JP4093109B2 - 車両用レーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ波の送受信により車両の周囲に存在する対象物を検出する車両用レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用レーダ装置として、モノパルス方式のレーダ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このモノパルス方式のレーダ装置は、所定の間隔を隔てて配置した２個のアンテナによってレーダ波の反射波を受信し、その受信信号の位相差に基づいて、反射波を生じさせた対象物の方位を算出するものである。この方位算出原理について簡単に説明する。
【０００３】
例えば、図１３に示すようにアンテナＡ１，Ａ２の垂線とのなす角度（方位）θにある物標（対象物）Ｍで反射した波長λのレーダ波が、間隔Ｄを隔てて配置された２個のアンテナＡ１，Ａ２にて受信される場合を想定する。この場合、各アンテナＡ１，Ａ２にて受信されるレーダ波の経路長には差Δｄが発生する。この経路長の差Δｄは、アンテナＡ１，Ａ２の垂線と物標Ｍによって反射されたレーダ波の到来方向とのなす角度θに応じて変化する。従って、経路長の差Δｄを両受信信号の位相差Δφとして求め、この位相差Δφから物標Ｍの方位（角度θ）を求めることができる。ここで、２つの受信信号の位相差Δφと角度θとの関係を式で表すと、以下の数式１のようになる。
【０００４】
【数１】
Δφ＝（２π／λ）Ｄｓｉｎθ
角度θが十分に小さい場合には、ｓｉｎθ≒θであるため、数式１を角度θについて変形すると、数式２のようになる。
【０００５】
【数２】
θ＝Δφ・λ／（２π・Ｄ）
次に、位相差Δφの算出方法について説明する。まず、周波数が上昇する上昇部と周波数が下降する下降部とを備える三角波状の送信信号をレーダ波として送信し、対象物によって反射されたレーダ波を２個のアンテナＡ１、Ａ２で受信して受信信号を発生する。そして、上昇部及び下降部毎に、それらの送信信号と受信信号とをミキシングして、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差に相当する周波数信号（上昇部ビート信号及び下降部ビート信号）を求める。さらに、その上昇部ビート信号及び下降部ビート信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による周波数解析を行ない、送信信号の周波数が上昇する上昇部及び周波数が減少する下降部の区間毎に、周波数スペクトルデータを求める。この周波数スペクトルデータは、各周波数毎の複素ベクトルとして得られる。
【０００６】
そして、上昇部及び下降部の各周波数スペクトルデータにおける各周波数毎の複素ベクトルの絶対値から、それぞれの周波数スペクトルのピークを検出して、上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数を特定する。なお、これらの上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数は、対象物によって反射されたレーダ波によって発生するものであり、当該対象物との距離及び相対速度に応じた周波数となる。
【０００７】
上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数が特定されると、その上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数におけるビート信号の位相を算出する。この位相は、例えば、複素ベクトルが実数軸となす角度から求めることができる。そして、受信信号毎に算出されたビート信号の上昇部ピーク周波数における位相同士の減算、及び下降部ピーク周波数における位相同士の減算を行なうことにより、上昇部ピーク周波数における位相差及び下降部ピーク周波数の位相差を求めることができる。
【０００８】
このようにして位相差が算出されると、上昇部ピーク周波数における位相差と下降部ピーク周波数における位相差の一方が、適宜、方位算出用の位相差Δφとして選択される。そして、その選択された位相差Δφに基づいて、上記数式２を用いて対象物の方位が算出される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１５２４７８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とは、対象物の方位を算出する以外にも、当該対象物の距離及び相対速度を算出するために利用される。以下に、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とに基づく距離及び相対速度の算出方法を説明する。
【００１１】
図１４（ａ）に示すように、レーダ装置を取り付けた車両と、レーダ波を反射する対象物との移動速度が等しい（相対速度Ｖ＝０）場合、対象物で反射したレーダ波は、対象物との間の距離Ｄを往復に要する時間だけ遅延する。この場合、受信信号ｆｒは、送信信号ｆｓからその遅延時間分だけ時間軸に沿ってシフトしたものとなり、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは等しく（ｆｂｕ＝ｆｂｄ）なる。
【００１２】
一方、レーダ装置を取り付けた車両と対象物との移動速度が異なる（相対速度Ｖ≠０）場合、対象物で反射したレーダ波は、対象物との相対速度Ｖに応じたドップラシフトを受ける。このため、受信信号ｆｒは、対象物との距離Ｄに応じた遅延時間分のシフトに加え、相対速度Ｖによるドップラ成分の分だけ、周波数軸に沿ってシフトしたものとなる。この場合、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは異なったもの（ｆｂ１≠ｆｂ２）となる。
【００１３】
このように、受信信号ｆｒは、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖに応じて、時間軸及び周波数軸方向にシフトされる。換言すれば、送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの時間軸における周波数の差は対象物との距離Ｄに対応し、周波数軸における周波数の差は相対速度Ｖに対応する。それぞれの周波数は、下記の数式３及び数式４から求めることができる。
【００１４】
【数３】
距離Ｄに対応する周波数ｆｂ＝（|ｆｂｕ|＋|ｆｂｄ|）／２
【００１５】
【数４】
相対速度Ｖに対応する周波数ｆｄ＝（|ｆｂｕ|−|ｆｂｄ|）／２
これらの距離Ｄ及び相対速度Ｖに対応する周波数ｆｂ、ｆｄから、以下の数式５及び数式６によって、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出することが出来る。
【００１６】
【数５】
Ｄ＝｛Ｃ／（４×ΔＦ×ｆｍ）｝×ｆｂ
【００１７】
【数６】
Ｖ＝｛Ｃ／（２×ｆ０）｝×ｆｄ
なお、△Ｆは送信信号ｆｓの周波数変調幅、ｆ０は送信信号ｆｓの中心周波数、ｆｍは繰り返し周波数、Ｃは光速を表す。
【００１８】
ただし、レーダ波を反射する対象物が複数ある場合には、その対象物に応じた数だけ上昇部ピーク周波数ｆｂｕ及び下降部ピーク周波数ｆｂｄが現れる。従って、各対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出するためには、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとを各対象物毎に組み合わせる（ペアマッチ）必要がある。
【００１９】
このペアマッチの方法として、上述した位相差Δφが近似していることを条件として、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとを組み合わせることが考えられる。近似した位相差Δφを持つ場合、その上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは同一の対象物によって発生したものと考えられるためである。
【００２０】
しかしながら、複数の対象物によるピーク周波数が重なってしまった場合に、そのピーク周波数における位相を演算すると、その複数の対象物による反射波の各位相が合成された合成位相が算出されてしまう。従って、この場合、上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数における位相差から、正しいペアマッチを行なうことができない。この結果、対象物の方位を始めとし、距離や相対速度を誤って算出してしまう可能性がある。
【００２１】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、上昇部ビート信号もしくは下降部ビート信号において、複数の対象物によるピーク周波数が重なった場合でも、当該複数の対象物の方位を算出することが可能な車両用レーダ装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の車両用レーダ装置は、
上昇部、下降部、及び一定部からなる波形の変調信号により周波数変調された送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、
所定の間隔を持って配置され、送信されたレーダ波が対象物により反射された場合に、その反射波を受信して受信信号を発生する２個の受信手段と、
２個の受信手段によって発生される受信信号に基づいて、対象物の方位を算出する信号処理手段とを備えた車両用レーダ装置において、
２個の受信手段は、それぞれ、受信信号と送信信号との周波数の差に相当するビート信号を、送信信号の上昇部、下降部、及び一定部毎に生成するビート信号生成手段を備え、
信号処理手段は、２個の受信手段の受信信号からそれぞれ生成された上昇部及び下降部の少なくとも一方のビート信号のピーク周波数における位相差に基づいて、対象物の方位を算出する第１の方位算出手段と、
複数の対象物によるピーク周波数が、上昇部と下降部の少なくとも一方のビート信号において重なったか否かを、前記上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とが、前記一定部ビート信号のピーク周波数に対応する相対速度分だけずれているか否かにより判定し、その相対速度分だけずれていると判定した場合に、ビート信号発生手段によって発生される一定部ビート信号のピーク周波数における位相差に基づいて対象物の方位を算出する第２の方位算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
ここで、車両用レーダ装置が複数の対象物を測定すべき状況を想定すると、レーダ装置を搭載した車両が複数車線からなる道路を走行しており、その複数車線の各々に先行車両が存在する場合である。このような状況において、複数車線の各々に存在する先行車両が、レーダ装置を搭載した車両から同じ距離において、同じ相対速度を保ちながら走行することは稀である。すなわち、複数車線における追越車線を走行している先行車両の速度は、走行車線や登坂車線を走行している先行車両の速度よりも高いことが多い。従って、複数の対象物によるピーク周波数が、上昇部と下降部の少なくとも一方のビート信号において重なった場合には、距離及び相対速度の組合せが、偶々、上昇部ビート信号もしくは下降部ビート信号の一方において同じピーク周波数を招いた場合がほとんどである。従って、このような場合、その複数の対象物の各々の相対速度のみに対応した周波数にピークが発生する一定部ビート信号においては、その複数の対象物の相対速度に対応するピーク周波数はずれる可能性が高いので、その一定部ビート信号のピーク周波数における、２個のビート信号の位相差からその対象物の方位を算出することができる。
そして、上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とが、一定部ビート信号のピーク周波数に対応する相対速度分だけずれているかどうか判定することにより、一定部ビート信号と、上昇部及び下降部ビート信号とに、同じ相対速度の対象物によるピーク周波数が発生していることを確認することができる。このため、一定部ビート信号のピーク周波数の位相差から求める方位の信頼性を向上することができる。
【００２４】
