レーダ装置
【課題】従来の信号処理方法においては、アップ周波数とダウン周波数のペアを決定するペアリングが困難となる場合がある。
【解決手段】本発明のレーダ装置は、送信した電波が複数の目標物で反射された反射波を受信して受信信号を生成し、該受信信号から複数のアップ周波数ピークと複数のダウン周波数ピークとを検出すると共に、アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークにおける目標物に関する特性値を測定し、複数のアップ周波数ピークの各々と複数のダウン周波数ピークをそれぞれ１つずつ組み合わせ、各々の組み合わせについて、測定された特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が所定のしきい値以下の組み合わせをペアリング候補として決定し、該決定したアップ周波数ピークとダウン周波数ピークに基づき、目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む今回のデータを算出することを特徴とする。
【解決手段】本発明のレーダ装置は、送信した電波が複数の目標物で反射された反射波を受信して受信信号を生成し、該受信信号から複数のアップ周波数ピークと複数のダウン周波数ピークとを検出すると共に、アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークにおける目標物に関する特性値を測定し、複数のアップ周波数ピークの各々と複数のダウン周波数ピークをそれぞれ１つずつ組み合わせ、各々の組み合わせについて、測定された特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が所定のしきい値以下の組み合わせをペアリング候補として決定し、該決定したアップ周波数ピークとダウン周波数ピークに基づき、目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む今回のデータを算出することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に関し、特にＦＭ−ＣＷレーダ方式の装置において、複数の目標物の検出を行うレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
目標物との距離と相対速度とを計測することができる車載用のレーダ装置として、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置が知られている（例えば特許文献１）。図１に従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置の構成図を示す。発振器４からの送信信号に基づいて送受信機２を介してアンテナ１から電波を目標物（図示せず）に向かって送信し、目標物からの反射波をアンテナ１で受信して送受信機２で受信信号を生成する。送信信号及び受信信号はミキサ３で混合されたのち、ＬＰＦ５を介してビート信号を生成する。ビート信号はＡ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換された後、アップスイープ・フーリエ変換器７と、ダウンスイープ・フーリエ変換器８によってフーリエ変換された後、信号処理装置９に入力されて、目標物の距離、速度等のデータを算出する。信号処理装置９は、ＣＰＵ９１及びメモリ９２を備えている。
【０００３】
ＦＭ−ＣＷ方式について簡単に説明する。周波数が線形に増加するように周波数変調したアップスイープ信号と、周波数が線形に減少するように周波数変調したダウンスイープ信号を交互に目標物に向けて送信する。図２にレーダ装置における送信波と受信波の時間的変化を表す波形図を示す。送信信号を実線で、受信信号を点線で示している。
【０００４】
アンテナで捉えた目標物からの反射信号の一部とミキシングしてビート信号を得、アップスイープ期間及びダウンスイープ期間におけるビート信号の周波数はそれぞれ次式で与えられる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ただし、Δｆは変調周波数幅、Ｔmは変調繰返し周期、ｃは光速、λは波長である。距離Ｒと速度ｖは式（１）と（２）の連立方程式を解いて求めることができる。
【０００７】
ここで、目標物が複数存在し、複数の目標物からの反射波を同時に受信した場合、同時に検出された複数のアップ周波数とダウン周波数との組合せを決定することが必要となる。一般に、レーダで同時に観測される移動物体は複数有りうる。例えば、市街地等においては、同時に受信する反射信号が非常に多くなる。従って、アップ周波数と、ダウン周波数もそれぞれ、複数の周波数においてピーク（周波数ピーク）が検出される。さらに、周波数解析の結果として得られる信号の中には、ノイズによる周波数ピークも出現する。図３に一例として、複数の目標物からの反射波から検出されたアップ周波数及びダウン周波数のＦＦＴ出力の周波数依存性を示す。アップ周波数（図３（ａ））及びダウン周波数（図３（ｂ））はそれぞれ複数のピークを有していることがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−９３２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の信号処理方法においては、アップ周波数とダウン周波数のペアを決定する処理（以下、「ペアリング」という）が困難となる場合があった。誤った組合せでペアリングが行われると、算出結果として得られる移動物体までの距離や移動速度も誤ったものになるという問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のレーダ装置は、送信した電波が複数の目標物で反射された反射波を受信して受信信号を生成し、該受信信号から複数のアップ周波数ピークと複数のダウン周波数ピークとを検出すると共に、アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークにおける目標物に関する特性値を測定し、複数のアップ周波数ピークの各々と複数のダウン周波数ピークをそれぞれ１つずつ組み合わせ、各々の組み合わせについて、測定された特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が所定のしきい値以下の組み合わせをペアリング候補として決定し、該決定したアップ周波数ピークとダウン周波数ピークに基づき、目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む今回のデータを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーダ装置は、複数の目標物に関して検出されたアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとをマハラノビス距離を用いてペアリングを行うことにより、ミスペアリングを低減することができる。
【００１２】
また、本発明のレーダ装置は、過去のペアリング候補を数回前の走査分まで保持することにより、目標物の周波数ピークがノイズや他の物標によって一時的に埋もれて検出できなかった場合でも、次回検出できれば速やかに検出することができるため、ペアリング確定することができる。
【００１３】
さらに、本発明のレーダ装置は、目標新規検出時のみ、目標出力に時間を掛けることで、間違った組合せでのペアリングを抑制でき、ペアリングの信頼性を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置の構成図である。
【図２】レーダ装置における送信波と受信波の時間的変化を示す波形図である。
【図３】複数の目標物からの反射波から検出されたアップ周波数及びダウン周波数のＦＦＴ出力の周波数依存性を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係るレーダ装置を構成する信号処理装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施例１に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】マハラノビス距離の算出方法を説明するための図である。
【図７】アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリング候補の決定方法を説明するための図である。
【図８】ペアリング候補グループの中からマハラノビス距離が最小となるものを選択する方法を説明するための図である。
【図９】ペアリング候補グループの中からマハラノビス距離が所定の閾値以下となるものを選択する方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例２に係るレーダ装置を構成する信号処理装置の機能ブロック図である。
