JP7260427B2 - SIGNAL PROCESSING DEVICE, RADAR DEVICE, AND SIGNAL PROCESSING METHOD - Google Patents

Description

本発明は、信号処理装置、レーダ装置、および、信号処理方法に関する。 The present invention relates to a signal processing device, a radar device, and a signal processing method.

例えば、車載用ミリ波レーダ装置は、主に自動運転における周辺監視の用途で開発が進んでいる。車載用ミリ波レーダ装置では、看板などの上方物、マンホールなどの下方物のような走行の妨げになり得ない物体と、前方走行車両などのような走行の妨げになり得る物体とを判別できる機能の要望が高まっているため、水平方位に加えて垂直方位も検知する必要が出てきている。 For example, in-vehicle millimeter-wave radar devices are being developed mainly for monitoring surroundings in automatic driving. An in-vehicle millimeter-wave radar device can distinguish between objects that cannot hinder travel, such as upper objects such as signboards and lower objects such as manholes, and objects that can interfere with travel, such as vehicles traveling ahead. Due to the increasing demand for functionality, it is becoming necessary to detect vertical orientation in addition to horizontal orientation.

水平方位および垂直方位を検知できるレーダ装置として、複数の受信アンテナを垂直方向および水平方向に沿って二次元配置することで、電波（物標からの反射波）の到来方向を水平方向の角度および垂直方向の角度の両方で演算することができるレーダ装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。 As a radar device that can detect horizontal and vertical directions, multiple receiving antennas are arranged two-dimensionally along the vertical and horizontal directions. A radar device has been proposed that can perform calculations on both angles in the vertical direction (see, for example, Patent Document 1).

特開２０００－２４１５２１号公報JP-A-2000-241521 特開２００５－３３１３４３号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-331343

しかしながら、複数の受信アンテナを二次元配置したレーダ装置は、受信アンテナ数が多く必要でコストが高いという問題および処理負荷が大きいという問題を有する。 However, a radar device in which a plurality of receiving antennas are arranged two-dimensionally has the problem that a large number of receiving antennas are required and the cost is high, and the problem is that the processing load is large.

そこで、上記問題を解決することができるレーダ装置として、垂直水平方向に直交する一列状態の二つのアンテナ素子アレイを有するレーダ装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。垂直水平方向に直交する一列状態の二つのアンテナ素子アレイを有するレーダ装置は、水平方向の角度及び垂直方向の角度を別々に算出してそれらの組合せを実施して物標の二次元方位候補を算出し、物標の二次元方位候補の中から、推定結果として採用する物標の二次元方位を決定する。物標が複数存在する場合に上記決定が困難になるが、特許文献２では、端末ＩＤ情報を送信信号に含めるという特別な処置を行い、受信信号に含まれる端末ＩＤ情報に基づき正しい組み合わせを求めることによって上記決定の困難性を解消している。しかしながら、特許文献２で提案されているレーダ装置には、送信信号が特殊であるという問題が残る。 Therefore, as a radar device capable of solving the above problem, a radar device having two antenna element arrays arranged in a line perpendicular to each other in the vertical and horizontal directions has been proposed (see, for example, Patent Document 2). A radar device having two antenna element arrays in a row orthogonal to the vertical and horizontal directions computes the horizontal angle and the vertical angle separately and combines them to obtain a two-dimensional azimuth candidate for the target. Then, the two-dimensional orientation of the target to be adopted as the estimation result is determined from among the two-dimensional orientation candidates of the target. The above determination becomes difficult when there are multiple targets, but in Patent Document 2, special measures are taken to include terminal ID information in the transmission signal, and the correct combination is obtained based on the terminal ID information included in the reception signal. This solves the difficulty of the above decision. However, the radar device proposed in Patent Literature 2 still has the problem that the transmission signal is peculiar.

本発明は、上記課題に鑑みて、物標の二次元方位を低い処理負荷で推定でき且つ物標が複数存在する場合でも各物標の二次元方位を容易に推定できる技術を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to provide a technique that can estimate the two-dimensional bearing of a target with a low processing load and can easily estimate the two-dimensional bearing of each target even when there are a plurality of targets. aim.

本発明に係る信号処理装置は、Ｎ（Ｎは複数）個の仮想アンテナを含む複数の受信アンテナによって構成されるアンテナ群のうち、第１の軸に沿って並ぶ複数の前記受信アンテナによって構成される第１のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第１の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第１の方位算出部と、前記アンテナ群のうち、前記第１の軸と異なる方向の第２の軸に沿って並ぶ複数の前記受信アンテナによって構成される第２のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第２の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第２の方位算出部と、前記アンテナ群の一部である複数の前記受信アンテナの受信信号に基づき、前記第１の軸及び前記第２の軸それぞれと異なる方向の第３の軸に沿って並ぶ前記Ｎ個以下の複数の前記仮想アンテナによって構成される第３のアンテナアレイを生成する生成部と、前記第３のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第３の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第３の方位算出部と、前記第１の方位算出部、前記第２の方位算出部、及び前記第３の方位算出部の各算出結果に基づき、物標の２次元方位を推定する方位推定部と、を備える構成（第１の構成）である。 A signal processing apparatus according to the present invention includes a plurality of receiving antennas arranged along a first axis in an antenna group including a plurality of receiving antennas including N (N is a plurality) virtual antennas. a first azimuth calculation unit that calculates an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the first axis based on signals received by a first antenna array; a second azimuth calculation for calculating an azimuth representing the arrival direction of radio waves with respect to the second axis based on the received signal of a second antenna array configured by the plurality of the receiving antennas arranged along the second axis of and the N or less of the N or less aligned along a third axis in a direction different from each of the first axis and the second axis based on the received signals of the plurality of the receiving antennas that are part of the antenna group. and a generating unit that generates a third antenna array configured by the plurality of virtual antennas, and calculates an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the third axis based on the received signal of the third antenna array. Azimuth estimation for estimating a two-dimensional azimuth of a target based on calculation results of a third azimuth calculation unit, the first azimuth calculation unit, the second azimuth calculation unit, and the third azimuth calculation unit. and a configuration (first configuration).

上記第１の構成の信号処理装置において、前記方位推定部は、前記第１の方位算出部の算出結果と前記第２の方位算出部の算出結果との組合せに基づき、前記物標の２次元方位候補を算出し、前記第３の方位算出部の算出結果と前記物標の２次元方位候補から得られる前記第３の軸に対する電波の到来方向を表す方位との比較結果に基づき、推定結果として採用する前記物標の２次元方位を決定する構成（第２の構成）であってもよい。 In the signal processing device having the first configuration, the direction estimating unit calculates a two-dimensional An azimuth candidate is calculated, and an estimation result is obtained based on a comparison result between a calculation result of the third azimuth calculation unit and an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the third axis obtained from the two-dimensional azimuth candidate of the target. may be a configuration (second configuration) for determining the two-dimensional azimuth of the target adopted as .

上記第２の構成の信号処理装置において、前記方位推定部は、前記比較結果から前記物標の２次元方位候補それぞれの信頼度を算出し、前記信頼度に基づき、推定結果として採用する前記物標の２次元方位を決定する構成（第３の構成）であってもよい。 In the signal processing device of the second configuration, the azimuth estimator calculates the reliability of each of the two-dimensional azimuth candidates of the target from the comparison result, and based on the reliability, the object to be adopted as the estimation result A configuration (third configuration) that determines the two-dimensional bearing of the target may be used.

上記第１～第３いずれかの構成の信号処理装置において、前記生成部は、前記第３の軸の方向を可変する構成（第４の構成）であってもよい。 In the signal processing device having any one of the first to third configurations, the generator may be configured to vary the direction of the third axis (fourth configuration).

上記第１～第４いずれかの構成の信号処理装置において、第４の方位算出部をさらに備え、前記生成部は、前記第１のアンテナアレイの受信信号及び前記第２のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第１の軸、前記第２の軸、及び前記第３の軸それぞれと異なる方向の第４の軸に沿って並ぶ複数の前記仮想アンテナによって構成される第４のアンテナアレイを生成し、前記第４の方位算出部は、前記第４のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第４の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出し、前記方位推定部は、前記第１の方位算出部、前記第２の方位算出部、前記第３の方位算出部、及び前記第４の方位算出部の各算出結果に基づき、前記物標の２次元方位を推定する構成（第５の構成）であってもよい。 The signal processing device having any one of the first to fourth configurations above further includes a fourth azimuth calculation unit, wherein the generation unit generates a received signal from the first antenna array and a received signal from the second antenna array. generates a fourth antenna array composed of the plurality of virtual antennas arranged along a fourth axis in a direction different from each of the first axis, the second axis, and the third axis, based on and the fourth azimuth calculation unit calculates an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the fourth axis based on the received signal of the fourth antenna array, and the azimuth estimation unit calculates the first A configuration (fifth configuration).

