JP2012242166A - レーダ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】部品点数の増加を抑えて、ナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分を検出する。
【解決手段】複数のアンテナの送受信波に基づいてターゲットの検出信号を生成する検出信号生成部と、生成されたターゲットの検出信号に対して周波数解析を行い、ターゲットの信号成分を抽出し、該信号成分に対して所定の処理を実行することで、ターゲットまでの距離、ターゲットとの相対速度、ターゲットの方位のうち少なくとも何れか一つを算出する検出信号処理部と、を備え、検出信号生成部は、ナイキスト周波数よりも高い周波数帯域において各アンテナに対応する検出信号に変化を与えるフィルタ部を有し、検出信号処理部は、フィルタ部によって変化が与えられた各アンテナに対応する検出信号から信号成分を取得することで、該信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定する。
【選択図】図３

Description

本発明は、レーダ装置の技術に関する。
レーダ装置において、ビート信号をAD変換する際のサンプリング周波数の１／２の周波数であるナイキスト周波数より高い周波数帯域に存在するターゲットが、ナイキスト周波数より低い周波数帯域へ折り返されてゴーストとして発生することがある。このような周波数の折り返しは、受信波と送信波をミキシングすることで生成されるビート信号、即ち検出信号をＦＦＴ解析した結果、周波数スペクトラム上に発生する。図１は、ＦＦＴ解析して得られる周波数スペクトラムにおいて周波数の折り返しが発生している様子を示す。図１において、縦軸は受信信号の強度であり、横軸は周波数である。図１では、ターゲットの信号成分として二つの信号成分（ＴＧ１、ＴＧ２）が示されており、実線で示すＴＧ１は正しいターゲットの信号成分であり、点線で示すＴＧ２はナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分を示す。
図１に示すような周波数の折り返しが発生すると、ターゲットまでの距離やターゲットの速度が正確に検出できなくなる。すなわち、ＴＧ２は、遠方のターゲットであるにもかかわらず誤検出され、実際よりも近くに存在するターゲットとして検出される。
このような課題を解決するため、従来技術では、例えばベースバンド回路に急峻な遮断特性を持つバンドパスフィルタを構成していた。図２は、急峻なバンドパスフィルタを設定した様子を示し、ＦＦＴ解析して得られる周波数スペクトラム上にバンドパスフィルタの周波数特性を重ねて表示したものである。図２において、縦軸は受信信号の強度であり、横軸は周波数である。図２では、ターゲットの信号成分として二つの信号成分（ＴＧ１、ＴＧ２）が示されており、実線で示すＴＧ１は正しいターゲットの信号成分であり、点線で示すＴＧ２はナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分を示す。図２では、急峻なバンドパスフィルタが設定されたことで、ナイキスト周波数よりも高いターゲットの信号成分が減衰され、折り返しで発生した信号成分が減衰されている。その結果、折り返しで発生した信号成分がスレッショルドを下回り、ＴＧ２の誤検出が回避される。なお、上記に関連する技術として、例えば、特許文献１に記載の技術がある。特許文献１には、周波数の折り返しの発生を判定するレーダ装置が開示されている。
特開２００４−６９３４０号公報
上述した従来技術では、バンドパスフィルタの遮断特性を急峻にすることで、バンドパスフィルタを構成する、抵抗、コンデンサ、オペアンプなどの回路の部品点数が多くなることが懸念される。また、部品点数が多くなると、バンドパスフィルタの小型化が困難になり、また、コストが増加するといったことも懸念される。更に、バンドパスフィルタの遮断特性により、使用できるベースバンド帯域が制限されることも懸念される。また、これらの問題は、例えば、超高速のＡＤコンバータにてオーバーサンプリングを行い、信号処理でデジタルフィルタを形成し、ナイキスト周波数による折り返しを除去することも考えられる。但し、係る方法では、レーダ装置のコストが大幅に増加することが懸念される。
本発明では、部品点数の増加を抑えて、ナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分を検出する技術を提供することを課題とする。
本発明では、上述した課題を解決するため、複数の受信アンテナを備えるレーダ装置において、ナイキスト周波数よりも高い周波数帯域における各アンテナに対応する検出信号に変化を与え、変化が与えられた各アンテナに対応する検出信号からターゲットの信号成分を取得することで、該信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定することとした。
