レーダ装置
【課題】安定した相関追尾が可能なレーダ装置を提供する。
【解決手段】ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器20と、送受信器からの信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングし、速度範囲毎の速度ヒストグラムの度数に基づき自速度を抽出し、自速度を含む速度グループ内でレンジを分割し、分割レンジ毎にクロスレンジのヒストグラムを算出し、算出されたヒストグラムの度数が最大のクロスレンジ位置を算出し、分割レンジ毎に抽出された度数が最大のクロスレンジ位置を用いて曲線フィッティングして反射点の曲線を抽出する速度グルーピング部36と、速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部37を備える。
【解決手段】ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器20と、送受信器からの信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングし、速度範囲毎の速度ヒストグラムの度数に基づき自速度を抽出し、自速度を含む速度グループ内でレンジを分割し、分割レンジ毎にクロスレンジのヒストグラムを算出し、算出されたヒストグラムの度数が最大のクロスレンジ位置を算出し、分割レンジ毎に抽出された度数が最大のクロスレンジ位置を用いて曲線フィッティングして反射点の曲線を抽出する速度グルーピング部36と、速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部37を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式などにより車両の速度を観測するレーダ装置に関し、特に相関追尾を実施する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路を走行する車両をレーダ装置で観測する場合の簡易なレーダ方式としてＦＭＣＷ方式が知られている（例えば、非特許文献１参照）。このＦＭＣＷ方式のレーダ装置で車両を観測する場合、他車両や背景等といった複雑かつ多数の反射点が存在する環境で、目標車両を検出して相関追尾することになる。このような環境下において、アンテナビーム幅が広く、ＦＭＣＷ方式によるビート周波数軸の分解能が低い場合には、角度軸でも周波数軸でもメインローブの中に複数の反射点が存在し、振幅・位相によるベクトル合成により受信が乱れる。このため、目標を検出できなかったり、目標を検出できたとしても位置精度が低く、相関追尾によっても安定した位置が検知できないという問題がある。
【０００３】
図１１は、従来のレーダ装置の構成を示す系統図であり、図１２は、このレーダ装置の動作を示すフローチャートである。このレーダ装置は、アンテナ１０、送受信器２０および信号処理器３０を備えている。以下、このレーダ装置の動作を、追尾処理を中心に説明する。レーダ装置においては、まず、送受信データが入力される（ステップＳ１０１）。すなわち、送受信器２０の内部の送信器２１でスイープされた信号は、アンテナ送信素子１１で電波に変換されて送信される。これに応じて、複数のアンテナ受信素子１２で受信された信号は、複数のミキサ２２によりそれぞれ周波数変換されて、信号処理器３０に送られる。信号処理器３０では、送受信器２０からの信号がＡＤ変換器３１でデジタル信号に変換され、素子信号としてＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部３２に送られる。
【０００４】
ＦＦＴ部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換して周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ（Digital Beam Forming：デジタルビーム形成）部３３に送る。ＤＢＦ部３３は、ＦＦＴ部３２から送られてくる周波数軸の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。このＤＢＦ部３３で形成されたΣビームは測距・測速部３４に送られ、Δビームは測角部３５に送られる。
【０００５】
次いで、距離および速度が算出される（ステップＳ１０２）。すなわち、測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３からのΣビームを用いて距離および速度を算出し、相関追尾部３７に送る。次いで、角度が算出される（ステップＳ１０３）。すなわち、測角部３５は、ＤＢＦ部３３から測距・測速部３４を経由して送られてくるΣビームおよびＤＢＦ部３３から送られてくるΔビームを用いて測角を行い、得られた角度を相関追尾部３７に送る。次いで、相関追尾が行われる（ステップＳ１０４）。
【０００６】
すなわち、相関追尾部３７は、相関追尾処理を行って目標の位置および速度を算出し、外部に出力する。その後、サイクルが終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、サイクルが終了していないことが判断されると、次のサイクルを処理対象とするための処理が行われる（ステップＳ１０６）。その後、ステップＳ１０１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ１０５において、サイクルが終了したことが判断されると、このレーダ装置の追尾処理は終了する。
【０００７】
ところで、上述した従来のレーダ装置において、レーダ反射点は、図１３に示すように、移動している車両１０１の他、ガードレール１０２、路肩１０３および停止している車両１０４等に混在する。一般に、相関追尾においては、図１４に示すように、平滑値から予測値を求め、この予測値と、ＮＮ（Nearest Neighbor）観測値とから新たな平滑値を求めて次の予測値を算出するという処理が行われる。しかし、これらは観測位置を元に実施されるため、背景の反射も含む多数の反射点の中で、車両目標を誤認して追尾する可能性があり、また、追尾可能目標数を超えるために、安定した相関追尾ができない場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】吉田孝監修、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.274-275(1996)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のレーダ装置では、上述したように、他車両や背景等の複雑かつ多数の反射点が存在する環境下において、アンテナビーム幅が広く、ＦＭＣＷ方式によるビート周波数軸の分解能が低い場合には、角度軸でも周波数軸でもメインローブの中に複数の反射点が存在し、振幅・位相によるベクトル合成により受信が乱れるため、目標を検出できなかったり、目標を検出できたとしても位置精度が低く、相関追尾によっても安定した位置を検知できないという問題がある。
【００１０】
