レーダ装置
方向の観測値の信頼性が低下しやすい、互いに近接する複数の外部目標の位置と速度とを精度よく追尾する。アンテナからの受信信号を信号処理して複数の外部目標の相対距離と相対速度とを算出するとともに、前記アンテナが放射するビームパターンのうち、一部が重なり合う隣接するビームパターンを組み合わせることで前記複数の外部目標の方向を算出し、この方向と前記相対距離と相対速度から前記複数の外部目標の位置観測値と速度観測値とを取得して、これら位置観測値と速度観測値から個別の外部目標毎の位置と速度の平滑値を算出する目標追尾フィルタと、互いに近接する前記複数の外部目標からクラスタを形成し、クラスタ内の外部目標に対して、前記目標追尾フィルタとは異なるゲートを設定し、このゲートによって前記外部目標の観測値との相関処理を行う追尾処理クラスタ内目標追尾フィルタと、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
この発明は、レーダ装置に係るものであり、特に追尾する目標同士が接近している場合に、精度よく追尾を行うする技術に関するものである。
【背景技術】
複数のビームパターンを組み合わせて目標の方向を観測する技術として、シーケンシャルロービング方式やモノパルス方式が知られている。これらは隣接するビームパターンにおける目標の像の差異を求めて、目標の方向を推定する方法である。また、パルスドップラーレーダ方式やＦＭＣＷレーダ方式を用いることで、目標までの相対距離と目標の相対速度を得ることができる。したがって、これらの方式を組み合わせることによって（例えば、シーケンシャルロービング方式とＦＭＣＷレーダ方式）、目標の地表に対する位置と速度を算出することができる。
しかしながら、これらの方法は目標が一つであることが前提であり、目標が複数ある場合には、従来の方法では対応できない。このような問題に対処する方法として、複数チャネル間で、受信波の周波数が互いに対応するピークの組を求め、その組のピーク間の位相差に基づいて、複数の目標の方位を検出し、距離と速度とを組み合わせて、目標の位置を得る方法がある（例えば、特開平１１−２７１４３０「自動車レーダ装置」）。
この方法によれば、複数の目標を異なるビームで分離できる場合には、信頼性の高い方位を検出できる。しかし、現実のレーダ使用環境では、例えば車載レーダなどの場合、他の車両が接近し合うことによって、同じビーム内に複数の目標が含まれてしまうことがしばしば発生する。このような事態が生じると、従来の方法では方向が正しく観測できなくなり、複数の目標の航跡の分離に失敗したり（複数の目標が全く同じ点上に存在するように見えてしまう）、あるいは偽像が発生して、本来何も存在しない場所に、何らかの目標が存在するような結果が得られる場合がある。この発明は、上記のような問題を解決することを目的とする。
【発明の開示】
この発明に係るレーダ装置は、複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、その受信信号の特徴量を抽出する信号検出器と、
前記信号検出器が抽出した受信信号の特徴量から、前記各外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出する位置・速度演算器と、
を備えたレーダ装置であり、
前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値に対して、第１のゲートによる相関処理を施し、前記第１のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出する目標追尾フィルタと、
前記各外部目標の位置の平滑値に基づいて、前記外部目標同士が接近している場合に、前記外部目標が所属するクラスタを形成するクラスタ形成器と、
前記クラスタ形成器が形成したクラスタに所属する外部目標の前記位置観測値と速度観測値に対して、第２のゲートによる相関処理を施し、前記第２のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出するクラスタ内目標追尾フィルタと、
を備えたものである。
これによって、互いに近接する目標とそうでない目標とは異なるゲートを設定して相関処理を行うことができ、互いに近接して方向の観測値の信頼性が得られない場合には、追尾フィルタによる予測値を重視してノイズの影響を小さくし、一方で観測値の信頼性が得られる場合には、観測値を重視するようにできるので、複数の目標がビームパターンに対して任意の位置関係にある場合に、精度の高い測定結果を得ることができる。
また、この発明に係るもう一つのレーダ装置は、複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、その受信信号の特徴量を抽出する信号検出器と、
前記信号検出器が抽出した受信信号の特徴量から、前記各外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出する位置・速度演算器と、
を備えたレーダ装置であり、
前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値に対して、第１のゲートによる相関処理を施し、前記第１のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出する目標追尾フィルタと、
前記各外部目標の位置の平滑値に基づいて、前記外部目標同士が接近している場合に、前記外部目標が所属するクラスタを形成するクラスタ形成器と、
前記クラスタ形成器が形成したクラスタを一つの外部目標に見立てて、前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値とから、そのクラスタの位置と速度との平滑値を算出するクラスタ内目標追尾フィルタと、
を備えたものである。
これによって、特に複数の外部目標が互いに近接し、かつ等速で並走しており、信頼性の高い観測値が得にくい状況であっても、精度の高い安定した追尾を可能とする、という効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の実施の形態１、２によるレーダ装置の使用状況を示す図、
図２はこの発明の実施の形態１、２によるレーダ装置の構成を示すブロック図、
図３はこの発明の実施の形態１のレーダ装置における信号処理器の詳細な構成を示すブロック図、
図４はこの発明の実施の形態１のレーダ装置のビームパターンと目標との関係を示す図、
図５はこの発明の実施の形態１のレーダ装置の信号処理を示すフローチャート、
図６はこの発明の実施の形態１のレーダ装置の追尾処理を示すフローチャート、
図７はこの発明の実施の形態１のレーダ装置のクラスタ形成処理を示すフローチャート、
図８はこの発明の実施の形態１のレーダ装置における目標間のゲートの関係を示す図、
図９はこの発明の実施の形態１のレーダ装置におけるクラスタ内の目標のゲートの構成例を示す図、
図１０はこの発明の実施の形態１のレーダ装置におけるクラスタ内の目標のゲートの別の構成例を示す図、
図１１はこの発明の実施の形態２のレーダ装置の信号処理器の詳細な構成を示す図、
図１２はこの発明の実施の形態２のレーダ装置の目標の位置関係を示す図、
図１３はこの発明の実施の形態２のレーダ装置の信号処理を示すフローチャート、
図１４はこの発明の実施の形態２のレーダ装置の追尾処理を示すフローチャート、
である。
【発明を実施するための最良の形態】
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搭載した自動車を示すものである。図において、自動車１の前方にはこの発明の実施の形態１によるレーダ装置２が搭載されている。レーダ装置２は、自動車１の前方にビームを照射する。照射されたビームの一部は、自動車１の前方に存在する物体３に反射され、再びレーダ装置２に到来する。レーダ装置２はこれを受信して信号処理を施して、物体３までの距離・速度・方向を検出する。ここから得られた物体３に関する情報により、自動車１は、例えば、衝突回避のために自動的にブレーキを作動させたり、衝突に備えてシートベルトの調整を行うなどの制御を行う。この結果、自動車１の安全性を飛躍的に高める上で大きく寄与する。
図１は、レーダ装置２のの構造を示すブロック図である。レーダ装置２は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダ方式によって構成されたレーダ装置である。図において、制御器１０は、レーダ装置の各部位に制御信号を送出して、全体のタイミング制御を行う部位である。なお制御器１０は汎用の中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などを用いて構成され、それぞれの構成要素とは図示せぬバスにより結合されているものとする。なお、以降の説明において、部位とはその機能を実現するために準備された専用回路または素子を指すものとする。ただし、場合によっては、中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するコンピュータにコンピュータプログラムを実行させることによって、相当の機能を実行させるように構成してもよい。
ＶＣＯ１１はＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｃｉｌｌａｔｏｒ）であって、微弱交流信号を発生する部位である。ＶＣＯ１１は、周波数を連続的に上昇させていくアップフェーズと、連続的に下降させていくダウンフェーズとを一定周期毎に繰り返す交流信号を発生するようになっている。
送信器１２は、ＶＣＯ１１が発生した微弱信号を増幅する増幅器である。アンテナ１３は、送信器１２が増幅したＶＣＯ１１の出力信号を送信波として、物体３に照射するとともに、物体３により反射された送信波の一部を受信波として受信するセンサ素子である。送受切替器１４は、可動端子Ａと接点Ｂ、接点Ｃを備えており、これによってアンテナ１３が送信波を送信するのか、あるいは受信波を受信するのかを切り替えるようになっている。可動端子Ａは制御器１０からの制御信号によって、接点Ｂと接点Ｃのいずれかの接点に設定されるようになっている。可動端子Ａが接点Ｂに接続されている場合は、送信器１２とアンテナ１３が直結するので、アンテナ１３は送信波を送信する。また可動端子Ａが接点Ｃに接続している場合は、アンテナ１３と後述する１６が直結して受信波を接続するようになっている。
アンテナ駆動器１５は、アンテナ１３の方向を機械的あるいは電子的に制御する部位である。アンテナ１３は、アンテナ駆動器１５によって方向を制御され、その結果としてビームパターンの一部が重なり合うビームが放射されるようになっている。
受信器１６は、アンテナ１３が受信した受信波とＶＣＯ１１が発生した基準信号とのビート信号を生成し、さらにそのビート信号をＡ／Ｄ変換して出力する部位である。信号処理器１７は受信器１６が出力したビート信号に対して信号処理を施す部位であり、その詳細な構成は図３のブロック図によって示されている。
図３において、周波数分析器２１は、ビート信号の周波数を分析する部位である。
周波数記憶器２２は、アップフェーズとダウンフェーズのそれぞれのビート信号の周波数を記憶する記憶素子又は回路である。アップフェーズのビート信号の周波数とダウンフェーズのビート信号周波数は対となってその後の相対距離や相対速度に用いられる。そこで、周波数記憶器２２は一定期間それぞれのフェーズのビート信号の周波数を記憶するようになっている。
アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３は、アップフェーズとダウンフェーズのそれぞれに複数の目標のビート信号が存在する場合に、目標毎にアップフェーズのビート信号周波数とダウンフェーズのビート信号周波数とを組み合わせる（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）部位である。
相対距離・速度演算器２４は、アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３によって組み合わされたビート信号の周波数から各目標の相対距離速度を算出する部位である。
方位演算器２５は、ビート信号の周波数とそのビート信号が得られたビームに隣接するビームのビート信号の周波数からΔ／Σ値を算出して、目標が存在する方位を算出する部位である。
位置・速度演算器２６は、相対距離・速度演算器２４が算出した各目標の相対距離速度と、方位演算器２５が算出した各目標の方位から、各目標の位置と地表座標に対する速度を算出する部位である。
目標追尾フィルタ２７は、位置・速度演算器２６が算出した各目標の位置と座標に対して平滑処理を行う部位である。位置・速度演算器２６が算出した各目標の位置と座標は、観測値に基づくものであり、ノイズが乗ることで真値と大きくずれることがありうるが、目標追尾フィルタ２７が平滑処理を施すことによって、このような事態を回避するようになっている。
追尾情報記憶器２８は、目標追尾フィルタ２７が出力した平滑値を所定の期間記憶しておくための素子又は回路、あるいは、ハードディスクやＣＤ−ＲＯＭドライブのような記憶媒体である。
クラスタ形成器２９は、各目標が接近した場合に、それらの目標からクラスタを形成する部位である。
クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、クラスタ形成器２９が形成したクラスタについて平滑処理を行う部位である。
