JP6425130B2 - レーダ装置及びレーダ状態推定方法 - Google Patents

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Description

本開示は、移動体（例えば、車両）の速度を推定するレーダ装置及びレーダ状態推定方法に関する。
特許文献１には、車両に搭載されたレーダ装置が、静止物体により反射された反射波信号を受信し、静止物体との相対速度（以下、ドップラー速度と呼ぶ）から車両の速度（車速）を算出する方法が開示されている。
特開２００９−２３６５７０号公報
しかしながら、特許文献１では、レーダ装置が車両の前方に設置されているため、車両前方方向の静止物以外を検出することは困難である。さらに、車両が交差点を曲がる、又は、カーブに沿って走行する、つまり、旋回状態である場合は、車両の進行方向は、車両の前方方向（レーダ装置の測定方向）と一致しない。
このため、車速は、車両前後の移動を表す速度以外に、車両が旋回することにより発生する車両横方向の移動によるドップラー速度が含まれる。以上より、測定される静止物体に対するドップラー速度を車速とすると誤差を含み、レーダ装置は、高精度な車速推定が困難になる。
本開示の一態様では、車両が旋回状態でも車両における任意の位置の進行方向及び速度を精度良く推定できるレーダ装置及びレーダ状態推定方法を提供することである。
本開示の一態様に係るレーダ装置は、車両に設置され、レーダ信号を送受信するレーダ装置であって、前記車両の側面に設置された送信アンテナを用いて、前記レーダ信号を送信する送信部と、前記車両の側面に設置された受信アンテナを用いて、前記レーダ信号が少なくとも１つ以上の物体によって反射された少なくとも１つ以上の反射波信号を受信する受信部と、前記各反射波信号を用いて、前記各物体の方位、前記車両と前記各物体との間のドップラー速度、及び、前記各反射波信号の強度を測定する信号処理部と、前記各物体の方位、前記ドップラー速度及び前記反射波信号の強度を用いて、前記レーダ装置の速度及び進行方向を推定する状態推定部と、を備え、前記状態推定部は、前記各物体の方位、前記ドップラー速度及び前記反射波信号の強度を用いて、前記レーダ装置の進行方向候補を複数算出し、前記進行方向候補毎に前記車両の速度候補を複数算出する算出部と、前記進行方向候補と前記速度候補との組合せである複数の状態候補に対して、前記各物体の前記反射波信号の強度を付与する付与部と、前記反射波信号の強度の合計値が最大である状態候補に対応する速度候補及び進行方向候補を、前記レーダ装置の速度及び進行方向として決定する決定部と、を含む構成を採る。
本開示の一態様に係るレーダ状態推定方法は、車両に設置され、レーダ信号を送受信するレーダ装置におけるレーダ状態推定方法であって、前記車両の側面に設置された送信アンテナを用いて、前記レーダ信号を送信する送信ステップと、前記車両の側面に設置された受信アンテナを用いて、前記レーダ信号が少なくとも１つ以上の物体によって反射された少なくとも１つ以上の反射波信号を受信する受信ステップと、前記各反射波信号を用いて、前記各物体の方位、前記車両と各物体とのドップラー速度、及び、前記各反射波信号の強度を測定する信号処理ステップと、前記各物体の方位、前記ドップラー速度及び前記反射波信号の強度を用いて、前記レーダ装置の速度及び進行方向を推定するレーダ状態推定ステップと、を含み、前記レーダ状態推定ステップは、前記各物体の方位、前記ドップラー速度及び前記反射波信号の強度を用いて、前記レーダ装置の進行方向候補を複数算出し、前記進行方向候補毎に前記車両の速度候補を複数算出するステップと、前記進行方向候補と前記速度候補との組合せである複数の状態候補に対して、前記各物体の前記反射波信号の強度を付与するステップと、前記反射波信号の強度の合計値が最大である状態候補に対応する速度候補及び進行方向候補を、前記レーダ装置の速度及び進行方向として決定するステップと、を含む構成を採る。
本開示によれば、車両が旋回状態でも車両における任意の位置の進行方向及び速度を精度良く検出できる。
実施の形態１に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図 実施の形態１に係る信号処理部１９において観測されるドップラー速度の一例を示す図 車両直進時における方位−ドップラーマップの一例を示す図 車両直進時における方位−ドップラーマップの一例を示す図 車両旋回時における方位−ドップラーマップの一例を示す図 実施の形態１に係るレーダ状態推定部２０の内部構成を示す図 本開示の一態様に係る投票処理の一例を示す図 実施の形態１におけるレーダ装置１と車両との関係を示す図 本開示の一態様に係る投票処理の一例を示す図 本開示の一態様に係るレーダ状態推定部２０における処理の流れを示すフロー図 本開示の一態様に係る投票処理の概念を示す図 実施の形態２に係るレーダ装置２の構成を示すブロック図 実施の形態２に係る静止物体の抽出処理を示す図 実施の形態３に係るレーダ装置３の構成を示す図 実施の形態３に係る車両状態推定部２１の内部構成を示す図 実施の形態３に係るレーダ装置３と車両との関係を示す図
