信号処理装置、レーダ装置、車両制御装置、及び信号処理方法
【課題】周波数変化率が異なる複数の周波数変調を用いる場合であっても、検出結果の出力が遅れることを防止する。
【解決手段】周波数変化率が異なる２とおりの周波数変調を用いるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、送信信号の周波数変化率が同じビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する検出処理と、周波数変化率が異なるときのビート信号同士を用いて相対距離または相対速度を検出する検出処理とを行う距離・速度検出手段と、前記検出処理で検出される相対距離または相対速度に評価点を加算し、前記評価点が基準点に達した前記相対距離または相対距離を確定する距離・速度確定手段とを有するので、１検出サイクル内でより多くのデータを得ることができ、複数の検出サイクルを実行したのと同じ効果が得られる。よって、レーダ装置から車両制御装置への検出結果の出力が遅れることを防止することができる。
【解決手段】周波数変化率が異なる２とおりの周波数変調を用いるＦＭ−ＣＷレーダ装置は、送信信号の周波数変化率が同じビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する検出処理と、周波数変化率が異なるときのビート信号同士を用いて相対距離または相対速度を検出する検出処理とを行う距離・速度検出手段と、前記検出処理で検出される相対距離または相対速度に評価点を加算し、前記評価点が基準点に達した前記相対距離または相対距離を確定する距離・速度確定手段とを有するので、１検出サイクル内でより多くのデータを得ることができ、複数の検出サイクルを実行したのと同じ効果が得られる。よって、レーダ装置から車両制御装置への検出結果の出力が遅れることを防止することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数が上昇及び下降するような周波数変調を施した送信信号の反射信号を受信し、前記送信信号と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の信号処理装置等に関し、特に、送信信号の周波数変化率が異なるときに生成されるビート信号を用いて目標物体の相対距離または相対速度を検出する信号処理装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両における障害物検出手段として、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）方式のレーダ装置が車両に搭載されて用いられる。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置は、周波数が上昇及び下降するような周波数変調を施したレーダ信号を送受信し、目標物体の相対距離、相対速度を検出する。
【０００３】
図１は、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置による相対距離、相対速度の検出原理を説明する図である。図１において横軸は時間、縦軸は周波数を示す。まず、図１（Ａ）に、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置が送出する送信信号と受信信号の周波数変化を示す。送信信号は、実線で示すように、周波数ｆｍの三角波の周波数変調信号に従って、中心周波数ｆ０、周波数変調幅ΔＦで周波数が直線的に上昇及び下降する。これに対し、目標物体で反射されて戻ってくる受信信号は、破線で示すように、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、送信信号のアップ期間（アップ期間）で周波数差α、ダウン期間（ダウン期間）で周波数差βが生じる。レーダ装置は、送受信信号を混合することにより両者の周波数差に対応する周波数のビート信号を生成し、ビート信号の周波数（ビート周波数）を解析してこの周波数差を検出する。そして、次の式により目標物体の相対距離Ｒ、相対速度Ｖを検出する。ここで、Ｃは光速である。
【０００４】
Ｒ＝Ｃ・（α＋β）／（８・ΔＦ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・（β−α）／（４・ｆ０）
ここで、図１（Ａ）の状態で目標物体の正または負の相対速度が大きくなると、受信信号におけるドップ周波数分の周波数偏移幅が大きくなり、アップ期間またはダウン期間での送受信信号の周波数差が小さくなる。そして、図１（Ｂ）のように、周波数偏移幅がγ１またはγ２となると、ビート周波数検出できなくなる。また、図１（Ａ）の状態で目標物体の相対距離が大きくなると、図１（Ｃ）のように、受信信号における時間的遅延（ΔＴ１）が大きくなり、その結果、ビート周波数、特にダウン期間のビート周波数が大きくなる（β１）。そして、信号処理装置における基準クロックのナイキスト周波数をビート周波数が超えると、ビート周波数を検出できなくなる。さらに相対距離が大きくなると、図１（Ｄ）のように、遅延時間が三角波の２分の１波長を上回り、送受信信号のアップ期間同士またはダウン期間同士が重複せず、ビート周波数が検出できなくなる。このように、ＦＭ−ＣＷ方式の原理上、検出可能な相対距離と相対速度に限界がある。
【０００５】
図２は、上記の方式により検出可能な相対距離と相対速度の範囲を示す図である。横軸は相対距離、縦軸は相対速度を示す。そして、境界線ｂ１、ｂ２はそれぞれ図１（Ｂ）、（Ｃ）、で示した状態に対応し、限界点ｂ３は図１（Ｄ）で示した状態に対応する。よって、境界線ｂ１、ｂ２及び限界点ｂ３で囲まれた検出可能範囲内で、相対距離と相対速度が検出される。
【０００６】
ここで、車載用レーダ装置においては、衝突回避制御または衝突対応制御の必要から、近距離において急速に接近する（負の相対速度が大きい）目標物体を検出することが要求される。すなわち、図２に示す検出可能範囲の外側の領域ａ１において目標物体の相対距離、相対速度を検出することが要求される。あるいは、渋滞時の追従走行制御の必要から、近距離において急速に遠ざかる（正の相対距離が大きい）目標物体を検出することが要求される。すなわち、図２に示す検出可能範囲の外側の領域ａ２において目標物体の相対距離、相対速度を検出することが要求される。
【０００７】
かかる要求に対し、周波数変化率が大きい周波数変調と周波数変化率が小さい周波数変調を送信信号に施して、それぞれの場合に得られるビート信号を組み合わせて相対距離、相対速度を検出する方法が提案されており、その一例が特許文献１に記載されている。
【０００８】
この方法では、図３（Ａ）に示すように、送信信号の周波数変化率が大きい（つまり三角波の傾きとして表される周波数の変化率の絶対値が大きい）送信信号を送信する送信期間Ｔ１と、周波数変化率が小さい（つまり三角波の傾きとして表される周波数の変化率の絶対値が大きい）送信信号を送信する送信期間Ｔ２を設ける。そして、それぞれの送信期間においてアップ期間で生成されるビート信号のビート周波数同士、あるいはダウン期間で生成されるビート信号のビート周波数同士を組合せ、次の式（１）〜（４）により、相対距離Ｒと相対速度Ｖを算出する。
[ダウン期間でのビート周波数同士の組合せの場合]
R＝（2・α2−α1）／（2・4・ΔＦ2・fm2／Ｃ） …式（１）
V＝｛ΔF1・fm1・α2／（ΔF2・fm2−ΔF1・fm1）−α1｝／（4・f0／C） …式（２）
[ダウン期間でのビート周波数同士の組合せの場合]
R＝（2・β2−β1）／（2・4・ΔＦ2・fm2／Ｃ） …式（３）
V＝｛ΔF1・fm1・β2／（ΔF2・fm2−ΔF1・fm1）−β1｝／（4・f0／C） …式（４）
なお、式（１）〜（４）では、送信期間Ｔ１における送信信号の周波数変調幅をΔＦ１、アップ期間のビート周波数をα１、ダウン期間のビート周波数をβ１、三角波の周波数をｆｍ１とし、送信期間Ｔ２における送信信号の周波数変調幅をΔＦ２、アップ期間のビート周波数をα２、ダウン期間のビート周波数をβ２、三角波の周波数をｆｍ２とする。また、両期間における送信信号の中心周波数をｆ０、光速をＣとする。
【０００９】
かかる方法における相対距離、相対速度検出可能範囲は、図３（Ｂ）に示される。すなわち、式（１）、（２）により検出可能範囲ａ２内で相対距離、相対速度が検出される。また、式（３）、（４）により検出可能範囲ａ１内で相対距離、相対速度が検出される。
【特許文献１】特開２００４−１５１０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、車載用のレーダ装置においては、ある程度連続した回数の検出サイクルで一定の誤差範囲内で相対距離、相対速度が検出されたときに、検出結果に連続性があるとみなして車両側の制御装置に出力する。そうすることで、検出結果の正確性を担保する。
【００１１】
ここで、上述の方法においては、周波数変化率が大きい送信期間Ｔ１と周波数変化率が小さい送信期間Ｔ２とを１検出サイクルとして処理する。すると、例えば、連続性判定に必要とされる検出サイクルの回数を３回とすると、出力可能な検出結果を得るためには送信期間Ｔ１、Ｔ２ともに３回実行する時間が必要となる。すなわち、２通りの周波数変調を用いたことにより検出サイクルが長くなるので、その分検出結果の出力が遅くなる。その結果、車両制御の時期が遅くなるという問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、複数の異なる周波数変化率を用いる場合であっても、検出結果の出力が遅れることを防止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】
【００１３】
