信号処理装置、レーダ装置、及び信号処理方法
【課題】 車両制御上重要な目標物体を示すピーク信号を高い確度で優先的に抽出する。
【解決手段】 周波数変調が施された送信信号の反射信号を受信して前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機の信号処理装置は、前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき目標物体の方位角を検出する方位角検出手段と、所定の方位角範囲及び所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出手段と、前記抽出されたピーク信号から前記目標物体を検出する目標物体検出手段とを有するので、車両制御上重要度の高い方位角範囲及び相対距離範囲にある目標物体を示すピーク信号をもれなく検出できる。
【解決手段】 周波数変調が施された送信信号の反射信号を受信して前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機の信号処理装置は、前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき目標物体の方位角を検出する方位角検出手段と、所定の方位角範囲及び所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出手段と、前記抽出されたピーク信号から前記目標物体を検出する目標物体検出手段とを有するので、車両制御上重要度の高い方位角範囲及び相対距離範囲にある目標物体を示すピーク信号をもれなく検出できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変調された送信信号の目標物体による反射信号を受信して前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機の信号処理装置等に関し、特に、前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき目標物体を検出する信号処理装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の衝突回避・衝突対応制御における障害物検出手段として、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）式のレーダ装置が車両に搭載されて用いられる。特許文献１には、車載用のＦＭ−ＣＷ式レーダ装置の例が記載されている。
【０００３】
車載用のＦＭ−ＣＷ式レーダ装置は、三角波状の周波数変調信号に従ってミリ波長の連続波（電磁波）に周波数変調を施して探索領域に送信し、目標物体による反射信号を受信する。このとき、反射信号の周波数は目標物体の相対距離に応じた時間的遅延と相対速度に応じたドップラシフトの影響を受けて偏移するので、送受信信号には周波数差が生じる。レーダ装置は、この周波数差を検出するために、送受信信号をミキシングして両者の周波数差に対応する周波数（ビート周波数）を有するビート信号を生成する。
【０００４】
ここで、探索領域に相対距離と相対速度のいずれかが異なる複数の目標物体が存在する場合、目標物体ごとに周波数が異なる反射信号が受信信号に含まれる。よって、ビート信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して得られる周波数スペクトルでは、目標物体ごとに異なる周波数で極大値が形成される。以下では、極大値を形成するビート信号をピーク信号といい、そのビート周波数をピーク周波数という。
【０００５】
レーダ装置は、ピーク信号の位相やピーク周波数を用いて目標物体ごとの方位角、相対距離、及び相対速度を検出して、検出結果を車両の挙動を制御する車両制御装置に出力する。すると、車両制御装置は、検出された複数の目標物体のうち、その相対速度、相対距離、あるいは方位角に基づき衝突の蓋然性の大きさを判断し、衝突が予測される場合に衝突回避動作や乗員保護動作を行う各種アクチュエータを駆動する。
【０００６】
ここで、車両制御装置が限られた時間内で衝突の蓋然性を判断できる目標物体の数は、車両制御装置の処理能力に応じて制限される。よって、レーダ装置は、複数のピーク信号が検出された場合には、その全てについての検出結果を車両制御装置に出力するのではなく、車両制御上重要度の高い目標物体の検出結果を優先的に出力する。そのために、レーダ装置は、ビート信号から目標物体の数に応じた数のピーク信号を検出した段階で、かかる目標物体を示すピーク信号を優先的に抽出し、抽出したピーク信号に基づき目標物体を検出する。
【０００７】
車両の前方を監視するレーダ装置の場合、衝突の蓋然性が大きい目標物体、すなわち車両正面の近距離に位置する目標物体を重要度の高い目標物体とみなす。そして、かかる目標物体を示すピーク信号の抽出方法は、従来より種々提案されている。
【０００８】
その１つめとして、レーダ装置のアンテナパターンによれば車両正面からの反射信号のレベルが最大であることに着目し、レベルの大きいピーク信号を優先的に抽出する方法があげられる。また、２つめとして、目標物体の相対距離が小さいほどピーク周波数が低くなることに着目して、ピーク周波数が低いピーク信号を優先的に抽出する方法があげられる。
【特許文献１】特開平１１−２７１４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような従来の方法には次のような問題がある。
【００１０】
図１は、レーダ装置と目標物体の位置関係と、各目標物体を示すピーク信号の状態とを説明する図である。ここでは、説明の便宜上、２つの目標物体を示すピーク信号のうちの１つを優先的に抽出する場合を例とする。
【００１１】
まず、図１（Ａ）に示すように、レーダ装置正面の近距離に目標物体Ｔ１（例えば乗用車）が位置し、目標物体Ｔ１の前方に反射断面積がさらに大きい目標物体Ｔ２（例えば大型のトラック）が位置する場合には、目標物体Ｔ１、Ｔ２を示すピーク信号は図１（Ｂ）に示すようになる。ここで、車両制御上の重要度からすると目標物体Ｔ１を優先して抽出すべきであるが、レベルの大きいピーク信号を優先して抽出する方法では、反射断面積が大きい目標物体Ｔ２を示すピーク信号Ｐ２のレベルＬ２が目標物体Ｔ１を示すピーク信号Ｐ１のレベルＬ１を上回るため、目標物体Ｔ２を示すピーク信号Ｐ２が優先的に抽出される。
【００１２】
この点、ピーク周波数が低いピーク信号を優先的に抽出する方法によれば、目標物体Ｔ１の相対距離Ｒ１が目標物体Ｔ２の相対距離Ｒ２より小さいので、ピーク信号Ｐ１のピーク周波数α１の方がピーク信号Ｐ２の周波数α２より低くなり、したがって、ピーク信号Ｐ１が優先して抽出される。しかし、図１（Ｃ）に示すように、目標物体Ｔ２が例えば隣接車線など至近距離に位置すると、目標物体Ｔ２の相対距離Ｒ２１が目標物体Ｔ１の相対距離Ｒ１より小さくなる。すると、図１（Ｄ）に示すように、ピーク信号Ｐ２の周波数α２１の方がピーク信号Ｐ１の周波数α１より低くなり、ピーク信号Ｐ２が優先的に抽出される。
【００１３】
