電子走査型ミリ波レーダ装置およびコンピュータプログラム
【課題】到来波に不要な成分を含む場合においても、この不要成分を効果的に除去する電子走査型ミリ波レーダ装置を提供する。
【解決手段】デジタル化されたビート信号をフーリエ変換し、これに基づいて所定のピッチ角度でビーム信号を生成する。次に、生成されたビーム信号から対象物の方位、距離を検出する。一方、フーリエ変換された各ビート信号から不要な信号成分を除去し、この信号を逆フーリエ変換する。そして、逆フーリエ変換された各ビート信号から対象物の方位および距離に基づいて、ビート信号に対し分離処理を行う。
【解決手段】デジタル化されたビート信号をフーリエ変換し、これに基づいて所定のピッチ角度でビーム信号を生成する。次に、生成されたビーム信号から対象物の方位、距離を検出する。一方、フーリエ変換された各ビート信号から不要な信号成分を除去し、この信号を逆フーリエ変換する。そして、逆フーリエ変換された各ビート信号から対象物の方位および距離に基づいて、ビート信号に対し分離処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子走査型ミリ波レーダ装置およびこれに用いるコンピュータプログラムに関し、特に、目標となる対象物以外からの到来波を効果的に除去する電子走査型ミリ波レーダ装置およびコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車載用の電子走査型ミリ波レーダ装置には、そのビームの走査方式として、１本のビームを機械的に横方向に走査する機械式と、複数のビームを電子的に横方向に走査する電気式（例えば、特許文献１参照。）とが知られている。しかし、いずれの方式においても、対象物以外の障害物からの到来波成分の影響を除去するためには、送信アンテナから送信するビーム幅を狭くすることが必要であった。
【０００３】
例えば、図１６は、後方の車両に搭載された電子走査型ミリ波レーダ装置の送信アンテナから送信波を前方の２台の車両に送信し、前方の車両からの到来波を３チャンネルの受信アンテナで受信する場合を示している。このとき、送信波のビーム幅が広い場合に、例えば、前方の車両の側方側に障害物が存在すると、図９（ｂ）のように、右側のビームの一部がこの障害物に到達するために、受信アンテナにより受信する到来波（受信波）に対象物（図９の場合は車両）からの電波以外に不要な成分を含むことになるという問題がある。
【０００４】
このため、上記の問題を解決するためには、図９（ａ）に示すように、送信波のビーム幅を狭くして、側方側の障害物にビームを到達させないようにする必要がある。しかし、これを実現するためには、これに伴って、送信アンテナおよび受信アンテナの面積を大きくする必要があった（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−８８８６９号公報
【非特許文献１】アンテナ工学ハンドブック、社団法人電子通信学会編、平成３年９月３０日発行、Ｐ１８８〜Ｐ１９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、到来波（受信波）に不要な成分を含ませないようにするためには、送信アンテナおよび受信アンテナの面積を大きくし、ビーム幅を狭くすることが有効ではあるが、送信アンテナおよび受信アンテナの面積を大きくすると、一方で、装置全体の小型化あるいはコストダウンが困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、到来波に不要な成分を含む場合においても、この不要成分を効果的に除去する電子走査型ミリ波レーダ装置およびコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、対象物からの到来波を受信する複数の受信アンテナと、送信波を生成する送信波生成手段と、 送信波を送信する送信アンテナと、前記各受信アンテナにおいて受信された受信波と該送信波とを混合し、ビート信号を生成するミキサと、該ビート信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、該デジタル化されたビート信号を各受信アンテナに対応づけて格納する記憶手段と、該格納されたビート信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、該フーリエ変換された信号に基づいて、所定のピッチ角度でビーム信号を生成するデジタルビームフォーミング手段と、該生成されたビーム信号から前記対象物の方位を検出する方位検出手段と、該生成されたビーム信号から前記対象物までの距離を検出する距離検出手段と、前記フーリエ変換手段によりフーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から不要な信号成分を除去する除去手段と、該不要成分が除去された各受信アンテナに対応するビーム信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、該逆フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から前記検出された対象物の方位および距離に基づいて、該ビート信号に対し分離処理を行う信号分離処理手段と、を備えた電子走査型ミリ波レーダ装置において、前記信号分離処理手段は、受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かの判別結果に基づいて分離処理を行うか否かの判断を行い、前記除去手段は、前記信号分離処理手段が分離処理を行うと判断した場合に除去処理を実行することを特徴とする電子走査型ミリ波レーダ装置を提案している。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載された電子走査型ミリ波レーダ装置について、前記対象物が車両であり、前記除去手段が、該車両の走行状況に対応して、除去する信号の範囲を設定することを特徴とする電子走査型ミリ波レーダ装置を提案している。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載された電子走査型ミリ波レーダ装置について、前記除去手段は、各受信アンテナに対応するチャンネルの受信レベルが所定の閾値以下のチャンネルの到来波成分を除去することを特徴とする電子走査型ミリ波レーダ装置を提案している。
【００１０】
請求項４に係る発明は、子走査型ミリ波レーダ装置に用いられるコンピュータプログラムであって、各受信アンテナにおいて受信された受信波と送信波とを混合してビート信号を生成し、該ビート信号をデジタル信号に変換して、各受信アンテナに対応づけて格納する第１のステップと、該格納されたビート信号をフーリエ変換する第２のステップと、該フーリエ変換された信号に基づいて、所定のピッチ角度でビーム信号を生成する第３のステップと、該生成されたビーム信号から対象物の方位を検出する第４のステップと、該生成されたビーム信号から対象物までの距離を検出する第５のステップと、受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かの判別結果に基づいて分離処理を行うか否かの判断を行う第６のステップと、前記第６のステップで分離処理を行うと判断された場合に前記フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から不要な信号成分を除去する第７のステップと、該不要成分が除去された各受信アンテナに対応するビーム信号を逆フーリエ変換する第８のステップと、前記検出された対象物の方位および距離に基づいて、該逆フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号に対し分離処理を行う第９のステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムを提案している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、到来波に不要な成分を含む場合においても、この不要成分を効果的に除去することができるという効果がある。