本発明の課題は、安定した相関追尾を実現できるレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器と、前記送受信器からの信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングし、速度範囲毎の速度ヒストグラムの度数に基づき自速度を抽出し、自速度を含む速度グループ内でレンジを分割し、分割レンジ毎にクロスレンジのヒストグラムを算出し、算出されたヒストグラムの度数が最大のクロスレンジ位置を算出し、分割レンジ毎に抽出された度数が最大のクロスレンジ位置を用いて曲線フィッティングして反射点の曲線を抽出する速度グルーピング部と、前記速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複雑な背景下においても、ガードレールや路肩等の曲線を抽出し、不要な反射点を抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。
【００１３】
すなわち、本発明によれば、速度グルーピングにより自速度を抽出し、レンジを分割し、各々の分割レンジ毎にヒストグラムの度数が最大となるクロスレンジ位置を算出し、フィッティング曲線を算出することで、路肩を結ぶ曲線が抽出できる。このため、路肩より外側の反射点は不要な反射点として抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる自速度抽出を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる路肩検出を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる事象を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。
【図８】本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。
【図９】本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。
【図１１】従来のレーダ装置の構成を示す系統図である。
【図１２】従来のレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。
【図１３】従来のレーダ装置の問題点を説明するための図である。
【図１４】従来のレーダ装置の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示す系統図である。このレーダ装置は、アンテナ１０、送受信器２０および信号処理器３０を備えている。
【００１７】
アンテナ１０は、アンテナ送信素子１１と複数のアンテナ受信素子１２とから構成されている。アンテナ送信素子１１は、送受信器２０から電気信号として送られてくる送信信号を電波に変換して外部に送出する。複数のアンテナ受信素子１２は、外部からの電波を受信して電気信号に変換し、受信信号として送受信器２０に送る。
【００１８】
送受信器２０は、送信器２１と複数のミキサ２２を備えており、複数のミキサ２２は、複数のアンテナ受信素子１２にそれぞれ対応して設けられている。一般的なアップチャープとダウンチャープ送信信号を用いたＦＭＣＷ方式の場合は、送信器２１でスイープした送信信号を生成し、アンテナ送信素子１１および複数のミキサ２２に送る。複数のミキサ２２は、複数のアンテナ受信素子１２からそれぞれ受け取った受信信号を、送信器２１からの信号に応じて周波数変換し、信号処理器３０に送る。
【００１９】
信号処理器３０は、ＡＤ変換部３１、ＦＦＴ部３２、ＤＢＦ部３３、測距・測速部３４、測角部３５、速度グルーピング部３６および相関追尾部３７を備えている。
【００２０】
ＡＤ変換器３１は、送受信器２０から送られてくるアナログ信号をデジタル信号に変換し、素子信号としてＦＦＴ部３２に送る。ＦＦＴ部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換により周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ部３３に送る。
【００２１】
ＤＢＦ部３３は、ＦＦＴ部３２から送られてくる周波数軸上の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。このＤＢＦ部３３で形成されたΣビームは測距・測速部３４に送られ、Δビームは測角部３５に送られる。
【００２２】
測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３から送られてくるΣビームに基づき測距および測速を行う。この測距・測速部３４における測距および測速により得られた距離および速度は、速度グルーピング部３６に送られる。また、測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３から送られてきたΣビームを測角部３５に送る。
【００２３】
測角部３５は、測距・測速部３４から送られてくるΣビームおよびＤＢＦ部３３から送られてくるΔビームに基づき測角を行う。測角部３５における測角により得られた角度は、速度グルーピング部３６に送られる。
【００２４】
速度グルーピング部３６は、測距・測速部３４から送られてくる距離および速度と、測角部３５から送られてくる角度とに基づき、観測速度によって目標を分類し、グルーピングする。この速度グルーピング部３６におけるグルーピングの結果は、相関追尾部３７に送られる。
【００２５】
相関追尾部３７は、速度グルーピング部３６から送られてくる処理結果に基づき相関追尾処理を実行する。相関追尾部３７における処理により得られた位置および速度は、外部に送られる。
【００２６】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を追尾処理を中心に、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００２７】
追尾処理では、まず、ＦＭＣＷ方式で送受信が行われ、送受信データが入力される（ステップＳ１１）。すなわち、送受信器２０の内部の送信器２１でスイープされた信号は、アンテナ送信素子１１で電波に変換されて送信される。これに応じて、複数のアンテナ受信素子１２で受信された信号は、複数のミキサ２２によりそれぞれ周波数変換されて、信号処理器３０に送られる。信号処理器３０では、送受信器２０からの信号がＡＤ変換器３１でデジタル信号に変換され、素子信号としてＦＦＴ部３２に送られる。
【００２８】
ＦＦＴ部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換して周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ部３３に送る。ＤＢＦ部３３は、ＦＦＴ部３２から送られてくる周波数軸の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。ＤＢＦ部３３で形成されたΣビームは測距・測速部３４に送られ、Δビームは測角部３５に送られる。
【００２９】
次いで、距離および速度が算出される（ステップＳ１２）。すなわち、測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３からのΣビームに基づき測距および測速を行い、測距および測速により得られた距離および速度を、速度グルーピング部３６に送る。
【００３０】
次いで、角度が算出される（ステップＳ１３）。すなわち、測角部３５は、ＤＢＦ部３３から測距・測速部３４を経由して送られてくるΣビームおよびＤＢＦ部３３から送られてくるΔビームを用いて測角を行い、得られた角度を速度グルーピング部３６に送る。