【図１１】本発明の実施例２に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図１２】マハラノビス距離の算出方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施例３に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図１４】目標物の確定方法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、図面を参照して、本発明に係るレーダ装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【実施例１】
【００１６】
まず、本発明の実施例１に係るレーダ装置について説明する。図４に実施例１に係るレーダ装置を構成する信号処理装置の機能ブロック図を示す。図４には、図１に示した信号処理装置の構成のみを示している。信号処理装置９は、周波数ピーク検出部１０と、第１の組み合わせグループ決定部１１と、第１のペアリング候補グループ決定部１２と、第２の組み合わせグループ決定部１３と、第２のペアリング候補グループ決定部１４と、ペアリング候補グループ抽出部１５と、今回ペアリング候補グループ決定部１６と、今回データ算出部１７とを備えている。本発明のレーダ装置を構成する信号処理装置以外の構成は、図１に示した従来のレーダ装置と同様の構成を有する。
【００１７】
本発明のレーダ装置の信号処理方法について図面を用いて説明する。図５は本発明の実施例１に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートである。まず、ペアリングを行うための周波数ピークを求めるために、周波数ピーク検出部１０は、ＦＭ−ＣＷレーダ装置において、送信した電波が複数の目標物で反射された反射波を受信して受信信号を生成し、該受信信号から複数のアップ周波数ピークと複数のダウン周波数ピークとを検出すると共に、アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークにおける目標物に関する特性値を測定する。検出した周波数のピークは図３に示すように複数存在する。ここで、アップ周波数ピークがｎ個あった場合、アップ周波数ピークをfu1, fu2, … funと表し、ダウン周波数ピークがｍ個あった場合、ダウン周波数ピークをfd1, fd2, … fdmと表すこととする。
【００１８】
この周波数ピークを示す周波数における目標物に関する特性値としては、アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークにおける目標物の存在する位置の角度、受信信号のパワー、スペクトラム強度が挙げられる。スペクトラム強度とは、アレーアンテナによる到来方向推定法（ビームフォーマ法、Capon法、線形予測法など）によって得られる、到来波の角度分布（角度スペクトラム）において、それぞれの角度の強さを表すものをいう。
【００１９】
次に、ステップＳ１０１において、第１の組み合わせグループ決定部１１は、複数のアップ周波数ピークの各々に対して、全てのダウン周波数ピークを組み合わせて、第１の組み合わせグループを決定する。例えば、アップ周波数ピークがｎ個存在し、ダウン周波数ピークがｍ個存在する場合、第１の組み合わせグループに含まれる組合せの数はｎ×ｍ個となる。具体的には、第１の組み合わせグループに含まれる組合せは、(fu1, fd1), (fu1, fd2), … (fu1, fdm), (fu2, fd1), (fu2, fd2), … (fu2, fdm), (fun, fd1), (fun, fd2) … (fun, fdm)と表せる。
【００２０】
次に、ステップＳ１０２において、第１のペアリング候補グループ決定部１２は、第１の組み合わせグループを構成する各々の組み合わせについて、測定された特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、１つのアップ周波数ピークに対して１つのダウン周波数ピークを対応させるようにマハラノビス距離が最小となる第１のペアリング候補グループを決定する。ここで、第１のペアリング候補グループに含まれる組合せは、(fu1, fda), (fu2, fdb), … (fun, fdc)(a,b,cはm以下の整数）と表せる。
【００２１】
マハラノビス距離は、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの角度、パワー、スペクトラム強度それぞれの差である、角度差、パワー差、スペクトラム強度差の値を用いて算出する。図６を用いてマハラノビス距離の算出方法について説明する。ｘ軸にスペクトラム強度差、ｙ軸に角度差、ｚ軸にパワー差をとった３次元のグラフ上に、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの角度差、パワー差、スペクトラム強度差をプロットしている。図中で２１（●印）は正常にペアリングされた組合せの角度差、パワー差、スペクトラム強度差を示し、正常にペアリングされた組合せの全体の平均値を２２（★印）で示している。この場合、マハラノビス距離を算出する対象の組合せのデータ２３（四角形の印）のマハラノビス距離は、平均値２２との間の距離２４で求めることができる。
【００２２】
具体的には、平均がμ＝(μ1, μ2, μ3)T で、共分散行列がΣであるような多変数ベクトルｘ＝（ｘ1, ｘ2, ｘ3）で表される一群の値に対するマハラノビス距離は、次のように算出できる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
上記のステップＳ１０２における、第１のペアリング候補グループの決定方法について図面を用いて説明する。図７に、アップビート信号及びダウンビート信号の一例を示す。同図では、アップビート信号（ＵＰビート）には、４つのアップ周波数ピーク（fu1, fu2, fu3, fu4）が存在し、ダウンビート信号（ＤＯＷＮビート）には、５つのダウン周波数ピーク（fd1, fd2, fd3, fd4, fd5）が存在する例を示しており、例えば、アップ周波数ピークfu1に対しダウン周波数ピークfd1 〜fd5の中でマハラノビス距離が最小となるダウン周波数ピークがfd2であることを示している。このように、マハラノビス距離に基づいて、１つのアップ周波数ピークから、１つのダウン周波数ピークをペアリングする第１のペアリング候補グループは、同図の実線の矢印で示すように、(fu1, fd2), (fu2, fd5), (fu3, fd2), (fu4, fd3)と決定される。
【００２５】
尚、上記の例では１つのピークが１つの目標物の角度、パワー、スペクトラム強度情報を有するものとして説明したが、目標物の角度推定方式によっては１つのピークから複数の目標物の角度情報を分離できる場合がある。その場合、１つのピークに対して複数の目標物の角度、パワー、スペクトラム強度情報を持つ。例えば１つのピークが３つの目標物の情報を持つとすれば、アップ周波数ピークfunはfun-1、fun-2、fun-3、ダウン周波数ピークfdmはfdm-1、fdm-2、fdm-3と各目標物毎に分離され、組み合わせは各目標物毎になされる。従って、アップ周波数ピーク数がｎ個、ダウン周波数ピーク数がｍ個ある場合、組み合わせの数は３ｎ×３ｍとなる。この組み合わせについてマハラノビス距離が最小となる第１のペアリング候補グループを決定する。このことは、次のステップＳ１０３、Ｓ１０４についても同様である。
【００２６】
次に、ステップＳ１０３において、第２の組み合わせグループ決定部１３は、複数のダウン周波数ピークの各々に対して、全てのアップ周波数ピークを組み合わせて、第２の組み合わせグループを決定する。例えば、アップ周波数ピークがｎ個存在し、ダウン周波数ピークがｍ個存在する場合、第２の組み合わせグループに含まれる組合せの数はｎ×ｍ個となる。具体的には、第２の組み合わせグループに含まれる組合せは、(fd1, fu1), (fd1, fu2), … (fd1, fun), (fd2, fu1), (fd2, fu2), … (fd2, fun), (fdm, fu1), (fdm, fu2) … (fdm, fun)と表せる。
【００２７】
次に、ステップＳ１０４において、第２のペアリング候補グループ決定部１４は、第２の組み合わせグループを構成する各々の組み合わせについて、測定された特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、１つのダウン周波数ピークに対して１つのアップ周波数ピークを対応させるようにマハラノビス距離が最小となる第２のペアリング候補グループを決定する。マハラノビス距離の算出方法は上記と同様である。ここで、第２のペアリング候補グループに含まれる組合せは、(fd1, fui), (fd2, fuj), … (fdn, fuk)(i,j,kはn以下の整数）と表せる。
