検出手段により検出されたピークに対応する距離とドップラ周波数が、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定し、幾何学的な位置関係を満足していれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定するようにしたものである。

この発明によれば、静止物判定手段が、ピーク検出手段により検出されたピークに対応する距離とドップラ周波数が、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定し、幾何学的な位置関係を満足していれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定するように構成したので、ピーク検出手段により検出されるピークの数が増えても、少ない演算量で、ピークに係る物体が静止物であるか否かを正確に判定することができる効果がある。

この発明の実施の形態1によるレーダ装置を示す構成図である。

レンジドップラマップの生成例を示す模式図である。

図1のレーダ装置が前方(例えば、バンパーの近傍)に設置されている自車両と静止物(自車両の進行方向と平行に設置されているガードレール(反射体))との位置関係を示す説明図である。

この発明の実施の形態3によるレーダ装置を示す構成図である。

この発明の実施の形態4によるレーダ装置を示す構成図である。

この発明の実施の形態4によるレーダ装置の静止物判定処理部44の処理内容を示すフローチャートである。

この発明の実施の形態5によるレーダ装置の静止物判定処理部44の処理内容を示すフローチャートである。

この発明の実施の形態6によるレーダ装置を示す構成図である。

一定の周波数幅で周波数が線形に増減する三角波状の送信信号を示す説明図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。実施の形態1. 図1はこの発明の実施の形態1によるレーダ装置を示す構成図である。 図1において、パルス信号生成部1はパルス信号(一定の幅を有するベースバンド帯のパルス状の変調波形)をパルス繰り返し周期(PRI:Pulse Repetition Interval)で繰り返し生成する信号源である。なお、パルス信号生成部1はパルス信号生成手段を構成している。 ここでは、パルス状の変調波形を想定しているが、その他にも、例えば、周波数が時間に比例して増加する線形周波数変調(チャープ変調)波形、位相が時間と一緒に変化する位相符号変調波形や、連続波であるCW信号の周波数が時間と一緒に変化する周波数変調波形などがある。

基準信号生成部2は所定の連続波形を有する基準信号を生成する信号源である。 送信周波数変換部3は例えば乗算器などから構成されており、パルス信号生成部1により生成されたパルス信号と基準信号生成部2により生成された基準信号を乗算することで、そのパルス信号の周波数をIF帯(ベースバンド帯)からRF帯(高周波帯)に変換し、RF帯のパルス信号を出力する処理を実施する。 送信増幅部4は例えばアンプなどから構成されており、送信周波数変換部3から出力されたRF帯のパルス信号を増幅する処理を実施する。

サーキュレータ5は送信増幅部4により増幅されたRF帯のパルス信号を送受信アンテナ6に出力する一方、送受信アンテナ6の受信信号を受信増幅部7に出力する信号経路切替器である。 送受信アンテナ6はサーキュレータ5から出力されたRF帯のパルス信号を空間に放射する一方、目標に反射されて戻ってきた上記パルス信号の散乱波を受信する機器である。 受信増幅部7は例えばアンプなどから構成されており、サーキュレータ5から出力された送受信アンテナ6の受信信号を増幅する処理を実施する。

受信周波数変換部8は例えば乗算器などから構成されており、受信増幅部7により増幅された受信信号の周波数をRF帯からIF帯に変換し、IF帯の受信信号を出力する処理を実施する。 AD変換部9は受信周波数変換部8から出力されたIF帯の受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する処理を実施する。 なお、基準信号生成部2、送信周波数変換部3、送信増幅部4、サーキュレータ5、送受信アンテナ6、受信増幅部7、受信周波数変換部8及びAD変換部9から送受信手段が構成されている。

信号処理器10はAD変換部9から出力されたディジタルの受信信号を解析して、近傍に存在している物体が移動物であるのか、静止物であるのかを判別する処理を実施する。 図1の例では、信号処理器10の構成要素であるパルス圧縮処理部11、パルスヒット間積分処理部12、ピーク検出処理部13及び静止物判定処理部14のそれぞれが専用のハードウェア(例えば、CPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど)で構成されているものを想定しているが、信号処理器10がコンピュータで構成されていてもよい。 信号処理器10がコンピュータで構成されている場合、パルス圧縮処理部11、パルスヒット間積分処理部12、ピーク検出処理部13及び静止物判定処理部14の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

パルス圧縮処理部11はパルス信号生成部1により生成されたパルス信号を用いて、AD変換部9から出力された受信信号をパルス圧縮する処理を実施する。 パルスヒット間積分処理部12はパルス圧縮処理部11によるパルス圧縮後の受信信号をパルスヒット毎に積分することで、距離とドップラ周波数の対応関係を示すレンジドップラマップを生成する処理を実施する。 なお、パルス圧縮処理部11及びパルスヒット間積分処理部12からレンジドップラマップ生成手段が構成されている。

ピーク検出処理部13はパルスヒット間積分処理部12により生成されたレンジドップラマップの中で、信号電力が閾値以上のピークを検出する処理を実施する。なお、ピーク検出処理部13はピーク検出手段を構成している。 静止物判定処理部14はピーク検出処理部13により検出されたピークに対応する距離とドップラ周波数が、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定し、幾何学的な位置関係を満足していれば、上記ピークに係る物体が静止物であると認定する処理を実施する。なお、静止物判定処理部14は静止物判定手段を構成している。

次に動作について説明する。 まず、パルス信号生成部1は、パルス信号(一定の幅を有するベースバンド帯のパルス状の変調波形)をPRIで繰り返し生成する。 また、基準信号生成部2は、所定の連続波形を有する基準信号を生成する。

送信周波数変換部3は、パルス信号生成部1がパルス信号を生成すると、そのパルス信号と基準信号生成部2により生成された基準信号を乗算することで、そのパルス信号の周波数をIF帯からRF帯に変換し、RF帯のパルス信号を送信増幅部4に出力する。 送信増幅部4は、送信周波数変換部3からRF帯のパルス信号を受けると、そのパルス信号を増幅し、増幅後のRF帯のパルス信号をサーキュレータ5に出力する。

サーキュレータ5は、送信増幅部4から増幅後のRF帯のパルス信号を受けると、そのパルス信号を送受信アンテナ6に出力する。 これにより、送受信アンテナ6からRF帯のパルス信号が空間に放射される。空間に放射されたパルス信号の一部は目標に反射され、目標に反射されたパルス信号の散乱波が送受信アンテナ6に受信される。 サーキュレータ5は、送受信アンテナ6の受信信号を受信増幅部7に出力する。

