WO2013172426A1 - レーダ装置及びレーダ装置の到来波処理方法 - Google Patents

Abstract

　レーダ装置において、全周波数ペアのうち、１つの周波数ペアを抽出し、その抽出ペアに対する固有値比を導出する。固有値比の中で基準閾値以上である固有値比の数に応じて、到来波の数を推定し、全周波数ペアの中で、１つの周波数ペアに対して複数の到来波の存在が推定された周波数ペアの割合（以下、複数検出割合とする）を、評価値として算出する。これらのステップを、レーダを送受信するごとに繰り返す。この結果、複数検出割合が規定割合以上となる状態が、規定サイクル回数に渡って検出された場合には、ノイズ要因物質が被覆部に付着しているものと判定する。

Description

レーダ装置及びレーダ装置の到来波処理方法

　本発明は、物標を検出するレーダ装置及びこのレーダ装置の到来波処理方法に係り、特に、ミリ波帯域の電波を用いたレーダ装置及びこのレーダ装置の到来波処理方法に関する。

　従来、ミリ波帯域の電波を用いて物標を検知するレーダ装置の使用が盛んになっている。このレーダ装置では、ミリ波帯域の電波がレーダ波として送信され、複数のアンテナ素子がアレイ状に配置された受信アンテナにて、該レーダ波が反射することで生じた到来波が受信される。この受信情報に基づいて、レーダ波を反射した各物標までの距離、及び各物標が存在する方位が検出される。このレーダ装置は例えば特許文献１で知られている。この特許文献１に記載されたレーダ装置は、外表面に複数の電極が設けられたレドームを備えている。

　このレーダ装置においては、レドームの外表面に複数の電極が設けられている。この複数の電極のうちの所定数の電極間が導通状態となると、泥水や氷など（以下、ノイズ要因物質と称す）がレドームの外表面に付着したものと判定している。

特開平０６－０５９０２４号公報

　上述したように、ノイズ要因物質がレドームに付着すると、レーダ波を送受信するときの障害になることがある。つまり、ノイズ要因物質によるレーダ波の屈折や反射が生じ、レーダ装置では、物標までの距離及び物標が存在する方位を正確に検出できない、即ち、当該レーダ装置に動作不良が生じる。

　このような動作不良の発生を検出するために、特許文献１に記載されたレーダ装置では、レドームの外表面に複数の電極が設けられている。しかし、このような構造では、レドームの構造、ひいてはレーダ装置そのものの構造が複雑になる。

　つまり、従来のレーダ装置に対する技術では、レーダ装置の構造を複雑にすることなく、レーダ装置を覆う部材に対するノイズ要因物質の付着を検知できないという問題があった。

　そこで、レーダ装置において、構造を複雑にすることなく、ノイズ要因物質の付着を検知可能とする技術の提供することが望まれていた。

　本開示に係る１つの典型的な一形態によれば、送受信手段と、被覆部と、物標検出手段と、方位推定手段と、状態検出手段と、判定手段とを備えたレーダ装置が提供される。
　このうち、送受信手段は、送信アンテナからレーダ波を送信すると共に、送信アンテナから送信したレーダ波が反射されることで生じた到来波を、複数のアンテナ素子からなる受信アンテナにて受信する送受信サイクルを、予め規定された周期で繰り返し実行する。被覆部は、レーダ波を透過する部材であり、かつ少なくとも受信アンテナの開口面を覆う。

　さらに、物標検出手段は、送受信手段にて送受信サイクルを実行するごとに、レーダ波を送受信した結果に基づいて、レーダ波を反射した物標それぞれを検出する。すると、方位推定手段は、物標検出手段で検出した物標のそれぞれに対応する到来波が到来した方位である到来方位を推定する。

　そして、状態検出手段は、方位推定手段での到来方位の推定の結果、複数検出割合が、規定された規定割合以上である付着状態を検出する。なお、複数検出割合とは、物標検出手段で検出した全物標の中で、１つの物標に対して複数の到来方位が存在する物標が占める割合である。

　さらに、規定された回数の送受信サイクルである規定サイクル回数に渡って、状態検出手段にて付着状態であることを検出すると、判定手段は、レーダ波を透過しノイズの要因となる物質が被覆部に付着しているものと判定する。

　すなわち、ノイズ要因物質が被覆部に付着した場合、受信アンテナにて受信される到来波は、ノイズ要因物質によって拡散や屈折している可能性が高い。レーダ装置では、本来、１つの物標に対して１つの到来方位を検出するが、上述したように拡散や屈折した到来波を受信した場合には、検出された物標のそれぞれに対して複数の到来方位を検出する可能性が高い。

