JP7274342B2 - レーダ装置、および、信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置、および、信号処理方法に関する。

レーダ装置は、電波を送信し、物標から反射してきた電波を受信することで物標の距離、相対速度、方位を測定する。物標の距離等を測定する場合に、レーダ装置から送信された電波が物標に至る経路（往路）と、物標で反射された電波がレーダ装置に戻る経路（復路）とが一致することが前提とされる。しかし、レーダ装置により受信される電波には、往路と復路とが不一致となる電波が含まれ、本来存在しない物標（ゴースト）を誤って検出する虞があった。

特許文献１に開示されるレーダ装置は、送信アンテナ群と、受信アンテナ群と、第１検出手段と、第２検出手段と、識別手段とを有する。第１検出手段は、第１送信アンテナから送信され、受信アンテナ群によって受信された電波に基づいて物標に対応する信号を検出する。第２検出手段は、第１送信アンテナから送信され、受信アンテナ群によって受信された電波と、第２送信アンテナから送信され、受信アンテナ群によって受信された電波とに対して、送信アンテナ間隔に対応する変換処理を実行し、物標に対応する信号を検出する。識別手段は、第１検出手段および第２検出手段による検出結果を比較し、物標に対応する信号が実像か虚像かを識別する。これによると、マルチパスが生じた場合でも虚像と実像を区別することができるとされる。

特開２０１８－１３６２３２号公報

特許文献１の手法では、虚像と実像とを区別するために、第１検出手段による検出処理用の電波の送受信と、第２検出手段による検出処理用の電波の送受信とを行う必要があり、信号処理の負荷が大きくなる可能性があった。

本発明は、上記の課題に鑑み、処理負荷の増大を抑制しつつ往路と復路とが一致しているか否かを判断することができる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明の信号処理装置は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナごとの受信信号の位相情報を取得する取得部と、前記送信アンテナから送信される送信波が物標に至る往路において前記送信アンテナ間に生じる第１位相差を前記位相情報に基づき算出する第１算出部と、前記物標で反射された反射波が前記受信アンテナに至る復路において前記受信アンテナ間に生じる第２位相差を前記位相情報に基づき算出する第２算出部と、前記第１位相差と前記第２位相差とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する判定部と、を備える構成（第１の構成）になっている。

また、上記第１の構成の信号処理装置において、前記第１算出部は、所定の前記受信アンテナに対して異なる前記送信アンテナを組み合わせて生成した複数の前記仮想アンテナ間の前記位相情報の比較により前記第１位相差を算出し、前記第２算出部は、所定の前記送信アンテナに対して異なる前記受信アンテナを組み合わせて生成した複数の前記仮想アンテナ間の前記位相情報の比較により前記第２位相差を算出する構成（第２の構成）であることが好ましい。

また、上記第１又は第２の構成の信号処理装置において、前記判定部は、同一のアンテナ間距離の位相差とした場合の前記第１位相差と前記第２位相差とに基づき、前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する構成（第３の構成）であることが好ましい。

また、上記第１から第３のいずれかの構成の信号処理装置において、前記判定部は、複数の前記第１位相差の平均値と、複数の前記第２位相差の平均値とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する構成（第４の構成）であってよい。

また、上記第１から第４のいずれかの構成の信号処理装置において、前記第１算出部は、位相折り返しがある場合の位相差の候補値を、前記第１位相差に基づき第１位相折り返し候補値として更に算出し、前記判定部は、前記第１位相差と、前記第２位相差と、前記第１位相折り返し候補値とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する構成（第５の構成）であってよい。

また、上記第１から第５のいずれかの構成の信号処理装置において、前記第２算出部は、位相折り返しがある場合の位相差の候補値を、前記第２位相差に基づき第２位相折り返し候補値として算出し、前記判定部は、前記第１位相差と、前記第２位相差と、前記第２位相折り返し候補値とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する構成（第６の構成）であってよい。

上記目的を達成するために本発明のレーダ装置は、上記第１から第６のいずれかの構成の信号処理装置と、前記複数の送信アンテナと、前記複数の受信アンテナと、を備える構成（第７の構成）になっている。

上記目的を達成するために本発明の信号処理方法は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナごとの受信信号の位相情報を取得する取得工程と、前記送信アンテナから送信される送信波が物標に至る往路において前記送信アンテナ間に生じる第１位相差を前記位相情報に基づき算出する第１算出工程と、前記物標で反射された反射波が前記受信アンテナに至る復路において前記受信アンテナ間に生じる第２位相差を前記位相情報に基づき算出する第２算出工程と、前記第１位相差と前記第２位相差とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する判定工程と、を備える構成（第８の構成）になっている。

本発明によれば、処理負荷の増大を抑制しつつ往路と復路とが一致しているか否かを判断することができる。

レーダ装置の構成を示す図 レーダ装置が備えるアンテナについて説明するための図 各仮想アンテナを構成する送信アンテナと受信アンテナの組み合わせを示す図 往路と復路の一致および不一致について説明するための図 往路と復路が一致している場合にアンテナ間に生じる位相差について説明するための図 往路と復路が一致していない場合にアンテナ間に生じる位相差について説明するための図 経路判定部の機能を示すブロック図 レーダ装置の概略動作を示すフローチャート 第１位相差の算出処理を説明するための図 第２位相差の算出処理を説明するための図