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、周波数が上昇及び下降する周波数変調が施された送信信号の反射信号を受信し、前記送信信号と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の信号処理装置であって、前記送信信号の周波数変化率が異なる複数の送信期間を含む検出サイクルごとに、前記送信期間のいずれかで生成されるビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理と、異なる前記送信期間で生成されるビート信号の組合せに基づき前記目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理とを行う距離・速度検出手段と、前記検出される相対距離または相対速度に評価点を設定し、前記評価点に基づいて当該相対距離または相対距離を確定する距離・速度確定手段とを有する信号処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上記側面によれば、距離・速度検出手段は、検出サイクルごとに前記送信期間のいずれかで生成されるビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理と、異なる前記送信期間で生成されるビート信号の組合せに基づき前記目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理とを行うので、１回の検出サイクルで同じ相対距離と相対速度を異なる処理で検出できる。そして、距離・速度確定手段は、前記検出される相対距離または相対速度に評価点を設定し、前記評価点の累計が基準点に達したときに前記相対距離または相対距離を確定するので、少ない検出サイクルで複数の検出サイクルを実行したのと同じ連続性判定を行うことができる。よって、レーダ装置から車両制御装置への検出結果の出力が遅れることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図４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方式のレーダ装置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前方の走査対象領域にミリ波長のレーダ信号（電磁波）を送信し、走査対象領域からの反射信号を受信する。
【００１７】
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、走査対象領域内の目標物体の相対距離、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、対向車や出会い頭に出くわす他車両などである。そして、検出結果に基づいて、車両制御装置１００が、先行車両に追従走行したり、他車両との衝突を回避または乗員を保護したりするように車両１の各種アクチュエータを制御する。
【００１８】
なお、本図に示す使用状況は一例であり、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。
【００１９】
図５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１０は、ＦＭ−ＣＷ方式で周波数変調を施した送信信号を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。
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、周波数変調指示部１６が生成する信号に従って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。
【００２０】
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）処理を実行する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。
【００２１】
よって、ビート信号の周波数を用いて目標物体の相対距離、相対速度を検出する距離・速度検出手段１４ａ、検出した相対距離、相対速度を確定する距離・速度確定手段１４ｂ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。
【００２２】
上記のように構成されるレーダ装置１０の動作について説明する。
【００２３】
図６は、レーダ送受信機３０の送信信号の周波数変化と、ビート信号の周波数変化を示す。まず、レーダ送受信機３０は、図６上段に示すように、送信信号（実線で示す）の周波数変化率が大きい送信信号を送信する送信期間Ｔ１と、周波数変化率が小さい送信信号を送信する送信期間Ｔ２を反復する。そして、周波数変化率が小さい送信期間Ｔ１では、送信信号の周波数は、周波数ｆｍ１の三角波に従い、中心周波数をｆ０とする周波数変調幅ΔＦ１で直線的に上昇及び下降する。また、周波数変化率が小さい送信期間Ｔ２では、送信信号の周波数は、周波数ｆｍ２の三角波に従い、中心周波数をｆ０とする周波数変調幅ΔＦ２で直線的に上昇及び下降する。ただしここでは、ｆｍ１＞ｆｍ２またはΔＦ１＞ΔＦ２とする。
【００２４】
そして、レーダ送受信機３０は、それぞれの送信期間において、アップ期間とダウン期間ごとに送信信号と受信信号（破線で示す）の周波数差に対応する周波数のビート信号を生成する。ここで、説明の便宜上、送信期間Ｔ１、Ｔ２における受信信号の周波数偏移量が同じとすると、ビート信号の周波数は、図６下段に示すように、送信期間Ｔ１のアップ期間でビート周波数α１、ダウン期間でビート周波数β１となり、送信期間Ｔ２のアップ期間でビート周波数α２、ダウン期間でビート周波数β２となる。
【００２５】
上記のようなビート周波数を有するビート信号が生成されると、信号処理装置１４の距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１、Ｔ２を１検出サイクルとしてビート信号の周波数解析を行い、検出したビート周波数に基づいて目標物体の相対距離、相対速度を検出する。本実施形態では、１検出サイクルで次の４通りの検出処理を実行して、相対距離と相対速度とを検出する。
【００２６】
まず第１の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１におけるアップ期間でのビート周波数α１とダウン期間でのビート周波数β１を用いて、次の式を解く演算処理により相対距離Ｒ１、相対速度Ｖ１を求める。以下、Ｃは光速を示す。
【００２７】
R1＝C・（α1＋β1）／（8・ΔF1・fm1） …式（５）
V1＝C・（β1−α1）／（4・f0） …式（６）
次に第２の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ２におけるアップ期間でのビート周波数α２とダウン期間でのビート周波数β２を用いて、次の式を解く演算処理により相対距離Ｒ２、相対速度Ｖ２を求める。
【００２８】
R2＝C・（α2＋β2）／（8・ΔF2・fm2） …式（７）
V2＝C・（β2−α2）／（4・f0） …式（８）
また第３の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１におけるアップ期間でのビート周波数α１と、送信期間Ｔ２におけるダウン期間でのビート周波数β２を用いて、次の式を解く演算処理により相対距離Ｒ3、相対速度Ｖ3を求める。以下、Ｃは光速を示す。
【００２９】
R3＝C・（α1＋β2）／（8・ΔF1・fm1） …式（９）
V3＝C・（β2−α1）／（4・f0） …式（１０）
そして第４の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１におけるアップ期間でのビート周波数α１と、送信期間Ｔ２におけるアップ期間でのビート周波数α２を用いて、次の式（上述した式（１）、（２））を解く演算処理により相対距離Ｒ4、相対速度Ｖ4を求める。
【００３０】
R4＝（2・α2−α1）／（2・4・ΔＦ2・fm2／Ｃ） …式（１）
V4＝｛ΔF1・fm1・α2／（ΔF2・fm2−ΔF1・fm1）−α1｝／（4・f0／C） …式（２）
さらに第５の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１におけるダウン期間でのビート周波数β１と、送信期間Ｔ２におけるダウン期間でのビート周波数β２を用いて、次の式（上述した式（３）、（４））を解く演算処理により相対距離Ｒ５、相対速度Ｖ５を求める。
【００３１】
R5＝（2・β2−β1）／（2・4・ΔＦ2・fm2／Ｃ） …式（３）
V5＝｛ΔF1・fm1・β2／（ΔF2・fm2−ΔF1・fm1）−β1｝／（4・f0／C） …式（４）
図７は、上述の５通りの検出処理により検出可能な相対距離、相対速度の範囲を示す図である。横軸に相対距離、縦軸に相対速度を示す。ここでは、送信期間Ｔ１、Ｔ２での送信信号の周波数変調幅ΔＦ１、ΔＦ２はともに４００ＭＨｚであり、送信期間Ｔ１での三角波の周波数ｆｍ１が４００Ｈｚ、送信期間Ｔ２での三角波の周波数ｆｍ２が２００Ｈｚである場合を例おとして、図７（Ａ）に第１の検出処理、図７（Ｂ）に第２の検出処理、図７（Ｃ）に第３の検出処理、図７（Ｄ）に第４、第５の検出処理の場合の検出可能範囲を示し、図７（Ｅ）は、全範囲を重ねた場合の検出可能範囲を示す。すると、図７（Ｅ）に示すように、複数の検出可能範囲が重複する。よって、かかる重複範囲では、複数の検出処理で同じペアが検出される。
【００３２】
本実施形態では、距離・速度検出手段１４ａは、１検出サイクルで５通りのビート信号の組合せにより相対距離と相対速度とを求めて、距離・速度確定手段１４ｂは、異なる検出処理ごとに検出された相対距離、相対速度のペアに評価点を設定し、その評価点を加算して累計する。すると、異なる検出処理で重複して検出されるペアには、評価点が重複して加算される。
【００３３】
このように、１検出サイクル内で５通りの検出処理を行うことで、５通りの検出可能範囲を重ねることにより全体としての検出可能範囲を拡大できるだけでなく、複数の検出可能範囲に属するペアがそれぞれの検出処理で検出される。すなわち、１検出サイクルで、数回分の検出サイクルを実行したのと同じ結果が得られる。
【００３４】
そして、距離・速度確定手段１４ｂは、評価点が基準点に達したペアを車両制御装置１００に出力する。ここにおいて、１検出サイクルごとに第３または第４の検出処理でペアを検出し、検出回数が規定数（例えば４回）に達した場合に連続性有りと判断する従来の方法では、少なくとも４検出サイクル分の処理時間が必要となるが、上記の方法によれば、検出回数を評価点として累計することで、より少ない検出サイクルで基準点（例えば４点）に達したペアの連続性判定が可能となる。よって、より早い時期に車両制御装置に検出結果を出力できるので、車両制御の遅れを防止できる。
【００３５】