【００３１】
次いで、速度が分類される（ステップＳ１４）。すなわち、速度グルーピング部３６は、測距・測速部３４から送られてくる距離および速度と、測角部３５から送られてくる角度とに基づき、観測速度によって目標を分類してグルーピングし、グルーピングの結果を相関追尾部３７に送る。
【００３２】
次いで、自速度抽出が行われる（ステップＳ１５）。すなわち、速度グルーピング部３６は、ステップＳ１４で分類されたグループのうち、反射点が最も多いグループを自速度グループとする。図４及び図５（ｃ）に示すように、速度グループ毎にヒストグラムｈ１，ｈ２，ｈ３を算出し、このヒストグラムに基づき度数（反射点）が最も多い速度グループＧｒ＃２を抽出する（図５（ｄ）、図５（ｅ））。
【００３３】
次いで、極座標からＸＹ座標への変換が行われる（ステップＳ１６）。すなわち、速度グルーピング部３６は、極座標（Ｒ、θ）として取得された観測速度データを、ＸＹの直交座標に変換する。
【００３４】
次いで、観測速度データのサイクル間累積が行われる（ステップＳ１７）。すなわち、速度グルーピング部３６は、観測速度データのサイクル間で、忘却係数を乗算して積分する。
【００３５】
次いで、自速度グループであるかどうかが調べられる（ステップＳ１８）。ステップＳ１８において、そのグループが自速度グループでないことが判断されると、ステップＳ２０，Ｓ２２の処理はスキップされて、ステップＳ２４に進む。
【００３６】
一方、ステップＳ１８において、そのグループが自速度グループである場合には、クロスレンジ軸のヒストグラムにより直線抽出が行われる（ステップＳ２０）。すなわち、速度グルーピング部３６は、クロスレンジ軸のヒストグラムにより左右の直線を抽出する。この処理の詳細については、後述する。
【００３７】
次いで、左右の直線の外側の固定反射点が削除される（ステップＳ２２）。次いで、振幅極値が抽出される（ステップＳ２４）。すなわち、速度グルーピング部３６は、速度グループ毎に各グループ内で極値（極大値のこと）を算出する。
【００３８】
次いで、重心演算が行われる（ステップＳ２５）。すなわち、速度グルーピング部３６は、ステップＳ２４で算出した極値を中心に所定のゲート内の重心を算出し、相関追尾部３７に送る。
【００３９】
次いで、極値が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ２６）。ステップＳ２６において、極値が終了していないことが判断されると、次いで、次の極値を処理対象とするための処理が行われる。その後、ステップＳ２４に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００４０】
上記ステップＳ２６において、極値が終了したことが判断されると、次いで、相関追尾が行われる（ステップＳ２８）。すなわち、相関追尾部３７は、速度グループ毎に算出された重心位置を用いて、予測位置に最も近い点を用いるＮＮ（Nearest Neighbor）相関とα−β方式による追尾を行い、位置および速度ベクトルの平滑値および予測値を外部に出力する。なお、α−β方式については、『吉田孝監修、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.264-267(1996)』に説明されている。
【００４１】
次いで、全ての速度グループについて処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ２９）。ステップＳ２９において、全ての速度グループについて処理が終了していないことが判断されると、処理対象を次の速度グループに変更するための処理が行われる（ステップＳ３０）。その後、ステップＳ１７に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００４２】
一方、ステップＳ２９において、全ての速度グループについて処理が終了したことが判断されると、次いで、サイクルが終了したかどうかが調べられる（ステップＳ３１）。ステップＳ３１において、サイクルが終了していないことが判断されると、次のサイクルを処理対象とするための処理が行われる（ステップＳ３２）。その後、ステップＳ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ３１において、サイクルが終了したことが判断されると、追尾処理は終了する。
【００４３】
次に、本発明の理解を深めるために、上述した手順のうち、主要な手順であるステップＳ２０の処理を図３のフローチャート及び図５を参照しながら詳細に説明する。
【００４４】
まず、上述したように、度数（反射点）が最も多い速度グループＧｒ＃２が抽出される（図５（ｄ）、図５（ｅ））。
【００４５】
次いで、図５（ｆ）に示すように、自車両のクロスレンジ位置を０として、左の範囲（マイナス）において、度数が最大となるクロスレンジ位置Ｍ１とクロスレンジ位置Ｍ１の中心を通る直線Ｌ１とを抽出する。すなわち、左線（左の範囲）のヒストグラムを算出し（ステップＳ５１ａ）、度数が最大となるクロスレンジ位置を抽出する（ステップＳ５２ａ）。
【００４６】
次いで、距離分割（レンジ分割）が終了かどうかが調べられる（ステップＳ５３ａ）。距離分割が終了でない場合には、距離分割を変化させ（ステップＳ５４ａ）、ステップＳ５１ａ〜５２ａの処理を繰り返し行う。すなわち、ステップＳ５１ａ〜５２ａの処理をレンジ＃１〜＃４毎に行うことで、図５（ｇ）の各抽出直線Ｌ１が得られる。
【００４７】
次いで、レンジ＃１〜＃４毎の各抽出直線Ｌ１に基づき、図５（ｇ）に示すように、レンジ−クロスレンジの位置を曲線フィッティングして、左のフィッティング曲線Ｃ１を算出する（ステップＳ５５ａ）。次いで、左のフィッティング曲線Ｃ１に基づき相関係数ｒｘｙＬを算出する（ステップＳ５６ａ）。
【００４８】
次いで、図５（ｆ）に示すように、自車両のクロスレンジ位置を０として、右の範囲（プラス）において、度数が最大となるクロスレンジ位置Ｍ２とクロスレンジ位置Ｍ２の中心を通る直線Ｌ２とを抽出する。すなわち、右線（右の範囲）のヒストグラムを算出し（ステップＳ５１ｂ）、度数が最大となるクロスレンジ位置を抽出する（ステップＳ５２ｂ）。
【００４９】
次いで、距離分割（レンジ分割）が終了かどうかが調べられる（ステップＳ５３ｂ）。すなわち、距離分割が終了でない場合には、距離分割を変化させ（ステップＳ５４ｂ）、ステップＳ５１ｂ〜５２ｂの処理を繰り返し行う。すなわち、ステップＳ５１ｂ〜５２ｂの処理をレンジ＃１〜＃４毎に行うことで、図５（ｇ）の各抽出直線Ｌ２が得られる。
【００５０】
次いで、レンジ＃１〜＃４毎の各抽出直線Ｌ２に基づき、図５（ｇ）に示すように、レンジ−クロスレンジの位置を曲線フィッティングして、左のフィッティング曲線Ｃ２を算出する（ステップＳ５５ｂ）。次いで、左のフィッティング曲線Ｃ２に基づき相関係数ｒｘｙＲを算出する（ステップＳ５６ｂ）。
【００５１】
次いで、相関係数ｒｘｙＬが相関係数ｒｘｙＲよりも大きいかどうかが調べられる（ステップＳ５７）。相関係数ｒｘｙＬが相関係数ｒｘｙＲよりも大きければ、左線のフィッティング曲線を選定し（ステップＳ５８ａ）、右線の曲線を算出する（ステップＳ５９ａ）。相関係数ｒｘｙＬが相関係数ｒｘｙＲよりも小さければ、右線のフィッティング曲線を選定し（ステップＳ５８ｂ）、左線の曲線を算出する（ステップＳ５９ｂ）。
【００５２】
