JP2018146486A - レーダ装置および物標高さ推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度よく物標の高さを推定すること。【解決手段】実施形態に係るレーダ装置は、送信波と物標による送信波の反射波とに基づく信号処理を実行することによって物標を検出するレーダ装置であって、アンテナ部と、演算部と、推定部とを備える。アンテナ部は、垂直方向に沿って配設された複数のアンテナを有する。演算部は、アンテナからそれぞれ送信された送信波に対する反射波に基づいて物標の垂直方位を演算し、演算結果を蓄積する。推定部は、演算部により蓄積された演算結果に基づいて垂直方位の最大値の移動平均値を算出し、かかる最大値の移動平均値を物標の高さとして推定する。【選択図】図２Ａ

Description

開示の実施形態は、レーダ装置および物標高さ推定方法に関する。

従来、車両などに搭載され、かかる車両から送信した送信波が物標に当たって反射した反射波を受信し、得られた受信信号に基づいて物標を検出するレーダ装置が知られている。

かかるレーダ装置には、物標の距離および水平方位を２次元スキャンするだけでなく、垂直方向に配設された複数のアンテナを有し、かかるアンテナそれぞれからの送信波に対する受信信号に基づいて、物標が存在すると推定される垂直方向の角度、すなわち物標の高さを推定可能なものもある（たとえば、特許文献１参照）。これにより、道路標識や看板といった上方物を検出することができる。

特開平９−２８８１７８号公報

しかしながら、上述した従来技術には、精度よく物標の高さを推定するうえで更なる改善の余地がある。

具体的には、上方物を検出しようとする場合、レーダ装置は、上方物からの直接の反射波と上方物からさらに路面などを経由した反射波とが干渉して、いわゆるマルチパスが発生し、その上方物に関しての信号レベルなどが不安定になりやすい。このため、上方物である物標の高さの推定精度を低下させてしまうおそれがあった。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、精度よく物標の高さを推定することができるレーダ装置および物標高さ推定方法を提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係るレーダ装置は、送信波と物標による該送信波の反射波とに基づく信号処理を実行することによって前記物標を検出するレーダ装置であって、アンテナ部と、演算部と、推定部とを備える。前記アンテナ部は、垂直方向に沿って配設された複数のアンテナを有する。前記演算部は、前記アンテナからそれぞれ送信された前記送信波に対する前記反射波に基づいて前記物標の垂直方位を演算し、演算結果を蓄積する。前記推定部は、前記演算部により蓄積された前記演算結果に基づいて前記垂直方位の最大値の移動平均値を算出し、該最大値の移動平均値を前記物標の高さとして推定する。

実施形態の一態様によれば、精度よく物標の高さを推定することができる。

図１Ａは、物標が上方物である場合の状況を示す図である。 図１Ｂは、上方物からの反射波に基づく物標の高さの演算結果を示す図である。 図１Ｃは、実施形態に係る物標高さ推定方法の概要説明図（その１）である。 図１Ｄは、実施形態に係る物標高さ推定方法の概要説明図（その２）である。 図２Ａは、実施形態に係るレーダ装置のブロック図である。 図２Ｂは、アンテナ部の構成例を示す図である。 図２Ｃは、水平方位演算および垂直方位演算に際してのアンテナ部の動作説明図である。 図３は、信号処理部の前段処理から信号処理部におけるピーク抽出処理までの処理説明図である。 図４Ａは、方位演算処理の処理説明図である。 図４Ｂは、ペアリング処理の処理説明図（その１）である。 図４Ｃは、ペアリング処理の処理説明図（その２）である。 図５Ａは、連続性判定処理の処理説明図である。 図５Ｂは、水平フィルタ処理の処理説明図である。 図５Ｃは、物標分類処理の処理説明図（その１）である。 図５Ｄは、物標分類処理の処理説明図（その２）である。 図５Ｅは、不要物標判定処理の処理説明図である。 図５Ｆは、グループ化処理の処理説明図である。 図５Ｇは、出力物標選択処理の処理説明図である。 図６Ａは、物標高さ推定処理におけるその他の処理の処理説明図（その１）である。 図６Ｂは、物標高さ推定処理におけるその他の処理の処理説明図（その２）である。 図６Ｃは、物標高さ推定処理におけるその他の処理の処理説明図（その３）である。 図７Ａは、実施形態に係るレーダ装置の処理部が実行する処理手順を示すフローチャートである。 図７Ｂは、物標高さ推定処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本願の開示するレーダ装置および物標高さ推定方法の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

また、以下では、本実施形態に係る物標高さ推定方法の概要について図１Ａおよび図１Ｂを用いて説明した後に、本実施形態に係る物標高さ推定方法を適用したレーダ装置１について、図２Ａ〜図７Ｂを用いて説明することとする。