　したがって、複数検出割合が規定割合以上となった状態を、規定サイクル回数に渡って検出した場合には、ノイズ要因物質が被覆部に付着しているものとして判定できる。

　以上のことから、このレーダ装置によれば、複数の電極を被覆部の外表面に設けることなく、被覆部の外表面にノイズ要因物質が付着したことを検出できる。つまり、このレーダ装置において、構造を複雑にすることなく、ノイズ要因物質の付着を検知可能とする技術を提供できる。

　そして、このレーダ装置において、被覆部の外表面にノイズ要因物質が付着したことを当該レーダ装置の利用者等に通知すれば、被覆部に付着したノイズ要因物質を除去させることができ、レーダ装置を動作不良から正常動作へと復帰させることができる。

　さらに、このレーダ装置では、物標検出手段が、受信アンテナで受信した到来波を周波数解析した結果に基づいて検出された周波数ピークそれぞれを、物標として検出しても良い。この場合、方位推定手段は、周波数ピークのそれぞれについて、アンテナ素子の各々における受信信号の相関行列を導出し、その相関行列を固有値分解した結果から１つの物標に対する到来方位の数を推定しても良い。

　一般的に、到来方位の推定方法の中で相関行列の固有値分解を用いる方法は、高分解能であり、到来方位の推定精度が高い方法である。
　したがって、このようなレーダ装置によれば、到来方位の数の推定結果について、より信頼性の高いものとすることができ、ひいては、ノイズ要因物質が被覆部に付着したか否かを高精度で判定することができる。

　また、このレーダ装置における状態検出手段は、比率導出手段と、波数推定手段とを備えていても良い。
　この場合、比率導出手段は、相関行列を固有値分解した結果である固有値の中で、値が最大の固有値である最大固有値と該最大固有値以外の各固有値である比較固有値との比を表す固有値比を導出する。そして、波数推定手段は、比率導出手段で導出された固有値比のそれぞれが、１つの物標に対する到来波が１つであることを表すものとして予め規定された基準閾値以上であれば、１つの物標に対する到来方位の数が複数であるものと推定す
る。

　このようなレーダ装置によれば、到来方位の数の推定結果について、より信頼性の高いものとすることができる。
　また、本開示に係る別の典型例によれば、上述のレーダ装置と同等の機能を発揮する、レーダ装置の到来波処理方法も提供される。

　添付図面において：
図１は、本発明の一実施形態に係るレーダ装置を中心とした走行支援システムの概略構成を示すブロック図であり、 図２は、物標認識処理の処理手順を示すフローチャートであり、 図３は、方位解析処理の処理手順を示すフローチャートであり、 図４は、付着検出処理の処理手順を示すフローチャートであり、 図５は、付着検出処理の一例を示す説明図である。

　以下、図１～図５を参照して、本発明の一実施形態に係るレーダ装置を説明する。
　図１に、そのレーダ装置を備えた走行支援システム１の概要を示す。この走行支援システム１は、自動車に搭載して用いられるものであり、レーダ装置３０と、走行支援電子制御装置（以下、走行支援ＥＣＵとする）６０とを備えている。

　レーダ装置３０は、ミリ波帯域の電波をレーダ波として送信し、該レーダ波が反射されることで生じた反射波（以下、到来波とも称す）を受信することで、該レーダ波を反射した物標を検出し、該物標に関する情報（以下、物標情報とする）を生成する。

　なお、本実施形態における物標とは、物体において、レーダ波を反射したポイントを表すものである。通常、１つの物体は、１つの物標として検出される。また、本実施形態における物標情報は、検出した物標までの車両（本レーダ装置を搭載した車両）からの距離と、予め規定された基準軸に対して物標が存在する方位（即ち、角度、以下、到来方位と称す）と、車両と物標との間の相対速度とを少なくとも含むものである。

　走行支援ＥＣＵ６０は、少なくともＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、少なくともＬＡＮ通信バスを介して通信を行うためのバスコントローラを備えている。

　また、走行支援ＥＣＵ６０には、図示しない警報ブザー、モニター、クルーズコントロールスイッチ、目標車間設定スイッチ等が接続されている。さらに、走行支援ＥＣＵ６０には、ＬＡＮ通信バスを介して、ブレーキ電子制御装置（ブレーキＥＣＵ）や、エンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）、シートベルト電子制御装置（シートベルトＥＣＵ）等が接続されている。