本発明に係るレーダ装置は、上記第１～第５いずれかの構成の信号処理装置と、前記第１のアンテナアレイ及び前記第２のアンテナアレイの少なくとも一部を構成する少なくとも１つの実在アンテナと、を備える構成（第６の構成）である。 A radar apparatus according to the present invention includes a signal processing apparatus having any one of the first to fifth configurations, and at least one real antenna forming at least a part of the first antenna array and the second antenna array. , is a configuration (sixth configuration).

本発明に係る信号処理方法は、Ｎ（Ｎは複数）個の仮想アンテナを含む複数の受信アンテナによって構成されるアンテナ群のうち、第１の軸に沿って並ぶ複数の前記受信アンテナによって構成される第１のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第１の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第１の方位算出工程と、前記アンテナ群のうち、前記第１の軸と異なる方向の第２の軸に沿って並ぶ複数の前記受信アンテナによって構成される第２のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第２の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第２の方位算出工程と、前記アンテナ群の一部である複数の前記受信アンテナの受信信号に基づき、前記第１の軸及び前記第２の軸それぞれと異なる方向の第３の軸に沿って並ぶ前記Ｎ個以下の複数の前記仮想アンテナによって構成される第３のアンテナアレイを生成する生成工程と、前記第３のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第３の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第３の方位算出工程と、前記第１の方位算出工程、前記第２の方位算出工程、及び前記第３の方位算出工程の各算出結果に基づき、物標の２次元方位を推定する方位推定工程と、を備える構成（第７の構成）である。 In the signal processing method according to the present invention, among an antenna group composed of a plurality of receiving antennas including N (N is a plurality) virtual antennas, a plurality of the receiving antennas arranged along a first axis. a first azimuth calculation step of calculating an azimuth representing the arrival direction of radio waves with respect to the first axis based on the received signal of the first antenna array, and a direction different from the first axis in the antenna group a second azimuth calculation for calculating an azimuth representing the arrival direction of radio waves with respect to the second axis based on the received signal of a second antenna array configured by the plurality of the receiving antennas arranged along the second axis of and said N or less aligned along a third axis in a direction different from each of said first axis and said second axis based on received signals of said plurality of said receiving antennas which are part of said antenna group. generating a third antenna array composed of the plurality of virtual antennas; and calculating an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the third axis based on the received signal of the third antenna array. Azimuth estimation for estimating a two-dimensional azimuth of a target based on a third azimuth calculation step, and calculation results of the first azimuth calculation step, the second azimuth calculation step, and the third azimuth calculation step. and a step (seventh configuration).

本発明によると、物標の二次元方位を低い処理負荷で推定でき且つ物標が複数存在する場合でも各物標の二次元方位を容易に推定できる。 According to the present invention, the two-dimensional bearing of a target can be estimated with a low processing load, and the two-dimensional bearing of each target can be easily estimated even when there are a plurality of targets.

実施形態に係るレーダ装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the radar apparatus which concerns on embodiment. 第１～第３のアンテナアレイについて説明するための図Diagram for explaining first to third antenna arrays レーダ装置の概略動作例を示すフローチャートFlowchart showing an example of schematic operation of a radar device ３つの物標の二次元方位を模式的に示す図A diagram schematically showing the two-dimensional orientation of three targets ３つの物標の二次元方位候補を模式的に示す図A diagram schematically showing two-dimensional direction candidates for three targets. ３つの物標の二次元方位候補を模式的に示す図A diagram schematically showing two-dimensional direction candidates for three targets. 変形例に係るレーダ装置の構成を示す図The figure which shows the structure of the radar apparatus based on a modification.

以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the drawings.

＜１．レーダ装置の構成＞
図１は本発明の実施形態に係るレーダ装置１の構成を示す図である。レーダ装置１は、例えば車両、ロボット、航空機、船舶などの移動体に搭載することができる。本実施形態では、レーダ装置１は、例えば自動車などの車両に搭載される。以下、レーダ装置１が搭載されている車両のことを自車両と表現する。 <1. Configuration of Radar Device>
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a radar device 1 according to an embodiment of the present invention. The radar device 1 can be mounted on a moving object such as a vehicle, robot, aircraft, or ship. In this embodiment, the radar device 1 is mounted on a vehicle such as an automobile. Hereinafter, the vehicle on which the radar device 1 is mounted is expressed as the own vehicle.

レーダ装置１は、他の車両、標識、ガードレール、人などの、自車両の周囲に存在する物標を検知するために用いられる。物標の検知結果は、自車両の記憶装置や、自車両の挙動を制御する車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５などに対して出力される。物標の検知結果は、例えば、ＰＣＳ（Pre-crash Safety System）やＡＥＢＳ（Advanced Emergency Braking System）などの車両制御に用いられる。 The radar device 1 is used to detect targets existing around the own vehicle, such as other vehicles, signs, guardrails, and people. The detection result of the target is output to a storage device of the own vehicle, a vehicle ECU (Electronic Control Unit) 5 that controls the behavior of the own vehicle, and the like. Target detection results are used, for example, for vehicle control such as PCS (Pre-crash Safety System) and AEBS (Advanced Emergency Braking System).

図１に示すように、レーダ装置１は、送信部２と、複数の受信部３と、信号処理装置４とを備える。 As shown in FIG. 1 , the radar device 1 includes a transmitter 2 , multiple receivers 3 , and a signal processor 4 .

レーダ装置１は、ＦＣＭ（Fast Chirp Modulation）方式のレーダ装置である。ただし、本実施形態とは異なり、レーダ装置１を、ＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式などのＦＣＭ方式以外のレーダ装置に変更してもよい。 The radar device 1 is an FCM (Fast Chirp Modulation) type radar device. However, unlike the present embodiment, the radar device 1 may be changed to a radar device other than the FCM system such as the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) system.

送信部２は、信号生成部２１と、発信器２２と、送信アンテナ２３とを備える。信号生成部２１は、ノコギリ波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発信器２２へ供給する。発信器２２は、信号生成部２１で生成された変調信号に基づいてチャープ信号である送信信号を生成して、送信アンテナ２３へ出力する。 The transmitter 2 includes a signal generator 21 , a transmitter 22 and a transmission antenna 23 . The signal generator 21 generates a modulated signal whose voltage changes like a sawtooth wave, and supplies the modulated signal to the oscillator 22 . The transmitter 22 generates a transmission signal, which is a chirp signal, based on the modulated signal generated by the signal generator 21 and outputs it to the transmission antenna 23 .

送信アンテナ２３は、発信器２２から送信信号を受け取り、その送信信号を送信波ＴＷに変換して出力する。 The transmission antenna 23 receives a transmission signal from the transmitter 22, converts the transmission signal into a transmission wave TW, and outputs the transmission wave TW.

受信部３は、複数の受信アンテナ３１と、複数の個別受信部３２とを備える。各受信アンテナ３１に対して、個別受信部３２が１つずつ接続される。各受信アンテナ３１は、物標からの反射波ＲＷを受信して受信信号を取得し、各個別受信部３２に出力する。なお、個別受信部３２の数は、スイッチを導入することにより、受信アンテナ３１の本数よりも少なくしてよい。 The receiving section 3 includes a plurality of receiving antennas 31 and a plurality of individual receiving sections 32 . One individual receiver 32 is connected to each receiving antenna 31 . Each receiving antenna 31 receives the reflected wave RW from the target, acquires a received signal, and outputs the received signal to each individual receiving unit 32 . The number of individual receivers 32 may be less than the number of reception antennas 31 by introducing a switch.

各個別受信部３２は、対応する受信アンテナ３１で得られた受信信号を処理する。個別受信部３２は、ミキサ３３とＡ／Ｄ変換器３４とを備える。受信アンテナ３１で得られた受信信号は、ローノイズアンプ（図示省略）で増幅された後にミキサ３３に送られる。ミキサ３３には、各送信部２の各発信器２２からの送信信号が入力され、ミキサ３３において各送信信号と受信信号とがミキシングされる。これにより、各送信信号の周波数と受信信号の周波数との差となるビート周波数を有するビート信号が生成される。ミキサ３３で生成されたビート信号は、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタルの信号に変換された後に、信号処理装置４に出力される。 Each individual receiver 32 processes the received signal obtained by the corresponding receiving antenna 31 . The individual receiver 32 includes a mixer 33 and an A/D converter 34 . A received signal obtained by the receiving antenna 31 is sent to the mixer 33 after being amplified by a low-noise amplifier (not shown). A transmission signal from each transmitter 22 of each transmission unit 2 is input to the mixer 33 , and the transmission signal and the reception signal are mixed in the mixer 33 . Thereby, a beat signal having a beat frequency that is the difference between the frequency of each transmission signal and the frequency of the reception signal is generated. The beat signal generated by the mixer 33 is converted to a digital signal by the A/D converter 34 and then output to the signal processing device 4 .