このように、従来の方法では、車両制御上の重要度が高い、車両前方正面かつ近距離に位置する目標物体を示すピーク信号が抽出されず、したがってその目標物体が検出されないおそれがある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、車両制御上重要な目標物体を示すピーク信号を高い確度で優先的に抽出する信号処理装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面によれば、周波数変調された送信信号の目標物体による反射信号を受信して前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機の信号処理装置であって、前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき前記目標物体の方位角を検出する方位角検出手段と、所定の方位角範囲及び前記目標物体の所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出手段と、前記抽出されたピーク信号から前記目標物体を検出する目標物体検出手段とを有する信号処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
上記側面によれば、ピーク信号抽出手段が所定の方位角範囲及び所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するので、車両制御上重要度の高い方位角範囲及び相対距離範囲にある目標物体を示すピーク信号をもれなく検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１８】
図２は、本発明が適用されるレーダ装置の使用状況を説明する図である。ＦＭ−ＣＷ式のレーダ装置１０は、一例として、車両１の前部フロントグリル内、あるいはバンパー内に搭載され、フロントグリルやバンパー前面に形成されるレドームを透過して車両１前方の探索領域にレーダ信号（電磁波）を送信し、探索領域からの反射信号を受信する。
【００１９】
そして、レーダ装置１０は、送受信信号からビート信号を生成して、これをマイクロコンピュータなどの信号処理装置により処理することで、探索領域内の目標物体の方位角、相対距離、及び相対速度を検出する。目標物体は、例えば車両１の先行車両、対向車両、あるいは歩行者などである。そして、検出結果に基づいて、車両制御装置１００が目標物体との衝突が生じる蓋然性の大きさを判断し、衝突が予測される場合には衝突を回避するように車両１の各種アクチュエータを駆動して車両１の挙動を制御し、または、乗員へ警報を発する警報装置や乗員を保護する安全装置を作動させる。
【００２０】
図３は、本実施形態におけるレーダ装置の構成を説明する図である。レーダ装置全体の構成を示す図３（Ａ）において、ＦＭ−ＣＷ式のレーダ装置１０は、周波数変調を施したミリ波長の連続波（電磁波）を送信信号として送信してその反射信号を受信し、送受信信号の周波数差に対応する周波数のビート信号を生成するレーダ送受信機３０と、レーダ送受信機３０が生成するビート信号を処理する信号処理装置１４とを有する。
【００２１】
ここで、送信信号と受信信号の周波数変化を図４（Ａ）に示すと、送信信号は、実線で示すように、周波数ｆｍ（例えば４００Ｈｚ）の三角波の周波数変調信号に従って、中心周波数ｆ０（例えば７６．５ＧＨｚ）、周波数変調幅ΔＦ（例えば２００ＭＨｚ）で周波数が直線的に上昇及び下降する。これに対し、受信信号は、破線で示すように、これを反射した目標物体の相対距離による時間的遅延ΔＴと、相対速度に応じたドップ周波数γ分の周波数偏移を受ける。その結果、送受信信号には、送信信号の周波数上昇期間（アップ期間）で周波数差α、周波数下降期間（ダウン期間）で周波数差βが生じる。よって、両者の周波数差に対応する周波数のビート信号のビート周波数は、図４（Ｂ）に示すように、アップ期間でビート周波数α、ダウン期間でビート周波数βとなる。そして、この周波数α、βと目標物体の相対距離Ｒ、相対速度Ｖには次の式（１）、（２）で示す関係が成立する。ただし、ここでＣは光速である。
【００２２】
Ｒ＝Ｃ・（α＋β）／（８・ΔＦ・ｆｍ） …式（１）
Ｖ＝Ｃ・（β−α）／（４・ｆ０）…式（２）
図３（Ａ）に戻り、レーダ送受信機３０は、メカニカルスキャン式または電子スキャン式により送信信号または受信信号の指向性を変化させ、探索領域をスキャンする。
【００２３】
図３（Ｂ）は、メカニカルスキャン式を採用した場合のレーダ送受信機３０の構成を示す。レーダ送受信機３０では、周波数変調指示部１６が三角波状の周波数変調信号を生成すると、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８が周波数変調信号に従って図４（Ａ）に示したように三角波の上昇区間で周波数が直線的に上昇し、三角波の下降区間で周波数が直線的に下降する送信信号を出力する。この送信信号は分配器２０により電力分配され、その一部が送信アンテナ１１から送出される。そして、反射信号が受信用アンテナ１２により受信され、受信信号がミキサ２２に入力される。ミキサ２２は、電力分配された送信信号の一部と受信信号とを混合し、両者の周波数差に対応する周波数のビート信号を生成する。そして、ビート信号は、ＡＤ変換器２４によりデジタルデータ化され、信号処理装置１４に出力される。
【００２４】
また、レーダ送受信機３０は、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２を備えたアンテナ部１１ａを往復回動させる機構と、アンテナ部１１ａの回動角度を検出するエンコーダとを備えた回動部２６を有する。回動部２６のエンコーダからはアンテナ部１１ａの回動角度を示す角度信号が信号処理装置１４に出力される。信号処理装置１４は、角度信号に基づき受信信号を受信したときのアンテナ部１１ａの角度を検出し、目標物体の方位角を検出する。また、この場合、信号処理装置１４は、アンテナ部１１が探索領域に対応する角度範囲を片側に１回動して探索領域を１回スキャンする期間を１検出サイクルとして目標物体の検出を行う。
【００２５】
図３（Ｃ）は、電子スキャン式を採用した場合のレーダ送受信機３０の構成を示す。レーダ送受信機３０は、反射信号を受信する複数の受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…を所定間隔離間して備え、受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…による受信信号を、信号処理装置１４からの切替指示信号に従って時分割でミキサ２２に入力するスイッチ回路２８とを有する。ミキサ２２は受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…それぞれを送信信号と混合して、ビート信号を生成する。
【００２６】
この場合、信号処理装置１４は、受信信号の利得が最大となるときのアンテナ全体として指向性を求めることにより、その指向性に対応する目標物体の方位角を検出する。具体的には、受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…間でのビート信号の位相差を制御してビート信号の合成振幅が最大となるときの位相差を求め、その位相差に対応する方位角を検出する。
【００２７】
あるいは、電子スキャン式の一形態である位相モノパルス式では、信号処理装置１４は、アンテナ間の受信位相差、つまりアンテナ間でのビート信号の位相差から受信信号の到来方向である目標物体の方位角を直接的に検出する。こうした電子スキャン式では、信号処理装置１４は、送信信号のアップ期間とダウン期間を１検出サイクルとして目標物体の検出処理を行う。
【００２８】