なお、以下では、レーダ装置１が、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式であり、自車両ＭＣに搭載される場合を例に挙げる。

まず、本実施形態に係る物標高さ推定方法の概要について図１Ａ〜図１Ｄを用いて説明する。図１Ａは、物標ＴＧが上方物である場合の状況を示す図である。また、図１Ｂは、上方物からの反射波に基づく物標ＴＧの高さの演算結果を示す図である。また、図１Ｃおよび図１Ｄは、本実施形態に係る物標高さ推定方法の概要説明図（その１）および（その２）である。

まず、本実施形態に係るレーダ装置１は、複数のアンテナが垂直方向に配列された垂直方向アンテナ（以下、「垂直アンテナ」と言う）を備える。かかる垂直アンテナから送信された送信波が物標ＴＧに当たって反射した反射波を受信し、得られた受信信号に基づいて反射波の到来方向を推定する演算を行うことによって、物標ＴＧが存在すると推定される垂直方向の角度（以下、「垂直方位」と言う）を得ることができる。

ただし、図１Ａに示すように、物標ＴＧが上方物である場合、いわゆるマルチパスが発生し、レーダ装置１に対しては、物標ＴＧから直接到来してくる反射波Ｗ１（以下、「直接波Ｗ１」と言う）と、物標ＴＧから路面１００を経由して到来してくる反射波Ｗ２（以下、「経由波Ｗ２」と言う）との合成波が入射する。

したがって、レーダ装置１は、かかる合成波から物標ＴＧの垂直方位を演算する必要があるが、経由波Ｗ２に対応する物標ＴＧの虚像Ｇの垂直方位が得られたり、自車両ＭＣと物標ＴＧとの距離に基づくＳＮ（Signal-Noise）比の悪化の影響を受けたりすることによって、図１Ｂに示すように演算結果が不安定となる。

図１Ｂを見ると、自車両ＭＣと物標ＴＧとの距離が３０ｍ程度までは物標ＴＧの高さは３ｍ前後とほぼ安定した演算結果が得られるが、距離が３０ｍから遠距離になるとバラツキが大きくなり、演算結果が不安定であることが分かる。

そこで、本実施形態に係る物標高さ推定方法では、電波の１スキャンに対応して周期的に実行される方位演算処理において得られる垂直方位の演算値を、今回分を含め過去一定周期分をバッファ３３ａ（図２Ａ参照）へ蓄えておき、瞬時値でなく、蓄えられた時系列データに基づいて物標ＴＧの高さを推定する物標高さ推定処理を行うこととした。

具体的には、図１Ｃに示すように、物標高さ推定処理では、今回分を含む過去一定周期分の垂直方位をバッファ３３ａから取得する（ステップＳ１）。そして、取得したデータから有効分を抽出する（ステップＳ２）。

ここで、有効分とは、レーダ装置１のビーム範囲から外れているなど、明らかに無効である演算結果を除外したものを示す。図１Ｂを見ると、たとえば高さ１０ｍなど、明らかにビーム範囲から外れていると判定可能な演算値が、演算結果に含まれる場合があることが分かる。ステップＳ２により、こうしたデータを除外することができる。

そして、図１Ｃに示すように、つづいて物標高さ推定処理では、有効分につき、最大値の移動平均値を算出する（ステップＳ３）。そして、算出した移動平均値を、物標高さ推定値とする（ステップＳ４）。したがって、物標高さ推定処理では、別の言い方をすれば、垂直方位の演算結果を正規化し、かつ、垂直方向および時間軸方向において最大値を平均化する処理を行う。

図１Ｄに物標高さ推定処理の処理結果の一例を示した。かかる図１Ｄを見ると、上方物である物標ＴＧの高さが、バラツキのある従前の演算結果から最大値の移動平均値を求めることにより、安定した物標高さ推定値となることが分かる。

したがって、本実施形態に係る物標高さ推定方法によれば、精度よく物標の高さを推定することができる。なお、ここでは最大値の移動平均値を求める例を説明したが、最小値の移動平均値を求めてもよい。かかる最小値の移動平均値は、虚像Ｇの垂直方位である虚像高さ推定値に対応する。かかる虚像高さ推定値がバラツキなく得られることにより、後述する不要物標判定処理において、虚像Ｇを不要物標として精度よく判定することなどが可能となる。

また、物標高さ推定値と虚像高さ推定値との差に基づき、路面１００に落ちている下方物を判定してもよい。これらの点については、図６Ａ〜図６Ｃを用いた説明で後述する。

以下、上述した物標高さ推定方法を適用したレーダ装置１について、さらに具体的に説明する。

図２Ａは、本実施形態に係るレーダ装置１のブロック図である。また、図２Ｂは、アンテナ部の構成例を示す図である。また、図２Ｃは、水平方位演算および垂直方位演算に際してのアンテナ部の動作説明図である。なお、図２Ａでは、本実施形態の特徴を説明するために必要な構成要素のみを機能ブロックで表しており、一般的な構成要素についての記載を省略している。