信号処理装置４は、各Ａ／Ｄ変換器３４を介して取り込んだ各ビート信号に基づいて各種の処理を実行する。信号処理装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリ４１などを含むマイクロコンピュータを備える。信号処理装置４は、演算の対象とする各種のデータを、記憶装置であるメモリ４１に記憶する。メモリ４１は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）などである。信号処理装置４は、マイクロコンピュータでソフトウェア的に実現される機能として、送信制御部４２、変換部４３、および、データ処理部４４を備える。送信制御部４２は、信号生成部２１を制御する。 The signal processing device 4 executes various processes based on each beat signal fetched via each A/D converter 34 . The signal processing device 4 includes a microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a memory 41, and the like. The signal processing device 4 stores various data to be operated on in the memory 41, which is a storage device. The memory 41 is, for example, a RAM (Random Access Memory). The signal processing device 4 includes a transmission control section 42, a conversion section 43, and a data processing section 44 as functions realized by software on a microcomputer. The transmission controller 42 controls the signal generator 21 .

変換部４３は、受信アンテナ３１において複数の物標からの反射波が重なり合った状態で受信されるために、受信信号に基づいて生成されたビート信号から、各物標の反射波に基づく周波数成分を分離する処理を行う。本実施形態では、変換部４３は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理により、周波数成分の分離を行う。ＦＦＴ処理では、所定の周波数間隔で設定された周波数ポイント（周波数ビンという場合がある）ごとに受信レベルや位相情報が算出される。変換部４３は、ＦＦＴ処理の結果をデータ処理部４４に出力する。 Since the reception antenna 31 receives the reflected waves from a plurality of targets in an overlapping state, the converter 43 converts the beat signal generated based on the received signal into a frequency component based on the reflected waves of each target. process to separate the In this embodiment, the transformation unit 43 separates frequency components by Fast Fourier Transform (FFT) processing. In FFT processing, reception level and phase information are calculated for each frequency point (sometimes referred to as frequency bin) set at predetermined frequency intervals. The conversion unit 43 outputs the result of FFT processing to the data processing unit 44 .

変換部４３は、詳細には、各Ａ／Ｄ変換部３４から出力されるビート信号に対してそれぞれ２次元ＦＦＴ処理を行う。１回目のＦＦＴ処理を行うことで、物標との距離に対応する周波数ビン（以下、距離ビンと記載する場合がある）にピークが出現する周波数スペクトルが得られる。１回目のＦＦＴ処理により得られた周波数スペクトルを時系列に並べて２回目のＦＦＴ処理を行うことで、ドップラー周波数に対する周波数ビン（以下、速度ビンと記載することがある）にピークが出現する周波数スペクトルが得られる。変換部４３は、２次元ＦＦＴ処理により、距離ビンと速度ビンとを軸とする２次元パワースペクトルを得る。 More specifically, the conversion section 43 performs two-dimensional FFT processing on the beat signals output from each A/D conversion section 34 . By performing the first FFT processing, a frequency spectrum is obtained in which peaks appear in frequency bins corresponding to the distance to the target (hereinafter sometimes referred to as distance bins). By arranging the frequency spectrum obtained by the first FFT process in time series and performing the second FFT process, a frequency spectrum in which a peak appears in the frequency bin (hereinafter sometimes referred to as velocity bin) for the Doppler frequency is obtained. The conversion unit 43 obtains a two-dimensional power spectrum with distance bins and speed bins as axes by two-dimensional FFT processing.

データ処理部４４は、ピーク抽出部４４Ａと、距離・相対速度演算部４４Ｂと、第１の方位算出部４４Ｃと、第２の方位算出部４４Ｄと、生成部４４Ｅと、第３の方位算出部４４Ｆと、方位推定部４４Ｇとを備える。 The data processing unit 44 includes a peak extraction unit 44A, a distance/relative velocity calculation unit 44B, a first direction calculation unit 44C, a second direction calculation unit 44D, a generation unit 44E, and a third direction calculation unit. 44F and an orientation estimation unit 44G.

ピーク抽出部４４Ａは、変換部４３におけるＦＦＴ処理等の結果からピークを検出する。本実施形態では、ピーク抽出部４４Ａは、２次元ＦＦＴ処理によって得られた距離ビンと速度ビンとを軸とする２次元パワースペクトルに基づいて、所定以上のパワー値を示すピークを抽出する。 The peak extraction unit 44A detects peaks from the results of FFT processing and the like in the conversion unit 43 . In the present embodiment, the peak extractor 44A extracts peaks having a power value equal to or greater than a predetermined value based on the two-dimensional power spectrum obtained by two-dimensional FFT processing and having distance bins and velocity bins as axes.

距離・相対速度演算部４４Ｂは、ピーク抽出部４４Ａによってピークが存在するとして特定された距離ビンおよび速度ビンの組み合わせに基づいて物標との距離および相対速度を導出する。 The distance/relative velocity calculator 44B derives the distance and relative velocity to the target based on the combination of the distance bins and velocity bins identified by the peak extractor 44A as having peaks.

第１の方位算出部４４Ｃは、第１のアンテナアレイを構成する受信アンテナ３１ごとにピーク抽出部４４Ａで抽出された同一周波数ビンのピークに注目し、それらのピークの位相情報に基づいて第１の軸（垂直方向）に対する物標が存在する方位（電波の到来方向を表す方位）を算出する。第１の方位算出部４４Ｃは、周波数ビンが異なる複数のピークが存在する場合、ピークごとに方位を算出する。第１のアンテナアレイについては後述する。 The first azimuth calculation unit 44C pays attention to the peaks of the same frequency bins extracted by the peak extraction unit 44A for each of the receiving antennas 31 constituting the first antenna array, and based on the phase information of these peaks, the first azimuth calculation unit 44C , the azimuth where the target exists (azimuth indicating the direction of arrival of radio waves) with respect to the axis (vertical direction) of . When there are a plurality of peaks with different frequency bins, the first azimuth calculation unit 44C calculates the azimuth for each peak. The first antenna array will be described later.

第１の方位算出部４４Ｃは、ＭＵＳＩＣ（Mutiple Signal Classification）やＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）等の公知の手法を用いて方位を算出する。第２の方位算出部４４Ｄおよび第３の方位算出部４４Ｆも同様に、ＭＵＳＩＣやＥＳＰＲＩＴ等の公知の手法を用いて方位を算出する。 The first azimuth calculation unit 44C calculates the azimuth using a known method such as MUSIC (Multiple Signal Classification) or ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques). Similarly, the second azimuth calculation unit 44D and the third azimuth calculation unit 44F also calculate azimuths using known methods such as MUSIC and ESPRIT.

第２の方位算出部４４Ｄは、第２のアンテナアレイを構成する受信アンテナ３１ごとにピーク抽出部４４Ａで抽出された同一周波数ビンのピークに注目し、それらのピークの位相情報に基づいて第２の軸（水平方向）に対する物標が存在する方位（電波の到来方向を表す方位）を算出する。第２の方位算出部４４Ｄは、周波数ビンが異なる複数のピークが存在する場合、ピークごとに方位を算出する。第２のアンテナアレイについては後述する。 The second azimuth calculation unit 44D focuses on the peaks of the same frequency bins extracted by the peak extraction unit 44A for each of the receiving antennas 31 constituting the second antenna array, and based on the phase information of those peaks, the second direction calculation unit 44D The direction of the target (the direction of arrival of radio waves) relative to the axis of (horizontal direction) is calculated. When there are a plurality of peaks with different frequency bins, the second azimuth calculation unit 44D calculates the azimuth for each peak. The second antenna array will be described later.

生成部４４Ｅは、第１のアンテナアレイの受信信号および第２のアンテナアレイの受信信号に基づき、複数の仮想アンテナによって構成される第３のアンテナアレイを生成する。第３のアンテナアレイについては後述する。 The generating unit 44E generates a third antenna array composed of a plurality of virtual antennas based on the received signals of the first antenna array and the received signals of the second antenna array. The third antenna array will be described later.

第３の方位算出部４４Ｆは、第３のアンテナアレイを構成する仮想アンテナごとにピーク抽出部４４Ａで抽出された同一周波数ビンのピークに注目し、それらのピークの位相情報に基づいて第３の軸（斜め方向）に対する物標が存在する方位（電波の到来方向を表す方位）を算出する。第３の方位算出部４４Ｆは、周波数ビンが異なる複数のピークが存在する場合、ピークごとに方位を算出する。 The third azimuth calculation unit 44F focuses on the peaks of the same frequency bins extracted by the peak extraction unit 44A for each virtual antenna configuring the third antenna array, and based on the phase information of those peaks, calculates the third The azimuth (azimuth representing the arrival direction of radio waves) of the target object relative to the axis (diagonal direction) is calculated. When there are a plurality of peaks with different frequency bins, the third azimuth calculation unit 44F calculates the azimuth for each peak.

方位推定部４４Ｇは、第１～第３の方位算出部４４Ｃ、４４Ｄ、および４４Ｆの各算出結果に基づき、物標の２次元方位を推定する。 The azimuth estimator 44G estimates the two-dimensional azimuth of the target based on the calculation results of the first to third azimuth calculators 44C, 44D, and 44F.