以下、本開示の各実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本開示は、レーダ装置のレーダ座標系での移動方向及び速度を、後述するレーダ状態推定方法にて推定し、推定結果、レーダ装置の車両における設置位置（車両原点は後輪中央）、及び、レーダ装置の車両における設置方位を用いて、車両における任意の位置の移動方向及び速度を算出する。
（実施の形態１）
［レーダ装置の構成］
図１は、本実施の形態に係るレーダ装置１の構成を簡略に示すブロック図である。図１に示すレーダ装置１は、基準信号生成部１１、レーダ送信部１２、送信アンテナ１５、受信アンテナ１６、レーダ受信部１７を含む。
本実施の形態に係るレーダ装置１は、進行方向に沿って直進又は曲進（旋回）する移動体（例えば、車両）に設置される。具体的には、レーダ装置１において、少なくとも、受信アンテナ１６は、車両の側面に設置され、車両の側面方向をレーダの視野角とする。なお、レーダ装置１が設置される移動体は車両に限らず、例えば、自動２輪（オートバイ）、自律歩行するロボットでもよい。なお、車両の側面とは、バンパー又はミラーであっても良い。
レーダ装置１は、レーダ送信部１２が生成した高周波のレーダ送信信号を送信アンテナ１５から送信する。レーダ装置１は、物体（図示せず）によって反射されたレーダ送信信号を、反射波信号として受信アンテナ１６において受信する。レーダ装置１は、受信アンテナ１６が受信した反射波信号を信号処理した結果を用いて、レーダ装置１が設置された位置でのレーダ進行方向及び速度を検出する。
なお、送信アンテナ１５及び受信アンテナ１６は、複数のアンテナから構成されてもよい。
以下、レーダ装置１の各部の構成について簡略に説明する。
基準信号生成部１１は、レーダ送信部１２及びレーダ受信部１７に接続されている。基準信号生成部１１は、基準信号としてのリファレンス信号をレーダ送信部１２及びレーダ受信部１７に供給し、レーダ送信部１１及びレーダ受信部１７の処理を同期させる。
レーダ送信部１２は、送信信号生成部１３及び送信無線部１４を含む。
送信信号生成部１３は、基準信号生成部１１が生成したリファレンス信号に基づいて、リファレンス信号を所定倍に逓倍した送信基準クロック信号を生成する。送信信号生成部１３は、送信基準クロック信号に基づいて動作する。
送信信号生成部１３において生成されるベースバンドの送信信号は、例えば、符号化パルス信号、又は、チャープパルス信号であり、所定の送信周期に従って繰り返し送信される信号である。
送信無線部１４は、送信信号生成部１３が生成した送信信号をアップコンバートすることにより、キャリア周波数帯域（例えばミリ波帯域）のレーダ送信信号を生成する。
送信アンテナ１５は、送信無線部１４が生成したレーダ送信信号を空間に放射する。
受信アンテナ１６は、レーダ送信部１２が送信したレーダ送信信号が物体に反射された反射波信号を受信する。受信アンテナ１６が受信した高周波のレーダ受信信号（反射波信号）は、レーダ受信部１７に入力される。
レーダ受信部１７は、受信無線部１８、信号処理部１９及び状態推定部としてのレーダ状態推定部２０を含む。
受信無線部１８は、車両の側面に設置された受信アンテナ１６を用いて、レーダ送信信号が物体に反射された反射波信号を受信する。受信無線部１８は、受信アンテナ１６が受信したレーダ受信信号をダウンコンバートし、ベースバンドの受信信号を生成する。
信号処理部１９は、レーダ送信信号の送信周期毎に、無線受信部１８から入力される受信信号とレーダ送信部１２が送信したレーダ送信信号との相関を演算し、反射波信号の受信遅延時間、すなわち、レーダ送信信号の送信開始時からの遅延時間を測定する。
また、信号処理部１９は、受信遅延時間毎の相関演算結果に対して、コヒーレント加算（ドップラー周波数解析）する。これにより、信号処理部１９は、受信遅延時間毎に複数のドップラー周波数成分のコヒーレント加算結果を得る。
なお、ドップラー周波数成分は、レーダ送信信号を反射した物体とレーダ装置１との間に距離方向の相対的運動が存在する場合、ドップラー効果により反射波信号に生じる周波数変動情報であり、反射した物体を基準としたレーダ装置１に対する距離方向の相対速度を示す周波数成分である。
また、信号処理部１９は、複数のドップラー周波数成分のコヒーレント加算結果を用いて、反射波信号における距離毎、方位角毎及びドップラー周波数成分毎の電力プロファイル（反射強度）を求める。なお、信号処理部１９は、ドップラー周波数成分のコヒーレント加算結果が、ノイズレベルを超える閾値以上である場合に電力プロファイルを求めてもよい。
また、信号処理部１９は、電力プロファイルを用いて、反射波信号の到来方向を推定し、レーダ装置１に対する物体の相対速度（ドップラー速度）を求める。例えば、信号処理部１９は、ドップラー周波数成分をドップラー速度成分に変換する。信号処理部１９は、反射波信号を用いて、レーダ装置１の視野角内に存在する複数の物体の方位（レーダ視野角）、距離、車両とのドップラー速度、及び、反射強度（パワー）を測定し、レーダ状態推定部２０へ入力する。