【００２８】
上記のステップＳ１０４における、第２のペアリング候補グループの決定方法について図７を用いて説明する。第１のペアリング候補グループの決定方法と同様に、マハラノビス距離に基づいて、１つのダウン周波数ピークから、１つのアップ周波数ピークをペアリングする第２のペアリング候補グループは、同図の破線の矢印で示すように、(fd1, fu1), (fd2, fu1), (fd3, fu2), (fd4, fu4), (fd5, fu4)と決定される。
【００２９】
次に、ステップＳ１０５において、ペアリング候補グループ抽出部１５は、第１のペアリング候補グループ及び第２のペアリング候補グループからなるグループにおいて、同一周波数において複数の組み合わせが存在する場合には、該複数の組み合わせの中からマハラノビス距離が大きい組み合わせを除去してペアリング候補グループを抽出する。
【００３０】
具体的には、本実施例では、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの組合せを第１の組み合わせグループ決定ステップと第２の組み合わせグループ決定ステップの２回のステップで実行しているため、同一のアップ周波数ピークに対して複数のダウン周波数ピークが組み合わされる可能性がある。即ち、アップ側から組み合わせたときの組合せ（fu1、fd1）に対し、ダウン側から組み合わせたときの組合せ(fd1、fu1)、(fd2、fu1) 、(fd3、fu1)等が存在する場合がある。そこで、複数の組合せの中からマハラノビス距離が大きいものを除去して、マハラノビス距離が小さい組合せをペアリング候補と決定する。図８を用いて、同一周波数における複数の組合せの中から１つの組合せを選択する方法について説明する。図７に示したようにステップＳ１０２及びＳ１０４において、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークは図７の実線及び破線の矢印で示すように、同一の周波数において複数の組合せが存在する場合がある。例えば、アップ周波数ピークfu1に対しては、(fu1, fd2), (fd1, fu1), (fd2, fu1)の３つの組合せが存在する。このように複数の組合せの中からマハラノビス距離が最小となる組合せを１つだけ選択する。同様に他のアップ周波数ピークfu2〜fu4、ダウン周波数ピークfd1〜fd5についてもマハラノビス距離が最小となる組合せを選択する。図８（ａ）に、マハラノビス距離が最小となる組合せを○で示し、それ以外の組合せを×で示す。また、図８（ｂ）にマハラノビス距離が最小となる組合せのみを示す。この例では３つの組み合わせ(fu2, fd5), (fd2, fu1), (fd5, fu4)のみが選択されている。
【００３１】
次に、ステップＳ１０６において、ペアリング候補と決定する今回ペアリング候補グループ決定部１６は、ペアリング候補グループを構成する組み合わせのうち、マハラノビス距離が所定のしきい値以上の組み合わせを除去して今回ペアリング候補グループと決定する。
【００３２】
ペアリング候補決定ステップ（Ｓ１０５）において、マハラノビス距離が小さい組合せを抽出したとしても、その絶対値が大きい場合にはペアリングが正常に行われていない可能性も考えられる。そこで、マハラノビス距離が所定の閾値以上である場合には正常にペアリングが行われていないと判断し、そのような組合せを除去する。
【００３３】
図９にマハラノビス距離が所定の閾値以上の組合せを除去した結果を示す。図８（ｂ）に示すように、ステップＳ１０５において、マハラノビス距離が最小となる３つの組み合わせ(fu2, fd5), (fd2, fu1), (fd5, fu4)が得られた場合、(fu2, fd5)のマハラノビス距離が所定の閾値以上となっているとすると、図９に示すように２つの組合せ(fd2, fu1), (fd5, fu4)が今回のペアリンググループとして決定される。
【００３４】
次に、ステップＳ１０７において、今回データ算出部１７は、今回ペアリング候補グループに含まれるアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの組み合わせについて、目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む今回のデータを算出する。
【００３５】
ここで、第１の組み合わせグループ決定部及び第２の組み合わせグループ決定部の少なくとも１つにおいて、特性値が所定の範囲内である場合に、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの組み合わせを行うようにしてもよい。アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークのそれぞれにおける角度、パワー、スペクトラム強度のそれぞれの差が明らかに大きい場合はペアリングが正常に行われていない可能性が高いと考えられるので、そのような組合せは行わないようにすることで、ペアリングが正常に行われているか否かを検証するための演算量を削減することができ、ペアリングの判定を高速化することができる。
【００３６】
本実施例では、マハラノビス距離に基づいてペアリングが正常に行われているか否かを判断しているが、判断基準はマハラノビス距離に限られず、他の相関値に基づいてペアリングが正常に行われているか否かを判断するようにしてもよい。
【００３７】
さらに、本実施例では、角度差、パワー差、スペクトラム強度差の３つの値を基準にしてマハラノビス距離を算出した例を示したが、これには限られず、他のパラメータに基づいてマハラノビス距離を算出してもよいし、パラメータの数も３つには限られない。
【００３８】
以上のようにして、本発明の実施例１に係るレーダ装置によれば、複数の目標物に関して検出されたアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとをマハラノビス距離を用いてペアリングを行うことにより、ミスペアリングを低減することができる。
【実施例２】
【００３９】
次に、本発明の実施例２に係るレーダ装置について説明する。図１０に本発明の実施例２に係るレーダ装置を構成する信号処理装置の機能ブロック図を示す。図１０には、図１に示した信号処理装置の構成のみを示している。信号処理装置９は、実施例１で示した構成に加えて、過去データ抽出部１８と、予測データ算出部１９と、ペアリング確定部２０とを備えている。
【００４０】
本発明のレーダ装置の信号処理方法について図面を用いて説明する。図１１は、本発明の実施例２に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートであり、図５に示した実施例１の手順を示すフローに続けて実行される。
【００４１】
まず、ステップＳ２０１において、過去データ抽出部１８が、今回データ算出ステップで今回のデータを算出する以前に検出された目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む過去のデータを抽出する。ここで、「過去のデータ」とは、ペアリング候補グループ決定段階（Ｓ１０６、Ｓ１０７）のデータをいう。即ち、本発明の信号処理装置は、目標物に対して繰り返し電波を照射した際に受信した信号から算出した、目標物に関する検出データを順次記憶し、過去データ抽出部１８が記憶された過去のデータを抽出する。過去のデータは信号処理装置９内に備えられたメモリ９２（図１参照）に格納してもよいし、信号処理装置９の外部に設けられた記憶媒体（図示せず）に記憶するようにしてもよい。
【００４２】
次に、ステップＳ２０２において、予測データ算出部１９が、抽出された過去のデータに基づいて、目標物に関して今回のデータに対応すると予測される予測データを算出する。即ち、過去数回にわたって検出し記憶された目標物の過去のデータに基づいて、今回のデータを予測するものである。例えば、過去３回分のデータに基づいて今回のデータを予測するようにしてもよい。ただし、３回分には限られず、２回分でもよいし、４回分以上の過去のデータを用いて今回のデータを予測するようにしてもよい。
【００４３】
次に、ステップＳ２０３において、ペアリング確定部２０が、予測データと今回のデータとを用いてマハラノビス距離を算出し、算出したマハラノビス距離が所定の範囲内である場合に、目標物に関してアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する。
【００４４】