　つまり、走行支援ＥＣＵ６０は、レーダ装置３０からの物標情報に基づいて、車両の走行を支援する走行支援制御を実行するように構成されている。走行支援制御としては、例えば、先行車両と車両との車間距離を予め設定された距離に保持するアダプティブクルーズ制御や、車両と先行車両との車間距離が予め設定された距離以下となると、警告を出力したり、シートベルトを巻き取ったりするプリクラッシュセーフティ制御がある。〈レーダ装置〉
　次に、レーダ装置３０は、発振器３１と、増幅器３２と、分配器３４と、送信アンテナ３６と、受信アンテナ４０と、受信スイッチ４１と、増幅器４２と、ミキサ４３と、フィルタ４４と、Ａ／Ｄ変換器４５と、信号処理部４６とを備え、ＦＭＣＷ方式のいわゆるミリ波レーダ装置として構成されている。

　発振器３１は、時間に対して周波数が直線的に増加（漸増）する上り区間、及び周波数が直線的に減少（漸減）する下り区間を一変調周期として有するように変調されたミリ波帯の高周波信号を生成する。増幅器３２は、発振器３１が生成する高周波信号を増幅する。

　分配器３４は、増幅器３２の出力を送信信号Ｓｓとローカル信号Ｌｓとに電力分配する。送信アンテナ３６は、送信信号Ｓｓに応じたレーダ波を放射する。受信アンテナ４０は、レーダ波を受信するＮ個（Ｎは、２以上の自然数）のアンテナ３９₁～３９_Nを備えている。アンテナ３９₁～３９_Nは、アレイ状に配置されており、アンテナ３９₁～３９_Nのそれぞれに、チャンネルＣＨ₁～ＣＨ_Nが割り当てられている。

　なお、本実施形態のレーダ装置３０には、送信アンテナ３６，及び受信アンテナ４０を覆う被覆部７０が設けられている。この被覆部７０は、レーダ波を透過する物質にて形成された部材である。この被覆部７０は、送信アンテナ３６におけるレーダ波の送信角度範囲、及び受信アンテナ４０における到来波の受信角度範囲を覆う。具体的には、被覆部７０は、レーダ装置３０に設けられた、いわゆるレドームや、レーダ装置３０が設置される自動車のフロントグリルなどである。

　また、受信スイッチ４１は、アンテナ３９₁～３９_Nのいずれかを順次選択し、選択されたアンテナ３９₁～３９_Nからの受信信号Ｓｒを後段に供給する。増幅器４２は、受信スイッチ４１から供給される受信信号Ｓｒを増幅する。

　ミキサ４３は、増幅器４２にて増幅された受信信号Ｓｒにローカル信号Ｌｓを混合して、送信信号Ｓｓと受信信号Ｓｒとの周波数の差を表すビート信号ＢＴを生成する。フィルタ４４は、ミキサ４３が生成したビート信号ＢＴから不要な信号成分を除去する。Ａ／Ｄ変換器４５は、フィルタ４４の出力をサンプリングしデジタルデータに変換する。

　信号処理部４６は、ビート信号ＢＴのサンプリングデータを用いて、レーダ波を反射した物標を検出すると共に、その物標についての物標情報を生成する物標認識処理を実行する。この信号処理部４６は、少なくとも、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成され、さらに、Ａ／Ｄ変換器４５を介して取り込んだデータに対して、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理等を実行するための演算処理装置（例えば、ＤＳＰ）を備えている。

　つまり、レーダ装置３０では、信号処理部４６からの指令に従って発振器３１が振動すると、その発振器３１で生成され、増幅器３２で増幅した高周波信号を、分配器３４が電力分配することにより、送信信号Ｓｓ及びローカル信号Ｌｓを生成する。さらに、レーダ装置３０では、これらの信号Ｓｓ，Ｌｓのうちの送信信号Ｓｓを、送信アンテナ３６を介してレーダ波として送信する。

　そして、送信アンテナ３６から送出されて物標に反射されたレーダ波（即ち、到来波）は、受信アンテナ４０を構成する全てのアンテナ３９₁～３９_Nにて受信され、受信スイッチ４１によって選択されている受信チャンネルＣＨ_i（ｉ＝１～Ｎ）の受信信号Ｓｒのみが増幅器３２で増幅された後、ミキサ４３に供給される。ミキサ４３では、この受信信号Ｓｒに分配器３４からのローカル信号Ｌｓを混合することによりビート信号ＢＴを生成する。そして、このビート信号ＢＴは、フィルタ４４にて不要な信号成分が除去された後、Ａ／Ｄ変換器４５にてサンプリングされ、信号処理部４６に取り込まれる。

　なお、受信スイッチ４１は、レーダ波の一変調周期の間に、全てのチャンネルＣＨ₁からＣＨ_Nが所定回（例えば、５１２回）ずつ選択されるよう切り替えられ、また、Ａ／Ｄ変換器４５は、この切り替えタイミングに同期してサンプリングを実行する。つまり、レーダ波の一変調周期の間に、チャンネルＣＨ₁～ＣＨ_N毎かつレーダ波の上り、及び下り区間毎にサンプリングデータが蓄積されることになる。
〈物標認識処理〉
　次に、レーダ装置３０にて実行する物標認識処理について説明する。