より詳細には、本発明は、ターゲットを検出するレーダ装置であって、複数のアンテナと、前記複数のアンテナの送受信波に基づいてターゲットの検出信号を生成する検出信号生成部と、前記検出信号生成部で生成されたターゲットの検出信号に対して周波数解析を行い、ターゲットの信号成分を抽出し、該信号成分に対して所定の処理を実行することで、ターゲットまでの距離、ターゲットとの相対速度、ターゲットの方位のうち少なくとも何れか一つを算出する検出信号処理部と、を備え、前記検出信号生成部は、サンプリング周波数の２分の１の周波数であるナイキスト周波数よりも高い周波数帯域において各アンテナに対応する検出信号に変化を与えるフィルタ部を有し、前記検出信号処理部は、前記フィルタ部によって変化が与えられた各アンテナに対応する検出信号から前記信号成分を取得することで、該信号成分が前記ナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定する。
本発明のレーダ装置では、サンプリング周波数の２分の１の周波数であるナイキスト周波数よりも高い周波数帯域において各アンテナに対応する検出信号に変化が与えられ、変化が与えられた検出信号に対して周波数解析が行なわれる。その結果、ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分でない場合は、信号成分に変化はないが、ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分である場合には、フィルタ部で与えた変化を含む信号成分が取得される。従って、ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定することが可能となる。ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定することができれば、折り返しで発生した信号成分を検知したことによるターゲットの誤検知も防止することができる。また、本発明のレーダ装置では、従来技術のようにバンドパスフィルタの遮断特性を急峻にする必要もないことから、部品点数が増えることもなく、コストの増加も抑えられる。更に、本発明のレーダ装置では、例えば、超高速のＡＤコンバータにてオーバーサンプリングを行う必要もないことから、レーダ装置のコストが大幅に増加することもない。
本発明のレーダ装置において、前記フィルタ部は、検出信号の強度、検出信号の位相のうち、少なくとも何れか一つに対して変化を与えるようにすることができる。また、本発明のレーダ装置において、前記フィルタ部は、前記各アンテナに対応した複数のフィルタを有し、該複数のフィルタのうちの一つのフィルタが他のフィルタと異なる特性を有するようにしてもよい。検出信号に変化を与えることで、この変化に基づいて、ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定することが可能となる。
また、本発明のレーダ装置において、前記検出信号処理部は、前記各アンテナに対応する検出信号からターゲットの信号成分を取得し、１つの周波数値から、複数レベルの信号成分が検出された場合、該信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定するようにしてもよい。また、前記検出信号処理部は、前記各アンテナに対応す
る検出信号からターゲットの信号成分を取得し、同じ周波数の各信号成分におけるレベル差が所定の値以上の場合、取得した信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定するようにしてもよい。更に、前記検出信号処理部は、前記各アンテナに対応する検出信号からターゲットの信号成分を取得し、１つの周波数値における各信号成分の位相差が所定の値以上の場合、取得した信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定するようにしてもよい。
ここで、本発明は、上述したレーダ装置によるターゲット検出方法として特定することもできる。すなわち、本発明は、複数のアンテナを備えるレーダ装置によるターゲット検出方法であって、前記複数のアンテナの送受信波に基づいてターゲットの検出信号を生成す検出信号生成ステップと、前記検出信号生成ステップで生成されたターゲットの検出信号に対して周波数解析を行い、ターゲットの信号成分を抽出し、該信号成分に対して所定の処理を実行することで、ターゲットまでの距離、ターゲットとの相対速度、ターゲットの方位のうち少なくとも何れか一つを算出する検出信号処理ステップと、を備え、前記検出信号生成ステップは、サンプリング周波数の２分の１の周波数であるナイキスト周波数よりも高い周波数帯域において各アンテナに対応する検出信号に変化を与えるフィルタリングステップを有し、前記検出信号処理ステップでは、前記フィルタリングステップで変化が与えられた各アンテナに対応する検出信号から前記信号成分を取得することで、該信号成分が前記ナイキスト周波数による折り返しで発生した検出信号成分か否かを判定するターゲット検出方法である。