以上の処理が、路肩に相当する曲線の抽出方法であるが、路肩曲線を、路肩等の固定反射点を抑圧するために用いることができる。このため、反射点の観測値のうち、路肩曲線に基づき外側の観測値を削除すればよい。
【００５３】
次に、上述したフィッティング曲線の算出方法について述べる。フィッティング曲線は一般的に次式で表現できる。
【数１】
【００５４】
ここで
ｘｉ ； フィッティングするレンジ（ｉ＝１〜ｎ）
ｙｉ ； ｘｉに対するクロスレンジ
ｃｎ ； フィッティング係数
このフィッティング係数ｃｎのフィッティングの度合を示す指標として次式で示す相関係数ｒｘｙがある。
【数２】
【００５５】
ｘave ； ｘの平均値
ｙave ； ｙの平均値
左右のフィッティング曲線を抽出する際に、いずれかの相関係数ｒｘｙが所定のスレショルド以下である場合には、フィッティング曲線を採用せず、相関係数ｒｘｙが高い方の曲線に基づいて、左右のフィッティング曲線を決定する方がよい。この際、式（１）の定数項は、クロスレンジの中心位置を表すために、左右のいずれのフィッティング曲線でも用いて、１次以上の項を用いる。
【００５６】
なお、フィティング度合を示す指標として、相関係数を用いる場合について説明したが、決定係数等の他の指標でもよい。また、クロスレンジを自車両の左の範囲と右の範囲とに分割して、処理する場合を述べたが、クロスレンジを自車両の左の範囲と右の範囲とに分割せずに、度数が最大値を持つクロスレンジ位置と最大値から２番目の値を持つクロスレンジの位置とを用いてもよい。
【００５７】
以上説明したように、本発明の実施例１に係るレーダ装置によれば、速度グルーピングにより自速度を抽出し、レンジを分割し、各々の分割レンジ毎にヒストグラムの度数が最大なるクロスレンジ位置を算出し、フィッティング曲線を算出することで、路肩を結ぶ曲線が抽出できる。このため、路肩より外側の反射点は不要な反射点として抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。
【実施例２】
【００５８】
次に、本発明の実施例２に係るレーダ装置を説明する。図６に、レンジ−クロスレンジにおいて、曲線フィッティングされた真の曲線（点線）と実際の検出曲線（実線）とを示す。陸橋等があると、図６に示すように、道路の中央付近に反射点ＲＫが観測されることがあり、曲線フィッティングする場合に、検出曲線は反射点ＲＫ近傍を通る曲線となる。すなわち、真の曲線と検出曲線との間に誤差が生じる。
【００５９】
この誤差を低減するために、実施例２に係るレーダ装置は、仰角測角（ＥＬ測角）を実施して、反射点が所定の範囲より高い場合には、反射点を抽出点から削除した後、実施例１に係るレーダ装置の処理を行う。
【００６０】
図７は本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。スロットアンテナ１１ａ（スロット導波管）は、図７（ａ）に示すように、スロットがマトリックス状に併設され、一端側に接続された送信器２０ａから給電され、図７（ｂ）に示すように、中心周波数を変化させることにより、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように、アンテナ面の位相（波面の傾き）を変化させて、ビームの指向方向を仰角方向に変化させる。
【００６１】
ここで、中心周波数を変化させる方法について述べる。ＦＭＣＷ方式の場合には、図８に示すように、周波数を高い（低い）方から低い（高い）方に直線状に変化させるダウンスイープ信号又はアップスイープ信号を用いる。ダウンスイープ信号又はアップスイープは送受信器２０によって送受信される。ＦＦＴ部３２は、送受信器２０からの受信信号に対してＦＦＴを実施してビート周波数Σに変換する。
【００６２】
さらに、図８（ａ）に示すように、ダウンスイープ信号又はアップスイープ信号を前半と後半に分け、前半と後半とを符号を反転させて、ＦＦＴ部３２はＦＦＴを実施することにより図８（ｂ）に示すΔビームを得る。測角部３５はΣビームとΔビームを用いて、周波数軸の位相モノパルス処理を実施して、高精度なビート周波数を得ることができる。このΣビームとΔビームを用いれば、次式によりスイープ波形の前半と後半とのΣビーム信号ｂＬとΣビーム信号ｂＲを得ることができる。
【数３】
【００６３】
ここで、
Σ ； スイープ信号のΣのＦＦＴ信号
Δ ； スイープ信号のΔのＦＦＴ信号
ｂＬ ； スイープ前半のΣ信号
ｂＲ ；スイープ後半のΣ信号
このｂＬとｂＲは、中心周波数が異なるため、図９（ｂ）〜図９（ｄ）に示すようにＥＬ面が異なる２つのビームｂＬ，ｂＲを形成していることに相当する。これにより、測角部３５は、次式の誤差電圧を算出できる。
【数４】
【００６４】
ここで、
ａｂｓ ； 絶対値
測角部３５は、この誤差電圧と予め取得された誤差電圧の基準値テーブルを比較することにより仰角角度を算出することができる。速度グルーピング部３６は、測角部３５で得られた仰角角度を用いて、観測値の仰角角度が所定のスレショルド以上であれば、陸橋等の高所の反射点と判断し、この反射点を削除してフィッティング曲線を算出することにより陸橋等の影響を抑圧することができる。このフィッティング曲線を抽出した後の処理は、実施例１に係るレーダ装置の処理と同様である。
【００６５】
以上説明したように、本発明の実施例２に係るレーダ装置によれば、仰角測角により、道路面付近の反射点のみを抽出することにより、陸橋等の高所の反射点を削除し、ガードレールや路肩等の反射点のみにより、フィッティング曲線を抽出し、路肩より外側の反射点は不要な反射点として抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。
【００６６】
図１０は本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートに対して、ステップＳ１８とステップＳ２０との間に、上述したＥＬ測角処理（ステップＳ１９）が追加されている。
【００６７】
なお、実施例２に係るレーダ装置では、ＥＬ測角手法として周波数スキャンを用いる方法について述べたが、ビームを切り替えたり、移相器を用いてビームを走査し、位相モノパルス測角や振幅比較測角等、他のＥＬ測角手法でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、車両の速度を高精度に計測するレーダ装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ アンテナ
１１ アンテナ送信素子
１２ アンテナ受信素子
２０ 送受信器
２１ 送信器
２２ ミキサ
３０ 信号処理器
３１ ＡＤ変換器
３２ ＦＦＴ部
３３ ＤＢＦ部
３４ 測距・測測部
３５ 測角部
３６ 速度グルーピング部
３７ 相関追尾部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式などにより車両の速度を観測するレーダ装置に関し、特に相関追尾を実施する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路を走行する車両をレーダ装置で観測する場合の簡易なレーダ方式としてＦＭＣＷ方式が知られている（例えば、非特許文献１参照）。このＦＭＣＷ方式のレーダ装置で車両を観測する場合、他車両や背景等といった複雑かつ多数の反射点が存在する環境で、目標車両を検出して相関追尾することになる。このような環境下において、アンテナビーム幅が広く、ＦＭＣＷ方式によるビート周波数軸の分解能が低い場合には、角度軸でも周波数軸でもメインローブの中に複数の反射点が存在し、振幅・位相によるベクトル合成により受信が乱れる。このため、目標を検出できなかったり、目標を検出できたとしても位置精度が低く、相関追尾によっても安定した位置が検知できないという問題がある。