また、到来波に対する不要成分の混入を防止するために、送信アンテナから送信されるビーム幅を狭くする必要がないため、装置全体を小型化し、コストダウンを図ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置について図１から図１７を参照して詳細に説明する。
【００１３】
本実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置は、図１に示すように、受信アンテナ１ａ〜１ｉと、ミキサ２ａ〜２ｉと、送信アンテナ３と、分配器４と、フィルタ５ａ〜５ｉと、ＳＷ６と、Ａ／Ｄコンバータ７と、制御部８と、三角波生成部９と、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）（送信波生成手段）１０と、信号処理部２０とから構成され、信号処理部２０は、メモリ（記憶手段）２１と、フーリエ変換処理部（フーリエ変換手段）２２と、ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）処理部（デジタルビームフォーミング手段）２３と、距離検出部（距離検出手段）２４と、速度検出部２５と、方位検出部（方位検出手段）２６と、不要成分除去部（除去手段）２７と、逆フーリエ変換処理部（逆フーリエ変換手段）２８と、分離処理部（信号分離処理手段）２９とから構成されている。
【００１４】
受信アンテナ１ａ〜１ｉは、対象物から到来する受信波を受信するアンテナであり、本実施形態においては、９個の受信アンテナで構成されている。ミキサ２ａ〜２ｉは、送信アンテナ３から送信される送信波と各受信アンテナ１ａ〜１ｉにおいて受信され増幅器により増幅された信号とを混合してビート信号を生成する。
【００１５】
送信アンテナ３は、三角波生成部９において生成された信号をＶＣＯ１０において周波
変調した送信信号を対象物に対して送信する。分配器４は、ＶＣＯ１０からの周波数変調信号をミキサ２ａ〜２ｉおよび送信アンテナ３に分配する。フィルタ５ａ〜５ｉは、ミキサ２ａ〜２ｉにおいて生成された各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルのビート信号に対して帯域制限を行う。
【００１６】
ＳＷ６は、フィルタ５ａ〜５ｉを通過した各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルの信号を順次切り替えて、Ａ／Ｄコンバータ７に供給する。Ａ／Ｄコンバータ７は、ＳＷ６を介して入力される各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとのビート信号をデジタル信号に変換する。制御部８は、図示しないＲＯＭ等に格納された制御プログラムに基づいて装置全体の制御を行う。
【００１７】
次に、信号処理部２０内のメモリ２１は、Ａ／Ｄコンバータ７においてデジタル変換されたデジタル信号を各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとに格納する。フーリエ変換処理部２２は、メモリ２１に格納された各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとの信号に対して、フーリエ変換処理を行う。ＤＢＦ処理部２３は、フーリエ変換処理部２２においてフーリエ変換された各信号に対してデジタルビームフォーミング処理（ＤＢＦ）を施すことにより、予め定められた角度ピッチを有するビームを生成する。
【００１８】
距離検出部２４は、デジタルビームフォーミング処理（ＤＢＦ）された信号から対象物までの距離を検出する。速度検出部２５は、デジタルビームフォーミング処理（ＤＢＦ）された信号から対象物の速度を検出する。方位検出部２６は、デジタルビームフォーミング処理（ＤＢＦ）された信号から対象物に対する方位を検出する。
【００１９】
不要成分除去部２７は、対象物である車両が走行している道路状況を検出して、道路の車線領域以外からの到来波成分を除去する。あるいは、各受信アンテナに対応するチャンネルの受信レベルに対し、所定の閾値を設定し、閾値以下のチャンネルの到来波成分を除去する。
【００２０】
逆フーリエ変換処理部２８は、不要成分除去部２７において不要成分を除去した信号を分離処理部２９で処理可能な信号に変換するために、逆フーリエ変換処理を行う。分離処理部２９は、逆フーリエ変換処理部２８において逆フーリエ変換された各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応するビート信号に対し分離処理を行う。本実施形態においては、分離処理に最大エントロピー法が用いられている。
【００２１】
次に、図２を用いて、本実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置の処理について説明する。
制御部８からの制御信号によって三角波生成部９が三角波を生成し、これをＶＣＯ１０に出力すると、ＶＣＯ１０が、この三角波信号を周波数変調し、送信信号を発生する。この送信信号は、分配器４を介してミキサ２ａ〜２ｉあるいは送信アンテナ３に供給され、送信アンテナ３は、この送信信号を前方に向けて電波として送信する。
【００２２】
この送信波が対向車等の対象物により反射されて受信アンテナ１ａ〜１ｉにて受信信号として受信されると、ミキサ２ａ〜２ｉがこの受信信号とＶＣＯ１０からの送信信号とを混合してドップラ周波数成分を含むビート信号を発生する。発生したビート信号は、各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとにフィルタ５ａ〜５ｉを通過して帯域制限された後、ＳＷ６に入力される。ＳＷ６は、所定のタイミングでスイッチを順次切り替えてフィルタ５ａ〜５ｉを通過した各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応する信号をＡ／Ｄコンバータ７に入力する。
【００２３】
Ａ／Ｄコンバータ７に入力された信号はデジタル信号に変換され、変換されたデジタル信号は、各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとに並べ替えられ、メモリ２１の所定のエリアに格納される（ステップ１０１）。次に、メモリ２１に格納されたデジタル信号は順次読み出され、フーリエ変換処理部２２においてフーリエ変換の処理が行われる（ステップ１０２）。なお、このとき、フーリエ変換処理部２２においては、メモリ２１に格納されたデータのうち、実数部のみを入力する実フーリエ変換が実行される。
【００２４】
続いて、フーリエ変換処理部２２において、実フーリエ変換されたデータは、ＤＢＦ処理部２３に出力され、ここでデジタルビームフォーミング処理が実行される（ステップ１０３）。デジタルビームフォーミング処理は、フーリエ変換された各受信アンテナの受信信号を所定の周波数ポイントごとに空間軸方向において、さらにフーリエ変換することにより、任意のピッチを有するビームを形成するものである。
【００２５】
距離検出部２４および速度検出部２５は、ＤＢＦ処理部２３においてデジタルビームフォーミング処理が実行されたビート信号の上昇部側及び下降部側の各ビート周波数を選択し、これら各ビート周波数を利用して所定の演算式により距離及び相対速度を算出する（ステップ１０４）。また、方位検出部２６は、ＤＢＦ処理部２３においてデジタルビームフォーミング処理が実行されて生成された予め定められた角度ピッチを有するビーム信号に基づいて、対象物に対する方位を検出する（ステップ１０５）。
【００２６】
次に、分離処理部２９は、距離検出部２４において検出された対象物までの距離、速度検出部２５において検出された対象物の速度、方位検出部２６において検出された対象物に対する方位に基づいて、受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かを判別し、分離処理を行うか否かの判断を行う（ステップ１０６）。分離処理部２９が分離処理を行うと判断した場合、不要成分除去部２７が制御対象エリア外からの到来波成分を除去する処理を実行する（ステップ１０７）。