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。

＜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。

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（Electrical 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。

図１に示すように、レーダ装置１は、複数の送信部２と、受信部３と、信号処理装置４とを備える。なお、レーダ装置１は、いわゆるＭＩＭＯ（Multi Input Multi Output）レーダ装置である。また、本実施形態では、好ましい形態として、レーダ装置１は、周波数が連続的に増加または減少するチャープ波を送信して検出範囲内に存在する各物標の距離および相対速度を検出するＦＣＭ（Fast Chirp Modulation）方式のレーダ装置である。

送信部２は、信号生成部２１と発振器２２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、発振器２２へ供給する。発振器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。

レーダ装置１は、複数の送信アンテナ２３を備える。本実施形態では、送信アンテナ２３の数は３個である。送信アンテナ２３の数に合わせて送信部２の数も３個である。ただし、送信アンテナ２３の数は、複数であれば３個以外であってよい。送信アンテナ２３の数に応じて送信部２の数も変更されてよい。また、送信アンテナ２３の数と送信部２の数は、必ずしも一致しなくてよい。例えば、３つの送信アンテナ２３に対して１つの送信部２が設けられ、各送信アンテナ２３と送信部２との接続がスイッチで切り替えられてもよい。

３個の送信アンテナ２３は、それぞれ別々の送信部２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。３個の送信部２それぞれから出力される送信信号は、互いに直交した信号（直交信号）である。直交とは、例えば時間、位相、周波数、符号等の違いよって互いに干渉しないことである。

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。すなわち、レーダ装置１は、複数の受信アンテナ３１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。本実施形態では、受信部３は、２個の受信アンテナ３１と、２個の個別受信部３２とを備える。ただし、受信アンテナ３１の数は、複数であれば２個以外であってよい。また、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の数よりも少なくしてよい。

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の各発振器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。

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）及びメモリ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、各送信部２の信号生成部２１を制御する。

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 Transfer）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。

変換部４３は、詳細には、各Ａ／Ｄ変換器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。

データ処理部４４は、ピーク抽出部４５、取得部４６、経路判定部４７、距離・相対速度演算部４８、および、方位演算部４９を備える。すなわち、信号処理装置４は取得部４６を備える。

ピーク抽出部４５は、変換部４３におけるＦＦＴ処理等の結果からピークを抽出する。本実施形態では、ピーク抽出部４５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。

取得部４６は、複数の送信アンテナ２３と複数の受信アンテナ３１との組合せにより生成される複数の仮想アンテナごとの受信信号の位相情報を取得する。詳細には、取得部４６は、ピーク抽出部４５によるピーク抽出の結果を、仮想アンテナごとの結果に分類する。そして、取得部４６は、仮想アンテナごとに、ピーク抽出部４５で抽出された各ピークの位相情報を取得する。仮想アンテナについては後述する。

経路判定部４７は、仮想アンテナごとにピーク抽出部４５で抽出された同一周波数ビンのピークに注目し、取得部４６で取得された位相情報に基づき往路と復路とが一致しているか否かを判定する。経路判定部４７は、周波数ビンが異なる複数のピークが存在する場合、ピークごとに往路と復路とが一致しているか否かを判定する。ここで、往路は、送信アンテナ２３から送信される送信波ＴＷが物標に至る経路である。復路は、物標で反射された反射波ＲＷが受信アンテナ３１に至る経路である。往路と復路とが一致するという状態には、往路と復路とが完全に一致している状態だけでなく、ばらつき等を考慮して往路と復路とが一致していると見なせる状態が含まれてよい。経路判定部４７の詳細については後述する。

距離・相対速度演算部４８は、ピーク抽出部４５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。

方位演算部４９は、各仮想アンテナに対して取得されたピーク抽出の結果に基づいて物標が存在する方位を推定する。方位推定には、例えばＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）やＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques） 等の公知の手法が用いられる。

なお、距離・相対速度演算部４８および方位演算部４９により求められた、物標までの距離、物標の相対速度、物標の存在する方位を含む物標データは、車両ＥＣＵ５に出力される。

＜２．仮想アンテナ＞
図２は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１が備えるアンテナについて説明するための図である。

本実施形態では、図２（ａ）に示すように、３個の送信アンテナ２３は、水平方向に沿って同一のアンテナ間隔２ｄで配置される。また、図２（ｂ）に示すように、２個の受信アンテナ３１は、水平方向に沿ってアンテナ間隔ｄで配置される。なお、隣り合う送信アンテナ２３のアンテナ間隔は、複数の組（３個の送信アンテナ２３では二組）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。また、隣り合う２つの送信アンテナ２３のアンテナ間隔は、厳密に隣り合う２つの受信アンテナ３１のアンテナ間隔の２倍でなくてもよく、設計上の誤差やばらつきなどを考慮した上で隣り合う２つの受信アンテナ３１のアンテナ間隔の２倍とみなすことができればよい。

図２（ａ）に示す３個の送信アンテナ２３と、図２（ｂ）に示す２個の受信アンテナ３１との組み合わせにより、図２（ｃ）に示す仮想アレーアンテナが生成される。図２（ｃ）に示す仮想アレーアンテナは、６個の仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６によって構成される。６個の仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６は、水平方向に沿って同一のアンテナ間隔ｄで配置される。ＭＩＭＯ技術を適用することで、受信アンテナ数を超える仮想アンテナを得ることができる。