請求項２に記載した車両用レーダ装置においては、第１の方位算出手段が、対象物の方位として、上昇部ピーク周波数における位相差に基づく上昇部方位と下降部ピーク周波数における位相差に基づく下降部方位とを算出するものであり、信号処理手段は、さらに、上昇部方位と下降部方位とが近似すること、かつピーク強度が近似することを条件として、当該上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とが同じ対象物によって生じたものとみなし、それらのピーク周波数を組み合わせる組合せ手段と、
組合せ手段によって組み合わされた上昇部及び下降部のビート信号のピーク周波数を用いて、対象物の距離及び相対速度を算出する算出手段とを備え、
組合せ手段によって、上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数が組み合わせられなかった場合に、第２の方位算出手段が、対象物の方位を算出することを特徴とする。
【００２５】
上述したように、複数の対象物によるピーク周波数が重なった場合、そのピーク周波数における位相は、それぞれの対象物による反射波の位相を合成したものとなる。従って、２個の受信手段のビート信号生成手段によってそれぞれ生成された２個のビート信号の位相差を求めても、いずれの対象物の方位にも該当しないことになる。従って、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とが組み合わせられない場合には、複数の対象物によるピーク周波数が重なっている可能性があるため、第２の方位算出手段によって対象物の方位を算出するのである。
【００２７】
請求項３に記載の車両用レーダ装置においては、第２の方位算出手段が、上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート周波数のピーク周波数とが一定部ビート信号のピーク周波数に対応する相対速度分だけずれていると判定した場合、組合せ手段は、その上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とを組み合わせることを特徴とする。これにより、上昇部ビート信号もしくは下降部ビート信号において、複数の対象物によるピーク周波数が重なった場合でも、一定部ビート信号のピーク周波数から組み合わせるべき、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とを特定することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における車両用レーダ装置の全体構成を表すブロック図である。
【００３９】
図１に示すように、本実施形態のレーダ装置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を備えている。この送信器４は、マイコン１０から出力される時間に対して周波数が漸増、漸減及び一定となるパターンの信号をデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換するＤ／Ａ変換器１２と、このＤ／Ａ変換器１２から出力される信号を変調信号として入力し、この変調信号により変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する電圧制御発振器１４と、電力制御発振器１４の出力を送信信号ｆｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１６とから構成される。そして、送信信号ｆｓは、送信アンテナＡＳに供給され、ローカル信号Ｌは、受信器６へ供給される。
【００４０】
また、本実施形態のレーダ装置２は、先行車両等の対象物によって反射されたレーダ波（以下、反射波）を受信する、所定の間隔を隔てて配置された２個の受信アンテナＡＲ１，ＡＲ２を備えている。反射波が２個のアンテナＡＲ１，ＡＲ２で受信されると、各アンテナＡＲ１，ＡＲ２はその反射波に応じた受信信号ｆｒ１，ｆｒ２を発生し、受信器６に与える。
【００４１】
受信器６は、各アンテナＡＲ１，ＡＲ２に対応して、受信信号ｆｒ１，ｆｒ２とローカル信号Ｌとをミキシングして、これらの信号の差の周波数に相当するビート信号Ｂ１，Ｂ２を生成する２個のミキサＭＸ１，ＭＸ２と、各ミキサＭＸ１，ＭＸ２で発生されたビート信号Ｂ１，Ｂ２をそれぞれ増幅する２個の増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２を備えている。なお、増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２は、ビート信号Ｂ１，Ｂ２から不要な高周波成分を除去するフィルタ機能も有している。
【００４２】
増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２によって増幅されたビート信号Ｂ１，Ｂ２は、Ａ／Ｄ変換部８に与えられる。Ａ／Ｄ変換部８は、ビート信号Ｂ１，Ｂ２をそれぞれサンプリングしてデジタルデータＤ１，Ｄ２に変換する２個のＡ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２を備えている。Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２によって変換された各ビート信号Ｂ１，Ｂ２のデジタルデータＤ１，Ｄ２は、マイクロコンピュータ１０に与えられる。
【００４３】
マイクロコンピュータ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成され、Ａ／Ｄ変換部８からのデジタルデータＤ１，Ｄ２に基づき、先行車両等の対象物との距離、相対速度、方位の検出を行なう検出処理を実行する。さらに、マイクロコンピュータ１０は、それらの処理を行なう際にデジタルデータＤ１，Ｄ２に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ等を備えている。
【００４４】
このように構成された車両レーダ装置２においては、図３に示すように、周波数が漸増、漸減及び一定となるパターンの変調信号による変調の結果、周波数上昇部、周波数下降部、及び周波数一定部からなるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信される。そのレーダ波が先行車両等の対象物によって反射されると、その反射波が各受信アンテナＡＲ１，ＡＲ２にて受信される。そのとき、各受信アンテナＡＲ１，ＡＲ２にて発生される受信信号は、受信器６のミキサＭＸ１，ＭＸ２にてローカル信号Ｌと混合されることにより、各受信信号とローカル信号Ｌ（送信信号ｆｒ）との差の周波数成分に相当するビート信号Ｂ１，Ｂ２が生成される。なお、各Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２は、送信信号ｆｓの周波数上昇部、周波数下降部、及び周波数一定部毎に、ビート信号Ｂ１，Ｂ２を所定回数づつサンプリングしてＡ／Ｄ変換する。これにより、周波数上昇部、周波数下降部、及び周波数一定部とでそれぞれビート信号が生成される。
【００４５】
次に、マイクロコンピュータ１０にて実行される、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４６】
まず、ステップＳ１００において、先行車両等の対象物により反射したレーダ波を受信することにより受信器６から出力されるビート信号Ｂ１，Ｂ２のデジタルデータＤ１，Ｄ２が、それぞれ周波数上昇部、周波数下降部及び周波数一定部において所定個数づつ読み込まれ、ＲＡＭに一時保存される。
【００４７】
続くステップＳ１１０では、周波数上昇部及び周波数下降部のビート信号Ｂ１，Ｂ２としてＲＡＭに保存された各デジタルデータＤ１，Ｄ２に対して周波数解析処理（高速フーリエ変換処理）を実行する。この高速フーリエ変換処理の結果として、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の各周波数毎の複素ベクトルが得られる。この複素ベクトルの絶対値は、対応する各周波数の振幅（強度）を示すものである。すなわち、高速フーリエ変換処理によって、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して、周波数ごとの強度を示したスペクトルデータが得られる。なお、この高速フーリエ変換処理は、周波数上昇部におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２と周波数下降部におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２とに対して、別個に行なわれる。
【００４８】
次にステップＳ１２０では、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して算出された周波数スペクトルデータを周波数上昇部及び周波数下降部毎に平均化処理する。そしてステップＳ１３０では、その平均化した上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータから、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の共通の上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数ＤＰＦを抽出する。この場合、上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータから、そのスペクトル上でピークとなる全ての周波数成分を抽出して、その周波数をピーク周波数として特定する。
【００４９】
ここで、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２には異なるノイズが重畳されており、また、各受信チャンネルの経路や各アンテナＡＲ１，ＡＲ２の性能が微妙に異なるため、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２のピーク周波数にずれが生じる場合がある。そのため、上記のように各ビート信号Ｂ１，Ｂ２の各周波数成分の強度を示すスペクトルデータを平均化し、その結果から共通のピーク周波数ＵＰＦ、ＤＰＦを抽出する。これにより、ノイズはランダムであるため、平均化処理によりノイズ成分の強度はピーク周波数ＵＰＦ，ＤＰＦの強度に対して小さくなり、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。なお、理論的には、同一の対象物によって反射された反射波を受信した場合、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２は同じ周波数にピーク周波数成分を有するはずである。このため、１つのビート信号Ｂ１，Ｂ２のスペクトルデータを求め、そのスペクトルデータからピーク周波数を抽出し、他のビート信号Ｂ１，Ｂ２にも同様のピーク周波数が発生していると推測しても良い。
【００５０】
このようなステップＳ１３０の処理により、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して共通の上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦが抽出される。なお、ピーク周波数の検出方法としては、例えば、各周波数の振幅の変化を順次求め、その前後にて振幅の変化の符号がプラスからマイナスに反転する周波数にピークがあるものとして、その周波数をピーク周波数として特定すれば良い。
【００５１】
ステップＳ１４０では、共通の上昇部及び下降部ピーク周波数ＵＰＦ，ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差をそれぞれ算出する。この位相差の算出方法としては、従来のように、複素ベクトルが実数軸となす角度からピーク周波数における各ビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相を求めた上で、その位相同士の差を算出すれば良い。なお、上昇部及び下降部ビート信号Ｂ１，Ｂ２の複数の周波数にピークがある場合には、それぞれのピーク周波数において、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差を算出する。
【００５２】
ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０にて算出した上昇部ピーク周波数ＵＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差と、下降部ピーク周波数ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１、Ｂ２の位相差との差が所定値未満となり、かつピーク強度の差が所定値未満となる上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せを判定する。この組合せ判定において、位相差及びピーク強度が近似している組合せが見つかった場合、その上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとをペアマッチさせる。
【００５３】
レーダ波を反射する対象物が複数ある場合には、その対象物に応じた数だけ上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数ＤＰＦが現れるため、その上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとを各対象物毎に組み合わせる（ペアマッチ）必要がある。本実施形態では、上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとが、同一の対象物からの反射波によって生じた場合には、上昇部及び下降部ピーク周波数ＵＰＦ，ＤＰＦの位相差がほぼ同じになることに着目して、上昇部及び下降部ピーク周波数ＵＰＦ、ＤＰＦ２におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差が近似していることを条件として、ペアマッチを行なうのである。
【００５４】
ただし、このペアマッチの条件としては、上述した位相差、ピーク強度差のみに基づくことなく、例えば、相対速度が−２００ｋｍ／ｈ以上１００ｋｍ／ｈ以下の範囲に属する等の他の条件を加えても良い。
【００５５】
ステップＳ１５０においてペアマッチされた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦの組合せに対して、ステップＳ２００において、上述した数式２を用いて、上昇部もしくは下降部ピーク周波数ＵＰＦ、ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差から対象物の方位θを算出する。その後、ステップＳ２１０に進み、上述した数式５及び数式６を用いて、ペアマッチされた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとから、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出する。ステップＳ２２０では、算出した方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖを履歴データとして記憶する。なお、この履歴データは、過去に算出された複数個の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖからなるもので、複数の対象物が存在する場合には、対象物毎に分類して記憶される。
【００５６】
一方、ステップＳ１５０においてペアマッチされない上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦがあった場合には、ステップＳ１６０以降の処理により、偶々、複数の対象物による反射波によって生じたピーク周波数が重なってしまいペアマッチができなかったのか否かを判定し、そのようなケースに該当する場合には、ペアマッチすべき上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦを特定し、対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖの算出を行なう。
【００５７】
ここで、複数の対象物からの反射波によって生じるピーク周波数が重なる状況の一例について、図４を用いて説明する。図４には、レーダ装置２を搭載した自車両が、複数の車線からなる道路を走行している時、２台の車両Ａ，Ｂが、その自車両の前方を走行している状況を示している。このとき、先行車両Ａは、自車両から距離ｒ離れた地点において、自車両との相対速度−ｖ２の速度で走行し、先行車両Ｂは、自車両から距離Ｒ（＞ｒ）離れた地点において、自車両との相対速度−ｖ１（｜ｖ１｜＜｜ｖ２｜）の速度で走行しているものとする。
【００５８】
このような状況においては、図５に示すように、車両Ａ，Ｂとも自車両と相対速度を持つため、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ１、ＵＰＦ２と下降部ピーク周波数ＤＰＦとがずれる。但し、車両Ａの相対速度−ｖ２の絶対値は、車両Ｂの相対速度−ｖ１の絶対値よりも大きいため、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ１と下降部ピーク周波数ＤＰＦとのずれ量は大きくなる。さらに、車両Ｂの距離Ｒは車両Ａの距離ｒよりも長いため、車両Ｂからの反射波による上昇部ピーク周波数ＵＰＦ２及び下降部ピーク周波数ＤＰＦは、より高い周波数域に現れる。このとき、車両Ａの下降部ピーク周波数ＤＰＦがドップラシフトにより、高周波数域に移動すると、車両Ａの下降部ピーク周波数ＤＰＦと車両Ｂの下降部ピーク周波数ＤＰＦとが重なる場合が生じる。
【００５９】
このような場合、下降部ピーク周波数ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相は、車両Ａからの反射波による位相と車両Ｂからの反射波による位相とが合成された位相となる。このため、下降部ピーク周波数ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差を算出しても、車両Ａ，Ｂのいずれの上昇部ピーク周波数ＵＰＦ１、ＵＰＦ２におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差と異なることになる。
【００６０】
しかしながら、図６に示すように、周波数一定部のビート信号に対して高速フーリエ変換を行なって周波数スペクトルデータを算出すると、車両Ａと車両Ｂとは相対速度が異なるため、それぞれの相対速度−ｖ１、−ｖ２に対応した周波数にピークが生ずる。このようにして、周波数一定部のビート信号の周波数スペクトルデータを参照することにより、相対速度が異なる複数の対象物を識別することができる。
【００６１】
このため、ステップＳ１６０において、周波数一定部のビート信号に対して高速フーリエ変換を行なうことによって、周波数スペクトルデータを算出する。その後、ステップＳ１７０では、ステップＳ１６０で算出した周波数スペクトルデータのピーク周波数に対応する相対速度分だけずれた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せが存在するか否かを判定する。このような照合により、周波数一定部のビート信号と、上昇部及び下降部のビート信号とに、同じ相対速度の対象物によるピーク周波数が発生していることを確認することができる。
【００６２】
例えば、図５に示す例においては、まず、車両Ａにより一定部ビート信号のスペクトルデータに生じたピーク周波数に対応する相対速度（−ｖ２）に相当する分だけずれた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せが存在するかどうか判定される。この場合、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ１と下降部ピーク周波数ＤＰＦとがその条件を満足することになる。次に、車両Ｂにより一定部ビート信号のスペクトルデータに生じたピーク周波数に対応する相対速度（−ｖ１）に相当する分だけずれた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せが存在するかどうか判定される。この場合、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ２と下降部ピーク周波数ＤＰＦとがその条件を満足することになる。
【００６３】
このような確認がなされた場合、ステップＳ１８０に進み、該当する上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとをペアマッチする。そして、ステップＳ１９０において、周波数一定部のビート信号のピーク周波数における位相差から、対象物の方位θを算出する。その後は、上述したと同様に、ステップＳ２１０にて、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出し、ステップ２２０にて、算出した距離Ｄ及び相対速度Ｖを履歴データとして記憶する。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態による車両レーダ装置によれば、上昇部ビート信号もしくは下降部ビート信号において、複数の対象物によるピーク周波数が重なった場合でも、一定部のビート信号を用いて、その対象物の方位を算出するとともに、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とのペアマッチが可能となる。従って、先行車両等の対象物を見失うことなく、継続して、その対象物を検知することができる。
【００６５】
（参考例）
次に、参考例による車両用レーダ装置について説明する。なお、本参考例による車両用レーダ装置の構成は、前述の第１実施形態による車両用レーダ装置と同様であるため、その説明を省略する。
【００６６】
本参考例における車両用レーダ装置は、上昇部及び下降部の少なくとも一方のビート信号のピーク周波数を示す波形の正確性が劣っている場合、前述の第１実施形態のように、他の手段によって対象物の方位を算出したりするのではなく、そのビート信号を用いた方位の算出を中止することにより、対象物の方位が誤って算出されることを確実に防止するものである。
【００６７】
図７は、本参考例による、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。このフローチャートにおいては、図２のフローチャートと大半の処理が共通する。このため、同様の処理に関して同じ参照番号を付与することにより、その説明を省略する。
【００６８】
図７のフローチャートにおいて特徴となる処理は、ステップＳ１２１及びステップＳ１２２の処理である。ステップＳ１２１は、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して算出された周波数スペクトルデータを周波数上昇部及び周波数下降部毎に平均化処理するステップＳ１２０の後に実行される。そして、ステップＳ１２０にて算出された周波数上昇部の平均スペクトルデータ及び周波数下降部の平均スペクトルデータの各々に関して積分処理を行ない、上昇部積分値及び下降部積分値を算出する。
【００６９】
ステップＳ１２２では、ステップＳ１２１にて算出された上昇部積分値及び下降部積分値を所定の閾値と比較する。そして、上昇部積分値及び下降部積分値がともに所定の閾値以下である場合に、ステップＳ１３０以降の処理に進んで、対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖの算出を行なう。一方、上昇部積分値及び下降部積分値の一方でも閾値より大きくなると、対象物の方位θ等の算出を行なわず、ステップＳ１００に戻る。
【００７０】
上述した上昇部積分値あるいは下降部積分値が所定の閾値を超えるのは、検知すべき先行車両や路上の障害物以外に、例えばガードレール等の路側反射物からの反射によって多数のピーク周波数が生じている場合や、ノイズ等の影響が大きくビート信号全体のレベルが高くなっている場合などである。図８に、ガードレール等の路側反射物からの反射がある場合のスペクトルデータと、そのような反射がない場合のスペクトルデータとを示す。
【００７１】
路側反射物からの反射がある場合は、先行車両等の対象物からのピーク周波数の検出や上述したペアマッチを正確に行なうことが困難になるため、結果として、対象物の方位θ等を誤って算出してしまう可能性が生じる。対象物を誤って認識することは確実に防止すべきであるので、本実施形態では、上述した上昇部積分値及び下降部積分値を用いて、ビート信号のピーク周波数を示す波形の正確性を判定し、正確性が劣っていると判定した場合には、方位等の算出を中止するのである。
【００７２】