【００２７】
そして、不要成分を除去した信号は、逆フーリエ変換処理部２８に出力され、分離処理部２９で処理可能な信号に変換するために、逆フーリエ変換処理が行なわれる（ステップ１０８）。逆フーリエ変換処理部２８において、逆フーリエ変換処理された信号は、分離処理部２９に出力され、最大エントロピー法による分離処理が実行され、複数の対象物の方位が出力される（ステップ１０９）。
【００２８】
なお、本実施形態においては、分離処理部２９における分離処理には、最大エントロピー法が用いられている。最大エントロピー法とは、有限な測定波形から、それだけでは測定不可能な大きなラグをもつ自己相関関数を情報エントロピーが最大になるように推定することによって高分解能のスペクトルを推定するものである。
【００２９】
この概略について、図３を用いて説明する。例えば、ビート信号を自己回帰モデルで表すことを考える。ここで、ビート信号波形を数１と仮定するとすれば、このｃｏｓ波は、オイラーの公式により、２つの減衰信号波形の和として表すことができるため、数２のようになる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
【数２】
【００３２】
数２は、横軸をｔとすると図３に示すように表される。ここで、自己回帰モデルとは、現在の値（図３では、Ｘ（n））をそれよりも前の時刻の値（図３では、Ｘ（n−１）、Ｘ（n−２））で表現するモデルである。したがって、これを、単一ｃｏｓ信号波形の自己回帰モデルに適用すると、数３のようになる。なお、数３において、ａ１、ａ２は、自己回帰係数である。
【００３３】
【数３】
【００３４】
ここで、波源をｍ個とした場合、単一のｃｏｓ波は、数３に示すように、２次の自己回帰モデルになることから、ｍ個のｃｏｓ波成分の和は、２ｍ次の自己回帰モデルで表すことができる。
【００３５】
したがって、ビート信号が２個の波源である場合には、各受信アンテナにおける信号ベクトルＲｘｉ（ｉ＝０〜８）は、数４のように、４×４行列の行列式で表される。そして、この行列式に対して、最小二乗法やＢｕｒｇ法を用いて数５のように、自己回帰係数ａｉを求めることにより、各受信アンテナにおける信号ベクトルＲｘｉ（ｉ＝０〜８）の減衰定数および振動周波数を推定することができる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
【数５】
【００３８】
すなわち、最大エントロピー法を用いることにより、ＦＦＴでは分離できない周波数成分のピークを明瞭に分離することができる。よって、本実施形態において、例えば、図１６（ｂ）のように、各チャンネルにレベル差が発生しない場合においても、対象物を明確に分離することができる。
【００３９】
また、分離処理部２９においては、フーリエ変換処理部２２において生成された各受信アンテナ１ａ〜１ｉごとの複素数データのうち、実数部あるいは虚数部のみを用いて、最大エントロピー法による処理を行っている。具体的に、複素数データの実数部のみを使用して演算を行う例について図４から図６を用いて説明する。
【００４０】
複素数データの実数部のみを使用して演算を行うのは、演算処理を簡素化して処理時間を短縮するためであるが、複素数データの実数部のみを使用して演算を行うと、図４に示すように、各受信アンテナにおける信号ベクトル（図中、ＣＨ０からＣＨ４）が実数軸上に集まってしまうために、最大エントロピー法による処理結果を用いた方位判別ができなくなってしまう。
【００４１】
そこで、隣接する受信アンテナにおける信号ベクトルに対して、順次、９０ｄｅｇずつ位相をずらす処理、すなわち、図５に示すように、ＣＨ０に対してＣＨ１の位相を９０ｄｅｇずらすことによりＣＨ１＊ｉとし、このＣＨ１＊ｉに対してＣＨ２の位相を９０ｄｅｇずらすことによりＣＨ２＊ｉ＊ｉとするような処理を順次行うことによって方位判別を可能としている。
【００４２】
なお、これにより、図６に示すように、方位の検知範囲が複素数演算を行う場合の−１８０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇに比べて、−９０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇと狭くなるが方位の判別については何ら支障はない。また、複素数データの虚数部のみを使用する演算も同様に行うことができる。
【００４３】
さらに、上記の方法とは別に、隣接する受信アンテナにおける信号ベクトルごとに、複素数データの実数部、虚数部を交互に使用しても同様の処理を行うことができる。この場合には、位相を９０ｄｅｇずらす処理が不要となるため、さらに、演算処理を簡素化して処理時間を短縮することができる。
【００４４】
次に、不要成分の除去について、以下、図９から図１７を用いた具体例を示して説明する。
＜第１の実施例＞
第１の実施例について、図９から図１２を用いて説明する。
第１の実施例１は、対象物である車両が走行している道路状況を検出し、車両が走行している道路が直線道路であるかカーブであるのかを判断して、対象物である車両以外からの到来波（受信波）成分を除去するものである。
【００４５】
なお、図９、図１０において、破線で表された部分が車線を示し、ミリ波レーダ装置は車線間の中央部に位置している。また、ミリ波レーダ装置から一方の車線までの距離をＷ、車線間の間隔を２Ｗとしており、四角で囲まれた部分以外からの到来波を除去する。また、図１０は、道路がカーブである場合を示しており、このときの曲率半径をＲとしている。
【００４６】
本実施例に係る電子走査型ミリ波レーダ装置は、図示しないヨーレートセンサからの出力であるヨー値と、スピードメータ等から求めた自車速度とから対象物である車両が走行している道路が直線道路であるのか、カーブであるのかを判別する。
【００４７】
対象物である車両が走行している道路がカーブである場合の処理方法を図１１および図１２を用いて説明する。なお、図１１において、車線上の任意の２地点をＡ地点、Ｂ地点とし、Ａ地点とＢ地点とを結ぶ線分とミリ波レーダ装置の正面方向に伸びる直線との交点からＡ地点、Ｂ地点までの距離をそれぞれＹＡ、ＹＢとする。また、ミリ波レーダ装置から該交点までの距離をＸとし、車線中央から右側の車線までの距離をＷＲ、車線中央から左側の車線までの距離をＷＬとする。
【００４８】
図１１から、道路が右カーブの場合、ＹＡ、ＹＢはそれぞれ以下のように表される。
ＹＡ＝Ｒ−ＳＱＲＴ（Ｒ−ＷＲ）＾２−Ｘ＾２ （１）
ＹＢ＝Ｒ−ＳＱＲＴ（Ｒ−ＷＬ）＾２−Ｘ＾２ （２）同様に、道路が左カーブの場合、ＹＡ、ＹＢはそれぞれ以下のように表される。
ＹＡ＝Ｒ＋ＳＱＲＴ（Ｒ−ＷＲ）＾２−Ｘ＾２ （３）
ＹＢ＝Ｒ＋ＳＱＲＴ（Ｒ−ＷＬ）＾２−Ｘ＾２ （４）
【００４９】
ここで、ミリ波レーダ装置の正面方向に伸びる直線と、ミリ波レーダ装置とＡ地点あるいはＢ地点とを結んだ線分とのなす角度をそれぞれθ（Ａ）、θ（Ｂ）とすると、これらは、Ｘ、ＹＡ、ＹＢを用いて、
θ（Ａ）＝ＡＴＡＮ（ＹＡ／Ｘ） （５）
θ（Ｂ）＝ＡＴＡＮ（ＹＢ／Ｘ） （６）と表される。
【００５０】
したがって、上記の式（１）から（６）を用いることにより、θ（Ａ）、θ（Ｂ）を算出することができる。一方で、ミリ波レーダ装置に用いられる受信アンテナには、予めそれぞれの指向方向が定められている。そのため、θ（Ａ）、θ（Ｂ）が求まれば、受信アンテナが持つそれぞれの指向方向から不要成分を除去するために、受信信号を削除すべき受信アンテナが図１２に示すように求められる。
【００５１】
＜第２の実施例＞
第２の実施例２について、図１３および図１４を用いて説明する。
本実施例における方法は、受信アンテナに対応する各チャンネルの受信レベルについて、所定の閾値を設定し、この閾値を超えるチャンネルの到来波（受信波）成分のみを使用し、この閾値を超えないレベルの低い他のチャンネルの到来波（受信波）成分を除去することにより、不要な成分を除去するものである。この方法は、対象物である車両から到来する到来波（受信波）のレベルに比べて、対象物以外から到来する到来波（受信波）のレベルが低いという性質を利用したものである。