なお、本発明は、上述したレーダ装置を構成する検出信号生成部として特定することもできる。さらに、本発明は、上述したレーダ装置、検出信号生成部、フィルタ部で実行される処理方法や処理方法を実現させるプログラムであってもよい。更に、本発明は、そのようなプログラムを記録したコンピュータが読み取り可能な記録媒体であってもよい。この場合、コンピュータ等に、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行することにより、その機能を提供させることができる。なお、コンピュータ等が読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラム等の情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、又は化学的作用によって蓄積し、コンピュータ等から読み取ることができる記録媒体をいう。
本発明によれば、部品点数の増加を抑えて、ナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分を検出する技術を提供することができる。
ＦＦＴ解析して得られる周波数スペクトラムにおいて周波数の折り返しが発生している様子を示す。 急峻なバンドパスフィルタを設定した様子を示す。 実施形態のレーダ装置の構成を示す。 実施形態のレーダ装置における処理フローを示す。 実施形態のレーダ装置で処理される検出信号の波形を示す。 ナイキスト周波数より高い周波数帯域において、帯域フィルタ（ｃｈ１−４）から出力される検出信号のレベルや位相に差が生じるよう設定した帯域フィルタの特性の一例を示す。 図６Ａに対応する、帯域フィルタの特性とレベル差との関係を示す。 図６Ａに対応する、帯域フィルタの特性と位相差との関係を示す。 アップビート周波数成分の周波数スペクトラムを示す。 ダウンビート周波数成分の周波数スペクトラムを示す。 角度スペクトラムを示す。 ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定される場合の態様１を示す周波数スペクトラムである。 ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定される場合の態様２を示す。 ５つのピーク周波数（ＦＵ１−３、ＦＤ１−２）の各角度スペクトラムの各ピークの角度とパワーの一例を示す。 各ターゲットのデータの一例を示す。
次に、本発明のレーダ装置の実施形態について図面に基づいて説明する。以下に示す実施形態は例示であり、本発明の技術的範囲は、これらに限定されるものではない。
＜構成＞
図３は、実施形態に係るレーダ装置１の構成を示す。レーダ装置１は、車両に搭載されて車両の周辺をレーダで監視し、他の車両や障害物等のターゲットを検知する。ターゲットの検知結果は、通信回路２１を介して運転支援装置２２に出力され車両の制御等に用いられる。また、ターゲットの検知結果は、警報器制御回路２９を介して、ブザーランプ３０に出力される。但し、本実施形態に係るレーダ装置は、車両に搭載する以外の各種用途（例えば、飛行中の航空機や航行中の船舶の監視等）に用いてもよい。
レーダ装置１は、等間隔に配置された受信アンテナ３（ｃｈ１−４）、各受信アンテナ３に各々繋がるミキサ４（ｃｈ１−４）、各ミキサ４に各々繋がる低ノイズアンプ５、各低ノイズアンプ５に各々繋がる帯域フィルタ６、各帯域フィルタ６に各々繋がるアンプ７、各アンプ７に各々繋がるＡＤ（Analog to Digital）変換器８（ｃｈ１−４）、各ＡＤ
変換器８のデータを処理するプロセッサ９を含む信号処理装置１５を備える。また、レーダ装置１は、送信アンテナ１０（ｃｈ５−６）、各送信アンテナ１０に各々繋がる送信切替スイッチ１１、送信切替スイッチ１１に繋がるパワーアンプ１２、パワーアンプ１２に繋がる発振器１３、発信器１３に繋がる信号生成部１４、信号生成部１４に繋がる送信制御部１６を備える。
上記において、ミキサ４、低ノイズアンプ５、帯域フィルタ６、アンプ７、ＡＤ変換器８は、ベースバンド回路を構成し、本発明の検出信号生成部に相当する。ベースバンド回路では、受信波と送信波とのミキシング、不要な帯域の信号除去、ビート信号の増幅、ＡＤ変換といった一般的な処理に加えて、本実施形態では、ＡＤ変換のサンプリング周波数の２分の１の周波数であるナイキスト周波数よりも高い周波数帯域において受信アンテナ３に対応する検出信号に変化が与えられる。詳細については、後述する。
なお、レーダ装置１は、上記のように受信アンテナ毎に専用の受信回路を設けてもよいが、全受信アンテナによる検出信号をまとめて受信する受信回路を設けてもよい。この場合、時分割で受信回路が対応する受信アンテナを順次切り替える制御が必要となるが、レーダ装置１の回路構成をコンパクトにできる。
また、レーダ装置１は、受信アンテナと送信アンテナとを独立に設けているが、受信アンテナが送信アンテナを兼ねるようにしてもよい。この場合、各アンテナは、レーダ波を送信した直後に受信状態に切り替わり、自身が送信したレーダ波の反射波を受信させることが可能である。
レーダ装置１は、車両から電力が供給されるとプロセッサ９がコンピュータプログラムを実行し、フーリエ変換部１７やピーク抽出部１８、方位演算部１９、距離・相対角度演算部２０といった機能部を実現する。これらの機能部は、プロセッサ９がメモリ３１と協働してコンピュータプログラムを実行することによって実現される機能部であるが、説明