図３（Ａ）に戻り、信号処理装置１４の構成について説明する。信号処理装置１４は、デジタルデータ化されたビート信号に対しＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を施してその周波数スペクトルを検出するＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算処理装置と、ビート信号の周波数スペクトルを処理して目標物体の位置等をするマイクロコンピュータを有する。このマイクロコンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行する各種処理プログラムや制御プログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵが各種データを一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する。よって、ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき、上記のメカニカルスキャン式または電子スキャン式のいずれかにより目標物体の方位角を検出する方位角検出手段１４ａ、所定の方位角範囲及び所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出手段１４ｂ、ピーク信号から目標物体を検出する目標物体検出手段１４ｃは、各処理手順を定めたプログラムと、これを実行するＣＰＵにより構成される。
【００２９】
図５は、信号処理装置１４のメインの動作手順を説明するフローチャート図である。図５に示す手順は、１検出サイクルごとに実行される。まず、信号処理装置１４は、送信信号のアップ期間、ダウン期間ごとにビート信号をＦＦＴ処理してその周波数スペクトルを生成し、ピーク信号を検出する（Ｓ２）。このとき、ノイズの影響を排除するために、所定レベルの閾値を上回るピーク信号を検出する。また、電子スキャン式の場合には、受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…ごとにピーク信号を検出してもよいし、ビート信号を平均することでノイズを平滑化し、平均におけるピーク信号を各アンテナのピーク信号として検出してもよい。
【００３０】
そして、信号処理装置１４は、詳細な手順は後述するが、検出されたピーク信号から車両制御上重要な目標物体を示すピーク信号を抽出する（Ｓ４）。
【００３１】
そして、信号処理装置１４は、抽出されたピーク信号に基づき目標物体を検出する（Ｓ６）。このとき、アップ期間とダウン期間とでピーク信号の対応付けが行われ、それぞれのピーク周波数を用いて上述した式（１）、（２）により目標物体の相対距離、相対速度が検出される。そして、信号処理装置１４は、検出結果を車両制御装置１００に出力する（Ｓ８）。
【００３２】
次に、本実施形態におけるピーク信号抽出方法について説明する。
【００３３】
図６は、車両制御上重要な方位角範囲と相対距離範囲を説明する図である。図６には、車両正面を０度とする例えば±５度の方位角範囲Ａ１０において、例えば相対距離１０メートル〜５０メートルの相対距離範囲Ｒ１０が示される。本実施形態では、図６に示す方位角範囲と相対距離範囲が重複した範囲（ハッチングで図示される）にある目標物体、つまり車両正面かつ近距離に位置する目標物体を衝突の蓋然性が大きい目標物体とみなす。そして、車両の制御に要する時間と目標物体が接近する時間とを考慮した場合に、かかる目標物体を車両制御上最も重要な目標物体とみなす。
【００３４】
よって、ピーク信号抽出手段１４ｂが、この方位角範囲Ａ１０と相対距離範囲Ｒ１０とに対応するピーク信号を抽出することで、目標物体検出手段１４ｃがそのピーク信号から重要度の高い目標物体をもれなく検出する。
【００３５】
具体的な方法としては、まず方位角検出手段１４ａが、検出されたピーク信号を用いて方位角を検出する。ここで、メカニカルスキャン式の場合は、方位角検出手段１４ａは、ピーク信号が得られた受信信号を受信したときのアンテナ部の回動角度に基づき方位角を求める。あるいは、電子スキャン式の場合は、方位角検出手段１４ａは、受信用アンテナ間で同じピーク周波数を有するピーク信号同士の位相差に基づき、方位角を求める。
【００３６】
そして、ピーク信号抽出手段１４ｂが、方位角範囲Ａ１０内の方位角が検出されたピーク信号のうち、ピーク周波数が上記の相対距離範囲Ｒ１０に対応する周波数範囲に含まれるピーク信号を抽出する。このとき、ピーク信号の抽出は、アップ期間のピーク信号とダウン期間のピーク信号のそれぞれにおいて実行される。さらに、電子スキャン式の場合には、受信用アンテナごとのアップ期間のピーク信号とダウン期間のピーク信号のそれぞれにおいて実行される。
【００３７】
ここで、相対距離範囲Ｒ１０に対応する周波数範囲は、予め次のようにして求められ、信号処理装置１４のＲＯＭに記憶される。すなわち、上述した式（１）、（２）によりアップ期間のピーク周波数とダウン期間のピーク周波数から相対速度と相対距離とが求まることを利用し、上記相対距離範囲Ｒ１０に加え、車両制御上重要な相対速度範囲（例えば-１０メートル／秒〜+１０メートル／秒）を特定する。ここで、車両制御上重要な相対速度範囲は、その目標物体を検出してから車両１に接近する時間と、車両１の制御に要する時間とを考慮して、有る程度の大きさ（絶対値）の相対速度範囲に設定される。
【００３８】
そして、かかる相対距離範囲と相対速度範囲に対応するピーク周波数の周波数範囲を、次の式（３）〜（６）により逆算する。なお、ここでは、相対距離範囲Ｒ１０における最小値をR_min、最大値をR_max、相対速度範囲における最小値をV_min、最大値をV_maxとし、アップ期間のピーク周波数に対する周波数範囲をα_min〜α_max、ダウン期間のピーク周波数に対する周波数範囲をβ_min〜β_maxとして算出する。
【００３９】
α_min＝4・ΔF・fm・R_min/C + 2・f0・V_min/C …式（３）
α_max＝4・ΔF・fm・R_max/C + 2・f0・V_max/C …式（４）
β_min＝4・ΔF・fm・R_min/C - 2・f0・V_min/C …式（５）
β_max＝4・ΔF・fm・R_max/C - 2・f0・V_max/C …式（６）
図７は、本実施形態におけるピーク信号抽出処理の詳細な手順を示すフローチャート図である。図７に示す手順は、図５に示した手順Ｓ４のサブルーチンに対応する。図７の手順は、図５の手順Ｓ２で検出されたアップ期間とダウン期間の全てのピーク信号について実行される。
【００４０】
方位角検出手段１４ａは、全てのピーク信号について、それぞれが示す目標物体の方位角を検出する（Ｓ２０）。そして、各ピーク信号から検出された方位角が、上記の方位角範囲Ａ１０に含まれるか否かを確認する（Ｓ２２）。方位角範囲Ａ１０に含まれる場合には（Ｓ２２のＹＥＳ）、そのピーク信号のピーク周波数が上記の相対距離範囲Ｒ１０に対応する周波数範囲、つまり、アップ期間のピーク信号であれば上記の周波数範囲α_min〜α_max、ダウン期間のピーク信号であれば上記の周波数範囲β_min〜β_maxに含まれるか否かを確認する（Ｓ２４）。そして、含まれる場合には（Ｓ２４のＹＥＳ）、そのピーク信号を抽出する（Ｓ２６）。なお、手順Ｓ２２で方位角が方位角範囲Ａ１０に含まれない場合（Ｓ２２のＮＯ）、及び手順Ｓ２４でピーク周波数が周波数範囲に含まれない場合（Ｓ２４のＮＯ）には、そのピーク信号のデータを破棄する（Ｓ２８）。そして、全てのピーク信号について処理が終了したら（Ｓ３０のＹＥＳ）、本処理を終了する。
【００４１】
このような手順により、ピーク信号抽出手段１４ｂは、車両制御上重要な目標物体を示すピーク信号をもれなく抽出できる。そして、抽出されたピーク信号に基づき、目標物体検出手段が目標物体検出を行う（図５の手順Ｓ６）。
【００４２】
本実施形態によれば、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）で示した状況において、優先すべき目標物体Ｔ１を示すピーク信号Ｐ１の方位角が方位角範囲内Ａ１０にあり、さらに相対距離Ｒ１に対応するピーク周波数α１が周波数範囲α_min〜α_max（アップ期間の場合）、またはβ_min〜β_max（ダウン期間の場合）にあることを判断できれば、ピーク信号Ｐ１を優先的に抽出できる。また、図１（Ｃ）、（Ｄ）で示した状況においては、目標物体Ｔ１を示すピーク信号Ｐ１が上記条件を満たすとともに、目標物体Ｔ２を示すピーク信号Ｐ２から検出される方位角が方位角範囲Ａ１０内にないことからピーク信号Ｐ２が排除される。よって、ピーク信号Ｐ１を優先的に抽出できる。