なお、本実施形態は、第１〜第３の検出処理での検出可能範囲と第５の検出処理での検出可能範囲が重複していることで、第１〜第３の検出処理では相対距離、相対速度が検出できないときでも、第５の検出処理でこれを検出できるという効果を有する。これは、比較的周波数が低いアップ期間でのビート信号は直流成分や静止物からの反射信号に基づくビート信号に埋もれ易く、したがって検出できない場合があるため、アップ期間でのビート信号を用いる第１〜第３の検出処理では相対距離、相対速度が検出できない場合があるのに対し、比較的周波数が高いダウン期間でのビート信号は検出され易いため、送信期間Ｔ１、Ｔ２におけるダウン期間でのビート周波数β１、β２を用いる第５の検出処理では第１〜第３の処理で検出できない相対距離、相対速度を検出できることによる。
【００３６】
具体例を図８に示す。図８（Ａ）には、１検出サイクルで検出される相対速度、相対距離のペアを検出可能範囲に対応付けて示す。ここにおいて、ペアＰ１は第２の検出処理で検出され、ペアＰ２は第３の検出処理で検出され、ペアＰ３は第４の検出処理で検出され、ペアＰ４は第５の検出処理で検出され、ペアＰ６は第１、第３、第４の検出処理で検出され、ペアＰ７は第１、第３、第５の検出処理で検出され、ペアＰ８は第１、第２、第３、第４の検出処理で検出され、ペアＰ９は第１、第２、第３、第５の検出処理で検出されたことが示される。
【００３７】
上記のペアＰ１〜Ｐ９に対する１検出サイクルでの評価点は、検出された検出処理の数ごとに加算されるので、図８（Ｂ）のようになる。そして、ペアＰ８、Ｐ９の評価点は基準点「４」以上であるので、１回の検出サイクルで連続性が有りと判定され、車両の制御対象として車両制御装置１００に出力される。また、ペアＰ６、Ｐ７の評価点は「３」であるので、あと一回の検出サイクルで一回検出されれば、基準点「４」以上となり連続性有りと判断される。さらに、ペアＰ５の評価点は「２」であるので、あと一回の検出サイクルで２とおりの検出処理で検出されるか、あるいはあと二回の検出サイクルで検出されれば、基準点「４」以上となり連続性有りと判断される。このように、４回の検出サイクルを実行することなく、早い時期に連続性を判定することができる。
【００３８】
図９は、本実施形態における信号処理装置の動作手順を示すフローチャート図である。この動作手順は、１検出サイクルごとのビート信号がレーダ送受信機３０から入力されたときに実行される。すなわち、信号処理装置１４は、ビート信号をＦＦＴ処理してビート周波数を検出すると（Ｓ２）、距離・速度の検出を行う（Ｓ４）。そして、送信信号または受信信号を走査することにより目標物体の方位角の検出を行う（Ｓ６）。そして、検出結果が制御対象に該当するか否かにより出力可否を判定し（Ｓ８）、出力可と判定した検出結果を車両制御装置１００に出力する（Ｓ１０）。
【００３９】
図１０は、上記手順Ｓ４における相対距離、相対速度検出処理の詳細な手順を示すフローチャート図である。
【００４０】
距離・速度検出手段１４ａは、ビート周波数を用いて上述の５通りの検出処理を行い（Ｓ２０〜Ｓ２８）、各検出処理結果から一致する相対速度と相対距離のペアを検出する（Ｓ３０）。そして、距離・速度検出手段１４ｂは、検出したペアに評価点を加算し(Ｓ３２)、評価点が基準点（例えば４点）に達したペアを（Ｓ３４のＹＥＳ）検出結果として確定する（Ｓ３６）。
【００４１】
本実施形態においては、相対速度と相対距離のペアに対し、検出されたときの検出処理の種類に応じて異なる重みの評価点を加算することができる。そのとき、次の２通りの方法による重み付けが可能である。
【００４２】
第１の方法として、相対速度と相対距離の分解能に応じて評価点を加算することができる。すなわち、送信信号の周波数変化率が大きいほど、相対速度または相対距離の一定量の変化に対するビート周波数の変化量が大きくなる。つまり、分解能が高くなる。よって、周波数変化率が大きい送信期間Ｔ１で得られたビート信号を用いる第１の検出処理の方が、周波数変化率が小さい送信期間Ｔ２で得られたビート信号を用いる第２の検出処理より、検出される相対距離、相対速度の精度が高い。従って、第１の検出処理で検出されたペアに対し、第２の処理で検出されたペアより高い評価点を加算する。そうすることで、高い精度のペアの方が低い精度のペアより早く基準点に達する。よって、単に検出された回数だけで検出結果の連続性を判断する場合よりも、より正確性の高い検出結果をより早く車両制御に用いることが可能となる。逆に、低い精度のペアは、検出サイクルの回数を重ねることで相対的な精度の低さを補う。
【００４３】
なお、この場合、周波数変化率が大きい送信期間Ｔ１で得られたビート信号と、周波数変化率が小さい送信期間Ｔ２で得られたビート信号とを用いる第３の検出処理により検出されるペアに対しては、第１の検出処理で得られたペアに対する評価点より小さく、かつ、第２の検出処理で得られたペアに対する評価点より大きい評価点を加算する。
【００４４】
図１１は、かかる第１の方法に基づく評価点の例を示す。図１１（Ａ）は、１検出サイクルで検出される相対速度、相対距離のペアを第１〜第３の検出処理の検出可能範囲に対応付けて示す。ここにおいて、ペアＰ１は第２の検出処理で検出され、ペアＰ２は、第３の検出処理で検出され、ペアＰ３は第１、第３の検出処理で検出され、ペアＰ４は第２、第３の検出処理で検出され、ペアＰ５は、第１、第２、第３の検出処理で検出されたことが示される。
【００４５】
図１１（Ｂ）には、第１〜第３の検出処理で検出されるペアに対する評価点を示す。すると、１検出サイクルでの上記ペアＰ１〜Ｐ６の評価点合計は、図１１（Ｃ）のようになる。すなわち、ペアＰ１は第２の検出処理に対応する評価点「１」が加算され、ペアＰ２は、第３の検出処理に対応する評価点「２」が加算され、ペアＰ３は第１の検出処理に対応する評価点「３」と、第３の検出処理に対応する評価点「１」の合計「４」が加算され、ペアＰ４は第２の検出処理に対応する評価点「２」と、第３の検出処理に対応する評価点「１」の合計「３」が加算され、ペアＰ５は、第１の検出処理に対応する評価点「３」と、第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」の合計「６」が加算される。
【００４６】
よって、この場合、図１０に示した手順によれば、ペアＰ３、Ｐ５は評価点が基準点「４」以上であるので、１回の検出サイクルで連続性が有りと判定され、車両の制御対象として車両制御装置１００に出力される。また、ペアＰ４の評価点は「３」であるので、あと一回の検出サイクルで一回検出されれば、連続性有りと判断される。さらに、ペアＰ２の評価点は「２」であるので、あと一回の検出サイクルで２とおりの検出処理で検出されるか、あるいはあと二回の検出サイクルで検出されれば、連続性有りと判断される。このように、４回の検出サイクルを実行することなく、早い時期に連続性を判定することができる。
【００４７】
第２の方法として、車両の制御対象としての重要度に応じて評価点を加算することができる。例えば、安全性を最優先した場合には、衝突回避・対応制御において近距離の目標物体が重要となる。特に、急接近する（負の相対速度が大きい）目標物体が最重要となる。よってかかる観点から、より近距離が検出可能な第４、５の検出処理で検出されたペアに対し、他の検出処理、例えば近距離での検出可能範囲が制限される第２の検出処理で検出されたペアに対する評価点より大きい評価点を加算する。
【００４８】
さらに、近距離が検出可能な第４、５の検出処理のうち、負の相対速度を有する（つまり接近する）目標物体を検出可能な第５の検出処理で検出されたペアに対し、正の相対速度を有する（つまり遠ざかる）目標物体を検出可能な第４の検出処理で検出されたペアに対する評価点より大きい評価点を加算する。そうすることで、制御の目的に応じて重要度の高い検出結果を早い時期で連続性有りと判定し、出力することができる。
【００４９】
図１２は、かかる第２の方法に基づく評価点の例を示す。図１２（Ａ）には、１検出サイクルで検出される相対速度、相対距離のペアを第２の検出処理、及び第４、第５の検出処理の検出可能範囲に対応付けて示す。ここにおいて、ペアＰ１は第２の検出処理で検出され、ペアＰ２は第４の検出処理で検出され、ペアＰ３は第５の検出処理で検出され、ペアＰ４は第２、第４の検出処理で検出され、ペアＰ５は第２、第５の検出処理で検出されたことが示される。
【００５０】
図１２（Ｂ）には、第２、第４、及び第５の検出処理で検出されるペアに対する評価点を示す。すると、１検出サイクルでの上記ペアＰ１〜Ｐ５の評価点合計は、図１２（Ｃ）のようになる。すなわち、ペアＰ１は第２の検出処理に対応する評価点「１」が加算され、ペアＰ２は第４の検出処理に対応する評価点「４」が加算され、ペアＰ３は第５の検出処理に対応する評価点「３」が加算され、ペアＰ４は第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第４の検出処理に対応する評価点「４」の合計「５」が加算され、ペアＰ５は、第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第５の検出処理に対応する評価点「３」の合計「４」が加算される。
【００５１】
よって、この場合、図１０に示した手順によれば、ペアＰ２、Ｐ４、及びＰ５は評価点が基準点「４」以上であるので、１回の検出サイクルで連続性が有りと判定され、車両の制御対象として車両制御装置１００に出力される。また、ペアＰ３は評価点が「３」であるので、あと一回の検出サイクルで検出されれば、連続性有りと判定される。このように、４回の検出サイクルを実行することなく、早い時期に連続性を判定することができる。
【００５２】
図１３は、上記第１、第２の方法を組み合わせた場合の評価点の例を示す。図１３（Ａ）は、図８（Ａ）で示した相対速度、相対距離のペアと検出可能範囲との対応付けが示される。
【００５３】
ここでは、上記のペアＰ１〜Ｐ９に対する評価点は、図１３（Ｂ）のように加算される。すなわち、相対距離、相対速度の分解能と制御上の重要度とに基づいて、評価点の大きい順に、第１の検出処理、第４の検出処理、第５の検出処理、第３の検出処理、そして第２の検出処理となる。
【００５４】