換言すれば、図２Ａに図示される各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示の如く構成されていることを要しない。例えば、各機能ブロックの分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を、各種の負荷や使用状況などに応じて、任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することが可能である。

図２Ａに示すように、レーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、処理部３０とを備え、自車両ＭＣの挙動を制御する車両制御装置２と接続される。

かかる車両制御装置２は、レーダ装置１による物標ＴＧの検出結果に基づいて、ＰＣＳ（Pre-crash Safety System）やＡＥＢ(Advanced Emergency Braking System)などの車両制御を行う。なお、レーダ装置１は、車載レーダ装置以外の各種用途（たとえば、飛行機や船舶の監視など）に用いられてもよい。

送信部１０は、信号生成部１１と、発振器１２と、スイッチ１３と、送信アンテナ１４とを備える。信号生成部１１は、後述する送受信制御部３１の制御により、三角波で周波数変調されたミリ波を送信するための変調信号を生成する。

発振器１２は、かかる信号生成部１１によって生成された変調信号に基づいて送信信号を生成し、スイッチ１３へ出力する。スイッチ１３は、発振器１２から入力された送信信号を複数の送信アンテナ１４のいずれかへ出力する。

具体的には、スイッチ１３は、送受信制御部３１の制御に基づき、送信信号を入力する送信アンテナ１４をたとえば任意の１個にしたり、時分割で順次切り替えたりすることができる。なお、図２Ａに示すように、発振器１２によって生成された送信信号は、後述するミキサ２２に対しても分配される。

送信アンテナ１４は、スイッチ１３からの送信信号を送信波へ変換し、かかる送信波を自車両ＭＣの外部へ出力する。送信アンテナ１４が出力する送信波は、三角波で周波数変調された連続波である。送信アンテナ１４から自車両ＭＣの外部、たとえば前方へ送信された送信波は、他の車両などの物標ＴＧで反射されて反射波となる。

受信部２０は、アレーアンテナを形成する複数の受信アンテナ２１と、複数のミキサ２２と、複数のＡ／Ｄ変換部２３とを備える。ミキサ２２およびＡ／Ｄ変換部２３は、受信アンテナ２１ごとに設けられる。

各受信アンテナ２１は、物標ＴＧからの反射波を受信波として受信し、かかる受信波を受信信号へ変換してミキサ２２へ出力する。なお、図２Ａに示す受信アンテナ２１の数は４つであるが、３つ以下または５つ以上であってもよい。

ここで、各送信アンテナ１４および各受信アンテナ２１が配設されるアンテナ部４０の構成例について述べておく。図２Ｂに示すように、本実施形態に係るアンテナ部４０ではたとえば、送信アンテナ１４が垂直方向に沿って配設される。また、受信アンテナ２１が水平方向に沿って配設される。

そして、図２Ｃに示すように、水平方位演算に際しては、たとえば送信アンテナ１４のうちの任意の１個が送信波を送信し、各受信アンテナ２１が受信波を受信する。

垂直方位演算に際しては、各送信アンテナ１４が時分割で順次切り替えられつつ送信波を送信し、たとえば受信アンテナ２１のうちの任意の１個が受信波を受信する。

図２Ａの説明に戻る。受信アンテナ２１から出力された受信信号は、図示略の増幅器（たとえば、ローノイズアンプ）で増幅された後にミキサ２２へ入力される。ミキサ２２は、分配された送信信号と、受信アンテナ２１から入力される受信信号との一部をミキシングし不要な信号成分を除去してビート信号を生成し、Ａ／Ｄ変換部２３へ出力する。

ビート信号は、送信波と反射波との差分波であって、送信信号の周波数（以下、「送信周波数」と記載する）と受信信号の周波数（以下、「受信周波数」と記載する）との差となるビート周波数を有する。ミキサ２２で生成されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換部２３でデジタル信号に変換された後に、処理部３０へ出力される。

処理部３０は、送受信制御部３１と、信号処理部３２と、記憶部３３とを備える。信号処理部３２は、周波数解析部３２ａと、ピーク抽出部３２ｂと、方位演算部３２ｃと、ペアリング部３２ｄと、連続性判定部３２ｅと、水平フィルタ部３２ｆと、物標高さ推定部３２ｇと、物標分類部３２ｈと、不要物標判定部３２ｉと、グループ化部３２ｊと、出力物標選択部３２ｋとを備える。