図３は、各仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６を構成する送信アンテナ２３と受信アンテナ３１の組み合わせを示す図である。図３に示すように、第１仮想アンテナＶＲｘ１は、第１送信アンテナＴｘ１と第１受信アンテナＲｘ１とを組み合わせて生成される。第２仮想アンテナＶＲｘ２は、第１送信アンテナＴｘ１と第２受信アンテナＲｘ２とを組み合わせて生成される。第３仮想アンテナＶＲｘ３は、第２送信アンテナＴｘ２と第１受信アンテナＲｘ１とを組み合わせて生成される。第４仮想アンテナＶＲｘ４は、第２送信アンテナＴｘ２と第２受信アンテナＲｘ２とを組み合わせて生成される。第５仮想アンテナＶＲｘ５は、第３送信アンテナＴｘ３と第１受信アンテナＲｘ１とを組み合わせて生成される。第６仮想アンテナＶＲｘ６は、第３送信アンテナＴｘ３と第２受信アンテナＲｘ２とを組み合わせて生成される。

すなわち、第１受信アンテナＲｘ１の受信信号は、互いに直交する第１仮想アンテナＶＲｘ１の受信信号、第３仮想アンテナＶＲｘ３の受信信号、および、第５仮想アンテナＶＲｘ５の受信信号を含む。第２受信アンテナＲｘ２の受信信号は、互いに直交する第２仮想アンテナＶＲｘ２の受信信号、第４仮想アンテナＶＲｘ４の受信信号、および、第６仮想アンテナＶＲｘ６の受信信号を含む。

＜３．往路と復路の一致・不一致判定＞
図４は、往路と復路の一致および不一致について説明するための図である。図４において、前方の車両６は自車両であり、後方の車両７はレーダ装置１によって検知される物標である。図４において、符号８はガードレールである。

図４（ａ）においては、自車両６の送信アンテナ２３から送信された送信波ＴＷが他車両７に至る往路Ｒａと、他車両７で反射された反射波ＲＷが自車両６の受信アンテナ３１に至る復路Ｒｂとが一致している。レーダ装置１では、このように往路Ｒａと復路Ｒｂとが一致していることを前提として物標データを求める。

図４（ｂ）においては、自車両６の送信アンテナ２３から送信された送信波ＴＷは、ガードレール８で反射された後に他車両７に至る（実線で示す経路Ｒａ）。一方、他車両７で反射された反射波ＲＷは、ガードレール８を介することなく、自車両６の受信アンテナ３１に至る（実線で示す経路Ｒｂ）。すなわち、反射波ＲＷは、往路Ｒａと異なる経路（復路）Ｒｂで受信アンテナ３１に至る。

他車両７で反射される反射波ＲＷの中には、図４（ｂ）に示すように往路Ｒａと一致しない経路Ｒｂを通って受信アンテナ３１に受信されるものがある。このような往路Ｒａと異なる経路Ｒｂを通る反射波ＲＷの受信信号は、信号処理の前提となる条件から外れたものであり、誤った物標データの算出原因となる不要な信号であり、除去する必要がある。信号処理装置４は、このような不要な信号の除去を可能とするために、往路Ｒａと復路Ｒｂとが一致しているか否かを判定する処理を行う構成になっている。

なお、往路Ｒａと復路Ｒｂとが一致しない例としては、自車両６の送信アンテナ２３から送信された送信波ＴＷが図４（ｂ）に実線で示す反射波ＲＷと反対向きに進み、他車両７で反射された反射波ＲＷが図４（ｂ）に実線で示す送信波ＴＷと反対向きに進む場合も挙げられる。

図５は、往路と復路が一致している場合にアンテナＡｔ間に生じる位相差について説明するための図である。図６は、往路と復路が一致していない場合にアンテナＡｔ間に生じる位相差について説明するための図である。図５（ａ）および図６（ａ）は往路において生じる位相差を説明するための図であり、図５（ｂ）および図６（ｂ）は復路において生じる位相差について説明するための図である。なお、図５および図６において、２つのアンテナＡｔは、水平方向に沿ってアンテナ間隔ｄで配置されている。アンテナＡｔは、往路の説明においては送信アンテナであり、復路の説明においては受信アンテナである。

各アンテナＡｔから同一方向に送信される送信波ＴＷの経路長は、２つのアンテナＡｔ間において以下の式（１）で示される差（＝ΔＬ１）を生じる。すなわち、往路においては、以下の式（１）で示される経路長差ΔＬ１を生じる。
ΔＬ１＝ｄ・ｓｉｎθ１ （１）
なお、θ１は送信波ＴＷの送信角である。

各アンテナＡＴに同一方向から入射する反射波ＲＷの経路長は、２つのアンテナＡｔ間において以下の式（２）で示される差（＝ΔＬ２）を生じる。すなわち、復路においては、以下の式（２）で示される経路長差ΔＬ２を生じる。
ΔＬ２＝ｄ・ｓｉｎθ２ （２）
なお、θ２は反射波ＲＷの入射角である。