【００５２】
図１３および図１４は、受信アンテナに対応するチャンネル数が１５の場合の各チャンネルにおける受信レベルを示している。このうち、図１３は直線道路の場合を示している。この場合、閾値を上回る信号は、対象物である車両が存在すると思われる中央部付近に集中しており、これ以外の信号が除去の対象となる。
【００５３】
図１４は、対象物である車両が走行している道路が右カーブである場合を示している。
この場合、走行している道路が右カーブであるであるために、閾値を上回る信号は、対象物である車両が存在すると思われる中央部やや右付近に集中しており、これ以外の信号が除去の対象となる。上記のような方法によれば、受信アンテナに対応する各チャンネルの受信レベルを所定の閾値により判別し、その結果に基づいて、到来波成分の除去を行うため、第１の実施例のように、道路状況を計算により求める必要がないことから、処理時間を短縮することができる。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、到来波に不要な成分を含む場合においても、これを的確に除去し、対象物の方位を正確に求めることができる。すなわち、図１６（ｂ）に示す場合に、本発明における不要成分の除去を行わないと、図１７（ｂ）に示すように、分離処理を実行しても、偽の方位を示す信号が現れてしまう。ところが、図１５（ａ）のように、本発明における不要成分の除去を実行すれば、図１５（ｂ）に示すように、不要な成分に基づく、偽の方位情報の発生を防止できる。よって、精度の高い方位検出が可能となる。
【００５５】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置の構成図である。
【図２】本実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置の処理フローである。
【図３】最大エントロピー法における自己回帰モデルの概念を示す図である。
【図４】各受信アンテナから得られる複素数データのうち、実数部のみを用いて処理を行った場合の各信号ベクトルを示す図である。
【図５】図４に対して、順次位相を９０ｄｅｇずつずらす処理を加えた場合の各信号ベクトルを示す図である。
【図６】複素数データを用いて処理を行った場合の検出範囲と、実数部のみを用いて処理を行った場合の検出範囲を示す図である。
【図７】従来の問題点を示す図である。
【図８】最大エントロピー法を用いた信号分離処理を行った場合の受信波スペクトラムを示した図である。
【図９】不要成分の除去に関する第１の実施例を説明するための図である。
【図１０】不要成分の除去に関する第１の実施例を説明するための図である。
【図１１】不要成分の除去に関する第１の実施例を説明するための図である。
【図１２】不要成分の除去に関する第１の実施例を説明するための図である。
【図１３】不要成分の除去に関する第２の実施例を説明するための図である。
【図１４】不要成分の除去に関する第２の実施例を説明するための図である。
【図１５】本実施形態の効果を示す図である。
【図１６】従来例に関する図である。
【図１７】従来例に関する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ａ〜１ｉ・・・受信アンテナ２ａ〜２ｉ・・・ミキサ３・・・送信アンテナ４・・・分配器５ａ〜５ｉ・・・フィルタ６・・・ＳＷ７・・・Ａ／Ｄコンバータ８・・・制御部９・・・三角波生成部１０・・・ＶＣＯ（送信波生成手段）２０・・・信号処理部２１・・・メモリ（記憶手段）２２・・・フーリエ変換処理部（フーリエ変換手段）２３・・・ＤＢＦ処理部（デジタルビームフォーミング手段）２４・・・距離検出部（距離検出手段）２５・・・速度検出部２６・・・方位検出部（方位検出手段）２７・・・不要成分除去部（除去手段）２８・・・逆フーリエ変換処理部（逆フーリエ変換手段）２９・・・分離処理部（信号分離処理手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子走査型ミリ波レーダ装置およびこれに用いるコンピュータプログラムに関し、特に、目標となる対象物以外からの到来波を効果的に除去する電子走査型ミリ波レーダ装置およびコンピュータプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車載用の電子走査型ミリ波レーダ装置には、そのビームの走査方式として、１本のビームを機械的に横方向に走査する機械式と、複数のビームを電子的に横方向に走査する電気式（例えば、特許文献１参照。）とが知られている。しかし、いずれの方式においても、対象物以外の障害物からの到来波成分の影響を除去するためには、送信アンテナから送信するビーム幅を狭くすることが必要であった。
【０００３】
例えば、図１６は、後方の車両に搭載された電子走査型ミリ波レーダ装置の送信アンテナから送信波を前方の２台の車両に送信し、前方の車両からの到来波を３チャンネルの受信アンテナで受信する場合を示している。このとき、送信波のビーム幅が広い場合に、例えば、前方の車両の側方側に障害物が存在すると、図９（ｂ）のように、右側のビームの一部がこの障害物に到達するために、受信アンテナにより受信する到来波（受信波）に対象物（図９の場合は車両）からの電波以外に不要な成分を含むことになるという問題がある。
【０００４】
このため、上記の問題を解決するためには、図９（ａ）に示すように、送信波のビーム幅を狭くして、側方側の障害物にビームを到達させないようにする必要がある。しかし、これを実現するためには、これに伴って、送信アンテナおよび受信アンテナの面積を大きくする必要があった（例えば、非特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−８８８６９号公報
【非特許文献１】アンテナ工学ハンドブック、社団法人電子通信学会編、平成３年９月３０日発行、Ｐ１８８〜Ｐ１９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、到来波（受信波）に不要な成分を含ませないようにするためには、送信アンテナおよび受信アンテナの面積を大きくし、ビーム幅を狭くすることが有効ではあるが、送信アンテナおよび受信アンテナの面積を大きくすると、一方で、装置全体の小型化あるいはコストダウンが困難であるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、到来波に不要な成分を含む場合においても、この不要成分を効果的に除去する電子走査型ミリ波レーダ装置およびコンピュータプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に係る発明は、対象物からの到来波を受信する複数の受信アンテナと、送信波を生成する送信波生成手段と、 送信波を送信する送信アンテナと、前記各受信アンテナにおいて受信された受信波と該送信波とを混合し、ビート信号を生成するミキサと、該ビート信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、該デジタル化されたビート信号を各受信アンテナに対応づけて格納する記憶手段と、該格納されたビート信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、該フーリエ変換された信号に基づいて、所定のピッチ角度でビーム信号を生成するデジタルビームフォーミング手段と、該生成されたビーム信号から前記対象物の方位を検出する方位検出手段と、該生成されたビーム信号から前記対象物までの距離を検出する距離検出手段と、前記フーリエ変換手段によりフーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から不要な信号成分を除去する除去手段と、該不要成分が除去された各受信アンテナに対応するビーム信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、該逆フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から前記検出された対象物の方位および距離に基づいて、該ビート信号に対し分離処理を行う信号分離処理手段と、を備えた電子走査型ミリ波レーダ装置において、前記信号分離処理手段は、受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かの判別結果に基づいて分離処理を行うか否かの判断を行い、前記除去手段は、前記信号分離処理手段が分離処理を行うと判断した場合に除去処理を実行することを特徴とする電子走査型ミリ波レーダ装置を提案している。