マハラノビス距離は、過去のデータに基づいて予測した目標物のデータと、今回のデータとを用いて算出する。図１２を用いてマハラノビス距離の算出方法について説明する。本実施例では、目標物の位置情報、即ち縦位置誤差と横位置誤差とを用いた例を示す。ｘ軸に横位置誤差、ｙ軸に縦位置誤差をとったグラフ上に、過去において予測した目標物の横位置、縦位置データとそのときに正しいペアリングが行なわれたとして確定した目標物の横位置、縦位置データとの差分、即ち横位置誤差、縦位置誤差を３１（●印）としてプロットしている。ここで、過去の横位置誤差、縦位置誤差は、事前に測定し正しいペアリングと判定されたデータであって、その今回ペアデータと前回ペアデータからの予測値との差を求めたものを使用している。その平均値を３２（★印）で示している。尚、ペアリング確定部２０で予測と確定が行なわれるたびにそのときの予測目標物と確定目標物との横位置誤差、縦位置誤差を過去データに追加してもよい。今回の処理においては、ステップＳ１０７で算出された今回の目標物データの横位置、縦位置データと、過去のデータから今回予測した横位置、縦位置データとの横位置誤差、縦位置誤差（今回のデータ３３（四角形の印）として示している）と、平均値３２とのマハラノビス距離（平均値３２との間の距離３４で求めることができる。）を求め、算出したマハラノビス距離が所定の範囲内である場合に、目標物に関してアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する。
【００４５】
上記の説明においては、目標物の位置のマハラノビス距離に基づいてアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する方法について説明したが、目標物の確定のためには、目標物の位置情報だけでなく、目標物の相対速度に関しても同様にマハラノビス距離を算出してアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する。実際にペアリングを確定するには位置と相対速度が予測値と近いことが必要であるためである。
【００４６】
上記のようにして算出したマハラノビス距離が所定の範囲内である場合には、正常にペアリングが行われているものと考えられるので、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する。
【００４７】
以上のようにして、マハラノビス距離に基づいて正常にペアリングが行われているか否かを判断しているので、ミスペアリングを抑制することができる。
【００４８】
さらに、過去のデータを用いて今回のデータを予測することにより、目標物の周波数ピークがノイズや他の目標物により一時的に埋もれて検出できなかった場合でも、その次に検出できれば速やかにペアリングを確定することができるため、目標物を見失う危険性を低減することができる。
【００４９】
また、上記の実施例ではマハラノビス距離に基づいて相関値を算出する例を示したが、マハラノビス距離以外の他の計算方法で相関値を算出するようにしてもよい。さらに、本実施例では、縦位置誤差及び横位置誤差の２つのパラメータを基準にして正常にペアリングが行われたか否かを判断する例を示したが、他のパラメータを基準にして判断するようにしてもよいし、位置情報、相対速度情報を含む３個以上のパラメータを用いて判断してもよい。
【実施例３】
【００５０】
次に、本発明の実施例３に係るレーダ装置について図面を用いて説明する。図１３は、本発明の実施例３に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートであり、図１１に示した実施例２の手順を示すフローに続けて実行される。本実施例では、ペアリング確定部２０が、同一目標物に対してペアリングが確定するたびにペアリング確定回数をカウントし、ペアリング確定回数が所定の回数以上となった場合に目標物に関する今回データを出力する点を特徴としている。即ち、目標物が複数存在する場合には、各目標物毎にペアリング確定回数をカウントする。
【００５１】
目標物の確定方法について図１４を用いて説明する。ここでは、２つの目標物の候補１０１，１０２があり、前回のペアリング候補から求めた目標物の位置をそれぞれＰ1、Ｐ2とする。また、前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置を△１０１´、□１０２´とし、それぞれの値を中心として今回のペアリング候補と関連付ける、即ち目標物の同一性を判断するための境界を２０１、２０２で示す。ここで、今回のペアリング候補には３つの候補があり、それぞれの候補から求めた位置をＰ11（１１１）、Ｐ12（１１２）、Ｐ13（１１３）とする。そこで、各ペアリング候補について、目標物の同一性を今回の予想位置から所定の範囲（２０１、２０２）内にあるか否かを判定し、所定の範囲内にあるとき、更にマハラノビス距離が所定の閾値以下なら前回のペアリング候補と同一目標物とみなす。
【００５２】
例えば、今回のペアリング候補から求めた位置Ｐ11(１１１)は、前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置△１０１´に対し所定範囲２０１にあるため今回のペアリング候補は目標物１０１と同一目標物の候補とする。そして今回のペアリング候補から求めた位置Ｐ11(１１１)と今回の予想位置△１０１´から横位置誤差、縦位置誤差についてのマハラノビス距離が所定の閾値の範囲内にあれば同一物とみなす。この場合は目標物１０１用のカウントをアップする。なお、カウンタは目標物１０１用と１０２用とで別々に持つ。
【００５３】
同様にして、目標物１０２の今回のペアリング候補から求めた位置Ｐ13(１１３)は、前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置□１０２´に対し所定範囲２０２内にあるため、その横位置誤差、縦位置誤差についてのマハラノビス距離が所定の閾値の範囲内にあれば、同一物とみなす。この場合は目標物１０２用のカウントをアップする。
【００５４】
一方、今回のペアリング候補Ｐ12（１１２）は、目標物１０１の前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置△１０１´からの所定範囲、及び目標物１０２の前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置□１０２´からの所定範囲の何れの予想位置にも入らないため、除外する。
【００５５】
上記のようにして、ペアリング確定部２０は、ペアリングが確定するたびにペアリング確定回数をカウントし、ペアリング確定回数を記憶手段に格納する。次に、ステップＳ３０１において、ペアリング確定部２０は記憶手段を参照してペアリング確定回数が所定の回数以上であるか否かを判断する。
【００５６】
ペアリング確定回数が所定の回数以上である場合には、ステップ３０２において、目標物のデータを出力する。一方、ペアリング確定回数が所定の回数未満である場合には、再度測定を開始する。
【００５７】
以上のように、本発明の実施例３に係るレーダ装置の信号処理装置によれば、連続性を有する同一目標物のペアリング確定回数が所定の回数となった場合、即ち目標物の存在が確かめられたときにのみ目標物データの出力を行うようにしているので、ミスペアリングした目標物のデータの出力を抑制することができる。
【００５８】
以上の説明において、図示したレーダ装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示のように構成されていることを要しない。
【００５９】
さらに、各構成要素にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵ等及びＣＰＵ等においてにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、論理回路によるハードウェアとして実現されてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ アンテナ
２ 送受信機
３ ミキサ
４ 発振器
５ ＬＰＦ
６ Ａ／Ｄ変換器
７ アップスイープ・フーリエ変換器
８ ダウンスイープ・フーリエ変換器
９ 信号処理装置
１０ 周波数ピーク検出部
１１ 第１の組み合わせグループ決定部
１２ 第１のペアリング候補グループ決定部
１３ 第２の組み合わせグループ決定部
１４ 第２のペアリング候補グループ決定部
１５ ペアリング候補グループ抽出部
１６ 今回ペアリング候補グループ決定部
１７ 今回データ算出部
１８ 過去データ抽出部
１９ 予測データ算出部
２０ ペアリング確定部
９１ ＣＰＵ
９２ メモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダ装置に関し、特にＦＭ−ＣＷレーダ方式の装置において、複数の目標物の検出を行うレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