次に、レーダ装置２の動作について説明する。まず初めにレーダ装置２を用いて、外部目標の相対距離・相対速度・方向の観測を行う方法について簡単に説明する。距離・速度を観測するレーダ方式としては、例えばパルスドップラーレーダ方式や、レーダ装置２で採用しているＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｅｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式などが知られている。パルスドップラーレーダでは、同一周波数のパルス波をアンテナから一定周期毎に放射し、そのパルス波が目標に反射されてからアンテナに到達するまでの遅延時間を求め、この遅延時間から目標までの相対距離を算出する。また、目標が移動している場合は、パルス波の反射時にドップラー効果による周波数のずれが生じる。そこで、この周波数のずれを求めることにより、目標の相対速度を算出する。
またレーダ装置２で採用しているＦＭＣＷレーダは、基準信号の周波数を連続的に上昇させていくアップフェーズと、連続的に下降させていくダウンフェーズとを一定周期毎に繰り返し、その基準信号の周波数による送信波を目標に照射する。そして目標による反射波とその時点での基準信号周波数とを混合してビート信号を発生させる。そしてアップフェーズにおけるビート信号の周波数と位相及びダウンフェーズにおけるビート信号の周波数と位相とから目標の相対速度と相対距離とを算出するのである。アップフェーズにおけるビート信号の周波数をＵ、ダウンフェーズにおけるビート信号の周波数をＤ、周波数掃引幅をＢ、変調時間をＴ、光速をｃ、送信波の波長をλとした場合、目的の相対距離Ｒ、相対速度Ｖは、式（１）と式（２）で与えられることが知られている。
式（１）と式（２）から明らかなように、ＦＭＣＷレーダでは相対距離と相対速度を算出するためには、ＵとＤの双方を決定する必要がある。ところが、複数の外部目標が存在する場合、アップフェーズとダウンフェーズのそれぞれにおいて、ビート信号の周波数が複数個算出される。そうすると正しく相対距離と相対速度とを求める上では、アップフェーズにおける複数個のビート周波数と、ダウンフェーズにおける複数個のビート周波数との中から適切な組み合わせによるＵとＤを定めることが必要となる。このような問題を解決する技術はすでにいくつか知られており、例えば特開５−１４２３３７号公報「ミリ波レーダ距離速度測定装置」などに開示されている。
また、目標の方向を算出する方法としては、例えば次のような方法が知られている。すなわち、ビームパターンの一部が重なるように複数の方向にビームを照射し、それぞれのビームにおいて目標による反射波を受信する。そして、隣接するビーム間の受信信号の振幅や位相などの差（Δ値）と和（Σ値）の比（Δ／Σ値）を求め、このΔ／Σ値から反射波の入射方向を求めるのである。この方法は、ＦＭＣＷレーダでもパルスドップラーレーダでも、あるいはその他の方式によるレーダ装置でも用いることができる。
隣接するビームパターンの組み合わせ方式としては、異なる時間帯に放射したビームパターン間でΔ／Σ値を算出するシーケンシャルロービング方式や、複数の素子アレーを備えて同時に複数のビームパターンを放射し、同時刻のビームパターンを組み合わせてΔ／Σ値を算出するモノパルス方式が知られている。しかし、これらはいずれも、１つのビームパターン内には１つの目標しか存在しないことを前提としており、目標同士が接近し、その結果として、１つのビームパターン内に複数の目標が存在することとなった場合には対応できない。
以上の動作原理を踏まえて、次にレーダ装置２の各構成要素の作用とともに、レーダ装置２の動作を具体的に説明する。また、以下の説明では、より具体的にレーダ装置２の動作を説明するために、自動車１の前方を走行する複数の自動車の動作を測定する場合を想定する。図４は、そのような状況を示す図である。実際の道路においては、対向車線などにより、車線は通常複数存在する。したがってレーダ装置２は、異なる車線に跨って存在する複数の車両にビームを照射することとなり、それぞれの物体から反射波が戻ってくる。そのような場合における動作を説明するために、図４の例では、車線１０１、１０２、１０３からなる３つの車線がある。車線１０１には車両１０４が、車線１０２には車両１０５が、そして車線１０３には車両１０６が、自動車１の前方およそ１００〜１５０ｍ付近を同じ方向に走行しているものとする。
まずレーダ装置２において、ＶＣＯ１１が発生したアップフェーズとダウンフェーズからなる基準信号を送信器１２で増幅し、アンテナ１３によって車両１０４、１０５、１０６に放射する。ここでアンテナ１３は、アンテナ駆動器１５によって、ビームの放射方向が制御され、また制御器１０によって送信するように設定されている。その結果、アンテナ１３は、図４に示すビーム１５１、ビーム１５２、ビーム１５３等を順次放射し、車両１０４、１０５、１０６をビームパターン内に捉える。
Δ／Σ値を算出して目標の存在する方向を求める方法の説明ですでに述べたとおり、目標の方向を正しく取得するには、各ビームに目標が１つずつ存在することが前提となる。しかしながら、車載レーダの場合、自動車に搭載するという制約を満たすため、搭載可能なアンテナのサイズには制約がある。そのため、あまりビーム幅を狭くすることができない。車線の幅が４．５ｍ程度であるとして、１００〜１５０ｍ付近を並走している車両を別々のビームで捕捉するために必要となる分解能θを計算してみよう。仮に車両までの距離を１００ｍとすると、θは
を満たす必要がある。θが十分小さい場合はθ≒ｔａｎθと近似でき、θはせいぜい０．０４５となる。単位をｒａｄｉａｎからｄｅｇに変換すると、θ［ｄｅｇ］＝０．０４５×１８０／π≒２．５８°となる。このような極めて狭いビーム幅を車載レーダが実現することは一般に困難である。
その結果、実際の使用環境では同一ビーム内に複数の目標が含まれてしまうことが頻繁に生ずる。ところが、このような事態が生ずると、目標の方向や位置を正しく捉えることができなくなる。このように適切に目標位置を分離できない、という問題は、車載レーダシステムを用いた主要なアプリケーションシステムの使い勝手に直接的に影響する。すなわち、車載レーダによって他車の状況を検知し、オートクルーズや自動ブレーキングを行うシステムを高速道路で用いた場合、１００ｍ前方の自車線を走っている車両が急ブレーキをかけたときには、自車においても何らかの対応が必要となる。しかし、適切な分解能を有するアンテナを搭載しない場合には、隣の車線を走っている車両が急ブレーキをかけた場合にも、自車線と同じ対応をすることになりかねないのである。
図４の例においても、車両１０４は、互いに隣接するビーム１５１と１５２のビームパターンの重なり付近を走行している。一方、車両１０５と１０６はどちらもビーム１５３のビームパターン内を走行している。このような状況は現実には極めて頻繁に生ずる。
アンテナ１３が放射したビーム１５１、ビーム１５２、ビーム１５３等のビームは、車両１０４〜１０６に反射され、再びアンテナ１３に到来する。アンテナ１３は、これらの反射波を順次受信して、受信波を受信器１６に出力する。受信器１６は、ＶＣＯ１１における基準信号と受信波とを混合（ｍｉｘｉｎｇ）し、ビート信号を生成する。ここで、ＶＣＯ１１は連続的に周波数を上昇または下降させていて、また送信波が外部目標に到来し、そこで反射され、アンテナ１３に戻ってくるまでの間に、ある程度の時間が経過しているので、基準信号の周波数は受信波が送信波として放射されたときの周波数とは異なっている。さらに受信波は外部目標に反射された際に、外部目標が移動しているためにドップラー効果が生じ、その結果周波数のずれが生じている。したがって受信器１６で生成されるビート信号は、送信波を放射してから受信波として戻ってくるまでの経過時間や外部目標の移動速度などの情報を含んだものとなっている。これらは後に周波数解析によって抽出されることになる。
さらに受信器１６は、ビート信号を以後の信号処理で処理可能とするためにＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号による受信信号を信号処理器１７に出力する。
次に信号処理器１７の動作について説明する。図５は信号処理器１７の動作を示すフローチャートである。図のステップＳ１０１において、周波数分析器２１は、受信信号に対して例えば高速フーリエ変換などを施してスペクトル分析し、周波数成分を抽出する。なお、周波数分析器２１は、周波数成分とともに、周波数スペクトルがピークとなる受信信号の振幅をも出力する。続いてこれらのビート信号周波数成分と受信信号の振幅は、一定期間、少なくともアップフェーズとダウンフェーズの区間を一回ずつ経過するだけの期間、周波数記憶器２２によって記憶される。そしてステップＳ１０２において、制御器１０はアップフェーズとダウンフェーズの一つの対が経過すると、アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３に制御信号を送出することでアップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３を活性化させる。その結果、アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３は、一組のアップフェーズとダウンフェーズからなる区間が経過した時点で、周波数記憶器２２によって記憶されているアップフェーズのビート信号とダウンフェーズのビート信号との対を形成する。
次にステップＳ１０３において、方位演算器２５は、アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３により形成されたアップフェーズとダウンフェーズのビート信号の対の受信信号の振幅を周波数記憶器２２から読み込むとともに、隣接するビーム間で受信信号の振幅の差（Δ値）と和（Σ値）を求め、その比（Δ／Σ値）を算出する。そして方位演算器２５は、Δ／Σ値から目標の方向を算出する。この計算は次のように行われる。すなわち、隣接する２つのビームについての受信信号において、目標の方向に起因する誤差電圧εは、これら両ビームの受信信号の振幅の差（Δ）を振幅の和（Σ）で除した値で表される。すなわちε＝Δ／Σの関係が成立する。そして、アンテナ１３θａとすれば、目標の方向をθｏは
で与えられる。方位演算器２５は式（４）によって、Δ／Σ値からθｏを求める。
方位演算器２５の処理に続いて、あるいは、方位演算器２５の動作と並行して、ステップＳ１０４において、相対距離・速度演算器２４は、周波数記憶器２２によって記憶されているアップフェーズのビート信号の周波数Ｕとダウンフェーズのビート信号の周波数Ｄとから、式（１）と式（２）を用いて、外部目標（車両１０４、１０５、１０６など）の相対速度と相対距離とを求める。そしてステップＳ１０５において、位置・速度演算器２６は、方位演算器２５が算出した方位と、相対距離・速度演算器２４が算出した相対速度と相対距離から、目標の地表座標系における位置と速度とを算出する。
（外部目標毎の追尾処理）
次にステップＳ１０６において、目標追尾フィルタ２７が実行する追尾フィルタに観測値を供給する。目標追尾フィルタ２７は、一定期間毎に観測値から平滑値を算出するループ演算を行っている。そこで、以下に目標追尾フィルタ２７が実行する追尾フィルタについて説明する。
図６は、目標追尾フィルタ２７が実行する追尾フィルタを表すフローチャートである。なお、このフローチャートが表す追尾処理は、一つの外部目標のみを取り扱うものである。複数の外部目標が存在する場合は、各外部目標についてそれぞれ追尾処理が行われる。まず、この追尾処理に先立て、ステップＳ１０６で供給された観測値が既存の追尾処理を行っている外部目標のいずれかのものかどうかを判定し、どの外部目標のものでもない場合に、新たな外部目標が観測されたと判断し、新たな追尾処理を開始する。
（初期処理）
まずステップＳ２０１において、追尾処理の初期処理としてＳ１０８で供給された観測値を平滑値とする。そして、定常処理のステップＳ２０６に進む。続いてステップＳ２０７に進み、次回サンプル時の到来を待機し、到来とともにステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２、Ｓ２０６、Ｓ２０７の処理については後述する。
（定常処理）
ステップＳ２０２において、前回サンプル値の平滑値に基づいて今回サンプル値の予測値を算出する。ｋ回目のサンプルを今回サンプルとして、ｘ成分平滑値をｘｓ（ｋ）、ｙ成分平滑値をｙｐ（ｋ）、速度成分平滑値をｖｓ（ｋ）、前回サンプル時（ｋ−１回目のサンプル）からの経過時間をＴとし、ｘ成分にαフィルタ、ｙ成分にα−βフィルタを適用するものとすると、ｘ成分予測値ｘｐ（ｋ）、ｙ成分予測値ｙｐ（ｋ）、速度成分予測値ｖｐ（ｋ）は、例えば次式によって与えられる。
続いて、ステップＳ２０３において、ステップＳ１０６における位置・速度演算器２６による新たな観測値の供給を受ける。ここで、一般にレーダ装置を通じて取得した観測値にはノイズが乗りやすいため、観測値そのものを入力データとして採用することはまれである。そこで、観測値そのものでなく、ノイズの影響を小さくした平滑値を算出して、レーダ装置からのデータを利用する他のシステムに供給することがフィルタの目的の一つとなる。フィルタはこのような目的を有しているので、得られた観測値を無条件に採用することはせず、相関処理と呼ばれる条件判定を行ってから観測値の採否を決定することが多い。このような条件判定演算が相関処理である。
そして今回の観測値を受け入れるかどうかを決定する条件をゲートと呼んでおり、前回サンプルの平滑値と予測値、前回サンプルからの経過時間などに基づいて動的に決定されることが多い。
レーダ装置２では、複数の車両を観測する場合に、それぞれの車両のゲートが重なってしまうと、各ゲート間で観測値の取り合いが発生し、本来の追尾処理ではない他の追尾処理の方に観測値が奪われてしまう。そこで、このような事態を避けるために、各外部目標間でゲートが重ならないようにしなければならない。
ところがそうすると、ゲートが必要以上に狭くなり、本来追尾処理で拾わなければならない観測値を棄却してしまうことも発生してくる。そこでレーダ装置２では、外部目標ごとの追尾処理と同時に、外部目標同士が接近し、ゲートが重なってしまって、正しく相関処理が行えない場合に、クラスタを形成して対処することとしている。これについては後述する。
ここでは、第１段階として観測値ｘｏ（ｋ）、ｙｏ（ｋ）、ｖｏ（ｋ）が