すると、１検出サイクルでの上記ペアＰ１〜Ｐ５の評価点合計は、図１２（Ｃ）のようになる。すなわち、ペアＰ１は第２の検出処理に対応する評価点「１」が加算され、ペアＰ２は第３の検出処理に対応する評価点「２」が加算され、ペアＰ３は第４の検出処理に対応する評価点「３」が加算され、ペアＰ４は第５の検出処理に対応する評価点「４」が加算され、ペアＰ５は第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」の合計「３」が加算される。そして、ペアＰ６は第１の検出処理に対応する評価点「５」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」と、第４の検出処理に対応する評価点「３」の合計「１０」が加算され、ペアＰ７は第１の検出処理に対応する評価点「５」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」と、第５の検出処理に対応する評価点「４」の合計「１１」が加算される。さらに、ペアＰ８は第１の検出処理に対応する評価点「５」と、第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」と、第４の検出処理に対応する評価点「４」の合計「１２」が加算され、ペアＰ９は第１の検出処理に対応する評価点「５」と、第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」と、第５の検出処理に対応する評価点「５」の合計「１３」が加算される。
【００５５】
このように、ペアＰ４及びＰ６〜Ｐ９の評価点は基準点「４」以上であるので、１回の検出サイクルで連続性が有りと判定され、車両の制御対象として車両制御装置１００に出力される。また、他のペアについても、より早い時期に連続性有りと判定することができる。
【００５６】
さらに、目標物体が多数存在する場合において、車両制御装置１００の処理量の制約上、出力すべき検出結果を制限する必要があるような場合に、評価点が大きい順に出力するようにすることもできる。
【００５７】
さらに、本実施形態において、いわゆるクロスオーバ現象によるビート周波数の折返しに起因して検出される虚偽の相対速度を排除できる。クロスオーバ現象は、正または負の相対速度が大きくなることでアップ期間またはダウン期間の送受信信号の周波数差が小さくなり、やがて図１（Ｂ）に示したビート周波数が検出できなくなる時点を経て、アップ期間またはダウン期間での送受信信号の周波数の大小が逆転することをいう。したがって、クロスオーバが生じると、ビート周波数の符号が逆転する。
【００５８】
一方、信号処理装置１４によるＦＦＴ処理では、正の周波数を検出するので、負の符号に反転したビート周波数は、絶対値が同じで正の符号のビート周波数として検出される。すなわち、目標物体の真の相対速度を反映しない虚偽のビート周波数が検出される。すると、かかる虚偽のビート周波数からは、虚偽の相対速度が検出される。
【００５９】
ここで、周波数折返しが生じたときに、真のビート周波数から検出されるべき真の相対速度と、折返しによる虚偽のビート周波数から検出される虚偽の相対速度との関係を、検出処理ごとの検出可能範囲に対応づけると、図１４のようになる。
【００６０】
図１４（Ａ）は、第１の検出処理で真の相対速度Ｖｔ１と虚偽の相対速度Ｖｔ２が検出されたときに、第１の検出処理の検出可能範囲を含む第４の検出処理では真の相対速度Ｖｔ１が検出された場合を示す。なお、ここでは説明の明確化のため、第３の検出処理については考慮しない。ここで、第１の検出処理だけ実行した場合には、相対速度Ｖｔ２を虚偽と判断するための基準が存在しないので、断定ができない。しかしこの場合、第４の検出処理では相対速度Ｖｔ１は検出されているが相対速度Ｖｔ２が検出されていない。相対速度Ｖｔ２が真の相対速度であれば、第４の検出処理の検出可能範囲内であるので、検出されるはずである。
【００６１】
よって、このことを判断基準として、本実施形態では相対速度Ｖｔ２を虚偽と判断することができる。具体的には、図１３で示した評価点を例とすると、相対速度Ｖ１には第１の検出処理の評価点「５」と、第４の検出処理の評価点「４」の合計「９」が加算されるが、相対速度Ｖ２には第１の検出処理の評価点「５」のみが加算される。よって、例えば６点未満の相対速度を排除することで、虚偽の相対速度を制御対象から排除することができる。よって、虚偽の相対速度に基づく車両の誤制御を防止できる。
【００６２】
さらに、別の例として、第１の検出処理で虚偽の相対速度Ｖｔ２が検出されたときに、第４の検出処理では第１の検出処理の検出可能範囲外で真の相対速度Ｖｔ１が検出された場合を図１４（Ｂ）に示す。この場合、相対速度Ｖｔ２が検出されたときのビート周波数の符号を逆転して相対速度を再計算し、相対速度Ｖｔ１が得られるかを確認することも可能である。相対速度Ｖｔ１が得られれば、相対速度Ｖｔ２は虚偽の相対速度と判断できるだけでなく、第１の検出処理で再計算された相対速度Ｖｔ１に対し、第１の検出処理の評価点を加算することで、相対速度Ｖｔ１の評価点を増加させることができる。その結果、相対速度Ｖｔ１をより早い時期に出力することが可能となる。ここで、第１の検出処理では、小さい相対距離で相対速度の絶対値が大きい場合にクロスオーバが生じる。しかし、かかる相対距離と相対速度は、車両の制御上重要度が大きい。よって、上記のような方法によれば、相対速度Ｖｔ２を第１の検出処理における虚偽の相対速度と判定するだけでなく、真の相対速度Ｖｔ１をより早い時期に車両制御に用いることができる。よって、車両制御上の安全性が向上する。
【００６３】
図１５は、かかる相対速度の再計算を含む距離・速度検出手段１４ａの動作手順を示すフローチャート図である。図１０で示した手順に、第１〜第３の検出処理で上記のような周波数折返しを考慮した相対速度の再計算を行う手順Ｓ２９１〜Ｓ２９３が追加される。そして、この場合には、再計算された相対速度には各検出処理での評価点が加算されるので、第１〜第３の検出処理の検出可能範囲外で第４または第５の検出処理の検出可能範囲内に真の相対速度が存在すれば、その真の相対速度に対する評価点を加算できる。よって、その相対速度が早い時期に出力されるようになる。
【００６４】
上述の説明では、送信信号の周波数変化率が異なる送信期間Ｔ１、Ｔ２を１検出サイクルとしたが、１検出サイクル内に送信期間Ｔ１、Ｔ２が複数回実行される場合にも、本実施形態は適用できる。そして、相対距離、相対速度を検出する第１〜第５の検出処理を１検出サイクル内で複数回実行することで、検出結果の正確性を高めるようにしてもよい。
以上、説明したように、本実施形態によれば、複数の異なる周波数変化率を用いる場合であっても、１検出サイクルで複数のビート信号の組合せにより相対距離と相対速度とを求めるので、１検出サイクル内でより多くのデータを得ることができ、複数の検出サイクルを実行したのと同じ効果が得られる。よって、レーダ装置から車両制御装置への検出結果の出力が遅れることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置による相対距離、相対速度の検出原理を説明する図である。
【図２】ＦＭ−ＣＷ方式により検出可能な相対距離と相対速度の範囲を示す図である
【図３】送信信号に施される２通りの周波数変調を示す図である。
【図４】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５】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６】レーダ送受信機３０の送信信号の周波数変化と、ビート信号の周波数変化を示す図である。
【図７】検出処理により検出可能な相対距離、相対速度の範囲を示す図である。
【図８】本実施形態における評価点の加算方法を説明する図である。
【図９】本実施形態における信号処理装置の動作手順を示すフローチャート図である。
【図１０】相対距離、相対速度検出処理の詳細な手順を示すフローチャート図である。
【図１１】第１の方法に基づく評価点の例を示す図である。
【図１２】第２の方法に基づく評価点の例を示す図である。
【図１３】第１、第２の方法を組み合わせた場合の評価点の例を示す図である。
【図１４】周波数折返しが生じた場合の処理について説明する図である。
【図１５】相対速度の再計算を含む距離・速度検出手段１４ａの動作手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００６６】
１：車両、１０：レーダ装置、１４：信号処理装置、１４ａ：距離・速度検出手段、１４ｂ：距離・速度確定手段、３０：レーダ送受信機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数が上昇及び下降するような周波数変調を施した送信信号の反射信号を受信し、前記送信信号と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の信号処理装置等に関し、特に、送信信号の周波数変化率が異なるときに生成されるビート信号を用いて目標物体の相対距離または相対速度を検出する信号処理装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両における障害物検出手段として、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）方式のレーダ装置が車両に搭載されて用いられる。ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置は、周波数が上昇及び下降するような周波数変調を施したレーダ信号を送受信し、目標物体の相対距離、相対速度を検出する。
【０００３】
図１は、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置による相対距離、相対速度の検出原理を説明する図である。図１において横軸は時間、縦軸は周波数を示す。まず、図１（Ａ）に、ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置が送出する送信信号と受信信号の周波数変化を示す。送信信号は、実線で示すように、周波数ｆｍの三角波の周波数変調信号に従って、中心周波数ｆ０、周波数変調幅ΔＦで周波数が直線的に上昇及び下降する。これに対し、目標物体で反射されて戻ってくる受信信号は、破線で示すように、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、送信信号のアップ期間（アップ期間）で周波数差α、ダウン期間（ダウン期間）で周波数差βが生じる。レーダ装置は、送受信信号を混合することにより両者の周波数差に対応する周波数のビート信号を生成し、ビート信号の周波数（ビート周波数）を解析してこの周波数差を検出する。そして、次の式により目標物体の相対距離Ｒ、相対速度Ｖを検出する。ここで、Ｃは光速である。
【０００４】
Ｒ＝Ｃ・（α＋β）／（８・ΔＦ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・（β−α）／（４・ｆ０）