上述した参考例においては、周波数上昇部の平均スペクトルデータ及び周波数下降部の平均スペクトルデータの各々に関して積分処理を行なうことにより算出した上昇部積分値及び下降部積分値を用いて、ビート信号のピーク周波数を示す波形の正確性を判定した。それに対して、本変形例１では、上昇部ビート信号及び下降部ビート信号に対して高速フーリエ変換処理を行なうことによって算出した上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータにおける全ピーク周波数の数に対して、ペアマッチされたピーク周波数の数の割合により、ピーク周波数を示す波形の正確性を判定するものである。
【００７３】
すなわち、図９のフローチャートに示すように、ステップＳ１４１において、ステップＳ１４０にて算出した各上昇部ピーク周波数ＵＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差と、各下降部ピーク周波数ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１、Ｂ２の位相差との差が所定値未満となる上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せを全て抽出する。そして、ステップＳ１４２において、
上昇部スペクトルデータもしくは下降部スペクトルデータにおける全ピーク周波数の数を基準として、ペアマッチされたピーク周波数の数の割合を算出するとともに、その割合が所定の閾値以上であるか否か判定する。
【００７４】
このステップＳ１４２の判定において、ペアマッチされたピーク周波数の数の割合が所定の閾値以上と判定されると、ステップＳ１４３に進み、ペアマッチされた上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数ＤＰＦに基づいて、対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出する。一方、ステップＳ１４２においてペアマッチされたピーク周波数の数の割合が所定の閾値よりも小さいと判定された場合には、全ての対象物について方位θ等の算出を中止する。
【００７５】
このように、ペアマッチされたピーク周波数の数の割合によっても、ピーク周波数を示す波形の正確性を判定することができる。なぜなら、ペアマッチされないピーク周波数が多い場合には、路側反射物により多数のピーク周波数が発生し、相互に重なりあっている場合や、ノイズ成分が多く含まれている場合だからである。
【００７６】
（変形例２）
本変形例２は、上昇部ビート信号及び下降部ビート信号に対して高速フーリエ変換処理を行なうことによって算出した上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータにおけるピーク周波数の密度（つまり、所定の周波数域におけるピーク周波数の数）により、ピーク周波数を示す波形の正確性を判定するものである。
【００７７】
すなわち、図１０のフローチャートに示すように、ステップＳ１３１において、
ステップＳ１３０にて各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して共通の上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦが抽出された後に、所定の周波数域における上昇部ピーク周波数ＵＰＦの数及び下降部ピーク周波数ＤＰＦの数を算出し、これらと所定の閾値とを比較する。
【００７８】
このステップＳ１３１の判定において、上昇部ピーク周波数ＵＰＦの数及び下降部ピーク周波数ＤＰＦの数が所定の閾値以下と判定されると、ステップＳ１４０以降の処理に進み、対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出する。一方、ステップＳ１３１において上昇部ピーク周波数ＵＰＦの数あるいは下降部ピーク周波数ＤＰＦの数が所定の閾値よりも多いと判定されると、全ての対象物について方位θ等の算出を中止する。
【００７９】
このように、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数の数によっても、ピーク周波数を示す波形の正確性を判定することができる。なぜなら、先行車両等の検知すべき対象物によって閾値以上の数のピーク周波数が発生する可能性は非常に低く、そのような多数のピーク周波数が発生した場合には、路側反射物からの多数の反射波を受信している可能性が高いためである。
【００８０】
（変形例３）
本変形例３は、各対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖからなる履歴データに基づいて、上昇部及び下降部ビート信号のピーク周波数に関する変化を予測し、その予測により複数の対象物のピーク周波数が重なる可能性が高い場合には、ピーク周波数を示す波形の正確性は所定の基準を満足していないと判定して、方位等の算出を中止するものである。
【００８１】
すなわち、図１１のフローチャートに示すように、ステップＳ１０において、ステップＳ２２０にて記憶された、各対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖからなる履歴データに基づいて、各対象物の反射波によるピーク周波数が発生する周波数を予測するとともに、同じ周波数帯に複数の対象物によるピーク周波数が発生するか否かを判定する。このピーク周波数が発生する周波数は、履歴データにおける距離Ｄ及び相対速度Ｖの変化分を、最新の距離Ｄ及び相対速度Ｖに加減算することにより、距離Ｄ及び相対速度Ｖを予測し、その予測距離Ｄと相対速度Ｖから上述した数式３〜数式６を逆算することによって求められる。
【００８２】
このステップＳ１０において、複数の対象物によるピーク周波数が重なると判定された場合、ステップＳ２０において、その複数の対象物によるピーク周波数の発生する周波数帯が異なるまでの時間分だけ待機する。その待機後は、ステップＳ１００以降に進み、各対象物の検出処理を開始する。
【００８３】
上述したように、複数の対象物によるピーク周波数が重なる場合には、そのピーク周波数におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相は合成位相となるため、ペアマッチを行なうために、例えば一定部のビート信号を用いる等の処置が必要になる。このため、このような場合には、ピーク周波数を示す波形の正確性が乏しいと判定し、方位等の算出処理を中止しても良い。
【００８４】
なお、上述したように、各対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖからなる履歴データからピーク周波数を予測しても良いが、履歴データに、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数ＤＰＦを追加すれば、ピーク周波数の予測のための処理が容易になる。
【００８５】
（変形例４）
本変形例４は、レーダ波を送信する方向の画像を撮像する撮像装置、車両の走行位置を検出するナビゲーション装置、及び車両のステアリングホイールの操舵角度を検出する検出装置の少なくとも１つを備え、それらの装置によって、車両レーダ装置が対象物の検知処理を行なうに不適切な状況を検出した場合には、ピーク周波数を示す波形の正確性が低下しているものとみなして、対象物の方位等の算出を中止するものである。
【００８６】
すなわち、図１２のフローチャートに示すように、ステップＳ３０において、車両の進行方向前方のレーダ波が送信される方向における画像、ナビゲーション装置によって検出される車両の走行位置、もしくはステアリングホイールの操舵角度が、レーダ装置によって対象物の検知処理を行なうのに適しているか否かが判定される。
【００８７】
ここで、画像に関しては、路側にレーダ波の反射強度が大きい特定の物体（例えばガードレールやトンネルの壁面）が存在することを認識した場合に、方位等の算出を中止する。路側にガードレールが存在したり、トンネルの壁面が存在する場合、それらからのレーダ波の反射波により、検知すべき対象物によるピーク周波数を正確に検出することが困難となるためである。
【００８８】
また、ナビゲーション装置によって検出される車両の走行位置が、トンネル内であった場合にも、同様の理由から、対象物の方位等の算出を中止する。
【００８９】
さらに、ステアリングホイールの操舵角度に関しては、その操舵角度が所定角度以上である場合に、対象物の方位等の算出を中止する。ステアリングホイールの操舵角度が所定角度以上である場合、車両に搭載されたレーダ装置は、路側に存在するカードレール等からの反射波を多く受信していることが考えられるためである。なお、操舵角度は、ステアリングホイールの回転軸にロータリエンコーダ等の検出器を設けることで検出しても良いし、例えば転動輪の回転数差から間接席に操舵角度を検出しても良い。
【００９０】
このような装置によって検出された状況が、レーダ装置によって対象物の検知処理を行なうのに適していると判定されたときのみ、ステップＳ１００以降の対象物の検知処理を実行することにより、対象物を誤って検知することを確実に防止することが可能になる。
【００９１】
なお、前述した第１実施形態においては、周波数上昇部、周波数下降部及び周波数一定部からなるレーダ波を用いたが、参考例及び変形例１〜変形例４においては、そのようなレーダ波に限らず、単に周波数上昇部と周波数下降部とからなるレーダ波を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における車両用レーダ装置の全体構成図を表すブロック図である。
【図２】第１実施形態のマイクロコンピュータ１０にて実行される、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態における、送信器から送信されるレーダ波の波形を示す波形図である。
【図４】複数の対象物によって生じた複数のピーク周波数が重なる状況の一例を説明するための説明図である。
【図５】図４に示した状況において、車両Ａと車両Ｂからの反射波によって発生する下降部ピーク周波数ＤＰＦが重なる原理を説明するための波形図である。
【図６】図４に示した状況において、車両Ａと車両Ｂからの反射波によって発生する、周波数一定部のビート信号のピーク周波数を示す波形図である。
【図７】 参考例における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図８】ガードレール等の路側反射物からの反射がある場合のビート信号の周波数スペクトルデータと、そのような反射がない場合のビート信号の周波数スペクトルデータとを示す波形図である。
【図９】変形例１における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図１０】変形例２における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図１１】変形例３における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図１２】変形例４における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図１３】モノパルス方式のレーダ装置における、方位の検出原理について説明するための説明図である。
【図１４】従来のＦＭＣＷ方式のレーダ装置における対象物の検出原理について説明するものであり、（ａ）は送信信号ｆｓ及び受信信号ｆｒを示すグラフであり、（ｂ）は送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの周波数の差に相当するビート周波数を示すグラフである。
【符号の説明】
２ レーダ装置
４ 送信器
６ 受信器
８ Ａ／Ｄ変換部
１０ マイクロコンピュータ
１２ Ｄ／Ａ変換器
１４ 電力制御発振器
１４ 電力分配器
ＡＳ 送信アンテナ
ＡＲ１，ＡＲ２ 受信アンテナ
ＡＭＰ１，ＡＭＰ２ 増幅器
ＭＸ１，ＭＸ２ ミキサ
ＡＤ１，ＡＤ２ Ａ／Ｄ変換器
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーダ波の送受信により車両の周囲に存在する対象物を検出する車両用レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両用レーダ装置として、モノパルス方式のレーダ装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このモノパルス方式のレーダ装置は、所定の間隔を隔てて配置した２個のアンテナによってレーダ波の反射波を受信し、その受信信号の位相差に基づいて、反射波を生じさせた対象物の方位を算出するものである。この方位算出原理について簡単に説明する。
【０００３】