目標物との距離と相対速度とを計測することができる車載用のレーダ装置として、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置が知られている（例えば特許文献１）。図１に従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置の構成図を示す。発振器４からの送信信号に基づいて送受信機２を介してアンテナ１から電波を目標物（図示せず）に向かって送信し、目標物からの反射波をアンテナ１で受信して送受信機２で受信信号を生成する。送信信号及び受信信号はミキサ３で混合されたのち、ＬＰＦ５を介してビート信号を生成する。ビート信号はＡ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換された後、アップスイープ・フーリエ変換器７と、ダウンスイープ・フーリエ変換器８によってフーリエ変換された後、信号処理装置９に入力されて、目標物の距離、速度等のデータを算出する。信号処理装置９は、ＣＰＵ９１及びメモリ９２を備えている。
【０００３】
ＦＭ−ＣＷ方式について簡単に説明する。周波数が線形に増加するように周波数変調したアップスイープ信号と、周波数が線形に減少するように周波数変調したダウンスイープ信号を交互に目標物に向けて送信する。図２にレーダ装置における送信波と受信波の時間的変化を表す波形図を示す。送信信号を実線で、受信信号を点線で示している。
【０００４】
アンテナで捉えた目標物からの反射信号の一部とミキシングしてビート信号を得、アップスイープ期間及びダウンスイープ期間におけるビート信号の周波数はそれぞれ次式で与えられる。
【０００５】
【数１】
【０００６】
ただし、Δｆは変調周波数幅、Ｔmは変調繰返し周期、ｃは光速、λは波長である。距離Ｒと速度ｖは式（１）と（２）の連立方程式を解いて求めることができる。
【０００７】
ここで、目標物が複数存在し、複数の目標物からの反射波を同時に受信した場合、同時に検出された複数のアップ周波数とダウン周波数との組合せを決定することが必要となる。一般に、レーダで同時に観測される移動物体は複数有りうる。例えば、市街地等においては、同時に受信する反射信号が非常に多くなる。従って、アップ周波数と、ダウン周波数もそれぞれ、複数の周波数においてピーク（周波数ピーク）が検出される。さらに、周波数解析の結果として得られる信号の中には、ノイズによる周波数ピークも出現する。図３に一例として、複数の目標物からの反射波から検出されたアップ周波数及びダウン周波数のＦＦＴ出力の周波数依存性を示す。アップ周波数（図３（ａ））及びダウン周波数（図３（ｂ））はそれぞれ複数のピークを有していることがわかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−９３２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の信号処理方法においては、アップ周波数とダウン周波数のペアを決定する処理（以下、「ペアリング」という）が困難となる場合があった。誤った組合せでペアリングが行われると、算出結果として得られる移動物体までの距離や移動速度も誤ったものになるという問題が生じていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のレーダ装置は、送信した電波が複数の目標物で反射された反射波を受信して受信信号を生成し、該受信信号から複数のアップ周波数ピークと複数のダウン周波数ピークとを検出すると共に、アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークにおける目標物に関する特性値を測定し、複数のアップ周波数ピークの各々と複数のダウン周波数ピークをそれぞれ１つずつ組み合わせ、各々の組み合わせについて、測定された特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が所定のしきい値以下の組み合わせをペアリング候補として決定し、該決定したアップ周波数ピークとダウン周波数ピークに基づき、目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む今回のデータを算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のレーダ装置は、複数の目標物に関して検出されたアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとをマハラノビス距離を用いてペアリングを行うことにより、ミスペアリングを低減することができる。
【００１２】
また、本発明のレーダ装置は、過去のペアリング候補を数回前の走査分まで保持することにより、目標物の周波数ピークがノイズや他の物標によって一時的に埋もれて検出できなかった場合でも、次回検出できれば速やかに検出することができるため、ペアリング確定することができる。
【００１３】
さらに、本発明のレーダ装置は、目標新規検出時のみ、目標出力に時間を掛けることで、間違った組合せでのペアリングを抑制でき、ペアリングの信頼性を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置の構成図である。
【図２】レーダ装置における送信波と受信波の時間的変化を示す波形図である。
【図３】複数の目標物からの反射波から検出されたアップ周波数及びダウン周波数のＦＦＴ出力の周波数依存性を示す図である。
【図４】本発明の実施例１に係るレーダ装置を構成する信号処理装置の機能ブロック図である。
【図５】本発明の実施例１に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】マハラノビス距離の算出方法を説明するための図である。
【図７】アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリング候補の決定方法を説明するための図である。
【図８】ペアリング候補グループの中からマハラノビス距離が最小となるものを選択する方法を説明するための図である。
【図９】ペアリング候補グループの中からマハラノビス距離が所定の閾値以下となるものを選択する方法を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施例２に係るレーダ装置を構成する信号処理装置の機能ブロック図である。
【図１１】本発明の実施例２に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図１２】マハラノビス距離の算出方法を説明するための図である。
【図１３】本発明の実施例３に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートである。
【図１４】目標物の確定方法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、図面を参照して、本発明に係るレーダ装置について説明する。ただし、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態には限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【実施例１】
【００１６】
まず、本発明の実施例１に係るレーダ装置について説明する。図４に実施例１に係るレーダ装置を構成する信号処理装置の機能ブロック図を示す。図４には、図１に示した信号処理装置の構成のみを示している。信号処理装置９は、周波数ピーク検出部１０と、第１の組み合わせグループ決定部１１と、第１のペアリング候補グループ決定部１２と、第２の組み合わせグループ決定部１３と、第２のペアリング候補グループ決定部１４と、ペアリング候補グループ抽出部１５と、今回ペアリング候補グループ決定部１６と、今回データ算出部１７とを備えている。本発明のレーダ装置を構成する信号処理装置以外の構成は、図１に示した従来のレーダ装置と同様の構成を有する。
【００１７】
本発明のレーダ装置の信号処理方法について図面を用いて説明する。図５は本発明の実施例１に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートである。まず、ペアリングを行うための周波数ピークを求めるために、周波数ピーク検出部１０は、ＦＭ−ＣＷレーダ装置において、送信した電波が複数の目標物で反射された反射波を受信して受信信号を生成し、該受信信号から複数のアップ周波数ピークと複数のダウン周波数ピークとを検出すると共に、アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークにおける目標物に関する特性値を測定する。検出した周波数のピークは図３に示すように複数存在する。ここで、アップ周波数ピークがｎ個あった場合、アップ周波数ピークをfu1, fu2, … funと表し、ダウン周波数ピークがｍ個あった場合、ダウン周波数ピークをfd1, fd2, … fdmと表すこととする。
【００１８】