【００４３】
上述では、方位角範囲Ａ１０及び相対距離範囲Ｒ１０に対応するピーク信号を抽出する例について説明したが、次に、相対距離範囲と相対速度範囲の組合せによる相対距離・相対速度範囲を細分化して優先順位を対応づけ、相対速度・相対距離範囲に対応するピーク信号をその相対距離・相対速度範囲の優先順位に基づいて抽出する実施例を説明する。
【００４４】
図８は、横軸を相対距離、縦軸を相対速度として、相対距離・相対速度範囲の組合せに対する車両制御上の重要度に応じた優先順位を示す。ここでは、相対距離が小さい順に衝突の蓋然性が大きく、すなわち重要度が高いと判断する。よって、相対距離・相対速度範囲ＡＲ１０、ＡＲ３０、ＡＲ５０は、相対距離が小さい順に優先順位付けされる。
【００４５】
また、同じ相対距離範囲に対応する相対距離・相対速度範囲ＡＲ２０、ＡＲ４０は、負の相対速度（つまり、接近するときの速度）の方が、正の相対速度（つまり、遠ざかるときの速度）より衝突の蓋然性が大きく、すなわち重要度が高いと判断する。よって、負の相対速度を有する相対距離・相対速度範囲ＡＲ２０が、正の相対速度を有する相対距離・相対速度範囲ＡＲ４０に優先される。
【００４６】
その結果、相対距離・相対速度範囲ＡＲ１０は近距離かつある程度の相対速度を有するので衝突の蓋然性が最も大きく、優先順位「１」が付される。次いで、相対距離・相対速度範囲ＡＲ２０に優先順位「２」、相対距離・相対速度範囲ＡＲ３０に優先順位「３」、相対距離・相対速度範囲ＡＲ４０に優先順位「４」、そして、相対距離・相対速度範囲ＡＲ５０に優先順位「５」が付される。なお、相対距離・相対速度範囲ＡＲ１０より相対距離が小さい至近距離は、車両制御のタイミング上、不適切であるので、除外されている。
【００４７】
図９は、図８に示す相対距離・相対速度範囲に対応するピーク周波数の周波数範囲を示す図である。図９（Ａ）はアップ期間のピーク周波数について、図９（Ｂ）はダウン期間のピーク周波数について、図８に示す相対距離・相対速度範囲に対応する周波数範囲を示す図である。図９（Ａ）、（Ｂ）に示す各周波数範囲は、図８の相対距離・相対速度範囲ごとに相対距離の最大値R_maxと最小値R_min、相対速度の最大値V_max、最小値V_minを用いて上述の式（３）〜（６）により算出される。そして、各周波数範囲には、それぞれに対応する相対距離・相対速度範囲に付された優先順位が対応づけられる。本実施例では、このような周波数範囲と優先順位の対応関係のデータが、予め信号処理装置１４のＲＯＭに格納される。
【００４８】
ここで、図９に示す周波数範囲は重複している部分があるので、１つのピーク周波数に対し複数の優先順位が対応する場合がある。よって、その場合にピーク信号を抽出する際の優先順位は、例えば対応する最優先の順位を用いることが可能である。最優先の順位を用いることで安全寄りの判断を行うことができ、ピーク信号の検出漏れを防ぐことができる。
【００４９】
図１０は、本実施例におけるピーク信号抽出処理の動作手順を説明するフローチャート図である。ここでは、図７で示した手順Ｓ２４の代わりに、ピーク信号に対しその周波数が含まれる周波数範囲の優先順位に基づき優先順位付けを行う（Ｓ２５）。
【００５０】
そして、優先順位に基づいて上位所定数のピーク信号を抽出して、残りのピーク信号のデータを破棄する（Ｓ３３）。
【００５１】
このように、本実施例によれば、相対速度を考慮に入れた優先順位付けに従い、車両制御上の重要度に応じてピーク信号を抽出することができる。
【００５２】
上述のレーダ装置１０は、車両の前方監視用のレーダ装置として用いられる場合を例として説明したが、レーダ装置１０を車両１の側面に搭載して車両１の側方を監視するために用いたり、車両１の後部に搭載して車両１の後方を監視するために用いたりすることも可能である。あるいは、レーダ装置１０を車両１の前側部に搭載して車両１の前側方を監視するために用いたり、車両１の後側部に搭載して車両１の後側方を監視するために用いたりすることも可能である。
【００５３】
また、上述の説明における方位角範囲、相対距離範囲、及び相対速度範囲に対する優先順位付けの例のほかにも、車両制御上の重要度に応じた優先順位付けが可能である。
【００５４】
以上説明したとおり、本実施の形態によれば、車両制御上重要度の高い方位角範囲及び相対距離範囲にある目標物体を示すピーク信号を抽出することで、重要な目標物体をもれなく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】レーダ装置と目標物体の位置関係と、各目標物体のピーク信号の状態とを示す図である。
【図２】本発明が適用されるレーダ装置の使用状況を説明する図である。
【図３】本実施形態におけるレーダ装置の構成を説明する図である。
【図４】送信信号と受信信号の周波数変化を説明する図である。
【図５】信号処理装置１４の動作手順を説明するフローチャート図である。
【図６】車両制御上重要な方位角範囲と相対距離範囲を説明する図である。
【図７】本実施形態におけるピーク信号抽出処理の詳細な手順を示すフローチャート図である。
【図８】相対距離・相対速度範囲に対する車両制御上の重要度に応じた優先順位を説明する図である。
【図９】図８に示す相対距離・相対速度範囲に対応するピーク周波数の周波数範囲を示す図である。
【図１０】本実施例におけるピーク信号抽出処理の動作手順を説明するフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５６】
１：車両、１０：レーダ装置、１４：信号処理装置、１４ａ：方位角検出手段、１４ｂ：ピーク信号抽出手段、１４ｃ：目標物体検出手段、３０：レーダ送受信機、１００：車両制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変調された送信信号の目標物体による反射信号を受信して前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機の信号処理装置等に関し、特に、前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき目標物体を検出する信号処理装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の衝突回避・衝突対応制御における障害物検出手段として、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）式のレーダ装置が車両に搭載されて用いられる。特許文献１には、車載用のＦＭ−ＣＷ式レーダ装置の例が記載されている。
【０００３】
車載用のＦＭ−ＣＷ式レーダ装置は、三角波状の周波数変調信号に従ってミリ波長の連続波（電磁波）に周波数変調を施して探索領域に送信し、目標物体による反射信号を受信する。このとき、反射信号の周波数は目標物体の相対距離に応じた時間的遅延と相対速度に応じたドップラシフトの影響を受けて偏移するので、送受信信号には周波数差が生じる。レーダ装置は、この周波数差を検出するために、送受信信号をミキシングして両者の周波数差に対応する周波数（ビート周波数）を有するビート信号を生成する。
【０００４】
ここで、探索領域に相対距離と相対速度のいずれかが異なる複数の目標物体が存在する場合、目標物体ごとに周波数が異なる反射信号が受信信号に含まれる。よって、ビート信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して得られる周波数スペクトルでは、目標物体ごとに異なる周波数で極大値が形成される。以下では、極大値を形成するビート信号をピーク信号といい、そのビート周波数をピーク周波数という。