を満たす場合に、観測値を採用し、さらに第１段階で相関が取れなかった車両について、さらにゲートを広げ、
を満たす場合に、観測値を採用することとする。なお、式（８）から式（１３）までにおいて、ｄｘ、ｄｙ、ｄｖ、ｄｘ’、ｄｙ’、ｄｖ’は定数であり、ｄｘ’＝ｄｘ＋Δｄｘ、ｄｙ’＝ｄｙ＋Δｄｙ、ｄｖ’＝ｄｖ＋Δｄｖ（Δｄｘ、Δｄｙ、Δｄｖはそれぞれ正の値をとる定数）の関係にある。
次にステップＳ２０４において、今回のサンプル時の予測値と、相関処理によって得られた観測値とから、平滑値を算出する。ここで、平滑値を算出する上で、観測値が関与する度合いを決定する係数をゲインと呼ぶ。具体的には、例えばαｘをｘ成分のゲイン、αｙをｙ成分のゲインとして、ｘ成分平滑値ｘｓ（ｋ）、ｙ成分平滑値ｙｐ（ｋ）、速度成分平滑値ｖｓ（ｋ）を次のように算出する。
ゲインの大きさによって、平滑値におけるノイズの影響の大小が決定される。ゲインを小さくすると、平滑値に対する観測値の寄与が小さくなるので、平滑値はノイズの影響を受けなくなる。しかしながら、平滑値は現実の値である観測値とは遊離したものとなる。その結果、例えば外部目標が予想外の動きをした場合に、平滑値は追従できなくなるという問題がある。
一方、ゲインを大きくすると、外部目標の動きに対する平滑値の追従性が向上する。ＳＮ比の高い測定環境であれば、ゲインをなるべく大きな値とした方が平滑値の精度も向上する。レーダ装置２の場合では、外部目標の間の相対的な位置関係によって、ゲインの大小を決定する必要がある。特に、ゲートが重なってしまい、観測値に信頼性がなくなった場合は、ゲインの大小のみではもはや追いつかなくなる。
続いてステップＳ２０５において、予測値、観測値、平滑値のすべてが観測域内にあるかどうかを判定する。これらのすべてが観測域内にある場合は、追尾処理を維持することができるので、ステップＳ２０６に進む（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）。また予測値、観測値、平滑値のいずれかが観測域を逸脱した場合は、追尾処理を維持することができないので、追尾処理を終了する（ステップＳ２０５：Ｎｏ）。
ステップＳ２０６では、ステップＳ２０４で算出した平滑値を追尾情報記憶器２８に記憶させる。これらは次回サンプル時までに外部目標単位で記憶される。続いてステップＳ２０７において、次回サンプル時の到来を待機し、到来とともにステップＳ２０２から次回サンプルの処理を行う。以上が、目標追尾フィルタ２７における追尾処理である。
続いてＳ１０７において、クラスタ形成器２９は、追尾情報記憶器２８が記憶している追尾結果を読み出す。そして、外部目標（車両１０４、１０５、１０６など）の中から、それらの位置と速度などの運動諸元の予測値と平滑値などが所定の条件を満たすものを抽出し、この所定の条件を満た外部目標からクラスタを形成する。そこで、次にクラスタ形成処理の詳細を説明する。
（クラスタ形成処理）
図７は、クラスタ形成器２９が行うクラスタ形成処理のフローチャートである。図のステップＳ３０１において、クラスタ形成器２９は、外部目標から２個の外部目標からなる組み合わせを総当たりで生成する。ここで生成された組み合わせには順番が与えられ、例えば、Ｎ番目の組み合わせ、のように、順番によって一意に組み合わせが特定されるように記憶域上に各組み合わせを管理しておく。次にステップＳ３０２において、変数Ｎを１に初期化する。この変数Ｎは外部目標からなる組み合わせを指すために用いるカウンタ変数である。
ステップＳ３０３において、Ｎ番目の組み合わせの外部目標間の距離を算出する。ここでは距離値として、例えばユークリッド距離を用いる。しかし、その他にもシティブロック距離やマハラノビス距離を用いるようにしてもよい。
ステップＳ３０４において、Ｎ番目の組み合わせにおける外部目標間の距離が所定の閾値以下か否かを判定する。外部目標間の距離が所定の閾値以下であれば、両外部目標は同一のクラスタに所属させることになる。この場合は、ステップＳ３０５に進む（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）。ここで、所定の閾値は定数としてもよいが、例えば、ＴＨを定数とし、目標追尾フィルタ２７に各目標間の距離の予測値を算出させ、さらに各目標間の距離の予測値の分散ρｐｉ（ｉ番目の目標の分散）に基づいて、例えば式（１７）を用いて閾値を算出するようにしてもよい。
上式において、ｋはｋ回目のサンプルにおける閾値であることを示す。またＭは目標の総数である。目標の位置の予測値の分散が大きい場合は、方向観測精度が悪いと考えられ、距離の予測値が大きくても、実際には目標が近接している場合も考えられる。そこで、式（１７）のように閾値を決定することで、方向の観測精度が悪い場合にも、適切にクラスタの形成を行うことができる。
また所定の閾値以下とはならない場合には、ステップＳ３１０に進むが（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、この場合の処理については後述する。
ステップＳ３０５において、Ｎ番目の組み合わせの外部目標がすでにいずれかのクラスタに属しているかどうかを判定する。一方の外部目標がいずれかのクラスタに属している場合は、他方の外部目標も同じクラスタに所属させる必要があるので、そのための処理を行う。この場合には、ステップＳ３０６に進む（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）。ステップＳ３０６では、さらに両方の外部目標ともクラスタに属していて、それらのクラスタが異なっているかどうかを判定する。異なっている場合には、ステップＳ３０７に進み（ステップ２０６）、ステップＳ３０７において両クラスタを１つのクラスタに併合する。距離値が一定値以下となる外部目標が、異なるクラスタに所属することは許されないからである。その後、ステップＳ３１０に進む。
これに対して、一方の外部目標がまだクラスタに属していない場合、あるいは両方の外部目標が同じくラスタに属している場合は、ステップＳ３０８に進む（ステップＳ３０６：Ｎｏ）。ステップＳ３０８において、一方の外部目標がいずれのクラスタにも属していない場合は、その外部目標を他方の外部目標が所属するクラスタに所属させる。その後、ステップＳ３１０に進む。
またステップＳ３０５において、両外部目標ともどのクラスタにもまだ属していない場合には、ステップＳ３０９に進む（ステップＳ３０５：Ｎｏ）。この場合には、ステップＳ３０９において、新たなクラスタを形成し、両方の外部目標をこの新しいクラスタに所属させる。その後ステップＳ３１０に進む。
ステップＳ３１０において、カウンタ変数Ｎに１を加える。そしてステップＳ３１１において、Ｎが外部目標の組み合わせ総数以下かどうかを判定する。組み合わせ総数以下である場合には、ステップＳ３０３に戻り（ステップＳ３１１：Ｙｅｓ）、次の組み合わせについて、同様の処理を繰り返す。また、Ｎが組み合わせ総数以上である場合には、クラスタ形成処理を終了する。
なお、以上説明したクラスタ形成処理では、距離に基づいて外部目標の分布を決定し、クラスタを形成したが、この他にも、外部目標の予測値の分散を表す予測誤差共分散行列に基づいて、上記の閾値を適応的に変化させてもよい。
また、上記では、まだ一つもクラスタが形成されていない状態から、すべての外部目標をいずれかのクラスタに所属させることを仮定してクラスタを形成する方法を説明した。しかし、以前の観測値や平滑値に基づいてすでにクラスタが形成されている場合は、既存のクラスタを基礎として、変化分についてクラスタの構成を変えるようにしてもよい。
また、たった一つの外部目標だけが所属するクラスタについては、クラスタの所属を解除するようにする。このような外部目標は他の外部目標と十分に離れているので、ステップＳ１０３において算出された方向の観測値の信頼性が高いと考えられるからである。
次に、ステップＳ１０８において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０がクラスタ毎にクラスタ内の追尾処理を行う。そして、ステップＳ１０８において追尾情報記憶器２８に記憶させた各外部目標の追尾処理結果をクラスタ内の追尾処理結果で上書きすることで記憶させる。このようにすることで、クラスタに属している外部目標の追尾結果については、クラスタ追尾フィルタの処理結果が採用され、またクラスタに属していない外部目標の追尾結果については、単体の追尾フィルタの処理結果が採用されることになる。
クラスタ内追尾フィルタ３０の処理は、目標追尾フィルタ２７と比べて、ゲートの設定部分が異なっている。すなわち目標追尾フィルタ２７のステップＳ２０３における相関処理の説明で述べたように、クラスタに所属するような目標は、他の目標とゲートが重なってしまっており、その結果、それぞれの航跡を分離して扱うことができない。
そこでクラスタ内追尾フィルタ３０が用いるゲートについて、次に説明する。図８は、クラスタ内に存在する２つの目標１０７と１０８のゲート（各目標単体の追尾処理で使用されるゲート）が重なっている様子を示す図である。矩形１１０（以降、ゲート１１０と呼ぶ）は目標１０７の単体追尾処理で使用するゲート領域を示すものである。また矩形１１１（以降、ゲート１１１と呼ぶ）は目標１０８の単体追尾処理で使用するゲート領域を示すものである。矩形１１２は、矩形１１０と矩形１１１の重なった領域である。
矩形１１１に何らかの観測値が存在する場合、ゲート１１０によって相関させるべきか、ゲート１１１によって相関させるべきか判断することができない。そこでクラスタ内追尾フィルタ３０は、目標１０７と１０８について図９に示すようなゲートを新たに設定する。図において、点１１３は目標１０７と１０８の中点である。また矩形１１４は目標１０７のゲートを示す領域であり（以後、ゲート１１４と呼ぶ）、矩形１１５は目標１０８のゲートを示す領域である（以後、ゲート１１５と呼ぶ）。図から明らかなように、ゲート１１０とゲート１１１が重なっていた領域を、中点１１３で分割することによって、両目標のゲートの大きさを調整し、観測値の取り合いを回避するようにしている。
そこで、目標１０７のｋサンプル目のｘ成分位置の平滑値をｘｓ，１０７（ｋ）、観測値をｘｏ，１０７（ｋ）、目標１０８のｋサンプル目のｘ成分位置の平滑値をｘｓ，１０８（ｋ）、観測値をｘｏ，１０８（ｋ）のように表すこととすると、目標１０７のゲート１１０は次式（式（１１））で与えられていた。
よって
がゲート１１０であった。
さらに目標１０８については、ゲート１１１は次式（式（１２））で与えられていた。
ここでｘｏ，１０７（ｋ）＜ｘｏ，１０８（ｋ）とした場合、ゲート１１４は、
また、ゲート１１５は、
となる。
上記において、目標が２個であるため、両者の中点でゲートを分割することとしたが、目標が３個以上の場合は、各目標から定められる重心で各ゲートを分割するようにすればよい。なお、以下において、重心という語は、各目標を頂点とする多角形を想定し、その重心となる点を指すものとする。
また必ずしも中点や重心でゲートを分割する必要はなく、例えば図１０に示すように中点や重心の周囲に一定の緩衝領域を設け、この領域をどのゲートにも含まないようにしてもよい。このようにすることで、方位演算器２５でビームパターンと目標との位置関係から、目標の中点付近に発生することがある偽像をゲートに含まないようにすることができる。
以上から明らかなように、この発明の実施の形態１のレーダ装置では、互いに近接した目標とそうでない目標とで異なるゲートを設定してそれぞれの追尾処理を行うようにした。これによって、これまでのレーダ装置の利点を生かしつつ、さらにこれまでのレーダ装置では計測が困難であった互いに近接した目標に対する計測の精度を改善することができる。
なお、この発明の実施の形態１を具体的に説明するために、レーダ装置２を車載レーダ、特にＦＭＣＷレーダ装置として構成した。しかし、車載レーダ以外の用途においても、ビームパターン内に複数の目標が含まれる場合に、この発明を適用することができることはいうまでもない。またこの発明が特徴を奏するには、距離と速度、方向を取得できるレーダ方式であれば十分である。よってパルスドップラーレーダ装置など他のレーダ方式においてもこの発明を適用することができる。
実施の形態２．
実施の形態１では、互いに近接する目標同士からクラスタを形成し、クラスタに所属する自標と所属しない目標とでは、異なるフィルタを設定することとした。さらに観測対象となる目標が互いに近接していて、さらに等速並行運動をする場合には、クラスタを一つの目標に見立てて追尾処理を行うようにしてもよい。この発明の実施の形態２によるレーダ装置は、このような特徴を有するものである。
この発明の実施の形態２によるレーダ装置の全体構成は、実施の形態１と同様に図１、図２のブロック図によって示され、実施の形態１と同一の符号を付した構成要素は実施の形態１の相当部位と同様であるので、説明を省略する。また信号処理器１７の詳細な構成は、図１１のブロック図によって示される。
図１１において、クラスタパラメータ推定部３１は、クラスタが一つの運動目標と見立てられる場合に、方位演算器２５からクラスタの運動諸元を推定する部位である。クラスタ情報記憶部３２はクラスタパラメータ推定部３１が算出したクラスタの運動諸元を記憶する回路または素子、さらにはハードディスク装置などの記憶媒体を用いた機器によって構成されている。クラスタ解除部３３は、各目標がクラスタを構成する条件を満たさなくなった場合に、そのクラスタを解除する部位である。その他、図３と同一の符号を付した構成要素については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
