物標検出装置
【課題】アンテナ素子数を増加させることなく、静止した複数物標の検出性能を向上させる。
【解決手段】ＦＭＣＷ波の送受信動作を必要なスナップショットの必要数だけ繰り返すと共に、送受信動作毎に、ＦＭＣＷ波の中心周波数を変化させる（Ｓ１１０〜Ｓ１３０）。送受信動作（スナップショットＳＳｉ，ｉ＝１〜４）毎に、ビート信号データをＦＦＴ処理することで周波数スペクトラムを求め、その周波数スペクトラム上でピークとなる対象周波数ｋのデータｘ1(ｋ)〜ｘN(ｋ)を、全受信チャンネルＣＨ1〜ＣＨNから抽出し，配列した受信ベクトルＸｉ(ｋ)を生成し、受信ベクトルＸｉ(ｋ)のそれぞれについて相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を求める。更に、相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を、対象周波数ｋ毎に平均（時間平均）した平均相関行列ＨＲxx(ｋ)を算出し、平均相関行列ＨＲxx(ｋ)から求めたＭＵＳＩＣスペクトラムにより、物標が存在する方位を求める（Ｓ１４０〜Ｓ１８０）。
【解決手段】ＦＭＣＷ波の送受信動作を必要なスナップショットの必要数だけ繰り返すと共に、送受信動作毎に、ＦＭＣＷ波の中心周波数を変化させる（Ｓ１１０〜Ｓ１３０）。送受信動作（スナップショットＳＳｉ，ｉ＝１〜４）毎に、ビート信号データをＦＦＴ処理することで周波数スペクトラムを求め、その周波数スペクトラム上でピークとなる対象周波数ｋのデータｘ1(ｋ)〜ｘN(ｋ)を、全受信チャンネルＣＨ1〜ＣＨNから抽出し，配列した受信ベクトルＸｉ(ｋ)を生成し、受信ベクトルＸｉ(ｋ)のそれぞれについて相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を求める。更に、相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を、対象周波数ｋ毎に平均（時間平均）した平均相関行列ＨＲxx(ｋ)を算出し、平均相関行列ＨＲxx(ｋ)から求めたＭＵＳＩＣスペクトラムにより、物標が存在する方位を求める（Ｓ１４０〜Ｓ１８０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探査波を反射した物標に関する情報を、受信信号から生成される相関行列を用いて検出する物標検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて、アレーアンテナに同時に到来する複数の電波の到来方向を推定する手法として、各アンテナ素子が受信した受信信号間の相関を表す相関行列に基づいて角度スペクトラムを生成し、この角度スペクトラムを解析することで高分解能な方位検出を行う、いわゆるスーパーレゾリューション法が知られている。
【０００３】
ところで、この種の手法では、各到来波が互いに無相関であることを前提としているため、相関の強い到来波が存在する場合には、方位の検出精度が低下する。
例えば、車載レーダ装置であれば、個々に検出すべき複数の物標（他車両や路側物等）とレーダ装置を搭載した自車両とがいずれも停止している場合には、各物標と自車両との相対的な位置関係が変化しないため、各物標からの到来波（反射波）は互いに強い相関関係を有した（つまり、同様な位相変化をする）ものとなる。
【０００４】
これに対して、アレーアンテナの一部を使用して互いに異なる複数のサブアレーを形成し、そのサブアレー毎に求めた相関行列を平均したもの（平均相関行列）を用いることで到来波間の相関を抑圧する空間平均法（例えば、非特許文献１参照）が知られている。
【０００５】
即ち、相関のある到来波の位相関係は、受信位置によって異なるため、受信位置を適当に移動させた相関行列の平均値を求めれば、その平均効果により、各到来波間の相関を抑圧できるのである。
【０００６】
また、到来波間の相関を十分に抑圧するためには、相関行列の生成に用いる受信ベクトル（ひいては個々の受信ベクトルから生成される個別の相関行列）の数（以下では「スナップショット」と称する）を多くすることが望ましい。
【０００７】
このため、定期的に測定を繰り返してリアルタイムで物標の検出を行う車載レーダ装置等では、測定毎に相関行列が生成されるため、過去に生成された相関行列を利用することでスナップショット数を確保する、いわゆる時間平均法（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照）を用いることも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−４０８０６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】菊間信良著、「アダプティブアンテナ技術」第１版、オーム社、平成１５年１０月１０日発行、Ｐ１１４，Ｐ１４２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、空間平均法では、サブアレーを構成するアンテナ素子数によって、相関行列の次元、ひいては同時に検出可能な到来波の数が決まるため、装置全体としてのアンテナ素子数が一定であれば、検出可能な到来波の数が減少し、逆に、検出可能な到来波の数を確保しようとすると、アンテナ素子の数が増加し、ひいては装置のサイズが大型化してしまうという問題があった。
【００１１】
また、空間平均法を使用することなく時間平均法だけを使用した場合には、静止した複数の物標を検出する場合に、これら物標からの到来波間の相関を十分に抑圧することができず、検出性能が低下してしまう場合があるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するために、アンテナ素子数を増加させることなく、静止した複数物標の検出性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するためになされた本発明の物標検出装置では、送受信手段が、探査波を送信すると共に該探査波の反射波を受信する送受信動作を繰り返し実行し、相関行列生成手段が、送受信動作毎に送受信手段から取得した受信信号に基づいて相関行列を生成し、予め設定された規定数の相関行列を時間平均した平均相関行列を生成する。そして、相関行列生成手段にて生成された平均相関行列を用いて前記探査波を反射した物標に関する情報である物標情報を求める。
【００１４】
但し、周波数制御手段は、平均相関行列を生成するために実行される規定数回分の送受信動作のうち、少なくとも１回は、探査波の周波数の設定が他とは異なるように送受信手段を動作させる。
【００１５】
即ち、相関のある反射波同士であっても、両者の位相関係は周波数によって異なったものとなるため、互いに周波数の設定が異なる探査波（ひいては反射波）に基づいて生成された複数の相関行列の平均値を求めれば、その平均効果により、各反射波間の相関が抑圧されることになる。なお、周波数の設定とは、探査波の周波数が一定である場合には、周波数そのもののことであり、探査波の周波数を一定の範囲で変化させる場合には、例えば、その中心周波数等のことである。
【００１６】
従って、本発明の物標検出装置によれば、アンテナ素子数を増やしたり、検出可能な物標数を減少させることなく、相対的な位置関係が変化しない複数の物標を検出する場合の検出性能を向上させることができる。
【００１７】
ところで、本発明の物標検出装置において、送受信手段が、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを使用し、各アンテナ素子に対応したチャンネル毎に探査波の送信又は反射波の受信を行う場合、相関行列生成手段が、各チャンネルにて同時に取得された受信信号を要素とする受信ベクトルに基づいて相関行列を生成することによって、物標が存在する方位（物標情報の一つ）についての検出精度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の物標検出装置では、相関行列生成手段が、単一のアンテナ素子にて時系列的に取得された受信信号を要素とする受信ベクトルに基づいて前記相関行列を生成することにより、物標との相対速度（物標情報の一つ）についての検出精度を向上させることができる。
【００１９】
更に、本発明の物標検出装置において、探査波が、搬送波を断続してなるパルス波、搬送波をＦＭ変調してなるＦＭＣＷ波、無変調の搬送波であるＣＷ波のいずれかである場合、周波数制御手段は、搬送波の周波数を変化させるように構成すればよい。