の便宜上、図３ではプロセッサ９内に各機能部を図示している。なお、これらの機能部は、必ずしもソフトウェアで実現されるものに限定されるものでなく、例えば、プロセッサ９の内部あるいは外部に配置された専用の演算回路によってその全部または一部が実現されてもよい。
＜動作＞
次に、レーダ装置１の動作について、レーダ装置１で実行される処理と共に説明する。図４は、レーダ装置における処理フローを示す。図４に示す処理は、車両の駆動源が作動状態、すなわち、駆動源が内燃機関であればエンジンが始動し、ハイブリッドシステムやＥＶ（Electric Car）システムであればシステム電源がオンになると、開始され、繰り返し実行される。
実施形態のレーダ装置１は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulation − Continuous Wave
）方式を採用しており、ステップＳ０１では、送信制御部１６の制御の下、信号生成部１４は、三角波信号を生成し、発振器１３で変調して図５（ａ）に示すような三角波状に周波数が変化する送信波ＳＴを送信する。レーダ装置１は、２つの送信アンテナ１０を有しており、送信制御部１６が送信切替スイッチ１１を制御して送信切替スイッチが適宜切り替えられ、送信アンテナ１０から送信波がターゲットに向けて送信される。そして、ターゲットから反射した受信波ＳＲが受信アンテナ３で受信される。
ステップＳ０２では、ミキサ４（ｃｈ１−４）は、受信された受信波ＳＲと送信波ＳＴとミキシングすることにより、図５（ｂ）に示すようなビート信号ＳＢ、即ち、検出信号を生成する。図５において、送信波ＳＴと受信波ＳＲとの位相差（フェーズシフト）がターゲットとレーダ装置との距離に比例して増減し、送信波ＳＴと受信波ＳＲとの周波数差（ドップラシフト）がターゲットとレーダ装置との相対速度に比例して増減する。図５の記号ＦＭは、信号生成部１４が生成する三角波の周波数である。なお、相対速度や距離の異なるターゲットが複数存在する場合、各アンテナにはフェーズシフト量やドップラシフト量の異なる反射波が複数受信され、各ミキサ４（ｃｈ１−４）から得られるビート信号ＳＢには各ターゲットに対応した様々な成分が含まれることになるが、図５では理解を容易にするため、１つのターゲットが存在する場合の波形を例示している。生成されたビート信号は、低ノイズアンプ５で増幅され、帯域フィルタ６に出力される。
ステップＳ０３では、帯域フィルタ６（バンドパスフィルタ）は、不要な帯域の信号を除去する他、サンプリング周波数の２分の１の周波数であるナイキスト周波数よりも高い周波数帯域において、各受信アンテナ３に対応するビート信号ＳＢ、即ち検出信号に変化を与える。具体的には、一例として、各帯域フィルタ６（バンドパスフィルタ）毎の特性としてｃｈ毎にカットオフ周波数が変更され、帯域フィルタ６（ｃｈ１−４）からは、ナイキスト周波数よりも高い周波数帯域における信号強度が各々異なる検出信号が出力される。その結果、ナイキスト周波数より高い周波数帯域において、帯域フィルタ６（ｃｈ１−４）から出力される検出信号のレベル（振幅レベル）や位相に差が生じる。検出信号のレベルとは、信号の強度レベルである。
ここで、図６Ａは、ナイキスト周波数より高い周波数帯域において、帯域フィルタ６（ｃｈ１−４）から出力される検出信号のレベルや位相に差が生じるよう設定した帯域フィルタの特性の一例を示す。図６Ａでは、ナイキスト周波数より高い周波数帯域において、帯域フィルタ６（ｃｈ１−４）のフィルタ特性が全て異なるように設定されている。具体的には、ｃｈ１＜ｃｈ２＜ｃｈ３＜ｃｈ４になるようフィルタ特性が設定されている。フィルタ特性は、カットオフ周波数、Ｑ値、フィルタ次数を個別に変化させることで任意の値にすることができる。図６Ｂは、図６Ａに対応する、帯域フィルタの特性とｃｈ間のレベル差との関係を示す。レベル差とは、検出信号の強度レベルの差である。図６Ｂに示す
ように、帯域フィルタ６（ｃｈ１−４）のフィルタ特性を変更することで、ナイキスト周波数より高い周波数帯域における検出信号のレベル（ｃｈ１−４）に差が発生している。また、図６Ｃは、図６Ａに対応する、帯域フィルタの特性と位相差との関係を示す。図６Ｃに示すように、各帯域フィルタ６のフィルタ特性を変更することで、ナイキスト周波数より高い周波数帯域における検出信号（ｃｈ１−４）の位相に差が発生している。このように、帯域フィルタ６（ｃｈ１−４）のフィルタ特性を変更することで、ナイキスト周波数より高い周波数帯域において、帯域フィルタ６（ｃｈ１−４）から出力される検出信号のレベルや位相に差が発生する。かかる検出信号を後述するフーリエ変換部１７で周波数解析することで、ナイキスト周波数より高い周波数帯域の同一周波数に位置するターゲットの信号成分もｃｈ間でレベルや位相に差が発生する。そのため、ナイキスト周波数による折り返しで発生した同一周波数に位置するターゲットの信号成分もｃｈ間でレベルや位相に差が発生する。このような信号成分のｃｈ間のレベルや位相の差に基づいて、ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分であるか否かを判定することが可能となる。なお、判定処理の詳細については、後述する。ナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定することができれば、結果として、ナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分の除去が可能となり、ナイキスト周波数による折り返しに起因したターゲットの誤検出を防止できる。各帯域フィルタ６により検出信号に変化を与えられた検出信号は、アンプ７で増幅され、ＡＤ変換器８へ出力される。