例えば、図１３に示すようにアンテナＡ１，Ａ２の垂線とのなす角度（方位）θにある物標（対象物）Ｍで反射した波長λのレーダ波が、間隔Ｄを隔てて配置された２個のアンテナＡ１，Ａ２にて受信される場合を想定する。この場合、各アンテナＡ１，Ａ２にて受信されるレーダ波の経路長には差Δｄが発生する。この経路長の差Δｄは、アンテナＡ１，Ａ２の垂線と物標Ｍによって反射されたレーダ波の到来方向とのなす角度θに応じて変化する。従って、経路長の差Δｄを両受信信号の位相差Δφとして求め、この位相差Δφから物標Ｍの方位（角度θ）を求めることができる。ここで、２つの受信信号の位相差Δφと角度θとの関係を式で表すと、以下の数式１のようになる。
【０００４】
【数１】
Δφ＝（２π／λ）Ｄｓｉｎθ
角度θが十分に小さい場合には、ｓｉｎθ≒θであるため、数式１を角度θについて変形すると、数式２のようになる。
【０００５】
【数２】
θ＝Δφ・λ／（２π・Ｄ）
次に、位相差Δφの算出方法について説明する。まず、周波数が上昇する上昇部と周波数が下降する下降部とを備える三角波状の送信信号をレーダ波として送信し、対象物によって反射されたレーダ波を２個のアンテナＡ１、Ａ２で受信して受信信号を発生する。そして、上昇部及び下降部毎に、それらの送信信号と受信信号とをミキシングして、送信信号の周波数と受信信号の周波数との差に相当する周波数信号（上昇部ビート信号及び下降部ビート信号）を求める。さらに、その上昇部ビート信号及び下降部ビート信号に対してそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）による周波数解析を行ない、送信信号の周波数が上昇する上昇部及び周波数が減少する下降部の区間毎に、周波数スペクトルデータを求める。この周波数スペクトルデータは、各周波数毎の複素ベクトルとして得られる。
【０００６】
そして、上昇部及び下降部の各周波数スペクトルデータにおける各周波数毎の複素ベクトルの絶対値から、それぞれの周波数スペクトルのピークを検出して、上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数を特定する。なお、これらの上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数は、対象物によって反射されたレーダ波によって発生するものであり、当該対象物との距離及び相対速度に応じた周波数となる。
【０００７】
上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数が特定されると、その上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数におけるビート信号の位相を算出する。この位相は、例えば、複素ベクトルが実数軸となす角度から求めることができる。そして、受信信号毎に算出されたビート信号の上昇部ピーク周波数における位相同士の減算、及び下降部ピーク周波数における位相同士の減算を行なうことにより、上昇部ピーク周波数における位相差及び下降部ピーク周波数の位相差を求めることができる。
【０００８】
このようにして位相差が算出されると、上昇部ピーク周波数における位相差と下降部ピーク周波数における位相差の一方が、適宜、方位算出用の位相差Δφとして選択される。そして、その選択された位相差Δφに基づいて、上記数式２を用いて対象物の方位が算出される。
【０００９】
【特許文献１】
特開平９−１５２４７８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とは、対象物の方位を算出する以外にも、当該対象物の距離及び相対速度を算出するために利用される。以下に、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とに基づく距離及び相対速度の算出方法を説明する。
【００１１】
図１４（ａ）に示すように、レーダ装置を取り付けた車両と、レーダ波を反射する対象物との移動速度が等しい（相対速度Ｖ＝０）場合、対象物で反射したレーダ波は、対象物との間の距離Ｄを往復に要する時間だけ遅延する。この場合、受信信号ｆｒは、送信信号ｆｓからその遅延時間分だけ時間軸に沿ってシフトしたものとなり、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは等しく（ｆｂｕ＝ｆｂｄ）なる。
【００１２】
一方、レーダ装置を取り付けた車両と対象物との移動速度が異なる（相対速度Ｖ≠０）場合、対象物で反射したレーダ波は、対象物との相対速度Ｖに応じたドップラシフトを受ける。このため、受信信号ｆｒは、対象物との距離Ｄに応じた遅延時間分のシフトに加え、相対速度Ｖによるドップラ成分の分だけ、周波数軸に沿ってシフトしたものとなる。この場合、図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは異なったもの（ｆｂ１≠ｆｂ２）となる。
【００１３】
このように、受信信号ｆｒは、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖに応じて、時間軸及び周波数軸方向にシフトされる。換言すれば、送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの時間軸における周波数の差は対象物との距離Ｄに対応し、周波数軸における周波数の差は相対速度Ｖに対応する。それぞれの周波数は、下記の数式３及び数式４から求めることができる。
【００１４】
【数３】
距離Ｄに対応する周波数ｆｂ＝（|ｆｂｕ|＋|ｆｂｄ|）／２
【００１５】
【数４】
相対速度Ｖに対応する周波数ｆｄ＝（|ｆｂｕ|−|ｆｂｄ|）／２
これらの距離Ｄ及び相対速度Ｖに対応する周波数ｆｂ、ｆｄから、以下の数式５及び数式６によって、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出することが出来る。
【００１６】
【数５】
Ｄ＝｛Ｃ／（４×ΔＦ×ｆｍ）｝×ｆｂ
【００１７】
【数６】
Ｖ＝｛Ｃ／（２×ｆ０）｝×ｆｄ
なお、△Ｆは送信信号ｆｓの周波数変調幅、ｆ０は送信信号ｆｓの中心周波数、ｆｍは繰り返し周波数、Ｃは光速を表す。
【００１８】
ただし、レーダ波を反射する対象物が複数ある場合には、その対象物に応じた数だけ上昇部ピーク周波数ｆｂｕ及び下降部ピーク周波数ｆｂｄが現れる。従って、各対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出するためには、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとを各対象物毎に組み合わせる（ペアマッチ）必要がある。
【００１９】
このペアマッチの方法として、上述した位相差Δφが近似していることを条件として、上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとを組み合わせることが考えられる。近似した位相差Δφを持つ場合、その上昇部ピーク周波数ｆｂｕと下降部ピーク周波数ｆｂｄとは同一の対象物によって発生したものと考えられるためである。
【００２０】
しかしながら、複数の対象物によるピーク周波数が重なってしまった場合に、そのピーク周波数における位相を演算すると、その複数の対象物による反射波の各位相が合成された合成位相が算出されてしまう。従って、この場合、上昇部ピーク周波数及び下降部ピーク周波数における位相差から、正しいペアマッチを行なうことができない。この結果、対象物の方位を始めとし、距離や相対速度を誤って算出してしまう可能性がある。
【００２１】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、上昇部ビート信号もしくは下降部ビート信号において、複数の対象物によるピーク周波数が重なった場合でも、当該複数の対象物の方位を算出することが可能な車両用レーダ装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の車両用レーダ装置は、
上昇部、下降部、及び一定部からなる波形の変調信号により周波数変調された送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、
所定の間隔を持って配置され、送信されたレーダ波が対象物により反射された場合に、その反射波を受信して受信信号を発生する２個の受信手段と、
２個の受信手段によって発生される受信信号に基づいて、対象物の方位を算出する信号処理手段とを備えた車両用レーダ装置において、
２個の受信手段は、それぞれ、受信信号と送信信号との周波数の差に相当するビート信号を、送信信号の上昇部、下降部、及び一定部毎に生成するビート信号生成手段を備え、
信号処理手段は、２個の受信手段の受信信号からそれぞれ生成された上昇部及び下降部の少なくとも一方のビート信号のピーク周波数における位相差に基づいて、対象物の方位を算出する第１の方位算出手段と、
複数の対象物によるピーク周波数が、上昇部と下降部の少なくとも一方のビート信号において重なったか否かを、前記上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とが、前記一定部ビート信号のピーク周波数に対応する相対速度分だけずれているか否かにより判定し、その相対速度分だけずれていると判定した場合に、ビート信号発生手段によって発生される一定部ビート信号のピーク周波数における位相差に基づいて対象物の方位を算出する第２の方位算出手段とを備えることを特徴とする。
【００２３】
ここで、車両用レーダ装置が複数の対象物を測定すべき状況を想定すると、レーダ装置を搭載した車両が複数車線からなる道路を走行しており、その複数車線の各々に先行車両が存在する場合である。このような状況において、複数車線の各々に存在する先行車両が、レーダ装置を搭載した車両から同じ距離において、同じ相対速度を保ちながら走行することは稀である。すなわち、複数車線における追越車線を走行している先行車両の速度は、走行車線や登坂車線を走行している先行車両の速度よりも高いことが多い。従って、複数の対象物によるピーク周波数が、上昇部と下降部の少なくとも一方のビート信号において重なった場合には、距離及び相対速度の組合せが、偶々、上昇部ビート信号もしくは下降部ビート信号の一方において同じピーク周波数を招いた場合がほとんどである。従って、このような場合、その複数の対象物の各々の相対速度のみに対応した周波数にピークが発生する一定部ビート信号においては、その複数の対象物の相対速度に対応するピーク周波数はずれる可能性が高いので、その一定部ビート信号のピーク周波数における、２個のビート信号の位相差からその対象物の方位を算出することができる。
そして、上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とが、一定部ビート信号のピーク周波数に対応する相対速度分だけずれているかどうか判定することにより、一定部ビート信号と、上昇部及び下降部ビート信号とに、同じ相対速度の対象物によるピーク周波数が発生していることを確認することができる。このため、一定部ビート信号のピーク周波数の位相差から求める方位の信頼性を向上することができる。
【００２４】
請求項２に記載した車両用レーダ装置においては、第１の方位算出手段が、対象物の方位として、上昇部ピーク周波数における位相差に基づく上昇部方位と下降部ピーク周波数における位相差に基づく下降部方位とを算出するものであり、信号処理手段は、さらに、上昇部方位と下降部方位とが近似すること、かつピーク強度が近似することを条件として、当該上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とが同じ対象物によって生じたものとみなし、それらのピーク周波数を組み合わせる組合せ手段と、
組合せ手段によって組み合わされた上昇部及び下降部のビート信号のピーク周波数を用いて、対象物の距離及び相対速度を算出する算出手段とを備え、
組合せ手段によって、上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数が組み合わせられなかった場合に、第２の方位算出手段が、対象物の方位を算出することを特徴とする。
【００２５】
上述したように、複数の対象物によるピーク周波数が重なった場合、そのピーク周波数における位相は、それぞれの対象物による反射波の位相を合成したものとなる。従って、２個の受信手段のビート信号生成手段によってそれぞれ生成された２個のビート信号の位相差を求めても、いずれの対象物の方位にも該当しないことになる。従って、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とが組み合わせられない場合には、複数の対象物によるピーク周波数が重なっている可能性があるため、第２の方位算出手段によって対象物の方位を算出するのである。