【０００３】
図１１は、従来のレーダ装置の構成を示す系統図であり、図１２は、このレーダ装置の動作を示すフローチャートである。このレーダ装置は、アンテナ１０、送受信器２０および信号処理器３０を備えている。以下、このレーダ装置の動作を、追尾処理を中心に説明する。レーダ装置においては、まず、送受信データが入力される（ステップＳ１０１）。すなわち、送受信器２０の内部の送信器２１でスイープされた信号は、アンテナ送信素子１１で電波に変換されて送信される。これに応じて、複数のアンテナ受信素子１２で受信された信号は、複数のミキサ２２によりそれぞれ周波数変換されて、信号処理器３０に送られる。信号処理器３０では、送受信器２０からの信号がＡＤ変換器３１でデジタル信号に変換され、素子信号としてＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）部３２に送られる。
【０００４】
ＦＦＴ部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換して周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ（Digital Beam Forming：デジタルビーム形成）部３３に送る。ＤＢＦ部３３は、ＦＦＴ部３２から送られてくる周波数軸の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。このＤＢＦ部３３で形成されたΣビームは測距・測速部３４に送られ、Δビームは測角部３５に送られる。
【０００５】
次いで、距離および速度が算出される（ステップＳ１０２）。すなわち、測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３からのΣビームを用いて距離および速度を算出し、相関追尾部３７に送る。次いで、角度が算出される（ステップＳ１０３）。すなわち、測角部３５は、ＤＢＦ部３３から測距・測速部３４を経由して送られてくるΣビームおよびＤＢＦ部３３から送られてくるΔビームを用いて測角を行い、得られた角度を相関追尾部３７に送る。次いで、相関追尾が行われる（ステップＳ１０４）。
【０００６】
すなわち、相関追尾部３７は、相関追尾処理を行って目標の位置および速度を算出し、外部に出力する。その後、サイクルが終了したかどうかが調べられる（ステップＳ１０５）。ステップＳ１０５において、サイクルが終了していないことが判断されると、次のサイクルを処理対象とするための処理が行われる（ステップＳ１０６）。その後、ステップＳ１０１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ１０５において、サイクルが終了したことが判断されると、このレーダ装置の追尾処理は終了する。
【０００７】
ところで、上述した従来のレーダ装置において、レーダ反射点は、図１３に示すように、移動している車両１０１の他、ガードレール１０２、路肩１０３および停止している車両１０４等に混在する。一般に、相関追尾においては、図１４に示すように、平滑値から予測値を求め、この予測値と、ＮＮ（Nearest Neighbor）観測値とから新たな平滑値を求めて次の予測値を算出するという処理が行われる。しかし、これらは観測位置を元に実施されるため、背景の反射も含む多数の反射点の中で、車両目標を誤認して追尾する可能性があり、また、追尾可能目標数を超えるために、安定した相関追尾ができない場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】吉田孝監修、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.274-275(1996)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来のレーダ装置では、上述したように、他車両や背景等の複雑かつ多数の反射点が存在する環境下において、アンテナビーム幅が広く、ＦＭＣＷ方式によるビート周波数軸の分解能が低い場合には、角度軸でも周波数軸でもメインローブの中に複数の反射点が存在し、振幅・位相によるベクトル合成により受信が乱れるため、目標を検出できなかったり、目標を検出できたとしても位置精度が低く、相関追尾によっても安定した位置を検知できないという問題がある。
【００１０】
本発明の課題は、安定した相関追尾を実現できるレーダ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は、ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器と、前記送受信器からの信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングし、速度範囲毎の速度ヒストグラムの度数に基づき自速度を抽出し、自速度を含む速度グループ内でレンジを分割し、分割レンジ毎にクロスレンジのヒストグラムを算出し、算出されたヒストグラムの度数が最大のクロスレンジ位置を算出し、分割レンジ毎に抽出された度数が最大のクロスレンジ位置を用いて曲線フィッティングして反射点の曲線を抽出する速度グルーピング部と、前記速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複雑な背景下においても、ガードレールや路肩等の曲線を抽出し、不要な反射点を抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。
【００１３】
すなわち、本発明によれば、速度グルーピングにより自速度を抽出し、レンジを分割し、各々の分割レンジ毎にヒストグラムの度数が最大となるクロスレンジ位置を算出し、フィッティング曲線を算出することで、路肩を結ぶ曲線が抽出できる。このため、路肩より外側の反射点は不要な反射点として抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示す系統図である。
【図２】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる自速度抽出を説明するための図である。
【図５】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる路肩検出を説明するための図である。
【図６】本発明の実施例１に係るレーダ装置で行われる事象を説明するための図である。
【図７】本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。
【図８】本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。
【図９】本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。
【図１１】従来のレーダ装置の構成を示す系統図である。
【図１２】従来のレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。
【図１３】従来のレーダ装置の問題点を説明するための図である。