［レーダ視野角θとドップラー速度Ｖとの関係］
図２は、電力プロファイルから求められる方位毎のドップラー速度Ｖの一例を示す。横軸はレーダ視野角θ（物体の方位）、縦軸はドップラー速度Ｖであり、図２に示す白丸は閾値以上の強度を有する反射波信号を表し、静止物及び移動物を含む。また、図２に示す白丸の大きさ（面積）は物体からの反射の強度を表す。
また、図３から図５は、図２と同様の結果であるが、レーダ装置と静止物との位置関係に着目し、レーダ視野角θの方位と、静止物からの反射波によって得られる相対速度（ドップラー速度）との関係について説明する。
図３Ａ及び図４Ａは、車両が直進状態であり、レーダ装置１を車両の左側側面に設置した場合に推定されるドップラー速度とレーダ視野角θ（方位角）との関係（以下、方位−ドップラーマップと呼ぶ）を示す図である。図３Ｂ及び図４Ｂは、直進状態の車両に設置されたレーダ装置１の視野角θ、車両の進行方向及び静止物１００，２００からの反射波信号の位置の関係を示す図である。
図３Ｂ及び図４Ｂでは、レーダ視野角θ＝０°の方向が車両左側の真横方向（車両の前方方向に直交する方向）となるレーダ装置１を設置した例を示す（つまり、図８に示すβ＝−９０°）。また、レーダ視野角θの範囲は−４５°〜＋４５°である。
レーダ視野角θ＝０°の方向が車両左側の真横方向の設置（β＝−９０°）であり、車両正面に静止物が存在した場合、静止物からのドップラー速度が最大になる。このため、図３Ｂ及び図４Ｂでは、θ＝＋４５°（レーダ装置１にとって車両前方方向に最も近い方向）におけるドップラー速度Ｖが最大値となる。
また、図３Ｂに示す静止物１００はレーダ装置１から離れる方向に位置するので、図３Ａでは静止物１００が存在する方向におけるドップラー速度は負の値となる。一方、図３Ｂに示す静止物２００はレーダ装置１に近づく方向に位置するので、図３Ａでは静止物２００からの反射波信号が存在する方向におけるドップラー速度は正の値となる。
また、図４Ｂでは静止物１００，２００はレーダ装置１に近づく方向に位置するので、図４Ａでは静止物１００，２００からの反射波信号が存在する方向（レーダ視野角）におけるドップラー速度は正の値となる。ただし、図４Ａにおいて、ドップラー速度は、方位角（レーダ視野角θの絶対値）が増加するほど、車両の速度成分の影響をより大きく受ける。図４Ｂでは、静止物１００が位置するレーダ視野角θ１に対して、静止物２００が位置するレーダ視野角θ２が大きいので（｜θ１｜＜｜θ２｜）、静止物２００に対するドップラー速度（絶対値）は静止物１００に対するドップラー速度（絶対値）よりも大きくなる。
図５では、レーダ装置１を車両の左側車輪前輪の真上に設置し、レーダ装置１の進行方向は前輪方向となるため、旋回中心は鉛直方向である。
図５Ａは、車両が左旋回中であるドップラー速度と方位角（レーダ視野角θ）との関係（方位−ドップラーマップ）を示す図である。図５Ｂは、左旋回中の車両に設置されたレーダ装置１のレーダ視野角、車両の進行方向θv及び車両旋回の中心方向の関係を示す図である。
図５Ｂでは、図３Ｂ及び図４Ｂと同様、レーダ視野角θ＝０°の方向が車両左側の真横方向（車両の前方方向に直交する方向）となるレーダ装置１を設置した例を示す（図８に示すβ＝−９０°）。また、レーダ視野角θの範囲は−４５°〜＋４５°である。
図５Ｂでは、レーダ視野角θ＝０°の方向が、車両左側の真横方向の設置（β＝−９０°）であるため、車両の進行方向がドップラー速度の最大値となる。
このため、左旋回中の車両では、図５Ａにおいて、θ＝＋４５°（レーダ装置１にとって車両進行方向に最も近い方向）におけるドップラー速度が最大値となる。また、ドップラー速度が０となる方向は、車両旋回の中心方向となる。図５Ｂでは、車両旋回中心方向から９０°前方が車両の進行方向となる（図３Ｂ、図４Ｂについても同様）。
また、静止物からの反射波から得られるドップラー速度は、静止物との距離には依存しない。
レーダ状態推定部２０は、信号処理部１９から入力される反射波の方位（レーダ視野角）θ、ドップラー速度Ｖ及び反射強度を用いて、レーダ装置１の設置位置での車両の速度Ｖｓ（以下、レーダ速度と呼ぶ）及び進行方向θsをレーダ座標系において推定する。具体的には、レーダ状態推定部２０は、入力される反射波信号（つまり、図２に示す複数の白丸によって表されるサンプル）の中から所定数のサンプルを選択し、選択した複数のサンプルの方位（レーダ視野角）θ、ドップラー速度Ｖ及び反射強度を入力し、投票処理により、レーダ速度Ｖｓｄ及びレーダ座標系での進行方向θｓｄを決定する。なお、投票処理については、後述する。
レーダ状態推定部２０は、レーダ速度Ｖｓｄと、進行方向θｓｄと、車両におけるレーダ装置の設置情報とを用いて、車両の特定の位置、例えば、左側前車輪の進行方向と速度を導出する。
ここで、レーダ速度Ｖｓｄと進行方向θｓｄと、車両の特定の位置の進行方向と速度との関係について説明する。