　この物標認識処理は、予め規定された周期で起動されるものである。
　この物標認識処理は、起動されると、図２に示すように、まず、発振器３１を起動してレーダ波の送信を開始する（ステップＳ１１０）。続いて、Ａ／Ｄ変換器４５を介してビート信号ＢＴのサンプリング値を取得し（ステップＳ１２０）、必要なだけサンプリング値を取得すると、発振器３１を停止することにより、レーダ波の送信を停止する（ステップＳ１３０）。

　次に、ステップＳ１３０にて取得したサンプリング値について周波数解析（本実施形態では、ＦＦＴ処理）を実行し、受信チャンネルＣＨ₁～ＣＨ_N毎かつ上り／下り区間毎にビート信号ＢＴのパワースペクトルを求める（ステップＳ１４０）。このパワースペクトルは、ビート信号ＢＴに含まれる周波数と、各周波数における強度とを表したものである。

　そして、上り区間について、パワースペクトル上に存在する各周波数ピークｆｂｕ₁～_mを検出すると共に、下り区間について、パワースペクトル上に存在する各周波数ピークｆｂｄ₁～_mを検出する（ステップＳ１５０）。なお、検出された周波数ピークｆｂｕ，ｆｂｄの各々は、到来波の発生源となった物標の候補（以下、物標候補と称す）が存在する可能性があることを意味する。

　具体的に本実施形態のステップＳ１５０では、受信チャンネルＣＨ毎に求められたパワースペクトルを、全ての受信チャンネルで相加平均した平均スペクトルを導出する。そして、その平均スペクトルの中で、強度が予め設定された設定閾値を超える周波数のピーク点に対応する（即ち、平均スペクトルにおける強度が極大となる）周波数を周波数ピークｆｂｕ，ｆｂｄとして検出する。

　続いて、周波数ピークｆｂｕ，ｆｂｄの各々について、当該周波数ピークｆｂｕ，ｆｂｄに対応する物標候補の方位（即ち、基準軸に対する角度）を表す到来方位、及び当該物標候補からの到来波を受信した受信電力を表す到来電力を推定する方位解析処理を実行する（ステップＳ１６０）。この方位解析処理の詳細については、後述する。

　そのステップＳ１６０にて推定した到来方位及び到来電力に基づいて、ペアマッチングを実行する（ステップＳ１７０）。このペアマッチングとは、周波数ピークｆｂｕ₁～_mと、周波数ピークｆｂｄ₁～_mとを、同一物標にてレーダ波を反射したとみなせるもの同士でマッチングして登録する周知の処理である。以下、マッチングして登録された周波数ピークｆｂｕ，ｆｂｄの組を、周波数ペアと称す。

　具体的に本実施形態のステップＳ１７０では、上り区間の周波数ピークｆｂｕと下り区間の周波数ピークｆｂｄとの全ての組合せについて、到来電力の差、及び到来方位の角度差が予め規定された許容範囲内であるか否かを判定する。その判定の結果、到来電力の差及び到来方位の角度差が共に、許容範囲内であれば、対応する周波数ピークの組を周波数ペアとする。

　さらに、登録された周波数ペアに対して、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置における周知の手法により、レーダ装置３０から物標候補までの距離、物標候補と車両（本レーダ装置を搭載した車両）との相対速度を導出する（ステップＳ１８０）。本実施形態のステップＳ１８０では、このとき、物標候補と車両との相対速度、及び車両の車速に基づいて、各物標候補の速度を導出すると共に、その物標候補が、停止物体であるか移動物体であるかを判定する。それらの導出した距離及び相対速度（速度）に物標候補が存在する方位を加えた情報を、各周波数ペアと対応付けた上で、物標候補として登録する。

　続いて、詳しくは後述するが、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着しているか否かを判定する付着検出処理を実行する（ステップＳ１９０）。ここで言うノイズ要因物質とは、レーダ波を透過する物質であり、かつ被覆部７０に付着することでレーダ波を屈折させたり反射させたりする物質である。このノイズ要因物質としては、例えば、氷や、雨滴、泥水などがある。

　さらに、今回の送受信サイクルのステップＳ１８０で登録された周波数ペア（以下、今サイクルペアと称す）の情報と、前回の送受信サイクルで登録された周波数ペア（以下、前サイクルペアと称す）の情報とに基づき、同一物標に対応する周波数ペアを検出する履歴追尾処理を実行する（ステップＳ２００）。