ステップＳ０４では、ＡＤ変換器８は、アンプ７で増幅された検出信号を前記サンプリング周波数でサンプリングを行いＡＤ変換する。ＡＤ変換された検出信号は、信号処理装置１５へ出力される。
信号処理装置１５では、ステップＳ０５から０８の処理が、プロセッサ９によって実行される。なお、ステップＳ０６から０８の処理は、本発明の所定の処理に相当する。
ステップＳ０５では、プロセッサ９は、検出信号、即ちビート信号ＳＢのアップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＤのそれぞれについてｃｈ毎にフーリエ変換を行い、図７に示すようなアップビート周波数成分ＦＢＵの周波数スペクトラムおよび図８に示すようなダウンビート周波数成分ＦＢＤの周波数スペクトラムを得る。
受信アンテナ３（ｃｈ１−４）は同じターゲットからの反射波を受信するため、フーリエ変換では同じピーク周波数を有する同じ形状の周波数スペクトラムが受信アンテナ３（ｃｈ１−４）のそれぞれから得られる。但し、各受信アンテナ３（ｃｈ１−４）で位相は異なるため、同じピーク周波数であっても位相はアンテナ毎に異なる。例えば、受信アンテナ３（ｃｈ１）の周波数スペクトラムのピークＰＵ１（ｃｈ１）と受信アンテナ３（ｃｈ２）の周波数スペクトラムのピークＰＵ１（ｃｈ２）は、周波数については互いに同じであるが、位相については相違している。周波数スペクトラムのピークがターゲットの信号成分を示す。ここで図７において、ピークＰＵ１〜ＰＵ３が帯域フィルタ６のカットオフ周波数以下の周波数成分を持つ正しいターゲットの信号成分とし、ピークＰＵ４がナイキスト周波数による折り返しで発生したターゲットの信号成分とすると、ピークＰＵ１〜ＰＵ３はｃｈ１〜４の間でレベル差は生じない。しかし、ピークＰＵ４は帯域フィルタ６のカットオフ周波数より高い周波数帯域から折り返しで発生したものであるため、ｃｈ１〜４の間でレベル差が発生する。このように、各ピークＰＵ１〜ＰＵ４について、各ｃｈ間のレベル差を算出することで、ナイキスト周波数による折り返しで発生した誤ったターゲットの信号成分かどうかを判定する。図７の場合、ＰＵ４をナイキスト周波数による折り返しで発生した誤ったターゲットの信号成分であると判定して、以降の処理から除外する。
プロセッサ９は、フーリエ変換によって得たアップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＤのそれぞれの周波数スペクトラムから、所定パワー以上のピークを抽出し、前述したようにナイキスト周波数による折り返しで発生したピークを除いたピークの周波数、パワー、及び位相を抽出する。
周波数スペクトラムのピークには複数のターゲットの情報が含まれ得るため、１つのピークからターゲットを分離し、分離したターゲットの角度を推定する必要がある。そのため、ステップＳ０６では、プロセッサ９は、アップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＤのそれぞれについて、全受信アンテナ３（ｃｈ１−４）で周波数が互いに同じピーク（例えば、アップビート周波数成分ＦＢＵ側であればピークＰＵ１（ｃｈ１）とピークＰＵ１（ｃｈ２）とピークＰＵ１（ｃｈ３）とピークＰＵ１（ｃｈ４）が互いに同じ周波数ＦＵ１のピークであり、ダウンビート周波数成分ＦＢＤ側であればピークＰＤ１（ｃｈ１）とピークＰＤ１（ｃｈ２）とピークＰＤ１（ｃｈ３）とピークＰＤ１（ｃｈ４）が互いに同じ周波数ＦＤ１のピークである）のものを元に、図９に示すような角度スペクトラムを演算により求める。
角度スペクトラムの求め方としては、ＣＡＰＯＮ法やＤＢＦ法等の各種方式が考案されているが、本実施形態に係るレーダ装置１のプロセッサ９は、検出信号から抽出したターゲットの信号成分、即ち周波数ピーク情報を基に形成した相関行列の固有値や固有ベクトルを用い、角度分離可能数として到来波数を予め設定する必要のある所定の角度推定方式（例えば、ＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴ、或いは最尤推定法等）に基づいて角度スペクトラムを得る。例えば、ＥＳＰＲＩＴの場合、反射波の波源は広がりを持たない点波源であり、反射波は全ての受信アンテナに対して平行に入射する平面波であると仮定して、周波数ピーク情報から相関行列を形成し、固有値と固有ベクトルの性質を基に反射波の到来方向を推定している。よって、相関行列や固有値を取り扱うにあたって到来波数の情報が予め必要となる。