次に、この発明の実施の形態２によるレーダ装置（図２におけるレーダ装置２）の動作について説明する。以下の説明においては、レーダ装置２の動作をより具体的に説明するために、図１２に示すように、、車両１０４、１０５、１０６が自動車１の前方を走行している状況を想定する。車両１０４、１０５、１０６は、それぞれ各車線に沿ってほぼ等速運動しているものとする。このような状況は、交差点や信号のない高速道路その他の自動車専用道路での走行時にはしばしば発生する。なおその他、図１２において図４と同一の符号を付した構成要素については、図４と同様であるので説明を省略する。
図１２のような状況において、レーダ装置２は、実施の形態１と同様にＶＣＯ１１が発生した基準信号に基づいてビームを照射し、その反射波をＡ／Ｄ変換して信号処理器１７に受信信号を出力する。続いて信号処理器１７が受信信号を信号処理する。図１３はこの信号処理器１７の信号処理を表すフローチャートである。図において、図５と同一の符号を付したステップの処理は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。そうするとステップＳ１０１からステップＳ１０９までは、実施の形態１と同じである。この結果、位置・速度演算部２６が、各目標の観測値を算出し、さらに目標追尾フィルタ２７は、各目標の追尾処理を行い、その結果となる平滑値を追尾情報記憶器２８に記憶させる。そしてクラスタ形成器２９は、クラスタの形成を行う。ここでは、例えば車両１０４と１０５が互いに十分に近接しているものとし、これらの車両に基づくクラスタの形成を行ったものとする。
ステップＳ４０１において、クラスタが存在する場合、このクラスタを一つの目標と見立てて、追尾処理を行う。図１４は、クラスタ内目標追尾フィルタ３０が行う追尾処理のフローチャートである。図のステップＳ５０１において、クラスタパラメータ推定部３１は、位置・速度演算器２６が算出した外部目標の位置と速度から、クラスタのパラメータを推定する。ここで得られたクラスタのパラメータをクラスタパラメータの平滑値の初期値とする。クラスタパラメータ推定部３１は、クラスタパラメータとしてクラスタの重心と、クラスタ内目標間の距離を用いることとし、次のようにしてこれらの値を算出する。
ここで、例としてＮ個の目標を含むクラスタを想定する。第ｑ番目（ｑ＝１，２，…，Ｎ）の目標（ＴＧＴｑと呼ぶ）の座標は（ｘｑ，ｙｑ）、速度はｖｑであるものとする。この場合、クラスタの重心座標（ｇｘ，ｇｙ）と重心速度ｇｖは、式（２３）と式（２４）で与えられる。
目標間の距離はスカラーではなく、ｘ座標成分とｙ座標成分からなるベクトルで与えることとする。そうすると、目標ＴＧＴｉと目標ＴＧＴｊとの距離は、ｘ座標成分をＷｘｉｊ、ｙ座標成分をＷｙｉｊとして、式（２５）と式（２６）で与えられる。
上記のような距離の定義方法の他に、重心ｇからのスカラー距離を距離値としてもよい。
続いて、ステップＳ５０６に進み、クラスタパラメータ推定部３１は、クラスタ情報記憶器３２にクラスタパラメータを記憶させる。次にステップＳ５０７において、次回サンプル時の到来まで待機し、次回サンプル時の到来とともに定常処理としてステップＳ５０２からの処理に進む。
（定常処理）
ステップＳ５０２において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、クラスタパラメータの予測値を算出する。重心のｘ成分座標の予測値ｇｘｐ（ｋ）、ｙ成分座標の予測値ｇｙｐ（ｋ）、速度の予測値ｇｖｐ（ｋ）（ｋはｋサンプル目の処理であることを示す）は、前回サンプルからの経過時間をＴ、重心のｘ成分座標の平滑値をｇｘｓ（ｋ）、ｙ成分座標の平滑値ｇｙｓ（ｋ）、速度の平滑値をｇｖｓ（ｋ）として、
として与えられる。また、目標ＴＧＴｉと目標ＴＧＴｊとのｘ座標成分距離予測値をＷｐｘｉｊ（ｋ）、ｙ座標成分距離予測値をＷｐｙｉｊ（ｋ）は、ｘ座標成分距離平滑値をＷｓｘｉｊ（ｋ）、ｙ座標成分距離平滑値をＷｓｙｉｊ（ｋ）、距離の時間変化率平滑値をｒｖｓ（ｋ）とすれば、
また、距離の時間変化率予測値ｒｖｐ（ｋ）は、
で与えられる。
次に、ステップＳ５０３において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、相関処理を行い、観測値を取得する。相関処理では、複数目標間で各目標のゲートが重なっている場合、重心で分割して設定する。具体的には、実施の形態１で示した図９のゲート設定方法において目標１０７をＴＧＴｉ、目標１０８をＴＧＴｊ、中点１１３を中点ではなく重心と見立てて、設定された矩形１１４を目標ＴＧＴｉに対するゲートとし、矩形１１５を目標ＴＧＴｊに対するゲートとする。これらの数式表現は式（１８）から式（２２）までにおいて、すでに示しているので、ここでは省略する。
続いてステップＳ５０４において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、クラスタパラメータの平滑値を算出する。重心のｘ成分座標の平滑値ｇｘｓ（ｋ）、ｙ成分座標の平滑値ｇｙｓ（ｋ）、速度の平滑値ｇｖｓ（ｋ）は、第ｑ番目の目標のｘ成分座標の観測値をｘｏｑ、ｙ成分座標の観測値をｙｏｑ、速度の観測値をｖｏ、ｘ成分のゲインをαｘ、ｙ成分のゲインをαｙとすれば、式（３３）、式（３４）、式（３５）によって与えられる。
なお、ゲインの設定方法としては、クラスタ内目標では、方位の観測精度が低下する可能性が高いことを考慮して、ゲインを通常より低く設定して観測精度の影響を抑止するようにする。また、クラスタ内の目標間の予測距離が小さい、すなわち目標の位置の予測値が密集しているほど、方位の観測精度が低下するものとして、ゲインが小さくなるように重み付けしてもよい。たとえば、Ｇを定数として、式（３６）のように与えるようにする。
また、予測値の分散が大きいほど、方位角観測精度がより劣化するので、ゲインが小さくなるように、式（３６）と同様の重み付けをして設定してもよい。また予測値の分散と予測値間の距離の両方を考慮して重み付けを行って、ゲインを求めてもよい。
目標ＴＧＴｉと目標ＴＧＴｊとのｘ座標成分距離平滑値をＷｓｘｉｊ（ｋ）、ｙ座標成分距離予測値をＷｐｙｉｊ（ｋ）は、ｘ座標成分距離平滑値をＷｐｘｉｊ（ｋ）、ｙ座標成分距離平滑値をＷｐｙｉｊ（ｋ）、距離の時間変化率平滑値をｒｖｓ（ｋ）、ｘ成分のゲインをＡｘ、ｙ成分のゲインをＡｙとすれば、
また、距離の時間変化率予測値ｒｖｐ（ｋ）は、
で与えられる。
次に、ステップＳ５０５において、クラスタ削除器３３は、その時点においてクラスタを維持する条件が満たされているかどうかを判定する。判定方法としては、各目標間の距離が閾値以内にあるかどうかを調べる。またクラスタパラメータの予測値、観測値、平滑値が観測域内にあるかどうかを判定するようにしてもよい。クラスタを維持する条件が満たされている場合には、ステップＳ５０６に進む（ステップＳ５０５：Ｙｅｓ）。以降の処理については後述する。クラスタを維持する条件が満たされていない場合は、これ以上追尾処理をすることができないので、処理を終了する（ステップＳ５０５：Ｎｏ）。
ステップＳ５０６において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、クラスタパラメータ平滑値をクラスタ情報記憶器３２に記憶させる。以後の処理は、初期処理の説明で述べたとおりであるので、説明を省略する。
なお、上記の追尾処理において、予測値、平滑値の算出をｘ成分についてはαフィルタ、ｙ成分についてはα−βフィルタを用いて行ったが、カルマンフィルタで行うようにしてもよい。
以上から明らかなように、この発明の実施の形態２のレーダ装置によれば、互いに近接していて等速で並走している複数の目標からクラスタを形成し、そのクラスタを一つの目標と見立てて追尾処理をすることで、クラスタ内の目標の観測値の誤差の影響を排除して、精度の高い観測を行うことができる。
なお、この発明の実施の形態２によるレーダ装置では、実施の形態１と同様に各目標についての追尾処理を行う目標追尾フィルタ２７を備えることとしたが、この発明の実施の形態２によるレーダ装置は、クラスタ内目標追尾フィルタ３０がクラスタを一つの目標に見立てて追尾する点に特徴を有するものであるので、目標追尾フィルタ２７の有無にかかわらず、発明の特徴を奏する。したがって目標追尾フィルタ２７は必須の構成要素ではない。
【産業上の利用の可能性】
以上のように、この発明に係るレーダ装置は、互いに近接する複数の目標が方向を計測する用途、例えば車載レーダなどに有用である。
【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】
【技術分野】
この発明は、レーダ装置に係るものであり、特に追尾する目標同士が接近している場合に、精度よく追尾を行うする技術に関するものである。
【背景技術】
複数のビームパターンを組み合わせて目標の方向を観測する技術として、シーケンシャルロービング方式やモノパルス方式が知られている。これらは隣接するビームパターンにおける目標の像の差異を求めて、目標の方向を推定する方法である。また、パルスドップラーレーダ方式やＦＭＣＷレーダ方式を用いることで、目標までの相対距離と目標の相対速度を得ることができる。したがって、これらの方式を組み合わせることによって（例えば、シーケンシャルロービング方式とＦＭＣＷレーダ方式）、目標の地表に対する位置と速度を算出することができる。
しかしながら、これらの方法は目標が一つであることが前提であり、目標が複数ある場合には、従来の方法では対応できない。このような問題に対処する方法として、複数チャネル間で、受信波の周波数が互いに対応するピークの組を求め、その組のピーク間の位相差に基づいて、複数の目標の方位を検出し、距離と速度とを組み合わせて、目標の位置を得る方法がある（例えば、特開平１１−２７１４３０「自動車レーダ装置」）。
この方法によれば、複数の目標を異なるビームで分離できる場合には、信頼性の高い方位を検出できる。しかし、現実のレーダ使用環境では、例えば車載レーダなどの場合、他の車両が接近し合うことによって、同じビーム内に複数の目標が含まれてしまうことがしばしば発生する。このような事態が生じると、従来の方法では方向が正しく観測できなくなり、複数の目標の航跡の分離に失敗したり（複数の目標が全く同じ点上に存在するように見えてしまう）、あるいは偽像が発生して、本来何も存在しない場所に、何らかの目標が存在するような結果が得られる場合がある。この発明は、上記のような問題を解決することを目的とする。
【発明の開示】
この発明に係るレーダ装置は、複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、その受信信号の特徴量を抽出する信号検出器と、
前記信号検出器が抽出した受信信号の特徴量から、前記各外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出する位置・速度演算器と、
を備えたレーダ装置であり、
前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値に対して、第１のゲートによる相関処理を施し、前記第１のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出する目標追尾フィルタと、
前記各外部目標の位置の平滑値に基づいて、前記外部目標同士が接近している場合に、前記外部目標が所属するクラスタを形成するクラスタ形成器と、
前記クラスタ形成器が形成したクラスタに所属する外部目標の前記位置観測値と速度観測値に対して、第２のゲートによる相関処理を施し、前記第２のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出するクラスタ内目標追尾フィルタと、
を備えたものである。
これによって、互いに近接する目標とそうでない目標とは異なるゲートを設定して相関処理を行うことができ、互いに近接して方向の観測値の信頼性が得られない場合には、追尾フィルタによる予測値を重視してノイズの影響を小さくし、一方で観測値の信頼性が得られる場合には、観測値を重視するようにできるので、複数の目標がビームパターンに対して任意の位置関係にある場合に、精度の高い測定結果を得ることができる。
また、この発明に係るもう一つのレーダ装置は、複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、その受信信号の特徴量を抽出する信号検出器と、
前記信号検出器が抽出した受信信号の特徴量から、前記各外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出する位置・速度演算器と、
を備えたレーダ装置であり、
前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値に対して、第１のゲートによる相関処理を施し、前記第１のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出する目標追尾フィルタと、
前記各外部目標の位置の平滑値に基づいて、前記外部目標同士が接近している場合に、前記外部目標が所属するクラスタを形成するクラスタ形成器と、
前記クラスタ形成器が形成したクラスタを一つの外部目標に見立てて、前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値とから、そのクラスタの位置と速度との平滑値を算出するクラスタ内目標追尾フィルタと、
を備えたものである。
これによって、特に複数の外部目標が互いに近接し、かつ等速で並走しており、信頼性の高い観測値が得にくい状況であっても、精度の高い安定した追尾を可能とする、という効果を奏するのである。
【図面の簡単な説明】
図１はこの発明の実施の形態１、２によるレーダ装置の使用状況を示す図、
図２はこの発明の実施の形態１、２によるレーダ装置の構成を示すブロック図、
図３はこの発明の実施の形態１のレーダ装置における信号処理器の詳細な構成を示すブロック図、
図４はこの発明の実施の形態１のレーダ装置のビームパターンと目標との関係を示す図、
図５はこの発明の実施の形態１のレーダ装置の信号処理を示すフローチャート、
図６はこの発明の実施の形態１のレーダ装置の追尾処理を示すフローチャート、