受信増幅部7は、サーキュレータ5から送受信アンテナ6の受信信号を受けると、その受信信号を増幅し、増幅後の受信信号を受信周波数変換部8に出力する。 受信周波数変換部8は、受信増幅部7から増幅後の受信信号を受けると、その受信信号の周波数をRF帯からIF帯に変換し、IF帯の受信信号をAD変換部9に出力する。 AD変換部9は、受信周波数変換部8からIF帯の受信信号を受けると、その受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。

信号処理器10は、AD変換部9からディジタルの受信信号を受けると、その受信信号を解析して、近傍に存在している物体が移動物であるのか、静止物であるのかを判別する。 以下、信号処理器10の処理内容を具体的に説明する。 信号処理器10のパルス圧縮処理部11は、AD変換部9からディジタルの受信信号を受けると、パルス信号生成部1により生成されたパルス信号を用いて、その受信信号をパルス圧縮する処理(相関処理)を実施する。

信号処理器10のパルスヒット間積分処理部12は、パルス圧縮処理部11からパルス圧縮後の受信信号を受けると、パルス圧縮後の受信信号をパルスヒット方向にFFT(高速フーリエ変換)、あるいは、DFT(離散フーリエ変換)を実施して、その変換結果の絶対値の二乗を取ることで、距離とドップラ周波数の対応関係を示すレンジドップラマップを生成する。 ここで、図2はレンジドップラマップの生成例を示す模式図である。 レンジドップラマップには、目標である移動物に係るピーク(信号電力のピーク)だけではなく、静止物等に係るピークが発生する。 この実施の形態1では、距離及びドップラ周波数のアンビギュイティが存在しないものとして、以下の説明を行う。

信号処理器10のピーク検出処理部13は、パルスヒット間積分処理部12がレンジドップラマップを生成すると、そのレンジドップラマップの中で、信号電力が所定の閾値以上のピークを検出する。 ここでの閾値は固定値を用いるようにしてもよいが、目標以外を検出する確率(誤警報確率)を一定にするCFAR(Constant False Alarm Rate :誤警報確率一定)処理等を実施することで、レンジドップラ範囲毎に、可変の閾値を用いるようにしてもよい。

信号処理器10の静止物判定処理部14は、ピーク検出処理部13が1以上のピークを検出すると、各ピークに対応する距離とドップラ周波数が、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定し、幾何学的な位置関係を満足していれば、当該ピークに係る物体が静止物であると認定する。 以下、静止物判定処理部14による判定処理を具体的に説明する。

図3は図1のレーダ装置が前方(例えば、バンパーの近傍)に設置されている自車両と静止物(自車両の進行方向と平行に設置されているガードレール(反射体))との位置関係を示す説明図である。 図3の例では、自車両の進行方向と平行にガードレール(反射体)などの静止物が存在しており、自車両から垂直方向の距離(以下、「垂直距離」と称する)がx、自車両から平行方向の距離(以下、「平行距離」と称する)がyである位置(x,y)に存在している静止物に着目すると、自車両から静止物までの距離R及びドップラ周波数f_dは、下記の式(5)及び式(6)のように表される。

ただし、V_aは自車両の速度である。

例えば、式(5)をyについて解いて、式(6)に代入すると、下記の式(7)が得られる。

ピーク検出処理部13により検出されたピークが、位置(x,y)に存在している静止物に係るピークである場合、そのピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dは、式(7)で関係付けられる。 このため、自車両から静止物までの垂直距離xが分かれば、ピーク検出処理部13により検出されたピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが式(7)を満足しているか否かを判定する。式(7)を満足していれば、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足していることになるため、そのピークに係る物体は静止物であると認定する。 一方、式(7)を満足していなければ、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足していないため、そのピークに係る物体は移動物であると認定する。 したがって、ピークに係る物体が移動物であるのか、静止物であるのかを判別するには、事前に、自車両から静止物までの垂直距離xを特定する必要がある。

以下、自車両から静止物までの垂直距離xの特定方法の一例について説明する。[垂直距離xの特定方法1] 垂直距離xの特定方法1は、レーダの真横に存在している物体からの反射は鏡面反射となって、非常に高い反射電力を示すことを利用する方法である。 ピーク検出処理部13により検出された1以上のピークのうち、ドップラ周波数f_dが0であるピークの中で、距離Rが最も短いピークを特定する。 式(5)より、距離Rが最も短くなる条件はy=0であり(R=x)、y=0の場合、式(6)より、f_d=0である。このため、ドップラ周波数f_dが0であるピークは、レーダの真横に存在している物体に係るものであると言える。 そして、ドップラ周波数f_dが0であるピークの中で、距離Rが最も短いピークの信号電力が所定値以上であれば、レーダの真横に存在している物体からの反射である可能性が極めて高いので、そのピークに対応する距離R(=x)が静止物までの垂直距離xであると推定する。 なお、ピークの信号電力と比較する所定値としては、実験により観測された値等が用いられる。

[垂直距離xの特定方法2] 例えば、目標の追尾機能等を実装しているような場合には、予め、目標の追尾処理を実施することで、自車両から静止物までの垂直距離xを観測する方法が考えられる。

以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、静止物判定処理部14が、ピーク検出処理部13により検出されたピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定し、幾何学的な位置関係を満足していれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定するように構成したので、ピーク検出処理部13により検出されるピークの数が増えても、少ない演算量で、ピークに係る物体が静止物であるか否かを正確に判定することができる効果を奏する。

即ち、式(7)を満足しているか否かを判定する簡単な処理だけで、ピークに係る物体が静止物であると認定することができ、従来例のように、演算量が多いスペクトルマッチ度の算出処理を実施する必要がないため、検出ピークの数が多い場合でも、演算負荷の増大を防ぐことができる。 また、この実施の形態1では、従来例と異なり、パルス信号をレーダ波として利用するレーダ装置に適用することができる。

この実施の形態1では、静止物が直線状のガードレールである例を示したが、静止物であるガードレールが湾曲している場合、自車両のヨーレートから曲率を推定し、その曲率を持つ曲線上にガードレールが存在していると仮定すれば、この実施の形態1に記述している方法で、ピークに係る物体が静止物であるか否かを正確に判定することができる。

実施の形態2. 上記実施の形態1では、静止物判定処理部14が、自車両から静止物までの垂直距離xを特定し、その垂直距離xを用いて、ピーク検出処理部13により検出されたピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定するものを示したが、自車両から静止物までの垂直距離xを特定せずに、ピーク検出処理部13により検出されたピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定するようにしてもよい。 具体的には、以下の通りである。