記憶部３３は、バッファ３３ａと、物標高さ推定値３３ｂと、虚像高さ推定値３３ｃとを有する。バッファ３３ａは、今回分を含む過去一定周期分の垂直方位が蓄えられる。物標高さ推定値３３ｂおよび虚像高さ推定値３３ｃは、物標高さ推定部３２ｇにおける処理結果が格納される。

処理部３０は、たとえば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部３３に対応するＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）、レジスタ、その他の入出力ポート等を含むマイクロコンピュータであり、レーダ装置１全体を制御する。

かかるマイクロコンピュータのＣＰＵがＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、送受信制御部３１、信号処理部３２などとして機能する。なお、送受信制御部３１および信号処理部３２は全部をＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアで構成することもできる。

送受信制御部３１は、信号生成部１１を含む送信部１０、および、受信部２０を制御する。信号処理部３２は、一連の信号処理を周期的に実行する。つづいて信号処理部３２の各構成要素について説明するが、かかる説明では、図３〜図５Ｇを適宜併用することとする。

図３は、信号処理部３２の前段処理から信号処理部３２におけるピーク抽出処理までの処理説明図である。図４Ａは、方位演算処理の処理説明図である。図４Ｂおよび図４Ｃは、ペアリング処理の処理説明図（その１）および（その２）である。

図５Ａは、連続性判定処理の処理説明図である。図５Ｂは、水平フィルタ処理の処理説明図である。図５Ｃおよび図５Ｄは、物標分類処理の処理説明図（その１）および（その２）である。図５Ｅは、不要物標判定処理の処理説明図である。図５Ｆは、グループ化処理の処理説明図である。図５Ｇは、出力物標選択処理の処理説明図である。

周波数解析部３２ａは、各Ａ／Ｄ変換部２３から入力されるビート信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理（以下、「ＦＦＴ処理」と記載する）を行い、結果をピーク抽出部３２ｂへ出力する。かかるＦＦＴ処理の結果は、ビート信号の周波数スペクトルであり、ビート信号の周波数ごと（周波数分解能に応じた周波数間隔で設定された周波数ビンごと）のパワー値（信号レベル）である。

ピーク抽出部３２ｂは、周波数解析部３２ａによるＦＦＴ処理の結果においてピークとなるピーク周波数を抽出して物標データに反映させ、方位演算部３２ｃへ出力する。なお、ピーク抽出部３２ｂは、後述するビート信号の「ＵＰ区間」および「ＤＮ区間」のそれぞれについてピーク周波数を抽出する。

方位演算部３２ｃは、ピーク抽出部３２ｂにおいて抽出されたピーク周波数のそれぞれに対応する反射波の到来方位とそのパワー値を算出する。この時点で、到来方位は、物標ＴＧが存在すると推定される方位であることから、以下では「推定方位」と記載する場合がある。推定方位は、水平方位と、垂直方位とを含む。

また、方位演算部３２ｃは、算出した垂直方位を、今回分を含めた過去一定周期分、バッファ３３ａへ蓄えておく。また、方位演算部３２ｃは、算出した推定方位およびパワー値をペアリング部３２ｄへ出力する。

ペアリング部３２ｄは、方位演算部３２ｃの算出結果に基づいて「ＵＰ区間」および「ＤＮ区間」それぞれのピーク周波数の正しい対応付けを判定し、その結果から各物標ＴＧの距離および相対速度を算出する。また、ペアリング部３２ｄは、各物標ＴＧの推定方位、距離および相対速度を物標データに反映させ、連続性判定部３２ｅへ出力する。

信号処理部３２の前段処理から信号処理部３２におけるここまでの処理の流れを図３〜図４Ｃに示す。なお、図３は、２つの太い下向きの白色矢印で３つの領域に区切られている。以下では、かかる各領域を順に、上段、中段、下段と記載する。

図３の上段に示すように、送信信号ｆｓ（ｔ）は、送信アンテナ１４から送信波として送出された後、物標ＴＧにおいて反射されて反射波として到来し、受信アンテナ２１において受信信号ｆｒ（ｔ）として受信される。

このとき、図３の上段に示すように、受信信号ｆｒ（ｔ）は、自車両ＭＣと物標ＴＧとの距離に応じて、送信信号ｆｓ（ｔ）に対して時間差τだけ遅延している。この時間差τと、自車両ＭＣおよび物標ＴＧの相対速度に基づくドップラー効果とにより、ビート信号は、周波数が上昇する「ＵＰ区間」の周波数ｆｕｐと、周波数が下降する「ＤＮ区間」の周波数ｆｄｎとが繰り返される信号として得られる（図３の中段参照）。

図３の下段には、かかるビート信号を周波数解析部３２ａにおいてＦＦＴ処理した結果を、「ＵＰ区間」側および「ＤＮ区間」側のそれぞれについて模式的に示している。

図３の下段に示すように、ＦＦＴ処理後には、「ＵＰ区間」側および「ＤＮ区間」側のそれぞれの周波数領域における波形が得られる。ピーク抽出部３２ｂは、かかる波形においてピークとなるピーク周波数を抽出する。