往路と復路とが一致している場合には、θ１＝θ２となり、ΔＬ１＝ΔＬ２となる（図５参照）。２つのアンテナＡｔ間に生じる位相差は、経路長差に応じて決まる。このために、往路と復路とが一致している場合には、往路と復路とで２つのアンテナＡｔ間に生じる位相差は等しくなる。

一方、往路と復路とが一致していない場合には、θ１とθ２とが異なるために、ΔＬ１とΔＬ２も異なった値になる（図６参照）。２つのアンテナＡｔ間に生じる位相差は、経路長差に応じて決まるために、往路と復路とが一致していない場合には、往路と復路とで２つのアンテナＡｔ間に生じる位相差は異なった値になる。

すなわち、往路時に生じる位相差と、復路時に生じる位相差とを比較することができれば、往路と復路とが一致しているか否かを判定することができる。本実施形態の経路判定部４７は、この考えを利用して往路と復路とが一致しているか否かを判定する。

図７は、本発明の実施形態に係る経路判定部４７の機能を示すブロック図である。図７に示すように、経路判定部４７は、第１算出部４７１と、第２算出部４７２と、判定部４７３とを備える。すなわち、信号処理装置４は、第１算出部４７１と、第２算出部４７２と、判定部４７３とを備える。

第１算出部４７１は、第１位相差を位相情報に基づき算出する。第１位相差は、送信アンテナ２３から送信される送信波ＴＷが物標に至る往路において送信アンテナ２３間に生じる位相差である。位相情報は、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６の受信信号の位相情報である。位相情報は、変換部４３により実行されるＦＦＴ処理によって得られる。第１算出部４７１は、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６ごとにピーク抽出部４５で抽出された同一周波数ビンのピークに注目し、取得部４６で取得された位相情報に基づき第１位相差の算出処理を行う。第１算出部４７１は、周波数ビンが異なる複数のピークが存在する場合、ピークごとに第１位相差の算出処理を行う。

詳細には、第１算出部４７１は、所定の受信アンテナ３１に対して異なる送信アンテナ２３を組み合わせて生成した複数の仮想アンテナ間の位相情報の比較により第１位相差を算出する。本実施形態では、所定の受信アンテナ３１は、第１受信アンテナＲｘ１と第２受信アンテナＲｘ２のうちのいずれかである。第１受信アンテナＲｘ１又は第２受信アンテナＲｘ２と組み合わせられる送信アンテナ２３は、第１送信アンテナＴｘ１、第２送信アンテナＴｘ２、および、第３送信アンテナＴｘ３のうちのいずれかである。

例えば、第１算出部４７１は、第１受信アンテナＲｘ１と第１送信アンテナＴｘ１とを組み合わせて生成される第１仮想アンテナＶＲｘ１（図３参照）と、第１受信アンテナＲｘ１と第２送信アンテナＴｘ２とを組み合わせて生成される第３仮想アンテナＶＲｘ３（図３参照）との間の位相情報の比較により第１位相差を算出する。

本実施形態によれば、比較する２つの仮想アンテナ間において、仮想アンテナを構成する受信アンテナ３１が同じとなる。このために、２つ仮想アンテナ間の位相情報の比較により、２つの送信アンテナ２３間に生じる位相差（第１位相差）を得ることができる。すなわち、２つ仮想アンテナ間の位相情報の比較により、往路において生じる位相差を得ることができる。

なお、第１算出部４７１は、第１仮想アンテナＶＲｘ１と第３仮想アンテナＶＲｘ３との組み合わせ以外の組み合わせで第１位相差を算出してもよい。例えば、第１算出部４７１は、第３仮想アンテナＶＲｘ３と第５仮想アンテナＶＲｘ５との組み合わせ、第２仮想アンテナＶＲｘ２と第４仮想アンテナＶＲｘ４との組み合わせ、或いは、第４仮想アンテナＶＲｘ４と第６仮想アンテナＶＲｘ６との組み合わせ等により第１位相差を算出してもよい。また、第１算出部４７１は、ピークごとに１つの第１位相差のみを算出する構成でもよいが、ピークごとに複数の第１位相差を算出する構成であってもよい。

また、第１算出部４７１は、第１位相差を算出するための仮想アンテナの組み合わせを決める際に、例えば位相の折り返しの回数を減らすことを考慮して、仮想アンテナを構成する送信アンテナ２３が隣接する送信アンテナとなる組み合わせを選択することが好ましい。仮想アンテナを構成する送信アンテナ２３が隣接する送信アンテナとなる組み合わせとして、第１仮想アンテナＶＲｘ１と第３仮想アンテナＶＲｘ３との組み合わせ、第３仮想アンテナＶＲｘ３と第５仮想アンテナＶＲｘ５との組み合わせ、第２仮想アンテナＶＲｘ２と第４仮想アンテナＶＲｘ４との組み合わせ、第４仮想アンテナＶＲｘ４と第６仮想アンテナＶＲｘ６との組み合わせが挙げられる。

第２算出部４７２は、第２位相差を位相情報に基づき算出する。第２位相差は、物標で反射された反射波ＲＷが受信アンテナ３１に至る復路において受信アンテナ３１間に生じる位相差である。位相情報は、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６の受信信号の位相情報である。位相情報は、変換部４３により実行されるＦＦＴ処理によって得られる。第２算出部４７２は、第１算出部４７２と同様に、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６ごとにピーク抽出部４５で抽出された同一周波数ビンのピークに注目し、取得部４６で取得された位相情報に基づき第２位相差の算出処理を行う。第２算出部４７２は、第１算出部４７２で第１位相差を算出した各ピークに対して第２位相差の算出処理を行う。