【０００５】
レーダ装置は、ピーク信号の位相やピーク周波数を用いて目標物体ごとの方位角、相対距離、及び相対速度を検出して、検出結果を車両の挙動を制御する車両制御装置に出力する。すると、車両制御装置は、検出された複数の目標物体のうち、その相対速度、相対距離、あるいは方位角に基づき衝突の蓋然性の大きさを判断し、衝突が予測される場合に衝突回避動作や乗員保護動作を行う各種アクチュエータを駆動する。
【０００６】
ここで、車両制御装置が限られた時間内で衝突の蓋然性を判断できる目標物体の数は、車両制御装置の処理能力に応じて制限される。よって、レーダ装置は、複数のピーク信号が検出された場合には、その全てについての検出結果を車両制御装置に出力するのではなく、車両制御上重要度の高い目標物体の検出結果を優先的に出力する。そのために、レーダ装置は、ビート信号から目標物体の数に応じた数のピーク信号を検出した段階で、かかる目標物体を示すピーク信号を優先的に抽出し、抽出したピーク信号に基づき目標物体を検出する。
【０００７】
車両の前方を監視するレーダ装置の場合、衝突の蓋然性が大きい目標物体、すなわち車両正面の近距離に位置する目標物体を重要度の高い目標物体とみなす。そして、かかる目標物体を示すピーク信号の抽出方法は、従来より種々提案されている。
【０００８】
その１つめとして、レーダ装置のアンテナパターンによれば車両正面からの反射信号のレベルが最大であることに着目し、レベルの大きいピーク信号を優先的に抽出する方法があげられる。また、２つめとして、目標物体の相対距離が小さいほどピーク周波数が低くなることに着目して、ピーク周波数が低いピーク信号を優先的に抽出する方法があげられる。
【特許文献１】特開平１１−２７１４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような従来の方法には次のような問題がある。
【００１０】
図１は、レーダ装置と目標物体の位置関係と、各目標物体を示すピーク信号の状態とを説明する図である。ここでは、説明の便宜上、２つの目標物体を示すピーク信号のうちの１つを優先的に抽出する場合を例とする。
【００１１】
まず、図１（Ａ）に示すように、レーダ装置正面の近距離に目標物体Ｔ１（例えば乗用車）が位置し、目標物体Ｔ１の前方に反射断面積がさらに大きい目標物体Ｔ２（例えば大型のトラック）が位置する場合には、目標物体Ｔ１、Ｔ２を示すピーク信号は図１（Ｂ）に示すようになる。ここで、車両制御上の重要度からすると目標物体Ｔ１を優先して抽出すべきであるが、レベルの大きいピーク信号を優先して抽出する方法では、反射断面積が大きい目標物体Ｔ２を示すピーク信号Ｐ２のレベルＬ２が目標物体Ｔ１を示すピーク信号Ｐ１のレベルＬ１を上回るため、目標物体Ｔ２を示すピーク信号Ｐ２が優先的に抽出される。
【００１２】
この点、ピーク周波数が低いピーク信号を優先的に抽出する方法によれば、目標物体Ｔ１の相対距離Ｒ１が目標物体Ｔ２の相対距離Ｒ２より小さいので、ピーク信号Ｐ１のピーク周波数α１の方がピーク信号Ｐ２の周波数α２より低くなり、したがって、ピーク信号Ｐ１が優先して抽出される。しかし、図１（Ｃ）に示すように、目標物体Ｔ２が例えば隣接車線など至近距離に位置すると、目標物体Ｔ２の相対距離Ｒ２１が目標物体Ｔ１の相対距離Ｒ１より小さくなる。すると、図１（Ｄ）に示すように、ピーク信号Ｐ２の周波数α２１の方がピーク信号Ｐ１の周波数α１より低くなり、ピーク信号Ｐ２が優先的に抽出される。
【００１３】
このように、従来の方法では、車両制御上の重要度が高い、車両前方正面かつ近距離に位置する目標物体を示すピーク信号が抽出されず、したがってその目標物体が検出されないおそれがある。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、車両制御上重要な目標物体を示すピーク信号を高い確度で優先的に抽出する信号処理装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面によれば、周波数変調された送信信号の目標物体による反射信号を受信して前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機の信号処理装置であって、前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき前記目標物体の方位角を検出する方位角検出手段と、所定の方位角範囲及び前記目標物体の所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出手段と、前記抽出されたピーク信号から前記目標物体を検出する目標物体検出手段とを有する信号処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
上記側面によれば、ピーク信号抽出手段が所定の方位角範囲及び所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するので、車両制御上重要度の高い方位角範囲及び相対距離範囲にある目標物体を示すピーク信号をもれなく検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。
【００１８】
図２は、本発明が適用されるレーダ装置の使用状況を説明する図である。ＦＭ−ＣＷ式のレーダ装置１０は、一例として、車両１の前部フロントグリル内、あるいはバンパー内に搭載され、フロントグリルやバンパー前面に形成されるレドームを透過して車両１前方の探索領域にレーダ信号（電磁波）を送信し、探索領域からの反射信号を受信する。
【００１９】
そして、レーダ装置１０は、送受信信号からビート信号を生成して、これをマイクロコンピュータなどの信号処理装置により処理することで、探索領域内の目標物体の方位角、相対距離、及び相対速度を検出する。目標物体は、例えば車両１の先行車両、対向車両、あるいは歩行者などである。そして、検出結果に基づいて、車両制御装置１００が目標物体との衝突が生じる蓋然性の大きさを判断し、衝突が予測される場合には衝突を回避するように車両１の各種アクチュエータを駆動して車両１の挙動を制御し、または、乗員へ警報を発する警報装置や乗員を保護する安全装置を作動させる。
【００２０】
図３は、本実施形態におけるレーダ装置の構成を説明する図である。レーダ装置全体の構成を示す図３（Ａ）において、ＦＭ−ＣＷ式のレーダ装置１０は、周波数変調を施したミリ波長の連続波（電磁波）を送信信号として送信してその反射信号を受信し、送受信信号の周波数差に対応する周波数のビート信号を生成するレーダ送受信機３０と、レーダ送受信機３０が生成するビート信号を処理する信号処理装置１４とを有する。
【００２１】
ここで、送信信号と受信信号の周波数変化を図４（Ａ）に示すと、送信信号は、実線で示すように、周波数ｆｍ（例えば４００Ｈｚ）の三角波の周波数変調信号に従って、中心周波数ｆ０（例えば７６．５ＧＨｚ）、周波数変調幅ΔＦ（例えば２００ＭＨｚ）で周波数が直線的に上昇及び下降する。これに対し、受信信号は、破線で示すように、これを反射した目標物体の相対距離による時間的遅延ΔＴと、相対速度に応じたドップ周波数γ分の周波数偏移を受ける。その結果、送受信信号には、送信信号の周波数上昇期間（アップ期間）で周波数差α、周波数下降期間（ダウン期間）で周波数差βが生じる。よって、両者の周波数差に対応する周波数のビート信号のビート周波数は、図４（Ｂ）に示すように、アップ期間でビート周波数α、ダウン期間でビート周波数βとなる。そして、この周波数α、βと目標物体の相対距離Ｒ、相対速度Ｖには次の式（１）、（２）で示す関係が成立する。ただし、ここでＣは光速である。