　具体的に本実施形態の履歴追尾処理（ステップＳ２００）では、前サイクルペアと今サイクルペアとの全ての組み合わせ（以下、組合せペアと称す）を設定し、その組合せペアの中からいずれか１つを取り出す。そして、取り出した組合せペアにおける前サイクルペアの情報（即ち、距離，速度，方位など）に基づいて予測され、その前サイクルペアに対応する今サイクルペアが存在する位置（以下、予測位置とする）、及び今サイクルペアの速度（以下、予測速度とする）を導出する。この予測位置及び予測速度の導出は、周知の処理であるため、ここでの詳しい説明は省略するが、例えば、カルマンフィルタなどを用いて、時系列に沿った周波数ペア（即ち、物標候補）の挙動を予測し、その予測した結果を、予測位置及び予測速度とすることが考えられる。

　そして、履歴追尾処理では、導出した予測位置及び予測速度と、今サイクルペアから導出された位置及び速度とに基づいて、両者の位置差分、及び速度差分を導出する。すなわち、位置差分とは、今サイクルペアから導出された位置（即ち、今サイクルペアに対応する物標候補の位置）と予測位置との差分である。また、速度差分とは、今サイクルペアから導出された速度（即ち、今サイクルペアに対応する物標候補の速度）と予測速度との差分である。

　さらに、位置差分が予め規定された基準距離より小さく、かつ速度差分が予め規定された上限速度差よりも小さい場合にのみ、当該組合せペアを構成する周波数ペアは同一物標に対応するもの（即ち、履歴追尾があるもの）として、今サイクルペアの接続カウンタのカウント値を、前サイクルペアの接続カウンタのカウント値に１を加算した値へと更新する。

　つまり、本実施形態の履歴追尾処理では、前サイクルペアとの履歴追尾がある今サイクルペアは、対応する前サイクルペアの情報（接続カウンタのカウント値）が引き継がれ、前サイクルペアとの履歴追尾が無い今サイクルペアについては、接続カウンタのカウント値が「０」に維持される。

　物標認識処理では、さらに、予め規定された認識閾値以上の履歴追尾が確認された周波数ペアを物標として認識し登録する（ステップＳ２１０）。具体的に本実施形態のステップＳ２１０では、接続カウンタのカウント値が認識閾値以上であることを、認識閾値以上の履歴追尾が確認されたものとする。

　そして、ステップＳ２１０にて登録された物標についての物標情報を、走行支援ＥＣＵ６０に出力する（ステップＳ２２０）。
　なお、ステップＳ１９０の付着検出処理にて、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着したことを表す付着フラグがセットされていれば、ステップＳ２２０では、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着していることを含むダイアグ情報を走行支援ＥＣＵ６０に出力する。この場合、走行支援ＥＣＵ６０は、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着している旨を、警報ブザーやモニターを介して出力する。

　その後、今サイクルの物標認識処理を終了し、次の起動タイミングまで待機する。
〈方位解析処理〉
　方位解析処理は、物標認識処理のステップＳ１６０で起動されると、図３に示すように、まず、上り区間のパワースペクトルから抽出された周波数ピークｆｂｕ、及び下り区間のパワースペクトルから抽出された周波数ピークｆｂｄのうち、本方位解析処理での処理が未処理であるものを１つ選択する（ステップＳ３１０）。

　続いて、下記（１）式に示すように、その選択された周波数の信号成分（ＦＦＴ処理結果データ）を、全チャンネルＣＨ₁～ＣＨ_Nのパワースペクトルから抽出して配列してなる受信ベクトルＸｉ（ｋ）を生成する（ステップＳ３２０）。本実施形態において、受信ベクトルＸｉ（ｋ）を生成する際には、データ数を増加するために複数のヌル（即ち、「０」値）を仮想データとして追加しても良い。

　なお、（１）式において、符号“Ｔ”は、ベクトル転置を意味する。

　　　Ｘi(k)={x₁(k),x₂(k), …,　x_N(k)}^T　　　　　　…（１）
　その生成した受信ベクトルＸｉ（ｋ）に基づき、（２）式に従って相関行列Ｒｘｘ（ｋ）を生成する（ステップＳ３３０）。なお、（２）式において、符号“Ｈ”は、複素転置行列を意味する。

　　　Ｒxx(k)=Xi(k)Xi^H(k)　　　　　　…（２）
　そして、ステップＳ３３０にて生成した相関行列Ｒｘｘの固有値λ₁～λ_N（但し、λ₁≧λ₂≧…≧λ_N）を求めると共に、固有値λ₁～λ_Nに対応する固有ベクトルＥ₁～Ｅ_Nを算出する（ステップＳ３４０）。