なお、距離・相対速度演算部４４Ｂおよび方位推定部４４Ｇにより求められた、物標までの距離、物標の相対速度、物標の二次元方位を含む物標データは、車両制御ＥＣＵ５に出力される。 The target data including the distance to the target, the relative speed of the target, and the two-dimensional azimuth of the target obtained by the distance/relative speed calculator 44B and the azimuth estimator 44G are output to the vehicle control ECU 5. be.

＜２．第１～第３のアンテナアレイ＞
図２は、第１～第３のアンテナアレイＡ１～Ａ３について説明するための図である。 <2. First to Third Antenna Arrays>
FIG. 2 is a diagram for explaining the first to third antenna arrays A1 to A3.

本実施形態では、第１のアンテナアレイＡ１は、第１の軸（垂直方向）に沿って並ぶ９つの受信アンテナＲｘ１～Ｒｘ９によって構成される。受信アンテナＲｘ１～Ｒｘ９は、レーダ装置１が実際に備える実在アンテナである。 In this embodiment, the first antenna array A1 is composed of nine receiving antennas Rx1 to Rx9 arranged along the first axis (vertical direction). The receiving antennas Rx1 to Rx9 are real antennas that the radar device 1 actually has.

第１のアンテナアレイＡ１において、隣り合う受信アンテナ３１のアンテナ間隔は、同一である。なお、第１のアンテナアレイＡ１において、隣り合う受信アンテナ３１のアンテナ間隔は、複数の組（本実施形態では八組）の間で厳密に同一でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で複数の組の間で同一とみなすことができればよい。 In the first antenna array A1, the antenna spacing between adjacent receiving antennas 31 is the same. In the first antenna array A1, the antenna spacing between the adjacent receiving antennas 31 may not be strictly the same among a plurality of pairs (eight pairs in this embodiment), and design errors, variations, etc. It suffices if it can be regarded as the same among a plurality of sets after considering

本実施形態では、第２のアンテナアレイＡ２は、第２の軸（水平方向）に沿って並ぶ９つの受信アンテナＲｘ９～Ｒｘ１７によって構成される。受信アンテナＲｘ１～Ｒｘ９は、レーダ装置１が実際に備える実在アンテナである。 In this embodiment, the second antenna array A2 is composed of nine receiving antennas Rx9 to Rx17 arranged along the second axis (horizontal direction). The receiving antennas Rx1 to Rx9 are real antennas that the radar device 1 actually has.

受信アンテナＲｘ９は、第１のアンテナアレイＡ１と第２のアンテナアレイＡ２の双方に属する。第２のアンテナアレイＡ２において、隣り合う受信アンテナ３１のアンテナ間隔は、同一である。なお、第２のアンテナアレイＡ２において、隣り合う受信アンテナ３１のアンテナ間隔は、複数の組（本実施形態では八組）の間で厳密に同一でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で複数の組の間で同一とみなすことができればよい。 The receiving antenna Rx9 belongs to both the first antenna array A1 and the second antenna array A2. In the second antenna array A2, the antenna spacing between adjacent receiving antennas 31 is the same. In the second antenna array A2, the antenna spacing between the adjacent receiving antennas 31 may not be exactly the same among a plurality of pairs (eight pairs in this embodiment), and design errors and variations may occur. It suffices if it can be regarded as the same among a plurality of sets after considering

隣り合う受信アンテナ３１のアンテナ間隔は、第１のアンテナアレイＡ１と第２のアンテナアレイＡ２で同一であってもよく、異なっていてもよい。 The antenna spacing between adjacent receiving antennas 31 may be the same or different between the first antenna array A1 and the second antenna array A2.

生成部４４Ｅは、第１のアンテナアレイＡ１を構成する受信アンテナ３１と第２のアンテナアレイＡ２を構成する受信アンテナ３１との組み合わせにより第３の軸（斜めの方向）に沿って並ぶ仮想アンテナＶｘ１～Ｖｘ８を仮想的に生成し、仮想アンテナＶｘ１～Ｖｘ８によって構成される第３のアンテナアレイＡ３を仮想的に生成する。 The generating unit 44E generates virtual antennas Vx1 arranged along the third axis (oblique direction) by combining the receiving antennas 31 forming the first antenna array A1 and the receiving antennas 31 forming the second antenna array A2. ˜Vx8 are virtually generated, and a third antenna array A3 composed of virtual antennas Vx1 to Vx8 is virtually generated.

本実施形態では、受信アンテナＲｘ１と受信アンテナＲｘ１７との組合せによって仮想アンテナＶｘ１が仮想的に生成される。具体的には、生成部４４Ｅは、Toeplizによる拡張の原理を用いて、受信アンテナＲｘ１の受信信号と受信アンテナＲｘ１７の受信信号の複素共役との乗算を算出することで仮想アンテナＶｘ１の受信信号を得る。 In this embodiment, the virtual antenna Vx1 is virtually generated by the combination of the receiving antenna Rx1 and the receiving antenna Rx17. Specifically, using the Toepliz extension principle, the generation unit 44E multiplies the reception signal of the reception antenna Rx1 by the complex conjugate of the reception signal of the reception antenna Rx17 to generate the reception signal of the virtual antenna Vx1. obtain.

本実施形態では、受信アンテナＲｘ２と受信アンテナＲｘ１６との組合せによって仮想アンテナＶｘ２が仮想的に生成される。具体的には、生成部４４Ｅは、Toeplizによる拡張の原理を用いて、受信アンテナＲｘ２の受信信号と受信アンテナＲｘ１６の受信信号の複素共役との乗算を算出することで仮想アンテナＶｘ２の受信信号を得る。 In this embodiment, the virtual antenna Vx2 is virtually generated by the combination of the receiving antenna Rx2 and the receiving antenna Rx16. Specifically, the generation unit 44E uses the Toepliz extension principle to calculate the multiplication of the reception signal of the reception antenna Rx2 and the complex conjugate of the reception signal of the reception antenna Rx16, thereby generating the reception signal of the virtual antenna Vx2. obtain.

本実施形態では、受信アンテナＲｘ３と受信アンテナＲｘ１５との組合せによって仮想アンテナＶｘ３が仮想的に生成される。具体的には、生成部４４Ｅは、Toeplizによる拡張の原理を用いて、受信アンテナＲｘ３の受信信号と受信アンテナＲｘ１５の受信信号の複素共役との乗算を算出することで仮想アンテナＶｘ３の受信信号を得る。 In this embodiment, the virtual antenna Vx3 is virtually generated by the combination of the receiving antenna Rx3 and the receiving antenna Rx15. Specifically, the generation unit 44E uses the Toepliz extension principle to calculate the multiplication of the reception signal of the reception antenna Rx3 and the complex conjugate of the reception signal of the reception antenna Rx15, thereby generating the reception signal of the virtual antenna Vx3. obtain.

本実施形態では、受信アンテナＲｘ４と受信アンテナＲｘ１４との組合せによって仮想アンテナＶｘ４が仮想的に生成される。具体的には、生成部４４Ｅは、Toeplizによる拡張の原理を用いて、受信アンテナＲｘ４の受信信号と受信アンテナＲｘ１４の受信信号の複素共役との乗算を算出することで仮想アンテナＶｘ４の受信信号を得る。 In this embodiment, the virtual antenna Vx4 is virtually generated by the combination of the receiving antenna Rx4 and the receiving antenna Rx14. Specifically, the generation unit 44E uses the Toepliz extension principle to calculate the multiplication of the reception signal of the reception antenna Rx4 and the complex conjugate of the reception signal of the reception antenna Rx14, thereby generating the reception signal of the virtual antenna Vx4. obtain.

本実施形態では、受信アンテナＲｘ５と受信アンテナＲｘ１３との組合せによって仮想アンテナＶｘ５が仮想的に生成される。具体的には、生成部４４Ｅは、Toeplizによる拡張の原理を用いて、受信アンテナＲｘ５の受信信号と受信アンテナＲｘ１３の受信信号の複素共役との乗算を算出することで仮想アンテナＶｘ５の受信信号を得る。 In this embodiment, the virtual antenna Vx5 is virtually generated by the combination of the receiving antenna Rx5 and the receiving antenna Rx13. Specifically, using the Toepliz extension principle, the generation unit 44E multiplies the reception signal of the reception antenna Rx5 by the complex conjugate of the reception signal of the reception antenna Rx13 to generate the reception signal of the virtual antenna Vx5. obtain.

本実施形態では、受信アンテナＲｘ６と受信アンテナＲｘ１２との組合せによって仮想アンテナＶｘ６が仮想的に生成される。具体的には、生成部４４Ｅは、Toeplizによる拡張の原理を用いて、受信アンテナＲｘ６の受信信号と受信アンテナＲｘ１２の受信信号の複素共役との乗算を算出することで仮想アンテナＶｘ６の受信信号を得る。 In this embodiment, the virtual antenna Vx6 is virtually generated by the combination of the receiving antenna Rx6 and the receiving antenna Rx12. Specifically, the generation unit 44E uses the Toepliz extension principle to calculate the multiplication of the reception signal of the reception antenna Rx6 and the complex conjugate of the reception signal of the reception antenna Rx12, thereby generating the reception signal of the virtual antenna Vx6. obtain.

