信号処理装置、及びレーダ装置
【課題】周波数成分を平滑化してピーク周波数を求め、各ビート信号におけるピーク周波数のビート信号を用いて方位角を検出する場合に、誤検出を防止する。
【解決手段】 ピーク周波数検出手段が、ビート信号群の周波数成分を平滑化したときに極大値が形成されるピーク周波数を検出し、ビート信号抽出手段が、前記ビート信号群から、前記ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出し、方位角検出手段が、前記抽出された抽出ビート信号のうち、第１の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号と、第２の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号との位相差に対応する方位角を検出するので、同一物体から得られたビート信号を用いて方位角検出ができる。よって、誤検出を防止できる。
【解決手段】 ピーク周波数検出手段が、ビート信号群の周波数成分を平滑化したときに極大値が形成されるピーク周波数を検出し、ビート信号抽出手段が、前記ビート信号群から、前記ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出し、方位角検出手段が、前記抽出された抽出ビート信号のうち、第１の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号と、第２の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号との位相差に対応する方位角を検出するので、同一物体から得られたビート信号を用いて方位角検出ができる。よって、誤検出を防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信信号を探索領域に送信するとともに探索領域からの反射信号をアンテナ群で受信し、送信信号と個々のアンテナで受信した受信信号を混合してビート信号群を生成するレーダ送受信機の信号処理装置に関し、特に、前記ビート信号群の位相差に基づき目標物体の方位角を検出する信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相モノパルス方式のレーダ装置は、探索領域にレーダ信号を送信し、複数の受信用アンテナで受信した反射信号の位相差から、反射物つまり目標物体の方位角を検出する。かかる位相モノパルス方式のレーダ装置は、小型かつ簡易な構成により実現でき、車載用レーダ装置として用いられる。特許文献１には、位相モノパルス方式の車載用レーダ装置の例が記載されている。
【０００３】
車載用レーダ装置の場合、電波法の規定によりミリ波長のレーダ信号を用いる。よって、レーダ装置は、ミリ波長の受信信号を取扱い易い中間周波数にダウンコンバートしてから信号処理を行い、目標物体（例えば他の車両）の方位角を検出する。
【０００４】
図１は、車載用の位相モノパルス式のレーダ装置による、目標物体の方位角検出方法を説明する図である。このレーダ装置は、探索領域Ａ１にレーダ信号（電磁波）Ｓｔを送信し、探索領域Ａ１からの反射信号を２つのアンテナ１２＿１、１２＿２により受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２として受信する。このとき、周波数変調を施した連続波を送信信号Ｓｔとして用いることにより、反射信号の周波数は、反射物の相対速度に応じたドップラ周波数と相対距離に応じた遅延時間分、偏移する。よって、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２には、反射物の相対距離と相対速度に応じて異なる周波数の反射信号が含まれる。
【０００５】
次に、レーダ装置は、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２をミキシングして、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２との周波数差に対応する周波数を有するビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を生成する。このとき、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２に含まれる反射信号からは、それぞれの周波数偏移量の周波数を有するビート信号が生成される。
【０００６】
ここで、アンテナ１２＿１、１２＿２の正面Ｆを方位角０度としたとき、方位角θに位置する目標物体Ｔからの反射信号Ｓｔｒ１、Ｓｔｒ２の経路長は目標物体の方位角θに応じてΔｄ異なるので、受信時間に差が生じる。よって、その受信時間差の分、反射信号Ｓｔｒ１、Ｓｔｒ２から生成されたビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２に位相差φｂが生じる。そして、この位相差φｂ、アンテナ１２＿１、１２＿２の間隔ｄ、及びビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２の波長λを用いると、次式から方位角θが算出される。
【０００７】
θ＝arcsin（λ・φｂ／（2π・d））。
【０００８】
ところで、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２には、目標物体Ｔから得られるビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２のほかに、種々の反射物から得られるビート信号が含まれる。よって、レーダ装置は、目標物体Ｔの反射断面積が他の反射物より相対的に大きく、従って反射信号Ｓｔｒ１、Ｓｔｒ２のレベルが相対的に大きいことを利用して、目標物体Ｔから得られるビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２をビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２から検出する。具体的には、まずビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２をＡＤ変換し、サンプリングデータをＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理することで、それぞれの周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２を検出する。すると、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２の分布形状における極大値がビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２に対応する。
【０００９】
ここで、レーダ装置は、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２を曲線近似してそれぞれの極大値を求める代わりに、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２の平均値ｆｓ＿ａｖを求めることで、他の反射物によるビート信号を含むビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を平滑化する。そして、平均値ｆｓ＿ａｖを曲線近似することで、その極大値が形成される周波数（ピーク周波数）ｆｐを検出する。すると、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２の分布形状における極大値が形成される周波数は、ピーク周波数ｆｐにより近似される。よって、レーダ装置は、各ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２においてピーク周波数ｆｐを有するビート信号を検出することで、ビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２とほぼ一致するビート信号を検出する。そして、その位相差に基づき目標物体Ｔの方位角θを求める。
【特許文献１】特開２００３−２５５０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、同一の目標物体であっても、その反射断面積が大きく、あるいは突起物などがあると、異なる反射点から反射信号が得られる場合がある。すると、それぞれの反射点では相対距離が異なるので、異なる周波数のビート信号が得られる。
【００１１】
例えば図２（Ａ）に示すように、目標物体Ｔの反射点Ｔａ１から反射信号と、反射点Ｔａ２から反射信号を受信した場合には、反射点Ｔａ１とＴａ２ではレーダ装置１０からの相対距離が異なる。そして、例えば図２（Ｂ）に示すように、３つの受信用アンテナ１２＿１〜３で反射信号を受信してアンテナごとにビート信号を生成し、ビート信号の複数の異なる組合せから複数の方位角を求めて方位角の絞込みを行うレーダ装置において、２つのアンテナ（例えばアンテナ１２＿１、１２＿２）は反射点Ｔａ１から反射信号Ｓｔｒ１、２を受信し、他の１つのアンテナ（例えばアンテナ１２＿３）は反射点Ｔａ２から反射信号Ｓｔｒ３を受信する場合がある。
【００１２】
すると、アンテナ１２＿１〜３による受信信号Ｓｒ１〜３から得られるビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３と、周波数成分ｆｓ１〜３の平均値ｆｓ＿ａｖは、図２（Ｃ）に示すようになる。すなわち、ビート信号Ｓｂ１、２の周波数成分ｆｓ１、２はピーク周波数ｆｐで極大値を形成するが、ビート信号Ｓｂ３の周波数成分ｆｓ３はピーク周波数ｆｐから乖離した周波数ｆｘで極大値を形成する。そして、周波数成分ｆｓ３においてピーク周波数ｆｐのビート信号は、その反射レベルが小さいので、目標物体Ｔからの反射信号でない可能性が大きい。よって、かかるビート信号Ｓｂ３におけるピーク周波数ｆｘのビート信号と、ビート信号Ｓｂ１、２におけるピーク周波数ｆｐのビート信号のいずれかとの組合せにおける位相差を用いて方位角を算出すると、誤検出のおそれがある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、周波数成分の平均値からピーク周波数を求め、各ビート信号におけるピーク周波数のビート信号を用いて方位角を検出する場合であっても、かかる誤検出を防止する信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明における第１の側面における信号処理装置は、アンテナ群を有するとともに、周波数変調した連続波を送信信号として探索領域に送信して当該探索領域からの反射信号を前記アンテナ群で受信し、前記送信信号と個々の前記アンテナで受信した受信信号との周波数差に対応する周波数を有するビート信号群を生成するレーダ送受信機の信号処理装置であって、前記ビート信号群の周波数成分を平滑化したときに極大値が形成されるピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、前記ビート信号群から、前記ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出するビート信号抽出手段と、前記抽出された抽出ビート信号のうち、第１の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号と、第２の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号との位相差に基づいて目標物体の方位角を検出する方位角検出手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