【００２７】
請求項３に記載の車両用レーダ装置においては、第２の方位算出手段が、上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート周波数のピーク周波数とが一定部ビート信号のピーク周波数に対応する相対速度分だけずれていると判定した場合、組合せ手段は、その上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とを組み合わせることを特徴とする。これにより、上昇部ビート信号もしくは下降部ビート信号において、複数の対象物によるピーク周波数が重なった場合でも、一定部ビート信号のピーク周波数から組み合わせるべき、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とを特定することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における車両用レーダ装置の全体構成を表すブロック図である。
【００３９】
図１に示すように、本実施形態のレーダ装置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を備えている。この送信器４は、マイコン１０から出力される時間に対して周波数が漸増、漸減及び一定となるパターンの信号をデジタルアナログ（Ｄ／Ａ）変換するＤ／Ａ変換器１２と、このＤ／Ａ変換器１２から出力される信号を変調信号として入力し、この変調信号により変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する電圧制御発振器１４と、電力制御発振器１４の出力を送信信号ｆｓとローカル信号Ｌとに電力分配する分配器１６とから構成される。そして、送信信号ｆｓは、送信アンテナＡＳに供給され、ローカル信号Ｌは、受信器６へ供給される。
【００４０】
また、本実施形態のレーダ装置２は、先行車両等の対象物によって反射されたレーダ波（以下、反射波）を受信する、所定の間隔を隔てて配置された２個の受信アンテナＡＲ１，ＡＲ２を備えている。反射波が２個のアンテナＡＲ１，ＡＲ２で受信されると、各アンテナＡＲ１，ＡＲ２はその反射波に応じた受信信号ｆｒ１，ｆｒ２を発生し、受信器６に与える。
【００４１】
受信器６は、各アンテナＡＲ１，ＡＲ２に対応して、受信信号ｆｒ１，ｆｒ２とローカル信号Ｌとをミキシングして、これらの信号の差の周波数に相当するビート信号Ｂ１，Ｂ２を生成する２個のミキサＭＸ１，ＭＸ２と、各ミキサＭＸ１，ＭＸ２で発生されたビート信号Ｂ１，Ｂ２をそれぞれ増幅する２個の増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２を備えている。なお、増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２は、ビート信号Ｂ１，Ｂ２から不要な高周波成分を除去するフィルタ機能も有している。
【００４２】
増幅器ＡＭＰ１，ＡＭＰ２によって増幅されたビート信号Ｂ１，Ｂ２は、Ａ／Ｄ変換部８に与えられる。Ａ／Ｄ変換部８は、ビート信号Ｂ１，Ｂ２をそれぞれサンプリングしてデジタルデータＤ１，Ｄ２に変換する２個のＡ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２を備えている。Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２によって変換された各ビート信号Ｂ１，Ｂ２のデジタルデータＤ１，Ｄ２は、マイクロコンピュータ１０に与えられる。
【００４３】
マイクロコンピュータ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを中心に構成され、Ａ／Ｄ変換部８からのデジタルデータＤ１，Ｄ２に基づき、先行車両等の対象物との距離、相対速度、方位の検出を行なう検出処理を実行する。さらに、マイクロコンピュータ１０は、それらの処理を行なう際にデジタルデータＤ１，Ｄ２に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのデジタルシグナルプロセッサ等を備えている。
【００４４】
このように構成された車両レーダ装置２においては、図３に示すように、周波数が漸増、漸減及び一定となるパターンの変調信号による変調の結果、周波数上昇部、周波数下降部、及び周波数一定部からなるレーダ波が、送信器４によって送信アンテナＡＳを介して送信される。そのレーダ波が先行車両等の対象物によって反射されると、その反射波が各受信アンテナＡＲ１，ＡＲ２にて受信される。そのとき、各受信アンテナＡＲ１，ＡＲ２にて発生される受信信号は、受信器６のミキサＭＸ１，ＭＸ２にてローカル信号Ｌと混合されることにより、各受信信号とローカル信号Ｌ（送信信号ｆｒ）との差の周波数成分に相当するビート信号Ｂ１，Ｂ２が生成される。なお、各Ａ／Ｄ変換器ＡＤ１，ＡＤ２は、送信信号ｆｓの周波数上昇部、周波数下降部、及び周波数一定部毎に、ビート信号Ｂ１，Ｂ２を所定回数づつサンプリングしてＡ／Ｄ変換する。これにより、周波数上昇部、周波数下降部、及び周波数一定部とでそれぞれビート信号が生成される。
【００４５】
次に、マイクロコンピュータ１０にて実行される、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００４６】
まず、ステップＳ１００において、先行車両等の対象物により反射したレーダ波を受信することにより受信器６から出力されるビート信号Ｂ１，Ｂ２のデジタルデータＤ１，Ｄ２が、それぞれ周波数上昇部、周波数下降部及び周波数一定部において所定個数づつ読み込まれ、ＲＡＭに一時保存される。
【００４７】
続くステップＳ１１０では、周波数上昇部及び周波数下降部のビート信号Ｂ１，Ｂ２としてＲＡＭに保存された各デジタルデータＤ１，Ｄ２に対して周波数解析処理（高速フーリエ変換処理）を実行する。この高速フーリエ変換処理の結果として、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の各周波数毎の複素ベクトルが得られる。この複素ベクトルの絶対値は、対応する各周波数の振幅（強度）を示すものである。すなわち、高速フーリエ変換処理によって、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して、周波数ごとの強度を示したスペクトルデータが得られる。なお、この高速フーリエ変換処理は、周波数上昇部におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２と周波数下降部におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２とに対して、別個に行なわれる。
【００４８】
次にステップＳ１２０では、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して算出された周波数スペクトルデータを周波数上昇部及び周波数下降部毎に平均化処理する。そしてステップＳ１３０では、その平均化した上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータから、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の共通の上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数ＤＰＦを抽出する。この場合、上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータから、そのスペクトル上でピークとなる全ての周波数成分を抽出して、その周波数をピーク周波数として特定する。
【００４９】
ここで、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２には異なるノイズが重畳されており、また、各受信チャンネルの経路や各アンテナＡＲ１，ＡＲ２の性能が微妙に異なるため、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２のピーク周波数にずれが生じる場合がある。そのため、上記のように各ビート信号Ｂ１，Ｂ２の各周波数成分の強度を示すスペクトルデータを平均化し、その結果から共通のピーク周波数ＵＰＦ、ＤＰＦを抽出する。これにより、ノイズはランダムであるため、平均化処理によりノイズ成分の強度はピーク周波数ＵＰＦ，ＤＰＦの強度に対して小さくなり、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。なお、理論的には、同一の対象物によって反射された反射波を受信した場合、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２は同じ周波数にピーク周波数成分を有するはずである。このため、１つのビート信号Ｂ１，Ｂ２のスペクトルデータを求め、そのスペクトルデータからピーク周波数を抽出し、他のビート信号Ｂ１，Ｂ２にも同様のピーク周波数が発生していると推測しても良い。
【００５０】
このようなステップＳ１３０の処理により、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して共通の上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦが抽出される。なお、ピーク周波数の検出方法としては、例えば、各周波数の振幅の変化を順次求め、その前後にて振幅の変化の符号がプラスからマイナスに反転する周波数にピークがあるものとして、その周波数をピーク周波数として特定すれば良い。
【００５１】
ステップＳ１４０では、共通の上昇部及び下降部ピーク周波数ＵＰＦ，ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差をそれぞれ算出する。この位相差の算出方法としては、従来のように、複素ベクトルが実数軸となす角度からピーク周波数における各ビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相を求めた上で、その位相同士の差を算出すれば良い。なお、上昇部及び下降部ビート信号Ｂ１，Ｂ２の複数の周波数にピークがある場合には、それぞれのピーク周波数において、ビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差を算出する。
【００５２】
ステップＳ１５０では、ステップＳ１４０にて算出した上昇部ピーク周波数ＵＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差と、下降部ピーク周波数ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１、Ｂ２の位相差との差が所定値未満となり、かつピーク強度の差が所定値未満となる上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せを判定する。この組合せ判定において、位相差及びピーク強度が近似している組合せが見つかった場合、その上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとをペアマッチさせる。
【００５３】
レーダ波を反射する対象物が複数ある場合には、その対象物に応じた数だけ上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数ＤＰＦが現れるため、その上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとを各対象物毎に組み合わせる（ペアマッチ）必要がある。本実施形態では、上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとが、同一の対象物からの反射波によって生じた場合には、上昇部及び下降部ピーク周波数ＵＰＦ，ＤＰＦの位相差がほぼ同じになることに着目して、上昇部及び下降部ピーク周波数ＵＰＦ、ＤＰＦ２におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差が近似していることを条件として、ペアマッチを行なうのである。
【００５４】