本実施形態では、受信アンテナＲｘ７と受信アンテナＲｘ１１との組合せによって仮想アンテナＶｘ７が仮想的に生成される。具体的には、生成部４４Ｅは、Toeplizによる拡張の原理を用いて、受信アンテナＲｘ７の受信信号と受信アンテナＲｘ１１の受信信号の複素共役との乗算を算出することで仮想アンテナＶｘ７の受信信号を得る。 In this embodiment, the virtual antenna Vx7 is virtually generated by the combination of the receiving antenna Rx7 and the receiving antenna Rx11. Specifically, the generating unit 44E uses the Toepliz extension principle to calculate the multiplication of the reception signal of the reception antenna Rx7 and the complex conjugate of the reception signal of the reception antenna Rx11, thereby generating the reception signal of the virtual antenna Vx7. obtain.

本実施形態では、受信アンテナＲｘ８と受信アンテナＲｘ１０との組合せによって仮想アンテナＶｘ８が仮想的に生成される。具体的には、生成部４４Ｅは、Toeplizによる拡張の原理を用いて、受信アンテナＲｘ８の受信信号と受信アンテナＲｘ１０の受信信号の複素共役との乗算を算出することで仮想アンテナＶｘ８の受信信号を得る。 In this embodiment, the virtual antenna Vx8 is virtually generated by the combination of the receiving antenna Rx8 and the receiving antenna Rx10. Specifically, the generation unit 44E uses the Toepliz extension principle to calculate the multiplication of the reception signal of the reception antenna Rx8 and the complex conjugate of the reception signal of the reception antenna Rx10, thereby generating the reception signal of the virtual antenna Vx8. obtain.

＜３．レーダ装置の概略動作＞
図３は、レーダ装置１の概略動作例を示すフローチャートである。図３は、各方位演算部による処理を中心に示したものである。すなわち、図３においては、物標までの距離や相対速度を求める処理については省略されている。レーダ装置１は、図３に示す処理を一定時間ごとに周期的に繰り返す。 <3. General Operation of Radar Device>
FIG. 3 is a flowchart showing a schematic operation example of the radar device 1. FIG. FIG. 3 mainly shows the processing by each azimuth calculation unit. That is, in FIG. 3, processing for obtaining the distance to the target and the relative speed are omitted. The radar device 1 periodically repeats the processing shown in FIG. 3 at regular time intervals.

まず、送信アンテナ２３が送信波ＴＷを出力する（ステップＳ１）。次に、受信アンテナ３１が物標で反射された反射波ＲＷを受信して受信信号を取得する（ステップＳ２）。次に、信号処理装置４が所定数のビート信号を取得する（ステップＳ３）。次に、変換部４３が取得したビート信号を対象にＦＦＴ処理を行う（ステップＳ４）。 First, the transmission antenna 23 outputs a transmission wave TW (step S1). Next, the receiving antenna 31 receives the reflected wave RW reflected by the target and acquires a received signal (step S2). Next, the signal processing device 4 acquires a predetermined number of beat signals (step S3). Next, FFT processing is performed on the beat signal acquired by the conversion unit 43 (step S4).

次に、ピーク抽出部４４Ａが、ＦＦＴ処理の結果に基づきピーク抽出を行う（ステップＳ５）。ステップＳ５の後に実行されるステップＳ６～Ｓ１０は、ピーク抽出部４４Ａで抽出された同一周波数ビンのピークごとに実行される。 Next, the peak extractor 44A performs peak extraction based on the result of the FFT processing (step S5). Steps S6 to S10 executed after step S5 are executed for each peak of the same frequency bin extracted by the peak extractor 44A.

以下、図４に示す３つの物標Ｔ１～Ｔ３についてピーク抽出部４４Ａで同一周波数ビンのピークが抽出され、図４に示す３つの物標Ｔ１～Ｔ３についてステップＳ６～Ｓ１０が実行される場合を例に挙げて説明を続ける。 Hereinafter, it is assumed that peaks of the same frequency bin are extracted by the peak extraction unit 44A for the three targets T1 to T3 shown in FIG. 4, and steps S6 to S10 are executed for the three targets T1 to T3 shown in FIG. I will continue my explanation with an example.

なお、図３に示す動作例では、ステップＳ６～Ｓ９がステップＳ６、ステップＳ７、ステップＳ８、およびステップＳ９の順で実行されるが、ステップＳ８の後にステップＳ９が実行される限りにおいて、ステップＳ６～Ｓ９間での実行順の変更、複数ステップの並列処理を行ってもよい。また、複数の物標についてピーク抽出部４４Ａで同一周波数ビンのピークが抽出されず、物標の二次元方位候補が一つしか算出されない場合にはステップＳ８およびＳ９の処理を省略してもよい。 In the operation example shown in FIG. 3, steps S6 to S9 are executed in the order of step S6, step S7, step S8, and step S9, but as long as step S9 is executed after step S8, step S6 It is also possible to change the order of execution from S9 to S9 and perform parallel processing of a plurality of steps. Further, when peaks of the same frequency bin are not extracted by the peak extraction unit 44A for a plurality of targets and only one two-dimensional direction candidate of the target is calculated, the processing of steps S8 and S9 may be omitted. .

ステップＳ６において、第１の方位算出部４４Ｃは、第１のアンテナアレイＡ１の受信信号に基づき、第１の軸（垂直方向）に対する物標が存在する方位（電波の到来方向を表す方位）、すなわち垂直方位を算出する。図４に示す例の場合、３つの垂直方位θＶ１[deg]、θＶ２[deg]、およびθＶ３[deg]が算出される。 In step S6, the first azimuth calculation unit 44C calculates the azimuth (azimuth indicating the arrival direction of radio waves) of the target with respect to the first axis (vertical direction) based on the received signal of the first antenna array A1, That is, the vertical direction is calculated. In the example shown in FIG. 4, three vertical azimuths θV1 [deg], θV2 [deg], and θV3 [deg] are calculated.

ステップＳ７において、第２の方位算出部４４Ｄは、第２のアンテナアレイＡ２の受信信号に基づき、第２の軸（水平方向）に対する物標が存在する方位（電波の到来方向を表す方位）、すなわち水平方位を算出する。図４に示す例の場合、３つの水平方位θＨ１[deg]、θＨ２[deg]、およびθＨ３[deg]が算出される。 In step S7, the second azimuth calculation unit 44D calculates the azimuth (azimuth indicating the arrival direction of radio waves) of the target with respect to the second axis (horizontal direction) based on the received signal of the second antenna array A2, That is, the horizontal direction is calculated. In the example shown in FIG. 4, three horizontal azimuths θH1 [deg], θH2 [deg], and θH3 [deg] are calculated.

ステップＳ８において、生成部４４Ｅは、仮想アンテナＶｘ１～Ｖｘ８によって構成される第３のアンテナアレイＡ３を仮想的に生成し、仮想アンテナＶｘ１～Ｖｘ８の受信信号を算出する。 In step S8, the generating unit 44E virtually generates a third antenna array A3 composed of virtual antennas Vx1 to Vx8, and calculates reception signals of the virtual antennas Vx1 to Vx8.

ステップＳ９において、第３の方位算出部４４Ｆは、仮想アンテナＶｘ１～Ｖｘ８の受信信号および受信アンテナＲｘ９の受信信号に基づき、第３の軸（斜め方向）に対する物標が存在する方位（電波の到来方向を表す方位）、すなわち斜め方位を算出する。図４に示す例の場合、３つの斜め方位θＤ１[deg]、θＤ２[deg]、およびθＤ３[deg]が算出される。なお、受信アンテナＲｘ９の受信信号を用いずに斜め方位が算出されてもよい。 In step S9, the third azimuth calculation unit 44F calculates the azimuth of the target with respect to the third axis (diagonal direction) (the arrival azimuth representing direction), that is, oblique azimuth. In the example shown in FIG. 4, three oblique azimuths θD1 [deg], θD2 [deg], and θD3 [deg] are calculated. Note that the oblique azimuth may be calculated without using the signal received by the receiving antenna Rx9.

ステップＳ１０において、方位推定部４４Ｇは、第１～第３の方位算出部４４Ｃ、４４Ｄ、および４４Ｆの各算出結果に基づき、物標の２次元方位を推定する。ステップＳ１０の推定処理が完了すると、フローを終了する。ステップＳ１０の推定処理の具体例は、次の通りである。 In step S10, the azimuth estimator 44G estimates the two-dimensional azimuth of the target based on the calculation results of the first to third azimuth calculators 44C, 44D, and 44F. When the estimation process in step S10 is completed, the flow ends. A specific example of the estimation process in step S10 is as follows.