図７はこの発明の実施の形態１のレーダ装置のクラスタ形成処理を示すフローチャート、
図８はこの発明の実施の形態１のレーダ装置における目標間のゲートの関係を示す図、
図９はこの発明の実施の形態１のレーダ装置におけるクラスタ内の目標のゲートの構成例を示す図、
図１０はこの発明の実施の形態１のレーダ装置におけるクラスタ内の目標のゲートの別の構成例を示す図、
図１１はこの発明の実施の形態２のレーダ装置の信号処理器の詳細な構成を示す図、
図１２はこの発明の実施の形態２のレーダ装置の目標の位置関係を示す図、
図１３はこの発明の実施の形態２のレーダ装置の信号処理を示すフローチャート、
図１４はこの発明の実施の形態２のレーダ装置の追尾処理を示すフローチャート、
である。
【発明を実施するための最良の形態】
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搭載した自動車を示すものである。図において、自動車１の前方にはこの発明の実施の形態１によるレーダ装置２が搭載されている。レーダ装置２は、自動車１の前方にビームを照射する。照射されたビームの一部は、自動車１の前方に存在する物体３に反射され、再びレーダ装置２に到来する。レーダ装置２はこれを受信して信号処理を施して、物体３までの距離・速度・方向を検出する。ここから得られた物体３に関する情報により、自動車１は、例えば、衝突回避のために自動的にブレーキを作動させたり、衝突に備えてシートベルトの調整を行うなどの制御を行う。この結果、自動車１の安全性を飛躍的に高める上で大きく寄与する。
図１は、レーダ装置２のの構造を示すブロック図である。レーダ装置２は、ＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーダ方式によって構成されたレーダ装置である。図において、制御器１０は、レーダ装置の各部位に制御信号を送出して、全体のタイミング制御を行う部位である。なお制御器１０は汎用の中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＤＳＰ（Ｄｅｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などを用いて構成され、それぞれの構成要素とは図示せぬバスにより結合されているものとする。なお、以降の説明において、部位とはその機能を実現するために準備された専用回路または素子を指すものとする。ただし、場合によっては、中央演算装置（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を有するコンピュータにコンピュータプログラムを実行させることによって、相当の機能を実行させるように構成してもよい。
ＶＣＯ１１はＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｃｉｌｌａｔｏｒ）であって、微弱交流信号を発生する部位である。ＶＣＯ１１は、周波数を連続的に上昇させていくアップフェーズと、連続的に下降させていくダウンフェーズとを一定周期毎に繰り返す交流信号を発生するようになっている。
送信器１２は、ＶＣＯ１１が発生した微弱信号を増幅する増幅器である。アンテナ１３は、送信器１２が増幅したＶＣＯ１１の出力信号を送信波として、物体３に照射するとともに、物体３により反射された送信波の一部を受信波として受信するセンサ素子である。送受切替器１４は、可動端子Ａと接点Ｂ、接点Ｃを備えており、これによってアンテナ１３が送信波を送信するのか、あるいは受信波を受信するのかを切り替えるようになっている。可動端子Ａは制御器１０からの制御信号によって、接点Ｂと接点Ｃのいずれかの接点に設定されるようになっている。可動端子Ａが接点Ｂに接続されている場合は、送信器１２とアンテナ１３が直結するので、アンテナ１３は送信波を送信する。また可動端子Ａが接点Ｃに接続している場合は、アンテナ１３と後述する１６が直結して受信波を接続するようになっている。
アンテナ駆動器１５は、アンテナ１３の方向を機械的あるいは電子的に制御する部位である。アンテナ１３は、アンテナ駆動器１５によって方向を制御され、その結果としてビームパターンの一部が重なり合うビームが放射されるようになっている。
受信器１６は、アンテナ１３が受信した受信波とＶＣＯ１１が発生した基準信号とのビート信号を生成し、さらにそのビート信号をＡ／Ｄ変換して出力する部位である。信号処理器１７は受信器１６が出力したビート信号に対して信号処理を施す部位であり、その詳細な構成は図３のブロック図によって示されている。
図３において、周波数分析器２１は、ビート信号の周波数を分析する部位である。
周波数記憶器２２は、アップフェーズとダウンフェーズのそれぞれのビート信号の周波数を記憶する記憶素子又は回路である。アップフェーズのビート信号の周波数とダウンフェーズのビート信号周波数は対となってその後の相対距離や相対速度に用いられる。そこで、周波数記憶器２２は一定期間それぞれのフェーズのビート信号の周波数を記憶するようになっている。
アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３は、アップフェーズとダウンフェーズのそれぞれに複数の目標のビート信号が存在する場合に、目標毎にアップフェーズのビート信号周波数とダウンフェーズのビート信号周波数とを組み合わせる（ｃｏｕｐｌｉｎｇ）部位である。
相対距離・速度演算器２４は、アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３によって組み合わされたビート信号の周波数から各目標の相対距離速度を算出する部位である。
方位演算器２５は、ビート信号の周波数とそのビート信号が得られたビームに隣接するビームのビート信号の周波数からΔ／Σ値を算出して、目標が存在する方位を算出する部位である。
位置・速度演算器２６は、相対距離・速度演算器２４が算出した各目標の相対距離速度と、方位演算器２５が算出した各目標の方位から、各目標の位置と地表座標に対する速度を算出する部位である。
目標追尾フィルタ２７は、位置・速度演算器２６が算出した各目標の位置と座標に対して平滑処理を行う部位である。位置・速度演算器２６が算出した各目標の位置と座標は、観測値に基づくものであり、ノイズが乗ることで真値と大きくずれることがありうるが、目標追尾フィルタ２７が平滑処理を施すことによって、このような事態を回避するようになっている。
追尾情報記憶器２８は、目標追尾フィルタ２７が出力した平滑値を所定の期間記憶しておくための素子又は回路、あるいは、ハードディスクやＣＤ−ＲＯＭドライブのような記憶媒体である。
クラスタ形成器２９は、各目標が接近した場合に、それらの目標からクラスタを形成する部位である。
クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、クラスタ形成器２９が形成したクラスタについて平滑処理を行う部位である。
次に、レーダ装置２の動作について説明する。まず初めにレーダ装置２を用いて、外部目標の相対距離・相対速度・方向の観測を行う方法について簡単に説明する。距離・速度を観測するレーダ方式としては、例えばパルスドップラーレーダ方式や、レーダ装置２で採用しているＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｅｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式などが知られている。パルスドップラーレーダでは、同一周波数のパルス波をアンテナから一定周期毎に放射し、そのパルス波が目標に反射されてからアンテナに到達するまでの遅延時間を求め、この遅延時間から目標までの相対距離を算出する。また、目標が移動している場合は、パルス波の反射時にドップラー効果による周波数のずれが生じる。そこで、この周波数のずれを求めることにより、目標の相対速度を算出する。
またレーダ装置２で採用しているＦＭＣＷレーダは、基準信号の周波数を連続的に上昇させていくアップフェーズと、連続的に下降させていくダウンフェーズとを一定周期毎に繰り返し、その基準信号の周波数による送信波を目標に照射する。そして目標による反射波とその時点での基準信号周波数とを混合してビート信号を発生させる。そしてアップフェーズにおけるビート信号の周波数と位相及びダウンフェーズにおけるビート信号の周波数と位相とから目標の相対速度と相対距離とを算出するのである。アップフェーズにおけるビート信号の周波数をＵ、ダウンフェーズにおけるビート信号の周波数をＤ、周波数掃引幅をＢ、変調時間をＴ、光速をｃ、送信波の波長をλとした場合、目的の相対距離Ｒ、相対速度Ｖは、式（１）と式（２）で与えられることが知られている。
式（１）と式（２）から明らかなように、ＦＭＣＷレーダでは相対距離と相対速度を算出するためには、ＵとＤの双方を決定する必要がある。ところが、複数の外部目標が存在する場合、アップフェーズとダウンフェーズのそれぞれにおいて、ビート信号の周波数が複数個算出される。そうすると正しく相対距離と相対速度とを求める上では、アップフェーズにおける複数個のビート周波数と、ダウンフェーズにおける複数個のビート周波数との中から適切な組み合わせによるＵとＤを定めることが必要となる。このような問題を解決する技術はすでにいくつか知られており、例えば特開５−１４２３３７号公報「ミリ波レーダ距離速度測定装置」などに開示されている。
また、目標の方向を算出する方法としては、例えば次のような方法が知られている。すなわち、ビームパターンの一部が重なるように複数の方向にビームを照射し、それぞれのビームにおいて目標による反射波を受信する。そして、隣接するビーム間の受信信号の振幅や位相などの差（Δ値）と和（Σ値）の比（Δ／Σ値）を求め、このΔ／Σ値から反射波の入射方向を求めるのである。この方法は、ＦＭＣＷレーダでもパルスドップラーレーダでも、あるいはその他の方式によるレーダ装置でも用いることができる。
隣接するビームパターンの組み合わせ方式としては、異なる時間帯に放射したビームパターン間でΔ／Σ値を算出するシーケンシャルロービング方式や、複数の素子アレーを備えて同時に複数のビームパターンを放射し、同時刻のビームパターンを組み合わせてΔ／Σ値を算出するモノパルス方式が知られている。しかし、これらはいずれも、１つのビームパターン内には１つの目標しか存在しないことを前提としており、目標同士が接近し、その結果として、１つのビームパターン内に複数の目標が存在することとなった場合には対応できない。
以上の動作原理を踏まえて、次にレーダ装置２の各構成要素の作用とともに、レーダ装置２の動作を具体的に説明する。また、以下の説明では、より具体的にレーダ装置２の動作を説明するために、自動車１の前方を走行する複数の自動車の動作を測定する場合を想定する。図４は、そのような状況を示す図である。実際の道路においては、対向車線などにより、車線は通常複数存在する。したがってレーダ装置２は、異なる車線に跨って存在する複数の車両にビームを照射することとなり、それぞれの物体から反射波が戻ってくる。そのような場合における動作を説明するために、図４の例では、車線１０１、１０２、１０３からなる３つの車線がある。車線１０１には車両１０４が、車線１０２には車両１０５が、そして車線１０３には車両１０６が、自動車１の前方およそ１００〜１５０ｍ付近を同じ方向に走行しているものとする。
まずレーダ装置２において、ＶＣＯ１１が発生したアップフェーズとダウンフェーズからなる基準信号を送信器１２で増幅し、アンテナ１３によって車両１０４、１０５、１０６に放射する。ここでアンテナ１３は、アンテナ駆動器１５によって、ビームの放射方向が制御され、また制御器１０によって送信するように設定されている。その結果、アンテナ１３は、図４に示すビーム１５１、ビーム１５２、ビーム１５３等を順次放射し、車両１０４、１０５、１０６をビームパターン内に捉える。
Δ／Σ値を算出して目標の存在する方向を求める方法の説明ですでに述べたとおり、目標の方向を正しく取得するには、各ビームに目標が１つずつ存在することが前提となる。しかしながら、車載レーダの場合、自動車に搭載するという制約を満たすため、搭載可能なアンテナのサイズには制約がある。そのため、あまりビーム幅を狭くすることができない。車線の幅が４．５ｍ程度であるとして、１００〜１５０ｍ付近を並走している車両を別々のビームで捕捉するために必要となる分解能θを計算してみよう。仮に車両までの距離を１００ｍとすると、θは
を満たす必要がある。θが十分小さい場合はθ≒ｔａｎθと近似でき、θはせいぜい０．０４５となる。単位をｒａｄｉａｎからｄｅｇに変換すると、θ［ｄｅｇ］＝０．０４５×１８０／π≒２．５８°となる。このような極めて狭いビーム幅を車載レーダが実現することは一般に困難である。
その結果、実際の使用環境では同一ビーム内に複数の目標が含まれてしまうことが頻繁に生ずる。ところが、このような事態が生ずると、目標の方向や位置を正しく捉えることができなくなる。このように適切に目標位置を分離できない、という問題は、車載レーダシステムを用いた主要なアプリケーションシステムの使い勝手に直接的に影響する。すなわち、車載レーダによって他車の状況を検知し、オートクルーズや自動ブレーキングを行うシステムを高速道路で用いた場合、１００ｍ前方の自車線を走っている車両が急ブレーキをかけたときには、自車においても何らかの対応が必要となる。しかし、適切な分解能を有するアンテナを搭載しない場合には、隣の車線を走っている車両が急ブレーキをかけた場合にも、自車線と同じ対応をすることになりかねないのである。
図４の例においても、車両１０４は、互いに隣接するビーム１５１と１５２のビームパターンの重なり付近を走行している。一方、車両１０５と１０６はどちらもビーム１５３のビームパターン内を走行している。このような状況は現実には極めて頻繁に生ずる。