一般的な自動車において、直進状態の車両において、車両内の全ての位置において移動方向及び速度は一定であるが、旋回状態の車両においては、車両内の位置により移動方向及び速度は異なる。つまり、一般的な自動車では、操舵輪が前輪であり後輪は固定されているため、旋回状態の車両では、図５Ｂのように、左右後輪を結ぶ延長線上に車両旋回の中心が存在する。ここで、車両全体は、左右後輪を結ぶ線上に旋回中心をおいて旋回するため、車両の左右後車輪の移動方向は、旋回する円の接線方向であるため、車両の前後方向である。
しかし、車両の左右前輪では、操舵により前輪が向いている方向に移動するため、左右前輪の移動方向は左右後輪とは異なる。さらに、車両内の位置により旋回半径が異なるため、車両内の各位置は、速度が異なる。
旋回状態の車両において、車両内の各位置は移動方向及び速度が異なるため、一般的な車速とは、車両旋回に対して変動しない左右後輪の中央の位置の速度として定義する。
以上より、レーダ装置１は、レーダ速度Ｖｓｄと、進行方向θｓｄと、左右後輪中央を基準としたレーダ装置１の設置位置を示す設置位置情報と、車両前方を基準にしたレーダ装置１の設置方向を示す設置向き情報と、用いて、車両内の任意の位置に対して、移動方向及び速度を計算できる。
具体的には、レーダ装置１は、レーダ装置１の設置位置の車両移動方向に対して、旋回中心方向に垂直な方向と左右後輪の延長線が交わる位置を、車両旋回の中心として算出できる。このため、レーダ装置１は、旋回中心からレーダ装置１の設置位置までの距離と、設置位置の速度とを用いて、車両旋回角速度が算出でき、旋回状態の車両の運動が算出でき、車両の任意の位置での移動方向及び速度が算出できる。
よって、一般的な車速は、左右後輪中央の位置の速度を算出することによって、得られる。
なお、本開示では、一般的な車速である左右後輪中央の位置の速度を算出することに限定したものではなく、車両の任意の位置での移動方向及び速度を算出するものである。
図６は、レーダ状態推定部２０の内部構成を示す図である。レーダ状態推定部２０は、レーダ速度候補算出部２０１、投票部２０２、決定部２０３を含む。
算出部としてのレーダ速度候補算出部２０１は、各反射波の方位（レーダ視野角）θ及びドップラー速度Ｖを用いて、レーダ装置１の進行方向として取りうる複数の進行方向候補θｓ毎に、レーダ速度の候補Ｖsを算出する。
投票部２０２は、進行方向軸と速度軸とを量子化した２次元の投票箱に対して、進行方向候補θｓに対する速度候補Ｖｓを１票として、投票箱に投票する処理である。
具体的には、複数の進行方向の候補θｓと、レーダ装置１の速度として取りうる値の範囲内の複数の速度候補Ｖｓを予め設定した投票箱を用意する。例えば、図７は投票箱の概念図であり、図７では、投票部２０２は、レーダ装置１の進行方向候補θsとして取りうる値の範囲をＭ個に分割し、レーダ装置１の速度候補Ｖｓとして取りうる値の範囲をＮ個に分割した、（Ｍ×Ｎ）個の状態候補を設定する。
投票部２０２は、進行方向候補θｓと速度候補Ｖｓとによる２次元の領域である状態候補の評価値を設定できる投票箱を用いる。
なお、Ｍ及びＮは、車両の移動速度及び進行方向に対して要求される推定精度に応じて設定すればよい。例えば、投票部２０２は、より高い推定精度の要求に対しては、Ｍ及びＮをより大きくする。また、各状態候補は評価値を有し、０に初期化されている。
投票部２０２は、反射波信号の各サンプルに対して、複数の状態候補を投票し、各状態候補の評価値を設定する。１票の重みは１サンプルを１票としても良いし、反射強度を用いて重みづけしても良い。ただし、同じ速度候補Ｖｓでは、同じ反射強度を用いる。なお、投票部２０２における投票処理の詳細については後述する。
決定部２０３は、複数の状態候補のうち、投票部２０２での投票処理後の評価値が最大となる状態候補に該当するレーダ速度Ｖｓｄ及びレーダ進行方向θｓｄを、現在のレーダ装置１の移動状態として決定する。
［レーダ状態推定部２０の動作］
次に、上述したレーダ状態推定部２０の動作について詳細に説明する。
＜レーダ速度Ｖｓの算出処理＞
物体からのレーダ装置１に対する反射波信号のドップラー速度Ｖ、レーダの進行方向θs（ハンドルの舵角）、レーダ速度Ｖｓ、及び、レーダ装置１に対する物体の方位θの関係を、式（１）に示す。
図８は車両に搭載されたレーダ装置１を示す。座標系は車両座標系とレーダ座標系の２種類を用いて説明する。まず、車両座標系は車両正面を０度とし、右回りをプラス方向とした座標系である。なお、レーダ装置１の設置方向は、車両座標系によって定義され、レーダ装置１のレーダ正面は、β度である。また、レーダ座標系はレーダ正面を０度とし、右回りをプラス方向とした座標系である。
反射波信号はレーダ座標系で表され、図８ではθの方向より反射波信号が到来している。また図８では、レーダ装置１の移動方向は、レーダ座標系のθｓ方向である。反射波信号が静止物からの反射波である場合、以下の式（１）が成り立つ。
Ｖ＝Ｖｓ×ｃｏｓ（θs-θ) ・・・ （１）
式（１）は、式（２）のように変形できる。
Ｖｓ＝Ｖ／ｃｏｓ（θs-θ) ・・・ （２）
すなわち、レーダ状態推定部２０は、信号処理部１９において反射波信号が静止物の反射であり、レーダ装置１の進行方向θsを設定することによって、静止物からのドップラー速度Ｖと方位θに基づいて、レーダ速度Ｖｓを算出できる。