上記側面における好ましい態様は、前記所定条件は、前記ピーク周波数またはピーク周波数帯域における周波数成分のレベルが、前記ビート信号群における前記ピーク周波数のビート信号のレベルの平均値、中央値、または、最大値から所定レベル小さい値のうちいずれか以上であることを特徴とする。
【００１６】
上記側面における別の好ましい態様は、前記所定条件は、前記ピーク周波数帯域における周波数成分の分布形状が極大値を形成することであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上記側面によれば、前記ビート信号群から、前記ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出するビート信号抽出手段を有するので、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものであることが確認できる所定条件を用いてビート信号を選別し、条件を満たすビート信号を抽出することで、同一目標物体からの反射信号によるビート信号を用いて方位角検出ができる。よって、方位角の誤検出を回避できる。
【００１８】
上記の好ましい態様によれば、ピーク周波数帯域における周波数成分のパワーが他のビート信号と比べて相対的に大きい場合に、ピーク周波数での周波数成分が極大値を形成する蓋然性が大きいことを利用して、前記所定条件は、前記ピーク周波数またはピーク周波数帯域における周波数成分のレベルが、前記ビート信号群における前記ピーク周波数のビート信号の平均値、中央値、または、最大値から所定レベル小さい値のうちいずれか以上であることとする。よって、かかる条件によりビート信号を抽出することで、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものである確度が高まるので、誤検出を確実に回避できる。
【００１９】
上記の別の好ましい態様によれば、前記所定条件は、前記ピーク周波数帯域で極大値を形成することであるので、ピーク周波数帯域で周波数成分が極大値を形成することが直接的に確認できる。よって、このような条件によりビート信号を抽出することで、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものである確度が高まるので、誤検出を確実に回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図３は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。レーダ装置１０は、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Ａ１にレーダ信号（電磁波）を送信し、探索領域Ａ１からの反射信号を受信する。
【００２２】
そして、レーダ装置１０は、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Ａ１内の目標物体が位置する方位角と相対距離、相対速度を検出する。目標物体には、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が含まれる。そして、検出結果に基づいて、車両１の図示されない制御装置が、先行車両に追従走行したり、他車両との衝突を回避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。
【００２３】
図４は、本実施形態におけるレーダ装置１０の構成例を示す。レーダ装置１０は、レーダ信号の送受信を行い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。
【００２４】
レーダ送受信機３０は、レーダ信号を送信する送信用アンテナ１１と、所定間隔離間して設置された３つの受信用アンテナ１２＿１〜３とを有し、目標物体からの反射信号をアンテナ１２＿１〜３により受信する。そして、信号処理装置１４は、後述するようにアンテナ１２〜３での受信信号Ｓｒ１〜３から生成されるビート信号Ｓｂ１〜３の位相差に基づき、目標物体が位置する方位角を求める。よって、このレーダ装置は、位相モノパルス式のレーダ装置である。また、レーダ装置１０は、周波数変調した（Frequency Modulated）連続波（Continuous Wave）をレーダ信号として用い、ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数を解析することで、目標物体までの距離と目標物体の相対速度を検出するＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated- Continuous Wave）方式を採用する。
【００２５】
レーダ送受信機３０は、送信系として、信号処理装置１４からの指示に応答して、三角波状の周波数変調信号を生成する変調信号生成部１６と、周波数変調信号に従って周波数変調された送信用レーダ信号Ｓｔを出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８と、送信用レーダ信号Ｓｔを電力分配する分配器２０を有し、さらに、電力分配された送信用レーダ信号Ｓｔの一部をレーダ装置正面の基準方向Ｆに向け送信信号Ｓｔとして送信する送信アンテナ１１を有する。
【００２６】
また、レーダ送受信機３０は、受信系として、受信用のアンテナ１２＿１〜３と、信号処理装置１４の指示信号Ｓｃに応答して、受信アンテナ１２＿１〜３による受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２を時分割で切り替えて出力するスイッチ２６とを有し、さらに、スイッチ２６から出力される受信信号Ｓｒ１〜３のそれぞれと電力分配された送信用レーダ信号Ｓｔの一部Ｓｔとを混合して、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒ１〜３それぞれとの周波数差に対応する周波数を有するビート信号Ｓｂ１〜３を生成するミキサ２２と、ビート信号Ｓｂ〜３をそれぞれをサンプリングして、デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２４とを有する。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換器２４を介して入力されるビート信号Ｓｂ１〜３のサンプリングデータは信号処理装置１４に取り込まれる。
【００２８】
信号処理装置１４は、ビート信号Ｓｂ１〜３のサンプリングデータに対しＦＦＴ処理を実行し、周波数成分を検出するＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算処理装置を有する。この演算処理装置が、周波数成分検出手段１４ｂに対応する。
【００２９】
また、信号処理装置１４は、ＦＦＴ処理されたビート信号Ｓｂ１〜３を処理するマイクロコンピュータを有する。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。
【００３０】
そして、各ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分を平滑化してその極大値が形成されるピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段１４ｃ、ピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出するビート信号抽出手段１４ｄ、抽出ビート信号のうち、ピーク周波数のビート信号の位相差に基づき求められる方位角を目標物体の方位角として検出する方位角検出手段１４ｅ、ピーク周波数から目標物体の相対速度、相対距離を検出する相対速度・相対距離検出手段１４ｆ、これらの検出結果を図示されない車両１の制御装置に出力する出力手段１４ｇ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。
【００３１】
また、変調信号生成部１６に変調信号の生成を指示する指示信号を出力し、スイッチ２６に切替えの指示信号Ｓｃを出力することでレーダ送受信機３０の送受信動作を制御する送受信制御手段１４ａは、制御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。
【００３２】
図５は、レーダ送受信機３０の動作を説明する図である。図５（Ａ）、（Ｂ）では、横軸に時間、縦軸に周波数を示し、送信信号Ｓｔ、目標物体Ｔからの反射信号Ｓｔｒ１〜３、反射信号Ｓｔｒ１〜３から得られるビート信号Ｓｔｂ１〜３の周波数を示す。なお、図５（Ａ）、（Ｂ）では、目標物体Ｔにおける反射信号Ｓｔｒ１〜３の反射点は同じとする。
【００３３】
まず、図５（Ａ）に示すように、実線で示す送信信号Ｓｔの周波数は、周波数ｆｍの三角波に従って、周波数偏移幅ΔＦ（中心周波数ｆ０）で時間軸に対して直線的な上昇と下降とを反復する。以下では、送信信号Ｓｔの周波数上昇期間をアップ期間、周波数下降期間をダウン期間という。そして、送信信号Ｓｔの周波数に対し、破線で示す反射信号Ｓｔｒの周波数は、目標物体Ｔとの距離による遅延ΔＴ１と、目標物体の相対速度に応じたドップラ効果による周波数偏移ΔＤを受ける。
【００３４】
すると、図５（Ｂ）に示すように、反射信号Ｓｔｒ１〜３の周波数変移の結果、ビート信号Ｓｔｂ１〜３の周波数は、アップ期間では周波数ｆｕ（以下、アップビート周波数ｆｕという）、ダウン期間では周波数ｆｄ（以下、ダウンビート周波数ｆｄという）となる。
【００３５】
図６は、本実施形態における信号処理装置１４の動作手順を説明するフローチャート図である。図６に示す手順は、１対のアップ期間とダウン期間とからなる変調周期を１検出サイクルとして、検出サイクルごとに実行される。
【００３６】
まず、周波数成分検出手段１４ｂが、アップ期間におけるアンテナ１２＿１〜３ごとのビート信号Ｓｂ１〜３のサンプルデータをＦＦＴ処理して周波数成分を検出する。そして、ダウン期間におけるアンテナ１２＿１〜３ごとのビート信号Ｓｂ１〜３に対しても同じ処理を行う（Ｓ２）。ここにおいて、アップ期間でのビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分と、ダウン期間でのビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分が検出される。