たとえば、図３の下段に示した例の場合、ピーク抽出閾値が用いられ、「ＵＰ区間」側においては、ピークＰｕ１〜Ｐｕ３がそれぞれピークとして判定され、ピーク周波数ｆｕ１〜ｆｕ３がそれぞれ抽出される。

また、「ＤＮ区間」側においては、同じくピーク抽出閾値により、ピークＰｄ１〜Ｐｄ３がそれぞれピークとして判定され、ピーク周波数ｆｄ１〜ｆｄ３がそれぞれ抽出される。

ここで、ピーク抽出部３２ｂが抽出した各ピーク周波数の周波数成分には、複数の物標ＴＧからの反射波が混成している場合がある。そこで、方位演算部３２ｃは、各ピーク周波数のそれぞれについて方位演算を行い、ピーク周波数ごとに対応する物標ＴＧの存在を解析する。

なお、方位演算部３２ｃにおける方位演算は、たとえばＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）などの公知の到来方向推定手法を用いて行うことができる。

図４Ａは、方位演算部３２ｃが行った方位演算結果を模式的に示すものである。方位演算部３２ｃは、かかる方位演算結果の各ピークＰｕ１〜Ｐｕ３から、これらピークＰｕ１〜Ｐｕ３にそれぞれ対応する各物標ＴＧの推定方位を算出する。また、各ピークＰｕ１〜Ｐｕ３の大きさがパワー値となる。方位演算部３２ｃは、かかる方位演算処理を、図４Ｂに示すように、「ＵＰ区間」側および「ＤＮ区間」側のそれぞれについて行う。

また、図４Ａは平面視の模式図であるので図には表れていないが、方位演算部３２ｃが算出した各物標ＴＧの推定方位に含まれる水平方位および垂直方位のうち同一物標に対応させる組合せを要するものについては、パワー値の差などに基づいて組合せる。

そして、ペアリング部３２ｄは、図４Ｂに示すように、方位演算部３２ｃの方位演算結果において、推定方位およびパワー値の近い各ピークを対応付けるペアリングを行う。また、ペアリング部３２ｄは、対応付けられた各ピークに対応する各物標ＴＧの距離および相対速度を算出する。

距離は、「距離∝（ｆｕｐ＋ｆｄｎ）」の関係に基づいて算出することができる。相対速度は、「速度∝（ｆｕｐ−ｆｄｎ）」の関係に基づいて算出することができる。その結果、図４Ｃに示すように、自車両ＭＣに対する、各物標ＴＧの推定方位、距離および相対速度を示すペアリング処理結果が得られる。

つづいて連続性判定部３２ｅについて説明する。連続性判定部３２ｅは、前回のスキャンまで検出していた物標データと、最新の周期（今回のスキャン）分の物標データとの時間的な連続性を判定し、結果を物標データに反映させ、水平フィルタ部３２ｆへ出力する。

具体的には、図５Ａに示すように、連続性判定部３２ｅは、前回のスキャンまで検出していた物標ＴＧ１’に対応する前回値、たとえば前回位置や前回速度に基づいて今回予測位置ＬＰを算出する。そして、連続性判定部３２ｅは、今回のスキャンにおいて判定中の物標ＴＧのうち、今回予測位置ＬＰに最も近い物標ＴＧを、前回までの物標ＴＧ１’に時間的に連続する物標ＴＧ１と判定する（図中のＭ１部参照）。

つづいて水平フィルタ部３２ｆについて説明する。水平フィルタ部３２ｆは、物標データを水平方向かつ時間軸方向に平滑化する水平フィルタ処理を行い、結果を物標データに反映させ、物標分類部３２ｈへ出力する。

図５Ｂは、水平フィルタ部３２ｆが行う水平フィルタ処理を模式的に示すものである。すなわち、図５Ｂに示すように、フィルタ処理では、連続性ある前回までの物標ＴＧ’に基づく今回予測の物標と今回の物標ＴＧとを平滑化、すなわち複数回の瞬時値データの平均化処理を行い、瞬時値データのバラツキを抑え、物標ＴＧの検出精度を高めている。

つづいて物標高さ推定部３２ｇについて説明する。物標高さ推定部３２ｇは、上述したステップＳ１〜Ｓ４（図１Ｃ参照）を含む物標高さ推定処理を実行する。すなわち、物標高さ推定部３２ｇは、今回分を含む過去一定周期分の垂直方位をバッファ３３ａから取得する。また、物標高さ推定部３２ｇは、バッファ３３ａから取得したデータから無効分を除外することによって有効分を抽出する。