この実施の形態2では、ガードレールなどの静止物が、自車両から所定の距離以内に存在していることを前提とするものである。 例えば、自車両から静止物までの垂直距離xが2メートルから10メートルの範囲以内に存在していることを前提とする。ただし、2メートルや10メートルの数値は、あくまでも一例である。 この場合、最初の段階では、例えば、静止物判定処理部14が、垂直距離xが“2”であるとして、ピーク検出処理部13により検出されたピーク毎に、当該ピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定する。 このとき、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているピークが存在していれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定する。

一方、全てのピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足していなければ、静止物判定処理部14が、垂直距離xを所定の微小距離Δx(例えば、Δx=50cm)だけ変更する。 静止物判定処理部14は、垂直距離がx+Δx(例えば、2.5メートル)であるとして、ピーク検出処理部13により検出されたピーク毎に、当該ピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定する。 このとき、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているピークが存在していれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定する。

全てのピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足していなければ、以降、変更後の垂直距離x+Δxが10メートルに到達するまで順次変更し、垂直距離がx+Δxであるとして、ピーク検出処理部13により検出されたピーク毎に、当該ピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定する。

なお、微小距離Δxが大きいと、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているピークが見つからない可能性があるので、微小距離Δxはできるだけ小さい値であることが望ましいが、微小距離Δxを小さくし過ぎると、演算量が増えてしまうことになる。 そこで、微小距離Δxを適度な大きさにし(例えば、Δx=50cm)、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を完全に満足していない場合でも、幾何学的な位置関係のずれが所定の許容値の範囲内であれば、幾何学的な位置関係を満足していると判定するようにする。

以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、静止物判定処理部14が、ピーク検出処理部13により検出されたピーク毎に、事前に設定された垂直距離xを用いて、当該ピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定する一方、ピーク検出処理部13により検出された全てのピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、幾何学的な位置関係を満足していなければ、その垂直距離xを変更し、変更後の垂直距離x+Δxを用いて、当該ピークに対応する距離Rとドップラ周波数f_dが、レーダと静止物間の幾何学的な位置関係を満足しているか否かを判定するように構成したので、事前に、自車両から静止物までの垂直距離xを特定することなく、ピークに係る物体が静止物であるか否かを正確に判定することができる効果を奏する。

実施の形態3. 上記実施の形態1では、距離R及びドップラ周波数f_dのアンビギュイティが存在しないことを前提するものを示したが、実際には、距離R又はドップラ周波数f_dのいずれかにアンビギュイティが発生することが多い。 そこで、この実施の形態3では、距離R又はドップラ周波数f_dのいずれかにアンビギュイティが発生していても、ピークに係る物体が静止物であるか否かを正確に判定できる例を説明する。

図4はこの発明の実施の形態3によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図1と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。 送信周波数変換部3−1は例えば乗算器などから構成されており、パルス信号生成部1により生成されたパルス信号と基準信号生成部2により生成された基準信号を乗算することで、そのパルス信号の周波数をIF帯からRF帯に変換し、RF帯のパルス信号を出力する処理を実施する。 送信増幅部4−1は例えばアンプなどから構成されており、送信周波数変換部3−1から出力されたRF帯のパルス信号を増幅する処理を実施する。

サーキュレータ5−1は送信増幅部4−1により増幅されたRF帯のパルス信号を送受信アンテナ6−1に出力する一方、送受信アンテナ6−1の受信信号を受信増幅部7−1に出力する信号経路切替器である。 送受信アンテナ6−1はサーキュレータ5−1から出力されたRF帯のパルス信号を空間に放射する一方、目標に反射されて戻ってきた上記パルス信号の散乱波を受信する機器である。 受信増幅部7−1は例えばアンプなどから構成されており、サーキュレータ5−1から出力された送受信アンテナ6−1の受信信号を増幅する処理を実施する。

受信周波数変換部8−1は例えば乗算器などから構成されており、受信増幅部7−1により増幅された受信信号の周波数をRF帯からIF帯に変換し、IF帯の受信信号を出力する処理を実施する。 AD変換部9−1は受信周波数変換部8−1から出力されたIF帯の受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する処理を実施する。 なお、基準信号生成部2、送信周波数変換部3−1、送信増幅部4−1、サーキュレータ5−1、送受信アンテナ6−1、受信増幅部7−1、受信周波数変換部8−1及びAD変換部9−1から送受信手段が構成されている。

送信周波数変換部3−2は例えば乗算器などから構成されており、パルス信号生成部1により生成されたパルス信号と基準信号生成部2により生成された基準信号を乗算することで、そのパルス信号の周波数をIF帯からRF帯に変換し、RF帯のパルス信号を出力する処理を実施する。 送信増幅部4−2は例えばアンプなどから構成されており、送信周波数変換部3−2から出力されたRF帯のパルス信号を増幅する処理を実施する。

サーキュレータ5−2は送信増幅部4−2により増幅されたRF帯のパルス信号を送受信アンテナ6−2に出力する一方、送受信アンテナ6−2の受信信号を受信増幅部7−2に出力する信号経路切替器である。 送受信アンテナ6−2はサーキュレータ5−2から出力されたRF帯のパルス信号を空間に放射する一方、目標に反射されて戻ってきた上記パルス信号の散乱波を受信する機器である。 受信増幅部7−2は例えばアンプなどから構成されており、サーキュレータ5−2から出力された送受信アンテナ6−2の受信信号を増幅する処理を実施する。

受信周波数変換部8−2は例えば乗算器などから構成されており、受信増幅部7−2により増幅された受信信号の周波数をRF帯からIF帯に変換し、IF帯の受信信号を出力する処理を実施する。 AD変換部9−2は受信周波数変換部8−2から出力されたIF帯の受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する処理を実施する。 なお、基準信号生成部2、送信周波数変換部3−2、送信増幅部4−2、サーキュレータ5−2、送受信アンテナ6−2、受信増幅部7−2、受信周波数変換部8−2及びAD変換部9−2から送受信手段が構成されている。

信号処理器20はAD変換部9−1,9−2から出力されたディジタルの受信信号を解析して、近傍に存在している物体が移動物であるのか、静止物であるのかを判別する処理を実施する。 図4の例では、信号処理器20の構成要素であるパルス圧縮処理部11−1,11−2、パルスヒット間積分処理部12−1,12−2、ピーク検出処理部13−1,13−2、測角処理部21及び静止物判定処理部22のそれぞれが専用のハードウェア(例えば、CPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど)で構成されているものを想定しているが、信号処理器20がコンピュータで構成されていてもよい。 信号処理器20がコンピュータで構成されている場合、パルス圧縮処理部11−1,11−2、パルスヒット間積分処理部12−1,12−2、ピーク検出処理部13−1,13−2、測角処理部21及び静止物判定処理部22の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