プロセッサ９は、周波数スペクトラムのピーク周波数毎に角度スペクトラムを所定の角度推定方式で算出する。例えば、図７および図８に示した周波数スペクトラムを例にとれば、プロセッサ９は、５つのピークの周波数（ＦＵ１−３、ＦＤ１−２）毎に角度スペクトラムを算出する。図９はピーク周波数ＦＵ１の角度スペクトラムの一例であり、アップビート周波数成分ＦＢＵとダウンビート周波数成分ＦＢＤとを併記している。そして、５つのピーク周波数（ＦＵ１−３、ＦＤ１−２）の各角度スペクトラムについて、角度スペクトラムのピークの角度とパワーを抽出する。５つのピーク周波数（ＦＵ１−３、ＦＤ１−２）の各角度スペクトラムの各ピークの角度とパワーの一例を図１２に示す。
ここで、本実施形態では、プロセッサ９は、前述したように各帯域フィルタ６（ｃｈ１−４）のフィルタ特性による信号成分のレベルや位相の差に基づいて、ナイキスト周波数による折り返しで発生した成分か否かを判定し、ナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分を除去する処理を行う。信号成分のレベルや位相に差が与えられたことで、ナイキスト周波数による折り返しで発生した成分か否かの判定には、複数の態様が例示される。
態様１として、プロセッサ９は、各受信アンテナ３（ｃｈ１−４）に対応する検出信号から周波数解析で得られた信号成分を取得し、１つの周波数値から、複数レベルの信号成分が検出された場合、その周波数に対応する信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した成分と判定する。ここで、図１０は、信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した成分と判定される場合の態様１を示す周波数スペクトラムである。図１０に示すように、各帯域フィルタ６（ｃｈ１−４）の特性を異ならせた場合、検出したターゲットがゴーストであれば、１つの周波数値から複数レベルの信号成分が検出される。そ
の結果、プロセッサ９は、ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定することができる。プロセッサ９は、信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分である場合、ターゲットとしての検出対象から除外する。
態様２として、プロセッサ９は、各受信アンテナ３（ｃｈ１−４）に対応する検出信号から周波数解析で得られた信号成分を取得し、同じ周波数の信号成分におけるｃｈ間のレベル差が所定の値以上の場合、その信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定する。ここで、図１１は、信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定される場合の態様２を示す。図１１では、帯域フィルタ６（ｃｈ１）と帯域フィルタ６（ｃｈ３）の特性が同じであり、帯域フィルタ６（ｃｈ２）と帯域フィルタ６（ｃｈ４）の特性が同じであり、帯域フィルタ６（ｃｈ１）と帯域フィルタ６（ｃｈ２）では、例えば１０ｄＢの差が予め設けられている。そこで、プロセッサ９は、信号成分（ｃｈ１）と信号成分（ｃｈ２）とのレベル差が１０ｄＢ以上の場合、信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定し、ターゲットとしての検出対象から除外する。一方、プロセッサ９は、信号成分（ｃｈ１）と信号成分（ｃｈ２）とのレベル差が１０ｄＢ以上でない場合、その信号成分はナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分ではないと判定し、ターゲットとして検出する。なお、ターゲットが車両の正面に存在する場合、ｃｈ毎の信号成分のレベルに差は生じない。また、ターゲットが斜め方向に存在する場合、ｃｈ毎の信号成分のレベルに差は生じるものの、その差はアンテナ特性から特定することができる。従って、アンテナ特性を考慮することで、ナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定するための基準値としての上記所定値を設定することができる。
態様３として、プロセッサ９は、各受信アンテナ３（ｃｈ１−４）に対応する周波数解析で得られた信号成分を取得し、同じ周波数の信号成分におけるｃｈ間の位相差が所定の値以上の場合、その信号成分はナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分であると判定することができる。位相差は、角度スペクトラムから求めることができる。例えば、帯域フィルタ６（ｃｈ１）と帯域フィルタ６（ｃｈ３）の特性が同じであり、帯域フィルタ６（ｃｈ２）と帯域フィルタ６（ｃｈ４）の特性が同じであり、帯域フィルタ６（ｃｈ１）と帯域フィルタ６（ｃｈ２）との位相差を予め設定する。そして、プロセッサ９は、帯域フィルタ６（ｃｈ１）と帯域フィルタ６（ｃｈ２）との位相差が所定の値以上の場合、その信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定し、ターゲットとしての検出対象から除外する。一方、プロセッサ９は、帯域フィルタ６（ｃｈ１）と帯域フィルタ６（ｃｈ２）との位相差が所定の値以上でない場合、その信号成分はナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分ではないと判定し、ターゲットとして検出する。位相差の所定の値も、アンテナ特性を考慮して設定することができる。