ここで、図１（Ａ）の状態で目標物体の正または負の相対速度が大きくなると、受信信号におけるドップ周波数分の周波数偏移幅が大きくなり、アップ期間またはダウン期間での送受信信号の周波数差が小さくなる。そして、図１（Ｂ）のように、周波数偏移幅がγ１またはγ２となると、ビート周波数検出できなくなる。また、図１（Ａ）の状態で目標物体の相対距離が大きくなると、図１（Ｃ）のように、受信信号における時間的遅延（ΔＴ１）が大きくなり、その結果、ビート周波数、特にダウン期間のビート周波数が大きくなる（β１）。そして、信号処理装置における基準クロックのナイキスト周波数をビート周波数が超えると、ビート周波数を検出できなくなる。さらに相対距離が大きくなると、図１（Ｄ）のように、遅延時間が三角波の２分の１波長を上回り、送受信信号のアップ期間同士またはダウン期間同士が重複せず、ビート周波数が検出できなくなる。このように、ＦＭ−ＣＷ方式の原理上、検出可能な相対距離と相対速度に限界がある。
【０００５】
図２は、上記の方式により検出可能な相対距離と相対速度の範囲を示す図である。横軸は相対距離、縦軸は相対速度を示す。そして、境界線ｂ１、ｂ２はそれぞれ図１（Ｂ）、（Ｃ）、で示した状態に対応し、限界点ｂ３は図１（Ｄ）で示した状態に対応する。よって、境界線ｂ１、ｂ２及び限界点ｂ３で囲まれた検出可能範囲内で、相対距離と相対速度が検出される。
【０００６】
ここで、車載用レーダ装置においては、衝突回避制御または衝突対応制御の必要から、近距離において急速に接近する（負の相対速度が大きい）目標物体を検出することが要求される。すなわち、図２に示す検出可能範囲の外側の領域ａ１において目標物体の相対距離、相対速度を検出することが要求される。あるいは、渋滞時の追従走行制御の必要から、近距離において急速に遠ざかる（正の相対距離が大きい）目標物体を検出することが要求される。すなわち、図２に示す検出可能範囲の外側の領域ａ２において目標物体の相対距離、相対速度を検出することが要求される。
【０００７】
かかる要求に対し、周波数変化率が大きい周波数変調と周波数変化率が小さい周波数変調を送信信号に施して、それぞれの場合に得られるビート信号を組み合わせて相対距離、相対速度を検出する方法が提案されており、その一例が特許文献１に記載されている。
【０００８】
この方法では、図３（Ａ）に示すように、送信信号の周波数変化率が大きい（つまり三角波の傾きとして表される周波数の変化率の絶対値が大きい）送信信号を送信する送信期間Ｔ１と、周波数変化率が小さい（つまり三角波の傾きとして表される周波数の変化率の絶対値が大きい）送信信号を送信する送信期間Ｔ２を設ける。そして、それぞれの送信期間においてアップ期間で生成されるビート信号のビート周波数同士、あるいはダウン期間で生成されるビート信号のビート周波数同士を組合せ、次の式（１）〜（４）により、相対距離Ｒと相対速度Ｖを算出する。
[ダウン期間でのビート周波数同士の組合せの場合]
R＝（2・α2−α1）／（2・4・ΔＦ2・fm2／Ｃ） …式（１）
V＝｛ΔF1・fm1・α2／（ΔF2・fm2−ΔF1・fm1）−α1｝／（4・f0／C） …式（２）
[ダウン期間でのビート周波数同士の組合せの場合]
R＝（2・β2−β1）／（2・4・ΔＦ2・fm2／Ｃ） …式（３）
V＝｛ΔF1・fm1・β2／（ΔF2・fm2−ΔF1・fm1）−β1｝／（4・f0／C） …式（４）
なお、式（１）〜（４）では、送信期間Ｔ１における送信信号の周波数変調幅をΔＦ１、アップ期間のビート周波数をα１、ダウン期間のビート周波数をβ１、三角波の周波数をｆｍ１とし、送信期間Ｔ２における送信信号の周波数変調幅をΔＦ２、アップ期間のビート周波数をα２、ダウン期間のビート周波数をβ２、三角波の周波数をｆｍ２とする。また、両期間における送信信号の中心周波数をｆ０、光速をＣとする。
【０００９】
かかる方法における相対距離、相対速度検出可能範囲は、図３（Ｂ）に示される。すなわち、式（１）、（２）により検出可能範囲ａ２内で相対距離、相対速度が検出される。また、式（３）、（４）により検出可能範囲ａ１内で相対距離、相対速度が検出される。
【特許文献１】特開２００４−１５１０２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、車載用のレーダ装置においては、ある程度連続した回数の検出サイクルで一定の誤差範囲内で相対距離、相対速度が検出されたときに、検出結果に連続性があるとみなして車両側の制御装置に出力する。そうすることで、検出結果の正確性を担保する。
【００１１】
ここで、上述の方法においては、周波数変化率が大きい送信期間Ｔ１と周波数変化率が小さい送信期間Ｔ２とを１検出サイクルとして処理する。すると、例えば、連続性判定に必要とされる検出サイクルの回数を３回とすると、出力可能な検出結果を得るためには送信期間Ｔ１、Ｔ２ともに３回実行する時間が必要となる。すなわち、２通りの周波数変調を用いたことにより検出サイクルが長くなるので、その分検出結果の出力が遅くなる。その結果、車両制御の時期が遅くなるという問題が生じる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、複数の異なる周波数変化率を用いる場合であっても、検出結果の出力が遅れることを防止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】
【００１３】
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、周波数が上昇及び下降する周波数変調が施された送信信号の反射信号を受信し、前記送信信号と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の信号処理装置であって、前記送信信号の周波数変化率が異なる複数の送信期間を含む検出サイクルごとに、前記送信期間のいずれかで生成されるビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理と、異なる前記送信期間で生成されるビート信号の組合せに基づき前記目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理とを行う距離・速度検出手段と、前記検出される相対距離または相対速度に評価点を設定し、前記評価点に基づいて当該相対距離または相対距離を確定する距離・速度確定手段とを有する信号処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上記側面によれば、距離・速度検出手段は、検出サイクルごとに前記送信期間のいずれかで生成されるビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理と、異なる前記送信期間で生成されるビート信号の組合せに基づき前記目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理とを行うので、１回の検出サイクルで同じ相対距離と相対速度を異なる処理で検出できる。そして、距離・速度確定手段は、前記検出される相対距離または相対速度に評価点を設定し、前記評価点の累計が基準点に達したときに前記相対距離または相対距離を確定するので、少ない検出サイクルで複数の検出サイクルを実行したのと同じ連続性判定を行うことができる。よって、レーダ装置から車両制御装置への検出結果の出力が遅れることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図４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方式のレーダ装置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前方の走査対象領域にミリ波長のレーダ信号（電磁波）を送信し、走査対象領域からの反射信号を受信する。
【００１７】
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、走査対象領域内の目標物体の相対距離、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、対向車や出会い頭に出くわす他車両などである。そして、検出結果に基づいて、車両制御装置１００が、先行車両に追従走行したり、他車両との衝突を回避または乗員を保護したりするように車両１の各種アクチュエータを制御する。
【００１８】
なお、本図に示す使用状況は一例であり、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。
【００１９】
図５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１０は、ＦＭ−ＣＷ方式で周波数変調を施した送信信号を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。
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、周波数変調指示部１６が生成する信号に従って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。
【００２０】
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）処理を実行する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。
【００２１】
よって、ビート信号の周波数を用いて目標物体の相対距離、相対速度を検出する距離・速度検出手段１４ａ、検出した相対距離、相対速度を確定する距離・速度確定手段１４ｂ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。
【００２２】
上記のように構成されるレーダ装置１０の動作について説明する。
【００２３】
図６は、レーダ送受信機３０の送信信号の周波数変化と、ビート信号の周波数変化を示す。まず、レーダ送受信機３０は、図６上段に示すように、送信信号（実線で示す）の周波数変化率が大きい送信信号を送信する送信期間Ｔ１と、周波数変化率が小さい送信信号を送信する送信期間Ｔ２を反復する。そして、周波数変化率が小さい送信期間Ｔ１では、送信信号の周波数は、周波数ｆｍ１の三角波に従い、中心周波数をｆ０とする周波数変調幅ΔＦ１で直線的に上昇及び下降する。また、周波数変化率が小さい送信期間Ｔ２では、送信信号の周波数は、周波数ｆｍ２の三角波に従い、中心周波数をｆ０とする周波数変調幅ΔＦ２で直線的に上昇及び下降する。ただしここでは、ｆｍ１＞ｆｍ２またはΔＦ１＞ΔＦ２とする。