　その固有値λ₁～λ_Nの中で、予め規定された閾値Ｔｈ以上となる固有値λの数を、到来波数Ｌ（ただし、Ｌ＜Ｎ）として推定する（ステップＳ３５０）。この到来波数Ｌを推定する手法は、周知の手法であり、数々の手法が提案されているので、ここでの詳しい説明は省略するが、例えば、閾値Ｔｈとして、熱雑音電力に相当する値を規定することが一例として考えられる。

　そして、閾値Ｔｈ以下となる（Ｎ－Ｌ）個の固有値に対応した固有ベクトルからなる雑音固有ベクトルＥ_NOを、下記（３）式で定義し、自車の進行方向を基準とした方位θに対する受信アンテナ４０の複素応答をａ（θ）で表すものとして、（４）式に示す評価関数Ｐ_MU（θ）を求める。

　　　Ｅ_NO={e_L+1,e_L+2,…, e_L+N}　　　　　　　　　　　　　　…（３）
　　　Ｐ_MU(θ)＝{a^H(θ)a(θ)}／{a^H(θ)E_NOE_NO ^Ha(θ)}　　　…（４）
　この評価関数Ｐ_MU（θ）から得られる角度スペクトル（ＭＵＳＩＣスペクトル）は、到来波が到来した方向と一致する方位θにおいて発散して鋭いピークが立つように設定されている。このため、到来波の到来方位θ₁～θ_L、即ち、物標候補の方位は、ＭＵＳＩＣスペクトルのピークを検出することにより求められる（ステップＳ３６０）。なお、本実施形態のステップＳ３６０では、下記（５）式により表される行列Ｓの第ｉ対角成分を求める。この行列Ｓの第ｉ対角成分は、到来方位θ_iの受信電力に相当し、本実施形態では、到来方位θ_iの到来電力としている（ただし、ｉ＝１～Ｌ）。なお、（５）式中のＡは方向行列であり、σ²は、熱雑音電力であり、Ｒｘｘ－σ²Ｉは、瞬時値としての自己相関行列である。

　　　Ｓ＝(Ａ^HＡ)^-1Ａ^H(Rxx-σ²Ｉ)Ａ(Ａ^HＡ)^-1　　　　…（５）
　続いて、ステップＳ３１０にて抽出した周波数ピークに対する方位情報を登録する（ステップＳ３７０）。具体的に本実施形態のステップＳ３７０では、到来波の数Ｌが「１」であれば、その到来波の到来方位θ及び到来電力を方位情報として登録し、到来波の数Ｌが「２」以上（即ち、複数）であれば、各到来波の到来方位θ及び到来電力を方位情報として登録する。なお、本実施形態のステップＳ３７０では、各周波数ピークに対して導出された固有値λのそれぞれを、対応する周波数ピークと対応付けて登録する。

　そして、全ての周波数ピークｆｂｕ、及び周波数ピークｆｂｄに対して、ステップＳ３１０からステップＳ３７０のステップを実行したか否かを判定する（ステップＳ３８０）。その判定の結果、全ての周波数ピークｆｂｕ、及び周波数ピークｆｂｄに対して、ステップＳ３１０からステップＳ３７０のステップを実行していなければ（ステップＳ３８０：ＮＯ）、ステップＳ３１０へと戻る。そのステップＳ３１０では、ステップＳ３１０からステップＳ３７０のステップを未実行の周波数ピークを抽出して、ステップＳ３２０へと移行する。

　一方、ステップＳ３８０での判定の結果、全ての周波数ピークｆｂｕ、及び周波数ピークｆｂｄに対して、ステップＳ３１０からステップＳ３７０のステップを実行していれば（ステップＳ３８０：ＹＥＳ）、本方位解析処理を終了して、物標認識処理のステップＳ１７０へと戻る。
〈付着検出処理〉
　付着検出処理は、物標認識処理のステップＳ１９０で起動されると、図４に示すように、まず、全ての周波数ペアのうち、本付着検出処理を未実行の周波数ペアを１つ抽出する（ステップＳ５１０）。以下、ステップＳ５１０にて抽出した周波数ペアを抽出ペアと称す。

　続いて、抽出ペアに対する固有値比Ｓｌ_Mを導出する（ステップＳ５２０）。このステップＳ５２０にて導出する固有値比Ｓｌ_Mとは、比較固有値λ_Mのそれぞれを最大固有値λ₁にて除した（Ｓｌ_M＝λ_M／λ₁）指標である。

　ただし、ここで言う最大固有値λ₁は、抽出ピークを構成する周波数ピークｆｂｕ、及び周波数ピークｆｂｄに対して方位解析処理にて導出した固有値λ₁～λ_Nの中で、値が最大である固有値λである。また、ここで言う比較固有値λ_Mは、固有値λ₁～λ_Nの中で、最大固有値λ₁以外の固有値λである。よって、符号Ｍは、２～Ｎである。