また、物標高さ推定部３２ｇは、抽出した有効分につき、最大値の移動平均値を算出し、算出した移動平均値を物標高さ推定値３３ｂとして記憶部３３に記憶させる。ここで、物標高さ推定処理に含まれるその他の処理について図６Ａ〜図６Ｃを用いて説明しておく。図６Ａ〜図６Ｃは、物標高さ推定処理におけるその他の処理の処理説明図（その１）〜（その３）である。

図６Ａに示すように、物標高さ推定部３２ｇは、抽出済みの有効分につき、最小値の移動平均値を算出する（ステップＳ５）。また、物標高さ推定部３２ｇは、算出した最小値の移動平均値を虚像高さ推定値３３ｃとして（ステップＳ６）、記憶部３３に記憶させる。

図６Ｂにかかる最小値の移動平均値の算出処理結果の一例を示した。かかる図６Ｂを見ると、虚像Ｇの垂直方位である虚像高さ推定値３３ｃが、垂直方向かつ時間軸方向において平滑化され、バラツキを抑えられていることが分かる。

かかる虚像高さ推定値３３ｃがバラツキなく得られることにより、後述する不要物標判定処理において、虚像Ｇを不要物標として精度よく判定することが可能となる。

また、図６Ｃに示すように、物標高さ推定部３２ｇは、物標高さ推定値３３ｂと虚像高さ推定値３３ｃとの差を比較し、差が所定値以下である場合に（ステップＳ７）、該当の物標ＴＧを下方物と判定のうえ、その高さとしては虚像高さ推定値３３ｃを採用する（ステップＳ８）。

これは、物標ＴＧが路面１００に落ちている下方物である場合、マルチパスが発生しないことから物標高さ推定値３３ｂと虚像高さ推定値３３ｃとの差が小さくなることを判定材料とするものである。虚像高さ推定値３３ｃを採用するのは、物標高さ推定値３３ｂは最大値の移動平均値であり、虚像高さ推定値３３ｃは最小値の移動平均値であるため、路面１００に落ちている下方物の高さとしては虚像高さ推定値３３ｃの方が確度が高いと考えられるためである。

このように下方物およびその高さを調べることにより、後述する不要物標判定処理において、物標ＴＧを下方物として精度よく判定することが可能となる。

図２Ａの説明に戻り、つづいて物標分類部３２ｈについて説明する。物標分類部３２ｈは、物標データの種別を分類する物標分類処理を行い、結果を物標データに反映させ、不要物標判定部３２ｉへ出力する。

図５Ｃおよび図５Ｄは、物標分類部３２ｈが行う分類例を模式的に示すものである。図５Ｃに示すように、物標分類部３２ｈは、たとえば物標ＴＧを先行車ＬＣや対向車ＯＣなどの移動物に分類することができる。

具体的には、物標分類部３２ｈは、自車両ＭＣの自車速度の逆向きよりも大きな相対速度を持つ物標ＴＧを、先行車ＬＣとして分類する。また、物標分類部３２ｈは、自車両ＭＣの自車速度の逆向きよりも小さな相対速度を持つ物標ＴＧを、対向車ＯＣとして分類する。

また、図５Ｄに示すように、物標分類部３２ｈは、たとえば物標ＴＧを静止物Ｓに分類することができる。具体的には、物標分類部３２ｈは、自車両ＭＣの自車速度とほぼ逆向きの相対速度を持つ物標ＴＧを、静止物Ｓとして分類する。

つづいて不要物標判定部３２ｉについて説明する。不要物標判定部３２ｉは、システム制御上、不要となる物標ＴＧであるか否かを判定する不要物標判定処理を行い、結果を物標データに反映させ、グループ化部３２ｊへ出力する。

図５Ｅは、不要物標判定部３２ｉが不要物標と判定する物標例を模式的に示すものである。図５Ｅに示すように、不要物標判定部３２ｉは、たとえば道路標識のような「上方物」や、「雨」、自車両ＭＣの走行には支障のない「下方物」を不要物標として判定する。

かかる判定に際しては、物標高さ推定部３２ｇによって出力された、記憶部３３の物標高さ推定値３３ｂや虚像高さ推定値３３ｃを用いることができる。不要物標には、その他にも、たとえば構造物や路面反射、壁反射、折り返しゴースト、虚像Ｇなどがある。不要物標と判定された物標ＴＧは、基本的にはレーダ装置１の出力対象とならない。

つづいてグループ化部３２ｊについて説明する。グループ化部３２ｊは、同一物に基づく複数の物標データを１つに集約するグループ化処理を行い、結果を物標データに反映させ、出力物標選択部３２ｋへ出力する。