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載された電子走査型ミリ波レーダ装置について、前記対象物が車両であり、前記除去手段が、該車両の走行状況に対応して、除去する信号の範囲を設定することを特徴とする電子走査型ミリ波レーダ装置を提案している。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載された電子走査型ミリ波レーダ装置について、前記除去手段は、各受信アンテナに対応するチャンネルの受信レベルが所定の閾値以下のチャンネルの到来波成分を除去することを特徴とする電子走査型ミリ波レーダ装置を提案している。
【００１０】
請求項４に係る発明は、子走査型ミリ波レーダ装置に用いられるコンピュータプログラムであって、各受信アンテナにおいて受信された受信波と送信波とを混合してビート信号を生成し、該ビート信号をデジタル信号に変換して、各受信アンテナに対応づけて格納する第１のステップと、該格納されたビート信号をフーリエ変換する第２のステップと、該フーリエ変換された信号に基づいて、所定のピッチ角度でビーム信号を生成する第３のステップと、該生成されたビーム信号から対象物の方位を検出する第４のステップと、該生成されたビーム信号から対象物までの距離を検出する第５のステップと、受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かの判別結果に基づいて分離処理を行うか否かの判断を行う第６のステップと、前記第６のステップで分離処理を行うと判断された場合に前記フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から不要な信号成分を除去する第７のステップと、該不要成分が除去された各受信アンテナに対応するビーム信号を逆フーリエ変換する第８のステップと、前記検出された対象物の方位および距離に基づいて、該逆フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号に対し分離処理を行う第９のステップと、をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムを提案している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、到来波に不要な成分を含む場合においても、この不要成分を効果的に除去することができるという効果がある。
また、到来波に対する不要成分の混入を防止するために、送信アンテナから送信されるビーム幅を狭くする必要がないため、装置全体を小型化し、コストダウンを図ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置について図１から図１７を参照して詳細に説明する。
【００１３】
本実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置は、図１に示すように、受信アンテナ１ａ〜１ｉと、ミキサ２ａ〜２ｉと、送信アンテナ３と、分配器４と、フィルタ５ａ〜５ｉと、ＳＷ６と、Ａ／Ｄコンバータ７と、制御部８と、三角波生成部９と、ＶＣＯ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）（送信波生成手段）１０と、信号処理部２０とから構成され、信号処理部２０は、メモリ（記憶手段）２１と、フーリエ変換処理部（フーリエ変換手段）２２と、ＤＢＦ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｂｅａｍ Ｆｏｒｍｉｎｇ）処理部（デジタルビームフォーミング手段）２３と、距離検出部（距離検出手段）２４と、速度検出部２５と、方位検出部（方位検出手段）２６と、不要成分除去部（除去手段）２７と、逆フーリエ変換処理部（逆フーリエ変換手段）２８と、分離処理部（信号分離処理手段）２９とから構成されている。
【００１４】
受信アンテナ１ａ〜１ｉは、対象物から到来する受信波を受信するアンテナであり、本実施形態においては、９個の受信アンテナで構成されている。ミキサ２ａ〜２ｉは、送信アンテナ３から送信される送信波と各受信アンテナ１ａ〜１ｉにおいて受信され増幅器により増幅された信号とを混合してビート信号を生成する。
【００１５】
送信アンテナ３は、三角波生成部９において生成された信号をＶＣＯ１０において周波
変調した送信信号を対象物に対して送信する。分配器４は、ＶＣＯ１０からの周波数変調信号をミキサ２ａ〜２ｉおよび送信アンテナ３に分配する。フィルタ５ａ〜５ｉは、ミキサ２ａ〜２ｉにおいて生成された各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルのビート信号に対して帯域制限を行う。
【００１６】
ＳＷ６は、フィルタ５ａ〜５ｉを通過した各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルの信号を順次切り替えて、Ａ／Ｄコンバータ７に供給する。Ａ／Ｄコンバータ７は、ＳＷ６を介して入力される各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとのビート信号をデジタル信号に変換する。制御部８は、図示しないＲＯＭ等に格納された制御プログラムに基づいて装置全体の制御を行う。
【００１７】
次に、信号処理部２０内のメモリ２１は、Ａ／Ｄコンバータ７においてデジタル変換されたデジタル信号を各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとに格納する。フーリエ変換処理部２２は、メモリ２１に格納された各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとの信号に対して、フーリエ変換処理を行う。ＤＢＦ処理部２３は、フーリエ変換処理部２２においてフーリエ変換された各信号に対してデジタルビームフォーミング処理（ＤＢＦ）を施すことにより、予め定められた角度ピッチを有するビームを生成する。
【００１８】
距離検出部２４は、デジタルビームフォーミング処理（ＤＢＦ）された信号から対象物までの距離を検出する。速度検出部２５は、デジタルビームフォーミング処理（ＤＢＦ）された信号から対象物の速度を検出する。方位検出部２６は、デジタルビームフォーミング処理（ＤＢＦ）された信号から対象物に対する方位を検出する。
【００１９】
不要成分除去部２７は、対象物である車両が走行している道路状況を検出して、道路の車線領域以外からの到来波成分を除去する。あるいは、各受信アンテナに対応するチャンネルの受信レベルに対し、所定の閾値を設定し、閾値以下のチャンネルの到来波成分を除去する。
【００２０】
逆フーリエ変換処理部２８は、不要成分除去部２７において不要成分を除去した信号を分離処理部２９で処理可能な信号に変換するために、逆フーリエ変換処理を行う。分離処理部２９は、逆フーリエ変換処理部２８において逆フーリエ変換された各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応するビート信号に対し分離処理を行う。本実施形態においては、分離処理に最大エントロピー法が用いられている。
【００２１】