【００２２】
Ｒ＝Ｃ・（α＋β）／（８・ΔＦ・ｆｍ） …式（１）
Ｖ＝Ｃ・（β−α）／（４・ｆ０）…式（２）
図３（Ａ）に戻り、レーダ送受信機３０は、メカニカルスキャン式または電子スキャン式により送信信号または受信信号の指向性を変化させ、探索領域をスキャンする。
【００２３】
図３（Ｂ）は、メカニカルスキャン式を採用した場合のレーダ送受信機３０の構成を示す。レーダ送受信機３０では、周波数変調指示部１６が三角波状の周波数変調信号を生成すると、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８が周波数変調信号に従って図４（Ａ）に示したように三角波の上昇区間で周波数が直線的に上昇し、三角波の下降区間で周波数が直線的に下降する送信信号を出力する。この送信信号は分配器２０により電力分配され、その一部が送信アンテナ１１から送出される。そして、反射信号が受信用アンテナ１２により受信され、受信信号がミキサ２２に入力される。ミキサ２２は、電力分配された送信信号の一部と受信信号とを混合し、両者の周波数差に対応する周波数のビート信号を生成する。そして、ビート信号は、ＡＤ変換器２４によりデジタルデータ化され、信号処理装置１４に出力される。
【００２４】
また、レーダ送受信機３０は、送信アンテナ１１と受信アンテナ１２を備えたアンテナ部１１ａを往復回動させる機構と、アンテナ部１１ａの回動角度を検出するエンコーダとを備えた回動部２６を有する。回動部２６のエンコーダからはアンテナ部１１ａの回動角度を示す角度信号が信号処理装置１４に出力される。信号処理装置１４は、角度信号に基づき受信信号を受信したときのアンテナ部１１ａの角度を検出し、目標物体の方位角を検出する。また、この場合、信号処理装置１４は、アンテナ部１１が探索領域に対応する角度範囲を片側に１回動して探索領域を１回スキャンする期間を１検出サイクルとして目標物体の検出を行う。
【００２５】
図３（Ｃ）は、電子スキャン式を採用した場合のレーダ送受信機３０の構成を示す。レーダ送受信機３０は、反射信号を受信する複数の受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…を所定間隔離間して備え、受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…による受信信号を、信号処理装置１４からの切替指示信号に従って時分割でミキサ２２に入力するスイッチ回路２８とを有する。ミキサ２２は受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…それぞれを送信信号と混合して、ビート信号を生成する。
【００２６】
この場合、信号処理装置１４は、受信信号の利得が最大となるときのアンテナ全体として指向性を求めることにより、その指向性に対応する目標物体の方位角を検出する。具体的には、受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…間でのビート信号の位相差を制御してビート信号の合成振幅が最大となるときの位相差を求め、その位相差に対応する方位角を検出する。
【００２７】
あるいは、電子スキャン式の一形態である位相モノパルス式では、信号処理装置１４は、アンテナ間の受信位相差、つまりアンテナ間でのビート信号の位相差から受信信号の到来方向である目標物体の方位角を直接的に検出する。こうした電子スキャン式では、信号処理装置１４は、送信信号のアップ期間とダウン期間を１検出サイクルとして目標物体の検出処理を行う。
【００２８】
図３（Ａ）に戻り、信号処理装置１４の構成について説明する。信号処理装置１４は、デジタルデータ化されたビート信号に対しＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を施してその周波数スペクトルを検出するＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算処理装置と、ビート信号の周波数スペクトルを処理して目標物体の位置等をするマイクロコンピュータを有する。このマイクロコンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行する各種処理プログラムや制御プログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵが各種データを一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する。よって、ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき、上記のメカニカルスキャン式または電子スキャン式のいずれかにより目標物体の方位角を検出する方位角検出手段１４ａ、所定の方位角範囲及び所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出手段１４ｂ、ピーク信号から目標物体を検出する目標物体検出手段１４ｃは、各処理手順を定めたプログラムと、これを実行するＣＰＵにより構成される。
【００２９】
図５は、信号処理装置１４のメインの動作手順を説明するフローチャート図である。図５に示す手順は、１検出サイクルごとに実行される。まず、信号処理装置１４は、送信信号のアップ期間、ダウン期間ごとにビート信号をＦＦＴ処理してその周波数スペクトルを生成し、ピーク信号を検出する（Ｓ２）。このとき、ノイズの影響を排除するために、所定レベルの閾値を上回るピーク信号を検出する。また、電子スキャン式の場合には、受信用アンテナ１２＿１、１２＿２、…ごとにピーク信号を検出してもよいし、ビート信号を平均することでノイズを平滑化し、平均におけるピーク信号を各アンテナのピーク信号として検出してもよい。
【００３０】
そして、信号処理装置１４は、詳細な手順は後述するが、検出されたピーク信号から車両制御上重要な目標物体を示すピーク信号を抽出する（Ｓ４）。
【００３１】
そして、信号処理装置１４は、抽出されたピーク信号に基づき目標物体を検出する（Ｓ６）。このとき、アップ期間とダウン期間とでピーク信号の対応付けが行われ、それぞれのピーク周波数を用いて上述した式（１）、（２）により目標物体の相対距離、相対速度が検出される。そして、信号処理装置１４は、検出結果を車両制御装置１００に出力する（Ｓ８）。
【００３２】
次に、本実施形態におけるピーク信号抽出方法について説明する。
【００３３】
図６は、車両制御上重要な方位角範囲と相対距離範囲を説明する図である。図６には、車両正面を０度とする例えば±５度の方位角範囲Ａ１０において、例えば相対距離１０メートル〜５０メートルの相対距離範囲Ｒ１０が示される。本実施形態では、図６に示す方位角範囲と相対距離範囲が重複した範囲（ハッチングで図示される）にある目標物体、つまり車両正面かつ近距離に位置する目標物体を衝突の蓋然性が大きい目標物体とみなす。そして、車両の制御に要する時間と目標物体が接近する時間とを考慮した場合に、かかる目標物体を車両制御上最も重要な目標物体とみなす。
【００３４】
よって、ピーク信号抽出手段１４ｂが、この方位角範囲Ａ１０と相対距離範囲Ｒ１０とに対応するピーク信号を抽出することで、目標物体検出手段１４ｃがそのピーク信号から重要度の高い目標物体をもれなく検出する。
【００３５】
具体的な方法としては、まず方位角検出手段１４ａが、検出されたピーク信号を用いて方位角を検出する。ここで、メカニカルスキャン式の場合は、方位角検出手段１４ａは、ピーク信号が得られた受信信号を受信したときのアンテナ部の回動角度に基づき方位角を求める。あるいは、電子スキャン式の場合は、方位角検出手段１４ａは、受信用アンテナ間で同じピーク周波数を有するピーク信号同士の位相差に基づき、方位角を求める。