【００３７】
次に、ピーク周波数検出手段１４ｃが、アップ期間でのビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分を平滑化してその極大値が形成されるピーク周波数を検出する。このとき、平滑化の方法としては、例えばビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分の平均を算出する方法が可能であるが、中央値を算出するなど、ほかの方法を用いても良い。そして、ビート信号抽出手段１４ｄと、方位角検出手段１４ｅが、アップ期間におけるビート信号Ｓｂ１〜３のそれぞれからアップ期間でのピーク周波数のビート信号を検出し、その位相差に対応した方位角を検出する。また、ダウン期間におけるビート信号Ｓｂ〜３に対して同じ処理を行う（Ｓ４）。ここにおいて、アップ期間における目標物体Ｔの方位角と、ダウン期間における目標物体Ｔの方位角が求められる。なお、この手順Ｓ４は、後に詳述する。
【００３８】
そして、同一の目標物体からは同一の方位角と、同一の強度のビート信号が検出されることから、相対速度・相対距離検出手段１４ｆが、アップ期間とダウン期間とで検出された方位角とビート信号の強度とが一致または近似する、アップビート周波数ｆｕ（正確には、アップビート周波数ｆｕを近似するアップ期間でのピーク周波数）とダウンビート周波数ｆｄ（正確には、ダウンビート周波数ｆｄを近似するダウン期間でのピーク周波数）とを対応付けする（Ｓ６）。ここにおいて、目標物体Ｔに対応したアップビート周波数ｆｕとダウンビート周波数ｆｄのペアが形成される。
【００３９】
そして、相対速度・相対距離検出手段１４ｆは、ペアが形成されたアップビート周波数ｆｕと、ダウンビート周波数ｆｄとを用いて、目標物体Ｔの相対距離と相対速度を検出する（Ｓ８）。なお、相対距離Ｒと相対速度Ｖは、アップビート周波数ｆｕ、ダウンビート周波数ｆｄ、送信信号Ｓｔの周波数変調周期ｆｍ、送信信号Ｓｔの中心周波数ｆ０と周波数変調幅ΔＦ、及び光速Ｃから次式により算出される。
【００４０】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０）
そして、出力手段１４ｇは、複数の目標物体が検出されたときに、そのなかから信頼性がある検出結果を確定する（Ｓ１０）。具体的には検出履歴の接続回数が基準値以上のときに、信頼性があると判断する。
【００４１】
そして、出力手段１４ｇは、確定した検出結果について、車両制御の対象としての条件を満たすか否かにより、車両１の制御装置に出力する検出結果を選択する（Ｓ１２）。例えば、レーダ信号の自車線前方の方位角に位置し一定距離範囲にある目標物体であれば追従走行制御の対象として選択される。また、探索領域Ａ１端部に位置し一定距離以下の目標物体であれば、衝突対応制御の対象として選択される。そして、出力手段１４ｇは、選択した検出結果を車両１の制御装置に向けて出力する（Ｓ１４）。
【００４２】
ここで、上記手順Ｓ４における方位角検出処理について、図７に従って、図８を参照しつつ説明する。
【００４３】
図７は、上記手順Ｓ４における方位角検出処理の詳細な動作手順を説明するフローチャート図である。図８は、位相差を検出するビート信号の組合せについて説明する図である。
【００４４】
まず、ピーク周波数検出手段１４ｃが、ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分を平滑化してその極大値が形成されるピーク周波数を求める（Ｓ４２）。
【００４５】
方位角検出手段１４ｅは、ビート信号Ｓｂ１〜３の複数の異なるビート信号対において、ピーク周波数のビート信号間の位相差を検出する（Ｓ４４）。そして、方位角検出手段１４ｅは、各位相差に対応する方位角を求める。（Ｓ４６）。
【００４６】
具体的には、図８に示すように、方位角検出手段１４ｅは、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２におけるピーク周波数のビート信号間の位相差φｂ１２を検出する。次に、ビート信号Ｓｂ２、Ｓｂ３におけるピーク周波数のビート信号間の位相差φｂ２３を検出する。そして、ビート信号Ｓｂ３、Ｓｂ１におけるピーク周波数のビート信号間の位相差φｂ３１を検出する。
【００４７】
そして、方位角検出手段１４ｅは、位相差φｂ１２に対応する方位角θ１２、位相差φｂ２３に対応する方位角θ２３、位相差φｂ３１に対応する方位角θ３１を求める。このとき、方位角検出手段１４ｅは、各位相差φｂ１２、φｂ２３、φｂ３１と方位角とを対応付けたマップデータＭ１２、Ｍ２３、Ｍ３１を参照して、位相差に対応する方位角を検出する。かかるマップデータは、予め信号処理装置１４内のＲＯＭに格納される。
【００４８】
そして、方位角検出手段１４ｅは、今回の検出サイクルで検出したピーク周波数と、前回の検出サイクルの手順Ｓ１０で検出結果として確定された目標物体のピーク周波数との差分が所定の許容範囲内であるか否かを確認する（Ｓ４８）。ここにおいて、ピーク周波数は目標物体の相対距離と相対速度を反映していることから、相対距離、相対速度を基準に目標物体の信頼性を判断する。
【００４９】
そして、判断結果が「ＹＥＳ」のときには、ビート信号抽出手段１４ｄは、ピーク周波数でのビート信号Ｓｂ１〜３が同一目標物体からの反射信号によるものであることが確認できるような条件を用い、条件を満たすビート信号を抽出する（Ｓ５０）。そして、方位角検出手段１４ｅは、３つの方位角θ１２、θ２３、θ３１のうち抽出ビート信号を用いて検出された方位角であって、前回検出サイクルでの検出方位角と最も近似する方位角を、今回の検出方位角として採用する（Ｓ５２）。
【００５０】
一方、手順Ｓ４８において判断結果が「ＮＯ」のときには、方位角検出手段１４ｅは、３つの方位角θ１２、θ２３、θ３１のうち、最も近似する組合せ、つまり方位角の差が最小となる組合せの代表値（例えば平均値）を検出方位角として選択する（Ｓ５４）。
【００５１】
このような手順によれば、ピーク周波数でのビート信号Ｓｂ１〜３が同一目標物体からの反射信号によるものであることが確認できる条件を用いてビート信号を選別することで、同一目標物体からの反射信号によるビート信号を用いて方位角検出ができる。よって、方位角の誤検出を回避できる。
【００５２】
なお、本実施形態の変形例としては、手順Ｓ４４の前に手順Ｓ５０を実行し、抽出ビート信号を用いて方位角検出を行うようにしてもよい。
【００５３】
次に、手順５０におけるビート信号の抽出手順の例を説明する。
【００５４】
まず、図９、図１０を用いて、ビート信号の抽出手順の第１の例を説明する。
【００５５】
図９（Ａ）、（Ｂ）は、ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３の形状を示す。また、図１０は、ビート信号抽出手段１４ｄの動作手順を説明するフローチャート図である。
【００５６】
第１の例では、ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分のレベルがビート信号群で相対的に大きいことを条件として、ビート信号を抽出する。具体的には、ピーク周波数におけるビート信号のレベルが、ビート信号全体の代表値以上となることを条件とする。あるいは、ピーク周波数を含む一定の帯域幅（例えばピーク周波数±１〜２周波数ビン）のピーク周波数帯域における周波数成分が代表値以上となることを条件とする。代表値としては、例えば平均値が用いられるが、中央値、または、最大値から所定レベル低い値などを用いてもよい。
【００５７】
まず、上述した手順では、ビート信号Ｓｂ１〜３に含まれる路側の設置物や路面などからの反射信号によるビート信号の影響を平滑化するために、一例として平均値ｆｓ＿ａｖを求め、その曲線近似における極大値が形成されるピーク周波数ｆｐを求めた。
【００５８】
このとき、図９（Ａ）に示すように、例えば、周波数成分ｆｓ３の形状における極大値がピーク周波数ｆｐと乖離した周波数ｆｘで形成されると、周波数成分の平均値ｆｓ＿ａｖは、図示されるようになる。すなわち、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２は、ほぼピーク周波数ｆｐにおいて極大値を形成し（矢印Ｐ１）、そのとき極大値のレベルは、平均値ｆｓ＿ａｖ以上となる。よって、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２のピーク周波数におけるビート信号を用いて方位角検出を行うことで、目標物体の方位角が正確に検出できる。
【００５９】
これに対し、ピーク周波数ｆｐから乖離した周波数ｆｘにおいて極大値を形成するビート信号Ｓｂ３では、ピーク周波数ｆｐにおけるビート信号のレベルが平均値ｆｓ＿ａｖ未満となる（矢印Ｐ２）。よって、ビート信号Ｓｂ３のピーク周波数におけるビート信号を用いると、方位角が誤検出されるおそれがある。
【００６０】
図１０に示すように、ビート信号抽出手段１４ｄは、まず周波数成分ｆｓ１〜３のピーク周波数ｆｐでのレベルを求める（Ｓ５０２）。そして、求めたレベルが平均値ｆｓ＿ａｖのピーク周波数ｆｐにおけるレベル以上であるビート信号を抽出する（Ｓ５０４）。
すると、この場合はビート信号Ｓｂ３を抽出せず、処理対象から除外する。その結果、図７の手順Ｓ５２では、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２から求めた方位角θ１２が検出される。
【００６１】
このように、ピーク周波数帯域での周波数成分のパワーが他のビート信号と比べて相対的に大きい場合、ピーク周波数での周波数成分が極大値を形成する蓋然性が大きいことを利用し、ピーク周波数でのレベルが相対的に大きいことを条件としてビート信号を抽出することで、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものである確度が高まる。よって、誤検出を確実に回避できる。
【００６２】
また、上記のことは、図９（Ｂ）に示すように、ビート信号Ｓｂ３の周波数成分の極大値が分裂した状態においても、同様である。
【００６３】
次に、図１１、図１２を用いて、ビート信号の抽出手順の第２の例を説明する。
【００６４】
図１１（Ａ）、（Ｂ）は、ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３の形状を示す。各周波数成分と平均値の例は、図９（Ａ）、（Ｂ）と同じである。また、図１２は、ビート信号抽出手段１４ｄの動作手順を説明するフローチャート図である。
【００６５】
第２の例では、ピーク周波数帯域の周波数成分の分布形状が極大値を形成することを条件としてビート信号を抽出する。
【００６６】