【００２４】
そして、レーダ送受信機３０は、それぞれの送信期間において、アップ期間とダウン期間ごとに送信信号と受信信号（破線で示す）の周波数差に対応する周波数のビート信号を生成する。ここで、説明の便宜上、送信期間Ｔ１、Ｔ２における受信信号の周波数偏移量が同じとすると、ビート信号の周波数は、図６下段に示すように、送信期間Ｔ１のアップ期間でビート周波数α１、ダウン期間でビート周波数β１となり、送信期間Ｔ２のアップ期間でビート周波数α２、ダウン期間でビート周波数β２となる。
【００２５】
上記のようなビート周波数を有するビート信号が生成されると、信号処理装置１４の距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１、Ｔ２を１検出サイクルとしてビート信号の周波数解析を行い、検出したビート周波数に基づいて目標物体の相対距離、相対速度を検出する。本実施形態では、１検出サイクルで次の４通りの検出処理を実行して、相対距離と相対速度とを検出する。
【００２６】
まず第１の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１におけるアップ期間でのビート周波数α１とダウン期間でのビート周波数β１を用いて、次の式を解く演算処理により相対距離Ｒ１、相対速度Ｖ１を求める。以下、Ｃは光速を示す。
【００２７】
R1＝C・（α1＋β1）／（8・ΔF1・fm1） …式（５）
V1＝C・（β1−α1）／（4・f0） …式（６）
次に第２の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ２におけるアップ期間でのビート周波数α２とダウン期間でのビート周波数β２を用いて、次の式を解く演算処理により相対距離Ｒ２、相対速度Ｖ２を求める。
【００２８】
R2＝C・（α2＋β2）／（8・ΔF2・fm2） …式（７）
V2＝C・（β2−α2）／（4・f0） …式（８）
また第３の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１におけるアップ期間でのビート周波数α１と、送信期間Ｔ２におけるダウン期間でのビート周波数β２を用いて、次の式を解く演算処理により相対距離Ｒ3、相対速度Ｖ3を求める。以下、Ｃは光速を示す。
【００２９】
R3＝C・（α1＋β2）／（8・ΔF1・fm1） …式（９）
V3＝C・（β2−α1）／（4・f0） …式（１０）
そして第４の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１におけるアップ期間でのビート周波数α１と、送信期間Ｔ２におけるアップ期間でのビート周波数α２を用いて、次の式（上述した式（１）、（２））を解く演算処理により相対距離Ｒ4、相対速度Ｖ4を求める。
【００３０】
R4＝（2・α2−α1）／（2・4・ΔＦ2・fm2／Ｃ） …式（１）
V4＝｛ΔF1・fm1・α2／（ΔF2・fm2−ΔF1・fm1）−α1｝／（4・f0／C） …式（２）
さらに第５の検出処理では、距離・速度検出手段１４ａは、送信期間Ｔ１におけるダウン期間でのビート周波数β１と、送信期間Ｔ２におけるダウン期間でのビート周波数β２を用いて、次の式（上述した式（３）、（４））を解く演算処理により相対距離Ｒ５、相対速度Ｖ５を求める。
【００３１】
R5＝（2・β2−β1）／（2・4・ΔＦ2・fm2／Ｃ） …式（３）
V5＝｛ΔF1・fm1・β2／（ΔF2・fm2−ΔF1・fm1）−β1｝／（4・f0／C） …式（４）
図７は、上述の５通りの検出処理により検出可能な相対距離、相対速度の範囲を示す図である。横軸に相対距離、縦軸に相対速度を示す。ここでは、送信期間Ｔ１、Ｔ２での送信信号の周波数変調幅ΔＦ１、ΔＦ２はともに４００ＭＨｚであり、送信期間Ｔ１での三角波の周波数ｆｍ１が４００Ｈｚ、送信期間Ｔ２での三角波の周波数ｆｍ２が２００Ｈｚである場合を例おとして、図７（Ａ）に第１の検出処理、図７（Ｂ）に第２の検出処理、図７（Ｃ）に第３の検出処理、図７（Ｄ）に第４、第５の検出処理の場合の検出可能範囲を示し、図７（Ｅ）は、全範囲を重ねた場合の検出可能範囲を示す。すると、図７（Ｅ）に示すように、複数の検出可能範囲が重複する。よって、かかる重複範囲では、複数の検出処理で同じペアが検出される。
【００３２】
本実施形態では、距離・速度検出手段１４ａは、１検出サイクルで５通りのビート信号の組合せにより相対距離と相対速度とを求めて、距離・速度確定手段１４ｂは、異なる検出処理ごとに検出された相対距離、相対速度のペアに評価点を設定し、その評価点を加算して累計する。すると、異なる検出処理で重複して検出されるペアには、評価点が重複して加算される。
【００３３】
このように、１検出サイクル内で５通りの検出処理を行うことで、５通りの検出可能範囲を重ねることにより全体としての検出可能範囲を拡大できるだけでなく、複数の検出可能範囲に属するペアがそれぞれの検出処理で検出される。すなわち、１検出サイクルで、数回分の検出サイクルを実行したのと同じ結果が得られる。
【００３４】
そして、距離・速度確定手段１４ｂは、評価点が基準点に達したペアを車両制御装置１００に出力する。ここにおいて、１検出サイクルごとに第３または第４の検出処理でペアを検出し、検出回数が規定数（例えば４回）に達した場合に連続性有りと判断する従来の方法では、少なくとも４検出サイクル分の処理時間が必要となるが、上記の方法によれば、検出回数を評価点として累計することで、より少ない検出サイクルで基準点（例えば４点）に達したペアの連続性判定が可能となる。よって、より早い時期に車両制御装置に検出結果を出力できるので、車両制御の遅れを防止できる。
【００３５】
なお、本実施形態は、第１〜第３の検出処理での検出可能範囲と第５の検出処理での検出可能範囲が重複していることで、第１〜第３の検出処理では相対距離、相対速度が検出できないときでも、第５の検出処理でこれを検出できるという効果を有する。これは、比較的周波数が低いアップ期間でのビート信号は直流成分や静止物からの反射信号に基づくビート信号に埋もれ易く、したがって検出できない場合があるため、アップ期間でのビート信号を用いる第１〜第３の検出処理では相対距離、相対速度が検出できない場合があるのに対し、比較的周波数が高いダウン期間でのビート信号は検出され易いため、送信期間Ｔ１、Ｔ２におけるダウン期間でのビート周波数β１、β２を用いる第５の検出処理では第１〜第３の処理で検出できない相対距離、相対速度を検出できることによる。
【００３６】
具体例を図８に示す。図８（Ａ）には、１検出サイクルで検出される相対速度、相対距離のペアを検出可能範囲に対応付けて示す。ここにおいて、ペアＰ１は第２の検出処理で検出され、ペアＰ２は第３の検出処理で検出され、ペアＰ３は第４の検出処理で検出され、ペアＰ４は第５の検出処理で検出され、ペアＰ６は第１、第３、第４の検出処理で検出され、ペアＰ７は第１、第３、第５の検出処理で検出され、ペアＰ８は第１、第２、第３、第４の検出処理で検出され、ペアＰ９は第１、第２、第３、第５の検出処理で検出されたことが示される。
【００３７】
上記のペアＰ１〜Ｐ９に対する１検出サイクルでの評価点は、検出された検出処理の数ごとに加算されるので、図８（Ｂ）のようになる。そして、ペアＰ８、Ｐ９の評価点は基準点「４」以上であるので、１回の検出サイクルで連続性が有りと判定され、車両の制御対象として車両制御装置１００に出力される。また、ペアＰ６、Ｐ７の評価点は「３」であるので、あと一回の検出サイクルで一回検出されれば、基準点「４」以上となり連続性有りと判断される。さらに、ペアＰ５の評価点は「２」であるので、あと一回の検出サイクルで２とおりの検出処理で検出されるか、あるいはあと二回の検出サイクルで検出されれば、基準点「４」以上となり連続性有りと判断される。このように、４回の検出サイクルを実行することなく、早い時期に連続性を判定することができる。
【００３８】
図９は、本実施形態における信号処理装置の動作手順を示すフローチャート図である。この動作手順は、１検出サイクルごとのビート信号がレーダ送受信機３０から入力されたときに実行される。すなわち、信号処理装置１４は、ビート信号をＦＦＴ処理してビート周波数を検出すると（Ｓ２）、距離・速度の検出を行う（Ｓ４）。そして、送信信号または受信信号を走査することにより目標物体の方位角の検出を行う（Ｓ６）。そして、検出結果が制御対象に該当するか否かにより出力可否を判定し（Ｓ８）、出力可と判定した検出結果を車両制御装置１００に出力する（Ｓ１０）。
【００３９】
図１０は、上記手順Ｓ４における相対距離、相対速度検出処理の詳細な手順を示すフローチャート図である。
【００４０】
距離・速度検出手段１４ａは、ビート周波数を用いて上述の５通りの検出処理を行い（Ｓ２０〜Ｓ２８）、各検出処理結果から一致する相対速度と相対距離のペアを検出する（Ｓ３０）。そして、距離・速度検出手段１４ｂは、検出したペアに評価点を加算し(Ｓ３２)、評価点が基準点（例えば４点）に達したペアを（Ｓ３４のＹＥＳ）検出結果として確定する（Ｓ３６）。
【００４１】
本実施形態においては、相対速度と相対距離のペアに対し、検出されたときの検出処理の種類に応じて異なる重みの評価点を加算することができる。そのとき、次の２通りの方法による重み付けが可能である。
【００４２】
第１の方法として、相対速度と相対距離の分解能に応じて評価点を加算することができる。すなわち、送信信号の周波数変化率が大きいほど、相対速度または相対距離の一定量の変化に対するビート周波数の変化量が大きくなる。つまり、分解能が高くなる。よって、周波数変化率が大きい送信期間Ｔ１で得られたビート信号を用いる第１の検出処理の方が、周波数変化率が小さい送信期間Ｔ２で得られたビート信号を用いる第２の検出処理より、検出される相対距離、相対速度の精度が高い。従って、第１の検出処理で検出されたペアに対し、第２の処理で検出されたペアより高い評価点を加算する。そうすることで、高い精度のペアの方が低い精度のペアより早く基準点に達する。よって、単に検出された回数だけで検出結果の連続性を判断する場合よりも、より正確性の高い検出結果をより早く車両制御に用いることが可能となる。逆に、低い精度のペアは、検出サイクルの回数を重ねることで相対的な精度の低さを補う。
【００４３】
なお、この場合、周波数変化率が大きい送信期間Ｔ１で得られたビート信号と、周波数変化率が小さい送信期間Ｔ２で得られたビート信号とを用いる第３の検出処理により検出されるペアに対しては、第１の検出処理で得られたペアに対する評価点より小さく、かつ、第２の検出処理で得られたペアに対する評価点より大きい評価点を加算する。