【００３６】
そして、ピーク信号抽出手段１４ｂが、方位角範囲Ａ１０内の方位角が検出されたピーク信号のうち、ピーク周波数が上記の相対距離範囲Ｒ１０に対応する周波数範囲に含まれるピーク信号を抽出する。このとき、ピーク信号の抽出は、アップ期間のピーク信号とダウン期間のピーク信号のそれぞれにおいて実行される。さらに、電子スキャン式の場合には、受信用アンテナごとのアップ期間のピーク信号とダウン期間のピーク信号のそれぞれにおいて実行される。
【００３７】
ここで、相対距離範囲Ｒ１０に対応する周波数範囲は、予め次のようにして求められ、信号処理装置１４のＲＯＭに記憶される。すなわち、上述した式（１）、（２）によりアップ期間のピーク周波数とダウン期間のピーク周波数から相対速度と相対距離とが求まることを利用し、上記相対距離範囲Ｒ１０に加え、車両制御上重要な相対速度範囲（例えば-１０メートル／秒〜+１０メートル／秒）を特定する。ここで、車両制御上重要な相対速度範囲は、その目標物体を検出してから車両１に接近する時間と、車両１の制御に要する時間とを考慮して、有る程度の大きさ（絶対値）の相対速度範囲に設定される。
【００３８】
そして、かかる相対距離範囲と相対速度範囲に対応するピーク周波数の周波数範囲を、次の式（３）〜（６）により逆算する。なお、ここでは、相対距離範囲Ｒ１０における最小値をR_min、最大値をR_max、相対速度範囲における最小値をV_min、最大値をV_maxとし、アップ期間のピーク周波数に対する周波数範囲をα_min〜α_max、ダウン期間のピーク周波数に対する周波数範囲をβ_min〜β_maxとして算出する。
【００３９】
α_min＝4・ΔF・fm・R_min/C + 2・f0・V_min/C …式（３）
α_max＝4・ΔF・fm・R_max/C + 2・f0・V_max/C …式（４）
β_min＝4・ΔF・fm・R_min/C - 2・f0・V_min/C …式（５）
β_max＝4・ΔF・fm・R_max/C - 2・f0・V_max/C …式（６）
図７は、本実施形態におけるピーク信号抽出処理の詳細な手順を示すフローチャート図である。図７に示す手順は、図５に示した手順Ｓ４のサブルーチンに対応する。図７の手順は、図５の手順Ｓ２で検出されたアップ期間とダウン期間の全てのピーク信号について実行される。
【００４０】
方位角検出手段１４ａは、全てのピーク信号について、それぞれが示す目標物体の方位角を検出する（Ｓ２０）。そして、各ピーク信号から検出された方位角が、上記の方位角範囲Ａ１０に含まれるか否かを確認する（Ｓ２２）。方位角範囲Ａ１０に含まれる場合には（Ｓ２２のＹＥＳ）、そのピーク信号のピーク周波数が上記の相対距離範囲Ｒ１０に対応する周波数範囲、つまり、アップ期間のピーク信号であれば上記の周波数範囲α_min〜α_max、ダウン期間のピーク信号であれば上記の周波数範囲β_min〜β_maxに含まれるか否かを確認する（Ｓ２４）。そして、含まれる場合には（Ｓ２４のＹＥＳ）、そのピーク信号を抽出する（Ｓ２６）。なお、手順Ｓ２２で方位角が方位角範囲Ａ１０に含まれない場合（Ｓ２２のＮＯ）、及び手順Ｓ２４でピーク周波数が周波数範囲に含まれない場合（Ｓ２４のＮＯ）には、そのピーク信号のデータを破棄する（Ｓ２８）。そして、全てのピーク信号について処理が終了したら（Ｓ３０のＹＥＳ）、本処理を終了する。
【００４１】
このような手順により、ピーク信号抽出手段１４ｂは、車両制御上重要な目標物体を示すピーク信号をもれなく抽出できる。そして、抽出されたピーク信号に基づき、目標物体検出手段が目標物体検出を行う（図５の手順Ｓ６）。
【００４２】
本実施形態によれば、例えば図１（Ａ）、（Ｂ）で示した状況において、優先すべき目標物体Ｔ１を示すピーク信号Ｐ１の方位角が方位角範囲内Ａ１０にあり、さらに相対距離Ｒ１に対応するピーク周波数α１が周波数範囲α_min〜α_max（アップ期間の場合）、またはβ_min〜β_max（ダウン期間の場合）にあることを判断できれば、ピーク信号Ｐ１を優先的に抽出できる。また、図１（Ｃ）、（Ｄ）で示した状況においては、目標物体Ｔ１を示すピーク信号Ｐ１が上記条件を満たすとともに、目標物体Ｔ２を示すピーク信号Ｐ２から検出される方位角が方位角範囲Ａ１０内にないことからピーク信号Ｐ２が排除される。よって、ピーク信号Ｐ１を優先的に抽出できる。
【００４３】
上述では、方位角範囲Ａ１０及び相対距離範囲Ｒ１０に対応するピーク信号を抽出する例について説明したが、次に、相対距離範囲と相対速度範囲の組合せによる相対距離・相対速度範囲を細分化して優先順位を対応づけ、相対速度・相対距離範囲に対応するピーク信号をその相対距離・相対速度範囲の優先順位に基づいて抽出する実施例を説明する。
【００４４】
図８は、横軸を相対距離、縦軸を相対速度として、相対距離・相対速度範囲の組合せに対する車両制御上の重要度に応じた優先順位を示す。ここでは、相対距離が小さい順に衝突の蓋然性が大きく、すなわち重要度が高いと判断する。よって、相対距離・相対速度範囲ＡＲ１０、ＡＲ３０、ＡＲ５０は、相対距離が小さい順に優先順位付けされる。
【００４５】
また、同じ相対距離範囲に対応する相対距離・相対速度範囲ＡＲ２０、ＡＲ４０は、負の相対速度（つまり、接近するときの速度）の方が、正の相対速度（つまり、遠ざかるときの速度）より衝突の蓋然性が大きく、すなわち重要度が高いと判断する。よって、負の相対速度を有する相対距離・相対速度範囲ＡＲ２０が、正の相対速度を有する相対距離・相対速度範囲ＡＲ４０に優先される。
【００４６】
その結果、相対距離・相対速度範囲ＡＲ１０は近距離かつある程度の相対速度を有するので衝突の蓋然性が最も大きく、優先順位「１」が付される。次いで、相対距離・相対速度範囲ＡＲ２０に優先順位「２」、相対距離・相対速度範囲ＡＲ３０に優先順位「３」、相対距離・相対速度範囲ＡＲ４０に優先順位「４」、そして、相対距離・相対速度範囲ＡＲ５０に優先順位「５」が付される。なお、相対距離・相対速度範囲ＡＲ１０より相対距離が小さい至近距離は、車両制御のタイミング上、不適切であるので、除外されている。
【００４７】
図９は、図８に示す相対距離・相対速度範囲に対応するピーク周波数の周波数範囲を示す図である。図９（Ａ）はアップ期間のピーク周波数について、図９（Ｂ）はダウン期間のピーク周波数について、図８に示す相対距離・相対速度範囲に対応する周波数範囲を示す図である。図９（Ａ）、（Ｂ）に示す各周波数範囲は、図８の相対距離・相対速度範囲ごとに相対距離の最大値R_maxと最小値R_min、相対速度の最大値V_max、最小値V_minを用いて上述の式（３）〜（６）により算出される。そして、各周波数範囲には、それぞれに対応する相対距離・相対速度範囲に付された優先順位が対応づけられる。本実施例では、このような周波数範囲と優先順位の対応関係のデータが、予め信号処理装置１４のＲＯＭに格納される。
【００４８】
ここで、図９に示す周波数範囲は重複している部分があるので、１つのピーク周波数に対し複数の優先順位が対応する場合がある。よって、その場合にピーク信号を抽出する際の優先順位は、例えば対応する最優先の順位を用いることが可能である。最優先の順位を用いることで安全寄りの判断を行うことができ、ピーク信号の検出漏れを防ぐことができる。
【００４９】
図１０は、本実施例におけるピーク信号抽出処理の動作手順を説明するフローチャート図である。ここでは、図７で示した手順Ｓ２４の代わりに、ピーク信号に対しその周波数が含まれる周波数範囲の優先順位に基づき優先順位付けを行う（Ｓ２５）。
【００５０】
そして、優先順位に基づいて上位所定数のピーク信号を抽出して、残りのピーク信号のデータを破棄する（Ｓ３３）。