詳細には、第２算出部４７２は、所定の送信アンテナ２３に対して異なる受信アンテナ３１を組み合わせて生成した複数の仮想アンテナ間の位相情報の比較により第２位相差を算出する。本実施形態では、所定の送信アンテナ２３は、第１送信アンテナＴｘ１、第２送信アンテナＴｘ２、および、第３送信アンテナＴｘ３のうちのいずれかである。第１送信アンテナＴｘ１、第２送信アンテナＴｘ２、および、第３送信アンテナＴｘ３のうちのいずれかと組み合わせられる受信アンテナ３１は、第１受信アンテナＲｘ１と第２受信アンテナＲｘ２のうちのいずれかである。

例えば、第２算出部４７２は、第１送信アンテナＴｘ１と第１受信アンテナＲｘ１とを組み合わせて生成される第１仮想アンテナＶＲｘ１（図３参照）と、第１送信アンテナＴｘ１と第２受信アンテナＲｘ２とを組み合わせて生成される第２仮想アンテナＶＲｘ２（図３参照）との間の位相情報の比較により第２位相差を算出する。

本実施形態によれば、比較する２つの仮想アンテナ間において、仮想アンテナを構成する送信アンテナ２３が同じとなる。このために、２つ仮想アンテナ間の位相情報の比較により、２つの受信アンテナ３１間に生じる位相差（第２位相差）を得ることができる。すなわち、２つ仮想アンテナ間の位相情報の比較により、復路において生じる位相差を得ることができる。

なお、第２算出部４７２は、第１仮想アンテナＶＲｘ１と第２仮想アンテナＶＲｘ２との組み合わせ以外の組み合わせで第２位相差を算出してもよい。例えば、第２算出部４７２は、第３仮想アンテナＶＲｘ３と第４仮想アンテナＶＲｘ４との組み合わせ、或いは、第５仮想アンテナＶＲｘ５と第６仮想アンテナＶＲｘ６との組み合わせ等により第２位相差を算出してもよい。

また、第２算出部４７２は、ピークごとに１つの第２位相差のみを算出する構成でもよいが、ピークごとに複数の第２位相差を算出する構成であってもよい。また、第２算出部４７２は、第２位相差を算出するための仮想アンテナの組み合わせを決める際に、例えば位相の折り返しの回数を減らすことを考慮して、仮想アンテナを構成する受信アンテナ３１が隣接する受信アンテナとなる組み合わせを選択することが好ましい。

判定部４７３は、第１位相差と第２位相差とに基づき往路と復路とが一致しているか否かを判定する。詳細には、判定部４７３は、第１位相差と第２位相差とを算出したピークごとに、第１位相差と第２位相差とに基づき往路と復路とが一致しているか否かを判定する。

各ピークにおいて、第１算出部４７１で得られた第１位相差と、第２算出部４７２で得られた第２位相差とが１つずつである場合には、第１算出部４７１は、１つの第１位相差と、１つの第２位相差とに基づき往路と復路とが一致しているか否かを判定する。各ピークにおいて、第１算出部４７１で得られた第１位相差が複数である場合には、判定部４７３は、複数の第１位相差の平均値を用いる。各ピークにおいて、第２算出部４７２で得られた第２位相差が複数である場合には、判定部４７３は、複数の第２位相差の平均値を用いる。

判定部４７３は、同一のアンテナ間隔の位相差とした場合の第１位相差と第２位相差とに基づき、往路と復路とが一致しているか否かを判定する。例えば、第１位相差が第１仮想アンテナＶＲｘ１と第３仮想アンテナＶＲｘ３との組み合わせにより求められ、第２位相差が第１仮想アンテナＶＲｘ１と第２仮想アンテナＶＲｘ２との組み合わせにより求められたとする。この場合、第１位相差は、アンテナ間隔が２ｄである第１送信アンテナＴｘ１と第２送信アンテナＴｘ２との間の位相差となる。第２位相差は、アンテナ間隔がｄである第１受信アンテナＲｘ１と第２受信アンテナＲｘ２との間の位相差となる。すなわち、第１位相差と第２位相差とは、異なるアンテナ間隔の位相差であるために、このままでは直接比較できない。この点、本実施形態によれば、第１位相差と第２位相差とが同一のアンテナ間隔の位相差に合わせた状態とされているために、両者を比較して往路と復路とが一致しているか否かを正しく判定することができる。

本実施形態では、複数の仮想アンテナを利用することにより、往路時に生じる位相差（第１位相差）と復路時に生じる位相差（第２位相差）とを簡単に求め、往路と復路とが一致しているか否かを判定することができる。このために、処理負荷の増大を抑制しつつ往路と復路とが一致しているか否かを判断することができる。

図８は、本発明の実施形態に係るレーダ装置１の概略動作を示すフローチャートである。図８は、往路と復路とが一致しているか否かを判定する処理を中心に示している。レーダ装置１は、図８に示す処理を一定時間ごとに周期的に繰り返す。