そこで、レーダ状態推定部２０（レーダ速度候補算出部２０１）は、式（２）に従って、複数の反射波信号を、それぞれのドップラー速度Ｖ及び方位θを用いて、レーダ進行方向θsを複数設定することにより、設定毎のレーダ速度候補Ｖｓを算出する。
図９は、各反射信号の進行方向θｓ及びレーダ速度Ｖｓの関係を示す図であり、各反射信号がサンプル１から４に該当する。各サンプルにおいてレーダ進行方向θｓを複数設定することにより、複数のレーダ速度Ｖｓが算出できるため、サンプル毎に式（２）に従った曲線が算出できる。
＜投票処理＞
次に、レーダ状態推定部２０における投票処理の詳細について説明する。
図１０は、レーダ状態推定部２０における投票処理の流れを示すフロー図である。
レーダ速度候補算出部２０１は、信号処理部１９において算出された反射信号（例えば、図２を参照）の中から、所定数のサンプルを予め選択する。なお、各サンプルは、少なくとも、ドップラー速度Ｖ、方位θ、及び、反射強度の情報を有している。
図１０において、ステップ（以下、「ＳＴ」と表す）１０１では、レーダ速度候補算出部２０１は、所定数のサンプルの中から１つのサンプルを投票処理の対象として決定する。レーダ速度候補算出部２０１は、対象のサンプルに対する全方位についての投票処理が終了した後（後述するＳＴ１０５：Ｙｅｓ）、所定数のサンプルが全て選択されるまで（後述するＳＴ１０６：Ｙｅｓとなるまで）、他のサンプルを新たな投票処理の対象として順次決定する。
ＳＴ１０２では、レーダ速度候補算出部２０１は、車両の複数の進行方向候補θsから投票処理の対象である投票用θsを設定する。例えば、レーダ速度候補算出部２０１は、全ての進行方向候補θsが設定されるまで（後述するＳＴ１０５：Ｙｅｓとなるまで）、他の投票用θsを新たな投票処理の対象として順次設定する。
ＳＴ１０３では、レーダ速度候補算出部２０１は、サンプルに対するドップラー速度Ｖ、方位θ、及び、ＳＴ１０２において設定した投票用θsを用いて、式（２）に従って、レーダ速度候補Ｖｓを計算する。レーダ速度候補算出部２０１は、算出されたレーダ速度候補Ｖｓを投票用Ｖｓとし、投票用θｓとセットで投票部２０２に出力する。
ＳＴ１０４では、投票部２０２は、ＳＴ１０３において算出された投票用Ｖｓと投票用θｓに対応する状態候補へ投票する。図１１に、各サンプルと重なる状態候補の評価値に反射強度を積分する投票処理を示す。
具体的には、投票部２０２は、各サンプルにおける投票用θs及び投票用Ｖｓを用いて、投票するための状態候補を、予め設定する。例えば、投票用θsは、−４５°〜＋４５°の範囲において、１°間隔によって設定し、取りうる値はＭ＝９１個である。また、投票用Ｖｓは、取りうる値の範囲を、所定の間隔（例えば、０．５ｋｍ／ｈ）毎に、Ｎ＝１００個に区分する。状態候補は、９１００（Ｍ×Ｎ＝９１×１００）個の候補が設定される。なお、投票領域の設定は、上記に限定されず、投票部２０２は、要求される推定精度に応じて適切に設定できる。
投票部２０２は、ＳＴ１０２において設定された投票用θsとＳＴ１０３において算出した投票用Ｖｓとに対応する状態候補に対して、投票される毎に、状態候補の評価値として投票対象である各サンプルの反射強度を加算（積分）する。
レーダ状態推定部２０は、各サンプルについて、投票用θsが取りうる全ての方位に対してＳＴ１０２〜ＳＴ１０４を処理する。また、レーダ状態推定部２０は、所定数のサンプルに対してＳＴ１０２〜ＳＴ１０５を処理する。
なお、所定数のサンプルのうち、反射強度が大きいサンプルほど、投票における影響が大きい。つまり、投票部２０２における投票処理では、各サンプルの反射強度は重み係数として用いられる。
なお、投票の一票の重みとして反射強度を用いたが、重みを１として、単純にサンプル数を加算してもよいし、他の重みを用いてもよい。
全てのサンプルの全ての方位に対する投票処理が終了した後（ＳＴ１０５、ＳＴ１０６：Ｙｅｓ）、レーダ状態推定部２０は、ＳＴ１０７の処理に進む。
ＳＴ１０７では、決定部２０３は、複数の状態候補のうち、評価値（反射強度の合計値）が最大となる状態候補を抽出し、抽出された状態候補に対応する速度候補Ｖｓ及び進行方向候補θsを、現在のレーダ速度Ｖｓｄ及びレーダ進行方向θｓｄとして決定する。
つまり、図１１における最大値を有する状態候補において、多くの反射波信号の方位θとドップラー速度Ｖとの関係は、レーダ移動方向θｓとレーダ速度Ｖｓとの関係と同一条件によって成立する。このため、レーダ装置１は、複数の反射信号の多くが静止物からの反射波信号である場合は、レーダ移動方向θｓ及びレーダ速度Ｖｓを算出できる。
図１１では、実際の進行方向及び速度に相当する状態候補（最大値の状態候補：進行方向θｓｄ及び速度Ｖｓｄ）の付近では、各サンプルの分布が集中することが分かる。一方、実際の進行方向及び速度に相当する状態候補から離れることにより、各サンプルの各進行方向θsと速度Ｖｓとの分布は、分散する。