【００２０】
また、本発明の物標検出装置において、送受信手段は、搬送波の周波数をＰＬＬ回路を用いて変化させるように構成されていることが望ましい。このようにＰＬＬ回路を用いることによって、周波数精度の高い搬送波を、簡易な構成で安価に生成することができる。
【００２１】
また、本発明の物標検出装置が、当該物標検出装置を搭載した移動体の挙動を表す情報を取得する情報取得手段を備えている場合、周波数制御手段は、情報取得手段による取得情報が移動体の停止を示している場合にのみ、探査波の周波数の設定を、規定数回分の送受信動作のうち少なくとも１回は異ならせることが望ましい。
【００２２】
即ち、各物標からの到来波（反射波）が互いに強い相関関係を有したものとなるという問題が生じるのは、移動体が停止している場合であるため、探査波の周波数を異ならせる制御を、その必要な場合だけ実行することにより、当該装置の負荷を軽減することができる。
【００２３】
更に、周波数制御手段は、情報取得手段による取得情報が移動体の移動を示している場合には、探査波の周波数の設定を、規定数回分の送受信動作間で不変とする制御を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態の車載レーダ装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】第１実施形態において信号処理部が実行する物標情報生成処理の内容を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態において送信するレーダ波の周波数、及び受信信号に基づいて生成するＭＵＳＩＣスペクトラムの概略を示す説明図。
【図４】位置関係が変化しない二つの物体からの反射波が有する位相関係が、スナップショット毎に変化する様子を模式的に示した説明図。
【図５】第２実施形態の車載レーダ装置の全体構成を示すブロック図。
【図６】第２実施形態において信号処理部が実行する物標情報生成処理の内容を示すフローチャート。
【図７】第２実施形態において送信するレーダ波の周波数、及び受信信号に基づいて生成するＭＵＳＩＣスペクトラムの概略を示す説明図。
【図８】他の実施形態において送信するレーダ波の周波数、及び受信信号に基づいて生成するＭＵＳＩＣスペクトラムの概略を示す説明図。
【図９】従来装置において送信するレーダ波の周波数、及び受信信号に基づいて生成するＭＵＳＩＣスペクトラムの概略を示す説明図。
【図１０】第３実施形態において信号処理部が実行する物標情報生成処理の内容を示すフローチャート。
【図１１】第３実施形態において送信するレーダ波の周波数を、停車中の場合および移動中の場合について示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、本発明が適用された車載レーダ装置の全体構成を表すブロック図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の車載レーダ装置２は、送信アンテナＡＳを介してミリ波帯のレーダ波を送信する送信器４と、送信器４から送出され先行車両や路側物等といった物標に反射したレーダ波（以下、反射波という）を、一列に等間隔で配置されたＮ個のアンテナ素子ＡＲ1〜ＡＲNからなる受信アンテナアレー５にて受信し、後述するＮ個のビート信号Ｂ1〜ＢNを生成する受信器６と、受信器６が生成するビート信号Ｂ1〜ＢNを、それぞれサンプリングしてデジタルデータ（以下、ビート信号データという）Ｄ1〜ＤNに変換するＮ個のＡＤ変換器ＡＤ1〜ＡＤNからなるＡＤ変換部８と、ＡＤ変換器ＡＤ1〜ＡＤNを介して取り込んだビート信号データＤ1〜ＤNに基づいて各種処理を実行する信号処理部１０とを備えている。
【００２７】
このうち送信器４は、ミリ波帯の高周波信号を発生させ制御信号に従って発振周波数を制御可能な高周波発振器１２と、信号処理部１０から指定された中間周波数帯（数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度）の周波数を中心として、予め設定された周波数範囲で周波数が増減する周波数変調された基準信号を生成する基準信号生成部１４と、高周波発振器１２の出力を分周してなる分周信号の位相と基準信号生成部１４で生成された基準信号の位相とを比較し、両信号の位相が一致するように高周波発振器１２の発振周波数を変化させるための制御信号を発生させるＰＬＬ回路１６と、高周波発振器１２の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１８とを備えており、送信信号Ｓｓを送信アンテナＡＳへ供給し、ローカル信号Ｌを受信器６へ供給するように構成されている。
【００２８】
なお、基準信号生成部１４は、信号処理部１０によって４種類の中心周波数を指定できるように構成されており、各周波数を指定することによって高周波発振器１２から出力される周波数変調された高周波信号は、図３（ａ）に示すように、いずれも、電波法における下限周波数から上限周波数の範囲内に収まるように設定されている。
【００２９】
一方、受信器６は、アンテナ素子ＡＲｉ毎に、その受信信号Ｓriにローカル信号Ｌを混合し、これら信号の差の周波数成分であるビート信号Ｂｉを生成する高周波用ミキサＭＸｉと、ビート信号Ｂｉを増幅する増幅器ＡＭＰｉと備えている。なお、増幅器ＡＭＰｉは、ビート信号Ｂｉから不要な高周波成分を取り除くフィルタ機能も有している。
【００３０】
以下では、各アンテナ素子ＡＲｉに対応して受信信号Ｓriからビート信号データＤｉを生成するための構成ＭＸｉ，ＡＭＰｉ，ＡＤｉを、一括して受信チャネルＣＨｉと呼ぶ。
このように構成されたレーダ装置２では、基準信号生成部１４で生成された基準信号の周波数を逓倍した周波数を有し且つ周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ）からなるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信され、その反射波が受信アンテナアレー５にて受信されると、各受信チャネルＣＨｉでは、アンテナ素子ＡＲｉからの受信信号Ｓriを、ミキサＭＸｉにて送信器４からのローカル信号Ｌと混合することにより、これら受信信号Ｓriとローカル信号Ｌとの差の周波数成分であるビート信号Ｂｉを生成し、このビート信号Ｂｉを増幅器ＡＭＰｉにて増幅すると共に不要な高周波成分を除去した後、ＡＤ変換器ＡＤｉにてサンプリングしてビート信号データＤｉに変換する。
【００３１】
＜信号処理部＞
次に、信号処理部１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＡＤ変換部８からデータを入力する入力ポートや高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を備えている。
【００３２】
そして、信号処理部１０では、収集したビート信号データＤｉに基づいて、レーダ波を反射した物標が存在する方位や、その物標との距離や相対速度を求める物標情報生成処理等を実行する。
【００３３】
ここで、信号処理部１０が実行する物標情報生成処理の詳細を、図２に示すフローチャートに沿って説明する。
なお、本処理は、予め設定された一定間隔毎に繰り返し起動される。
【００３４】
本処理が起動すると、Ｓ１１０では、基準信号生成部１４に対して中心周波数を指定する指令を出力する。但し、本ステップが実行される毎に、指定される周波数が順番に変化するようにされている。
【００３５】
Ｓ１２０では、ＦＭＣＷ波の１周期分のデータ（以下、スナップショットともいう）を収集し、Ｓ１３０では、信号処理部１０が指定可能な全ての周波数（ここでは４種類）についてデータを収集したか否かを判断する。
【００３６】
Ｓ１３０にて、否定判断された場合は、Ｓ１１０に戻って、データを収集していない周波数についてデータの収集を行い、肯定判断された場合は、必要な数のスナップショットが得られたものとして、Ｓ１４０に進む。
【００３７】
Ｓ１４０では、全受信チャネルＣＨ1〜ＣＨNについて、送信信号Ｓｓの周波数が漸増する上り変調区間、及び周波数が漸減する下り変調区間の変調区間毎、且つスナップショット毎に、ＦＦＴ処理を実行する。
【００３８】