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）。

次に、ピーク抽出部４５が、ＦＦＴ処理の結果に基づきピーク抽出を行う（ステップＳ５）。ピーク抽出部４５は、抽出したピークごとにＦＦＴ処理によって得られた位相情報を記憶する処理を行う。そして、取得部４６が、ピーク抽出部４５によるピーク抽出の結果を、仮想アンテナＶＲｘ１～ＶＲｘ６ごとの結果に分類する（ステップＳ６）。

次に、第１算出部４７１は、異なる周波数ビンのピークごとに第１位相差の算出処理を行う（ステップＳ７）。図９は、本実施形態における第１位相差の算出処理を説明するための図である。図９において、Ｃｂ１－１、Ｃｂ１－２、Ｃｂ１－３、および、Ｃｂ１－４は、第１位相差を求めるための仮想アンテナの組み合わせを示す。すなわち、本実施形態では、第１算出部４７１は、ピークごとに、４つの仮想アンテナの組み合わせＣｂ１－１～Ｃｂ１－４を用いて４つの第１位相差を算出する。

詳細には、第１算出部４７１は、ピークごとに、第１仮想アンテナＶＲｘ１の位相情報と、第３仮想アンテナＶＲｘ３の位相情報とを比較して第１位相差を算出する。また、第１算出部４７１は、ピークごとに、第３仮想アンテナＶＲｘ３の位相情報と、第５仮想アンテナＶＲｘ５の位相情報とを比較して第１位相差を算出する。また、第１算出部４７１は、ピークごとに、第２仮想アンテナＶＲｘ２の位相情報と、第４仮想アンテナＶＲｘ４の位相情報とを比較して第１位相差を算出する。また、第１算出部４７１は、ピークごとに、第４仮想アンテナＶＲｘ４の位相情報と、第６仮想アンテナＶＲｘ６の位相情報とを比較して第１位相差を算出する。すなわち、ピークごとに４つの第１位相差が求められる。

次に、第２算出部４７２は、第１位相差を算出したピークごとに第２位相差の算出処理を行う（ステップＳ８）。図１０は、本実施形態における第２位相差の算出処理を説明するための図である。図１０において、Ｃｂ２－１、Ｃｂ２－２、および、Ｃｂ２－３は、第２位相差を求めるための仮想アンテナの組み合わせを示す。すなわち、本実施形態では、第２算出部４７２は、ピークごとに、３つの仮想アンテナの組み合わせＣｂ１－１～Ｃｂ１－４を用いて３つの第２位相差を算出する。

詳細には、第２算出部４７２は、ピークごとに、第１仮想アンテナＶＲｘ１の位相情報と、第２仮想アンテナＶＲｘ２の位相情報とを比較して第２位相差を算出する。また、第２算出部４７２は、ピークごとに、第３仮想アンテナＶＲｘ３の位相情報と、第４仮想アンテナＶＲｘ４の位相情報とを比較して第２位相差を算出する。また、第２算出部４７２は、ピークごとに、第５仮想アンテナＶＲｘ５の位相情報と、第６仮想アンテナＶＲｘ６の位相情報とを比較して第２位相差を算出する。すなわち、ピークごとに３つの第２位相差が求められる。

なお、本実施形態では、第１算出部４７１により第１位相差を求めた後に、第２算出部４７２により第２位相差を求める構成となっているが、これは一例である。第２算出部４７２により第２位相差を求めた後に、第１算出部４７１により第１位相差を求める構成としてもよい。また、第１位相差を求める処理と第２位相差を求める処理とは並行して行われてもよい。

第１位相差と第２位相差が求められると、判定部４７３は、ピークごとに、往路と復路とが一致しているか否かを判定する（ステップＳ９）。判定部４７３は、複数の第１位相差の平均値と、複数の第２位相差の平均値とに基づき往路と復路とが一致しているか否かを判定する。これによれば、多数のデータに基づいて往路と復路とが一致しているか否かを判定できるために、判定結果の精度を向上することができる。詳細には、判定部４７３は、ピークごとに、４つの第１位相差の平均値と、３つの第２位相差の平均値とに基づき往路と復路とが一致しているか否かを判定する。第１位相差の平均値は、第１算出部４７１で算出されても、判定部４７３で算出されてもよい。また、第２位相差の平均値は、第２算出部４７２で算出されても、判定部４７３で算出されてもよい。

また、判定部４７３は、同一のアンテナ間隔の位相差に換算された第１位相差と第２位相差とを比較する。本実施形態では、互いに隣接する送信アンテナ２３のアンテナ間隔が２ｄであり、互いに隣接する受信アンテナ３１のアンテナ間隔がｄである。このために、第１位相差の換算値は、ステップＳ７で仮想アンテナ間の位相情報を比較して求めた第１位相差を２で除した値である。第２位相差の換算値は、ステップＳ８で仮想アンテナ間の位相情報を比較して求めた第２位相差と同じである。なお、第１位相差の換算値は、第１算出部４７１と判定部４７３とのいずれで求めてもよい。第２位相差の換算値は、第２算出部４７２と判定部４７３とのいずれで求めてもよい。

判定部４７３は、第１位相差の換算値と第２位相差の換算値との差がほぼセロである場合に、往路と復路とが一致していると判定する。一方、判定部４７３は、第１位相差の換算値と第２位相差の換算値との差がほぼセロと認められない場合に、往路と復路とが一致していないと判定する。なお、ここでは、差がほぼゼロとは、差がゼロを含む所定範囲内である場合を指している。所定範囲は、実験やシミュレーション等によって適宜決められる。