【図１４】従来のレーダ装置の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の実施例１に係るレーダ装置の構成を示す系統図である。このレーダ装置は、アンテナ１０、送受信器２０および信号処理器３０を備えている。
【００１７】
アンテナ１０は、アンテナ送信素子１１と複数のアンテナ受信素子１２とから構成されている。アンテナ送信素子１１は、送受信器２０から電気信号として送られてくる送信信号を電波に変換して外部に送出する。複数のアンテナ受信素子１２は、外部からの電波を受信して電気信号に変換し、受信信号として送受信器２０に送る。
【００１８】
送受信器２０は、送信器２１と複数のミキサ２２を備えており、複数のミキサ２２は、複数のアンテナ受信素子１２にそれぞれ対応して設けられている。一般的なアップチャープとダウンチャープ送信信号を用いたＦＭＣＷ方式の場合は、送信器２１でスイープした送信信号を生成し、アンテナ送信素子１１および複数のミキサ２２に送る。複数のミキサ２２は、複数のアンテナ受信素子１２からそれぞれ受け取った受信信号を、送信器２１からの信号に応じて周波数変換し、信号処理器３０に送る。
【００１９】
信号処理器３０は、ＡＤ変換部３１、ＦＦＴ部３２、ＤＢＦ部３３、測距・測速部３４、測角部３５、速度グルーピング部３６および相関追尾部３７を備えている。
【００２０】
ＡＤ変換器３１は、送受信器２０から送られてくるアナログ信号をデジタル信号に変換し、素子信号としてＦＦＴ部３２に送る。ＦＦＴ部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換により周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ部３３に送る。
【００２１】
ＤＢＦ部３３は、ＦＦＴ部３２から送られてくる周波数軸上の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。このＤＢＦ部３３で形成されたΣビームは測距・測速部３４に送られ、Δビームは測角部３５に送られる。
【００２２】
測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３から送られてくるΣビームに基づき測距および測速を行う。この測距・測速部３４における測距および測速により得られた距離および速度は、速度グルーピング部３６に送られる。また、測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３から送られてきたΣビームを測角部３５に送る。
【００２３】
測角部３５は、測距・測速部３４から送られてくるΣビームおよびＤＢＦ部３３から送られてくるΔビームに基づき測角を行う。測角部３５における測角により得られた角度は、速度グルーピング部３６に送られる。
【００２４】
速度グルーピング部３６は、測距・測速部３４から送られてくる距離および速度と、測角部３５から送られてくる角度とに基づき、観測速度によって目標を分類し、グルーピングする。この速度グルーピング部３６におけるグルーピングの結果は、相関追尾部３７に送られる。
【００２５】
相関追尾部３７は、速度グルーピング部３６から送られてくる処理結果に基づき相関追尾処理を実行する。相関追尾部３７における処理により得られた位置および速度は、外部に送られる。
【００２６】
次に、上記のように構成される本発明の実施例１に係るレーダ装置の動作を追尾処理を中心に、図２に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００２７】
追尾処理では、まず、ＦＭＣＷ方式で送受信が行われ、送受信データが入力される（ステップＳ１１）。すなわち、送受信器２０の内部の送信器２１でスイープされた信号は、アンテナ送信素子１１で電波に変換されて送信される。これに応じて、複数のアンテナ受信素子１２で受信された信号は、複数のミキサ２２によりそれぞれ周波数変換されて、信号処理器３０に送られる。信号処理器３０では、送受信器２０からの信号がＡＤ変換器３１でデジタル信号に変換され、素子信号としてＦＦＴ部３２に送られる。
【００２８】
ＦＦＴ部３２は、ＡＤ変換器３１から送られてくる素子信号を高速フーリエ変換して周波数軸上の信号に変換し、ＤＢＦ部３３に送る。ＤＢＦ部３３は、ＦＦＴ部３２から送られてくる周波数軸の信号を用いて、ΣビームとΔビームを形成する。ＤＢＦ部３３で形成されたΣビームは測距・測速部３４に送られ、Δビームは測角部３５に送られる。
【００２９】
次いで、距離および速度が算出される（ステップＳ１２）。すなわち、測距・測速部３４は、ＤＢＦ部３３からのΣビームに基づき測距および測速を行い、測距および測速により得られた距離および速度を、速度グルーピング部３６に送る。
【００３０】
次いで、角度が算出される（ステップＳ１３）。すなわち、測角部３５は、ＤＢＦ部３３から測距・測速部３４を経由して送られてくるΣビームおよびＤＢＦ部３３から送られてくるΔビームを用いて測角を行い、得られた角度を速度グルーピング部３６に送る。
【００３１】
次いで、速度が分類される（ステップＳ１４）。すなわち、速度グルーピング部３６は、測距・測速部３４から送られてくる距離および速度と、測角部３５から送られてくる角度とに基づき、観測速度によって目標を分類してグルーピングし、グルーピングの結果を相関追尾部３７に送る。
【００３２】
次いで、自速度抽出が行われる（ステップＳ１５）。すなわち、速度グルーピング部３６は、ステップＳ１４で分類されたグループのうち、反射点が最も多いグループを自速度グループとする。図４及び図５（ｃ）に示すように、速度グループ毎にヒストグラムｈ１，ｈ２，ｈ３を算出し、このヒストグラムに基づき度数（反射点）が最も多い速度グループＧｒ＃２を抽出する（図５（ｄ）、図５（ｅ））。
【００３３】
次いで、極座標からＸＹ座標への変換が行われる（ステップＳ１６）。すなわち、速度グルーピング部３６は、極座標（Ｒ、θ）として取得された観測速度データを、ＸＹの直交座標に変換する。
【００３４】
次いで、観測速度データのサイクル間累積が行われる（ステップＳ１７）。すなわち、速度グルーピング部３６は、観測速度データのサイクル間で、忘却係数を乗算して積分する。
【００３５】
次いで、自速度グループであるかどうかが調べられる（ステップＳ１８）。ステップＳ１８において、そのグループが自速度グループでないことが判断されると、ステップＳ２０，Ｓ２２の処理はスキップされて、ステップＳ２４に進む。
【００３６】
一方、ステップＳ１８において、そのグループが自速度グループである場合には、クロスレンジ軸のヒストグラムにより直線抽出が行われる（ステップＳ２０）。すなわち、速度グルーピング部３６は、クロスレンジ軸のヒストグラムにより左右の直線を抽出する。この処理の詳細については、後述する。
【００３７】
次いで、左右の直線の外側の固定反射点が削除される（ステップＳ２２）。次いで、振幅極値が抽出される（ステップＳ２４）。すなわち、速度グルーピング部３６は、速度グループ毎に各グループ内で極値（極大値のこと）を算出する。
【００３８】
次いで、重心演算が行われる（ステップＳ２５）。すなわち、速度グルーピング部３６は、ステップＳ２４で算出した極値を中心に所定のゲート内の重心を算出し、相関追尾部３７に送る。
【００３９】