図１１（Ａ）に示すように、ピーク周波数帯域（ピーク周波数ｆｐ±ｆａ）におけるビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を曲線近似すると、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２は上方に凸形状となり、極大値を形成する。なお、ここでの帯域幅ｆａは、一例として±１〜２周波数ビンとする。このとき、これらの周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２は、その全体の形状もほぼピーク周波数ｆｐにおいて極大値を形成する。よって、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２におけるピーク周波数のビート信号を方位角検出に用いることができる。
【００６７】
これに対し、ピーク周波数ｆｐから乖離した周波数ｆｘにおいて極大値を形成するビート信号Ｓｂ３では、ピーク周波数ｆｐにおけるビート信号のレベルが上方に凸とならず、極大値を形成しない。よって、かかるビート信号Ｓｂ３を方位角検出に用いると、誤検出を生じるおそれがある。
【００６８】
図１２に示すように、ビート信号抽出手段１４ｄは、まず周波数成分ｆｓ１〜３のピーク周波数ｆｐを含むピーク周波数帯域を曲線近似する（Ｓ５０６）。そして、曲線近似した部分が極大値を示すビート信号を抽出する（Ｓ５０８）。よって、この場合はビート信号Ｓｂ３を抽出せず、処理対象から除外する。
【００６９】
このような手順によれば、ピーク周波数帯域で周波数成分が極大値を形成することが直接的に確認できる。このとき、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３の周波数成分の離散値データをすべての周波数にわたり曲線近似するより、ピーク周波数帯域の周波数成分を曲線近似することにより信号処理装置１４の処理負荷を軽減できる。そして、このような条件によりビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を抽出することで、ピーク周波数でのビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２が同一目標物体からの反射信号によるものである確度が高まるので、誤検出を確実に回避できる。
【００７０】
なお、上記のことは、図１１（Ｂ）においても同様である。
【００７１】
上述の第１、第２のビート信号の抽出手順は、いずれか１つを実行してもよいし、両方実行してもよい。両方実行することにより、ピーク周波数でのビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２が同一目標物体からの反射信号によるものである確度がさらに高まるので、確実に誤検出を回避できる。
【００７２】
次に、ビート信号の位相の折返しを考慮した実施例について説明する。
【００７３】
位相モノパルス方式による方位角の検出においては、ビート信号の波長が反射信号の経路長差より大きいときは、±πの範囲内で検出された位相差から一意に方位角が求まる。しかし、目標物体の方位角が大きいと、ビート信号の波長より経路長差が大きくなる場合がある。すると、次式に示すように±πでいわゆる位相差の折返しが生じる。
【００７４】
θ＝arcsin（λ・（φｂ±π）／（2π・d））
その結果、１つの位相差φから複数の方位角、つまり目標物体が実際に存在する方位角と、目標物体が実際に存在しない虚偽の方位角とが求められる。
【００７５】
このことを考慮し、この実施例では、検出された位相差から求められる複数の方位角の絞込みを行う。具体的には、ビート信号の組合せごとに、位相差から方位角の候補群を求める。
【００７６】
図１３は、ビート信号の組合せごとに、位相差と方位角とを対応付けたマップデータの例を示す。図示するように、例えば、マップデータＭ１２においては、位相差φｂ１２に対応する方位角候補群Ｇ１２として、θ１２１、θ１２２、θ１２３が検出される。また、マップデータＭ２３においては、位相差φｂ２３に対応する方位角の候補群Ｇ２３として、θ２３１、θ２３２、θ２３３が抽出される。さらに、マップデータＭ３１においては、位相差φｂ３１に対応する方位角の候補群Ｇ３１として、θ３１１、３１２、３１３が抽出される。
【００７７】
なお、図１に示したように、アンテナ１２＿１と１２＿２との間隔がｄ１、アンテナ１２＿２と１２＿３との間隔がｄ２、アンテナ１２＿１と１２＿３との間隔がｄ１＋ｄ２となるように各アンテナが設置される。すると、異なる間隔のアンテナ対により受信された受信信号からビート信号を生成した場合、ビート信号対の位相差と方位角を対応付けたマップデータＭ１２、Ｍ２３、Ｍ３１ははそれぞれ異なったものとなる。
【００７８】
方位角検出手段１４ｅは、上記のようにして検出された候補群Ｇ１２、Ｇ２３、Ｇ３１から近似した方位角を抽出して、方位角の絞込みを行うが、このとき候補群に誤検出された方位角が混入していると、絞込みの結果が誤ってしまう。そこで、ビート信号抽出手段１４ｄが、上述の手順により抽出したビート信号を用いて求められた方位角を用いた絞り込みの結果を採用する。そうすることで、方位角の検出精度を高めることができる。
【００７９】
図１４は、この実施例における方位角検出処理の手順を示すフローチャート図である。図７で示したフローチャート図と異なる手順について説明する。
【００８０】
方位角検出手段１４ｅは、位相差φｂ１２に対応する方位角の候補群Ｇ１２、位相差φｂ２３に対応する方位角の候補群Ｇ２３、位相差φｂ３１に対応する方位角の候補群Ｇ３１を求める（Ｓ４６ａ）。ここにおいて、合計９個の方位角候補が求められる。
【００８１】
そして、方位角検出手段１４ｅは、手順Ｓ５０において抽出されなかったビート信号を用いて検出された候補群を絞り込み対象から除外し、抽出ビート信号を用いて検出された方位角の候補群の中から、前回の検出サイクルにおいて検出された方位角と最も近似される方位角を検出方位角として採用する（Ｓ５２）。例えば、図９または図１１で示したような周波数分布のビート信号Ｓｂ１〜３を用いた場合、方位角検出手段１４ｅは、ビート信号Ｓｂ３を用いて検出された候補群Ｇ２３、Ｇ３２を絞り込み対象から除外し、抽出ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を用いて検出された方位角の候補群Ｇ１２の中から、前回の検出サイクルにおいて検出された方位角と最も近似される方位角を検出方位角として採用する。
【００８２】
一方、手順Ｓ４８において判断結果が否定されたときには、各候補群Ｇ１２、Ｇ２３、Ｇ３１から１つずつ抽出される３つの方位角候補の組合せのうち、最も近似する方位角候補の組合せ、つまりそれぞれの方位角差が最小となる方位角候補（具体的には、θ１２２、θ２３２、θ３１１）を選択し、その代表値（例えば平均値）を検出方位角として選択する。（Ｓ５４）。
【００８３】
このような手順によれば、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものであることが確認できる条件を用いてビート信号を選別することで、同一目標物体からの反射信号によるビート信号を用いて方位角検出ができる。よって、方位角の誤検出を回避できる。
【００８４】
なお、上述の説明においては３つのアンテナにより反射信号を受信する例を示したが、アンテナの数は４つ以上であってもよい。また、アンテナごとに得られるビート信号の組合せ数も、上述の例に限られない。例えば、３つのアンテナを用いた場合であっても、アンテナ１２＿１と１２＿２で受信し、アンテナ１２＿２と１２＿３で受信し、アンテナ１２＿３と１２＿１で受信する、というように、各アンテナ２回ずつ受信を行い、合計６つのビート信号における２つの組合せにより、方位角候補を求めても良い。その場合、６つのビート信号について上述と同じ方法によりビート信号抽出処理を行うことで、方位角の誤検出を回避できる。
【００８５】
また、レーダ装置１０が車載用レーダとして使用される場合に、車両の前方だけでなく、側方や後方を監視するためのレーダとして用いることができる。さらに、車両以外の移動体に対して本実施形態のレーダ装置は適用可能である。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態によれば、周波数成分を平滑化してピーク周波数を求め、各ビート信号におけるピーク周波数のビート信号を用いて方位角を検出する場合であっても、かかる誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】車載用の位相モノパルス式のレーダ装置による、目標物体の方位角検出方法を説明する図である。
【図２】同一の目標物体の異なる反射点から反射信号が得られる場合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使用状況を説明する図である。
【図４】本実施形態におけるレーダ装置１０の構成例を示す。
【図５】レーダ送受信機３０の動作を説明する図である。
【図６】本実施形態における信号処理装置１４の動作手順を説明するフローチャート図である。
【図７】方位角検出処理の詳細な手順を説明するフローチャート図である。
【図８】位相差を検出するビート信号の組合せについて説明する図である。
【図９】ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３の形状を示す図である。
【図１０】ビート信号抽出手段１４ｄの動作手順を説明するフローチャート図である。
【図１１】ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３の形状を示す図である。
【図１２】ビート信号抽出手段１４ｄの動作手順を説明するフローチャート図である。
【図１３】ビート信号の組合せごとに、位相差と方位角とを対応付けたマップデータの例を示す図である。
【図１４】この実施例における方位角検出処理の手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０：レーダ装置、３０：レーダ送受信機、１４：信号処理装置、１４ｃ：ピーク周波数検出手段、１４ｄ：ビート信号抽出手段、１４ｅ：方位角検出手段、１４ｆ：相対速度・相対距離検出手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信信号を探索領域に送信するとともに探索領域からの反射信号をアンテナ群で受信し、送信信号と個々のアンテナで受信した受信信号を混合してビート信号群を生成するレーダ送受信機の信号処理装置に関し、特に、前記ビート信号群の位相差に基づき目標物体の方位角を検出する信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
位相モノパルス方式のレーダ装置は、探索領域にレーダ信号を送信し、複数の受信用アンテナで受信した反射信号の位相差から、反射物つまり目標物体の方位角を検出する。かかる位相モノパルス方式のレーダ装置は、小型かつ簡易な構成により実現でき、車載用レーダ装置として用いられる。特許文献１には、位相モノパルス方式の車載用レーダ装置の例が記載されている。
【０００３】
車載用レーダ装置の場合、電波法の規定によりミリ波長のレーダ信号を用いる。よって、レーダ装置は、ミリ波長の受信信号を取扱い易い中間周波数にダウンコンバートしてから信号処理を行い、目標物体（例えば他の車両）の方位角を検出する。