図５Ｆは、グループ化部３２ｊが行うグループ化処理を模式的に示すものである。すなわち、図５Ｆに示すように、グループ化部３２ｊは、検出されている複数の物標のうち、同一物（たとえばトラックＴＲ）からの反射点であると推定されるものについては割れ物標ＴＤであるとみなし、１つの物標ＴＧとして集約する。かかるグループ化は、たとえば検出位置が近い、速度が近いといった条件に基づいて行われる。

つづいて出力物標選択部３２ｋについて説明する。出力物標選択部３２ｋは、システム制御上、車両制御装置２へ出力することが必要となる物標ＴＧを選択する出力物標選択処理を行い、選択した物標ＴＧの物標データを車両制御装置２へ出力する。

図５Ｇは、出力物標選択部３２ｋが行う出力物標選択処理を模式的に示すものである。出力物標選択部３２ｋは、基本的には、自レーンに近い位置に検出した物標ＴＧを優先的に選択する。

したがって、図５Ｇに示すように、たとえば自レーンに物標ＴＧ１が、対向レーン（隣接レーンでも可）に物標ＴＧ２が、自レーンから大きく外れた位置に物標ＴＧ３が、それぞれ検出されていた場合、出力物標選択部３２ｋは、たとえば物標ＴＧ３を選択しない（図中のＭ２部参照）。

かかる場合、出力物標選択部３２ｋは、ＰＣＳやＡＥＢに必要となると考えられる物標ＴＧ１および物標ＴＧ２を選択する（図中の枠ＦＲ参照）。

次に、本実施形態に係るレーダ装置１の処理部３０が実行する処理手順について、図７Ａおよび図７Ｂを用いて説明する。図７Ａは、本実施形態に係るレーダ装置１の処理部３０が実行する処理手順を示すフローチャートである。また、図７Ｂは、物標高さ推定処理の処理手順を示すフローチャートである。なお、ここでは、スキャン１回分に対応する一連の信号処理の処理手順を示している。

図７Ａに示すように、まず周波数解析部３２ａが、周波数解析処理を実行する（ステップＳ１０１）。つづいて、ピーク抽出部３２ｂが、ピーク抽出処理を実行する（ステップＳ１０２）。

そして、方位演算部３２ｃが、方位演算処理を実行し（ステップＳ１０３）、その結果に基づいてペアリング部３２ｄがペアリング処理を実行する（ステップＳ１０４）。

そして、連続性判定部３２ｅが連続性判定処理を実行し（ステップＳ１０５）、水平フィルタ部３２ｆが水平フィルタ処理を実行する（ステップＳ１０６）。

そして、物標高さ推定部３２ｇが、物標高さ推定処理を実行する（ステップＳ１０７）。物標高さ推定処理では、図７Ｂに示すように、物標高さ推定部３２ｇが、今回分を含む過去一定周期分の垂直方位をバッファ３３ａから取得する（ステップＳ２０１）。

そして、物標高さ推定部３２ｇは、取得したデータのうちの無効分を除外することによって、有効分を抽出する（ステップＳ２０２）。そして、物標高さ推定部３２ｇは、抽出した有効分につき、最大値の移動平均値を算出する（ステップＳ２０３）。

そして、物標高さ推定部３２ｇは、算出した移動平均値を物標高さ推定値３３ｂとする（ステップＳ２０４）。次に、物標高さ推定部３２ｇは、抽出済みの有効分につき、最小値の移動平均値を算出する（ステップＳ２０５）。

そして、物標高さ推定部３２ｇは、算出した移動平均値を虚像高さ推定値３３ｃとする（ステップＳ２０６）。なお、ここでは図示していないが、物標高さ推定部３２ｇはつづいて、物標高さ推定値３３ｂと虚像高さ推定値３３ｃとの差に基づき、下方物であるか否かを判定する処理および下方物であればその高さを決定する処理を実行することができる（図６ＣのステップＳ７およびステップＳ８参照）。

そして、物標高さ推定部３２ｇは、物標高さ推定処理を終了する。図７Ａの説明に戻る。つづいて、物標分類部３２ｈが物標分類処理を実行する（ステップＳ１０８）。

そして、不要物標判定部３２ｉが不要物標判定処理を実行し（ステップＳ１０９）、グループ化部３２ｊがグループ化処理を実行する（ステップＳ１１０）。そして、出力物標選択部３２ｋが出力物標選択処理を実行し（ステップＳ１１１）、スキャン１回分に対応する一連の信号処理が終了する。

上述してきたように、実施形態に係るレーダ装置１は、送信波と物標ＴＧによる送信波の反射波とに基づく信号処理を実行することによって物標ＴＧを検出するレーダ装置１であって、アンテナ部４０と、方位演算部３２ｃ（「演算部」の一例に相当）と、物標高さ推定部３２ｇ（「推定部」の一例に相当）とを備える。