本実施形態によれば、往路と復路とが一致しないピークを検出することができ、本来存在しない物標（ゴースト）を誤って検出することを低減することができる。なお、各ピークがゴーストに由来するものであるか否かの判定は、物標データの瞬時値を導出する前に行ってよい。すなわち、ゴーストと判定されるピークについては、物標データの瞬時値を導出しない構成としてよい。また、ゴーストであるか否かは、往路と復路とが一致するか否かを判定した複数回の結果に基づいて判定されてもよい。

＜４．位相折り返しの考慮＞
アンテナ間隔ｄが電波の半波長より大きくなると、位相差が±１８０°（±π）を超えるいわゆる位相折り返しが生じる。位相折り返しが生じると、位相差Δφ＝φ_０（｜φ_０｜＜π）と、位相差Δφ＝φ_０±２ｎπ（ｎ＝１,２,…）とが区別できなくなる。以上においては、当該位相折り返しが生じないことを前提として、往路と復路とが一致しているか否かを判定する場合について説明した。

ここで、アンテナ間隔ｄが送信波（電波）の半波長である場合を考える。本実施形態では、隣接する送信アンテナ２３の間隔は２ｄであるために、隣接する送信アンテナ２３の間隔は電波の１波長に等しくなる。また、隣接する受信アンテナ３１の間隔はｄであるために、隣接する受信アンテナ３１の間隔は電波の半波長に等しくなる。この場合、隣接する受信アンテナ３１間の位相差は±１８０°を超えず、位相折り返しは生じない。一方、隣接する送信アンテナ２３間の位相差は±１８０°を超える場合があり、位相折り返しが生じる。なお、隣接する送信アンテナ２３間の位相差は３６０°は超えない。

本例では、第１位相差の換算値（本実施形態では、第１位相差を２で除した値）と、第２位相差の換算値（本実施形態では、第２位相差に同じ）との差に基づく判定だけでは、位相折り返しが発生している場合に、不適切な判定結果を導く可能性がある。この点を考慮して、第１算出部４７１は、位相折り返しがある場合の位相差の候補値を、第１位相に基づき第１位相折り返し候補値として更に算出する。また、判定部４７３は、第１位相差と、第２位相差と、第１位相折り返し候補値とに基づき、往路と復路とが一致しているか否かを判定する。

本例では、第１算出部４７１は、第１位相差に３６０°を加算した第１候補値と、第１位相差から３６０°を減算した第２候補値とを第１位相折り返し候補値として算出する。判定部４７３は、第１位相差の換算値（第１位相差を２で除した値）と、第２位相差の換算値（第２位相差に同じ）との差を第１の差分値として算出する。また、判定部４７３は、第１候補値の換算値（第１候補値を２で除した値）と、第２位相差の換算値との差を第２の差分値として算出する。また、判定部４７３は、第２候補値の換算値（第２候補値を２で除した値）と、第２位相差の換算値との差を第３の差分値として算出する。

そして、判定部４７３は、３つの差分値の大きさ（絶対値）を比べて、最も大きさが小さい差分値がほぼセロである場合に、往路と復路とが一致していると判定する。判定部４７３は、最も大きさが小さい差分値がほぼセロと認められない場合に、往路と復路とが一致していないと判定する。

なお、以上においては、ピークごとに第１位相差と第２位相差が１つずつ算出される場合を想定している。ただし、本例でも、ピークごとに複数の第１位相差と複数の第２位相差とが算出されてもよい。この場合には、第１位相折り返し候補値は、複数の第１位相差の平均値に対して求められてよい。また、各第１位相差に対して第１位相折り返し候補値を求め、求めた第１位相折り返し候補値の平均値が判定に利用されてもよい。同様に、第２位相折り返し候補値は、複数の第２位相差の平均値に対して求められてよい。また、各第２位相差に対して第２位相折り返し候補値を求め、求めた第２位相折り返し候補値の平均値が判定に利用されてもよい。

本例のように構成することで、第１位相差に位相折り返しが生じる場合でも、往路と復路との一致・不一致を適切に判断することができる。本構成によれば、アンテナ構成の設計の自由度を向上することができる。

なお、本例では、第１位相折り返し候補値の数が２つであるが、これは例示にすぎない。本例よりもアンテナ間隔ｄの値が大きくなった場合に、第１位相折り返し候補値の数は２つより多くなる場合がある。

また、本例よりもアンテナ間隔ｄの値が大きくなった場合に、隣接する受信アンテナ３１間の位相差が±１８０°を超えて位相折り返しが生じる場合がある。このような場合には、第２位相差についても、第１位相差と同様の扱いを行えばよい。すなわち、第２算出部４７２は、位相折り返しがある場合の位相差の候補値を、第２位相差に基づき第２位相折り返し候補値として更に算出する構成とすればよい。また、判定部４７３は、第１位相差と、第２位相差と、第１位相折り返し候補値と、第２位相折り返し候補値とに基づき、往路と復路とが一致しているか否かを判定する構成とすればよい。

＜４．留意事項＞
本明細書における実施形態や変形例の構成は、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、複数の実施形態及び変形例は、可能な範囲で組み合わせて実施されてよい。