【０００４】
図１は、車載用の位相モノパルス式のレーダ装置による、目標物体の方位角検出方法を説明する図である。このレーダ装置は、探索領域Ａ１にレーダ信号（電磁波）Ｓｔを送信し、探索領域Ａ１からの反射信号を２つのアンテナ１２＿１、１２＿２により受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２として受信する。このとき、周波数変調を施した連続波を送信信号Ｓｔとして用いることにより、反射信号の周波数は、反射物の相対速度に応じたドップラ周波数と相対距離に応じた遅延時間分、偏移する。よって、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２には、反射物の相対距離と相対速度に応じて異なる周波数の反射信号が含まれる。
【０００５】
次に、レーダ装置は、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２をミキシングして、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２との周波数差に対応する周波数を有するビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を生成する。このとき、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２に含まれる反射信号からは、それぞれの周波数偏移量の周波数を有するビート信号が生成される。
【０００６】
ここで、アンテナ１２＿１、１２＿２の正面Ｆを方位角０度としたとき、方位角θに位置する目標物体Ｔからの反射信号Ｓｔｒ１、Ｓｔｒ２の経路長は目標物体の方位角θに応じてΔｄ異なるので、受信時間に差が生じる。よって、その受信時間差の分、反射信号Ｓｔｒ１、Ｓｔｒ２から生成されたビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２に位相差φｂが生じる。そして、この位相差φｂ、アンテナ１２＿１、１２＿２の間隔ｄ、及びビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２の波長λを用いると、次式から方位角θが算出される。
【０００７】
θ＝arcsin（λ・φｂ／（2π・d））。
【０００８】
ところで、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２には、目標物体Ｔから得られるビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２のほかに、種々の反射物から得られるビート信号が含まれる。よって、レーダ装置は、目標物体Ｔの反射断面積が他の反射物より相対的に大きく、従って反射信号Ｓｔｒ１、Ｓｔｒ２のレベルが相対的に大きいことを利用して、目標物体Ｔから得られるビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２をビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２から検出する。具体的には、まずビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２をＡＤ変換し、サンプリングデータをＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理することで、それぞれの周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２を検出する。すると、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２の分布形状における極大値がビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２に対応する。
【０００９】
ここで、レーダ装置は、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２を曲線近似してそれぞれの極大値を求める代わりに、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２の平均値ｆｓ＿ａｖを求めることで、他の反射物によるビート信号を含むビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を平滑化する。そして、平均値ｆｓ＿ａｖを曲線近似することで、その極大値が形成される周波数（ピーク周波数）ｆｐを検出する。すると、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２の分布形状における極大値が形成される周波数は、ピーク周波数ｆｐにより近似される。よって、レーダ装置は、各ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２においてピーク周波数ｆｐを有するビート信号を検出することで、ビート信号Ｓｔｂ１、Ｓｔｂ２とほぼ一致するビート信号を検出する。そして、その位相差に基づき目標物体Ｔの方位角θを求める。
【特許文献１】特開２００３−２５５０４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、同一の目標物体であっても、その反射断面積が大きく、あるいは突起物などがあると、異なる反射点から反射信号が得られる場合がある。すると、それぞれの反射点では相対距離が異なるので、異なる周波数のビート信号が得られる。
【００１１】
例えば図２（Ａ）に示すように、目標物体Ｔの反射点Ｔａ１から反射信号と、反射点Ｔａ２から反射信号を受信した場合には、反射点Ｔａ１とＴａ２ではレーダ装置１０からの相対距離が異なる。そして、例えば図２（Ｂ）に示すように、３つの受信用アンテナ１２＿１〜３で反射信号を受信してアンテナごとにビート信号を生成し、ビート信号の複数の異なる組合せから複数の方位角を求めて方位角の絞込みを行うレーダ装置において、２つのアンテナ（例えばアンテナ１２＿１、１２＿２）は反射点Ｔａ１から反射信号Ｓｔｒ１、２を受信し、他の１つのアンテナ（例えばアンテナ１２＿３）は反射点Ｔａ２から反射信号Ｓｔｒ３を受信する場合がある。
【００１２】
すると、アンテナ１２＿１〜３による受信信号Ｓｒ１〜３から得られるビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３と、周波数成分ｆｓ１〜３の平均値ｆｓ＿ａｖは、図２（Ｃ）に示すようになる。すなわち、ビート信号Ｓｂ１、２の周波数成分ｆｓ１、２はピーク周波数ｆｐで極大値を形成するが、ビート信号Ｓｂ３の周波数成分ｆｓ３はピーク周波数ｆｐから乖離した周波数ｆｘで極大値を形成する。そして、周波数成分ｆｓ３においてピーク周波数ｆｐのビート信号は、その反射レベルが小さいので、目標物体Ｔからの反射信号でない可能性が大きい。よって、かかるビート信号Ｓｂ３におけるピーク周波数ｆｘのビート信号と、ビート信号Ｓｂ１、２におけるピーク周波数ｆｐのビート信号のいずれかとの組合せにおける位相差を用いて方位角を算出すると、誤検出のおそれがある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、周波数成分の平均値からピーク周波数を求め、各ビート信号におけるピーク周波数のビート信号を用いて方位角を検出する場合であっても、かかる誤検出を防止する信号処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明における第１の側面における信号処理装置は、アンテナ群を有するとともに、周波数変調した連続波を送信信号として探索領域に送信して当該探索領域からの反射信号を前記アンテナ群で受信し、前記送信信号と個々の前記アンテナで受信した受信信号との周波数差に対応する周波数を有するビート信号群を生成するレーダ送受信機の信号処理装置であって、前記ビート信号群の周波数成分を平滑化したときに極大値が形成されるピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、前記ビート信号群から、前記ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出するビート信号抽出手段と、前記抽出された抽出ビート信号のうち、第１の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号と、第２の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号との位相差に基づいて目標物体の方位角を検出する方位角検出手段とを有することを特徴とする。
【００１５】
上記側面における好ましい態様は、前記所定条件は、前記ピーク周波数またはピーク周波数帯域における周波数成分のレベルが、前記ビート信号群における前記ピーク周波数のビート信号のレベルの平均値、中央値、または、最大値から所定レベル小さい値のうちいずれか以上であることを特徴とする。
【００１６】
上記側面における別の好ましい態様は、前記所定条件は、前記ピーク周波数帯域における周波数成分の分布形状が極大値を形成することであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
上記側面によれば、前記ビート信号群から、前記ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出するビート信号抽出手段を有するので、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものであることが確認できる所定条件を用いてビート信号を選別し、条件を満たすビート信号を抽出することで、同一目標物体からの反射信号によるビート信号を用いて方位角検出ができる。よって、方位角の誤検出を回避できる。
【００１８】
上記の好ましい態様によれば、ピーク周波数帯域における周波数成分のパワーが他のビート信号と比べて相対的に大きい場合に、ピーク周波数での周波数成分が極大値を形成する蓋然性が大きいことを利用して、前記所定条件は、前記ピーク周波数またはピーク周波数帯域における周波数成分のレベルが、前記ビート信号群における前記ピーク周波数のビート信号の平均値、中央値、または、最大値から所定レベル小さい値のうちいずれか以上であることとする。よって、かかる条件によりビート信号を抽出することで、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものである確度が高まるので、誤検出を確実に回避できる。
【００１９】