次いで、極値が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ２６）。ステップＳ２６において、極値が終了していないことが判断されると、次いで、次の極値を処理対象とするための処理が行われる。その後、ステップＳ２４に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００４０】
上記ステップＳ２６において、極値が終了したことが判断されると、次いで、相関追尾が行われる（ステップＳ２８）。すなわち、相関追尾部３７は、速度グループ毎に算出された重心位置を用いて、予測位置に最も近い点を用いるＮＮ（Nearest Neighbor）相関とα−β方式による追尾を行い、位置および速度ベクトルの平滑値および予測値を外部に出力する。なお、α−β方式については、『吉田孝監修、‘改訂レーダ技術’、電子情報通信学会、pp.264-267(1996)』に説明されている。
【００４１】
次いで、全ての速度グループについて処理が終了したかどうかが調べられる（ステップＳ２９）。ステップＳ２９において、全ての速度グループについて処理が終了していないことが判断されると、処理対象を次の速度グループに変更するための処理が行われる（ステップＳ３０）。その後、ステップＳ１７に戻り、上述した処理が繰り返される。
【００４２】
一方、ステップＳ２９において、全ての速度グループについて処理が終了したことが判断されると、次いで、サイクルが終了したかどうかが調べられる（ステップＳ３１）。ステップＳ３１において、サイクルが終了していないことが判断されると、次のサイクルを処理対象とするための処理が行われる（ステップＳ３２）。その後、ステップＳ１１に戻り、上述した処理が繰り返される。一方、ステップＳ３１において、サイクルが終了したことが判断されると、追尾処理は終了する。
【００４３】
次に、本発明の理解を深めるために、上述した手順のうち、主要な手順であるステップＳ２０の処理を図３のフローチャート及び図５を参照しながら詳細に説明する。
【００４４】
まず、上述したように、度数（反射点）が最も多い速度グループＧｒ＃２が抽出される（図５（ｄ）、図５（ｅ））。
【００４５】
次いで、図５（ｆ）に示すように、自車両のクロスレンジ位置を０として、左の範囲（マイナス）において、度数が最大となるクロスレンジ位置Ｍ１とクロスレンジ位置Ｍ１の中心を通る直線Ｌ１とを抽出する。すなわち、左線（左の範囲）のヒストグラムを算出し（ステップＳ５１ａ）、度数が最大となるクロスレンジ位置を抽出する（ステップＳ５２ａ）。
【００４６】
次いで、距離分割（レンジ分割）が終了かどうかが調べられる（ステップＳ５３ａ）。距離分割が終了でない場合には、距離分割を変化させ（ステップＳ５４ａ）、ステップＳ５１ａ〜５２ａの処理を繰り返し行う。すなわち、ステップＳ５１ａ〜５２ａの処理をレンジ＃１〜＃４毎に行うことで、図５（ｇ）の各抽出直線Ｌ１が得られる。
【００４７】
次いで、レンジ＃１〜＃４毎の各抽出直線Ｌ１に基づき、図５（ｇ）に示すように、レンジ−クロスレンジの位置を曲線フィッティングして、左のフィッティング曲線Ｃ１を算出する（ステップＳ５５ａ）。次いで、左のフィッティング曲線Ｃ１に基づき相関係数ｒｘｙＬを算出する（ステップＳ５６ａ）。
【００４８】
次いで、図５（ｆ）に示すように、自車両のクロスレンジ位置を０として、右の範囲（プラス）において、度数が最大となるクロスレンジ位置Ｍ２とクロスレンジ位置Ｍ２の中心を通る直線Ｌ２とを抽出する。すなわち、右線（右の範囲）のヒストグラムを算出し（ステップＳ５１ｂ）、度数が最大となるクロスレンジ位置を抽出する（ステップＳ５２ｂ）。
【００４９】
次いで、距離分割（レンジ分割）が終了かどうかが調べられる（ステップＳ５３ｂ）。すなわち、距離分割が終了でない場合には、距離分割を変化させ（ステップＳ５４ｂ）、ステップＳ５１ｂ〜５２ｂの処理を繰り返し行う。すなわち、ステップＳ５１ｂ〜５２ｂの処理をレンジ＃１〜＃４毎に行うことで、図５（ｇ）の各抽出直線Ｌ２が得られる。
【００５０】
次いで、レンジ＃１〜＃４毎の各抽出直線Ｌ２に基づき、図５（ｇ）に示すように、レンジ−クロスレンジの位置を曲線フィッティングして、左のフィッティング曲線Ｃ２を算出する（ステップＳ５５ｂ）。次いで、左のフィッティング曲線Ｃ２に基づき相関係数ｒｘｙＲを算出する（ステップＳ５６ｂ）。
【００５１】
次いで、相関係数ｒｘｙＬが相関係数ｒｘｙＲよりも大きいかどうかが調べられる（ステップＳ５７）。相関係数ｒｘｙＬが相関係数ｒｘｙＲよりも大きければ、左線のフィッティング曲線を選定し（ステップＳ５８ａ）、右線の曲線を算出する（ステップＳ５９ａ）。相関係数ｒｘｙＬが相関係数ｒｘｙＲよりも小さければ、右線のフィッティング曲線を選定し（ステップＳ５８ｂ）、左線の曲線を算出する（ステップＳ５９ｂ）。
【００５２】
以上の処理が、路肩に相当する曲線の抽出方法であるが、路肩曲線を、路肩等の固定反射点を抑圧するために用いることができる。このため、反射点の観測値のうち、路肩曲線に基づき外側の観測値を削除すればよい。
【００５３】
次に、上述したフィッティング曲線の算出方法について述べる。フィッティング曲線は一般的に次式で表現できる。
【数１】
【００５４】
ここで
ｘｉ ； フィッティングするレンジ（ｉ＝１〜ｎ）
ｙｉ ； ｘｉに対するクロスレンジ
ｃｎ ； フィッティング係数
このフィッティング係数ｃｎのフィッティングの度合を示す指標として次式で示す相関係数ｒｘｙがある。
【数２】
【００５５】
ｘave ； ｘの平均値
ｙave ； ｙの平均値
左右のフィッティング曲線を抽出する際に、いずれかの相関係数ｒｘｙが所定のスレショルド以下である場合には、フィッティング曲線を採用せず、相関係数ｒｘｙが高い方の曲線に基づいて、左右のフィッティング曲線を決定する方がよい。この際、式（１）の定数項は、クロスレンジの中心位置を表すために、左右のいずれのフィッティング曲線でも用いて、１次以上の項を用いる。
【００５６】
なお、フィティング度合を示す指標として、相関係数を用いる場合について説明したが、決定係数等の他の指標でもよい。また、クロスレンジを自車両の左の範囲と右の範囲とに分割して、処理する場合を述べたが、クロスレンジを自車両の左の範囲と右の範囲とに分割せずに、度数が最大値を持つクロスレンジ位置と最大値から２番目の値を持つクロスレンジの位置とを用いてもよい。
【００５７】
以上説明したように、本発明の実施例１に係るレーダ装置によれば、速度グルーピングにより自速度を抽出し、レンジを分割し、各々の分割レンジ毎にヒストグラムの度数が最大なるクロスレンジ位置を算出し、フィッティング曲線を算出することで、路肩を結ぶ曲線が抽出できる。このため、路肩より外側の反射点は不要な反射点として抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。
【実施例２】
【００５８】
次に、本発明の実施例２に係るレーダ装置を説明する。図６に、レンジ−クロスレンジにおいて、曲線フィッティングされた真の曲線（点線）と実際の検出曲線（実線）とを示す。陸橋等があると、図６に示すように、道路の中央付近に反射点ＲＫが観測されることがあり、曲線フィッティングする場合に、検出曲線は反射点ＲＫ近傍を通る曲線となる。すなわち、真の曲線と検出曲線との間に誤差が生じる。
【００５９】
この誤差を低減するために、実施例２に係るレーダ装置は、仰角測角（ＥＬ測角）を実施して、反射点が所定の範囲より高い場合には、反射点を抽出点から削除した後、実施例１に係るレーダ装置の処理を行う。
【００６０】