以上においては、受信アンテナ３１に比べて送信アンテナ２３の方が、アンテナ間隔ｄが長い構成とした。ただし、これは例示であり、送信アンテナ２３に比べて受信アンテナ３１の方が、アンテナ間隔ｄが長い構成としてもよい。例えば、以上に示した実施形態の送信アンテナ２３の構成を受信アンテナの構成とし、受信アンテナ３１の構成を送信アンテナの構成としてよい。すなわち、水平方向に沿ってアンテナ間隔ｄで配置される２つの送信アンテナと、水平方向に沿って同一のアンテナ間隔２ｄで配置される３つの受信アンテナとで仮想アレーアンテナを構成してもよい。

上記構成では、第１位相差においては位相折り返しが発生せず、第２位相差において位相折り返しが発生する構成となる場合がある。このような場合には、第２算出部４７２は、位相折り返しがある場合の位相差の候補値を、第２位相差に基づき第２位相折り返し候補値として算出する構成とすればよい。そして、判定部４７３は、第１位相差と、第２位相差と、第２位相折り返し候補値とに基づき、往路と復路とが一致しているか否かを判定する構成とすればよい。このように構成することで、第２位相差に位相折り返しが生じる場合でも、往路と復路との一致・不一致を適切に判断することができる。本構成によれば、アンテナ構成の設計の自由度を向上することができる。

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。

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統合したりしてよい。

１・・・レーダ装置
４・・・信号処理装置
２３・・・送信アンテナ
３１・・・受信アンテナ
４６・・・取得部
４７１・・・第１算出部
４７２・・・第２算出部
４７３・・・判定部
ＲＷ・・・反射波
Ｒｘ１・・・第１受信アンテナ
ＲＸ２・・・第２受信アンテナ
ＴＷ・・・送信波
Ｔｘ１・・・第１送信アンテナ
Ｔｘ２・・・第２送信アンテナ
Ｔｘ３・・・第３送信アンテナ
ＶＲｘ１・・・第１仮想アンテナ
ＶＲｘ２・・・第２仮想アンテナ
ＶＲｘ３・・・第３仮想アンテナ
ＶＲｘ４・・・第４仮想アンテナ
ＶＲｘ５・・・第５仮想アンテナ
ＶＲｘ６・・・第６仮想アンテナ

Claims (7)

1. 複数の送信アンテナによって電波を送信し、物標から反射してきた電波を複数の受信アンテナによって受信することで物標を検出するレーダ装置において、
   複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナごとの受信信号の位相情報を取得する取得部と、
   前記送信アンテナから送信される送信波が物標に至る往路において前記送信アンテナ間に生じる第１位相差を前記位相情報に基づき算出する第１算出部と、
   前記物標で反射された反射波が前記受信アンテナに至る復路において前記受信アンテナ間に生じる第２位相差を前記位相情報に基づき算出する第２算出部と、
   前記第１位相差と前記第２位相差とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する判定部と、
   を備える、レーダ装置。
2. 前記第１算出部は、所定の前記受信アンテナに対して異なる前記送信アンテナを組み合わせて生成した複数の前記仮想アンテナ間の前記位相情報の比較により前記第１位相差を算出し、
   前記第２算出部は、所定の前記送信アンテナに対して異なる前記受信アンテナを組み合わせて生成した複数の前記仮想アンテナ間の前記位相情報の比較により前記第２位相差を算出する、請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記判定部は、同一のアンテナ間距離の位相差とした場合の前記第１位相差と前記第２位相差とに基づき、前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する、請求項１又は２に記載のレーダ装置。
4. 前記判定部は、複数の前記第１位相差の平均値と、複数の前記第２位相差の平均値とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する、請求項１から３のいずれか１項に記載のレーダ装置。
5. 前記第１算出部は、位相折り返しがある場合の位相差の候補値を、前記第１位相差に基づき第１位相折り返し候補値として更に算出し、
   前記判定部は、前記第１位相差と、前記第２位相差と、前記第１位相折り返し候補値とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する、請求項１から４のいずれか１項に記載のレーダ装置。
6. 前記第２算出部は、位相折り返しがある場合の位相差の候補値を、前記第２位相差に基づき第２位相折り返し候補値として算出し、
   前記判定部は、前記第１位相差と、前記第２位相差と、前記第２位相折り返し候補値とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する、請求項１から５のいずれか１項に記載のレーダ装置。
7. 複数の送信アンテナによって電波を送信し、物標から反射してきた電波を複数の受信アンテナによって受信することで物標を検出するレーダ装置において、前記送信アンテナから送信される送信波が前記物標に至る往路と、前記物標で反射された反射波が前記受信アンテナに至る復路とが一致しているか否かを判定する信号処理方法であって、
   複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの組み合わせにより生成される複数の仮想アンテナごとの受信信号の位相情報を取得する取得工程と、
   前記往路において前記送信アンテナ間に生じる第１位相差を前記位相情報に基づき算出する第１算出工程と、
   前記復路において前記受信アンテナ間に生じる第２位相差を前記位相情報に基づき算出する第２算出工程と、
   前記第１位相差と前記第２位相差とに基づき前記往路と前記復路とが一致しているか否かを判定する判定工程と、
   を備える、信号処理方法。

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