Ｓ１５０では、そのＦＦＴ処理の結果として得られる周波数スペクトラムに基づき、その周波数スペクトラム上でピークとなる周波数を対象周波数ｋとして、スナップショットＳＳｉ（ｉ＝１〜４）毎に、全受信チャンネルＣＨ1〜ＣＨNから対象周波数ｋのデータｘ1(ｋ)〜ｘN(ｋ)を抽出して配列してなる受信ベクトルＸｉ(ｋ)（（１）式参照）を生成する。更に、そのスナップショットＳＳｉ毎かつ対象周波数ｋ毎に生成された受信ベクトルＸｉ(ｋ)のそれぞれについて、（２）式に従って、個別相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を算出する。
【００３９】
【数１】
【００４０】
Ｓ１６０では、Ｓ１５０にて算出された個別相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を、対象周波数ｋ毎に平均（時間平均）した平均相関行列ＨＲxx(ｋ)を算出する（（３）式参照）。
Ｓ１７０では、その求めた平均相関行列ＨＲxx(ｋ)の固有値分解を行い、予め設定されたノイズレベルの値より大きい固有値の数を到来波数Ｌとして求め、更に、求めた到来波数Ｌと雑音領域の固有値（（４）式参照）とに基づき、（５）式で定義された評価関数ＰMU(θ)を用いて角度スペクトラム（ＭＵＳＩＣスペクトラム）を求める。
【００４１】
【数２】
【００４２】
Ｓ１８０では、そのＭＵＳＩＣスペクトラムをヌルスキャンすることで、アンテナ素子ＡＲ1〜ＡＲNが受信した反射波の到来方向、即ち、検出すべき物標が存在する方位を求める。
【００４３】
【数３】
【００４４】
なお、Ｓ１７０〜Ｓ１８０の処理は、対象周波数ｋ毎に求めた平均相関行列ＨＲxx(ｋ)毎に行われ、対象周波数ｋ毎に、横軸が方位に対応したＭＵＳＩＣスペクトラム（図３（ｂ）参照）が得られる。また、平均相関行列ＨＲxx(ｋ)から評価関数ＰMU(θ)を得る手法は、例えば、非特許文献１などに記載されている通り周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４５】
Ｓ１９０では、上り変調時と下り変調時とで同じ方位にあるピーク周波数同士を組み合わせるペアマッチを行い、Ｓ２００では、その組み合わされたピーク周波数から、ＦＭＣＷレーダにおける周知の手法を用いて物標との距離，相対速度を求め、これら距離，相対速度を、先のＳ１８０で求めた方位と共に物標情報として出力して、本処理を終了する。
【００４６】
＜効果＞
以上説明したように、車載レーダ装置２では、送受信動作を実行する毎に相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を生成すると共に、平均相関行列ＨＲxx(ｋ)を生成するのに必要な４回分の送受信動作では、いずれも使用する周波数範囲の一部が互いに異なるようにされている。
【００４７】
これにより、複数の反射波が互いに強い相関を有していたとしても、これら反射波の位相関係は、図４に示すように、送受信動作（スナップショットＳＳ１〜ＳＳ４）毎に互いに異なったものとなる。その結果、送受信動作毎に生成される相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を平均してなる平均相関行列ＨＲxx(ｋ)は、その平均効果により、各反射波間の相関が十分に抑圧されたものとなる。
【００４８】
従って、車載レーダ装置２によれば、アンテナ素子数を増やしたり、検出可能な物標数を減少させたりすることなく、相対的な位置関係が変化しない（即ち、反射波が強い相関関係を有する）複数の物標を検出する場合の検出性能を向上させることができる。
【００４９】
なお、図９（ａ）は、位置関係が変化せず且つ方位が接近した二つの物標が存在する場合に、レーダ波の中心周波数を変化させることなく、４回の送受信動作を実行する（図９（ａ）参照）ことによって得られた受信信号から、本実施形態の手法と同様に平均相関行列を求め、その結果から算出されたＭＵＳＩＣスペクトラムを示したものである。この場合、二つの物標からの反射波は強い相関を有したものとなるため、ＭＵＳＩＣスペクトラム上では、連続した一つのピークとして検出されるが、車載レーダ装置２では、図３（ｂ）に示すように、分離した二つのピークとして検出される。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００５０】
＜全体構成＞
図５は、車載レーダ装置２ａの全体構成を表すブロック図である。
なお、車載レーダ装置２ａは、上述した車載レーダ装置２とは、受信系の構成、及び信号処理部１０での処理内容が異なるだけであるため、この異なる部分を中心に説明する。
【００５１】
図５に示すように、車載レーダ装置２ａでは、受信系の構成が、１個のアンテナ素子ＡＲ，１個のミキサＭＸ，１個の増幅器ＡＭＰ，１個のＡＤ変換器ＡＤで構成されている。
また、基準信号生成部１４は、信号処理部１０から指定された中間周波数帯の周波数を有する非変調の基準信号を生成するように構成されている。
【００５２】
このように構成されたレーダ装置２ａでは、基準信号生成部１４で生成された基準信号の周波数を逓倍した一定周波数を有する連続波（ＣＷ）からなるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信され、その反射波がアンテナ素子ＡＲにて受信されると、そのアンテナ素子ＡＲからの受信信号Ｓｒを、ミキサＭＸにて送信器４からのローカル信号Ｌと混合することにより、これら受信信号Ｓｒとローカル信号Ｌとの差の周波数成分であるビート信号Ｂを生成し、このビート信号Ｂを増幅器ＡＭＰにて増幅すると共に不要な高周波成分を除去した後、ＡＤ変換器ＡＤにてサンプリングしてビート信号データＤに変換する。
【００５３】
＜物標情報生成処理＞
次に、信号処理部１０が実行する物標情報生成処理の詳細を、図６に示すフローチャートに沿って説明する。
【００５４】
なお、本処理は、予め設定された一定間隔毎に繰り返し起動される。
本処理が起動すると、Ｓ２１０では、基準信号生成部１４に対して周波数を指定する指令を出力する。但し、本ステップが実行される毎に、指定される周波数が順番に変化するようにされている。
【００５５】
Ｓ２２０では、指定された周波数のＣＷ波について予め設定された規定個（Ｎ個）のデータ（以下、スナップショットともいう）を収集し、Ｓ２３０では、信号処理部１０が指定可能な全ての周波数（ここでは４種類）についてデータを収集したか否かを判断する。
【００５６】
Ｓ２３０にて、否定判断された場合は、Ｓ２１０に戻って、データを収集していない周波数についてデータの収集を行い、肯定判断された場合は、必要な数のスナップショットが得られたものとして、Ｓ２４０に進む。
【００５７】
Ｓ２４０では、スナップショットＳＳｉ（ｉ＝１〜４）毎に、収集した規定個のデータｘ1〜ｘNを配列してなる受信ベクトルＸｉ（（６）式参照）を生成し、そのスナップショットＳＳｉ毎に生成された受信ベクトルＸｉのそれぞれについて、（７）式に従って、個別相関行列Ｒxx_ssiを算出する。
【００５８】
【数４】
【００５９】
Ｓ２５０では、Ｓ２４０にて算出された全ての個別相関行列Ｒxx_ss1〜Ｒxx_ss4を平均（時間平均）した平均相関行列ＨＲxxを算出する（（８）式参照）。
【００６０】
【数５】
【００６１】
Ｓ２６０では、その求めた平均相関行列ＨＲxxを用いて、第１実施形態におけるＳ１７０と同様に、ＭＵＳＩＣスペクトラムを求める。これにより、図７（ｂ）に示すように、横軸がビート周波数に対応したＭＵＳＩＣスペクトラムが得られる。
【００６２】
Ｓ２７０では、そのＭＵＳＩＣスペクトラムをヌルスキャンすることで、アンテナ素子ＡＲ1〜ＡＲNが受信した反射波のビート周波数を抽出し、その抽出したビート周波数から、ＣＷレーダにおける周知の手法を用いて、レーダ波を反射したＬ個の物体について、その物体との相対速度をそれぞれ算出し、その算出した相対速度を物標情報として出力して、本処理を終了する。
【００６３】
＜効果＞
以上説明したように、車載レーダ装置２ａでは、第１実施形態の車載レーダ装置２と同様に、送受信動作を実行する毎に相関行列Ｒxx_ssiを生成すると共に、平均相関行列ＨＲxxを生成するのに必要な４回分の送受信動作では、いずれも使用する周波数範囲の一部が互いに異なるようにされている。
【００６４】
従って、車載レーダ装置２ａによれば、平均相関行列ＨＲxxは、各反射波間の相関が十分に抑圧されたものとなるため、アンテナ素子数を増やしたり、検出可能な物標数を減少させたりすることなく、相対的な位置関係が変化しない（即ち、反射波が強い相関関係を有する）複数の物標を検出する場合の検出性能を向上させることができる。
【００６５】