すなわち、レーダ状態推定部２０における複数のサンプル（反射波信号）による投票（プロット）の結果、実際の進行方向及び速度の付近の値に対応する状態候補（進行方向θｓｄ及び速度Ｖｓｄ）に対して、より多くのサンプルの反射強度が付与されることになる。
よって、実際の車両の進行方向θs及び速度Ｖｓに近似する状態候補ほど、付与される反射強度の合計値がより大きくなる。これより、レーダ状態推定部２０は、複数の状態候補のうち、付与される反射強度の合計値が最大となる候補を現在の車両の進行方向θｓｄ及び速度Ｖｓｄとして決定している。
上述したように、図１１では、実際の進行方向θsでは、複数のサンプルにおいて算出される速度Ｖｓが同程度になるが、実際の進行方向θsから離れると、算出される速度Ｖｓの値にはサンプル毎にばらつきが生じる。このため、単一のサンプルから車両の進行方向θs及び速度Ｖｓを求める場合、車両の状態推定が困難である。
本実施の形態によれば、レーダ装置１は、レーダ装置１において観測される方向の異なる複数のサンプル（反射波信号）を用いて車両の進行方向θs及び速度Ｖｓを推定する。これにより、レーダ装置１の移動を算出するための基準である、静止物からの反射波信号を、複数の方向から得ることが出来るため、単一のサンプルから車両の進行方向θs及び速度Ｖｓを求める場合と比較して、レーダ装置１の移動状況の推定精度を向上でき、安定して推定できる。よって、レーダ装置１の移動状況より導出した車速も推定精度を向上でき、安定して推定できる。
更に、本実施の形態によれば、レーダ装置１は、レーダ送信信号に対する反射波信号を用いるので、例えば、タイヤのスリップによる影響、車両の状況及び車両の走行状況に依存した車速センサによる測定誤差の影響を抑制して、車両の速度及び進行方向を推定できる。
また、本実施の形態によれば、レーダ装置１を車両側面に設置することにより、レーダ装置１は車両が直進及び曲進の何れにおいても車両の速度及び進行方向を精度良く推定できる。
（実施の形態２）
実施の形態１では、レーダ装置の移動状態（レーダ速度及びレーダ進行方向）の推定において、反射波信号が静止物の反射波なのか移動物の反射波なのかを区別することなくサンプルとして用いる場合について説明したが、本実施の形態では、反射物のうち、静止物を用いて車両の速度及び進行方向を推定する場合について説明する。
車両の周囲に存在する静止物に対するドップラー速度の分布（図３Ａ、図４Ａ及び図５Ａに示す分布曲線）は、車両（レーダ装置２）の進行方向と、車両と静止物との位置関係に応じて定まる。一方、移動物に対するドップラー速度の分布は、車両（レーダ装置２）の進行方向、車両と移動物との位置関係に加え、例えば、移動物の進行方向にも依存する。よって、レーダの移動状況の推定において、移動物に対するドップラー速度を用いた推定は、静止物に対するドップラー速度を用いた推定と比較して、誤差が生じやすい。
レーダ装置２では、観測される反射波信号が静止物からの反射波信号か移動体からの反射波信号であるのかを選別せずに利用している。しかし、レーダ移動状態、及び、車速を求めるには、移動物を除外して、静止物からの反射波信号を用いてレーダ移動状態を検出することが好ましい。
そこで、本実施の形態では、レーダ移動状態（レーダ速度及びレーダ進行方向）の推定において、複数の反射波信号のうち、静止物からの反射波信号をサンプルとして用いる。
［レーダ装置２の構成］
図１２は、本実施の形態に係るレーダ装置２の構成を示すブロック図である。なお、図１２において、実施の形態１（図１）と同一処理である構成部には同一の符号を付し、説明を省略する。具体的には、本実施の形態に係るレーダ装置２では、レーダ受信部３０において静止物抽出部３１が追加された点が実施の形態１と異なる。
レーダ受信部３０において、抽出部である静止物抽出部３１は、信号処理部１９から、実施の形態１と同様に物体により反射された反射波信号における距離毎、方位角毎、及び、ドップラー周波数成分毎の電力プロファイル（反射強度）を受け取り、距離毎のデータに対して反射強度を加算し、図２に示す方位軸−ドップラー軸に電力がプロットされた電力プロファイルマップを生成する。
静止物抽出部３１は、前フレームのレーダ移動方向θｓ及びレーダ移動速度Ｖｓを記憶する。レーダ移動方向θｓ及びレーダ移動速度Ｖｓは、フレーム間で大きな変動は発生しないため、これらを利用して投票に用いるサンプルを限定する。具体的には、式（１）に１フレーム前のレーダ移動方向θｓ及びレーダ移動速度Ｖｓを代入し、θを変動させ、都度Ｖを計算する。図１３に計算過程を示す。変動したθに対するＶは、図１３の太実線により示される。太実線に対して、ドップラー速度に所定のマージンを設定し、投票するサンプルのドップラー速度の範囲を限定する。図１３において点線で示した範囲内が限定された領域であり、領域内のサンプルを静止物からの反射波信号とする。これにより、投票に用いるサンプルを静止物からの反射波信号に限定できる。
静止物抽出部３１は、複数の反射波信号から、静止物による反射波信号を抽出する。これにより、レーダ状態推定部２０は、複数の反射波信号のうち、複数の静止物の方位θ、ドップラー速度Ｖ及び反射強度を用いて、現在の車両の速度Ｖｓ及び進行方向θsを決定する。