上記の別の好ましい態様によれば、前記所定条件は、前記ピーク周波数帯域で極大値を形成することであるので、ピーク周波数帯域で周波数成分が極大値を形成することが直接的に確認できる。よって、このような条件によりビート信号を抽出することで、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものである確度が高まるので、誤検出を確実に回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図３は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。レーダ装置１０は、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Ａ１にレーダ信号（電磁波）を送信し、探索領域Ａ１からの反射信号を受信する。
【００２２】
そして、レーダ装置１０は、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Ａ１内の目標物体が位置する方位角と相対距離、相対速度を検出する。目標物体には、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が含まれる。そして、検出結果に基づいて、車両１の図示されない制御装置が、先行車両に追従走行したり、他車両との衝突を回避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。
【００２３】
図４は、本実施形態におけるレーダ装置１０の構成例を示す。レーダ装置１０は、レーダ信号の送受信を行い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。
【００２４】
レーダ送受信機３０は、レーダ信号を送信する送信用アンテナ１１と、所定間隔離間して設置された３つの受信用アンテナ１２＿１〜３とを有し、目標物体からの反射信号をアンテナ１２＿１〜３により受信する。そして、信号処理装置１４は、後述するようにアンテナ１２〜３での受信信号Ｓｒ１〜３から生成されるビート信号Ｓｂ１〜３の位相差に基づき、目標物体が位置する方位角を求める。よって、このレーダ装置は、位相モノパルス式のレーダ装置である。また、レーダ装置１０は、周波数変調した（Frequency Modulated）連続波（Continuous Wave）をレーダ信号として用い、ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数を解析することで、目標物体までの距離と目標物体の相対速度を検出するＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated- Continuous Wave）方式を採用する。
【００２５】
レーダ送受信機３０は、送信系として、信号処理装置１４からの指示に応答して、三角波状の周波数変調信号を生成する変調信号生成部１６と、周波数変調信号に従って周波数変調された送信用レーダ信号Ｓｔを出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８と、送信用レーダ信号Ｓｔを電力分配する分配器２０を有し、さらに、電力分配された送信用レーダ信号Ｓｔの一部をレーダ装置正面の基準方向Ｆに向け送信信号Ｓｔとして送信する送信アンテナ１１を有する。
【００２６】
また、レーダ送受信機３０は、受信系として、受信用のアンテナ１２＿１〜３と、信号処理装置１４の指示信号Ｓｃに応答して、受信アンテナ１２＿１〜３による受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２を時分割で切り替えて出力するスイッチ２６とを有し、さらに、スイッチ２６から出力される受信信号Ｓｒ１〜３のそれぞれと電力分配された送信用レーダ信号Ｓｔの一部Ｓｔとを混合して、送信信号Ｓｔと受信信号Ｓｒ１〜３それぞれとの周波数差に対応する周波数を有するビート信号Ｓｂ１〜３を生成するミキサ２２と、ビート信号Ｓｂ〜３をそれぞれをサンプリングして、デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２４とを有する。
【００２７】
Ａ／Ｄ変換器２４を介して入力されるビート信号Ｓｂ１〜３のサンプリングデータは信号処理装置１４に取り込まれる。
【００２８】
信号処理装置１４は、ビート信号Ｓｂ１〜３のサンプリングデータに対しＦＦＴ処理を実行し、周波数成分を検出するＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算処理装置を有する。この演算処理装置が、周波数成分検出手段１４ｂに対応する。
【００２９】
また、信号処理装置１４は、ＦＦＴ処理されたビート信号Ｓｂ１〜３を処理するマイクロコンピュータを有する。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。
【００３０】
そして、各ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分を平滑化してその極大値が形成されるピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段１４ｃ、ピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出するビート信号抽出手段１４ｄ、抽出ビート信号のうち、ピーク周波数のビート信号の位相差に基づき求められる方位角を目標物体の方位角として検出する方位角検出手段１４ｅ、ピーク周波数から目標物体の相対速度、相対距離を検出する相対速度・相対距離検出手段１４ｆ、これらの検出結果を図示されない車両１の制御装置に出力する出力手段１４ｇ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。
【００３１】
また、変調信号生成部１６に変調信号の生成を指示する指示信号を出力し、スイッチ２６に切替えの指示信号Ｓｃを出力することでレーダ送受信機３０の送受信動作を制御する送受信制御手段１４ａは、制御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。
【００３２】
図５は、レーダ送受信機３０の動作を説明する図である。図５（Ａ）、（Ｂ）では、横軸に時間、縦軸に周波数を示し、送信信号Ｓｔ、目標物体Ｔからの反射信号Ｓｔｒ１〜３、反射信号Ｓｔｒ１〜３から得られるビート信号Ｓｔｂ１〜３の周波数を示す。なお、図５（Ａ）、（Ｂ）では、目標物体Ｔにおける反射信号Ｓｔｒ１〜３の反射点は同じとする。
【００３３】
まず、図５（Ａ）に示すように、実線で示す送信信号Ｓｔの周波数は、周波数ｆｍの三角波に従って、周波数偏移幅ΔＦ（中心周波数ｆ０）で時間軸に対して直線的な上昇と下降とを反復する。以下では、送信信号Ｓｔの周波数上昇期間をアップ期間、周波数下降期間をダウン期間という。そして、送信信号Ｓｔの周波数に対し、破線で示す反射信号Ｓｔｒの周波数は、目標物体Ｔとの距離による遅延ΔＴ１と、目標物体の相対速度に応じたドップラ効果による周波数偏移ΔＤを受ける。
【００３４】
すると、図５（Ｂ）に示すように、反射信号Ｓｔｒ１〜３の周波数変移の結果、ビート信号Ｓｔｂ１〜３の周波数は、アップ期間では周波数ｆｕ（以下、アップビート周波数ｆｕという）、ダウン期間では周波数ｆｄ（以下、ダウンビート周波数ｆｄという）となる。
【００３５】
図６は、本実施形態における信号処理装置１４の動作手順を説明するフローチャート図である。図６に示す手順は、１対のアップ期間とダウン期間とからなる変調周期を１検出サイクルとして、検出サイクルごとに実行される。
【００３６】
まず、周波数成分検出手段１４ｂが、アップ期間におけるアンテナ１２＿１〜３ごとのビート信号Ｓｂ１〜３のサンプルデータをＦＦＴ処理して周波数成分を検出する。そして、ダウン期間におけるアンテナ１２＿１〜３ごとのビート信号Ｓｂ１〜３に対しても同じ処理を行う（Ｓ２）。ここにおいて、アップ期間でのビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分と、ダウン期間でのビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分が検出される。
【００３７】
次に、ピーク周波数検出手段１４ｃが、アップ期間でのビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分を平滑化してその極大値が形成されるピーク周波数を検出する。このとき、平滑化の方法としては、例えばビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分の平均を算出する方法が可能であるが、中央値を算出するなど、ほかの方法を用いても良い。そして、ビート信号抽出手段１４ｄと、方位角検出手段１４ｅが、アップ期間におけるビート信号Ｓｂ１〜３のそれぞれからアップ期間でのピーク周波数のビート信号を検出し、その位相差に対応した方位角を検出する。また、ダウン期間におけるビート信号Ｓｂ〜３に対して同じ処理を行う（Ｓ４）。ここにおいて、アップ期間における目標物体Ｔの方位角と、ダウン期間における目標物体Ｔの方位角が求められる。なお、この手順Ｓ４は、後に詳述する。
【００３８】
そして、同一の目標物体からは同一の方位角と、同一の強度のビート信号が検出されることから、相対速度・相対距離検出手段１４ｆが、アップ期間とダウン期間とで検出された方位角とビート信号の強度とが一致または近似する、アップビート周波数ｆｕ（正確には、アップビート周波数ｆｕを近似するアップ期間でのピーク周波数）とダウンビート周波数ｆｄ（正確には、ダウンビート周波数ｆｄを近似するダウン期間でのピーク周波数）とを対応付けする（Ｓ６）。ここにおいて、目標物体Ｔに対応したアップビート周波数ｆｕとダウンビート周波数ｆｄのペアが形成される。
【００３９】
そして、相対速度・相対距離検出手段１４ｆは、ペアが形成されたアップビート周波数ｆｕと、ダウンビート周波数ｆｄとを用いて、目標物体Ｔの相対距離と相対速度を検出する（Ｓ８）。なお、相対距離Ｒと相対速度Ｖは、アップビート周波数ｆｕ、ダウンビート周波数ｆｄ、送信信号Ｓｔの周波数変調周期ｆｍ、送信信号Ｓｔの中心周波数ｆ０と周波数変調幅ΔＦ、及び光速Ｃから次式により算出される。
【００４０】
Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０）
そして、出力手段１４ｇは、複数の目標物体が検出されたときに、そのなかから信頼性がある検出結果を確定する（Ｓ１０）。具体的には検出履歴の接続回数が基準値以上のときに、信頼性があると判断する。
【００４１】
そして、出力手段１４ｇは、確定した検出結果について、車両制御の対象としての条件を満たすか否かにより、車両１の制御装置に出力する検出結果を選択する（Ｓ１２）。例えば、レーダ信号の自車線前方の方位角に位置し一定距離範囲にある目標物体であれば追従走行制御の対象として選択される。また、探索領域Ａ１端部に位置し一定距離以下の目標物体であれば、衝突対応制御の対象として選択される。そして、出力手段１４ｇは、選択した検出結果を車両１の制御装置に向けて出力する（Ｓ１４）。
【００４２】
ここで、上記手順Ｓ４における方位角検出処理について、図７に従って、図８を参照しつつ説明する。
【００４３】