次に、図２を用いて、本実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置の処理について説明する。
制御部８からの制御信号によって三角波生成部９が三角波を生成し、これをＶＣＯ１０に出力すると、ＶＣＯ１０が、この三角波信号を周波数変調し、送信信号を発生する。この送信信号は、分配器４を介してミキサ２ａ〜２ｉあるいは送信アンテナ３に供給され、送信アンテナ３は、この送信信号を前方に向けて電波として送信する。
【００２２】
この送信波が対向車等の対象物により反射されて受信アンテナ１ａ〜１ｉにて受信信号として受信されると、ミキサ２ａ〜２ｉがこの受信信号とＶＣＯ１０からの送信信号とを混合してドップラ周波数成分を含むビート信号を発生する。発生したビート信号は、各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとにフィルタ５ａ〜５ｉを通過して帯域制限された後、ＳＷ６に入力される。ＳＷ６は、所定のタイミングでスイッチを順次切り替えてフィルタ５ａ〜５ｉを通過した各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応する信号をＡ／Ｄコンバータ７に入力する。
【００２３】
Ａ／Ｄコンバータ７に入力された信号はデジタル信号に変換され、変換されたデジタル信号は、各受信アンテナ１ａ〜１ｉに対応したチャンネルごとに並べ替えられ、メモリ２１の所定のエリアに格納される（ステップ１０１）。次に、メモリ２１に格納されたデジタル信号は順次読み出され、フーリエ変換処理部２２においてフーリエ変換の処理が行われる（ステップ１０２）。なお、このとき、フーリエ変換処理部２２においては、メモリ２１に格納されたデータのうち、実数部のみを入力する実フーリエ変換が実行される。
【００２４】
続いて、フーリエ変換処理部２２において、実フーリエ変換されたデータは、ＤＢＦ処理部２３に出力され、ここでデジタルビームフォーミング処理が実行される（ステップ１０３）。デジタルビームフォーミング処理は、フーリエ変換された各受信アンテナの受信信号を所定の周波数ポイントごとに空間軸方向において、さらにフーリエ変換することにより、任意のピッチを有するビームを形成するものである。
【００２５】
距離検出部２４および速度検出部２５は、ＤＢＦ処理部２３においてデジタルビームフォーミング処理が実行されたビート信号の上昇部側及び下降部側の各ビート周波数を選択し、これら各ビート周波数を利用して所定の演算式により距離及び相対速度を算出する（ステップ１０４）。また、方位検出部２６は、ＤＢＦ処理部２３においてデジタルビームフォーミング処理が実行されて生成された予め定められた角度ピッチを有するビーム信号に基づいて、対象物に対する方位を検出する（ステップ１０５）。
【００２６】
次に、分離処理部２９は、距離検出部２４において検出された対象物までの距離、速度検出部２５において検出された対象物の速度、方位検出部２６において検出された対象物に対する方位に基づいて、受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かを判別し、分離処理を行うか否かの判断を行う（ステップ１０６）。分離処理部２９が分離処理を行うと判断した場合、不要成分除去部２７が制御対象エリア外からの到来波成分を除去する処理を実行する（ステップ１０７）。
【００２７】
そして、不要成分を除去した信号は、逆フーリエ変換処理部２８に出力され、分離処理部２９で処理可能な信号に変換するために、逆フーリエ変換処理が行なわれる（ステップ１０８）。逆フーリエ変換処理部２８において、逆フーリエ変換処理された信号は、分離処理部２９に出力され、最大エントロピー法による分離処理が実行され、複数の対象物の方位が出力される（ステップ１０９）。
【００２８】
なお、本実施形態においては、分離処理部２９における分離処理には、最大エントロピー法が用いられている。最大エントロピー法とは、有限な測定波形から、それだけでは測定不可能な大きなラグをもつ自己相関関数を情報エントロピーが最大になるように推定することによって高分解能のスペクトルを推定するものである。
【００２９】
この概略について、図３を用いて説明する。例えば、ビート信号を自己回帰モデルで表すことを考える。ここで、ビート信号波形を数１と仮定するとすれば、このｃｏｓ波は、オイラーの公式により、２つの減衰信号波形の和として表すことができるため、数２のようになる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
【数２】
【００３２】
数２は、横軸をｔとすると図３に示すように表される。ここで、自己回帰モデルとは、現在の値（図３では、Ｘ（n））をそれよりも前の時刻の値（図３では、Ｘ（n−１）、Ｘ（n−２））で表現するモデルである。したがって、これを、単一ｃｏｓ信号波形の自己回帰モデルに適用すると、数３のようになる。なお、数３において、ａ１、ａ２は、自己回帰係数である。
【００３３】
【数３】
【００３４】
ここで、波源をｍ個とした場合、単一のｃｏｓ波は、数３に示すように、２次の自己回帰モデルになることから、ｍ個のｃｏｓ波成分の和は、２ｍ次の自己回帰モデルで表すことができる。
【００３５】
したがって、ビート信号が２個の波源である場合には、各受信アンテナにおける信号ベクトルＲｘｉ（ｉ＝０〜８）は、数４のように、４×４行列の行列式で表される。そして、この行列式に対して、最小二乗法やＢｕｒｇ法を用いて数５のように、自己回帰係数ａｉを求めることにより、各受信アンテナにおける信号ベクトルＲｘｉ（ｉ＝０〜８）の減衰定数および振動周波数を推定することができる。
【００３６】
【数４】
【００３７】
【数５】
【００３８】
すなわち、最大エントロピー法を用いることにより、ＦＦＴでは分離できない周波数成分のピークを明瞭に分離することができる。よって、本実施形態において、例えば、図１６（ｂ）のように、各チャンネルにレベル差が発生しない場合においても、対象物を明確に分離することができる。
【００３９】
また、分離処理部２９においては、フーリエ変換処理部２２において生成された各受信アンテナ１ａ〜１ｉごとの複素数データのうち、実数部あるいは虚数部のみを用いて、最大エントロピー法による処理を行っている。具体的に、複素数データの実数部のみを使用して演算を行う例について図４から図６を用いて説明する。
【００４０】
複素数データの実数部のみを使用して演算を行うのは、演算処理を簡素化して処理時間を短縮するためであるが、複素数データの実数部のみを使用して演算を行うと、図４に示すように、各受信アンテナにおける信号ベクトル（図中、ＣＨ０からＣＨ４）が実数軸上に集まってしまうために、最大エントロピー法による処理結果を用いた方位判別ができなくなってしまう。
【００４１】
そこで、隣接する受信アンテナにおける信号ベクトルに対して、順次、９０ｄｅｇずつ位相をずらす処理、すなわち、図５に示すように、ＣＨ０に対してＣＨ１の位相を９０ｄｅｇずらすことによりＣＨ１＊ｉとし、このＣＨ１＊ｉに対してＣＨ２の位相を９０ｄｅｇずらすことによりＣＨ２＊ｉ＊ｉとするような処理を順次行うことによって方位判別を可能としている。
【００４２】
なお、これにより、図６に示すように、方位の検知範囲が複素数演算を行う場合の−１８０ｄｅｇ〜１８０ｄｅｇに比べて、−９０ｄｅｇ〜９０ｄｅｇと狭くなるが方位の判別については何ら支障はない。また、複素数データの虚数部のみを使用する演算も同様に行うことができる。
【００４３】
さらに、上記の方法とは別に、隣接する受信アンテナにおける信号ベクトルごとに、複素数データの実数部、虚数部を交互に使用しても同様の処理を行うことができる。この場合には、位相を９０ｄｅｇずらす処理が不要となるため、さらに、演算処理を簡素化して処理時間を短縮することができる。
【００４４】
次に、不要成分の除去について、以下、図９から図１７を用いた具体例を示して説明する。
＜第１の実施例＞
第１の実施例について、図９から図１２を用いて説明する。
第１の実施例１は、対象物である車両が走行している道路状況を検出し、車両が走行している道路が直線道路であるかカーブであるのかを判断して、対象物である車両以外からの到来波（受信波）成分を除去するものである。