このため、本実施の形態によれば、実施の形態１と比較して、レーダ移動方向θs及びレーダ速度Ｖｓを含む精度良く推定できるため、車速の精度も向上できる。
なお、上述した静止物抽出部３１における静止物の抽出方法は一例であって限定されるものではなく、他のセンサ（例えば、ジャイロ、加速度センサ）により概略のレーダ移動方向及びレーダ速度を予測し、静止物からの反射波信号を抽出できる方法であればよい。
（実施の形態３）
図１４は、本実施の形態に係るレーダ装置３の構成を示すブロック図である。
なお、図１４において、実施の形態（図１）と同一処理である構成部には同一の符号を付し、説明を省略する。具体的には、本実施の形態に係るレーダ装置３では、レーダ受信部１７aにおいて受信アンテナ１６が受信した反射波信号を信号処理した結果を用いて、レーダ装置３が設置された車両の状態として、車両の特定の位置の車両進行方向及び速度を検出する点が実施の形態１と異なる。
図１５は、図１４のレーダ受信部１７aにおける状態推定部としての車両状態推定部２１の内部構成を示す図である。車両状態推定部２１は、図６のレーダ状態推定部２０の、レーダ速度候補算出部２０１、投票部２０２、決定部２０３に加え、決定部２０３の出力であるレーダ速度Ｖｓｄ及び進行方向θｓｄを入力として、車両速度算出部２０４にて、車両の任意の速度（Ｖｖ）、移動方向(θｖ)を算出する。
図１６はレーダ装置３と車両との位置と方位の関係を示す図であり、レーダ装置３の正面方向は、車両座標系において角度βの方向である。レーダ装置３の移動方向は、車両座標系においてθｓｄ＋βであり、車両が直進している場合はθｓｄ＋β＝０である。
車両が直進している場合（θｓｄ＋β＝０）、車両の任意位置における移動方向（θｖ）と速度（Ｖｖ）は、レーダ装置の移動方向（θｓｄ）及び速度（Ｖｓｄ）と同じであるため、車両の速度（Ｖｖ）＝レーダ装置３の速度Ｖｓｄ、移動方向となり、移動方向（θｖ）は０になる。
次に車両が旋回している場合（θｓｄ＋β≠０）、車両座標系における車両の任意位置（Ｘｖ、Ｙｖ）での車両速度（θｖ）と移動方向（θｖ）の算出方法を、図１６を用いて説明する。なお、図１６は、右旋回している車両である。
まず、車両速度算出部２０４は、レーダ装置３の設置位置（Ｘ０、Ｙ０）における車両の移動方向（θｓｄ＋β）に対して垂直な方向（旋回中心方向）と左右後輪の延長線とが交わる位置（旋回中心：図示せず）と、レーダ装置３の距離（旋回半径Ｒｓ）を算出する。
Ｒｓ＝Ｘ０／ｓｉｎ（θｓｄ＋β） ・・・ （３）
Ｒｓ：レーダ設置位置の旋回半径
Ｘ０：車両座標系でのＸ軸のレーダ設置位置
θｓｄ：レーダ設置位置のレーダ座標系でのレーダの移動方向
β：車両座標系でのレーダ設置方位
次に、車両速度算出部２０４は、車両の旋回中心からレーダ装置３の設置位置までの距離(Ｒｓ)及びレーダ装置３の設置位置の速度(Ｖｓｄ)から車両旋回角速度(ω)を式（４）から算出する。
ω＝Ｖｓｄ／Ｒｓ ・・・ （４）
ω：車両旋回角速度
Ｖｓｄ：レーダ設置位置のレーダ座標系でのレーダの移動方向
Ｒｓ：レーダ設置位置の旋回半径
車両速度算出部２０４は、車両の任意位置（Ｘｖ、Ｙｖ）における旋回半径（Ｒｖ）を、式（５）から算出する。
Ｒｖ＝ｓｑｒｔ（Ｘｖ２＋（Ｒｓ×ｃｏｓ（θｓｄ＋β）＋Ｙ０−Ｙｖ）２） ・・・ （５）
Ｒｖ：算出する位置の旋回半径
Ｘｖ：算出する位置のＸ座標
Ｙｖ：算出する位置のＸ座標
Ｒｓ：レーダ設置位置の旋回半径
Ｙ０：車両座標系でのＹ軸のレーダ設置位置
θｓｄ：レーダ設置位置のレーダ座標系でのレーダの移動方向
β：車両座標系でのレーダ設置方位
車両速度算出部２０４は、算出した旋回半径（Ｒｖ）と車両旋回角速度（ω）とを用いて、車両の任意位置（Ｘｖ、Ｙｖ）における速度（Ｖｖ）と移動方向（θｖ）を、式（６）、式（７）より算出する。
Ｖｖ＝ω×Ｒｖ ・・・ （６）
ω：車両旋回角速度
Ｒｖ：算出する位置の旋回半径
θｖ＝ａｓｉｎ（Ｘｖ／Ｒｖ） ・・・ （７）
Ｘｖ：算出する位置のＸ座標
Ｒｖ：算出する位置の旋回半径
よって、車両速度算出部２０４は、車両の任意位置の移動方向と速度を算出できる。
以上、本開示の各実施の形態について説明した。
なお、レーダ装置は、図示しないが、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、制御プログラムを格納したＲＯＭ（Read Only Memory）の記憶媒体、およびＲＡＭ（Random Access Memory）の作業用メモリを有する。上記した各部の機能は、ＣＰＵが制御プログラムを実行することにより実現される。但し、レーダ装置のハードウェア構成は、かかる例に限定されない。例えば、レーダ装置の各機能部は、集積回路であるＩＣ（Integrated Circuit）として実現されてもよい。各機能部は、個別に１チップ化されてもよいし、その一部または全部を含むように１チップ化されてもよい。
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
上記各実施形態では、本開示はハードウェアを用いて構成する例にとって説明したが、本開示はハードウェアとの連携においてソフトウェアでも実現することも可能である。