パルス圧縮処理部11−1はパルス信号生成部1により生成されたパルス信号を用いて、AD変換部9−1から出力された受信信号をパルス圧縮する処理を実施する。 パルスヒット間積分処理部12−1はパルス圧縮処理部11−1によるパルス圧縮後の受信信号をパルスヒット毎に積分することで、距離とドップラ周波数の対応関係を示すレンジドップラマップを生成する処理を実施する。 なお、パルス圧縮処理部11−1及びパルスヒット間積分処理部12−1からレンジドップラマップ生成手段が構成されている。 ピーク検出処理部13−1はパルスヒット間積分処理部12−1により生成されたレンジドップラマップの中で、信号電力が閾値以上のピークを検出する処理を実施する。なお、ピーク検出処理部13−1はピーク検出手段を構成している。

パルス圧縮処理部11−2はパルス信号生成部1により生成されたパルス信号を用いて、AD変換部9−2から出力された受信信号をパルス圧縮する処理を実施する。 パルスヒット間積分処理部12−2はパルス圧縮処理部11−2によるパルス圧縮後の受信信号をパルスヒット毎に積分することで、距離とドップラ周波数の対応関係を示すレンジドップラマップを生成する処理を実施する。 なお、パルス圧縮処理部11−2及びパルスヒット間積分処理部12−2からレンジドップラマップ生成手段が構成されている。 ピーク検出処理部13−2はパルスヒット間積分処理部12−2により生成されたレンジドップラマップの中で、信号電力が閾値以上のピークを検出する処理を実施する。なお、ピーク検出処理部13−2はピーク検出手段を構成している。

測角処理部21はピーク検出処理部13−1により検出されたピークとピーク検出処理部13−2により検出されたピークとの位相差を用いて、アンテナ6−1,6−2に対する散乱波の入射角度を測角する処理を実施する。なお、測角処理部21は測角手段を構成している。 静止物判定処理部22はピーク検出処理部13−1,13−2により検出されたピークに対応する距離及びドップラ周波数が、測角処理部21により測角された入射角度から求められる距離及びドップラ周波数と一致しているか否かを判定し、距離又はドップラ周波数が一致していれば、上記ピークに係る物体が静止物であると認定する処理を実施する。なお、静止物判定処理部22は静止物判定手段を構成している。

この実施の形態3では、パルス信号生成部1及び基準信号生成部2以外の各種処理部を2系統備えているものを示しているが、3系統以上備えるようにしてもよい。

次に動作について説明する。 まず、パルス信号生成部1は、上記実施の形態1と同様に、パルス信号をPRIで繰り返し生成する。 また、基準信号生成部2は、所定の連続波形を有する基準信号を生成する。

送信周波数変換部3−1は、パルス信号生成部1がパルス信号を生成すると、図1の送信周波数変換部3と同様に、そのパルス信号と基準信号生成部2により生成された基準信号を乗算することで、そのパルス信号の周波数をIF帯からRF帯に変換し、RF帯のパルス信号を送信増幅部4−1に出力する。 送信増幅部4−1は、送信周波数変換部3−1からRF帯のパルス信号を受けると、図1の送信増幅部4と同様に、そのパルス信号を増幅し、増幅後のRF帯のパルス信号をサーキュレータ5−1に出力する。

サーキュレータ5−1は、送信増幅部4−1から増幅後のRF帯のパルス信号を受けると、図1のサーキュレータ5と同様に、そのパルス信号を送受信アンテナ6−1に出力する。 これにより、送受信アンテナ6−1からRF帯のパルス信号が空間に放射される。空間に放射されたパルス信号の一部は目標に反射され、目標に反射されたパルス信号の散乱波が送受信アンテナ6−1に受信される。 サーキュレータ5−1は、送受信アンテナ6−1の受信信号を受信増幅部7−1に出力する。

受信増幅部7−1は、サーキュレータ5−1から送受信アンテナ6−1の受信信号を受けると、図1の受信増幅部7と同様に、その受信信号を増幅し、増幅後の受信信号を受信周波数変換部8−1に出力する。 受信周波数変換部8−1は、受信増幅部7−1から増幅後の受信信号を受けると、図1の受信周波数変換部8と同様に、その受信信号の周波数をRF帯からIF帯に変換し、IF帯の受信信号をAD変換部9−1に出力する。 AD変換部9−1は、受信周波数変換部8−1からIF帯の受信信号を受けると、図1のAD変換部9と同様に、その受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。

送信周波数変換部3−2は、パルス信号生成部1がパルス信号を生成すると、図1の送信周波数変換部3と同様に、そのパルス信号と基準信号生成部2により生成された基準信号を乗算することで、そのパルス信号の周波数をIF帯からRF帯に変換し、RF帯のパルス信号を送信増幅部4−2に出力する。 送信増幅部4−2は、送信周波数変換部3−2からRF帯のパルス信号を受けると、図1の送信増幅部4と同様に、そのパルス信号を増幅し、増幅後のRF帯のパルス信号をサーキュレータ5−2に出力する。

サーキュレータ5−2は、送信増幅部4−2から増幅後のRF帯のパルス信号を受けると、図1のサーキュレータ5と同様に、そのパルス信号を送受信アンテナ6−2に出力する。 これにより、送受信アンテナ6−2からRF帯のパルス信号が空間に放射される。空間に放射されたパルス信号の一部は目標に反射され、目標に反射されたパルス信号の散乱波が送受信アンテナ6−2に受信される。 サーキュレータ5−2は、送受信アンテナ6−2の受信信号を受信増幅部7−2に出力する。

受信増幅部7−2は、サーキュレータ5−2から送受信アンテナ6−2の受信信号を受けると、図1の受信増幅部7と同様に、その受信信号を増幅し、増幅後の受信信号を受信周波数変換部8−2に出力する。 受信周波数変換部8−2は、受信増幅部7−2から増幅後の受信信号を受けると、図1の受信周波数変換部8と同様に、その受信信号の周波数をRF帯からIF帯に変換し、IF帯の受信信号をAD変換部9−2に出力する。 AD変換部9−2は、受信周波数変換部8−2からIF帯の受信信号を受けると、図1のAD変換部9と同様に、その受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する。