【００４４】
図１１は、かかる第１の方法に基づく評価点の例を示す。図１１（Ａ）は、１検出サイクルで検出される相対速度、相対距離のペアを第１〜第３の検出処理の検出可能範囲に対応付けて示す。ここにおいて、ペアＰ１は第２の検出処理で検出され、ペアＰ２は、第３の検出処理で検出され、ペアＰ３は第１、第３の検出処理で検出され、ペアＰ４は第２、第３の検出処理で検出され、ペアＰ５は、第１、第２、第３の検出処理で検出されたことが示される。
【００４５】
図１１（Ｂ）には、第１〜第３の検出処理で検出されるペアに対する評価点を示す。すると、１検出サイクルでの上記ペアＰ１〜Ｐ６の評価点合計は、図１１（Ｃ）のようになる。すなわち、ペアＰ１は第２の検出処理に対応する評価点「１」が加算され、ペアＰ２は、第３の検出処理に対応する評価点「２」が加算され、ペアＰ３は第１の検出処理に対応する評価点「３」と、第３の検出処理に対応する評価点「１」の合計「４」が加算され、ペアＰ４は第２の検出処理に対応する評価点「２」と、第３の検出処理に対応する評価点「１」の合計「３」が加算され、ペアＰ５は、第１の検出処理に対応する評価点「３」と、第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」の合計「６」が加算される。
【００４６】
よって、この場合、図１０に示した手順によれば、ペアＰ３、Ｐ５は評価点が基準点「４」以上であるので、１回の検出サイクルで連続性が有りと判定され、車両の制御対象として車両制御装置１００に出力される。また、ペアＰ４の評価点は「３」であるので、あと一回の検出サイクルで一回検出されれば、連続性有りと判断される。さらに、ペアＰ２の評価点は「２」であるので、あと一回の検出サイクルで２とおりの検出処理で検出されるか、あるいはあと二回の検出サイクルで検出されれば、連続性有りと判断される。このように、４回の検出サイクルを実行することなく、早い時期に連続性を判定することができる。
【００４７】
第２の方法として、車両の制御対象としての重要度に応じて評価点を加算することができる。例えば、安全性を最優先した場合には、衝突回避・対応制御において近距離の目標物体が重要となる。特に、急接近する（負の相対速度が大きい）目標物体が最重要となる。よってかかる観点から、より近距離が検出可能な第４、５の検出処理で検出されたペアに対し、他の検出処理、例えば近距離での検出可能範囲が制限される第２の検出処理で検出されたペアに対する評価点より大きい評価点を加算する。
【００４８】
さらに、近距離が検出可能な第４、５の検出処理のうち、負の相対速度を有する（つまり接近する）目標物体を検出可能な第５の検出処理で検出されたペアに対し、正の相対速度を有する（つまり遠ざかる）目標物体を検出可能な第４の検出処理で検出されたペアに対する評価点より大きい評価点を加算する。そうすることで、制御の目的に応じて重要度の高い検出結果を早い時期で連続性有りと判定し、出力することができる。
【００４９】
図１２は、かかる第２の方法に基づく評価点の例を示す。図１２（Ａ）には、１検出サイクルで検出される相対速度、相対距離のペアを第２の検出処理、及び第４、第５の検出処理の検出可能範囲に対応付けて示す。ここにおいて、ペアＰ１は第２の検出処理で検出され、ペアＰ２は第４の検出処理で検出され、ペアＰ３は第５の検出処理で検出され、ペアＰ４は第２、第４の検出処理で検出され、ペアＰ５は第２、第５の検出処理で検出されたことが示される。
【００５０】
図１２（Ｂ）には、第２、第４、及び第５の検出処理で検出されるペアに対する評価点を示す。すると、１検出サイクルでの上記ペアＰ１〜Ｐ５の評価点合計は、図１２（Ｃ）のようになる。すなわち、ペアＰ１は第２の検出処理に対応する評価点「１」が加算され、ペアＰ２は第４の検出処理に対応する評価点「４」が加算され、ペアＰ３は第５の検出処理に対応する評価点「３」が加算され、ペアＰ４は第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第４の検出処理に対応する評価点「４」の合計「５」が加算され、ペアＰ５は、第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第５の検出処理に対応する評価点「３」の合計「４」が加算される。
【００５１】
よって、この場合、図１０に示した手順によれば、ペアＰ２、Ｐ４、及びＰ５は評価点が基準点「４」以上であるので、１回の検出サイクルで連続性が有りと判定され、車両の制御対象として車両制御装置１００に出力される。また、ペアＰ３は評価点が「３」であるので、あと一回の検出サイクルで検出されれば、連続性有りと判定される。このように、４回の検出サイクルを実行することなく、早い時期に連続性を判定することができる。
【００５２】
図１３は、上記第１、第２の方法を組み合わせた場合の評価点の例を示す。図１３（Ａ）は、図８（Ａ）で示した相対速度、相対距離のペアと検出可能範囲との対応付けが示される。
【００５３】
ここでは、上記のペアＰ１〜Ｐ９に対する評価点は、図１３（Ｂ）のように加算される。すなわち、相対距離、相対速度の分解能と制御上の重要度とに基づいて、評価点の大きい順に、第１の検出処理、第４の検出処理、第５の検出処理、第３の検出処理、そして第２の検出処理となる。
【００５４】
すると、１検出サイクルでの上記ペアＰ１〜Ｐ５の評価点合計は、図１２（Ｃ）のようになる。すなわち、ペアＰ１は第２の検出処理に対応する評価点「１」が加算され、ペアＰ２は第３の検出処理に対応する評価点「２」が加算され、ペアＰ３は第４の検出処理に対応する評価点「３」が加算され、ペアＰ４は第５の検出処理に対応する評価点「４」が加算され、ペアＰ５は第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」の合計「３」が加算される。そして、ペアＰ６は第１の検出処理に対応する評価点「５」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」と、第４の検出処理に対応する評価点「３」の合計「１０」が加算され、ペアＰ７は第１の検出処理に対応する評価点「５」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」と、第５の検出処理に対応する評価点「４」の合計「１１」が加算される。さらに、ペアＰ８は第１の検出処理に対応する評価点「５」と、第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」と、第４の検出処理に対応する評価点「４」の合計「１２」が加算され、ペアＰ９は第１の検出処理に対応する評価点「５」と、第２の検出処理に対応する評価点「１」と、第３の検出処理に対応する評価点「２」と、第５の検出処理に対応する評価点「５」の合計「１３」が加算される。
【００５５】
このように、ペアＰ４及びＰ６〜Ｐ９の評価点は基準点「４」以上であるので、１回の検出サイクルで連続性が有りと判定され、車両の制御対象として車両制御装置１００に出力される。また、他のペアについても、より早い時期に連続性有りと判定することができる。
【００５６】
さらに、目標物体が多数存在する場合において、車両制御装置１００の処理量の制約上、出力すべき検出結果を制限する必要があるような場合に、評価点が大きい順に出力するようにすることもできる。
【００５７】
さらに、本実施形態において、いわゆるクロスオーバ現象によるビート周波数の折返しに起因して検出される虚偽の相対速度を排除できる。クロスオーバ現象は、正または負の相対速度が大きくなることでアップ期間またはダウン期間の送受信信号の周波数差が小さくなり、やがて図１（Ｂ）に示したビート周波数が検出できなくなる時点を経て、アップ期間またはダウン期間での送受信信号の周波数の大小が逆転することをいう。したがって、クロスオーバが生じると、ビート周波数の符号が逆転する。
【００５８】
一方、信号処理装置１４によるＦＦＴ処理では、正の周波数を検出するので、負の符号に反転したビート周波数は、絶対値が同じで正の符号のビート周波数として検出される。すなわち、目標物体の真の相対速度を反映しない虚偽のビート周波数が検出される。すると、かかる虚偽のビート周波数からは、虚偽の相対速度が検出される。
【００５９】
ここで、周波数折返しが生じたときに、真のビート周波数から検出されるべき真の相対速度と、折返しによる虚偽のビート周波数から検出される虚偽の相対速度との関係を、検出処理ごとの検出可能範囲に対応づけると、図１４のようになる。
【００６０】
図１４（Ａ）は、第１の検出処理で真の相対速度Ｖｔ１と虚偽の相対速度Ｖｔ２が検出されたときに、第１の検出処理の検出可能範囲を含む第４の検出処理では真の相対速度Ｖｔ１が検出された場合を示す。なお、ここでは説明の明確化のため、第３の検出処理については考慮しない。ここで、第１の検出処理だけ実行した場合には、相対速度Ｖｔ２を虚偽と判断するための基準が存在しないので、断定ができない。しかしこの場合、第４の検出処理では相対速度Ｖｔ１は検出されているが相対速度Ｖｔ２が検出されていない。相対速度Ｖｔ２が真の相対速度であれば、第４の検出処理の検出可能範囲内であるので、検出されるはずである。
【００６１】
よって、このことを判断基準として、本実施形態では相対速度Ｖｔ２を虚偽と判断することができる。具体的には、図１３で示した評価点を例とすると、相対速度Ｖ１には第１の検出処理の評価点「５」と、第４の検出処理の評価点「４」の合計「９」が加算されるが、相対速度Ｖ２には第１の検出処理の評価点「５」のみが加算される。よって、例えば６点未満の相対速度を排除することで、虚偽の相対速度を制御対象から排除することができる。よって、虚偽の相対速度に基づく車両の誤制御を防止できる。
【００６２】
さらに、別の例として、第１の検出処理で虚偽の相対速度Ｖｔ２が検出されたときに、第４の検出処理では第１の検出処理の検出可能範囲外で真の相対速度Ｖｔ１が検出された場合を図１４（Ｂ）に示す。この場合、相対速度Ｖｔ２が検出されたときのビート周波数の符号を逆転して相対速度を再計算し、相対速度Ｖｔ１が得られるかを確認することも可能である。相対速度Ｖｔ１が得られれば、相対速度Ｖｔ２は虚偽の相対速度と判断できるだけでなく、第１の検出処理で再計算された相対速度Ｖｔ１に対し、第１の検出処理の評価点を加算することで、相対速度Ｖｔ１の評価点を増加させることができる。その結果、相対速度Ｖｔ１をより早い時期に出力することが可能となる。ここで、第１の検出処理では、小さい相対距離で相対速度の絶対値が大きい場合にクロスオーバが生じる。しかし、かかる相対距離と相対速度は、車両の制御上重要度が大きい。よって、上記のような方法によれば、相対速度Ｖｔ２を第１の検出処理における虚偽の相対速度と判定するだけでなく、真の相対速度Ｖｔ１をより早い時期に車両制御に用いることができる。よって、車両制御上の安全性が向上する。