方位推定部４４Ｇは、ステップＳ６で算出された３つの垂直方位θＶ１[deg]、θＶ２[deg]、およびθＶ３[deg]と、ステップＳ７算出された３つの水平方位θＨ１[deg]、θＨ２[deg]、およびθＨ３[deg]との組合せに基づき、３つの物標Ｔ１～Ｔ３（図４参照）の２次元方位候補Ｃ１～Ｃ９（図５参照）を算出する。 The azimuth estimator 44G calculates the three vertical azimuths θV1 [deg], θV2 [deg], and θV3 [deg] calculated in step S6, and the three horizontal azimuths θH1 [deg], θH2 [deg] calculated in step S7. ], and θH3 [deg], two-dimensional direction candidates C1 to C9 (see FIG. 5) of the three targets T1 to T3 (see FIG. 4) are calculated.

そして、方位推定部４４Ｇは、ステップＳ９で算出された３つの斜め方位θＤ１[deg]、θＤ２[deg]、およびθＤ３[deg]と、３つの物標Ｔ１～Ｔ３（図４参照）の２次元方位候補Ｃ１～Ｃ９（図５参照）から得られる第３の軸（斜め方向）に対する電波の到来方向を表す方位とを比較し、両者が一致する２次元方位候補を、推定結果として採用する。つまり、２次元方位候補Ｃ１～Ｃ９の中から２次元方位候補Ｃ１、Ｃ６、およびＣ８が選ばれ、推定結果として採用される。 Then, the azimuth estimator 44G calculates two-dimensional data of the three oblique azimuths θD1 [deg], θD2 [deg], and θD3 [deg] calculated in step S9 and the three targets T1 to T3 (see FIG. 4). The azimuths representing the direction of arrival of radio waves with respect to the third axis (diagonal direction) obtained from the azimuth candidates C1 to C9 (see FIG. 5) are compared, and a two-dimensional azimuth candidate that matches both is adopted as the estimation result. That is, the two-dimensional orientation candidates C1, C6, and C8 are selected from the two-dimensional orientation candidates C1 to C9 and adopted as the estimation result.

上記両者の一致は、厳密に一致していなくともよく、上記両者の差が閾値以下である場合に上記両者は一致しているとみなしてもよい。上記閾値は、固定値でもよく、可変値でもよい。上記閾値を可変値にする場合、例えば方位算出における算出誤差が大きくなるような周辺環境であれば上記閾値を大きくする等の閾値制御を実施すればよい。 The above two may not necessarily match exactly, and may be considered to match when the difference between the two is equal to or less than a threshold value. The threshold may be a fixed value or a variable value. When the threshold value is set to a variable value, for example, if the surrounding environment causes a large calculation error in azimuth calculation, threshold control may be performed such as increasing the threshold value.

以上説明したレーダ装置１は、複数の受信アンテナを二次元配置したレーダ装置に比べて、受信アンテナ数を少なくできるため、低コスト化を図ることができる。また、以上説明したレーダ装置１は、複数の受信アンテナを二次元配置したレーダ装置に比べて、受信アンテナ数を少なくできるため、処理負荷を小さくすることができる。 Since the radar device 1 described above can reduce the number of receiving antennas compared to a radar device in which a plurality of receiving antennas are arranged two-dimensionally, cost reduction can be achieved. Further, the radar device 1 described above can reduce the number of receiving antennas compared to a radar device in which a plurality of receiving antennas are arranged two-dimensionally, so that the processing load can be reduced.

以上説明したレーダ装置１は、垂直方位の算出結果および水平方向の算出結果に加えて斜め方位の算出結果も利用して物標の２次元方位を推定するので、物標が複数存在する場合でも各物標の二次元方位を容易に推定できる。 Since the radar device 1 described above estimates the two-dimensional azimuth of the target using the calculation result of the oblique azimuth in addition to the calculation result of the vertical azimuth and the horizontal azimuth, even if there are a plurality of targets, The two-dimensional azimuth of each target can be easily estimated.

より具体的には、以上説明したレーダ装置１の方位推定部４４Ｇは、垂直方位の算出結果および水平方向の算出結果との組合せに基づき、物標の２次元方位候補を算出し、斜め方位の算出結果と物標の２次元方位候補から得られる第３の軸（斜め方向）に対する電波の到来方向を表す方位との比較結果に基づき、推定結果として採用する物標の２次元方位を決定する。これにより、受信アンテナが並ぶ方向（第１の軸および第２の軸）を基準とした物標の２次元方位を効率良く算出することができる。 More specifically, the azimuth estimator 44G of the radar device 1 described above calculates a two-dimensional azimuth candidate of the target based on the combination of the vertical azimuth calculation result and the horizontal azimuth calculation result, and calculates the oblique azimuth. Determine the two-dimensional direction of the target to be used as the estimation result based on the result of comparison between the calculation result and the direction representing the direction of arrival of radio waves with respect to the third axis (diagonal direction) obtained from the two-dimensional direction candidates of the target. . This makes it possible to efficiently calculate the two-dimensional azimuth of the target with reference to the directions in which the receiving antennas are arranged (the first axis and the second axis).

＜４．留意事項＞
本明細書における実施形態や実施例の構成は、本発明の例示にすぎない。実施形態や変形例の構成は、本発明の技術的思想を超えない範囲で適宜変更されてもよい。また、複数の実施形態および変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。 <4. Notes>
The configurations of the embodiments and examples herein are merely illustrative of the present invention. The configurations of the embodiments and modifications may be changed as appropriate without departing from the technical idea of the present invention. Also, multiple embodiments and modifications may be implemented in combination within a possible range.

以上においては、車載レーダ装置について説明したが、本発明は、道路などに設置されるインフラレーダ装置、船舶監視レーダ装置、航空機監視レーダ装置等にも適用されてよい。 Although the vehicle-mounted radar system has been described above, the present invention may also be applied to infrastructure radar systems installed on roads, ship monitoring radar systems, aircraft monitoring radar systems, and the like.

以上においてプログラムの実行によってソフトウェア的に実現されると説明した機能の全部又は一部は電気的なハードウェア回路により実現されてもよい。また、ハードウェア回路によって実現されると説明した機能の全部又は一部はソフトウェア的に実現されてもよい。また、１つのブロックとして説明した機能が、ソフトウェアとハードウェアとの協働によって実現されてもよい。また、各機能ブロックは概念的な構成要素である。各機能ブロックが実行する機能を複数の機能ブロックに分散させたり、複数の機能ブロックが有する機能を１つの機能ブロックに結合したりしてよい。 All or part of the functions described above as being implemented in software by executing a program may be implemented in an electrical hardware circuit. Also, all or part of the functions described as being realized by hardware circuits may be realized by software. Also, the functions described as one block may be implemented by cooperation of software and hardware. Also, each functional block is a conceptual component. Functions executed by each functional block may be distributed among a plurality of functional blocks, or functions possessed by a plurality of functional blocks may be combined into one functional block.

上述した実施形態では、受信アンテナＲｘ１～Ｒｘ１７は全て実在アンテナであったが、受信アンテナＲｘ１～Ｒｘ１７の一部は、ＭＩＭＯ（Multiple-Input and Multiple-Output）、Khatri-Rao積拡張アレー、Toepliz技術などを用いて生成される仮想アンテナであってもよい。なお、ＭＩＭＯを用いて仮想アンテナが生成される場合、本実施形態とは異なりレーダ装置が複数の送信アンテナを備えるようにすればよい。 In the above-described embodiment, the receiving antennas Rx1 to Rx17 were all real antennas, but some of the receiving antennas Rx1 to Rx17 are MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output), Khatri-Rao product extension array, Toepliz technology It may be a virtual antenna generated using, for example. Note that when virtual antennas are generated using MIMO, the radar apparatus may be provided with a plurality of transmitting antennas unlike the present embodiment.

例えば、第１のアンテナアレイＡ１は、別の受信アンテナ３１の受信信号に基づいて生成された仮想アンテナで構成されていてもよい。第２のアンテナアレイＡ２についても同様である。つまり、第１のアンテナアレイＡ１、第２のアンテナアレイＡ２それぞれにおいて、アンテナアレイを構成する受信アンテナ３１は実在のアンテナであっても仮想アンテナであってもいずれでもよい。 For example, the first antenna array A1 may consist of virtual antennas generated based on the received signals of the other receiving antennas 31 . The same is true for the second antenna array A2. That is, in each of the first antenna array A1 and the second antenna array A2, the receiving antennas 31 forming the antenna arrays may be real antennas or virtual antennas.

具体的には、実在する受信アンテナ３１と、該アンテナの受信信号に基づき生成された仮想アンテナとを含む複数のアンテナによって構成されるアンテナ群のうち、１つの軸に沿って並んだアンテナによって第１のアンテナアレイＡ１は構成される。第２のアンテナアレイＡ２も同様である。 Specifically, among a plurality of antennas including an actual receiving antenna 31 and a virtual antenna generated based on a received signal of the antenna, the antenna arrayed along one axis is used as the first antenna. 1 antenna array A1 is configured. The same is true for the second antenna array A2.