信号処理器20は、AD変換部9−1,9−2からディジタルの受信信号を受けると、その受信信号を解析して、近傍に存在している物体が移動物であるのか、静止物であるのかを判別する。 以下、信号処理器20の処理内容を具体的に説明する。 信号処理器20のパルス圧縮処理部11−1は、AD変換部9−1からディジタルの受信信号を受けると、図1のパルス圧縮処理部11と同様に、パルス信号生成部1により生成されたパルス信号を用いて、その受信信号をパルス圧縮する処理(相関処理)を実施する。 信号処理器20のパルス圧縮処理部11−2は、AD変換部9−2からディジタルの受信信号を受けると、図1のパルス圧縮処理部11と同様に、パルス信号生成部1により生成されたパルス信号を用いて、その受信信号をパルス圧縮する処理(相関処理)を実施する。

信号処理器20のパルスヒット間積分処理部12−1は、パルス圧縮処理部11−1からパルス圧縮後の受信信号を受けると、図1のパルスヒット間積分処理部12と同様に、パルス圧縮後の受信信号をパルスヒット方向にFFT、あるいは、DFTを実施して、その変換結果の絶対値の二乗を取ることで、距離とドップラ周波数の対応関係を示すレンジドップラマップを生成する。 信号処理器20のパルスヒット間積分処理部12−2は、パルス圧縮処理部11−2からパルス圧縮後の受信信号を受けると、図1のパルスヒット間積分処理部12と同様に、パルス圧縮後の受信信号をパルスヒット方向にFFT、あるいは、DFTを実施して、その変換結果の絶対値の二乗を取ることで、距離とドップラ周波数の対応関係を示すレンジドップラマップを生成する。 この実施の形態3では、上記実施の形態1と異なり、距離又はドップラ周波数のいずれかにアンビギュイティが存在しているものとする。

信号処理器20のピーク検出処理部13−1は、パルスヒット間積分処理部12−1がレンジドップラマップを生成すると、図1のピーク検出処理部13と同様に、そのレンジドップラマップの中で、信号電力が所定の閾値以上のピークを検出する。 信号処理器20のピーク検出処理部13−2は、パルスヒット間積分処理部12−2がレンジドップラマップを生成すると、図1のピーク検出処理部13と同様に、そのレンジドップラマップの中で、信号電力が所定の閾値以上のピークを検出する。

信号処理器20の測角処理部21は、ピーク検出処理部13−1により検出されたピークとピーク検出処理部13−2により検出されたピークとの位相差を用いて、アンテナ6−1,6−2に対する散乱波の入射角度θを測角する。測角方式としては、例えば、位相差測角方式や、モノパルス測角方式などがある。また、MUSIC(Multiple Signal Classification)などの高分解能法を適用するようにしてもよい。 ピーク検出処理部13−1,13−2により検出されたピークが、ガードレール等の静止物に反射された信号に係る場合、測角処理部21により測角された入射角度θと、そのピークに対応する距離R及びドップラ周波数f_dとの間には、下記の式(8)(9)の関係が成立する。

信号処理器20の静止物判定処理部22は、測角処理部21がアンテナ6−1,6−2に対する散乱波の入射角度θを測角すると、その入射角度θを式(8)に代入して距離Rを算出するとともに、その入射角度θを式(9)に代入してドップラ周波数f_dを算出する。 そして、静止物判定処理部22は、ピーク検出処理部13−1,13−2により検出されたピークに対応する距離R及びドップラ周波数f_dと、式(8)(9)より算出した距離R及びドップラ周波数f_dとが一致しているか否かを判定し、距離R又はドップラ周波数f_dのいずれかが一致していれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定する。 距離R及びドップラ周波数f_dのいずれも一致していなければ、そのピークに係る物体は移動物であると認定する。

以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、ピーク検出処理部13−1により検出されたピークとピーク検出処理部13−2により検出されたピークとを用いて、アンテナ6−1,6−2に対する散乱波の入射角度θを測角する測角処理部21を設け、静止物判定処理部22が、ピーク検出処理部13−1,13−2により検出されたピークに対応する距離R及びドップラ周波数f_dが、測角処理部21により測角された入射角度θから求められる距離R及びドップラ周波数f_dと一致しているか否かを判定し、距離R又はドップラ周波数f_dが一致していれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定するように構成したので、距離R又はドップラ周波数f_dのいずれかにアンビギュイティが存在している場合でも、ピークに係る物体が静止物であるか否かを正確に判定することができる効果を奏する。

実施の形態4. 図5はこの発明の実施の形態4によるレーダ装置を示す構成図であり、図5のレーダ装置はFMCW方式のレーダ装置である。 この実施の形態4では、送信アンテナが1個、受信アンテナが2個の構成について説明するが、送信アンテナが2個以上、受信アンテナが3個以上の構成であってもよい。 図において、三角波発生部31は一定の周波数幅で周波数が線形に増減する三角波の送信信号を生成する信号源である。なお、三角波発生部31は送信信号生成手段を構成している。 分配処理部32は三角波発生部31により生成された送信信号を送信アンテナ33及びミキサ35−1,35−2に分配する処理を実施する。 送信アンテナ33は分配処理部32により分配された送信信号を空間に放射する機器である。なお、分配処理部32及び送信アンテナ33から信号送信手段が構成されている。

受信アンテナ34−1,34−2は送信アンテナ33から放射されたのち、目標に反射されて戻ってきた送信信号の散乱波を受信する機器である。なお、受信アンテナ34−1,34−2は信号受信手段を構成している。 ミキサ35−1,35−2は分配処理部32により分配された送信信号と受信アンテナ34−1,34−2の受信信号を混合して、その混合信号であるビート信号(送信信号と受信信号の周波数差の正弦波信号)を生成する処理を実施する。なお、ミキサ35−1,35−2はビート信号生成手段を構成している。

フィルタ36−1,36−2はミキサ35−1,35−2により生成されたビート信号に重畳されているノイズ成分等を除去するなどの処理を実施する。 図5の例では、フィルタ36−1,36−2を実装しているが、フィルタ36−1,36−2については必ずしも実装していなくてもよい。 A/D変換部37−1,37−2はフィルタ36−1,36−2から出力されたビート信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する処理を実施する。

信号処理器40はAD変換部37−1,37−2から出力されたディジタルのビート信号を解析して、近傍に存在している物体が移動物であるのか、静止物であるのかを判別する処理を実施する。 図5の例では、信号処理器40の構成要素であるフーリエ変換部41−1,41−2、ピーク検出処理部42−1,42−2、測角処理部43及び静止物判定処理部44のそれぞれが専用のハードウェア(例えば、CPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど)で構成されているものを想定しているが、信号処理器40がコンピュータで構成されていてもよい。 信号処理器40がコンピュータで構成されている場合、フーリエ変換部41−1,41−2、ピーク検出処理部42−1,42−2、測角処理部43及び静止物判定処理部44の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