【００５１】
このように、本実施例によれば、相対速度を考慮に入れた優先順位付けに従い、車両制御上の重要度に応じてピーク信号を抽出することができる。
【００５２】
上述のレーダ装置１０は、車両の前方監視用のレーダ装置として用いられる場合を例として説明したが、レーダ装置１０を車両１の側面に搭載して車両１の側方を監視するために用いたり、車両１の後部に搭載して車両１の後方を監視するために用いたりすることも可能である。あるいは、レーダ装置１０を車両１の前側部に搭載して車両１の前側方を監視するために用いたり、車両１の後側部に搭載して車両１の後側方を監視するために用いたりすることも可能である。
【００５３】
また、上述の説明における方位角範囲、相対距離範囲、及び相対速度範囲に対する優先順位付けの例のほかにも、車両制御上の重要度に応じた優先順位付けが可能である。
【００５４】
以上説明したとおり、本実施の形態によれば、車両制御上重要度の高い方位角範囲及び相対距離範囲にある目標物体を示すピーク信号を抽出することで、重要な目標物体をもれなく検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】レーダ装置と目標物体の位置関係と、各目標物体のピーク信号の状態とを示す図である。
【図２】本発明が適用されるレーダ装置の使用状況を説明する図である。
【図３】本実施形態におけるレーダ装置の構成を説明する図である。
【図４】送信信号と受信信号の周波数変化を説明する図である。
【図５】信号処理装置１４の動作手順を説明するフローチャート図である。
【図６】車両制御上重要な方位角範囲と相対距離範囲を説明する図である。
【図７】本実施形態におけるピーク信号抽出処理の詳細な手順を示すフローチャート図である。
【図８】相対距離・相対速度範囲に対する車両制御上の重要度に応じた優先順位を説明する図である。
【図９】図８に示す相対距離・相対速度範囲に対応するピーク周波数の周波数範囲を示す図である。
【図１０】本実施例におけるピーク信号抽出処理の動作手順を説明するフローチャート図である。
【符号の説明】
【００５６】
１：車両、１０：レーダ装置、１４：信号処理装置、１４ａ：方位角検出手段、１４ｂ：ピーク信号抽出手段、１４ｃ：目標物体検出手段、３０：レーダ送受信機、１００：車両制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調された送信信号の目標物体による反射信号を受信して前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機の信号処理装置であって、
前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき前記目標物体の方位角を検出する方位角検出手段と、
所定の方位角範囲及び前記目標物体の所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出手段と、
前記抽出されたピーク信号から前記目標物体を検出する目標物体検出手段とを有する信号処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ピーク信号抽出手段は、第１の相対距離範囲に対応するピーク信号を前記第１の相対距離範囲より大きい第２の相対距離範囲に対応するピーク信号より優先的に抽出することを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ピーク信号抽出手段は、前記所定の方位角範囲及び前記所定の相対距離範囲に対応するピーク信号であってさらに前記目標物体の所定の相対速度範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出することを特徴とする信号処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたレーダ送受信機と信号処理装置とを備えたレーダ装置。
【請求項５】
周波数変調された送信信号の目標物体による反射信号を受信するレーダ送受信機にて生成される前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号の信号処理方法であって、
前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき前記目標物体の方位角を検出する方位角検出工程と、
所定の方位角範囲及び前記目標物体の所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出工程と、
前記抽出されたピーク信号から前記目標物体を検出する目標物体検出工程とを有する信号処理方法。
【請求項１】
周波数変調された送信信号の目標物体による反射信号を受信して前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号を生成するレーダ送受信機の信号処理装置であって、
前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき前記目標物体の方位角を検出する方位角検出手段と、
所定の方位角範囲及び前記目標物体の所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出手段と、
前記抽出されたピーク信号から前記目標物体を検出する目標物体検出手段とを有する信号処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ピーク信号抽出手段は、第１の相対距離範囲に対応するピーク信号を前記第１の相対距離範囲より大きい第２の相対距離範囲に対応するピーク信号より優先的に抽出することを特徴とする信号処理装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ピーク信号抽出手段は、前記所定の方位角範囲及び前記所定の相対距離範囲に対応するピーク信号であってさらに前記目標物体の所定の相対速度範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出することを特徴とする信号処理装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載されたレーダ送受信機と信号処理装置とを備えたレーダ装置。
【請求項５】
周波数変調された送信信号の目標物体による反射信号を受信するレーダ送受信機にて生成される前記送信信号と受信信号の周波数差を有するビート信号の信号処理方法であって、
前記ビート信号の周波数スペクトルにおけるピーク信号に基づき前記目標物体の方位角を検出する方位角検出工程と、
所定の方位角範囲及び前記目標物体の所定の相対距離範囲に対応するピーク信号を優先的に抽出するピーク信号抽出工程と、
前記抽出されたピーク信号から前記目標物体を検出する目標物体検出工程とを有する信号処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−３８７０４（Ｐ２０１０−３８７０４Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０１３７９（Ｐ２００８−２０１３７９）
【出願日】平成２０年８月５日（２００８．８．５）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月５日（２００８．８．５）
【出願人】（０００２３７５９２）富士通テン株式会社 (3,383)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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