また、車載レーダ装置２ａでは、単一のアンテナ素子にて時系列的に取得された受信信号（ビート信号）を要素とする受信ベクトルＸｉに基づいて個別相関行列Ｒxx_ssiを生成し、その個別相関行列を時間平均してなる平均相関行列ＨＲxxを用いて生成したＭＵＳＩＣスペクトラムからビート周波数を抽出するようにされている。
【００６６】
従って、車載レーダ装置２ａによれば、受信信号（ビート信号）を直接ＦＦＴ処理してビート信号を抽出する場合と比較して、レーダ波を反射した物体からの反射波に基づくビート周波数を高分解能で検出することができ、接近した周波数を有するビート信号であっても、個別に分離して抽出することができる。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。
【００６７】
本実施形態では、信号処理部１０が実行する物標情報生成処理の内容が、第１実施形態のものとは一部異なるだけであるため、この相違点を中心に説明する。
なお、信号処理部１０は、自車両の挙動を検出するセンサ（ここでは車速センサ）から検出結果を取得できるように構成されている（図示せず）。
【００６８】
＜物標情報生成処理＞
図１０は、信号処理部１０が実行する物標情報生成処理の内容を示すフローチャートである。
【００６９】
本処理が起動すると、図１０に示すように、まず、Ｓ１００では、車速センサから検出結果を取得し、Ｓ１０１では、その検出結果に従って、自車両が停止している（車速が０ｋｍ／ｈ、又は、自車の車速センサのセンシング分解能（例えば、２ｋｍ／ｈ）以下の車速、或いはその分解能近傍の車速である）か否かを判断する。
【００７０】
Ｓ１０１にて肯定判断（即ち、自車両は停車中であると判断）した場合は、Ｓ１１０に移行し、以下、第１実施形態の場合と同様にＳ１１０〜Ｓ２００の処理を実行する。
一方、Ｓ１０１にて否定判断（即ち、自車両は移動中であると判断）した場合は、Ｓ１０２に移行する。
【００７１】
Ｓ１０２では、基準信号生成部１４に対して中心周波数を指定する指令を出力する。なお、Ｓ１１０の場合とは異なり、本ステップが繰り返し実行されても、指定される周波数は常に一定となるようにされている。
【００７２】
Ｓ１０３では、ＦＭＣＷ波の１周期分のデータ（以下、スナップショットともいう）を収集し、続くＳ１０４では、信号処理部１０が予め指定された必要数（例えば、４つ）のデータ（スナップショット）を収集したか否かを判断する。
【００７３】
Ｓ１０４にて否定判断された場合は、Ｓ１０２に戻って、Ｓ１０２〜Ｓ１０３の処理を繰り返し、一方、Ｓ１０４にて肯定判断された場合は、必要な数のスナップショットが得られたものとして、Ｓ１４０に進む。
【００７４】
以下、第１実施形態の場合と同様にＳ１４０〜Ｓ２００の処理を実行する。
ここで図１１は、本処理を起動する毎に取得される必要数（４つ）のスナップショットＳＳ１からＳＳ４において実行される周波数変調の一例であり、（ａ）が自車両が停止中（Ｓ１０１：ＹＥＳ）の場合、（ｂ）が自車両が移動中（Ｓ１０１：ＮＯ）の場合である。
【００７５】
＜効果＞
本実施形態では、物標からの反射波間に強い相関関係が生じてしまう自車両停車中のみスナップショット毎にＦＭＣＷ波の周波数を異ならせる制御を行うようにされているため、制御負荷を軽減することができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、自車速によって周波数変調の仕方を切り替える技術を、第１実施形態として示した装置に適用した例を示したが、この技術を第２実施形態として示した装置に適用してもよい。
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。
【００７７】
例えば、上記第２実施形態では、単一周波数のＣＷ波を用いているが、図８（ａ）に示すように、複数周波数（図では２周波）のＣＷ波を用いてもよい。
この場合、同時に送信する周波数のうち高い方をｆai、低い方をｆbi（ｉはスナップショットＳＳ１〜ＳＳ４を識別するための識別子）として、ｆai，ｆbiのそれぞれについて平均相関行列ＨＲxx_a，ＨＲxx_bを算出して、距離や速度の算出に用いればよい。
【００７８】
また、ＦＭＣＷ波やＣＷ波を使用するレーダ装置の代わりに、パルス波を連続的に送信して、ゲート信号（送信信号を遅延させた信号）と受信信号との相関を求めることにより、パルス波を送信してから反射波を受信するまでの遅延時間を求める周知のパルスレーダ装置に適用してもよい。
【００７９】
この場合、距離を測定する１回の測定周期毎に、パルス波の周波数を変化させると共に、各測定周期では、相関値が最大となるタイミングの前後規定個の受信信号を用いて受信ベクトル、ひいては相関行列を生成するように構成すればよい。
【００８０】
また、第１実施形態において、各チャンネルでビート周波数を求める際に、ＦＦＴ処理により得られる周波数スペクトラムを用いる代わりに、チャンネル毎の相関行列から得られるＭＵＳＩＣスペクトラムを用いるように構成してもよい。
【００８１】
上記第１実施形態では、受信アンテナを複数のアンテナ素子で構成することで、複数の受信チャンネルを設けているが、送信アンテナを複数のアンテナ素子で構成することで、複数の送信チャンネルを設けたり、送信アンテナ，受信アンテナのいずれもを複数のアンテナ素子で構成することで、複数のチャンネルを設けたりしてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、相関行列に基づいてＭＵＳＩＣスペクトラムを生成する場合について説明したが、これに限らず、相関行列に基づいて角度スペクトラムを生成し、この角度スペクトラムを解析することで高分解能な方位検出を行う、いわゆるスーパーレゾリューション法であれば、いずれを用いてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
２，２ａ…車載レーダ装置 ４…送信器 ５…受信アンテナアレー ６…受信器 ８…ＡＤ変換部 １０…信号処理部 １２…高周波発振器 １４…基準信号生成部 １６…ＰＬＬ回路 １８…分配器 ＡＤ…ＡＤ変換器 ＡＭＰ…増幅器 ＡＲ…アンテナ素子 ＡＳ…送信アンテナ ＭＸ…ミキサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、探査波を反射した物標に関する情報を、受信信号から生成される相関行列を用いて検出する物標検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて、アレーアンテナに同時に到来する複数の電波の到来方向を推定する手法として、各アンテナ素子が受信した受信信号間の相関を表す相関行列に基づいて角度スペクトラムを生成し、この角度スペクトラムを解析することで高分解能な方位検出を行う、いわゆるスーパーレゾリューション法が知られている。
【０００３】
ところで、この種の手法では、各到来波が互いに無相関であることを前提としているため、相関の強い到来波が存在する場合には、方位の検出精度が低下する。
例えば、車載レーダ装置であれば、個々に検出すべき複数の物標（他車両や路側物等）とレーダ装置を搭載した自車両とがいずれも停止している場合には、各物標と自車両との相対的な位置関係が変化しないため、各物標からの到来波（反射波）は互いに強い相関関係を有した（つまり、同様な位相変化をする）ものとなる。
【０００４】
これに対して、アレーアンテナの一部を使用して互いに異なる複数のサブアレーを形成し、そのサブアレー毎に求めた相関行列を平均したもの（平均相関行列）を用いることで到来波間の相関を抑圧する空間平均法（例えば、非特許文献１参照）が知られている。
【０００５】
即ち、相関のある到来波の位相関係は、受信位置によって異なるため、受信位置を適当に移動させた相関行列の平均値を求めれば、その平均効果により、各到来波間の相関を抑圧できるのである。
【０００６】
また、到来波間の相関を十分に抑圧するためには、相関行列の生成に用いる受信ベクトル（ひいては個々の受信ベクトルから生成される個別の相関行列）の数（以下では「スナップショット」と称する）を多くすることが望ましい。
【０００７】