アンテナ１３が放射したビーム１５１、ビーム１５２、ビーム１５３等のビームは、車両１０４〜１０６に反射され、再びアンテナ１３に到来する。アンテナ１３は、これらの反射波を順次受信して、受信波を受信器１６に出力する。受信器１６は、ＶＣＯ１１における基準信号と受信波とを混合（ｍｉｘｉｎｇ）し、ビート信号を生成する。ここで、ＶＣＯ１１は連続的に周波数を上昇または下降させていて、また送信波が外部目標に到来し、そこで反射され、アンテナ１３に戻ってくるまでの間に、ある程度の時間が経過しているので、基準信号の周波数は受信波が送信波として放射されたときの周波数とは異なっている。さらに受信波は外部目標に反射された際に、外部目標が移動しているためにドップラー効果が生じ、その結果周波数のずれが生じている。したがって受信器１６で生成されるビート信号は、送信波を放射してから受信波として戻ってくるまでの経過時間や外部目標の移動速度などの情報を含んだものとなっている。これらは後に周波数解析によって抽出されることになる。
さらに受信器１６は、ビート信号を以後の信号処理で処理可能とするためにＡ／Ｄ変換し、ディジタル信号による受信信号を信号処理器１７に出力する。
次に信号処理器１７の動作について説明する。図５は信号処理器１７の動作を示すフローチャートである。図のステップＳ１０１において、周波数分析器２１は、受信信号に対して例えば高速フーリエ変換などを施してスペクトル分析し、周波数成分を抽出する。なお、周波数分析器２１は、周波数成分とともに、周波数スペクトルがピークとなる受信信号の振幅をも出力する。続いてこれらのビート信号周波数成分と受信信号の振幅は、一定期間、少なくともアップフェーズとダウンフェーズの区間を一回ずつ経過するだけの期間、周波数記憶器２２によって記憶される。そしてステップＳ１０２において、制御器１０はアップフェーズとダウンフェーズの一つの対が経過すると、アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３に制御信号を送出することでアップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３を活性化させる。その結果、アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３は、一組のアップフェーズとダウンフェーズからなる区間が経過した時点で、周波数記憶器２２によって記憶されているアップフェーズのビート信号とダウンフェーズのビート信号との対を形成する。
次にステップＳ１０３において、方位演算器２５は、アップフェーズ・ダウンフェーズ連結器２３により形成されたアップフェーズとダウンフェーズのビート信号の対の受信信号の振幅を周波数記憶器２２から読み込むとともに、隣接するビーム間で受信信号の振幅の差（Δ値）と和（Σ値）を求め、その比（Δ／Σ値）を算出する。そして方位演算器２５は、Δ／Σ値から目標の方向を算出する。この計算は次のように行われる。すなわち、隣接する２つのビームについての受信信号において、目標の方向に起因する誤差電圧εは、これら両ビームの受信信号の振幅の差（Δ）を振幅の和（Σ）で除した値で表される。すなわちε＝Δ／Σの関係が成立する。そして、アンテナ１３θａとすれば、目標の方向をθｏは
で与えられる。方位演算器２５は式（４）によって、Δ／Σ値からθｏを求める。
方位演算器２５の処理に続いて、あるいは、方位演算器２５の動作と並行して、ステップＳ１０４において、相対距離・速度演算器２４は、周波数記憶器２２によって記憶されているアップフェーズのビート信号の周波数Ｕとダウンフェーズのビート信号の周波数Ｄとから、式（１）と式（２）を用いて、外部目標（車両１０４、１０５、１０６など）の相対速度と相対距離とを求める。そしてステップＳ１０５において、位置・速度演算器２６は、方位演算器２５が算出した方位と、相対距離・速度演算器２４が算出した相対速度と相対距離から、目標の地表座標系における位置と速度とを算出する。
（外部目標毎の追尾処理）
次にステップＳ１０６において、目標追尾フィルタ２７が実行する追尾フィルタに観測値を供給する。目標追尾フィルタ２７は、一定期間毎に観測値から平滑値を算出するループ演算を行っている。そこで、以下に目標追尾フィルタ２７が実行する追尾フィルタについて説明する。
図６は、目標追尾フィルタ２７が実行する追尾フィルタを表すフローチャートである。なお、このフローチャートが表す追尾処理は、一つの外部目標のみを取り扱うものである。複数の外部目標が存在する場合は、各外部目標についてそれぞれ追尾処理が行われる。まず、この追尾処理に先立て、ステップＳ１０６で供給された観測値が既存の追尾処理を行っている外部目標のいずれかのものかどうかを判定し、どの外部目標のものでもない場合に、新たな外部目標が観測されたと判断し、新たな追尾処理を開始する。
（初期処理）
まずステップＳ２０１において、追尾処理の初期処理としてＳ１０８で供給された観測値を平滑値とする。そして、定常処理のステップＳ２０６に進む。続いてステップＳ２０７に進み、次回サンプル時の到来を待機し、到来とともにステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２、Ｓ２０６、Ｓ２０７の処理については後述する。
（定常処理）
ステップＳ２０２において、前回サンプル値の平滑値に基づいて今回サンプル値の予測値を算出する。ｋ回目のサンプルを今回サンプルとして、ｘ成分平滑値をｘｓ（ｋ）、ｙ成分平滑値をｙｐ（ｋ）、速度成分平滑値をｖｓ（ｋ）、前回サンプル時（ｋ−１回目のサンプル）からの経過時間をＴとし、ｘ成分にαフィルタ、ｙ成分にα−βフィルタを適用するものとすると、ｘ成分予測値ｘｐ（ｋ）、ｙ成分予測値ｙｐ（ｋ）、速度成分予測値ｖｐ（ｋ）は、例えば次式によって与えられる。
続いて、ステップＳ２０３において、ステップＳ１０６における位置・速度演算器２６による新たな観測値の供給を受ける。ここで、一般にレーダ装置を通じて取得した観測値にはノイズが乗りやすいため、観測値そのものを入力データとして採用することはまれである。そこで、観測値そのものでなく、ノイズの影響を小さくした平滑値を算出して、レーダ装置からのデータを利用する他のシステムに供給することがフィルタの目的の一つとなる。フィルタはこのような目的を有しているので、得られた観測値を無条件に採用することはせず、相関処理と呼ばれる条件判定を行ってから観測値の採否を決定することが多い。このような条件判定演算が相関処理である。
そして今回の観測値を受け入れるかどうかを決定する条件をゲートと呼んでおり、前回サンプルの平滑値と予測値、前回サンプルからの経過時間などに基づいて動的に決定されることが多い。
レーダ装置２では、複数の車両を観測する場合に、それぞれの車両のゲートが重なってしまうと、各ゲート間で観測値の取り合いが発生し、本来の追尾処理ではない他の追尾処理の方に観測値が奪われてしまう。そこで、このような事態を避けるために、各外部目標間でゲートが重ならないようにしなければならない。
ところがそうすると、ゲートが必要以上に狭くなり、本来追尾処理で拾わなければならない観測値を棄却してしまうことも発生してくる。そこでレーダ装置２では、外部目標ごとの追尾処理と同時に、外部目標同士が接近し、ゲートが重なってしまって、正しく相関処理が行えない場合に、クラスタを形成して対処することとしている。これについては後述する。
ここでは、第１段階として観測値ｘｏ（ｋ）、ｙｏ（ｋ）、ｖｏ（ｋ）が
を満たす場合に、観測値を採用し、さらに第１段階で相関が取れなかった車両について、さらにゲートを広げ、
を満たす場合に、観測値を採用することとする。なお、式（８）から式（１３）までにおいて、ｄｘ、ｄｙ、ｄｖ、ｄｘ’、ｄｙ’、ｄｖ’は定数であり、ｄｘ’＝ｄｘ＋Δｄｘ、ｄｙ’＝ｄｙ＋Δｄｙ、ｄｖ’＝ｄｖ＋Δｄｖ（Δｄｘ、Δｄｙ、Δｄｖはそれぞれ正の値をとる定数）の関係にある。
次にステップＳ２０４において、今回のサンプル時の予測値と、相関処理によって得られた観測値とから、平滑値を算出する。ここで、平滑値を算出する上で、観測値が関与する度合いを決定する係数をゲインと呼ぶ。具体的には、例えばαｘをｘ成分のゲイン、αｙをｙ成分のゲインとして、ｘ成分平滑値ｘｓ（ｋ）、ｙ成分平滑値ｙｐ（ｋ）、速度成分平滑値ｖｓ（ｋ）を次のように算出する。
ゲインの大きさによって、平滑値におけるノイズの影響の大小が決定される。ゲインを小さくすると、平滑値に対する観測値の寄与が小さくなるので、平滑値はノイズの影響を受けなくなる。しかしながら、平滑値は現実の値である観測値とは遊離したものとなる。その結果、例えば外部目標が予想外の動きをした場合に、平滑値は追従できなくなるという問題がある。
一方、ゲインを大きくすると、外部目標の動きに対する平滑値の追従性が向上する。ＳＮ比の高い測定環境であれば、ゲインをなるべく大きな値とした方が平滑値の精度も向上する。レーダ装置２の場合では、外部目標の間の相対的な位置関係によって、ゲインの大小を決定する必要がある。特に、ゲートが重なってしまい、観測値に信頼性がなくなった場合は、ゲインの大小のみではもはや追いつかなくなる。
続いてステップＳ２０５において、予測値、観測値、平滑値のすべてが観測域内にあるかどうかを判定する。これらのすべてが観測域内にある場合は、追尾処理を維持することができるので、ステップＳ２０６に進む（ステップＳ２０５：Ｙｅｓ）。また予測値、観測値、平滑値のいずれかが観測域を逸脱した場合は、追尾処理を維持することができないので、追尾処理を終了する（ステップＳ２０５：Ｎｏ）。
ステップＳ２０６では、ステップＳ２０４で算出した平滑値を追尾情報記憶器２８に記憶させる。これらは次回サンプル時までに外部目標単位で記憶される。続いてステップＳ２０７において、次回サンプル時の到来を待機し、到来とともにステップＳ２０２から次回サンプルの処理を行う。以上が、目標追尾フィルタ２７における追尾処理である。
続いてＳ１０７において、クラスタ形成器２９は、追尾情報記憶器２８が記憶している追尾結果を読み出す。そして、外部目標（車両１０４、１０５、１０６など）の中から、それらの位置と速度などの運動諸元の予測値と平滑値などが所定の条件を満たすものを抽出し、この所定の条件を満た外部目標からクラスタを形成する。そこで、次にクラスタ形成処理の詳細を説明する。
（クラスタ形成処理）
図７は、クラスタ形成器２９が行うクラスタ形成処理のフローチャートである。図のステップＳ３０１において、クラスタ形成器２９は、外部目標から２個の外部目標からなる組み合わせを総当たりで生成する。ここで生成された組み合わせには順番が与えられ、例えば、Ｎ番目の組み合わせ、のように、順番によって一意に組み合わせが特定されるように記憶域上に各組み合わせを管理しておく。次にステップＳ３０２において、変数Ｎを１に初期化する。この変数Ｎは外部目標からなる組み合わせを指すために用いるカウンタ変数である。
ステップＳ３０３において、Ｎ番目の組み合わせの外部目標間の距離を算出する。ここでは距離値として、例えばユークリッド距離を用いる。しかし、その他にもシティブロック距離やマハラノビス距離を用いるようにしてもよい。
ステップＳ３０４において、Ｎ番目の組み合わせにおける外部目標間の距離が所定の閾値以下か否かを判定する。外部目標間の距離が所定の閾値以下であれば、両外部目標は同一のクラスタに所属させることになる。この場合は、ステップＳ３０５に進む（ステップＳ３０４：Ｙｅｓ）。ここで、所定の閾値は定数としてもよいが、例えば、ＴＨを定数とし、目標追尾フィルタ２７に各目標間の距離の予測値を算出させ、さらに各目標間の距離の予測値の分散ρｐｉ（ｉ番目の目標の分散）に基づいて、例えば式（１７）を用いて閾値を算出するようにしてもよい。
上式において、ｋはｋ回目のサンプルにおける閾値であることを示す。またＭは目標の総数である。目標の位置の予測値の分散が大きい場合は、方向観測精度が悪いと考えられ、距離の予測値が大きくても、実際には目標が近接している場合も考えられる。そこで、式（１７）のように閾値を決定することで、方向の観測精度が悪い場合にも、適切にクラスタの形成を行うことができる。
また所定の閾値以下とはならない場合には、ステップＳ３１０に進むが（ステップＳ３０４：Ｎｏ）、この場合の処理については後述する。
ステップＳ３０５において、Ｎ番目の組み合わせの外部目標がすでにいずれかのクラスタに属しているかどうかを判定する。一方の外部目標がいずれかのクラスタに属している場合は、他方の外部目標も同じクラスタに所属させる必要があるので、そのための処理を行う。この場合には、ステップＳ３０６に進む（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）。ステップＳ３０６では、さらに両方の外部目標ともクラスタに属していて、それらのクラスタが異なっているかどうかを判定する。異なっている場合には、ステップＳ３０７に進み（ステップ２０６）、ステップＳ３０７において両クラスタを１つのクラスタに併合する。距離値が一定値以下となる外部目標が、異なるクラスタに所属することは許されないからである。その後、ステップＳ３１０に進む。
これに対して、一方の外部目標がまだクラスタに属していない場合、あるいは両方の外部目標が同じくラスタに属している場合は、ステップＳ３０８に進む（ステップＳ３０６：Ｎｏ）。ステップＳ３０８において、一方の外部目標がいずれのクラスタにも属していない場合は、その外部目標を他方の外部目標が所属するクラスタに所属させる。その後、ステップＳ３１０に進む。
またステップＳ３０５において、両外部目標ともどのクラスタにもまだ属していない場合には、ステップＳ３０９に進む（ステップＳ３０５：Ｎｏ）。この場合には、ステップＳ３０９において、新たなクラスタを形成し、両方の外部目標をこの新しいクラスタに所属させる。その後ステップＳ３１０に進む。
ステップＳ３１０において、カウンタ変数Ｎに１を加える。そしてステップＳ３１１において、Ｎが外部目標の組み合わせ総数以下かどうかを判定する。組み合わせ総数以下である場合には、ステップＳ３０３に戻り（ステップＳ３１１：Ｙｅｓ）、次の組み合わせについて、同様の処理を繰り返す。また、Ｎが組み合わせ総数以上である場合には、クラスタ形成処理を終了する。