この周波数ピークを示す周波数における目標物に関する特性値としては、アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークにおける目標物の存在する位置の角度、受信信号のパワー、スペクトラム強度が挙げられる。スペクトラム強度とは、アレーアンテナによる到来方向推定法（ビームフォーマ法、Capon法、線形予測法など）によって得られる、到来波の角度分布（角度スペクトラム）において、それぞれの角度の強さを表すものをいう。
【００１９】
次に、ステップＳ１０１において、第１の組み合わせグループ決定部１１は、複数のアップ周波数ピークの各々に対して、全てのダウン周波数ピークを組み合わせて、第１の組み合わせグループを決定する。例えば、アップ周波数ピークがｎ個存在し、ダウン周波数ピークがｍ個存在する場合、第１の組み合わせグループに含まれる組合せの数はｎ×ｍ個となる。具体的には、第１の組み合わせグループに含まれる組合せは、(fu1, fd1), (fu1, fd2), … (fu1, fdm), (fu2, fd1), (fu2, fd2), … (fu2, fdm), (fun, fd1), (fun, fd2) … (fun, fdm)と表せる。
【００２０】
次に、ステップＳ１０２において、第１のペアリング候補グループ決定部１２は、第１の組み合わせグループを構成する各々の組み合わせについて、測定された特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、１つのアップ周波数ピークに対して１つのダウン周波数ピークを対応させるようにマハラノビス距離が最小となる第１のペアリング候補グループを決定する。ここで、第１のペアリング候補グループに含まれる組合せは、(fu1, fda), (fu2, fdb), … (fun, fdc)(a,b,cはm以下の整数）と表せる。
【００２１】
マハラノビス距離は、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの角度、パワー、スペクトラム強度それぞれの差である、角度差、パワー差、スペクトラム強度差の値を用いて算出する。図６を用いてマハラノビス距離の算出方法について説明する。ｘ軸にスペクトラム強度差、ｙ軸に角度差、ｚ軸にパワー差をとった３次元のグラフ上に、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの角度差、パワー差、スペクトラム強度差をプロットしている。図中で２１（●印）は正常にペアリングされた組合せの角度差、パワー差、スペクトラム強度差を示し、正常にペアリングされた組合せの全体の平均値を２２（★印）で示している。この場合、マハラノビス距離を算出する対象の組合せのデータ２３（四角形の印）のマハラノビス距離は、平均値２２との間の距離２４で求めることができる。
【００２２】
具体的には、平均がμ＝(μ1, μ2, μ3)T で、共分散行列がΣであるような多変数ベクトルｘ＝（ｘ1, ｘ2, ｘ3）で表される一群の値に対するマハラノビス距離は、次のように算出できる。
【００２３】
【数２】
【００２４】
上記のステップＳ１０２における、第１のペアリング候補グループの決定方法について図面を用いて説明する。図７に、アップビート信号及びダウンビート信号の一例を示す。同図では、アップビート信号（ＵＰビート）には、４つのアップ周波数ピーク（fu1, fu2, fu3, fu4）が存在し、ダウンビート信号（ＤＯＷＮビート）には、５つのダウン周波数ピーク（fd1, fd2, fd3, fd4, fd5）が存在する例を示しており、例えば、アップ周波数ピークfu1に対しダウン周波数ピークfd1 〜fd5の中でマハラノビス距離が最小となるダウン周波数ピークがfd2であることを示している。このように、マハラノビス距離に基づいて、１つのアップ周波数ピークから、１つのダウン周波数ピークをペアリングする第１のペアリング候補グループは、同図の実線の矢印で示すように、(fu1, fd2), (fu2, fd5), (fu3, fd2), (fu4, fd3)と決定される。
【００２５】
尚、上記の例では１つのピークが１つの目標物の角度、パワー、スペクトラム強度情報を有するものとして説明したが、目標物の角度推定方式によっては１つのピークから複数の目標物の角度情報を分離できる場合がある。その場合、１つのピークに対して複数の目標物の角度、パワー、スペクトラム強度情報を持つ。例えば１つのピークが３つの目標物の情報を持つとすれば、アップ周波数ピークfunはfun-1、fun-2、fun-3、ダウン周波数ピークfdmはfdm-1、fdm-2、fdm-3と各目標物毎に分離され、組み合わせは各目標物毎になされる。従って、アップ周波数ピーク数がｎ個、ダウン周波数ピーク数がｍ個ある場合、組み合わせの数は３ｎ×３ｍとなる。この組み合わせについてマハラノビス距離が最小となる第１のペアリング候補グループを決定する。このことは、次のステップＳ１０３、Ｓ１０４についても同様である。
【００２６】
次に、ステップＳ１０３において、第２の組み合わせグループ決定部１３は、複数のダウン周波数ピークの各々に対して、全てのアップ周波数ピークを組み合わせて、第２の組み合わせグループを決定する。例えば、アップ周波数ピークがｎ個存在し、ダウン周波数ピークがｍ個存在する場合、第２の組み合わせグループに含まれる組合せの数はｎ×ｍ個となる。具体的には、第２の組み合わせグループに含まれる組合せは、(fd1, fu1), (fd1, fu2), … (fd1, fun), (fd2, fu1), (fd2, fu2), … (fd2, fun), (fdm, fu1), (fdm, fu2) … (fdm, fun)と表せる。
【００２７】
次に、ステップＳ１０４において、第２のペアリング候補グループ決定部１４は、第２の組み合わせグループを構成する各々の組み合わせについて、測定された特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、１つのダウン周波数ピークに対して１つのアップ周波数ピークを対応させるようにマハラノビス距離が最小となる第２のペアリング候補グループを決定する。マハラノビス距離の算出方法は上記と同様である。ここで、第２のペアリング候補グループに含まれる組合せは、(fd1, fui), (fd2, fuj), … (fdn, fuk)(i,j,kはn以下の整数）と表せる。
【００２８】
上記のステップＳ１０４における、第２のペアリング候補グループの決定方法について図７を用いて説明する。第１のペアリング候補グループの決定方法と同様に、マハラノビス距離に基づいて、１つのダウン周波数ピークから、１つのアップ周波数ピークをペアリングする第２のペアリング候補グループは、同図の破線の矢印で示すように、(fd1, fu1), (fd2, fu1), (fd3, fu2), (fd4, fu4), (fd5, fu4)と決定される。
【００２９】
次に、ステップＳ１０５において、ペアリング候補グループ抽出部１５は、第１のペアリング候補グループ及び第２のペアリング候補グループからなるグループにおいて、同一周波数において複数の組み合わせが存在する場合には、該複数の組み合わせの中からマハラノビス距離が大きい組み合わせを除去してペアリング候補グループを抽出する。
【００３０】
具体的には、本実施例では、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの組合せを第１の組み合わせグループ決定ステップと第２の組み合わせグループ決定ステップの２回のステップで実行しているため、同一のアップ周波数ピークに対して複数のダウン周波数ピークが組み合わされる可能性がある。即ち、アップ側から組み合わせたときの組合せ（fu1、fd1）に対し、ダウン側から組み合わせたときの組合せ(fd1、fu1)、(fd2、fu1) 、(fd3、fu1)等が存在する場合がある。そこで、複数の組合せの中からマハラノビス距離が大きいものを除去して、マハラノビス距離が小さい組合せをペアリング候補と決定する。図８を用いて、同一周波数における複数の組合せの中から１つの組合せを選択する方法について説明する。図７に示したようにステップＳ１０２及びＳ１０４において、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークは図７の実線及び破線の矢印で示すように、同一の周波数において複数の組合せが存在する場合がある。例えば、アップ周波数ピークfu1に対しては、(fu1, fd2), (fd1, fu1), (fd2, fu1)の３つの組合せが存在する。このように複数の組合せの中からマハラノビス距離が最小となる組合せを１つだけ選択する。同様に他のアップ周波数ピークfu2〜fu4、ダウン周波数ピークfd1〜fd5についてもマハラノビス距離が最小となる組合せを選択する。図８（ａ）に、マハラノビス距離が最小となる組合せを○で示し、それ以外の組合せを×で示す。また、図８（ｂ）にマハラノビス距離が最小となる組合せのみを示す。この例では３つの組み合わせ(fu2, fd5), (fd2, fu1), (fd5, fu4)のみが選択されている。
【００３１】