このため、定期的に測定を繰り返してリアルタイムで物標の検出を行う車載レーダ装置等では、測定毎に相関行列が生成されるため、過去に生成された相関行列を利用することでスナップショット数を確保する、いわゆる時間平均法（例えば、非特許文献１及び特許文献１参照）を用いることも行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−４０８０６号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】菊間信良著、「アダプティブアンテナ技術」第１版、オーム社、平成１５年１０月１０日発行、Ｐ１１４，Ｐ１４２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、空間平均法では、サブアレーを構成するアンテナ素子数によって、相関行列の次元、ひいては同時に検出可能な到来波の数が決まるため、装置全体としてのアンテナ素子数が一定であれば、検出可能な到来波の数が減少し、逆に、検出可能な到来波の数を確保しようとすると、アンテナ素子の数が増加し、ひいては装置のサイズが大型化してしまうという問題があった。
【００１１】
また、空間平均法を使用することなく時間平均法だけを使用した場合には、静止した複数の物標を検出する場合に、これら物標からの到来波間の相関を十分に抑圧することができず、検出性能が低下してしまう場合があるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記問題点を解決するために、アンテナ素子数を増加させることなく、静止した複数物標の検出性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するためになされた本発明の物標検出装置では、送受信手段が、探査波を送信すると共に該探査波の反射波を受信する送受信動作を繰り返し実行し、相関行列生成手段が、送受信動作毎に送受信手段から取得した受信信号に基づいて相関行列を生成し、予め設定された規定数の相関行列を時間平均した平均相関行列を生成する。そして、相関行列生成手段にて生成された平均相関行列を用いて前記探査波を反射した物標に関する情報である物標情報を求める。
【００１４】
但し、周波数制御手段は、平均相関行列を生成するために実行される規定数回分の送受信動作のうち、少なくとも１回は、探査波の周波数の設定が他とは異なるように送受信手段を動作させる。
【００１５】
即ち、相関のある反射波同士であっても、両者の位相関係は周波数によって異なったものとなるため、互いに周波数の設定が異なる探査波（ひいては反射波）に基づいて生成された複数の相関行列の平均値を求めれば、その平均効果により、各反射波間の相関が抑圧されることになる。なお、周波数の設定とは、探査波の周波数が一定である場合には、周波数そのもののことであり、探査波の周波数を一定の範囲で変化させる場合には、例えば、その中心周波数等のことである。
【００１６】
従って、本発明の物標検出装置によれば、アンテナ素子数を増やしたり、検出可能な物標数を減少させることなく、相対的な位置関係が変化しない複数の物標を検出する場合の検出性能を向上させることができる。
【００１７】
ところで、本発明の物標検出装置において、送受信手段が、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを使用し、各アンテナ素子に対応したチャンネル毎に探査波の送信又は反射波の受信を行う場合、相関行列生成手段が、各チャンネルにて同時に取得された受信信号を要素とする受信ベクトルに基づいて相関行列を生成することによって、物標が存在する方位（物標情報の一つ）についての検出精度を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の物標検出装置では、相関行列生成手段が、単一のアンテナ素子にて時系列的に取得された受信信号を要素とする受信ベクトルに基づいて前記相関行列を生成することにより、物標との相対速度（物標情報の一つ）についての検出精度を向上させることができる。
【００１９】
更に、本発明の物標検出装置において、探査波が、搬送波を断続してなるパルス波、搬送波をＦＭ変調してなるＦＭＣＷ波、無変調の搬送波であるＣＷ波のいずれかである場合、周波数制御手段は、搬送波の周波数を変化させるように構成すればよい。
【００２０】
また、本発明の物標検出装置において、送受信手段は、搬送波の周波数をＰＬＬ回路を用いて変化させるように構成されていることが望ましい。このようにＰＬＬ回路を用いることによって、周波数精度の高い搬送波を、簡易な構成で安価に生成することができる。
【００２１】
また、本発明の物標検出装置が、当該物標検出装置を搭載した移動体の挙動を表す情報を取得する情報取得手段を備えている場合、周波数制御手段は、情報取得手段による取得情報が移動体の停止を示している場合にのみ、探査波の周波数の設定を、規定数回分の送受信動作のうち少なくとも１回は異ならせることが望ましい。
【００２２】
即ち、各物標からの到来波（反射波）が互いに強い相関関係を有したものとなるという問題が生じるのは、移動体が停止している場合であるため、探査波の周波数を異ならせる制御を、その必要な場合だけ実行することにより、当該装置の負荷を軽減することができる。
【００２３】
更に、周波数制御手段は、情報取得手段による取得情報が移動体の移動を示している場合には、探査波の周波数の設定を、規定数回分の送受信動作間で不変とする制御を行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態の車載レーダ装置の全体構成を示すブロック図。
【図２】第１実施形態において信号処理部が実行する物標情報生成処理の内容を示すフローチャート。
【図３】第１実施形態において送信するレーダ波の周波数、及び受信信号に基づいて生成するＭＵＳＩＣスペクトラムの概略を示す説明図。
【図４】位置関係が変化しない二つの物体からの反射波が有する位相関係が、スナップショット毎に変化する様子を模式的に示した説明図。
【図５】第２実施形態の車載レーダ装置の全体構成を示すブロック図。
【図６】第２実施形態において信号処理部が実行する物標情報生成処理の内容を示すフローチャート。
【図７】第２実施形態において送信するレーダ波の周波数、及び受信信号に基づいて生成するＭＵＳＩＣスペクトラムの概略を示す説明図。
【図８】他の実施形態において送信するレーダ波の周波数、及び受信信号に基づいて生成するＭＵＳＩＣスペクトラムの概略を示す説明図。
【図９】従来装置において送信するレーダ波の周波数、及び受信信号に基づいて生成するＭＵＳＩＣスペクトラムの概略を示す説明図。
【図１０】第３実施形態において信号処理部が実行する物標情報生成処理の内容を示すフローチャート。
【図１１】第３実施形態において送信するレーダ波の周波数を、停車中の場合および移動中の場合について示した説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［第１実施形態］
＜全体構成＞
図１は、本発明が適用された車載レーダ装置の全体構成を表すブロック図である。
【００２６】
図１に示すように、本実施形態の車載レーダ装置２は、送信アンテナＡＳを介してミリ波帯のレーダ波を送信する送信器４と、送信器４から送出され先行車両や路側物等といった物標に反射したレーダ波（以下、反射波という）を、一列に等間隔で配置されたＮ個のアンテナ素子ＡＲ1〜ＡＲNからなる受信アンテナアレー５にて受信し、後述するＮ個のビート信号Ｂ1〜ＢNを生成する受信器６と、受信器６が生成するビート信号Ｂ1〜ＢNを、それぞれサンプリングしてデジタルデータ（以下、ビート信号データという）Ｄ1〜ＤNに変換するＮ個のＡＤ変換器ＡＤ1〜ＡＤNからなるＡＤ変換部８と、ＡＤ変換器ＡＤ1〜ＡＤNを介して取り込んだビート信号データＤ1〜ＤNに基づいて各種処理を実行する信号処理部１０とを備えている。
【００２７】
このうち送信器４は、ミリ波帯の高周波信号を発生させ制御信号に従って発振周波数を制御可能な高周波発振器１２と、信号処理部１０から指定された中間周波数帯（数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚ程度）の周波数を中心として、予め設定された周波数範囲で周波数が増減する周波数変調された基準信号を生成する基準信号生成部１４と、高周波発振器１２の出力を分周してなる分周信号の位相と基準信号生成部１４で生成された基準信号の位相とを比較し、両信号の位相が一致するように高周波発振器１２の発振周波数を変化させるための制御信号を発生させるＰＬＬ回路１６と、高周波発振器１２の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１８とを備えており、送信信号Ｓｓを送信アンテナＡＳへ供給し、ローカル信号Ｌを受信器６へ供給するように構成されている。
【００２８】