　この固有値比Ｓｌ_Mは、強い相関を有する到来波に対応する固有値λ同士の間で導出されたものであれば大きな値となり、到来波に対応する固有値λと熱雑音に対応する固有値λとの間で導出されたものであれば小さな値となる。

　そして、抽出ペアに対する到来波の数を推定する（ステップＳ５３０）。具体的には、ステップＳ５３０では、ステップＳ５２０で導出した固有値比Ｓｌ_Mの中で、予め規定された基準閾値Ｔｈ以上である固有値比Ｓｌ_Mの数に応じて、到来波の数を推定する。すなわち、基準閾値Ｔｈ以上である固有値比Ｓｌ_Mの数が「０」であれば、抽出ペアに対する到来波の数は「１」である。また、基準閾値Ｔｈ以上である固有値比Ｓｌ_Mの数が「１」であれば、抽出ペアに対する到来波の数は「２」であり、基準閾値Ｔｈ以上である固有値比Ｓｌ_Mの数が「２」であれば、抽出ペアに対する到来波の数は「３」であるものと推定する。

　続いて、全ての周波数ペアに対して、ステップＳ５１０からステップＳ５３０のステップを実行したか否かを判定する（ステップＳ５４０）。
　このステップＳ５４０での判定の結果、全ての周波数ペアに対してステップＳ５１０からステップＳ５３０のステップを実行していなければ（ステップＳ５４０：ＮＯ）、ステップＳ５１０へと戻る。そして、本付着検出処理を未実行の周波数ペアの中から、新たな周波数ペアを抽出ペアとして、ステップＳ５２０，ステップＳ５３０のステップを実行する。

　一方、全ての周波数ペアに対してステップＳ５１０からステップＳ５３０のステップを実行していれば（ステップＳ５４０：ＹＥＳ）、評価値ＶＢを算出する（ステップＳ５５０）。本実施形態における評価値ＶＢとは、全周波数ペアの中で、１つの周波数ペアに対して複数の到来波の存在が推定された周波数ペアの割合である。

　この評価値ＶＢが規定割合より大きいか否かを判定する（ステップＳ５６０）。このステップＳ５６０での判定の結果、評価値ＶＢが規定割合より大きければ（ステップＳ５６０：ＹＥＳ）、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着した付着状態であるものとして、付着カウンタのカウント値を増加させる（ステップＳ５７０）。なお、付着カウンタとは、付着状態であることを検出した送受信サイクルの回数をカウントするカウンタであり、予め用意されたものである。

　その後、ステップＳ５９０へと移行する。
　一方、ステップＳ５６０での判定の結果、評価値ＶＢが規定割合以下であれば（ステップＳ５６０：ＮＯ）、付着状態ではないものとして、付着カウンタのカウント値を減少させる（ステップＳ５８０）。その後、ステップＳ５９０へと移行する。

　この規定割合とは、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着していることが確からしいことを表す基準値として規定されたものである。この規定割合は、実験などによって規定された固有値でも良い。また、規定割合は、物標認識処理のステップＳ１７０にて検出される周波数ペアの総数によって可変設定されるものでも良い。後者の場合、検出される周波数ペアの総数が多いほど、付着状態であるか否かの推定精度が高いものとして、規定割合を低い値に設定しても良い。

　そして、ステップＳ５７０において付着カウンタのカウント値を増加させる数、またはステップＳ５８０において付着カウンタのカウント値を減少させる数は、予め設定された固定値でも良いし、物標認識処理のステップＳ１７０にて検出される周波数ペアの数によって可変設定されても良い。後者の場合、検出される周波数ペアの総数が多いほど、付着状態であるか否かの推定精度が高いものとして、大きな数を変化させても良い。

　続くステップＳ５９０では、付着カウンタのカウント値が基準閾値Ｔｈよりも大きいか否かを判定する（図５参照）。このステップＳ５９０での判定の結果、付着カウンタのカウント値が基準閾値よりも大きければ（ステップＳ５９０：ＹＥＳ）、規定された送受信サイクルの回数、付着状態が継続しているものとして、付着フラグをセットする（ステップＳ６００）。その後、本付着検出処理を終了し、物標認識処理のステップＳ２００へと戻る。

　一方、ステップＳ５９０での判定の結果、付着カウンタのカウント値が基準閾値Ｔｈ以下であれば（ステップＳ５９０：ＮＯ）、規定された送受信サイクルの回数、付着状態が継続していないものとして、付着フラグを解除する（ステップＳ６１０）。その後、本付着検出処理を終了し、物標認識処理のステップＳ２００へと戻る。