フーリエ変換部41−1,41−2はAD変換部37−1,37−2から出力されたディジタルのビート信号のフーリエ変換を実施することで、そのビート信号のビートスペクトルを算出する処理を実施する。なお、フーリエ変換部41−1,41−2はビートスペクトル算出手段を構成している。 ピーク検出処理部42−1,42−2はフーリエ変換部41−1,41−2により算出されたビートスペクトルのピークを検出する処理を実施する。なお、ピーク検出処理部42−1,42−2はピーク検出手段を構成している。

測角処理部43はピーク検出処理部42−1により検出されたピークとピーク検出処理部42−2により検出されたピークとの位相差を用いて、受信アンテナ34−1,34−2に対する散乱波の入射角度を測角する処理を実施する。なお、測角処理部43は測角手段を構成している。 静止物判定処理部44は測角処理部43により測角された入射角度を用いて、ピーク検出処理部42−1,42−2により検出されたピークに係る物体が静止物であるか否かを判定する処理を実施する。 即ち、静止物判定処理部44は測角処理部43により測角された入射角度と、ピーク検出処理部42−1,42−2により検出されたピークのビート周波数から求まる散乱波の入射角度との差分が所定値以内であるか否かを判定し、その差分が所定値以内であれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定する処理を実施する。なお、静止物判定処理部44は静止物判定手段を構成している。

次に動作について説明する。 まず、三角波発生部31は、一定の周波数幅で周波数が線形に増減する三角波の送信信号を生成する(図9を参照)。 分配処理部32は、三角波発生部31が送信信号を生成すると、その送信信号を送信アンテナ33及びミキサ35−1,35−2に分配する。 送信アンテナ33は、分配処理部32により分配された送信信号を受けると、その送信信号を空間に放射する。 送信アンテナ33により空間に放射された送信信号の一部は目標に反射され、目標に反射された送信信号の散乱波が受信アンテナ34−1,34−2に受信される。

ミキサ35−1は、分配処理部32により分配された送信信号と受信アンテナ34−1の受信信号を混合して、その混合信号であるビート信号(送信信号と受信信号の周波数差の正弦波信号)を生成し、そのビート信号をフィルタ36−1を介してA/D変換部37−1に出力する。 ミキサ35−2は、分配処理部32により分配された送信信号と受信アンテナ34−2の受信信号を混合して、その混合信号であるビート信号を生成し、そのビート信号をフィルタ36−2を介してA/D変換部37−2に出力する。

A/D変換部37−1は、フィルタ36−1からビート信号を受けると、そのビート信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタルのビート信号を信号処理器40のフーリエ変換部41−1に出力する。 A/D変換部37−2は、フィルタ36−2からビート信号を受けると、そのビート信号をアナログ信号からディジタル信号に変換し、ディジタルのビート信号を信号処理器40のフーリエ変換部41−2に出力する。

信号処理器40のフーリエ変換部41−1は、AD変換部37−1からディジタルのビート信号を受けると、そのビート信号のフーリエ変換を実施することで、そのビート信号のビートスペクトルを算出する。 信号処理器40のフーリエ変換部41−2は、AD変換部37−2からディジタルのビート信号を受けると、そのビート信号のフーリエ変換を実施することで、そのビート信号のビートスペクトルを算出する。

信号処理器40のピーク検出処理部42−1は、フーリエ変換部41−1がビートスペクトルを算出すると、そのビートスペクトルのピークを検出する。即ち、そのビートスペクトルの絶対値の二乗を計算し、その計算結果が所定の閾値を超えるビートスペクトルの振幅・位相をピークとして検出する。 信号処理器40のピーク検出処理部42−2は、フーリエ変換部41−2がビートスペクトルを算出すると、そのビートスペクトルのピークを検出する。即ち、そのビートスペクトルの絶対値の二乗を計算し、その計算結果が所定の閾値を超えるビートスペクトルの振幅・位相をピークとして検出する。

信号処理器40の測角処理部43は、ピーク検出処理部41−1により検出されたピークとピーク検出処理部41−2により検出されたピークとの位相差を用いて、受信アンテナ34−1,34−2に対する散乱波の入射角度θを測角する。測角方式としては、例えば、位相差測角方式や、モノパルス測角方式などがある。また、MUSICなどの高分解能法を適用するようにしてもよい。

信号処理器40の静止物判定処理部44は、測角処理部43が入射角度θを測角すると、その入射角度θを用いて、ピーク検出処理部42−1,42−2により検出されたピークに係る物体が静止物であるか否かを判定する。 即ち、静止物判定処理部44は、測角処理部43により測角された入射角度θと、ピーク検出処理部42−1,42−2により検出されたピークのビート周波数から求まる散乱波の入射角度φとの差分が所定値以内であるか否かを判定し、その差分が所定値以内であれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定する。

以下、静止物判定処理部44の処理内容を具体的に説明する。 図6は静止物判定処理部44の処理内容を示すフローチャートである。 ここでは、自車両と静止物(ガードレール)との位置関係が図3の通りであるとすると、位置(x,y)に存在している静止物に対するビート周波数(アップチャープ時のビート周波数f_up、ダウンチャープ時のビート周波数f_down)は、下記の式(10)(11)のように表される。

式(10)(11)より、自車両の速度V_aと、静止物までの垂直距離xとが得られれば、ピーク検出処理部42−1,42−2によりn番目に検出されたピークのビート周波数f_{up_n},f_{down_n}に対応する平行距離y_nを求めることができる。自車両の速度V_aについては、例えば、自車両に搭載されている速度計から得ることができる。また、静止物までの垂直距離xについては、上記実施の形態1で記述している垂直距離xの特定方法1,2で得ることができる。

上記に加えて、以下のようにして、垂直距離xを推定するようにしてもよい。垂直距離xの位置にある静止物のドップラ周波数は0であるため、式(10)(11)のビート周波数の絶対値は一致する。よって、式(10)(11)のビート周波数の絶対値が一致するピーク、あるいは、式(10)(11)のビート周波数の絶対値の差が小さい(例えば、ビート周波数の分解能=1/T以下に設定する)ピークを静止物とする方法も考えられる。

そこで、静止物判定処理部44は、自車両の速度V_aと静止物までの垂直距離xを取得し(ステップST1)、自車両の速度V_aと静止物までの垂直距離xを式(10)(11)に代入して、n番目(n=1,2,・・・,N)に検出されたピークのビート周波数f_{up_n},f_{down_n}に対応する平行距離y_nを算出する(ステップST2)。