なお、基準信号生成部１４は、信号処理部１０によって４種類の中心周波数を指定できるように構成されており、各周波数を指定することによって高周波発振器１２から出力される周波数変調された高周波信号は、図３（ａ）に示すように、いずれも、電波法における下限周波数から上限周波数の範囲内に収まるように設定されている。
【００２９】
一方、受信器６は、アンテナ素子ＡＲｉ毎に、その受信信号Ｓriにローカル信号Ｌを混合し、これら信号の差の周波数成分であるビート信号Ｂｉを生成する高周波用ミキサＭＸｉと、ビート信号Ｂｉを増幅する増幅器ＡＭＰｉと備えている。なお、増幅器ＡＭＰｉは、ビート信号Ｂｉから不要な高周波成分を取り除くフィルタ機能も有している。
【００３０】
以下では、各アンテナ素子ＡＲｉに対応して受信信号Ｓriからビート信号データＤｉを生成するための構成ＭＸｉ，ＡＭＰｉ，ＡＤｉを、一括して受信チャネルＣＨｉと呼ぶ。
このように構成されたレーダ装置２では、基準信号生成部１４で生成された基準信号の周波数を逓倍した周波数を有し且つ周波数変調された連続波（ＦＭＣＷ）からなるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信され、その反射波が受信アンテナアレー５にて受信されると、各受信チャネルＣＨｉでは、アンテナ素子ＡＲｉからの受信信号Ｓriを、ミキサＭＸｉにて送信器４からのローカル信号Ｌと混合することにより、これら受信信号Ｓriとローカル信号Ｌとの差の周波数成分であるビート信号Ｂｉを生成し、このビート信号Ｂｉを増幅器ＡＭＰｉにて増幅すると共に不要な高周波成分を除去した後、ＡＤ変換器ＡＤｉにてサンプリングしてビート信号データＤｉに変換する。
【００３１】
＜信号処理部＞
次に、信号処理部１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭからなる周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、ＡＤ変換部８からデータを入力する入力ポートや高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）等を備えている。
【００３２】
そして、信号処理部１０では、収集したビート信号データＤｉに基づいて、レーダ波を反射した物標が存在する方位や、その物標との距離や相対速度を求める物標情報生成処理等を実行する。
【００３３】
ここで、信号処理部１０が実行する物標情報生成処理の詳細を、図２に示すフローチャートに沿って説明する。
なお、本処理は、予め設定された一定間隔毎に繰り返し起動される。
【００３４】
本処理が起動すると、Ｓ１１０では、基準信号生成部１４に対して中心周波数を指定する指令を出力する。但し、本ステップが実行される毎に、指定される周波数が順番に変化するようにされている。
【００３５】
Ｓ１２０では、ＦＭＣＷ波の１周期分のデータ（以下、スナップショットともいう）を収集し、Ｓ１３０では、信号処理部１０が指定可能な全ての周波数（ここでは４種類）についてデータを収集したか否かを判断する。
【００３６】
Ｓ１３０にて、否定判断された場合は、Ｓ１１０に戻って、データを収集していない周波数についてデータの収集を行い、肯定判断された場合は、必要な数のスナップショットが得られたものとして、Ｓ１４０に進む。
【００３７】
Ｓ１４０では、全受信チャネルＣＨ1〜ＣＨNについて、送信信号Ｓｓの周波数が漸増する上り変調区間、及び周波数が漸減する下り変調区間の変調区間毎、且つスナップショット毎に、ＦＦＴ処理を実行する。
【００３８】
Ｓ１５０では、そのＦＦＴ処理の結果として得られる周波数スペクトラムに基づき、その周波数スペクトラム上でピークとなる周波数を対象周波数ｋとして、スナップショットＳＳｉ（ｉ＝１〜４）毎に、全受信チャンネルＣＨ1〜ＣＨNから対象周波数ｋのデータｘ1(ｋ)〜ｘN(ｋ)を抽出して配列してなる受信ベクトルＸｉ(ｋ)（（１）式参照）を生成する。更に、そのスナップショットＳＳｉ毎かつ対象周波数ｋ毎に生成された受信ベクトルＸｉ(ｋ)のそれぞれについて、（２）式に従って、個別相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を算出する。
【００３９】
【数１】
【００４０】
Ｓ１６０では、Ｓ１５０にて算出された個別相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を、対象周波数ｋ毎に平均（時間平均）した平均相関行列ＨＲxx(ｋ)を算出する（（３）式参照）。
Ｓ１７０では、その求めた平均相関行列ＨＲxx(ｋ)の固有値分解を行い、予め設定されたノイズレベルの値より大きい固有値の数を到来波数Ｌとして求め、更に、求めた到来波数Ｌと雑音領域の固有値（（４）式参照）とに基づき、（５）式で定義された評価関数ＰMU(θ)を用いて角度スペクトラム（ＭＵＳＩＣスペクトラム）を求める。
【００４１】
【数２】
【００４２】
Ｓ１８０では、そのＭＵＳＩＣスペクトラムをヌルスキャンすることで、アンテナ素子ＡＲ1〜ＡＲNが受信した反射波の到来方向、即ち、検出すべき物標が存在する方位を求める。
【００４３】
【数３】
【００４４】
なお、Ｓ１７０〜Ｓ１８０の処理は、対象周波数ｋ毎に求めた平均相関行列ＨＲxx(ｋ)毎に行われ、対象周波数ｋ毎に、横軸が方位に対応したＭＵＳＩＣスペクトラム（図３（ｂ）参照）が得られる。また、平均相関行列ＨＲxx(ｋ)から評価関数ＰMU(θ)を得る手法は、例えば、非特許文献１などに記載されている通り周知であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
【００４５】
Ｓ１９０では、上り変調時と下り変調時とで同じ方位にあるピーク周波数同士を組み合わせるペアマッチを行い、Ｓ２００では、その組み合わされたピーク周波数から、ＦＭＣＷレーダにおける周知の手法を用いて物標との距離，相対速度を求め、これら距離，相対速度を、先のＳ１８０で求めた方位と共に物標情報として出力して、本処理を終了する。
【００４６】
＜効果＞
以上説明したように、車載レーダ装置２では、送受信動作を実行する毎に相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を生成すると共に、平均相関行列ＨＲxx(ｋ)を生成するのに必要な４回分の送受信動作では、いずれも使用する周波数範囲の一部が互いに異なるようにされている。
【００４７】
これにより、複数の反射波が互いに強い相関を有していたとしても、これら反射波の位相関係は、図４に示すように、送受信動作（スナップショットＳＳ１〜ＳＳ４）毎に互いに異なったものとなる。その結果、送受信動作毎に生成される相関行列Ｒxx_ssi(ｋ)を平均してなる平均相関行列ＨＲxx(ｋ)は、その平均効果により、各反射波間の相関が十分に抑圧されたものとなる。
【００４８】
従って、車載レーダ装置２によれば、アンテナ素子数を増やしたり、検出可能な物標数を減少させたりすることなく、相対的な位置関係が変化しない（即ち、反射波が強い相関関係を有する）複数の物標を検出する場合の検出性能を向上させることができる。
【００４９】
なお、図９（ａ）は、位置関係が変化せず且つ方位が接近した二つの物標が存在する場合に、レーダ波の中心周波数を変化させることなく、４回の送受信動作を実行する（図９（ａ）参照）ことによって得られた受信信号から、本実施形態の手法と同様に平均相関行列を求め、その結果から算出されたＭＵＳＩＣスペクトラムを示したものである。この場合、二つの物標からの反射波は強い相関を有したものとなるため、ＭＵＳＩＣスペクトラム上では、連続した一つのピークとして検出されるが、車載レーダ装置２では、図３（ｂ）に示すように、分離した二つのピークとして検出される。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。
【００５０】
＜全体構成＞
図５は、車載レーダ装置２ａの全体構成を表すブロック図である。
なお、車載レーダ装置２ａは、上述した車載レーダ装置２とは、受信系の構成、及び信号処理部１０での処理内容が異なるだけであるため、この異なる部分を中心に説明する。
【００５１】
図５に示すように、車載レーダ装置２ａでは、受信系の構成が、１個のアンテナ素子ＡＲ，１個のミキサＭＸ，１個の増幅器ＡＭＰ，１個のＡＤ変換器ＡＤで構成されている。
また、基準信号生成部１４は、信号処理部１０から指定された中間周波数帯の周波数を有する非変調の基準信号を生成するように構成されている。
【００５２】