上述した実施形態では、２つのアンテナアレイ（第１のアンテナアレイＡ１、第２のアンテナアレイＡ２）の受信信号に基づき、仮想アンテナによって構成される１つのアンテナアレイが生成されたが、３つ以上のアンテナアレイの受信信号に基づき、仮想アンテナによって構成される３つ以上のアンテナアレイが生成されるようにしてもよい。例えば、３つのアンテナアレイの受信信号に基づき、仮想アンテナによって構成される３つのアンテナアレイが生成される場合、上述した実施形態で行った方位推定を第１の軸の方向および第２の軸の方向を変えながら３通り行うことができるので、物標の二次元方位を推定できる事態に陥る確率を低くすることができる。 In the above-described embodiment, one antenna array composed of virtual antennas was generated based on the received signals of two antenna arrays (first antenna array A1, second antenna array A2). Three or more antenna arrays composed of virtual antennas may be generated based on the signals received by the antenna arrays. For example, when three antenna arrays configured by virtual antennas are generated based on the received signals of the three antenna arrays, the azimuth estimation performed in the above-described embodiment is performed in the direction of the first axis and the direction of the second axis. Since the estimation can be performed in three ways while changing the direction, it is possible to reduce the probability of falling into a situation in which the two-dimensional bearing of the target can be estimated.

上述した実施形態では、ステップＳ９で算出された３つの斜め方位θＤ１[deg]、θＤ２[deg]、およびθＤ３[deg]と、３つの物標Ｔ１～Ｔ３（図４参照）の２次元方位候補Ｃ１～Ｃ９（図５参照）から得られる第３の軸（斜め方向）に対する電波の到来方向を表す方位とを比較し、両者が一致する２次元方位候補を、推定結果として採用している。 In the above-described embodiment, the three oblique azimuths θD1 [deg], θD2 [deg], and θD3 [deg] calculated in step S9 and the two-dimensional azimuth candidates of the three targets T1 to T3 (see FIG. 4) The azimuth representing the direction of arrival of radio waves with respect to the third axis (diagonal direction) obtained from C1 to C9 (see FIG. 5) is compared, and a two-dimensional azimuth candidate that matches both is adopted as the estimation result.

方位算出では算出誤差が必ず生じるため、例えば上述した閾値を小さく設定した場合には両者が一致する２次元方位候補が存在しなくなる可能性が高くなり、逆に上述した閾値を大きく設定した場合には両者が一致する２次元方位候補が複数存在する可能性が高くなる。 Since calculation errors inevitably occur in azimuth calculation, for example, if the above threshold is set small, there is a high possibility that there will be no matching two-dimensional azimuth candidates. increases the possibility that there are a plurality of two-dimensional orientation candidates that match both.

このような不都合を解消するために、方位推定部４４Ｇは、ステップＳ９で算出された３つの斜め方位θＤ１[deg]、θＤ２[deg]、およびθＤ３[deg]と、３つの物標Ｔ１～Ｔ３（図４参照）の２次元方位候補Ｃ１～Ｃ９（図５参照）から得られる第３の軸（斜め方向）に対する電波の到来方向を表す方位との比較結果から、物標の２次元方位候補それぞれの信頼度を算出し、その信頼度に基づき、推定結果として採用する物標の２次元方位を決定するようにしてもよい。例えば、最も信頼度が高い物標の２次元方位候補を推定結果として採用すればよい。 In order to solve such a problem, the azimuth estimator 44G calculates the three oblique azimuths θD1 [deg], θD2 [deg], and θD3 [deg] calculated in step S9, and the three targets T1 to T3. (see FIG. 4) with the azimuth representing the direction of arrival of radio waves with respect to the third axis (diagonal direction) obtained from the two-dimensional azimuth candidates C1 to C9 (see FIG. 5), the two-dimensional azimuth candidate of the target It is also possible to calculate the respective reliability and determine the two-dimensional orientation of the target to be used as the estimation result based on the reliability. For example, the two-dimensional azimuth candidate of the target with the highest reliability may be adopted as the estimation result.

上記の信頼度は、例えば、ステップＳ９で算出された３つの斜め方位θＤ１[deg]、θＤ２[deg]、およびθＤ３[deg]と、３つの物標Ｔ１～Ｔ３（図４参照）の２次元方位候補Ｃ１～Ｃ９（図５参照）から得られる第３の軸（斜め方向）に対する電波の到来方向を表す方位との一致度合いとすればよい。 The above reliability is, for example, the two-dimensional The degree of matching with the azimuth representing the arrival direction of radio waves with respect to the third axis (diagonal direction) obtained from the azimuth candidates C1 to C9 (see FIG. 5) may be used.

また、たとえ方位算出の算出誤差が非常に小さい場合でも、ステップＳ９で算出された３つの斜め方位θＤ１[deg]、θＤ２[deg]、およびθＤ３[deg]と、３つの物標Ｔ１～Ｔ３（図４参照）の２次元方位候補Ｃ１～Ｃ９から得られる第３の軸（斜め方向）に対する電波の到来方向との関係が不運にも図６に示すようになれば、方位推定部４４Ｇは、３つの物標Ｔ１～Ｔ３（図４参照）の２次元方位を一義的に決定することができない。 Further, even if the calculation error of the azimuth calculation is very small, the three oblique azimuths θD1 [deg], θD2 [deg], and θD3 [deg] calculated in step S9 and the three targets T1 to T3 ( 4), the direction of arrival of radio waves with respect to the third axis (diagonal direction) obtained from the two-dimensional direction candidates C1 to C9 is unfortunately as shown in FIG. The two-dimensional azimuths of the three targets T1 to T3 (see FIG. 4) cannot be uniquely determined.

このような不都合を解消するために、生成部４４Ｅは、第３の軸の方向を可変する構成であってもよい。例えば、生成部４４Ｅが、仮想アンテナＶｘ１～Ｖｘ８の生成以外に、受信アンテナＲｘ２と受信アンテナＲｘ１７との組合せによる仮想アンテナＶｘ１’、受信アンテナＲｘ３と受信アンテナＲｘ１６との組合せによる仮想アンテナＶｘ２’、受信アンテナＲｘ４と受信アンテナＲｘ１５との組合せによる仮想アンテナＶｘ３’、受信アンテナＲｘ５と受信アンテナＲｘ１４との組合せによる仮想アンテナＶｘ４’、受信アンテナＲｘ６と受信アンテナＲｘ１３との組合せによる仮想アンテナＶｘ５’、受信アンテナＲｘ７と受信アンテナＲｘ１２との組合せによる仮想アンテナＶｘ６’、および受信アンテナＲｘ８と受信アンテナＲｘ１１との組合せによる仮想アンテナＶｘ７’も生成できるようにすればよい。この変形例によると、物標の２次元方位を一義的に決定することができない場合に、第３の軸の方向を変更して物標の２次元方位を一義的に決定することができるようにすることができる。 In order to eliminate such inconvenience, the generator 44E may be configured to change the direction of the third axis. For example, in addition to generating the virtual antennas Vx1 to Vx8, the generating unit 44E generates a virtual antenna Vx1′ by combining the receiving antenna Rx2 and the receiving antenna Rx17, a virtual antenna Vx2′ by combining the receiving antenna Rx3 and the receiving antenna Rx16, and receives Virtual antenna Vx3′ by combining antenna Rx4 and receiving antenna Rx15, virtual antenna Vx4′ by combining receiving antenna Rx5 and receiving antenna Rx14, virtual antenna Vx5′ by combining receiving antenna Rx6 and receiving antenna Rx13, and receiving antenna Rx7 and the receiving antenna Rx12, and a virtual antenna Vx7' using the combination of the receiving antenna Rx8 and the receiving antenna Rx11. According to this modification, when the two-dimensional orientation of the target cannot be uniquely determined, the direction of the third axis is changed so that the two-dimensional orientation of the target can be uniquely determined. can be

また、第３の軸の方向は固定しておき、例えば図７に示すレーダ装置１’の構成にしても、第３の軸の方向を可変する構成と同様の効果を得ることができる。図７に示すレーダ装置１’は、第４の軸に沿って並ぶ上述した仮想アンテナＶｘ１’～Ｖｘ７’に構成される第４のアンテナアレイの受信信号に基づき、第４の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第４の方位算出部４４Ｈをデータ処理部４４内に設け、方位推定部４４Ｇが第１～第４の方位算出部４４Ｃ、４４Ｄ、４４Ｆ、および４４Ｈの各算出結果に基づき、物標の２次元方位を推定する点で図１に示すレーダ装置１と異なり、それ以外の点で図１に示すレーダ装置１と同様である。 Further, even if the direction of the third axis is fixed and the configuration of the radar apparatus 1' shown in FIG. 7, for example, the same effect as the configuration in which the direction of the third axis is variable can be obtained. The radar device 1' shown in FIG. 7 detects the arrival of radio waves with respect to the fourth axis based on the received signal of the fourth antenna array configured by the virtual antennas Vx1' to Vx7' described above arranged along the fourth axis. A fourth azimuth calculation unit 44H for calculating an azimuth representing a direction is provided in the data processing unit 44, and an azimuth estimation unit 44G calculates each of the calculation results of the first to fourth azimuth calculation units 44C, 44D, 44F, and 44H. 1 in that the two-dimensional azimuth of the target is estimated based on the above information, and is otherwise the same as the radar apparatus 1 shown in FIG.