図７は本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われるＥＬ測角を説明するための図である。スロットアンテナ１１ａ（スロット導波管）は、図７（ａ）に示すように、スロットがマトリックス状に併設され、一端側に接続された送信器２０ａから給電され、図７（ｂ）に示すように、中心周波数を変化させることにより、図７（ｃ）、図７（ｄ）に示すように、アンテナ面の位相（波面の傾き）を変化させて、ビームの指向方向を仰角方向に変化させる。
【００６１】
ここで、中心周波数を変化させる方法について述べる。ＦＭＣＷ方式の場合には、図８に示すように、周波数を高い（低い）方から低い（高い）方に直線状に変化させるダウンスイープ信号又はアップスイープ信号を用いる。ダウンスイープ信号又はアップスイープは送受信器２０によって送受信される。ＦＦＴ部３２は、送受信器２０からの受信信号に対してＦＦＴを実施してビート周波数Σに変換する。
【００６２】
さらに、図８（ａ）に示すように、ダウンスイープ信号又はアップスイープ信号を前半と後半に分け、前半と後半とを符号を反転させて、ＦＦＴ部３２はＦＦＴを実施することにより図８（ｂ）に示すΔビームを得る。測角部３５はΣビームとΔビームを用いて、周波数軸の位相モノパルス処理を実施して、高精度なビート周波数を得ることができる。このΣビームとΔビームを用いれば、次式によりスイープ波形の前半と後半とのΣビーム信号ｂＬとΣビーム信号ｂＲを得ることができる。
【数３】
【００６３】
ここで、
Σ ； スイープ信号のΣのＦＦＴ信号
Δ ； スイープ信号のΔのＦＦＴ信号
ｂＬ ； スイープ前半のΣ信号
ｂＲ ；スイープ後半のΣ信号
このｂＬとｂＲは、中心周波数が異なるため、図９（ｂ）〜図９（ｄ）に示すようにＥＬ面が異なる２つのビームｂＬ，ｂＲを形成していることに相当する。これにより、測角部３５は、次式の誤差電圧を算出できる。
【数４】
【００６４】
ここで、
ａｂｓ ； 絶対値
測角部３５は、この誤差電圧と予め取得された誤差電圧の基準値テーブルを比較することにより仰角角度を算出することができる。速度グルーピング部３６は、測角部３５で得られた仰角角度を用いて、観測値の仰角角度が所定のスレショルド以上であれば、陸橋等の高所の反射点と判断し、この反射点を削除してフィッティング曲線を算出することにより陸橋等の影響を抑圧することができる。このフィッティング曲線を抽出した後の処理は、実施例１に係るレーダ装置の処理と同様である。
【００６５】
以上説明したように、本発明の実施例２に係るレーダ装置によれば、仰角測角により、道路面付近の反射点のみを抽出することにより、陸橋等の高所の反射点を削除し、ガードレールや路肩等の反射点のみにより、フィッティング曲線を抽出し、路肩より外側の反射点は不要な反射点として抑圧した上で、安定した相関追尾を実現できる。
【００６６】
図１０は本発明の実施例２に係るレーダ装置で行われる相関追尾処理を示すフローチャートである。図１０に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートに対して、ステップＳ１８とステップＳ２０との間に、上述したＥＬ測角処理（ステップＳ１９）が追加されている。
【００６７】
なお、実施例２に係るレーダ装置では、ＥＬ測角手法として周波数スキャンを用いる方法について述べたが、ビームを切り替えたり、移相器を用いてビームを走査し、位相モノパルス測角や振幅比較測角等、他のＥＬ測角手法でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、車両の速度を高精度に計測するレーダ装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ アンテナ
１１ アンテナ送信素子
１２ アンテナ受信素子
２０ 送受信器
２１ 送信器
２２ ミキサ
３０ 信号処理器
３１ ＡＤ変換器
３２ ＦＦＴ部
３３ ＤＢＦ部
３４ 測距・測測部
３５ 測角部
３６ 速度グルーピング部
３７ 相関追尾部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器と、
前記送受信器からの信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングし、速度範囲毎の速度ヒストグラムの度数に基づき自速度を抽出し、自速度を含む速度グループ内でレンジを分割し、分割レンジ毎にクロスレンジのヒストグラムを算出し、算出されたヒストグラムの度数が最大のクロスレンジ位置を算出し、分割レンジ毎に抽出された度数が最大のクロスレンジ位置を用いて曲線フィッティングして反射点の曲線を抽出する速度グルーピング部と、
前記速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
周波数を可変させることによりビームを仰角方向に変化させるアンテナと、
前記アンテナから受信した信号の内の前半の信号と後半の信号とを高速フーリエ変換してΣ１信号とΣ２信号とを得る高速フーリエ変換部と、
前記高速フーリエ変換部で得られたΣ１信号とΣ２信号との振幅比による仰角測角により前記反射点の仰角角度を算出する測角部とを備え、
前記速度グルーピング部は、前記測角部により算出された前記仰角角度に基づき所定の角度値を超える反射点を削除することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項１】
ＦＭＣＷ方式のスイープ信号を送受信する送受信器と、
前記送受信器からの信号に基づき算出された目標の速度によって該目標を速度範囲毎にグルーピングし、速度範囲毎の速度ヒストグラムの度数に基づき自速度を抽出し、自速度を含む速度グループ内でレンジを分割し、分割レンジ毎にクロスレンジのヒストグラムを算出し、算出されたヒストグラムの度数が最大のクロスレンジ位置を算出し、分割レンジ毎に抽出された度数が最大のクロスレンジ位置を用いて曲線フィッティングして反射点の曲線を抽出する速度グルーピング部と、
前記速度グルーピング部によってグルーピングされた速度グループ毎に相関追尾を行う相関追尾部と、
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
周波数を可変させることによりビームを仰角方向に変化させるアンテナと、
前記アンテナから受信した信号の内の前半の信号と後半の信号とを高速フーリエ変換してΣ１信号とΣ２信号とを得る高速フーリエ変換部と、
前記高速フーリエ変換部で得られたΣ１信号とΣ２信号との振幅比による仰角測角により前記反射点の仰角角度を算出する測角部とを備え、
前記速度グルーピング部は、前記測角部により算出された前記仰角角度に基づき所定の角度値を超える反射点を削除することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１５８２９２（Ｐ２０１１−１５８２９２Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８５４９（Ｐ２０１０−１８５４９）
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月２９日（２０１０．１．２９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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