ただし、このペアマッチの条件としては、上述した位相差、ピーク強度差のみに基づくことなく、例えば、相対速度が−２００ｋｍ／ｈ以上１００ｋｍ／ｈ以下の範囲に属する等の他の条件を加えても良い。
【００５５】
ステップＳ１５０においてペアマッチされた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦの組合せに対して、ステップＳ２００において、上述した数式２を用いて、上昇部もしくは下降部ピーク周波数ＵＰＦ、ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差から対象物の方位θを算出する。その後、ステップＳ２１０に進み、上述した数式５及び数式６を用いて、ペアマッチされた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとから、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出する。ステップＳ２２０では、算出した方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖを履歴データとして記憶する。なお、この履歴データは、過去に算出された複数個の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖからなるもので、複数の対象物が存在する場合には、対象物毎に分類して記憶される。
【００５６】
一方、ステップＳ１５０においてペアマッチされない上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦがあった場合には、ステップＳ１６０以降の処理により、偶々、複数の対象物による反射波によって生じたピーク周波数が重なってしまいペアマッチができなかったのか否かを判定し、そのようなケースに該当する場合には、ペアマッチすべき上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦを特定し、対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖの算出を行なう。
【００５７】
ここで、複数の対象物からの反射波によって生じるピーク周波数が重なる状況の一例について、図４を用いて説明する。図４には、レーダ装置２を搭載した自車両が、複数の車線からなる道路を走行している時、２台の車両Ａ，Ｂが、その自車両の前方を走行している状況を示している。このとき、先行車両Ａは、自車両から距離ｒ離れた地点において、自車両との相対速度−ｖ２の速度で走行し、先行車両Ｂは、自車両から距離Ｒ（＞ｒ）離れた地点において、自車両との相対速度−ｖ１（｜ｖ１｜＜｜ｖ２｜）の速度で走行しているものとする。
【００５８】
このような状況においては、図５に示すように、車両Ａ，Ｂとも自車両と相対速度を持つため、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ１、ＵＰＦ２と下降部ピーク周波数ＤＰＦとがずれる。但し、車両Ａの相対速度−ｖ２の絶対値は、車両Ｂの相対速度−ｖ１の絶対値よりも大きいため、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ１と下降部ピーク周波数ＤＰＦとのずれ量は大きくなる。さらに、車両Ｂの距離Ｒは車両Ａの距離ｒよりも長いため、車両Ｂからの反射波による上昇部ピーク周波数ＵＰＦ２及び下降部ピーク周波数ＤＰＦは、より高い周波数域に現れる。このとき、車両Ａの下降部ピーク周波数ＤＰＦがドップラシフトにより、高周波数域に移動すると、車両Ａの下降部ピーク周波数ＤＰＦと車両Ｂの下降部ピーク周波数ＤＰＦとが重なる場合が生じる。
【００５９】
このような場合、下降部ピーク周波数ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相は、車両Ａからの反射波による位相と車両Ｂからの反射波による位相とが合成された位相となる。このため、下降部ピーク周波数ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差を算出しても、車両Ａ，Ｂのいずれの上昇部ピーク周波数ＵＰＦ１、ＵＰＦ２におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差と異なることになる。
【００６０】
しかしながら、図６に示すように、周波数一定部のビート信号に対して高速フーリエ変換を行なって周波数スペクトルデータを算出すると、車両Ａと車両Ｂとは相対速度が異なるため、それぞれの相対速度−ｖ１、−ｖ２に対応した周波数にピークが生ずる。このようにして、周波数一定部のビート信号の周波数スペクトルデータを参照することにより、相対速度が異なる複数の対象物を識別することができる。
【００６１】
このため、ステップＳ１６０において、周波数一定部のビート信号に対して高速フーリエ変換を行なうことによって、周波数スペクトルデータを算出する。その後、ステップＳ１７０では、ステップＳ１６０で算出した周波数スペクトルデータのピーク周波数に対応する相対速度分だけずれた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せが存在するか否かを判定する。このような照合により、周波数一定部のビート信号と、上昇部及び下降部のビート信号とに、同じ相対速度の対象物によるピーク周波数が発生していることを確認することができる。
【００６２】
例えば、図５に示す例においては、まず、車両Ａにより一定部ビート信号のスペクトルデータに生じたピーク周波数に対応する相対速度（−ｖ２）に相当する分だけずれた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せが存在するかどうか判定される。この場合、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ１と下降部ピーク周波数ＤＰＦとがその条件を満足することになる。次に、車両Ｂにより一定部ビート信号のスペクトルデータに生じたピーク周波数に対応する相対速度（−ｖ１）に相当する分だけずれた上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せが存在するかどうか判定される。この場合、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ２と下降部ピーク周波数ＤＰＦとがその条件を満足することになる。
【００６３】
このような確認がなされた場合、ステップＳ１８０に進み、該当する上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとをペアマッチする。そして、ステップＳ１９０において、周波数一定部のビート信号のピーク周波数における位相差から、対象物の方位θを算出する。その後は、上述したと同様に、ステップＳ２１０にて、対象物との距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出し、ステップ２２０にて、算出した距離Ｄ及び相対速度Ｖを履歴データとして記憶する。
【００６４】
以上説明したように、本実施形態による車両レーダ装置によれば、上昇部ビート信号もしくは下降部ビート信号において、複数の対象物によるピーク周波数が重なった場合でも、一定部のビート信号を用いて、その対象物の方位を算出するとともに、上昇部ピーク周波数と下降部ピーク周波数とのペアマッチが可能となる。従って、先行車両等の対象物を見失うことなく、継続して、その対象物を検知することができる。
【００６５】
（参考例）
次に、参考例による車両用レーダ装置について説明する。なお、本参考例による車両用レーダ装置の構成は、前述の第１実施形態による車両用レーダ装置と同様であるため、その説明を省略する。
【００６６】
本参考例における車両用レーダ装置は、上昇部及び下降部の少なくとも一方のビート信号のピーク周波数を示す波形の正確性が劣っている場合、前述の第１実施形態のように、他の手段によって対象物の方位を算出したりするのではなく、そのビート信号を用いた方位の算出を中止することにより、対象物の方位が誤って算出されることを確実に防止するものである。
【００６７】
図７は、本参考例による、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。このフローチャートにおいては、図２のフローチャートと大半の処理が共通する。このため、同様の処理に関して同じ参照番号を付与することにより、その説明を省略する。
【００６８】
図７のフローチャートにおいて特徴となる処理は、ステップＳ１２１及びステップＳ１２２の処理である。ステップＳ１２１は、各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して算出された周波数スペクトルデータを周波数上昇部及び周波数下降部毎に平均化処理するステップＳ１２０の後に実行される。そして、ステップＳ１２０にて算出された周波数上昇部の平均スペクトルデータ及び周波数下降部の平均スペクトルデータの各々に関して積分処理を行ない、上昇部積分値及び下降部積分値を算出する。
【００６９】
ステップＳ１２２では、ステップＳ１２１にて算出された上昇部積分値及び下降部積分値を所定の閾値と比較する。そして、上昇部積分値及び下降部積分値がともに所定の閾値以下である場合に、ステップＳ１３０以降の処理に進んで、対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖの算出を行なう。一方、上昇部積分値及び下降部積分値の一方でも閾値より大きくなると、対象物の方位θ等の算出を行なわず、ステップＳ１００に戻る。
【００７０】
上述した上昇部積分値あるいは下降部積分値が所定の閾値を超えるのは、検知すべき先行車両や路上の障害物以外に、例えばガードレール等の路側反射物からの反射によって多数のピーク周波数が生じている場合や、ノイズ等の影響が大きくビート信号全体のレベルが高くなっている場合などである。図８に、ガードレール等の路側反射物からの反射がある場合のスペクトルデータと、そのような反射がない場合のスペクトルデータとを示す。
【００７１】
路側反射物からの反射がある場合は、先行車両等の対象物からのピーク周波数の検出や上述したペアマッチを正確に行なうことが困難になるため、結果として、対象物の方位θ等を誤って算出してしまう可能性が生じる。対象物を誤って認識することは確実に防止すべきであるので、本実施形態では、上述した上昇部積分値及び下降部積分値を用いて、ビート信号のピーク周波数を示す波形の正確性を判定し、正確性が劣っていると判定した場合には、方位等の算出を中止するのである。
【００７２】
上述した参考例においては、周波数上昇部の平均スペクトルデータ及び周波数下降部の平均スペクトルデータの各々に関して積分処理を行なうことにより算出した上昇部積分値及び下降部積分値を用いて、ビート信号のピーク周波数を示す波形の正確性を判定した。それに対して、本変形例１では、上昇部ビート信号及び下降部ビート信号に対して高速フーリエ変換処理を行なうことによって算出した上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータにおける全ピーク周波数の数に対して、ペアマッチされたピーク周波数の数の割合により、ピーク周波数を示す波形の正確性を判定するものである。
【００７３】
すなわち、図９のフローチャートに示すように、ステップＳ１４１において、ステップＳ１４０にて算出した各上昇部ピーク周波数ＵＰＦにおけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相差と、各下降部ピーク周波数ＤＰＦにおけるビート信号Ｂ１、Ｂ２の位相差との差が所定値未満となる上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦとの組合せを全て抽出する。そして、ステップＳ１４２において、
上昇部スペクトルデータもしくは下降部スペクトルデータにおける全ピーク周波数の数を基準として、ペアマッチされたピーク周波数の数の割合を算出するとともに、その割合が所定の閾値以上であるか否か判定する。
【００７４】
このステップＳ１４２の判定において、ペアマッチされたピーク周波数の数の割合が所定の閾値以上と判定されると、ステップＳ１４３に進み、ペアマッチされた上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数ＤＰＦに基づいて、対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出する。一方、ステップＳ１４２においてペアマッチされたピーク周波数の数の割合が所定の閾値よりも小さいと判定された場合には、全ての対象物について方位θ等の算出を中止する。