以上により、ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分であるか否かの判定が可能となり、その結果、信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分である場合、ターゲットから除外することができる。ターゲットから除外する方法としては、前述したように、ステップＳ０５でフーリエ変換して得られたｃｈ１〜ｃｈ４の各周波数ピークに対し、折り返しゴーストと判定したピークについて、ステップＳ０６での方位演算を行なわないようにすればよい。これにより、無駄な演算を省くこともできる。以下、ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分であるか否かの判定後の処理について説明する。
ステップＳ０７では、プロセッサ９は、各角度スペクトラムの各ピークの角度とパワーを抽出したら、各ピークのペアリングを行い、実在するターゲットの特定を行う。すなわち、プロセッサ９は、アップビート周波数成分ＦＢＵの角度スペクトラムの各ピークとダ
ウンビート周波数成分ＦＢＤの角度スペクトラムの各ピークとの間で、角度やパワーが互いに近似しているもの同士をペアリングする。例えば、図９に例示した角度スペクトラムでは、ピーク周波数ＦＵ１のアップビート周波数成分ＦＢＵのピークＵ１とピークＵ２の角度およびパワーが、ダウンビート周波数成分ＦＢＤのピークＤ１とピークＤ２の角度およびパワーにそれぞれ近似している。例えば、ピークＵ１とピークＤ２は互いに角度が約０°で近似しており、ピークＵ２とピークＤ１は互いに角度が約３°で近似している。よって、図１２に示すピークＵ１の角度θＵ１およびパワーＰＷＵ１がピークＤ２の角度θＤ２およびパワーＰＷＤ２と互いに近似していて、ピークＵ１とピークＤ２がペアリングされるので、ピークＵ１とピークＤ２がターゲットＴＧ１を示していることが特定される。
プロセッサ９は、アップビート周波数成分ＦＢＵの角度スペクトラムの各ピーク（ピークＵ１−６）とダウンビート周波数成分ＦＢＤの角度スペクトラムの各ピーク（ピークＤ１−５）とを互いにペアリングすることにより、図１２に示すように、ターゲットＴＧ１−５の５つのターゲットを特定する。なお、アップビート周波数成分ＦＢＵの角度スペクトラムのピークＵ６は、ダウンビート周波数成分ＦＢＤの角度スペクトラムの何れのピークにもペアリングされていない。よって、ピークＵ６は、内部ノイズ等に起因して表れたピークであり、実在するターゲットに因るものでないことが判る。
プロセッサ９は、ペアリングされたピーク周波数に基づいて、各ターゲットの角度や距離、相対速度を算出する。ここで、レーダ波の伝搬速度をＣ、信号生成部１４が生成する三角波の変調周波数をＦＭ、三角波の中心周波数をＦ０、三角波の変調幅をΔＦとすると、各ターゲットの距離Ｒ（Ｒ１〜Ｒ５）および相対速度Ｖ（Ｖ１〜Ｖ５）は、次式によって導かれる。
Ｒ＝（（ＦＵ＋ＦＤ）・Ｃ）／（８・ΔＦ・ＦＭ）
Ｖ＝（（ＦＤ＋ＦＤ）・Ｃ）／（４・Ｆ０）
また、各ターゲットの角度は、ペアリングされたアップビート周波数成分ＦＢＵのピークとダウンビート周波数成分ＦＢＤのピークの角度が互いにほとんど同じではあるが、より精度を高めるため、各ターゲットの角度Ｄ（Ｄ１〜Ｄ５）は、次式より導く。
Ｄ＝（θＵ＋θＤ）／２
ステップＳ０８では、プロセッサ９は、ターゲット情報として、各ターゲットの角度、距離および相対速度のデータを通信回路２１及び警報制御回路２９に出力する。警報制御回路２９は、ブザーランプ３０と接続されており、ターゲット情報に応じて、ブザーランプ３０を制御する。また、例えば、角度スペクトラムの各ピークから図１２に示すような５つのターゲットが特定された場合、プロセッサ９から通信回路２１へ図１３に示すようなデータが送られる。各ターゲットの角度、距離および相対速度のデータは、車両の制御等に用いられる。すなわち、運転支援装置２２は、ＣＡＮバスを介して、エンジン制御ＥＣＵ２３、ブレーキ制御ＥＣＵ２４、車速メータ・回転数メータ・温度メータ・警告類等２５、シートベルトプリテンショナー２６、車速センサ２７、ヨーレートセンサ２８と接続されている。また、運転支援装置２２には、ＡＣＣシステムＯＮ／ＯＦＦに関する情報、ワイパーＯＮ／ＯＦＦに関する情報、車間距離に関する情報が入力される。運転支援装置２２は、ターゲット情報、車速センサ２７からの車速情報、ヨーレートセンサ２８からの回転方向に関する情報等に基づいて、エンジン制御ＥＣＵ２３、ブレーキ制御ＥＣＵ２４、車速メータ等２５、シートベルトプリテンショナー２６を制御し、安全運転支援制御を実施する。
＜効果＞
以上説明した実施形態のレーダ装置１では、帯域フィルタ６がｃｈ毎に異なる特性を有