【００４５】
なお、図９、図１０において、破線で表された部分が車線を示し、ミリ波レーダ装置は車線間の中央部に位置している。また、ミリ波レーダ装置から一方の車線までの距離をＷ、車線間の間隔を２Ｗとしており、四角で囲まれた部分以外からの到来波を除去する。また、図１０は、道路がカーブである場合を示しており、このときの曲率半径をＲとしている。
【００４６】
本実施例に係る電子走査型ミリ波レーダ装置は、図示しないヨーレートセンサからの出力であるヨー値と、スピードメータ等から求めた自車速度とから対象物である車両が走行している道路が直線道路であるのか、カーブであるのかを判別する。
【００４７】
対象物である車両が走行している道路がカーブである場合の処理方法を図１１および図１２を用いて説明する。なお、図１１において、車線上の任意の２地点をＡ地点、Ｂ地点とし、Ａ地点とＢ地点とを結ぶ線分とミリ波レーダ装置の正面方向に伸びる直線との交点からＡ地点、Ｂ地点までの距離をそれぞれＹＡ、ＹＢとする。また、ミリ波レーダ装置から該交点までの距離をＸとし、車線中央から右側の車線までの距離をＷＲ、車線中央から左側の車線までの距離をＷＬとする。
【００４８】
図１１から、道路が右カーブの場合、ＹＡ、ＹＢはそれぞれ以下のように表される。
ＹＡ＝Ｒ−ＳＱＲＴ（Ｒ−ＷＲ）＾２−Ｘ＾２ （１）
ＹＢ＝Ｒ−ＳＱＲＴ（Ｒ−ＷＬ）＾２−Ｘ＾２ （２）同様に、道路が左カーブの場合、ＹＡ、ＹＢはそれぞれ以下のように表される。
ＹＡ＝Ｒ＋ＳＱＲＴ（Ｒ−ＷＲ）＾２−Ｘ＾２ （３）
ＹＢ＝Ｒ＋ＳＱＲＴ（Ｒ−ＷＬ）＾２−Ｘ＾２ （４）
【００４９】
ここで、ミリ波レーダ装置の正面方向に伸びる直線と、ミリ波レーダ装置とＡ地点あるいはＢ地点とを結んだ線分とのなす角度をそれぞれθ（Ａ）、θ（Ｂ）とすると、これらは、Ｘ、ＹＡ、ＹＢを用いて、
θ（Ａ）＝ＡＴＡＮ（ＹＡ／Ｘ） （５）
θ（Ｂ）＝ＡＴＡＮ（ＹＢ／Ｘ） （６）と表される。
【００５０】
したがって、上記の式（１）から（６）を用いることにより、θ（Ａ）、θ（Ｂ）を算出することができる。一方で、ミリ波レーダ装置に用いられる受信アンテナには、予めそれぞれの指向方向が定められている。そのため、θ（Ａ）、θ（Ｂ）が求まれば、受信アンテナが持つそれぞれの指向方向から不要成分を除去するために、受信信号を削除すべき受信アンテナが図１２に示すように求められる。
【００５１】
＜第２の実施例＞
第２の実施例２について、図１３および図１４を用いて説明する。
本実施例における方法は、受信アンテナに対応する各チャンネルの受信レベルについて、所定の閾値を設定し、この閾値を超えるチャンネルの到来波（受信波）成分のみを使用し、この閾値を超えないレベルの低い他のチャンネルの到来波（受信波）成分を除去することにより、不要な成分を除去するものである。この方法は、対象物である車両から到来する到来波（受信波）のレベルに比べて、対象物以外から到来する到来波（受信波）のレベルが低いという性質を利用したものである。
【００５２】
図１３および図１４は、受信アンテナに対応するチャンネル数が１５の場合の各チャンネルにおける受信レベルを示している。このうち、図１３は直線道路の場合を示している。この場合、閾値を上回る信号は、対象物である車両が存在すると思われる中央部付近に集中しており、これ以外の信号が除去の対象となる。
【００５３】
図１４は、対象物である車両が走行している道路が右カーブである場合を示している。
この場合、走行している道路が右カーブであるであるために、閾値を上回る信号は、対象物である車両が存在すると思われる中央部やや右付近に集中しており、これ以外の信号が除去の対象となる。上記のような方法によれば、受信アンテナに対応する各チャンネルの受信レベルを所定の閾値により判別し、その結果に基づいて、到来波成分の除去を行うため、第１の実施例のように、道路状況を計算により求める必要がないことから、処理時間を短縮することができる。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、到来波に不要な成分を含む場合においても、これを的確に除去し、対象物の方位を正確に求めることができる。すなわち、図１６（ｂ）に示す場合に、本発明における不要成分の除去を行わないと、図１７（ｂ）に示すように、分離処理を実行しても、偽の方位を示す信号が現れてしまう。ところが、図１５（ａ）のように、本発明における不要成分の除去を実行すれば、図１５（ｂ）に示すように、不要な成分に基づく、偽の方位情報の発生を防止できる。よって、精度の高い方位検出が可能となる。
【００５５】
以上、図面を参照して本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置の構成図である。
【図２】本実施形態に係る電子走査型ミリ波レーダ装置の処理フローである。
【図３】最大エントロピー法における自己回帰モデルの概念を示す図である。
【図４】各受信アンテナから得られる複素数データのうち、実数部のみを用いて処理を行った場合の各信号ベクトルを示す図である。
【図５】図４に対して、順次位相を９０ｄｅｇずつずらす処理を加えた場合の各信号ベクトルを示す図である。
【図６】複素数データを用いて処理を行った場合の検出範囲と、実数部のみを用いて処理を行った場合の検出範囲を示す図である。
【図７】従来の問題点を示す図である。
【図８】最大エントロピー法を用いた信号分離処理を行った場合の受信波スペクトラムを示した図である。
【図９】不要成分の除去に関する第１の実施例を説明するための図である。
【図１０】不要成分の除去に関する第１の実施例を説明するための図である。
【図１１】不要成分の除去に関する第１の実施例を説明するための図である。
【図１２】不要成分の除去に関する第１の実施例を説明するための図である。
【図１３】不要成分の除去に関する第２の実施例を説明するための図である。
【図１４】不要成分の除去に関する第２の実施例を説明するための図である。
【図１５】本実施形態の効果を示す図である。
【図１６】従来例に関する図である。
【図１７】従来例に関する図である。
【符号の説明】
【００５７】
１ａ〜１ｉ・・・受信アンテナ２ａ〜２ｉ・・・ミキサ３・・・送信アンテナ４・・・分配器５ａ〜５ｉ・・・フィルタ６・・・ＳＷ７・・・Ａ／Ｄコンバータ８・・・制御部９・・・三角波生成部１０・・・ＶＣＯ（送信波生成手段）２０・・・信号処理部２１・・・メモリ（記憶手段）２２・・・フーリエ変換処理部（フーリエ変換手段）２３・・・ＤＢＦ処理部（デジタルビームフォーミング手段）２４・・・距離検出部（距離検出手段）２５・・・速度検出部２６・・・方位検出部（方位検出手段）２７・・・不要成分除去部（除去手段）２８・・・逆フーリエ変換処理部（逆フーリエ変換手段）２９・・・分離処理部（信号分離処理手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物からの到来波を受信する複数の受信アンテナと、
送信波を生成する送信波生成手段と、
送信波を送信する送信アンテナと、
前記各受信アンテナにおいて受信された受信波と該送信波とを混合し、ビート信号を生成するミキサと、
該ビート信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
該デジタル化されたビート信号を各受信アンテナに対応づけて格納する記憶手段と、
該格納されたビート信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
該フーリエ変換された信号に基づいて、所定のピッチ角度でビーム信号を生成するデジタルビームフォーミング手段と、
該生成されたビーム信号から前記対象物の方位を検出する方位検出手段と、
該生成されたビーム信号から前記対象物までの距離を検出する距離検出手段と、
前記フーリエ変換手段によりフーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から不要な信号成分を除去する除去手段と、