【００７５】
このように、ペアマッチされたピーク周波数の数の割合によっても、ピーク周波数を示す波形の正確性を判定することができる。なぜなら、ペアマッチされないピーク周波数が多い場合には、路側反射物により多数のピーク周波数が発生し、相互に重なりあっている場合や、ノイズ成分が多く含まれている場合だからである。
【００７６】
（変形例２）
本変形例２は、上昇部ビート信号及び下降部ビート信号に対して高速フーリエ変換処理を行なうことによって算出した上昇部スペクトルデータ及び下降部スペクトルデータにおけるピーク周波数の密度（つまり、所定の周波数域におけるピーク周波数の数）により、ピーク周波数を示す波形の正確性を判定するものである。
【００７７】
すなわち、図１０のフローチャートに示すように、ステップＳ１３１において、
ステップＳ１３０にて各ビート信号Ｂ１，Ｂ２に対して共通の上昇部ピーク周波数ＵＰＦと下降部ピーク周波数ＤＰＦが抽出された後に、所定の周波数域における上昇部ピーク周波数ＵＰＦの数及び下降部ピーク周波数ＤＰＦの数を算出し、これらと所定の閾値とを比較する。
【００７８】
このステップＳ１３１の判定において、上昇部ピーク周波数ＵＰＦの数及び下降部ピーク周波数ＤＰＦの数が所定の閾値以下と判定されると、ステップＳ１４０以降の処理に進み、対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖを算出する。一方、ステップＳ１３１において上昇部ピーク周波数ＵＰＦの数あるいは下降部ピーク周波数ＤＰＦの数が所定の閾値よりも多いと判定されると、全ての対象物について方位θ等の算出を中止する。
【００７９】
このように、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数の数によっても、ピーク周波数を示す波形の正確性を判定することができる。なぜなら、先行車両等の検知すべき対象物によって閾値以上の数のピーク周波数が発生する可能性は非常に低く、そのような多数のピーク周波数が発生した場合には、路側反射物からの多数の反射波を受信している可能性が高いためである。
【００８０】
（変形例３）
本変形例３は、各対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖからなる履歴データに基づいて、上昇部及び下降部ビート信号のピーク周波数に関する変化を予測し、その予測により複数の対象物のピーク周波数が重なる可能性が高い場合には、ピーク周波数を示す波形の正確性は所定の基準を満足していないと判定して、方位等の算出を中止するものである。
【００８１】
すなわち、図１１のフローチャートに示すように、ステップＳ１０において、ステップＳ２２０にて記憶された、各対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖからなる履歴データに基づいて、各対象物の反射波によるピーク周波数が発生する周波数を予測するとともに、同じ周波数帯に複数の対象物によるピーク周波数が発生するか否かを判定する。このピーク周波数が発生する周波数は、履歴データにおける距離Ｄ及び相対速度Ｖの変化分を、最新の距離Ｄ及び相対速度Ｖに加減算することにより、距離Ｄ及び相対速度Ｖを予測し、その予測距離Ｄと相対速度Ｖから上述した数式３〜数式６を逆算することによって求められる。
【００８２】
このステップＳ１０において、複数の対象物によるピーク周波数が重なると判定された場合、ステップＳ２０において、その複数の対象物によるピーク周波数の発生する周波数帯が異なるまでの時間分だけ待機する。その待機後は、ステップＳ１００以降に進み、各対象物の検出処理を開始する。
【００８３】
上述したように、複数の対象物によるピーク周波数が重なる場合には、そのピーク周波数におけるビート信号Ｂ１，Ｂ２の位相は合成位相となるため、ペアマッチを行なうために、例えば一定部のビート信号を用いる等の処置が必要になる。このため、このような場合には、ピーク周波数を示す波形の正確性が乏しいと判定し、方位等の算出処理を中止しても良い。
【００８４】
なお、上述したように、各対象物の方位θ、距離Ｄ及び相対速度Ｖからなる履歴データからピーク周波数を予測しても良いが、履歴データに、上昇部ピーク周波数ＵＰＦ及び下降部ピーク周波数ＤＰＦを追加すれば、ピーク周波数の予測のための処理が容易になる。
【００８５】
（変形例４）
本変形例４は、レーダ波を送信する方向の画像を撮像する撮像装置、車両の走行位置を検出するナビゲーション装置、及び車両のステアリングホイールの操舵角度を検出する検出装置の少なくとも１つを備え、それらの装置によって、車両レーダ装置が対象物の検知処理を行なうに不適切な状況を検出した場合には、ピーク周波数を示す波形の正確性が低下しているものとみなして、対象物の方位等の算出を中止するものである。
【００８６】
すなわち、図１２のフローチャートに示すように、ステップＳ３０において、車両の進行方向前方のレーダ波が送信される方向における画像、ナビゲーション装置によって検出される車両の走行位置、もしくはステアリングホイールの操舵角度が、レーダ装置によって対象物の検知処理を行なうのに適しているか否かが判定される。
【００８７】
ここで、画像に関しては、路側にレーダ波の反射強度が大きい特定の物体（例えばガードレールやトンネルの壁面）が存在することを認識した場合に、方位等の算出を中止する。路側にガードレールが存在したり、トンネルの壁面が存在する場合、それらからのレーダ波の反射波により、検知すべき対象物によるピーク周波数を正確に検出することが困難となるためである。
【００８８】
また、ナビゲーション装置によって検出される車両の走行位置が、トンネル内であった場合にも、同様の理由から、対象物の方位等の算出を中止する。
【００８９】
さらに、ステアリングホイールの操舵角度に関しては、その操舵角度が所定角度以上である場合に、対象物の方位等の算出を中止する。ステアリングホイールの操舵角度が所定角度以上である場合、車両に搭載されたレーダ装置は、路側に存在するカードレール等からの反射波を多く受信していることが考えられるためである。なお、操舵角度は、ステアリングホイールの回転軸にロータリエンコーダ等の検出器を設けることで検出しても良いし、例えば転動輪の回転数差から間接席に操舵角度を検出しても良い。
【００９０】
このような装置によって検出された状況が、レーダ装置によって対象物の検知処理を行なうのに適していると判定されたときのみ、ステップＳ１００以降の対象物の検知処理を実行することにより、対象物を誤って検知することを確実に防止することが可能になる。
【００９１】
なお、前述した第１実施形態においては、周波数上昇部、周波数下降部及び周波数一定部からなるレーダ波を用いたが、参考例及び変形例１〜変形例４においては、そのようなレーダ波に限らず、単に周波数上昇部と周波数下降部とからなるレーダ波を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における車両用レーダ装置の全体構成図を表すブロック図である。
【図２】第１実施形態のマイクロコンピュータ１０にて実行される、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態における、送信器から送信されるレーダ波の波形を示す波形図である。
【図４】複数の対象物によって生じた複数のピーク周波数が重なる状況の一例を説明するための説明図である。
【図５】図４に示した状況において、車両Ａと車両Ｂからの反射波によって発生する下降部ピーク周波数ＤＰＦが重なる原理を説明するための波形図である。
【図６】図４に示した状況において、車両Ａと車両Ｂからの反射波によって発生する、周波数一定部のビート信号のピーク周波数を示す波形図である。
【図７】 参考例における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図８】ガードレール等の路側反射物からの反射がある場合のビート信号の周波数スペクトルデータと、そのような反射がない場合のビート信号の周波数スペクトルデータとを示す波形図である。
【図９】変形例１における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図１０】変形例２における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図１１】変形例３における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図１２】変形例４における、対象物との距離、相対速度、方位を検出する検出処理を示すフローチャートである。
【図１３】モノパルス方式のレーダ装置における、方位の検出原理について説明するための説明図である。
【図１４】従来のＦＭＣＷ方式のレーダ装置における対象物の検出原理について説明するものであり、（ａ）は送信信号ｆｓ及び受信信号ｆｒを示すグラフであり、（ｂ）は送信信号ｆｓと受信信号ｆｒとの周波数の差に相当するビート周波数を示すグラフである。
【符号の説明】
２ レーダ装置
４ 送信器
６ 受信器
８ Ａ／Ｄ変換部
１０ マイクロコンピュータ
１２ Ｄ／Ａ変換器
１４ 電力制御発振器
１４ 電力分配器
ＡＳ 送信アンテナ
ＡＲ１，ＡＲ２ 受信アンテナ
ＡＭＰ１，ＡＭＰ２ 増幅器
ＭＸ１，ＭＸ２ ミキサ
ＡＤ１，ＡＤ２ Ａ／Ｄ変換器
Claims (3)
- 上昇部、下降部、及び一定部からなる波形の変調信号により周波数変調された送信信号をレーダ波として送信する送信手段と、
所定の間隔を持って配置され、前記送信されたレーダ波が対象物により反射された場合に、その反射波を受信して受信信号を発生する２個の受信手段と、
前記２個の受信手段によって発生される受信信号に基づいて、前記対象物の方位を算出する信号処理手段とを備えた車両用レーダ装置において、
前記２個の受信手段は、それぞれ、前記受信信号と送信信号との周波数の差に相当するビート信号を、前記送信信号の上昇部、下降部、及び一定部毎に生成するビート信号生成手段を備え、
前記信号処理手段は、前記２個の受信手段の受信信号からそれぞれ生成された上昇部及び下降部の少なくとも一方のビート信号のピーク周波数における位相差に基づいて、前記対象物の方位を算出する第１の方位算出手段と、
複数の対象物によるピーク周波数が、前記上昇部と下降部の少なくとも一方のビート信号において重なったか否かを、前記上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とが、前記一定部ビート信号のピーク周波数に対応する相対速度分だけずれているか否かにより判定し、その相対速度分だけずれていると判定した場合に、前記ビート信号発生手段によって発生される一定部ビート信号のピーク周波数における位相差に基づいて前記対象物の方位を算出する第２の方位算出手段とを備えることを特徴とする車両用レーダ装置。 - 前記第１の方位算出手段は、前記対象物の方位として、上昇部ピーク周波数における位相差に基づく上昇部方位と下降部ピーク周波数における位相差に基づく下降部方位とを算出するものであり、
前記信号処理手段は、さらに、
前記上昇部方位と下降部方位とが近似すること、かつピーク強度が近似することを条件として、当該上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とが同じ対象物によって生じたものとみなし、それらのピーク周波数を組み合わせる組合せ手段と、
前記組合せ手段によって組み合わされた上昇部及び下降部のビート信号のピーク周波数を用いて、前記対象物の距離及び相対速度を算出する算出手段とを備え、
前記組合せ手段によって、上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数が組み合わせられなかった場合に、前記第２の方位算出手段が、前記対象物の方位を算出することを特徴とする請求項１に記載の車両用レーダ装置。 - 前記第２の方位算出手段が、前記上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート周波数のピーク周波数とが前記一定部ビート信号のピーク周波数に対応する相対速度分だけずれていると判定した場合、前記組合せ手段は、その上昇部ビート信号のピーク周波数と下降部ビート信号のピーク周波数とを組み合わせることを特徴とする請求項１に記載の車両用レーダ装置。
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