することから、ナイキスト周波数よりも高い周波数帯域において各ｃｈの検出信号に変化が与えられる。その結果、検出信号を周波数解析して得られたターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分である場合には、変化を含む信号成分が取得される。従って、ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定することが可能となる。ターゲットの信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定することで、折り返しで発生した信号成分を取得したことによるターゲットの誤検知も防止される。また、レーダ装置１は、従来技術のようにバンドパスフィルタの遮断特性を急峻にする必要もないことから、部品点数が増えることもなく、コストの増加も抑えられる。更に、レーダ装置１は、例えば、超高速のＡＤコンバータにてオーバーサンプリングを行う必要もないことから、レーダ装置のコストが大幅に増加することもない。
以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明に係るレーダ装置はこれらに限らず、可能な限りこれらの組合せを含むことができる。
１・・・レーダ装置
３・・・受信アンテナ
４・・・ミキサ
５・・・低ノイズアンプ
６・・・帯域フィルタ
７・・・アンプ
８・・・ＡＤ変換器
９・・・プロセッサ
１０・・・送信アンテナ
１１・・・送信切替スイッチ
１２・・・パワーアンプ
１３・・・発振器
１４・・・信号生成部
１５・・・信号処理装置
１６・・・送信制御部
１７・・・フーリエ変換部
１８・・・ピーク抽出部
１９・・・方位演算部
２０・・・距離・相対角度演算部
３１・・・メモリ

Claims (7)

  1. ターゲットを検出するレーダ装置であって、
    複数のアンテナと、
    前記複数のアンテナの送受信波に基づいてターゲットの検出信号を生成する検出信号生成部と、
    前記検出信号生成部で生成されたターゲットの検出信号に対して周波数解析を行い、ターゲットの信号成分を抽出し、該信号成分に対して所定の処理を実行することで、ターゲットまでの距離、ターゲットとの相対速度、ターゲットの方位のうち少なくとも何れか一つを算出する検出信号処理部と、を備え、
    前記検出信号生成部は、サンプリング周波数の２分の１の周波数であるナイキスト周波数よりも高い周波数帯域において各アンテナに対応する検出信号に変化を与えるフィルタ部を有し、
    前記検出信号処理部は、前記フィルタ部によって変化が与えられた各アンテナに対応する検出信号から前記信号成分を取得することで、該信号成分が前記ナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分か否かを判定するレーダ装置。
  2. 前記フィルタ部は、前記検出信号の強度、前記検出信号の位相のうち、少なくとも何れか一つに対して変化を与える、請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 前記フィルタ部は、前記各アンテナに対応した複数のフィルタを有し、該複数のフィルタのうちの一つのフィルタが他のフィルタと異なる特性を有する、請求項１又は２に記載のレーダ装置。
  4. 前記検出信号処理部は、前記各アンテナに対応する検出信号からターゲットの信号成分を取得し、１つの周波数値から、複数レベルの信号成分が検出された場合、該信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定する、請求項１から３の何れか１項に記載のレーダ装置。
  5. 前記検出信号処理部は、前記各アンテナに対応する検出信号からターゲットの信号成分を取得し、同じ周波数の各信号成分におけるレベル差が所定の値以上の場合、取得した信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定する、請求項１から３の何れか１項に記載のレーダ装置。
  6. 前記検出信号処理部は、前記各アンテナに対応する検出信号からターゲットの信号成分を取得し、１つの周波数値における各信号成分の位相差が所定の値以上の場合、取得した信号成分がナイキスト周波数による折り返しで発生した信号成分と判定する、請求項１から３の何れか１項に記載のレーダ装置。
  7. 複数のアンテナを備えるレーダ装置によるターゲット検出方法であって、
    前記複数のアンテナの送受信波に基づいてターゲットの検出信号を生成す検出信号生成ステップと、
    前記検出信号生成ステップで生成されたターゲットの検出信号に対して周波数解析を行い、ターゲットの信号成分を抽出し、該信号成分に対して所定の処理を実行することで、ターゲットまでの距離、ターゲットとの相対速度、ターゲットの方位のうち少なくとも何れか一つを算出する検出信号処理ステップと、を備え、
    前記検出信号生成ステップは、サンプリング周波数の２分の１の周波数であるナイキスト周波数よりも高い周波数帯域において各アンテナに対応する検出信号に変化を与えるフィルタリングステップを有し、
    前記検出信号処理ステップでは、前記フィルタリングステップで変化が与えられた各ア
    ンテナに対応する検出信号から前記信号成分を取得することで、該信号成分が前記ナイキスト周波数による折り返しで発生した検出信号成分か否かを判定するターゲット検出方法。
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