なお、ビート周波数f_{up_n},f_{down_n}、自車両の速度V_a及び静止物までの垂直距離xが与えられたとき、式(10)(11)は、yに関する4次方程式となるため、4次方程式を解くことで、ビート周波数f_{up_n},f_{down_n}に対応する平行距離y_nを算出することができるが、4次方程式の解法としては、例えば、フェラーリの方法等が知られており、直接求めることが可能である。

静止物判定処理部44は、n番目に検出されたピークのビート周波数f_{up_n},f_{down_n}に対応する平行距離y_nを算出すると、下記の式(12)に示すように、平行距離y_nを用いて、位置(x,y)に存在している静止物から反射されて、受信アンテナ34−1,34−2に入射される散乱波の入射角度φ_nを算出する(ステップST3)。

ここでは、式(12)を用いて、散乱波の入射角度φ_nを算出しているが、yを少しずつ変化させて(例えば、挿引帯域幅Bの逆数をステップとして変化させる)、ビート周波数f_up,f_down及び入射角度φを計算し、yを変化させながら計算したビート周波数f_up,f_downの中で、ピーク検出処理部41−1,41−2により検出されたピークのビート周波数に最も近いビート周波数f_up,f_downに対応する入射角度φをφ_nとする方法もある。

静止物判定処理部44は、散乱波の入射角度φ_nを算出すると、下記の式(13)に示すように、その入射角度φ_nと測角処理部43により測角された入射角度θ_n(n番目に検出された各ピークの位相差から測角された入射角度θ)との差分Difを算出する(ステップST4)。 Dif=|θ_n−φ_n| (13)

また、角度の代わりに、ビートスペクトル信号の位相差を用いて、静止物の判定を行ってもよい。即ち、受信アンテナ34−1,34−2のビートスペクトルのn番目の信号のx_1,n,x_2,nの位相差ξ_nを以下のように算出する。 Z_n=(x_1,n)×(x_2,n)^* ξ_n=tan⁻¹(Im[Z_n]/Re[Z_n]) ただし、*は複素共役、Im[・]は虚部を計算する操作、Re[・]は実部を計算する操作を示している。 位置(x,y)に存在している静止物から反射されて、受信アンテナ34−1,34−2に入射される散乱波の入射角度φ_nから位相差δ_nを以下のように算出し、θ_n,φ_nの代わりに、それぞれξ_n,δ_nを用いるような構成にしてもよい。 δ_n=−2π/λ×d×sin(θ_n) ただし、λは送信信号の波長、dは受信アンテナの間隔である。

静止物判定処理部44は、入射角度φ_nと入射角度θ_nの差分Difを算出すると、その差分Difと予め設定されている閾値εを比較し、その差分Difが閾値εより小さければ(ステップST5)、n番目に検出されたピークに係る物体が静止物であると認定する(ステップST6)。 一方、その差分Difが閾値ε以上であれば(ステップST5)、n番目に検出されたピークに係る物体が移動物であると認定する(ステップST7)。 ここでは、n番目に検出されたピークに係る物体が静止物であるのか、移動物であるのかを判別するものを示したが、ピーク検出処理部42−1,42−2によりN個のピークが検出されている場合、N個のピークについて、同様の処理を実施することで、静止物であるのか、移動物であるのかを判別する。

以上で明らかなように、この実施の形態4によれば、ピーク検出処理部41−1により検出されたピークとピーク検出処理部41−2により検出されたピークとの位相差を用いて、受信アンテナ34−1,34−2に対する散乱波の入射角度θを測角する測角処理部43を設け、静止物判定処理部44が、測角処理部43により測角された入射角度θと、ピーク検出処理部42−1,42−2により検出されたピークのビート周波数から求まる散乱波の入射角度φとの差分が所定値以内であるか否かを判定し、その差分が所定値以内であれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定するように構成したので、FMCW方式のレーダの場合でも、上記実施の形態1と同様に、検出されるピークの数が増えても、少ない演算量で、ピークに係る物体が静止物であるか否かを正確に判定することができる効果を奏する。

実施の形態5. 上記実施の形態4では、静止物判定処理部44が、測角処理部43により測角された入射角度θと、ピーク検出処理部42−1,42−2により検出されたピークのビート周波数から求まる散乱波の入射角度φとの差分が所定値以内であるか否かを判定し、その差分が所定値以内であれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定するものを示したが、ピーク検出処理部41−1,41−2により検出されたピークのビート周波数f_up,f_downと、測角処理部43により測角された入射角度θから求まるビート周波数との差分が所定値以内であるか否かを判定し、その差分が所定値以内であれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定するようにしてもよい。

以下、静止物判定処理部44の処理内容を具体的に説明する。 図7は静止物判定処理部44の処理内容を示すフローチャートである。 静止物判定処理部44は、測角処理部43がn番目(n=1,2,・・・,N)に検出されたピークを用いて、散乱波の入射角度θ_nを測角すると、自車両の速度V_aと静止物までの垂直距離xを取得し(ステップST11)、下記の式(14)(15)に示すように、自車両の速度V_a,静止物までの垂直距離x及び入射角度θ_nを用いて、n番目に検出されたピークのビート周波数f_{up_n_g},f_{down_n_g}を算出する(ステップST12)。

静止物判定処理部44は、入射角度θ_n等を用いて、n番目に検出されたピークのビート周波数f_{up_n_g},f_{down_n_g}を算出すると、下記の式(16)(17)に示すように、そのビート周波数f_{up_n_g}とピーク検出処理部41−1,41−2によりn番目に検出されたピークのビート周波数f_{up_n}との差分Dif_upを算出するとともに、そのビート周波数f_{down_n_g}とピーク検出処理部41−1,41−2によりn番目に検出されたピークのビート周波数f_{down_n}との差分Dif_downを算出する(ステップST13)。 Dif_up=|f_{up_n}−f_{up_n_g}| (16) Dif_down=|f_{down_n}−f_{down_n_g}| (17)

静止物判定処理部44は、差分Dif_up,Dif_downを算出すると、アップチャープ時であれば、その差分Dif_upと予め設定されている閾値Δfを比較し、ダウンチャープ時であれば、その差分Dif_downと閾値Δfを比較する。 静止物判定処理部44は、アップチャープ時において、その差分Dif_upが閾値Δfより小さければ(ステップST14)、n番目に検出されたピークに係る物体が静止物であると認定し(ステップST15)、その差分Dif_upが閾値Δf以上であれば(ステップST14)、n番目に検出されたピークに係る物体が移動物であると認定する(ステップST16)。 ダウンチャープ時において、その差分Dif_downが閾値Δfより小さければ(ステップST14)、n番目に検出されたピークに係る物体が静止物であると認定し(ステップST15)、その差分Dif_downが閾値Δf以上であれば(ステップST14)、n番目に検出されたピークに係る物体が移動物であると認定する(ステップST16)。