アンテナ部４０は、垂直方向に沿って配設された複数の送信アンテナ１４（「アンテナ」の一例に相当）を有する。方位演算部３２ｃは、送信アンテナ１４からそれぞれ送信された送信波に対する反射波に基づいて物標ＴＧの垂直方位を演算し、演算結果を蓄積する。

物標高さ推定部３２ｇは、方位演算部３２ｃにより蓄積された演算結果に基づいて垂直方位の最大値の移動平均値を算出し、かかる最大値の移動平均値を物標ＴＧの高さとして推定する。

したがって、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、精度よく物標ＴＧの高さを推定することができる。

また、物標高さ推定部３２ｇは、方位演算部３２ｃにより蓄積された演算結果から無効分を除外した有効分につき、最大値の移動平均値を算出する。

したがって、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、正規化したデータに基づいて物標ＴＧの高さを推定するので、推定される物標ＴＧの高さの精度をより高めることができる。

また、物標高さ推定部３２ｇは、上記演算結果に基づいて垂直方位の最小値の移動平均値を算出し、かかる最小値の移動平均値を物標ＴＧに対応する虚像Ｇの高さとして推定する。

したがって、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、物標ＴＧに対応する虚像Ｇの高さをも精度よく推定することができる。

また、物標高さ推定部３２ｇは、推定した物標ＴＧの高さと虚像Ｇの高さとの差が所定値以下である場合に、かかる物標ＴＧが下方物であると判定し、かかる下方物の高さに虚像Ｇの高さを採用する。

したがって、本実施形態に係るレーダ装置１によれば、路面１００に落ちており、不要物標として判定されるべき下方物およびその高さを精度よく推定することができる。

なお、上述した実施形態では、レーダ装置１が、ＦＭ−ＣＷ方式であることとしたが、方式を限定するものではなく、たとえばＦＣＭ（Fast Chirp Modulation）方式であってもよい。なお、ＦＣＭ方式である場合、上述のペアリング処理は不要であるので、ペアリング部３２ｄを構成要素から外すことができる。

また、上述した実施形態では、レーダ装置１の用いる到来方向推定手法の例にＥＳＰＲＩＴを挙げたが、これに限られるものではない。たとえばＤＢＦ（Digital Beam Forming）や、ＰＲＩＳＭ（Propagator method based on an Improved Spatial-smoothing Matrix）、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）等を用いてもよい。

また、上述した実施形態では、レーダ装置１は自車両ＭＣに設けられることとしたが、無論、車両以外の移動体、たとえば船舶や航空機等に設けられてもよい。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ レーダ装置
３２ｇ 物標高さ推定部
３３ａ バッファ
３３ｂ 物標高さ推定値
３３ｃ 虚像高さ推定値
１００ 路面
Ｇ 虚像
ＭＣ 自車両
ＴＧ 物標

Claims (5)

1. 送信波と物標による該送信波の反射波とに基づく信号処理を実行することによって前記物標を検出するレーダ装置であって、
   垂直方向に沿って配設された複数のアンテナを有するアンテナ部と、
   前記アンテナからそれぞれ送信された前記送信波に対する前記反射波に基づいて前記物標の垂直方位を演算し、演算結果を蓄積する演算部と、
   前記演算部により蓄積された前記演算結果に基づいて前記垂直方位の最大値の移動平均値を算出し、該最大値の移動平均値を前記物標の高さとして推定する推定部と
   を備えることを特徴とするレーダ装置。
2. 前記推定部は、
   前記演算部により蓄積された前記演算結果から無効分を除外した有効分につき、前記最大値の移動平均値を算出すること
   を特徴とする請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記推定部は、
   前記演算結果に基づいて前記垂直方位の最小値の移動平均値を算出し、該最小値の移動平均値を前記物標に対応する虚像の高さとして推定すること
   を特徴とする請求項１または２に記載のレーダ装置。
4. 前記推定部は、
   推定した前記物標の高さと前記虚像の高さとの差が所定値以下である場合に、当該物標が下方物であると判定し、該下方物の高さに前記虚像の高さを採用すること
   を特徴とする請求項３に記載のレーダ装置。
5. 垂直方向に沿って配設された複数のアンテナを有するアンテナ部を備え、送信波と物標による該送信波の反射波とに基づく信号処理を実行することによって前記物標を検出するレーダ装置を用いた物標高さ推定方法であって、
   前記アンテナからそれぞれ送信された前記送信波に対する前記反射波に基づいて前記物標の垂直方位を演算し、演算結果を蓄積する演算工程と、
   前記演算工程により蓄積された前記演算結果に基づいて前記垂直方位の最大値の移動平均値を算出し、該最大値の移動平均値を前記物標の高さとして推定する推定工程と
   を含むことを特徴とする物標高さ推定方法。

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