このように構成されたレーダ装置２ａでは、基準信号生成部１４で生成された基準信号の周波数を逓倍した一定周波数を有する連続波（ＣＷ）からなるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信され、その反射波がアンテナ素子ＡＲにて受信されると、そのアンテナ素子ＡＲからの受信信号Ｓｒを、ミキサＭＸにて送信器４からのローカル信号Ｌと混合することにより、これら受信信号Ｓｒとローカル信号Ｌとの差の周波数成分であるビート信号Ｂを生成し、このビート信号Ｂを増幅器ＡＭＰにて増幅すると共に不要な高周波成分を除去した後、ＡＤ変換器ＡＤにてサンプリングしてビート信号データＤに変換する。
【００５３】
＜物標情報生成処理＞
次に、信号処理部１０が実行する物標情報生成処理の詳細を、図６に示すフローチャートに沿って説明する。
【００５４】
なお、本処理は、予め設定された一定間隔毎に繰り返し起動される。
本処理が起動すると、Ｓ２１０では、基準信号生成部１４に対して周波数を指定する指令を出力する。但し、本ステップが実行される毎に、指定される周波数が順番に変化するようにされている。
【００５５】
Ｓ２２０では、指定された周波数のＣＷ波について予め設定された規定個（Ｎ個）のデータ（以下、スナップショットともいう）を収集し、Ｓ２３０では、信号処理部１０が指定可能な全ての周波数（ここでは４種類）についてデータを収集したか否かを判断する。
【００５６】
Ｓ２３０にて、否定判断された場合は、Ｓ２１０に戻って、データを収集していない周波数についてデータの収集を行い、肯定判断された場合は、必要な数のスナップショットが得られたものとして、Ｓ２４０に進む。
【００５７】
Ｓ２４０では、スナップショットＳＳｉ（ｉ＝１〜４）毎に、収集した規定個のデータｘ1〜ｘNを配列してなる受信ベクトルＸｉ（（６）式参照）を生成し、そのスナップショットＳＳｉ毎に生成された受信ベクトルＸｉのそれぞれについて、（７）式に従って、個別相関行列Ｒxx_ssiを算出する。
【００５８】
【数４】
【００５９】
Ｓ２５０では、Ｓ２４０にて算出された全ての個別相関行列Ｒxx_ss1〜Ｒxx_ss4を平均（時間平均）した平均相関行列ＨＲxxを算出する（（８）式参照）。
【００６０】
【数５】
【００６１】
Ｓ２６０では、その求めた平均相関行列ＨＲxxを用いて、第１実施形態におけるＳ１７０と同様に、ＭＵＳＩＣスペクトラムを求める。これにより、図７（ｂ）に示すように、横軸がビート周波数に対応したＭＵＳＩＣスペクトラムが得られる。
【００６２】
Ｓ２７０では、そのＭＵＳＩＣスペクトラムをヌルスキャンすることで、アンテナ素子ＡＲ1〜ＡＲNが受信した反射波のビート周波数を抽出し、その抽出したビート周波数から、ＣＷレーダにおける周知の手法を用いて、レーダ波を反射したＬ個の物体について、その物体との相対速度をそれぞれ算出し、その算出した相対速度を物標情報として出力して、本処理を終了する。
【００６３】
＜効果＞
以上説明したように、車載レーダ装置２ａでは、第１実施形態の車載レーダ装置２と同様に、送受信動作を実行する毎に相関行列Ｒxx_ssiを生成すると共に、平均相関行列ＨＲxxを生成するのに必要な４回分の送受信動作では、いずれも使用する周波数範囲の一部が互いに異なるようにされている。
【００６４】
従って、車載レーダ装置２ａによれば、平均相関行列ＨＲxxは、各反射波間の相関が十分に抑圧されたものとなるため、アンテナ素子数を増やしたり、検出可能な物標数を減少させたりすることなく、相対的な位置関係が変化しない（即ち、反射波が強い相関関係を有する）複数の物標を検出する場合の検出性能を向上させることができる。
【００６５】
また、車載レーダ装置２ａでは、単一のアンテナ素子にて時系列的に取得された受信信号（ビート信号）を要素とする受信ベクトルＸｉに基づいて個別相関行列Ｒxx_ssiを生成し、その個別相関行列を時間平均してなる平均相関行列ＨＲxxを用いて生成したＭＵＳＩＣスペクトラムからビート周波数を抽出するようにされている。
【００６６】
従って、車載レーダ装置２ａによれば、受信信号（ビート信号）を直接ＦＦＴ処理してビート信号を抽出する場合と比較して、レーダ波を反射した物体からの反射波に基づくビート周波数を高分解能で検出することができ、接近した周波数を有するビート信号であっても、個別に分離して抽出することができる。
［第３実施形態］
次に第３実施形態について説明する。
【００６７】
本実施形態では、信号処理部１０が実行する物標情報生成処理の内容が、第１実施形態のものとは一部異なるだけであるため、この相違点を中心に説明する。
なお、信号処理部１０は、自車両の挙動を検出するセンサ（ここでは車速センサ）から検出結果を取得できるように構成されている（図示せず）。
【００６８】
＜物標情報生成処理＞
図１０は、信号処理部１０が実行する物標情報生成処理の内容を示すフローチャートである。
【００６９】
本処理が起動すると、図１０に示すように、まず、Ｓ１００では、車速センサから検出結果を取得し、Ｓ１０１では、その検出結果に従って、自車両が停止している（車速が０ｋｍ／ｈ、又は、自車の車速センサのセンシング分解能（例えば、２ｋｍ／ｈ）以下の車速、或いはその分解能近傍の車速である）か否かを判断する。
【００７０】
Ｓ１０１にて肯定判断（即ち、自車両は停車中であると判断）した場合は、Ｓ１１０に移行し、以下、第１実施形態の場合と同様にＳ１１０〜Ｓ２００の処理を実行する。
一方、Ｓ１０１にて否定判断（即ち、自車両は移動中であると判断）した場合は、Ｓ１０２に移行する。
【００７１】
Ｓ１０２では、基準信号生成部１４に対して中心周波数を指定する指令を出力する。なお、Ｓ１１０の場合とは異なり、本ステップが繰り返し実行されても、指定される周波数は常に一定となるようにされている。
【００７２】
Ｓ１０３では、ＦＭＣＷ波の１周期分のデータ（以下、スナップショットともいう）を収集し、続くＳ１０４では、信号処理部１０が予め指定された必要数（例えば、４つ）のデータ（スナップショット）を収集したか否かを判断する。
【００７３】
Ｓ１０４にて否定判断された場合は、Ｓ１０２に戻って、Ｓ１０２〜Ｓ１０３の処理を繰り返し、一方、Ｓ１０４にて肯定判断された場合は、必要な数のスナップショットが得られたものとして、Ｓ１４０に進む。
【００７４】
以下、第１実施形態の場合と同様にＳ１４０〜Ｓ２００の処理を実行する。
ここで図１１は、本処理を起動する毎に取得される必要数（４つ）のスナップショットＳＳ１からＳＳ４において実行される周波数変調の一例であり、（ａ）が自車両が停止中（Ｓ１０１：ＹＥＳ）の場合、（ｂ）が自車両が移動中（Ｓ１０１：ＮＯ）の場合である。
【００７５】
＜効果＞
本実施形態では、物標からの反射波間に強い相関関係が生じてしまう自車両停車中のみスナップショット毎にＦＭＣＷ波の周波数を異ならせる制御を行うようにされているため、制御負荷を軽減することができる。
【００７６】
なお、本実施形態では、自車速によって周波数変調の仕方を切り替える技術を、第１実施形態として示した装置に適用した例を示したが、この技術を第２実施形態として示した装置に適用してもよい。
［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるもの
ではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において様々な態様にて実施することが可能である。
【００７７】
例えば、上記第２実施形態では、単一周波数のＣＷ波を用いているが、図８（ａ）に示すように、複数周波数（図では２周波）のＣＷ波を用いてもよい。
この場合、同時に送信する周波数のうち高い方をｆai、低い方をｆbi（ｉはスナップショットＳＳ１〜ＳＳ４を識別するための識別子）として、ｆai，ｆbiのそれぞれについて平均相関行列ＨＲxx_a，ＨＲxx_bを算出して、距離や速度の算出に用いればよい。
【００７８】
また、ＦＭＣＷ波やＣＷ波を使用するレーダ装置の代わりに、パルス波を連続的に送信して、ゲート信号（送信信号を遅延させた信号）と受信信号との相関を求めることにより、パルス波を送信してから反射波を受信するまでの遅延時間を求める周知のパルスレーダ装置に適用してもよい。
【００７９】
この場合、距離を測定する１回の測定周期毎に、パルス波の周波数を変化させると共に、各測定周期では、相関値が最大となるタイミングの前後規定個の受信信号を用いて受信ベクトル、ひいては相関行列を生成するように構成すればよい。
【００８０】
また、第１実施形態において、各チャンネルでビート周波数を求める際に、ＦＦＴ処理により得られる周波数スペクトラムを用いる代わりに、チャンネル毎の相関行列から得られるＭＵＳＩＣスペクトラムを用いるように構成してもよい。