ここでは、n番目に検出されたピークに係る物体が静止物であるのか、移動物であるのかを判別するものを示したが、ピーク検出処理部42−1,42−2によりN個のピークが検出されている場合、N個のピークについて、同様の処理を実施することで、静止物であるのか、移動物であるのかを判別する。

以上で明らかなように、この実施の形態5によれば、ピーク検出処理部41−1により検出されたピークとピーク検出処理部41−2により検出されたピークとの位相差を用いて、受信アンテナ34−1,34−2に対する散乱波の入射角度θを測角する測角処理部43を設け、静止物判定処理部44が、ピーク検出処理部41−1,41−2により検出されたピークのビート周波数f_{up_n},f_{down_n}と、測角処理部43により測角された入射角度θから求まるビート周波数f_{up_n_g},f_{down_n_g}との差分が所定値以内であるか否かを判定し、その差分が所定値以内であれば、そのピークに係る物体が静止物であると認定するように構成したので、FMCW方式のレーダの場合でも、上記実施の形態1と同様に、検出されるピークの数が増えても、少ない演算量で、ピークに係る物体が静止物であるか否かを正確に判定することができる効果を奏する。また、アップチャープとダウンチャープを別々に処理することが可能になる。

なお、この実施の形態5では、静止物までの垂直距離xを式(14)(15)に代入して、n番目に検出されたピークのビート周波数f_{up_n_g},f_{down_n_g}を算出するものを示したが、静止物までの垂直距離xが未知である場合には、ピーク検出処理部41−1,41−2によりn番目に検出されたピークのビート周波数f_{up_n},f_{down_n}及び測角処理部43により測角された入射角度θ_nを式(14)(15)に代入して、静止物までの垂直距離xを算出するようにしてもよい。

実施の形態6. 図8はこの発明の実施の形態6によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図5と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。 信号処理器50はAD変換部37−1,37−2から出力されたディジタルのビート信号を解析して、近傍に存在している物体が移動物であるのか、静止物であるのかを判別する処理を実施する。 図8の例では、信号処理器50の構成要素であるフーリエ変換部41−1,41−2、側方静止物方向ヌルビーム形成処理部51、ピーク検出処理部42−1,42−2、測角処理部43及び静止物判定処理部44のそれぞれが専用のハードウェア(例えば、CPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど)で構成されているものを想定しているが、信号処理器50がコンピュータで構成されていてもよい。 信号処理器50がコンピュータで構成されている場合、フーリエ変換部41−1,41−2、側方静止物方向ヌルビーム形成処理部51、ピーク検出処理部42−1,42−2、測角処理部43及び静止物判定処理部44の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

側方静止物方向ヌルビーム形成処理部51はフーリエ変換部41−1,41−2により算出されたビートスペクトルを用いて、静止物の角度方向を算出し、その角度方向にヌルビームを形成する処理を実施する。なお、側方静止物方向ヌルビーム形成処理部51はヌルビーム形成手段を構成している。

次に動作について説明する。 側方静止物方向ヌルビーム形成処理部51をピーク検出処理部42−1,42−2の前段に実装している点以外は、上記実施の形態5と同様であるため、ここでは、側方静止物方向ヌルビーム形成処理部51の処理内容だけを説明する。

側方静止物方向ヌルビーム形成処理部51は、上記の式(10)〜(12)を用いて、アップチャープ時のビート周波数f_{up_m}毎に、位置(x,y)に存在している静止物から反射されて、受信アンテナ34−1,34−2に入射される散乱波の入射角度φ_mを算出する。

側方静止物方向ヌルビーム形成処理部51は、散乱波の入射角度φ_mを算出すると、下記の式(18)に示すように、2つの受信アンテナ34−1,34−2間の位相差を加えることで、位置(x,y)に存在している静止物の方向にヌルビームb_{up_1_m}を形成する。 式(18)において、s_{1_up_m}は受信アンテナ34−1におけるアップチャープ時のm番目のビートスペクトルの複素信号、s_{2_up_m}は受信アンテナ34−2におけるアップチャープ時のm番目のビートスペクトルの複素信号である。 また、λは送信波長、dは受信アンテナ34−1と受信アンテナ34−2の素子間隔である。

ここでは、式(18)のように、静止物の方向にヌルビームb_{up_1_m}を形成するものを示したが、さらに、下記の式(19)に示すようなビームb_{up_2_m}を形成することで、位相差測角や、モノパルス測角が可能になる。

以上で明らかなように、この実施の形態6によれば、フーリエ変換部41−1,41−2により算出されたビートスペクトルを用いて、静止物の角度方向を算出し、その角度方向にヌルビームを形成する側方静止物方向ヌルビーム形成処理部51をピーク検出処理部42−1,42−2の前段に実装するように構成したので、静止物判定処理部44における移動物の検出が容易になる効果がある。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

この発明に係るレーダ装置は、例えば、移動体との衝突防止機能や、前方の車両と一定の距離間隔で追従走行する機能を有する制御装置に組み込まれるものに適している。

1 パルス信号生成部(パルス信号生成手段)、2 基準信号生成部(送受信手段)、3,3−1,3−2 送信周波数変換部(送受信手段)、4,4−1,4−2 送信増幅部(送受信手段)、5,5−1,5−2 サーキュレータ(送受信手段)、6,6−1,6−2 送受信アンテナ(送受信手段)、7,7−1,7−2 受信増幅部(送受信手段)、8,8−1,8−2 受信周波数変換部(送受信手段)、9,9−1,9−2 AD変換部(送受信手段)、10 信号処理器、11 パルス圧縮処理部(レンジドップラマップ生成手段)、12 パルスヒット間積分処理部(レンジドップラマップ生成手段)、13 ピーク検出処理部(ピーク検出手段)、14 静止物判定処理部(静止物判定手段)、20 信号処理器、21 測角処理部(測角手段),22 静止物判定処理部(静止物判定手段)、31 三角波発生部(送信信号生成手段)、32 分配処理部(信号送信手段)、33 送信アンテナ(信号送信手段)、34−1,34−2 受信アンテナ(信号受信手段)、35−1,35−2 ミキサ(ビート信号生成手段)、36−1,36−2 フィルタ、37−1,37−2 A/D変換部、40 信号処理器、41−1,41−2 フーリエ変換部(ビートスペクトル算出手段)、42−1,42−2 ピーク検出処理部(ピーク検出手段)、43 測角処理部(測角手段)、44 静止物判定処理部(静止物判定手段)、50 信号処理器、51 側方静止物方向ヌルビーム形成処理部(ヌルビーム形成手段)。