また、上記各実施形態の説明に用いた各機能ブロックは、典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部または全てを含むように１チップ化されてもよい。ここでは、ＬＳＩとしたが、集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサを用いて実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＬＳＩ内部の回路セルの接続又は設定を再構成可能なリコンフィギュラブル プロセッサ（Reconfigurable Processor）を利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術により、ＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックを集積化してもよい。バイオ技術の適用等が可能性としてありえる。
なお、レーダ状態推定部２０において、ＳＴ１０２にて投票用θsを設定後、投票Ｖｓを計算していたが、投票用Ｖｓを設定後、投票θsを計算してもよい。
本開示は、車速及び進行方向を検出するレーダ装置として好適である。
１、２，３ レーダ装置
１１ 基準信号生成部
１２ レーダ送信部
１３ 送信信号生成部
１４ 送信無線部
１５ 送信アンテナ
１６ 受信アンテナ
１７，３０ レーダ受信部
１８ 受信無線部
１９ 信号処理部
２０ レーダ状態推定部
２１ 車両状態推定部
３１ 静止物抽出部
１００，２００ 静止物
２０１ レーダ速度候補算出部
２０２ 投票部
２０３ 決定部
２０４ 車両速度算出部

Claims (4)

  1. 車両に設置され、レーダ信号を送受信するレーダ装置であって、
    前記車両の側面に設置された送信アンテナを用いて、前記レーダ信号を送信する送信部と、
    前記車両の側面に設置された受信アンテナを用いて、前記レーダ信号が少なくとも１つ以上の物体によって反射された少なくとも１つ以上の反射波信号を受信する受信部と、
    前記各反射波信号を用いて、前記各物体の方位、前記車両と前記各物体との間のドップラー速度、及び、前記各反射波信号の強度を測定する信号処理部と、
    前記各物体の方位、前記ドップラー速度及び前記反射波信号の強度を用いて、前記レーダ装置の速度及び進行方向を推定する状態推定部と、を備え、
    前記状態推定部は、
    前記各物体の方位、前記ドップラー速度及び前記反射波信号の強度を用いて、前記レーダ装置の進行方向候補を複数算出し、前記進行方向候補毎に前記車両の速度候補を複数算出する算出部と、
    前記進行方向候補と前記速度候補との組合せである複数の状態候補に対して、前記各物体の前記反射波信号の強度を付与する付与部と、
    前記反射波信号の強度の合計値が最大である状態候補に対応する速度候補及び進行方向候補を、前記レーダ装置の速度及び進行方向として決定する決定部と、を含む、
    レーダ装置。
  2. 前記状態推定部は、前記決定されたレーダ装置の速度及び進行方向を用いて、前記レーダ装置の設置情報より、前記車両のうちの特定位置の進行方向と速度とを算出する車両速度算出部、を更に含む、
    請求項１に記載のレーダ装置。
  3. 前記各反射波信号を用いて、前記少なくとも１つ以上の物体から、少なくとも１つ以上の静止物を抽出する抽出部を更に備える、
    請求項１又は２のいずれかに記載のレーダ装置。
  4. 車両に設置され、レーダ信号を送受信するレーダ装置におけるレーダ状態推定方法であって、
    前記車両の側面に設置された送信アンテナを用いて、前記レーダ信号を送信する送信ステップと、
    前記車両の側面に設置された受信アンテナを用いて、前記レーダ信号が少なくとも１つ以上の物体によって反射された少なくとも１つ以上の反射波信号を受信する受信ステップと、
    前記各反射波信号を用いて、前記各物体の方位、前記車両と各物体とのドップラー速度、及び、前記各反射波信号の強度を測定する信号処理ステップと、
    前記各物体の方位、前記ドップラー速度及び前記反射波信号の強度を用いて、前記レーダ装置の速度及び進行方向を推定するレーダ状態推定ステップと、を含み、
    前記レーダ状態推定ステップは、
    前記各物体の方位、前記ドップラー速度及び前記反射波信号の強度を用いて、前記レーダ装置の進行方向候補を複数算出し、前記進行方向候補毎に前記車両の速度候補を複数算出するステップと、
    前記進行方向候補と前記速度候補との組合せである複数の状態候補に対して、前記各物体の前記反射波信号の強度を付与するステップと、
    前記反射波信号の強度の合計値が最大である状態候補に対応する速度候補及び進行方向候補を、前記レーダ装置の速度及び進行方向として決定するステップと、を含む、
    レーダ状態推定方法。
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