図７は、上記手順Ｓ４における方位角検出処理の詳細な動作手順を説明するフローチャート図である。図８は、位相差を検出するビート信号の組合せについて説明する図である。
【００４４】
まず、ピーク周波数検出手段１４ｃが、ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分を平滑化してその極大値が形成されるピーク周波数を求める（Ｓ４２）。
【００４５】
方位角検出手段１４ｅは、ビート信号Ｓｂ１〜３の複数の異なるビート信号対において、ピーク周波数のビート信号間の位相差を検出する（Ｓ４４）。そして、方位角検出手段１４ｅは、各位相差に対応する方位角を求める。（Ｓ４６）。
【００４６】
具体的には、図８に示すように、方位角検出手段１４ｅは、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２におけるピーク周波数のビート信号間の位相差φｂ１２を検出する。次に、ビート信号Ｓｂ２、Ｓｂ３におけるピーク周波数のビート信号間の位相差φｂ２３を検出する。そして、ビート信号Ｓｂ３、Ｓｂ１におけるピーク周波数のビート信号間の位相差φｂ３１を検出する。
【００４７】
そして、方位角検出手段１４ｅは、位相差φｂ１２に対応する方位角θ１２、位相差φｂ２３に対応する方位角θ２３、位相差φｂ３１に対応する方位角θ３１を求める。このとき、方位角検出手段１４ｅは、各位相差φｂ１２、φｂ２３、φｂ３１と方位角とを対応付けたマップデータＭ１２、Ｍ２３、Ｍ３１を参照して、位相差に対応する方位角を検出する。かかるマップデータは、予め信号処理装置１４内のＲＯＭに格納される。
【００４８】
そして、方位角検出手段１４ｅは、今回の検出サイクルで検出したピーク周波数と、前回の検出サイクルの手順Ｓ１０で検出結果として確定された目標物体のピーク周波数との差分が所定の許容範囲内であるか否かを確認する（Ｓ４８）。ここにおいて、ピーク周波数は目標物体の相対距離と相対速度を反映していることから、相対距離、相対速度を基準に目標物体の信頼性を判断する。
【００４９】
そして、判断結果が「ＹＥＳ」のときには、ビート信号抽出手段１４ｄは、ピーク周波数でのビート信号Ｓｂ１〜３が同一目標物体からの反射信号によるものであることが確認できるような条件を用い、条件を満たすビート信号を抽出する（Ｓ５０）。そして、方位角検出手段１４ｅは、３つの方位角θ１２、θ２３、θ３１のうち抽出ビート信号を用いて検出された方位角であって、前回検出サイクルでの検出方位角と最も近似する方位角を、今回の検出方位角として採用する（Ｓ５２）。
【００５０】
一方、手順Ｓ４８において判断結果が「ＮＯ」のときには、方位角検出手段１４ｅは、３つの方位角θ１２、θ２３、θ３１のうち、最も近似する組合せ、つまり方位角の差が最小となる組合せの代表値（例えば平均値）を検出方位角として選択する（Ｓ５４）。
【００５１】
このような手順によれば、ピーク周波数でのビート信号Ｓｂ１〜３が同一目標物体からの反射信号によるものであることが確認できる条件を用いてビート信号を選別することで、同一目標物体からの反射信号によるビート信号を用いて方位角検出ができる。よって、方位角の誤検出を回避できる。
【００５２】
なお、本実施形態の変形例としては、手順Ｓ４４の前に手順Ｓ５０を実行し、抽出ビート信号を用いて方位角検出を行うようにしてもよい。
【００５３】
次に、手順５０におけるビート信号の抽出手順の例を説明する。
【００５４】
まず、図９、図１０を用いて、ビート信号の抽出手順の第１の例を説明する。
【００５５】
図９（Ａ）、（Ｂ）は、ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３の形状を示す。また、図１０は、ビート信号抽出手段１４ｄの動作手順を説明するフローチャート図である。
【００５６】
第１の例では、ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分のレベルがビート信号群で相対的に大きいことを条件として、ビート信号を抽出する。具体的には、ピーク周波数におけるビート信号のレベルが、ビート信号全体の代表値以上となることを条件とする。あるいは、ピーク周波数を含む一定の帯域幅（例えばピーク周波数±１〜２周波数ビン）のピーク周波数帯域における周波数成分が代表値以上となることを条件とする。代表値としては、例えば平均値が用いられるが、中央値、または、最大値から所定レベル低い値などを用いてもよい。
【００５７】
まず、上述した手順では、ビート信号Ｓｂ１〜３に含まれる路側の設置物や路面などからの反射信号によるビート信号の影響を平滑化するために、一例として平均値ｆｓ＿ａｖを求め、その曲線近似における極大値が形成されるピーク周波数ｆｐを求めた。
【００５８】
このとき、図９（Ａ）に示すように、例えば、周波数成分ｆｓ３の形状における極大値がピーク周波数ｆｐと乖離した周波数ｆｘで形成されると、周波数成分の平均値ｆｓ＿ａｖは、図示されるようになる。すなわち、周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２は、ほぼピーク周波数ｆｐにおいて極大値を形成し（矢印Ｐ１）、そのとき極大値のレベルは、平均値ｆｓ＿ａｖ以上となる。よって、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２のピーク周波数におけるビート信号を用いて方位角検出を行うことで、目標物体の方位角が正確に検出できる。
【００５９】
これに対し、ピーク周波数ｆｐから乖離した周波数ｆｘにおいて極大値を形成するビート信号Ｓｂ３では、ピーク周波数ｆｐにおけるビート信号のレベルが平均値ｆｓ＿ａｖ未満となる（矢印Ｐ２）。よって、ビート信号Ｓｂ３のピーク周波数におけるビート信号を用いると、方位角が誤検出されるおそれがある。
【００６０】
図１０に示すように、ビート信号抽出手段１４ｄは、まず周波数成分ｆｓ１〜３のピーク周波数ｆｐでのレベルを求める（Ｓ５０２）。そして、求めたレベルが平均値ｆｓ＿ａｖのピーク周波数ｆｐにおけるレベル以上であるビート信号を抽出する（Ｓ５０４）。
すると、この場合はビート信号Ｓｂ３を抽出せず、処理対象から除外する。その結果、図７の手順Ｓ５２では、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２から求めた方位角θ１２が検出される。
【００６１】
このように、ピーク周波数帯域での周波数成分のパワーが他のビート信号と比べて相対的に大きい場合、ピーク周波数での周波数成分が極大値を形成する蓋然性が大きいことを利用し、ピーク周波数でのレベルが相対的に大きいことを条件としてビート信号を抽出することで、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものである確度が高まる。よって、誤検出を確実に回避できる。
【００６２】
また、上記のことは、図９（Ｂ）に示すように、ビート信号Ｓｂ３の周波数成分の極大値が分裂した状態においても、同様である。
【００６３】
次に、図１１、図１２を用いて、ビート信号の抽出手順の第２の例を説明する。
【００６４】
図１１（Ａ）、（Ｂ）は、ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３の形状を示す。各周波数成分と平均値の例は、図９（Ａ）、（Ｂ）と同じである。また、図１２は、ビート信号抽出手段１４ｄの動作手順を説明するフローチャート図である。
【００６５】
第２の例では、ピーク周波数帯域の周波数成分の分布形状が極大値を形成することを条件としてビート信号を抽出する。
【００６６】
図１１（Ａ）に示すように、ピーク周波数帯域（ピーク周波数ｆｐ±ｆａ）におけるビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を曲線近似すると、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２は上方に凸形状となり、極大値を形成する。なお、ここでの帯域幅ｆａは、一例として±１〜２周波数ビンとする。このとき、これらの周波数成分ｆｓ１、ｆｓ２は、その全体の形状もほぼピーク周波数ｆｐにおいて極大値を形成する。よって、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２におけるピーク周波数のビート信号を方位角検出に用いることができる。
【００６７】
これに対し、ピーク周波数ｆｐから乖離した周波数ｆｘにおいて極大値を形成するビート信号Ｓｂ３では、ピーク周波数ｆｐにおけるビート信号のレベルが上方に凸とならず、極大値を形成しない。よって、かかるビート信号Ｓｂ３を方位角検出に用いると、誤検出を生じるおそれがある。
【００６８】
図１２に示すように、ビート信号抽出手段１４ｄは、まず周波数成分ｆｓ１〜３のピーク周波数ｆｐを含むピーク周波数帯域を曲線近似する（Ｓ５０６）。そして、曲線近似した部分が極大値を示すビート信号を抽出する（Ｓ５０８）。よって、この場合はビート信号Ｓｂ３を抽出せず、処理対象から除外する。
【００６９】
このような手順によれば、ピーク周波数帯域で周波数成分が極大値を形成することが直接的に確認できる。このとき、ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２、Ｓｂ３の周波数成分の離散値データをすべての周波数にわたり曲線近似するより、ピーク周波数帯域の周波数成分を曲線近似することにより信号処理装置１４の処理負荷を軽減できる。そして、このような条件によりビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を抽出することで、ピーク周波数でのビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２が同一目標物体からの反射信号によるものである確度が高まるので、誤検出を確実に回避できる。
【００７０】
なお、上記のことは、図１１（Ｂ）においても同様である。
【００７１】
上述の第１、第２のビート信号の抽出手順は、いずれか１つを実行してもよいし、両方実行してもよい。両方実行することにより、ピーク周波数でのビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２が同一目標物体からの反射信号によるものである確度がさらに高まるので、確実に誤検出を回避できる。
【００７２】
次に、ビート信号の位相の折返しを考慮した実施例について説明する。
【００７３】
位相モノパルス方式による方位角の検出においては、ビート信号の波長が反射信号の経路長差より大きいときは、±πの範囲内で検出された位相差から一意に方位角が求まる。しかし、目標物体の方位角が大きいと、ビート信号の波長より経路長差が大きくなる場合がある。すると、次式に示すように±πでいわゆる位相差の折返しが生じる。
【００７４】
θ＝arcsin（λ・（φｂ±π）／（2π・d））
その結果、１つの位相差φから複数の方位角、つまり目標物体が実際に存在する方位角と、目標物体が実際に存在しない虚偽の方位角とが求められる。
【００７５】