該不要成分が除去された各受信アンテナに対応するビーム信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
該逆フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から前記検出された対象物の方位および距離に基づいて、該ビート信号に対し分離処理を行う信号分離処理手段と、
を備えた電子走査型ミリ波レーダ装置において、
前記信号分離処理手段は、受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かの判別結果に基づいて分離処理を行うか否かの判断を行い、
前記除去手段は、前記信号分離処理手段が分離処理を行うと判断した場合に除去処理を実行することを特徴とする電子走査型ミリ波レーダ装置。
【請求項２】
前記対象物が車両であり、
前記除去手段が、該車両の走行状況に対応して、除去する信号の範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載された電子走査型ミリ波レーダ装置。
【請求項３】
前記除去手段は、各受信アンテナに対応するチャンネルの受信レベルが所定の閾値以下のチャンネルの到来波成分を除去することを特徴とする請求項１または２に記載された電子走査型ミリ波レーダ装置。
【請求項４】
電子走査型ミリ波レーダ装置に用いられるコンピュータプログラムであって、
各受信アンテナにおいて受信された受信波と送信波とを混合してビート信号を生成し、該ビート信号をデジタル信号に変換して、各受信アンテナに対応づけて格納する第１のステップと、
該格納されたビート信号をフーリエ変換する第２のステップと、
該フーリエ変換された信号に基づいて、所定のピッチ角度でビーム信号を生成する第３のステップと、
該生成されたビーム信号から対象物の方位を検出する第４のステップと、
該生成されたビーム信号から対象物までの距離を検出する第５のステップと、
受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かの判別結果に基づいて分離処理を行うか否かの判断を行う第６のステップと、
前記第６のステップで分離処理を行うと判断された場合に前記フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から不要な信号成分を除去する第７のステップと、
該不要成分が除去された各受信アンテナに対応するビーム信号を逆フーリエ変換する第８のステップと、
前記検出された対象物の方位および距離に基づいて、該逆フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号に対し分離処理を行う第９のステップと、
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
【請求項１】
対象物からの到来波を受信する複数の受信アンテナと、
送信波を生成する送信波生成手段と、
送信波を送信する送信アンテナと、
前記各受信アンテナにおいて受信された受信波と該送信波とを混合し、ビート信号を生成するミキサと、
該ビート信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
該デジタル化されたビート信号を各受信アンテナに対応づけて格納する記憶手段と、
該格納されたビート信号をフーリエ変換するフーリエ変換手段と、
該フーリエ変換された信号に基づいて、所定のピッチ角度でビーム信号を生成するデジタルビームフォーミング手段と、
該生成されたビーム信号から前記対象物の方位を検出する方位検出手段と、
該生成されたビーム信号から前記対象物までの距離を検出する距離検出手段と、
前記フーリエ変換手段によりフーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から不要な信号成分を除去する除去手段と、
該不要成分が除去された各受信アンテナに対応するビーム信号を逆フーリエ変換する逆フーリエ変換手段と、
該逆フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から前記検出された対象物の方位および距離に基づいて、該ビート信号に対し分離処理を行う信号分離処理手段と、
を備えた電子走査型ミリ波レーダ装置において、
前記信号分離処理手段は、受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かの判別結果に基づいて分離処理を行うか否かの判断を行い、
前記除去手段は、前記信号分離処理手段が分離処理を行うと判断した場合に除去処理を実行することを特徴とする電子走査型ミリ波レーダ装置。
【請求項２】
前記対象物が車両であり、
前記除去手段が、該車両の走行状況に対応して、除去する信号の範囲を設定することを特徴とする請求項１に記載された電子走査型ミリ波レーダ装置。
【請求項３】
前記除去手段は、各受信アンテナに対応するチャンネルの受信レベルが所定の閾値以下のチャンネルの到来波成分を除去することを特徴とする請求項１または２に記載された電子走査型ミリ波レーダ装置。
【請求項４】
電子走査型ミリ波レーダ装置に用いられるコンピュータプログラムであって、
各受信アンテナにおいて受信された受信波と送信波とを混合してビート信号を生成し、該ビート信号をデジタル信号に変換して、各受信アンテナに対応づけて格納する第１のステップと、
該格納されたビート信号をフーリエ変換する第２のステップと、
該フーリエ変換された信号に基づいて、所定のピッチ角度でビーム信号を生成する第３のステップと、
該生成されたビーム信号から対象物の方位を検出する第４のステップと、
該生成されたビーム信号から対象物までの距離を検出する第５のステップと、
受信波の到来方向の角度が所定の角度よりも広いか否かの判別結果に基づいて分離処理を行うか否かの判断を行う第６のステップと、
前記第６のステップで分離処理を行うと判断された場合に前記フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号から不要な信号成分を除去する第７のステップと、
該不要成分が除去された各受信アンテナに対応するビーム信号を逆フーリエ変換する第８のステップと、
前記検出された対象物の方位および距離に基づいて、該逆フーリエ変換された各受信アンテナに対応するビート信号に対し分離処理を行う第９のステップと、
をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
【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１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００８−１１１８５７（Ｐ２００８−１１１８５７Ａ）
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４４０７（Ｐ２００８−２４４０７）
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【分割の表示】特願２００５−９６８６６（Ｐ２００５−９６８６６）の分割
【原出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（３０００５２２４６）株式会社ホンダエレシス (105)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月１５日（２００８．５．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【分割の表示】特願２００５−９６８６６（Ｐ２００５−９６８６６）の分割
【原出願日】平成１７年３月３０日（２００５．３．３０）
【出願人】（３０００５２２４６）株式会社ホンダエレシス (105)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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