１、１’ レーダ装置
４ 信号処理装置
３１、Ｒｘ１～Ｒｘ１７ 受信アンテナ
４４Ｃ 第１の方位算出部
４４Ｄ 第２の方位算出部
４４Ｅ 生成部
４４Ｆ 第３の方位算出部
４４Ｇ 方位推定部
４４Ｈ 第４の方位算出部
Ａ１～Ａ３ 第１～第３のアンテナアレイ
Ｖｘ１～Ｖｘ８ 仮想アンテナ 1, 1' Radar device 4 Signal processing device 31, Rx1 to Rx17 Receiving antenna 44C First direction calculation unit 44D Second direction calculation unit 44E Generation unit 44F Third direction calculation unit 44G Direction estimation unit 44H Fourth direction Calculation unit A1 to A3 1st to 3rd antenna arrays Vx1 to Vx8 virtual antennas

Claims (6)

Ｎ（Ｎは複数）個の仮想アンテナを含む複数の受信アンテナによって構成されるアンテナ群のうち、第１の軸に沿って並ぶ複数の前記受信アンテナによって構成される第１のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第１の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第１の方位算出部と、
前記アンテナ群のうち、前記第１の軸と異なる方向の第２の軸に沿って並ぶ複数の前記受信アンテナによって構成される第２のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第２の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第２の方位算出部と、
前記アンテナ群の一部である複数の前記受信アンテナの受信信号に基づき、前記第１の軸及び前記第２の軸それぞれと異なる方向の第３の軸に沿って並ぶ前記Ｎ個以下の複数の前記仮想アンテナによって構成される第３のアンテナアレイを生成する生成部と、
前記第３のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第３の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第３の方位算出部と、
前記第１の方位算出部の算出結果と前記第２の方位算出部の算出結果との組合せに基づき、前記物標の２次元方位候補を算出し、前記第３の方位算出部の算出結果と前記物標の２次元方位候補から得られる前記第３の軸に対する電波の到来方向を表す方位との比較結果に基づき、推定結果として採用する前記物標の２次元方位を決定する方位推定部と、
を備える、信号処理装置。 A received signal of a first antenna array composed of a plurality of said receiving antennas arranged along a first axis in an antenna group composed of a plurality of receiving antennas including N (N is a plurality) virtual antennas. a first azimuth calculation unit that calculates an azimuth representing the direction of arrival of radio waves with respect to the first axis based on
Radio waves for the second axis based on signals received by a second antenna array composed of a plurality of the receiving antennas arranged along a second axis in a direction different from the first axis among the antenna group. a second azimuth calculation unit that calculates an azimuth representing the direction of arrival of the
Based on the received signals of the plurality of receiving antennas that are part of the antenna group, the plurality of N or less of the plurality of N or less aligned along a third axis in a direction different from each of the first axis and the second axis a generation unit that generates a third antenna array configured by the virtual antennas;
a third azimuth calculation unit that calculates an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the third axis based on the signals received by the third antenna array;
calculating a two-dimensional orientation candidate of the target based on a combination of the calculation result of the first orientation calculation unit and the calculation result of the second orientation calculation unit, and combining the calculation result of the third orientation calculation unit; an azimuth estimating unit that determines the two-dimensional azimuth of the target to be adopted as an estimation result based on a comparison result with an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the third axis obtained from the two-dimensional azimuth candidates of the target ; ,
A signal processing device comprising: 前記方位推定部は、前記比較結果から前記物標の２次元方位候補それぞれの信頼度を算出し、前記信頼度に基づき、推定結果として採用する前記物標の２次元方位を決定する、請求項１に記載の信号処理装置。 The direction estimation unit calculates a reliability of each of the two-dimensional direction candidates of the target from the comparison result, and determines the two-dimensional direction of the target to be adopted as an estimation result based on the reliability. 2. The signal processing device according to 1 . 前記生成部は、前記第３の軸の方向を可変する、請求項１又は請求項２に記載の信号処理装置。 3. The signal processing device according to claim 1 , wherein said generator varies the direction of said third axis. 第４の方位算出部をさらに備え、
前記生成部は、前記第１のアンテナアレイの受信信号及び前記第２のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第１の軸、前記第２の軸、及び前記第３の軸それぞれと異なる方向の第４の軸に沿って並ぶ複数の前記仮想アンテナによって構成される第４のアンテナアレイを生成し、
前記第４の方位算出部は、前記第４のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第４の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出し、
前記方位推定部は、前記第１の方位算出部、前記第２の方位算出部、前記第３の方位算出部、及び前記第４の方位算出部の各算出結果に基づき、前記物標の２次元方位を推定する、請求項１～３のいずれか一項に記載の信号処理装置。 further comprising a fourth azimuth calculation unit,
The generating unit generates antennas in directions different from each of the first axis, the second axis, and the third axis based on the signals received by the first antenna array and the signals received by the second antenna array. generating a fourth antenna array composed of a plurality of said virtual antennas aligned along a fourth axis;
The fourth azimuth calculation unit calculates an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the fourth axis based on the received signal of the fourth antenna array,
The azimuth estimator calculates two azimuths of the target based on the calculation results of the first azimuth calculator, the second azimuth calculator, the third azimuth calculator, and the fourth azimuth calculator. The signal processing device according to any one of claims 1 to 3 , which estimates a dimensional orientation. 請求項１～４のいずれか一項に記載の信号処理装置と、
前記第１のアンテナアレイ及び前記第２のアンテナアレイの少なくとも一部を構成する少なくとも１つの実在アンテナと、
を備える、レーダ装置。 A signal processing device according to any one of claims 1 to 4 ;
at least one real antenna forming at least part of the first antenna array and the second antenna array;
A radar device. Ｎ（Ｎは複数）個の仮想アンテナを含む複数の受信アンテナによって構成されるアンテナ群のうち、第１の軸に沿って並ぶ複数の前記受信アンテナによって構成される第１のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第１の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第１の方位算出工程と、
前記アンテナ群のうち、前記第１の軸と異なる方向の第２の軸に沿って並ぶ複数の前記受信アンテナによって構成される第２のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第２の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第２の方位算出工程と、
前記アンテナ群の一部である複数の前記受信アンテナの受信信号に基づき、前記第１の軸及び前記第２の軸それぞれと異なる方向の第３の軸に沿って並ぶ前記Ｎ個以下の複数の前記仮想アンテナによって構成される第３のアンテナアレイを生成する生成工程と、
前記第３のアンテナアレイの受信信号に基づき、前記第３の軸に対する電波の到来方向を表す方位を算出する第３の方位算出工程と、
前記第１の方位算出工程の算出結果と前記第２の方位算出工程の算出結果との組合せに基づき、前記物標の２次元方位候補を算出し、前記第３の方位算出工程の算出結果と前記物標の２次元方位候補から得られる前記第３の軸に対する電波の到来方向を表す方位との比較結果に基づき、推定結果として採用する前記物標の２次元方位を決定する方位推定工程と、
を備える、信号処理方法。 A received signal of a first antenna array composed of a plurality of said receiving antennas arranged along a first axis in an antenna group composed of a plurality of receiving antennas including N (N is a plurality) virtual antennas. a first azimuth calculation step of calculating an azimuth representing the direction of arrival of radio waves with respect to the first axis based on
Radio waves for the second axis based on signals received by a second antenna array composed of a plurality of the receiving antennas arranged along a second axis in a direction different from the first axis among the antenna group. a second azimuth calculation step of calculating an azimuth representing the direction of arrival of the
Based on the received signals of the plurality of receiving antennas that are part of the antenna group, the plurality of N or less of the plurality of N or less aligned along a third axis in a direction different from each of the first axis and the second axis a generating step of generating a third antenna array configured by the virtual antennas;
a third azimuth calculation step of calculating an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the third axis based on the signals received by the third antenna array;
calculating a two-dimensional orientation candidate of the target based on a combination of the calculation result of the first orientation calculation step and the calculation result of the second orientation calculation step ; an azimuth estimation step of determining a two-dimensional azimuth of the target to be adopted as an estimation result based on a comparison result with an azimuth representing an arrival direction of radio waves with respect to the third axis obtained from the two-dimensional azimuth candidates of the target; ,
A signal processing method comprising:

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