【００６３】
図１５は、かかる相対速度の再計算を含む距離・速度検出手段１４ａの動作手順を示すフローチャート図である。図１０で示した手順に、第１〜第３の検出処理で上記のような周波数折返しを考慮した相対速度の再計算を行う手順Ｓ２９１〜Ｓ２９３が追加される。そして、この場合には、再計算された相対速度には各検出処理での評価点が加算されるので、第１〜第３の検出処理の検出可能範囲外で第４または第５の検出処理の検出可能範囲内に真の相対速度が存在すれば、その真の相対速度に対する評価点を加算できる。よって、その相対速度が早い時期に出力されるようになる。
【００６４】
上述の説明では、送信信号の周波数変化率が異なる送信期間Ｔ１、Ｔ２を１検出サイクルとしたが、１検出サイクル内に送信期間Ｔ１、Ｔ２が複数回実行される場合にも、本実施形態は適用できる。そして、相対距離、相対速度を検出する第１〜第５の検出処理を１検出サイクル内で複数回実行することで、検出結果の正確性を高めるようにしてもよい。
以上、説明したように、本実施形態によれば、複数の異なる周波数変化率を用いる場合であっても、１検出サイクルで複数のビート信号の組合せにより相対距離と相対速度とを求めるので、１検出サイクル内でより多くのデータを得ることができ、複数の検出サイクルを実行したのと同じ効果が得られる。よって、レーダ装置から車両制御装置への検出結果の出力が遅れることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】ＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置による相対距離、相対速度の検出原理を説明する図である。
【図２】ＦＭ−ＣＷ方式により検出可能な相対距離と相対速度の範囲を示す図である
【図３】送信信号に施される２通りの周波数変調を示す図である。
【図４】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５】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６】レーダ送受信機３０の送信信号の周波数変化と、ビート信号の周波数変化を示す図である。
【図７】検出処理により検出可能な相対距離、相対速度の範囲を示す図である。
【図８】本実施形態における評価点の加算方法を説明する図である。
【図９】本実施形態における信号処理装置の動作手順を示すフローチャート図である。
【図１０】相対距離、相対速度検出処理の詳細な手順を示すフローチャート図である。
【図１１】第１の方法に基づく評価点の例を示す図である。
【図１２】第２の方法に基づく評価点の例を示す図である。
【図１３】第１、第２の方法を組み合わせた場合の評価点の例を示す図である。
【図１４】周波数折返しが生じた場合の処理について説明する図である。
【図１５】相対速度の再計算を含む距離・速度検出手段１４ａの動作手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００６６】
１：車両、１０：レーダ装置、１４：信号処理装置、１４ａ：距離・速度検出手段、１４ｂ：距離・速度確定手段、３０：レーダ送受信機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数が上昇及び下降する周波数変調が施された送信信号の反射信号を受信し、前記送信信号と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の信号処理装置であって、
前記送信信号の周波数変化率が異なる複数の送信期間を含む検出サイクルごとに、前記送信期間のいずれかで生成されるビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理と、異なる前記送信期間で生成されるビート信号の組合せに基づき前記目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理とを行う距離・速度検出手段と、
前記検出される相対距離または相対速度に評価点を設定し、前記評価点に基づいて当該相対距離または相対距離を確定する距離・速度確定手段とを有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記距離・速度確定手段は、前記周波数変化率が第１の値の送信期間で生成されるビート信号に基づいて検出される前記相対距離または相対速度に対し、前記周波数変化率が前記第１の値より小さい第２の値である送信期間で生成されるビート信号に基づいて検出される前記相対距離または相対速度に対する評価点より大きい評価点を設定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、
前記距離・速度確定手段は、第１の送信期間の周波数下降時でのビート信号と第２の送信期間の周波数下降時でのビート信号とに基づき検出される前記相対距離または相対速度に対し、前記第１の送信期間の周波数上昇時でのビート信号と前記第２の送信期間の周波数上昇時でのビート信号とに基づき検出される前記相対距離または相対速度に対する評価点より大きい評価点を設定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るレーダ装置。
【請求項５】
請求項４に記載されたレーダ装置により確定された前記目標物体の相対距離または相対速度に基づいて車両の動作を制御する車両制御装置。
【請求項６】
周波数が上昇及び下降するような周波数変調が施された送信信号の反射信号を受信するレーダ送受信機にて生成されるとともに前記送信信号と受信信号の周波数差に対応する周波数のビート信号の信号処理方法であって、
前記送信信号の周波数変化率が異なる複数の送信期間を含む検出サイクルごとに、前記送信期間のいずれかで生成されるビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理と、異なる送信期間で生成されるビート信号の組合せに基づき前記目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理とを行う距離・速度検出工程と、
前記検出される相対距離または相対速度に評価点を設定し、前記評価点に基づいて当該相対距離または相対距離を確定する距離・速度確定工程とを有することを特徴とする信号処理方法。
【請求項１】
周波数が上昇及び下降する周波数変調が施された送信信号の反射信号を受信し、前記送信信号と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の信号処理装置であって、
前記送信信号の周波数変化率が異なる複数の送信期間を含む検出サイクルごとに、前記送信期間のいずれかで生成されるビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理と、異なる前記送信期間で生成されるビート信号の組合せに基づき前記目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理とを行う距離・速度検出手段と、
前記検出される相対距離または相対速度に評価点を設定し、前記評価点に基づいて当該相対距離または相対距離を確定する距離・速度確定手段とを有することを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記距離・速度確定手段は、前記周波数変化率が第１の値の送信期間で生成されるビート信号に基づいて検出される前記相対距離または相対速度に対し、前記周波数変化率が前記第１の値より小さい第２の値である送信期間で生成されるビート信号に基づいて検出される前記相対距離または相対速度に対する評価点より大きい評価点を設定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、
前記距離・速度確定手段は、第１の送信期間の周波数下降時でのビート信号と第２の送信期間の周波数下降時でのビート信号とに基づき検出される前記相対距離または相対速度に対し、前記第１の送信期間の周波数上昇時でのビート信号と前記第２の送信期間の周波数上昇時でのビート信号とに基づき検出される前記相対距離または相対速度に対する評価点より大きい評価点を設定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るレーダ装置。
【請求項５】
請求項４に記載されたレーダ装置により確定された前記目標物体の相対距離または相対速度に基づいて車両の動作を制御する車両制御装置。
【請求項６】
周波数が上昇及び下降するような周波数変調が施された送信信号の反射信号を受信するレーダ送受信機にて生成されるとともに前記送信信号と受信信号の周波数差に対応する周波数のビート信号の信号処理方法であって、
前記送信信号の周波数変化率が異なる複数の送信期間を含む検出サイクルごとに、前記送信期間のいずれかで生成されるビート信号に基づき目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理と、異なる送信期間で生成されるビート信号の組合せに基づき前記目標物体の相対距離または相対速度を検出する処理とを行う距離・速度検出工程と、
前記検出される相対距離または相対速度に評価点を設定し、前記評価点に基づいて当該相対距離または相対距離を確定する距離・速度確定工程とを有することを特徴とする信号処理方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【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１５】
【公開番号】特開２０１０−３８７０５（Ｐ２０１０−３８７０５Ａ）
【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２００８−２０１３８０（Ｐ２００８−２０１３８０）
【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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