【００８１】
上記第１実施形態では、受信アンテナを複数のアンテナ素子で構成することで、複数の受信チャンネルを設けているが、送信アンテナを複数のアンテナ素子で構成することで、複数の送信チャンネルを設けたり、送信アンテナ，受信アンテナのいずれもを複数のアンテナ素子で構成することで、複数のチャンネルを設けたりしてもよい。
【００８２】
また、上記実施形態では、相関行列に基づいてＭＵＳＩＣスペクトラムを生成する場合について説明したが、これに限らず、相関行列に基づいて角度スペクトラムを生成し、この角度スペクトラムを解析することで高分解能な方位検出を行う、いわゆるスーパーレゾリューション法であれば、いずれを用いてもよい。
【符号の説明】
【００８３】
２，２ａ…車載レーダ装置 ４…送信器 ５…受信アンテナアレー ６…受信器 ８…ＡＤ変換部 １０…信号処理部 １２…高周波発振器 １４…基準信号生成部 １６…ＰＬＬ回路 １８…分配器 ＡＤ…ＡＤ変換器 ＡＭＰ…増幅器 ＡＲ…アンテナ素子 ＡＳ…送信アンテナ ＭＸ…ミキサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
探査波を送信すると共に該探査波の反射波を受信する送受信動作を繰り返し実行する送受信手段と、
前記送受信動作毎に前記送受信手段から取得した受信信号に基づいて相関行列を生成し、予め設定された規定数の前記相関行列を時間平均した平均相関行列を生成する相関行列生成手段と、
を備え、前記相関行列生成手段にて生成された平均相関行列を用いて前記探査波を反射した物標に関する情報である物標情報を求める物標検出装置において、
前記平均相関行列を生成するために実行される前記規定数回分の送受信動作のうち、少なくとも１回は、前記探査波の周波数の設定が他とは異なるように前記送受信手段を動作させる周波数制御手段を設けたことを特徴とする物標検出装置。
【請求項２】
前記送受信手段は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを使用し、各アンテナ素子に対応したチャンネル毎に前記探査波の送信又は前記反射波の受信を行い、
前記相関行列生成手段は、前記各チャンネルにて同時に取得された受信信号を要素とする受信ベクトルに基づいて前記相関行列を生成し、
前記物標情報として前記物標が存在する方位を求めることを特徴とする請求項１に記載の物標検出装置。
【請求項３】
前記相関行列生成手段は、単一のアンテナ素子にて時系列的に取得された受信信号を要素とする受信ベクトルに基づいて前記相関行列を生成し、
前記物標情報として前記物標との距離及び相対速度のうち少なくとも一つを求めることを特徴とする請求項１に記載の物標検出装置。
【請求項４】
前記探査波は、搬送波を断続してなるパルス波、搬送波をＦＭ変調してなるＦＭＣＷ波、無変調の搬送波であるＣＷ波のいずれかであり、
前記周波数制御手段は、前記搬送波の周波数を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の物標検出装置。
【請求項５】
前記送受信手段は、搬送波の周波数をＰＬＬ回路を用いて変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の物標検出装置。
【請求項６】
当該物標検出装置を搭載した移動体の挙動を表す情報を取得する情報取得手段を備え、
前記周波数制御手段は、前記取得情報が前記移動体の停止を示している場合にのみ、前記探査波の周波数の設定を、前記規定数回分の送受信動作のうち少なくとも１回は異ならせることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の物標検出装置。
【請求項７】
当該物標検出装置を搭載した移動体の挙動を表す情報を取得する情報取得手段を備え、
前記周波数制御手段は、前記情報取得手段による取得情報が前記移動体の移動を示している場合に、前記探査波の周波数の設定を、前記規定数回分の送受信動作間で不変とし、前記取得情報が前記移動体の停止を示している場合にのみ、前記探査波の周波数の設定を、前記規定数回分の送受信動作のうち少なくとも１回は異ならせることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の物標検出装置。
【請求項１】
探査波を送信すると共に該探査波の反射波を受信する送受信動作を繰り返し実行する送受信手段と、
前記送受信動作毎に前記送受信手段から取得した受信信号に基づいて相関行列を生成し、予め設定された規定数の前記相関行列を時間平均した平均相関行列を生成する相関行列生成手段と、
を備え、前記相関行列生成手段にて生成された平均相関行列を用いて前記探査波を反射した物標に関する情報である物標情報を求める物標検出装置において、
前記平均相関行列を生成するために実行される前記規定数回分の送受信動作のうち、少なくとも１回は、前記探査波の周波数の設定が他とは異なるように前記送受信手段を動作させる周波数制御手段を設けたことを特徴とする物標検出装置。
【請求項２】
前記送受信手段は、複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを使用し、各アンテナ素子に対応したチャンネル毎に前記探査波の送信又は前記反射波の受信を行い、
前記相関行列生成手段は、前記各チャンネルにて同時に取得された受信信号を要素とする受信ベクトルに基づいて前記相関行列を生成し、
前記物標情報として前記物標が存在する方位を求めることを特徴とする請求項１に記載の物標検出装置。
【請求項３】
前記相関行列生成手段は、単一のアンテナ素子にて時系列的に取得された受信信号を要素とする受信ベクトルに基づいて前記相関行列を生成し、
前記物標情報として前記物標との距離及び相対速度のうち少なくとも一つを求めることを特徴とする請求項１に記載の物標検出装置。
【請求項４】
前記探査波は、搬送波を断続してなるパルス波、搬送波をＦＭ変調してなるＦＭＣＷ波、無変調の搬送波であるＣＷ波のいずれかであり、
前記周波数制御手段は、前記搬送波の周波数を変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の物標検出装置。
【請求項５】
前記送受信手段は、搬送波の周波数をＰＬＬ回路を用いて変化させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の物標検出装置。
【請求項６】
当該物標検出装置を搭載した移動体の挙動を表す情報を取得する情報取得手段を備え、
前記周波数制御手段は、前記取得情報が前記移動体の停止を示している場合にのみ、前記探査波の周波数の設定を、前記規定数回分の送受信動作のうち少なくとも１回は異ならせることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の物標検出装置。
【請求項７】
当該物標検出装置を搭載した移動体の挙動を表す情報を取得する情報取得手段を備え、
前記周波数制御手段は、前記情報取得手段による取得情報が前記移動体の移動を示している場合に、前記探査波の周波数の設定を、前記規定数回分の送受信動作間で不変とし、前記取得情報が前記移動体の停止を示している場合にのみ、前記探査波の周波数の設定を、前記規定数回分の送受信動作のうち少なくとも１回は異ならせることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の物標検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図４】
【図２】
【図３】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−２５９２８（Ｐ２０１０−２５９２８Ａ）
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４３４３７（Ｐ２００９−１４３４３７）
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月４日（２０１０．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１６日（２００９．６．１６）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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