次に、ステップＳ１０６において、ペアリング候補と決定する今回ペアリング候補グループ決定部１６は、ペアリング候補グループを構成する組み合わせのうち、マハラノビス距離が所定のしきい値以上の組み合わせを除去して今回ペアリング候補グループと決定する。
【００３２】
ペアリング候補決定ステップ（Ｓ１０５）において、マハラノビス距離が小さい組合せを抽出したとしても、その絶対値が大きい場合にはペアリングが正常に行われていない可能性も考えられる。そこで、マハラノビス距離が所定の閾値以上である場合には正常にペアリングが行われていないと判断し、そのような組合せを除去する。
【００３３】
図９にマハラノビス距離が所定の閾値以上の組合せを除去した結果を示す。図８（ｂ）に示すように、ステップＳ１０５において、マハラノビス距離が最小となる３つの組み合わせ(fu2, fd5), (fd2, fu1), (fd5, fu4)が得られた場合、(fu2, fd5)のマハラノビス距離が所定の閾値以上となっているとすると、図９に示すように２つの組合せ(fd2, fu1), (fd5, fu4)が今回のペアリンググループとして決定される。
【００３４】
次に、ステップＳ１０７において、今回データ算出部１７は、今回ペアリング候補グループに含まれるアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの組み合わせについて、目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む今回のデータを算出する。
【００３５】
ここで、第１の組み合わせグループ決定部及び第２の組み合わせグループ決定部の少なくとも１つにおいて、特性値が所定の範囲内である場合に、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの組み合わせを行うようにしてもよい。アップ周波数ピーク及びダウン周波数ピークのそれぞれにおける角度、パワー、スペクトラム強度のそれぞれの差が明らかに大きい場合はペアリングが正常に行われていない可能性が高いと考えられるので、そのような組合せは行わないようにすることで、ペアリングが正常に行われているか否かを検証するための演算量を削減することができ、ペアリングの判定を高速化することができる。
【００３６】
本実施例では、マハラノビス距離に基づいてペアリングが正常に行われているか否かを判断しているが、判断基準はマハラノビス距離に限られず、他の相関値に基づいてペアリングが正常に行われているか否かを判断するようにしてもよい。
【００３７】
さらに、本実施例では、角度差、パワー差、スペクトラム強度差の３つの値を基準にしてマハラノビス距離を算出した例を示したが、これには限られず、他のパラメータに基づいてマハラノビス距離を算出してもよいし、パラメータの数も３つには限られない。
【００３８】
以上のようにして、本発明の実施例１に係るレーダ装置によれば、複数の目標物に関して検出されたアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとをマハラノビス距離を用いてペアリングを行うことにより、ミスペアリングを低減することができる。
【実施例２】
【００３９】
次に、本発明の実施例２に係るレーダ装置について説明する。図１０に本発明の実施例２に係るレーダ装置を構成する信号処理装置の機能ブロック図を示す。図１０には、図１に示した信号処理装置の構成のみを示している。信号処理装置９は、実施例１で示した構成に加えて、過去データ抽出部１８と、予測データ算出部１９と、ペアリング確定部２０とを備えている。
【００４０】
本発明のレーダ装置の信号処理方法について図面を用いて説明する。図１１は、本発明の実施例２に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートであり、図５に示した実施例１の手順を示すフローに続けて実行される。
【００４１】
まず、ステップＳ２０１において、過去データ抽出部１８が、今回データ算出ステップで今回のデータを算出する以前に検出された目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む過去のデータを抽出する。ここで、「過去のデータ」とは、ペアリング候補グループ決定段階（Ｓ１０６、Ｓ１０７）のデータをいう。即ち、本発明の信号処理装置は、目標物に対して繰り返し電波を照射した際に受信した信号から算出した、目標物に関する検出データを順次記憶し、過去データ抽出部１８が記憶された過去のデータを抽出する。過去のデータは信号処理装置９内に備えられたメモリ９２（図１参照）に格納してもよいし、信号処理装置９の外部に設けられた記憶媒体（図示せず）に記憶するようにしてもよい。
【００４２】
次に、ステップＳ２０２において、予測データ算出部１９が、抽出された過去のデータに基づいて、目標物に関して今回のデータに対応すると予測される予測データを算出する。即ち、過去数回にわたって検出し記憶された目標物の過去のデータに基づいて、今回のデータを予測するものである。例えば、過去３回分のデータに基づいて今回のデータを予測するようにしてもよい。ただし、３回分には限られず、２回分でもよいし、４回分以上の過去のデータを用いて今回のデータを予測するようにしてもよい。
【００４３】
次に、ステップＳ２０３において、ペアリング確定部２０が、予測データと今回のデータとを用いてマハラノビス距離を算出し、算出したマハラノビス距離が所定の範囲内である場合に、目標物に関してアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する。
【００４４】
マハラノビス距離は、過去のデータに基づいて予測した目標物のデータと、今回のデータとを用いて算出する。図１２を用いてマハラノビス距離の算出方法について説明する。本実施例では、目標物の位置情報、即ち縦位置誤差と横位置誤差とを用いた例を示す。ｘ軸に横位置誤差、ｙ軸に縦位置誤差をとったグラフ上に、過去において予測した目標物の横位置、縦位置データとそのときに正しいペアリングが行なわれたとして確定した目標物の横位置、縦位置データとの差分、即ち横位置誤差、縦位置誤差を３１（●印）としてプロットしている。ここで、過去の横位置誤差、縦位置誤差は、事前に測定し正しいペアリングと判定されたデータであって、その今回ペアデータと前回ペアデータからの予測値との差を求めたものを使用している。その平均値を３２（★印）で示している。尚、ペアリング確定部２０で予測と確定が行なわれるたびにそのときの予測目標物と確定目標物との横位置誤差、縦位置誤差を過去データに追加してもよい。今回の処理においては、ステップＳ１０７で算出された今回の目標物データの横位置、縦位置データと、過去のデータから今回予測した横位置、縦位置データとの横位置誤差、縦位置誤差（今回のデータ３３（四角形の印）として示している）と、平均値３２とのマハラノビス距離（平均値３２との間の距離３４で求めることができる。）を求め、算出したマハラノビス距離が所定の範囲内である場合に、目標物に関してアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する。
【００４５】
上記の説明においては、目標物の位置のマハラノビス距離に基づいてアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する方法について説明したが、目標物の確定のためには、目標物の位置情報だけでなく、目標物の相対速度に関しても同様にマハラノビス距離を算出してアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する。実際にペアリングを確定するには位置と相対速度が予測値と近いことが必要であるためである。
【００４６】
上記のようにして算出したマハラノビス距離が所定の範囲内である場合には、正常にペアリングが行われているものと考えられるので、アップ周波数ピークとダウン周波数ピークとのペアリングを確定する。
【００４７】
以上のようにして、マハラノビス距離に基づいて正常にペアリングが行われているか否かを判断しているので、ミスペアリングを抑制することができる。
【００４８】
さらに、過去のデータを用いて今回のデータを予測することにより、目標物の周波数ピークがノイズや他の目標物により一時的に埋もれて検出できなかった場合でも、その次に検出できれば速やかにペアリングを確定することができるため、目標物を見失う危険性を低減することができる。
【００４９】
また、上記の実施例ではマハラノビス距離に基づいて相関値を算出する例を示したが、マハラノビス距離以外の他の計算方法で相関値を算出するようにしてもよい。さらに、本実施例では、縦位置誤差及び横位置誤差の２つのパラメータを基準にして正常にペアリングが行われたか否かを判断する例を示したが、他のパラメータを基準にして判断するようにしてもよいし、位置情報、相対速度情報を含む３個以上のパラメータを用いて判断してもよい。
【実施例３】
【００５０】