なお、以上説明したクラスタ形成処理では、距離に基づいて外部目標の分布を決定し、クラスタを形成したが、この他にも、外部目標の予測値の分散を表す予測誤差共分散行列に基づいて、上記の閾値を適応的に変化させてもよい。
また、上記では、まだ一つもクラスタが形成されていない状態から、すべての外部目標をいずれかのクラスタに所属させることを仮定してクラスタを形成する方法を説明した。しかし、以前の観測値や平滑値に基づいてすでにクラスタが形成されている場合は、既存のクラスタを基礎として、変化分についてクラスタの構成を変えるようにしてもよい。
また、たった一つの外部目標だけが所属するクラスタについては、クラスタの所属を解除するようにする。このような外部目標は他の外部目標と十分に離れているので、ステップＳ１０３において算出された方向の観測値の信頼性が高いと考えられるからである。
次に、ステップＳ１０８において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０がクラスタ毎にクラスタ内の追尾処理を行う。そして、ステップＳ１０８において追尾情報記憶器２８に記憶させた各外部目標の追尾処理結果をクラスタ内の追尾処理結果で上書きすることで記憶させる。このようにすることで、クラスタに属している外部目標の追尾結果については、クラスタ追尾フィルタの処理結果が採用され、またクラスタに属していない外部目標の追尾結果については、単体の追尾フィルタの処理結果が採用されることになる。
クラスタ内追尾フィルタ３０の処理は、目標追尾フィルタ２７と比べて、ゲートの設定部分が異なっている。すなわち目標追尾フィルタ２７のステップＳ２０３における相関処理の説明で述べたように、クラスタに所属するような目標は、他の目標とゲートが重なってしまっており、その結果、それぞれの航跡を分離して扱うことができない。
そこでクラスタ内追尾フィルタ３０が用いるゲートについて、次に説明する。図８は、クラスタ内に存在する２つの目標１０７と１０８のゲート（各目標単体の追尾処理で使用されるゲート）が重なっている様子を示す図である。矩形１１０（以降、ゲート１１０と呼ぶ）は目標１０７の単体追尾処理で使用するゲート領域を示すものである。また矩形１１１（以降、ゲート１１１と呼ぶ）は目標１０８の単体追尾処理で使用するゲート領域を示すものである。矩形１１２は、矩形１１０と矩形１１１の重なった領域である。
矩形１１１に何らかの観測値が存在する場合、ゲート１１０によって相関させるべきか、ゲート１１１によって相関させるべきか判断することができない。そこでクラスタ内追尾フィルタ３０は、目標１０７と１０８について図９に示すようなゲートを新たに設定する。図において、点１１３は目標１０７と１０８の中点である。また矩形１１４は目標１０７のゲートを示す領域であり（以後、ゲート１１４と呼ぶ）、矩形１１５は目標１０８のゲートを示す領域である（以後、ゲート１１５と呼ぶ）。図から明らかなように、ゲート１１０とゲート１１１が重なっていた領域を、中点１１３で分割することによって、両目標のゲートの大きさを調整し、観測値の取り合いを回避するようにしている。
そこで、目標１０７のｋサンプル目のｘ成分位置の平滑値をｘｓ，１０７（ｋ）、観測値をｘｏ，１０７（ｋ）、目標１０８のｋサンプル目のｘ成分位置の平滑値をｘｓ，１０８（ｋ）、観測値をｘｏ，１０８（ｋ）のように表すこととすると、目標１０７のゲート１１０は次式（式（１１））で与えられていた。
よって
がゲート１１０であった。
さらに目標１０８については、ゲート１１１は次式（式（１２））で与えられていた。
ここでｘｏ，１０７（ｋ）＜ｘｏ，１０８（ｋ）とした場合、ゲート１１４は、
また、ゲート１１５は、
となる。
上記において、目標が２個であるため、両者の中点でゲートを分割することとしたが、目標が３個以上の場合は、各目標から定められる重心で各ゲートを分割するようにすればよい。なお、以下において、重心という語は、各目標を頂点とする多角形を想定し、その重心となる点を指すものとする。
また必ずしも中点や重心でゲートを分割する必要はなく、例えば図１０に示すように中点や重心の周囲に一定の緩衝領域を設け、この領域をどのゲートにも含まないようにしてもよい。このようにすることで、方位演算器２５でビームパターンと目標との位置関係から、目標の中点付近に発生することがある偽像をゲートに含まないようにすることができる。
以上から明らかなように、この発明の実施の形態１のレーダ装置では、互いに近接した目標とそうでない目標とで異なるゲートを設定してそれぞれの追尾処理を行うようにした。これによって、これまでのレーダ装置の利点を生かしつつ、さらにこれまでのレーダ装置では計測が困難であった互いに近接した目標に対する計測の精度を改善することができる。
なお、この発明の実施の形態１を具体的に説明するために、レーダ装置２を車載レーダ、特にＦＭＣＷレーダ装置として構成した。しかし、車載レーダ以外の用途においても、ビームパターン内に複数の目標が含まれる場合に、この発明を適用することができることはいうまでもない。またこの発明が特徴を奏するには、距離と速度、方向を取得できるレーダ方式であれば十分である。よってパルスドップラーレーダ装置など他のレーダ方式においてもこの発明を適用することができる。
実施の形態２．
実施の形態１では、互いに近接する目標同士からクラスタを形成し、クラスタに所属する自標と所属しない目標とでは、異なるフィルタを設定することとした。さらに観測対象となる目標が互いに近接していて、さらに等速並行運動をする場合には、クラスタを一つの目標に見立てて追尾処理を行うようにしてもよい。この発明の実施の形態２によるレーダ装置は、このような特徴を有するものである。
この発明の実施の形態２によるレーダ装置の全体構成は、実施の形態１と同様に図１、図２のブロック図によって示され、実施の形態１と同一の符号を付した構成要素は実施の形態１の相当部位と同様であるので、説明を省略する。また信号処理器１７の詳細な構成は、図１１のブロック図によって示される。
図１１において、クラスタパラメータ推定部３１は、クラスタが一つの運動目標と見立てられる場合に、方位演算器２５からクラスタの運動諸元を推定する部位である。クラスタ情報記憶部３２はクラスタパラメータ推定部３１が算出したクラスタの運動諸元を記憶する回路または素子、さらにはハードディスク装置などの記憶媒体を用いた機器によって構成されている。クラスタ解除部３３は、各目標がクラスタを構成する条件を満たさなくなった場合に、そのクラスタを解除する部位である。その他、図３と同一の符号を付した構成要素については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
次に、この発明の実施の形態２によるレーダ装置（図２におけるレーダ装置２）の動作について説明する。以下の説明においては、レーダ装置２の動作をより具体的に説明するために、図１２に示すように、、車両１０４、１０５、１０６が自動車１の前方を走行している状況を想定する。車両１０４、１０５、１０６は、それぞれ各車線に沿ってほぼ等速運動しているものとする。このような状況は、交差点や信号のない高速道路その他の自動車専用道路での走行時にはしばしば発生する。なおその他、図１２において図４と同一の符号を付した構成要素については、図４と同様であるので説明を省略する。
図１２のような状況において、レーダ装置２は、実施の形態１と同様にＶＣＯ１１が発生した基準信号に基づいてビームを照射し、その反射波をＡ／Ｄ変換して信号処理器１７に受信信号を出力する。続いて信号処理器１７が受信信号を信号処理する。図１３はこの信号処理器１７の信号処理を表すフローチャートである。図において、図５と同一の符号を付したステップの処理は実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。そうするとステップＳ１０１からステップＳ１０９までは、実施の形態１と同じである。この結果、位置・速度演算部２６が、各目標の観測値を算出し、さらに目標追尾フィルタ２７は、各目標の追尾処理を行い、その結果となる平滑値を追尾情報記憶器２８に記憶させる。そしてクラスタ形成器２９は、クラスタの形成を行う。ここでは、例えば車両１０４と１０５が互いに十分に近接しているものとし、これらの車両に基づくクラスタの形成を行ったものとする。
ステップＳ４０１において、クラスタが存在する場合、このクラスタを一つの目標と見立てて、追尾処理を行う。図１４は、クラスタ内目標追尾フィルタ３０が行う追尾処理のフローチャートである。図のステップＳ５０１において、クラスタパラメータ推定部３１は、位置・速度演算器２６が算出した外部目標の位置と速度から、クラスタのパラメータを推定する。ここで得られたクラスタのパラメータをクラスタパラメータの平滑値の初期値とする。クラスタパラメータ推定部３１は、クラスタパラメータとしてクラスタの重心と、クラスタ内目標間の距離を用いることとし、次のようにしてこれらの値を算出する。
ここで、例としてＮ個の目標を含むクラスタを想定する。第ｑ番目（ｑ＝１，２，…，Ｎ）の目標（ＴＧＴｑと呼ぶ）の座標は（ｘｑ，ｙｑ）、速度はｖｑであるものとする。この場合、クラスタの重心座標（ｇｘ，ｇｙ）と重心速度ｇｖは、式（２３）と式（２４）で与えられる。
目標間の距離はスカラーではなく、ｘ座標成分とｙ座標成分からなるベクトルで与えることとする。そうすると、目標ＴＧＴｉと目標ＴＧＴｊとの距離は、ｘ座標成分をＷｘｉｊ、ｙ座標成分をＷｙｉｊとして、式（２５）と式（２６）で与えられる。
上記のような距離の定義方法の他に、重心ｇからのスカラー距離を距離値としてもよい。
続いて、ステップＳ５０６に進み、クラスタパラメータ推定部３１は、クラスタ情報記憶器３２にクラスタパラメータを記憶させる。次にステップＳ５０７において、次回サンプル時の到来まで待機し、次回サンプル時の到来とともに定常処理としてステップＳ５０２からの処理に進む。
（定常処理）
ステップＳ５０２において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、クラスタパラメータの予測値を算出する。重心のｘ成分座標の予測値ｇｘｐ（ｋ）、ｙ成分座標の予測値ｇｙｐ（ｋ）、速度の予測値ｇｖｐ（ｋ）（ｋはｋサンプル目の処理であることを示す）は、前回サンプルからの経過時間をＴ、重心のｘ成分座標の平滑値をｇｘｓ（ｋ）、ｙ成分座標の平滑値ｇｙｓ（ｋ）、速度の平滑値をｇｖｓ（ｋ）として、
として与えられる。また、目標ＴＧＴｉと目標ＴＧＴｊとのｘ座標成分距離予測値をＷｐｘｉｊ（ｋ）、ｙ座標成分距離予測値をＷｐｙｉｊ（ｋ）は、ｘ座標成分距離平滑値をＷｓｘｉｊ（ｋ）、ｙ座標成分距離平滑値をＷｓｙｉｊ（ｋ）、距離の時間変化率平滑値をｒｖｓ（ｋ）とすれば、
また、距離の時間変化率予測値ｒｖｐ（ｋ）は、
で与えられる。
次に、ステップＳ５０３において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、相関処理を行い、観測値を取得する。相関処理では、複数目標間で各目標のゲートが重なっている場合、重心で分割して設定する。具体的には、実施の形態１で示した図９のゲート設定方法において目標１０７をＴＧＴｉ、目標１０８をＴＧＴｊ、中点１１３を中点ではなく重心と見立てて、設定された矩形１１４を目標ＴＧＴｉに対するゲートとし、矩形１１５を目標ＴＧＴｊに対するゲートとする。これらの数式表現は式（１８）から式（２２）までにおいて、すでに示しているので、ここでは省略する。
続いてステップＳ５０４において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、クラスタパラメータの平滑値を算出する。重心のｘ成分座標の平滑値ｇｘｓ（ｋ）、ｙ成分座標の平滑値ｇｙｓ（ｋ）、速度の平滑値ｇｖｓ（ｋ）は、第ｑ番目の目標のｘ成分座標の観測値をｘｏｑ、ｙ成分座標の観測値をｙｏｑ、速度の観測値をｖｏ、ｘ成分のゲインをαｘ、ｙ成分のゲインをαｙとすれば、式（３３）、式（３４）、式（３５）によって与えられる。
なお、ゲインの設定方法としては、クラスタ内目標では、方位の観測精度が低下する可能性が高いことを考慮して、ゲインを通常より低く設定して観測精度の影響を抑止するようにする。また、クラスタ内の目標間の予測距離が小さい、すなわち目標の位置の予測値が密集しているほど、方位の観測精度が低下するものとして、ゲインが小さくなるように重み付けしてもよい。たとえば、Ｇを定数として、式（３６）のように与えるようにする。
また、予測値の分散が大きいほど、方位角観測精度がより劣化するので、ゲインが小さくなるように、式（３６）と同様の重み付けをして設定してもよい。また予測値の分散と予測値間の距離の両方を考慮して重み付けを行って、ゲインを求めてもよい。
目標ＴＧＴｉと目標ＴＧＴｊとのｘ座標成分距離平滑値をＷｓｘｉｊ（ｋ）、ｙ座標成分距離予測値をＷｐｙｉｊ（ｋ）は、ｘ座標成分距離平滑値をＷｐｘｉｊ（ｋ）、ｙ座標成分距離平滑値をＷｐｙｉｊ（ｋ）、距離の時間変化率平滑値をｒｖｓ（ｋ）、ｘ成分のゲインをＡｘ、ｙ成分のゲインをＡｙとすれば、
また、距離の時間変化率予測値ｒｖｐ（ｋ）は、
で与えられる。
次に、ステップＳ５０５において、クラスタ削除器３３は、その時点においてクラスタを維持する条件が満たされているかどうかを判定する。判定方法としては、各目標間の距離が閾値以内にあるかどうかを調べる。またクラスタパラメータの予測値、観測値、平滑値が観測域内にあるかどうかを判定するようにしてもよい。クラスタを維持する条件が満たされている場合には、ステップＳ５０６に進む（ステップＳ５０５：Ｙｅｓ）。以降の処理については後述する。クラスタを維持する条件が満たされていない場合は、これ以上追尾処理をすることができないので、処理を終了する（ステップＳ５０５：Ｎｏ）。
ステップＳ５０６において、クラスタ内目標追尾フィルタ３０は、クラスタパラメータ平滑値をクラスタ情報記憶器３２に記憶させる。以後の処理は、初期処理の説明で述べたとおりであるので、説明を省略する。
なお、上記の追尾処理において、予測値、平滑値の算出をｘ成分についてはαフィルタ、ｙ成分についてはα−βフィルタを用いて行ったが、カルマンフィルタで行うようにしてもよい。