このことを考慮し、この実施例では、検出された位相差から求められる複数の方位角の絞込みを行う。具体的には、ビート信号の組合せごとに、位相差から方位角の候補群を求める。
【００７６】
図１３は、ビート信号の組合せごとに、位相差と方位角とを対応付けたマップデータの例を示す。図示するように、例えば、マップデータＭ１２においては、位相差φｂ１２に対応する方位角候補群Ｇ１２として、θ１２１、θ１２２、θ１２３が検出される。また、マップデータＭ２３においては、位相差φｂ２３に対応する方位角の候補群Ｇ２３として、θ２３１、θ２３２、θ２３３が抽出される。さらに、マップデータＭ３１においては、位相差φｂ３１に対応する方位角の候補群Ｇ３１として、θ３１１、３１２、３１３が抽出される。
【００７７】
なお、図１に示したように、アンテナ１２＿１と１２＿２との間隔がｄ１、アンテナ１２＿２と１２＿３との間隔がｄ２、アンテナ１２＿１と１２＿３との間隔がｄ１＋ｄ２となるように各アンテナが設置される。すると、異なる間隔のアンテナ対により受信された受信信号からビート信号を生成した場合、ビート信号対の位相差と方位角を対応付けたマップデータＭ１２、Ｍ２３、Ｍ３１ははそれぞれ異なったものとなる。
【００７８】
方位角検出手段１４ｅは、上記のようにして検出された候補群Ｇ１２、Ｇ２３、Ｇ３１から近似した方位角を抽出して、方位角の絞込みを行うが、このとき候補群に誤検出された方位角が混入していると、絞込みの結果が誤ってしまう。そこで、ビート信号抽出手段１４ｄが、上述の手順により抽出したビート信号を用いて求められた方位角を用いた絞り込みの結果を採用する。そうすることで、方位角の検出精度を高めることができる。
【００７９】
図１４は、この実施例における方位角検出処理の手順を示すフローチャート図である。図７で示したフローチャート図と異なる手順について説明する。
【００８０】
方位角検出手段１４ｅは、位相差φｂ１２に対応する方位角の候補群Ｇ１２、位相差φｂ２３に対応する方位角の候補群Ｇ２３、位相差φｂ３１に対応する方位角の候補群Ｇ３１を求める（Ｓ４６ａ）。ここにおいて、合計９個の方位角候補が求められる。
【００８１】
そして、方位角検出手段１４ｅは、手順Ｓ５０において抽出されなかったビート信号を用いて検出された候補群を絞り込み対象から除外し、抽出ビート信号を用いて検出された方位角の候補群の中から、前回の検出サイクルにおいて検出された方位角と最も近似される方位角を検出方位角として採用する（Ｓ５２）。例えば、図９または図１１で示したような周波数分布のビート信号Ｓｂ１〜３を用いた場合、方位角検出手段１４ｅは、ビート信号Ｓｂ３を用いて検出された候補群Ｇ２３、Ｇ３２を絞り込み対象から除外し、抽出ビート信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を用いて検出された方位角の候補群Ｇ１２の中から、前回の検出サイクルにおいて検出された方位角と最も近似される方位角を検出方位角として採用する。
【００８２】
一方、手順Ｓ４８において判断結果が否定されたときには、各候補群Ｇ１２、Ｇ２３、Ｇ３１から１つずつ抽出される３つの方位角候補の組合せのうち、最も近似する方位角候補の組合せ、つまりそれぞれの方位角差が最小となる方位角候補（具体的には、θ１２２、θ２３２、θ３１１）を選択し、その代表値（例えば平均値）を検出方位角として選択する。（Ｓ５４）。
【００８３】
このような手順によれば、ピーク周波数でのビート信号が同一目標物体からの反射信号によるものであることが確認できる条件を用いてビート信号を選別することで、同一目標物体からの反射信号によるビート信号を用いて方位角検出ができる。よって、方位角の誤検出を回避できる。
【００８４】
なお、上述の説明においては３つのアンテナにより反射信号を受信する例を示したが、アンテナの数は４つ以上であってもよい。また、アンテナごとに得られるビート信号の組合せ数も、上述の例に限られない。例えば、３つのアンテナを用いた場合であっても、アンテナ１２＿１と１２＿２で受信し、アンテナ１２＿２と１２＿３で受信し、アンテナ１２＿３と１２＿１で受信する、というように、各アンテナ２回ずつ受信を行い、合計６つのビート信号における２つの組合せにより、方位角候補を求めても良い。その場合、６つのビート信号について上述と同じ方法によりビート信号抽出処理を行うことで、方位角の誤検出を回避できる。
【００８５】
また、レーダ装置１０が車載用レーダとして使用される場合に、車両の前方だけでなく、側方や後方を監視するためのレーダとして用いることができる。さらに、車両以外の移動体に対して本実施形態のレーダ装置は適用可能である。
【００８６】
以上説明したように、本実施形態によれば、周波数成分を平滑化してピーク周波数を求め、各ビート信号におけるピーク周波数のビート信号を用いて方位角を検出する場合であっても、かかる誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】車載用の位相モノパルス式のレーダ装置による、目標物体の方位角検出方法を説明する図である。
【図２】同一の目標物体の異なる反射点から反射信号が得られる場合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使用状況を説明する図である。
【図４】本実施形態におけるレーダ装置１０の構成例を示す。
【図５】レーダ送受信機３０の動作を説明する図である。
【図６】本実施形態における信号処理装置１４の動作手順を説明するフローチャート図である。
【図７】方位角検出処理の詳細な手順を説明するフローチャート図である。
【図８】位相差を検出するビート信号の組合せについて説明する図である。
【図９】ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３の形状を示す図である。
【図１０】ビート信号抽出手段１４ｄの動作手順を説明するフローチャート図である。
【図１１】ビート信号Ｓｂ１〜３の周波数成分ｆｓ１〜３の形状を示す図である。
【図１２】ビート信号抽出手段１４ｄの動作手順を説明するフローチャート図である。
【図１３】ビート信号の組合せごとに、位相差と方位角とを対応付けたマップデータの例を示す図である。
【図１４】この実施例における方位角検出処理の手順を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０：レーダ装置、３０：レーダ送受信機、１４：信号処理装置、１４ｃ：ピーク周波数検出手段、１４ｄ：ビート信号抽出手段、１４ｅ：方位角検出手段、１４ｆ：相対速度・相対距離検出手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナ群を有するとともに、周波数変調した連続波を送信信号として探索領域に送信して当該探索領域からの反射信号を前記アンテナ群で受信し、前記送信信号と個々の前記アンテナで受信した受信信号との周波数差に対応する周波数を有するビート信号群を生成するレーダ送受信機の信号処理装置であって、
前記ビート信号群の周波数成分を平滑化したときに極大値が形成されるピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、
前記ビート信号群から、前記ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出するビート信号抽出手段と、
前記抽出された抽出ビート信号のうち、第１の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号と、第２の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号との位相差に基づいて目標物体の方位角を検出する方位角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、
前記所定条件は、前記ピーク周波数またはピーク周波数帯域における周波数成分のレベルが、前記ビート信号群における前記ピーク周波数のビート信号のレベルの平均値、中央値、または、最大値から所定レベル小さい値のうちいずれか以上であることであ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、
前記所定条件は、前記ピーク周波数帯域における周波数成分の分布形状が極大値を形成することであ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のいずれかに記載のレーダ送受信機と信号処理装置とを有するレーダ装置。
【請求項１】
アンテナ群を有するとともに、周波数変調した連続波を送信信号として探索領域に送信して当該探索領域からの反射信号を前記アンテナ群で受信し、前記送信信号と個々の前記アンテナで受信した受信信号との周波数差に対応する周波数を有するビート信号群を生成するレーダ送受信機の信号処理装置であって、
前記ビート信号群の周波数成分を平滑化したときに極大値が形成されるピーク周波数を検出するピーク周波数検出手段と、
前記ビート信号群から、前記ピーク周波数を含むピーク周波数帯域における周波数成分の状態が所定の条件を満たすビート信号を抽出するビート信号抽出手段と、
前記抽出された抽出ビート信号のうち、第１の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号と、第２の抽出ビート信号に含まれる前記ピーク周波数のビート信号との位相差に基づいて目標物体の方位角を検出する方位角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、
前記所定条件は、前記ピーク周波数またはピーク周波数帯域における周波数成分のレベルが、前記ビート信号群における前記ピーク周波数のビート信号のレベルの平均値、中央値、または、最大値から所定レベル小さい値のうちいずれか以上であることであ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、
前記所定条件は、前記ピーク周波数帯域における周波数成分の分布形状が極大値を形成することであ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のいずれかに記載のレーダ送受信機と信号処理装置とを有するレーダ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２９３９６８（Ｐ２００９−２９３９６８Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４５３７４（Ｐ２００８−１４５３７４）
【出願日】平成２０年６月３日（２００８．６．３）
【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２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月３日（２００８．６．３）
【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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