次に、本発明の実施例３に係るレーダ装置について図面を用いて説明する。図１３は、本発明の実施例３に係るレーダ装置の信号処理方法の手順を示すフローチャートであり、図１１に示した実施例２の手順を示すフローに続けて実行される。本実施例では、ペアリング確定部２０が、同一目標物に対してペアリングが確定するたびにペアリング確定回数をカウントし、ペアリング確定回数が所定の回数以上となった場合に目標物に関する今回データを出力する点を特徴としている。即ち、目標物が複数存在する場合には、各目標物毎にペアリング確定回数をカウントする。
【００５１】
目標物の確定方法について図１４を用いて説明する。ここでは、２つの目標物の候補１０１，１０２があり、前回のペアリング候補から求めた目標物の位置をそれぞれＰ1、Ｐ2とする。また、前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置を△１０１´、□１０２´とし、それぞれの値を中心として今回のペアリング候補と関連付ける、即ち目標物の同一性を判断するための境界を２０１、２０２で示す。ここで、今回のペアリング候補には３つの候補があり、それぞれの候補から求めた位置をＰ11（１１１）、Ｐ12（１１２）、Ｐ13（１１３）とする。そこで、各ペアリング候補について、目標物の同一性を今回の予想位置から所定の範囲（２０１、２０２）内にあるか否かを判定し、所定の範囲内にあるとき、更にマハラノビス距離が所定の閾値以下なら前回のペアリング候補と同一目標物とみなす。
【００５２】
例えば、今回のペアリング候補から求めた位置Ｐ11(１１１)は、前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置△１０１´に対し所定範囲２０１にあるため今回のペアリング候補は目標物１０１と同一目標物の候補とする。そして今回のペアリング候補から求めた位置Ｐ11(１１１)と今回の予想位置△１０１´から横位置誤差、縦位置誤差についてのマハラノビス距離が所定の閾値の範囲内にあれば同一物とみなす。この場合は目標物１０１用のカウントをアップする。なお、カウンタは目標物１０１用と１０２用とで別々に持つ。
【００５３】
同様にして、目標物１０２の今回のペアリング候補から求めた位置Ｐ13(１１３)は、前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置□１０２´に対し所定範囲２０２内にあるため、その横位置誤差、縦位置誤差についてのマハラノビス距離が所定の閾値の範囲内にあれば、同一物とみなす。この場合は目標物１０２用のカウントをアップする。
【００５４】
一方、今回のペアリング候補Ｐ12（１１２）は、目標物１０１の前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置△１０１´からの所定範囲、及び目標物１０２の前回のペアリング候補から求めた今回の予想位置□１０２´からの所定範囲の何れの予想位置にも入らないため、除外する。
【００５５】
上記のようにして、ペアリング確定部２０は、ペアリングが確定するたびにペアリング確定回数をカウントし、ペアリング確定回数を記憶手段に格納する。次に、ステップＳ３０１において、ペアリング確定部２０は記憶手段を参照してペアリング確定回数が所定の回数以上であるか否かを判断する。
【００５６】
ペアリング確定回数が所定の回数以上である場合には、ステップ３０２において、目標物のデータを出力する。一方、ペアリング確定回数が所定の回数未満である場合には、再度測定を開始する。
【００５７】
以上のように、本発明の実施例３に係るレーダ装置の信号処理装置によれば、連続性を有する同一目標物のペアリング確定回数が所定の回数となった場合、即ち目標物の存在が確かめられたときにのみ目標物データの出力を行うようにしているので、ミスペアリングした目標物のデータの出力を抑制することができる。
【００５８】
以上の説明において、図示したレーダ装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示のように構成されていることを要しない。
【００５９】
さらに、各構成要素にて行なわれる各処理機能は、その全部または任意の一部が、ＣＰＵ等及びＣＰＵ等においてにて解析実行されるプログラムにて実現され、あるいは、論理回路によるハードウェアとして実現されてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１ アンテナ
２ 送受信機
３ ミキサ
４ 発振器
５ ＬＰＦ
６ Ａ／Ｄ変換器
７ アップスイープ・フーリエ変換器
８ ダウンスイープ・フーリエ変換器
９ 信号処理装置
１０ 周波数ピーク検出部
１１ 第１の組み合わせグループ決定部
１２ 第１のペアリング候補グループ決定部
１３ 第２の組み合わせグループ決定部
１４ 第２のペアリング候補グループ決定部
１５ ペアリング候補グループ抽出部
１６ 今回ペアリング候補グループ決定部
１７ 今回データ算出部
１８ 過去データ抽出部
１９ 予測データ算出部
２０ ペアリング確定部
９１ ＣＰＵ
９２ メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信した電波が複数の目標物で反射された反射波を受信して受信信号を生成し、該受信信号から複数のアップ周波数ピークと複数のダウン周波数ピークとを検出すると共に、前記アップ周波数ピーク及び前記ダウン周波数ピークにおける前記目標物に関する特性値を測定し、
複数のアップ周波数ピークの各々と複数のダウン周波数ピークをそれぞれ１つずつ組み合わせ、各々の組み合わせについて、測定された前記特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が所定のしきい値以下の組み合わせをペアリング候補として決定し、該決定したアップ周波数ピークとダウン周波数ピークに基づき、前記目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む今回のデータを算出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記複数のアップ周波数ピークの各々と前記複数のダウン周波数ピークとの組合せが同一周波数において複数存在する場合は、前記同一周波数における前記特性値に基づいて算出したマハラノビス距離が最小となるアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの組合せを選択する、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記複数のアップ周波数ピークの各々と前記複数のダウン周波数ピークとの組合せは、アップ周波数ピークに対してダウン周波数ピークを組合せた組合せと、ダウン周波数ピークに対してアップ周波数ピークを組み合わせた組合せを含む、請求項１または２に記載のレーダ装置。
【請求項１】
送信した電波が複数の目標物で反射された反射波を受信して受信信号を生成し、該受信信号から複数のアップ周波数ピークと複数のダウン周波数ピークとを検出すると共に、前記アップ周波数ピーク及び前記ダウン周波数ピークにおける前記目標物に関する特性値を測定し、
複数のアップ周波数ピークの各々と複数のダウン周波数ピークをそれぞれ１つずつ組み合わせ、各々の組み合わせについて、測定された前記特性値に基づいてマハラノビス距離を算出し、マハラノビス距離が所定のしきい値以下の組み合わせをペアリング候補として決定し、該決定したアップ周波数ピークとダウン周波数ピークに基づき、前記目標物の距離、相対速度及び角度の少なくとも１つを含む今回のデータを算出することを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
前記複数のアップ周波数ピークの各々と前記複数のダウン周波数ピークとの組合せが同一周波数において複数存在する場合は、前記同一周波数における前記特性値に基づいて算出したマハラノビス距離が最小となるアップ周波数ピークとダウン周波数ピークとの組合せを選択する、請求項１に記載のレーダ装置。
【請求項３】
前記複数のアップ周波数ピークの各々と前記複数のダウン周波数ピークとの組合せは、アップ周波数ピークに対してダウン周波数ピークを組合せた組合せと、ダウン周波数ピークに対してアップ周波数ピークを組み合わせた組合せを含む、請求項１または２に記載のレーダ装置。
【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２０１２−１０３１１８（Ｐ２０１２−１０３１１８Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５２０８４（Ｐ２０１０−２５２０８４）
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【Ｆターム（参考）】
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