以上から明らかなように、この発明の実施の形態２のレーダ装置によれば、互いに近接していて等速で並走している複数の目標からクラスタを形成し、そのクラスタを一つの目標と見立てて追尾処理をすることで、クラスタ内の目標の観測値の誤差の影響を排除して、精度の高い観測を行うことができる。
なお、この発明の実施の形態２によるレーダ装置では、実施の形態１と同様に各目標についての追尾処理を行う目標追尾フィルタ２７を備えることとしたが、この発明の実施の形態２によるレーダ装置は、クラスタ内目標追尾フィルタ３０がクラスタを一つの目標に見立てて追尾する点に特徴を有するものであるので、目標追尾フィルタ２７の有無にかかわらず、発明の特徴を奏する。したがって目標追尾フィルタ２７は必須の構成要素ではない。
【産業上の利用の可能性】
以上のように、この発明に係るレーダ装置は、互いに近接する複数の目標が方向を計測する用途、例えば車載レーダなどに有用である。
【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】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、その受信信号の特徴量を抽出する信号検出器と、
前記信号検出器が抽出した受信信号の特徴量から、前記各外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出する位置・速度演算器と、
を備えたレーダ装置において、
前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値に対して、第１のゲートによる相関処理を施し、前記第１のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出する目標追尾フィルタと、
前記各外部目標の位置の平滑値に基づいて、前記外部目標同士が接近している場合に、前記外部目標が所属するクラスタを形成するクラスタ形成器と、
前記クラスタ形成器が形成したクラスタに所属する外部目標の前記位置観測値と速度観測値に対して、第２のゲートによる相関処理を施し、前記第２のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出するクラスタ内目標追尾フィルタと、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、その受信信号の特徴量を抽出する信号検出器と、
前記信号検出器が抽出した受信信号の特徴量から、前記各外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出する位置・速度演算器と、
を備えたレーダ装置において、
前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値に対して、第１のゲートによる相関処理を施し、前記第１のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出する目標追尾フィルタと、
前記各外部目標の位置の平滑値に基づいて、前記外部目標同士が接近している場合に、前記外部目標が所属するクラスタを形成するクラスタ形成器と、
前記クラスタ形成器が形成したクラスタを一つの外部目標に見立てて、前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値とから、そのクラスタの特性を表すクラスタパラメータの平滑値を算出するクラスタ内目標追尾フィルタと、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記外部目標が２個ある場合に、前記クラスタパラメータの平滑値として、前記外部目標の位置の中点とその中点の速度と前記外部目標間の距離及び前記距離の時間変化率との平滑値を算出することを特長とする請求の範囲第２項に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記外部目標が３個以上ある場合に、前記クラスタパラメータの平滑値として、前記外部目標の位置を頂点とする多角形の重心とその重心の速度と前記外部目標間の距離及び前記距離の時間変化率との平滑値を算出することを特長とする請求の範囲第２項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記クラスタに所属する複数の外部目標の第１のゲートが重なり合う場合に、前記外部目標間の重心で前記第１のゲートを分割したものを前記第２のゲートとして相関処理を施すことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記クラスタに所属する複数の外部目標の第１のゲートが重なり合う場合に、前記外部目標間の重心の近傍に緩衝領域を設定し、この緩衝領域の外縁に接するように、前記第１のゲートを分割したものを前記第２のゲートとして相関処理を施すことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記目標追尾フィルタは、前記外部目標間の距離の予測値をさらに算出し、
前記クラスタ形成器は、前記距離の予測値の分散を算出し、その分散に基づいて所定の閾値を決定して、前記外部目標間の距離がこの閾値以下となる場合に、前記クラスタを形成することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記平滑値の算出における観測値の寄与度を定めるゲインを、前記外部目標の位置を頂点とする多角形の重心からの距離に基づいて決定することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記アンテナは、連続的に周波数が上昇するアップフェーズと連続的に周波数が下降するダウンフェーズからなる基準信号を、複数の方向からなるビームパターンを有する送信波として前記外部目標に照射し、
前記信号検出器は、前記アップフェーズと前記ダウンフェーズとにおける受信信号と前記基準信号とのビート信号を生成し、
前記位置・速度演算器は、前記アップフェーズのビート信号と前記ダウンフェーズのビート信号から前記外部目標の相対速度と相対距離とを算出するとともに、隣接する前記ビームパターンにおける前記ビート信号の特徴量の差異から前記外部目標の方向を算出し、前記相対速度と相対距離及び方向から前記外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記レーダ装置は、自動車に搭載されることを特徴とする請求の範囲第９項記載のレーダ装置。
【請求項１】
複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、その受信信号の特徴量を抽出する信号検出器と、
前記信号検出器が抽出した受信信号の特徴量から、前記各外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出する位置・速度演算器と、
を備えたレーダ装置において、
前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値に対して、第１のゲートによる相関処理を施し、前記第１のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出する目標追尾フィルタと、
前記各外部目標の位置の平滑値に基づいて、前記外部目標同士が接近している場合に、前記外部目標が所属するクラスタを形成するクラスタ形成器と、
前記クラスタ形成器が形成したクラスタに所属する外部目標の前記位置観測値と速度観測値に対して、第２のゲートによる相関処理を施し、前記第２のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出するクラスタ内目標追尾フィルタと、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
複数の外部目標から到来する電波を受信波として受信するアンテナと、
前記アンテナが受信した受信波を受信信号に変換し、その受信信号の特徴量を抽出する信号検出器と、
前記信号検出器が抽出した受信信号の特徴量から、前記各外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出する位置・速度演算器と、
を備えたレーダ装置において、
前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値に対して、第１のゲートによる相関処理を施し、前記第１のゲートを満たす位置観測値と速度観測値から前記各外部目標の位置と速度との平滑値を算出する目標追尾フィルタと、
前記各外部目標の位置の平滑値に基づいて、前記外部目標同士が接近している場合に、前記外部目標が所属するクラスタを形成するクラスタ形成器と、
前記クラスタ形成器が形成したクラスタを一つの外部目標に見立てて、前記位置・速度演算器が算出した位置観測値と速度観測値とから、そのクラスタの特性を表すクラスタパラメータの平滑値を算出するクラスタ内目標追尾フィルタと、
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記外部目標が２個ある場合に、前記クラスタパラメータの平滑値として、前記外部目標の位置の中点とその中点の速度と前記外部目標間の距離及び前記距離の時間変化率との平滑値を算出することを特長とする請求の範囲第２項に記載のレーダ装置。
【請求項４】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記外部目標が３個以上ある場合に、前記クラスタパラメータの平滑値として、前記外部目標の位置を頂点とする多角形の重心とその重心の速度と前記外部目標間の距離及び前記距離の時間変化率との平滑値を算出することを特長とする請求の範囲第２項に記載のレーダ装置。
【請求項５】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記クラスタに所属する複数の外部目標の第１のゲートが重なり合う場合に、前記外部目標間の重心で前記第１のゲートを分割したものを前記第２のゲートとして相関処理を施すことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のレーダ装置。
【請求項６】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記クラスタに所属する複数の外部目標の第１のゲートが重なり合う場合に、前記外部目標間の重心の近傍に緩衝領域を設定し、この緩衝領域の外縁に接するように、前記第１のゲートを分割したものを前記第２のゲートとして相関処理を施すことを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のレーダ装置。
【請求項７】
前記目標追尾フィルタは、前記外部目標間の距離の予測値をさらに算出し、
前記クラスタ形成器は、前記距離の予測値の分散を算出し、その分散に基づいて所定の閾値を決定して、前記外部目標間の距離がこの閾値以下となる場合に、前記クラスタを形成することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載のレーダ装置。
【請求項８】
前記クラスタ内目標追尾フィルタは、前記平滑値の算出における観測値の寄与度を定めるゲインを、前記外部目標の位置を頂点とする多角形の重心からの距離に基づいて決定することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載のレーダ装置。
【請求項９】
前記アンテナは、連続的に周波数が上昇するアップフェーズと連続的に周波数が下降するダウンフェーズからなる基準信号を、複数の方向からなるビームパターンを有する送信波として前記外部目標に照射し、
前記信号検出器は、前記アップフェーズと前記ダウンフェーズとにおける受信信号と前記基準信号とのビート信号を生成し、
前記位置・速度演算器は、前記アップフェーズのビート信号と前記ダウンフェーズのビート信号から前記外部目標の相対速度と相対距離とを算出するとともに、隣接する前記ビームパターンにおける前記ビート信号の特徴量の差異から前記外部目標の方向を算出し、前記相対速度と相対距離及び方向から前記外部目標の位置観測値と速度観測値とを算出することを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項に記載のレーダ装置。
【請求項１０】
前記レーダ装置は、自動車に搭載されることを特徴とする請求の範囲第９項記載のレーダ装置。
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２６７７０
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【発行日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０８９２１（Ｐ２００５−５０８９２１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１１６４７
【国際出願日】平成１５年９月１１日（２００３．９．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年３月２４日（２００５．３．２４）
【発行日】平成１８年１１月２４日（２００６．１１．２４）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００３／０１１６４７
【国際出願日】平成１５年９月１１日（２００３．９．１１）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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