　なお、ステップＳ５９０における基準閾値Ｔｈとは、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着していることが確からしいことを表す送受信サイクルの回数として規定されたもの（即ち、規定サイクル回数）である。この基準閾値Ｔｈは、実験などによって規定された固定値でも良いし、物標認識処理のステップＳ１７０にて検出される周波数ペアの総数によって可変設定されても良い。後者の場合、検出される周波数ペアの総数が多いほど、付着状態であるか否かの推定精度が高いものとして、少ない送受信サイクルの回数を設定しても良い。

　つまり、レーダ装置３０では、通常、１つの物標に対して１つの到来方位を検出する。しかしながら、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着した場合には、受信アンテナ４０にて受信される到来波は、ノイズ要因物質によって拡散や屈折している可能性が高い。この場合には、検出された物標のそれぞれに対して複数の到来方位を検出する可能性が高い。

　このことから、本実施形態の付着検出処理では、規定サイクル回数に渡って付着状態が検出された場合には、ノイズ要因物質が被覆部に付着しているものと判定する。
［実施形態の効果］
　以上説明したように、レーダ装置３０においては、図５に示すように、複数検出割合が規定割合以上となった状態を、規定サイクル回数に渡って検出した場合に、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着しているものとして判定できる。図５は、車両前方に４つのターゲットＡ～Ｄを検出する場合を例示している。

　なお、レーダ装置３０によれば、到来方位の推定方法として、相関行列の固有値分解を用いる方法（いわゆるＭＵＳＩＣ）を用いているため、到来方位の数の推定結果について、より信頼性の高いものとすることができる。さらに言えば、レーダ装置３０によれば、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着したか否かを高精度で判定することができる。

　したがって、レーダ装置３０によれば、複数の電極を被覆部の外表面に設けることなく、被覆部の外表面にノイズ要因物質が付着したことを検出できる。
　以上のことから、レーダ装置３０によれば、構造を複雑にすることなく、ノイズ要因物質の付着を検知可能とする技術を提供できる。

　さらに、レーダ装置３０では、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着したことを走行支援ＥＣＵ６０へと出力し、その旨を、警報ブザーやモニターを介して走行支援ＥＣＵ６０が出力している。

　この結果、ノイズ要因物質が被覆部７０に付着したこと、ひいては、レーダ装置３０に動作不良が生じている可能性を、自車の乗員等に認識させることができる。そして、自車の乗員等に、被覆部７０に付着したノイズ要因物質を除去させれば、レーダ装置３０を動作不良から正常動作へと復帰させることができる。
［その他の実施形態］
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

　例えば、上記実施形態では、方位解析処理において到来方位を推定する方法として、ＭＵＳＩＣスペクトルに基づく推定方法（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＭＵＳＩＣ））を利用していたが、到来方位の推定方法は、これに限るものでない。

　すなわち、本発明において、到来方位を推定方法は、固有値分解の結果に基づく周知のＡＩＣ（Ａｋａｉｋｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）や、ＭＤＬ（Ｍｉｎｉｍｕｍ　ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ　ｌｅｎｇｔｈ）を用いても良いし、周知のＤＢＦを用いても良い。

　ただし、到来方位の推定方法としてＡＩＣを利用する場合には、付着検出処理のステップＳ５５０にて導出する評価値ＶＢは、赤池の情報量規範ＡＩＣ（１）とＡＩＣ（ｍ）との比較結果であることが好ましい。到来方位の推定方法としてＭＤＬを利用する場合には、付着検出処理のステップＳ５５０にて導出する評価値ＶＢは、情報量規範としてのＭＤＬ（１）とＭＤＬ（ｍ）との比較結果であることが好ましい。なお、ここでの括弧内の数値，符号は、情報量規範それぞれの順序を表す指標である。

　さらに、到来方位の推定方法としてＤＢＦを利用する場合には、周波数ピークのそれぞれに対する角度スペクトルのサイドローブの上昇度に基づいて評価値ＶＢを導出すればよい。これは、ＤＢＦによって到来方位を推定する場合、１つの物標に対して複数の到来波が存在すれば、電力指向性パターンは、１つの物標に対して１つの到来波が存在する場合に比べて、サイドローブの電力が上昇するためである。

　また、上記実施形態では、物標認識処理のステップＳ１９０にて付着検出処理を実行していたが、付着検出処理の実行タイミングはこれに限るものではなく、例えば、方位解析処理の終了直後でも良いし、方位解析処理において、ステップＳ３５０を実行した直後であっても良い。この場合、ステップＳ３５０にて推定した１つの周波数ピークに対する到来波の数を抽出ペアに対する到来波の数としても良い。

　つまり、付着検出処理は、１つの物標に対する到来波の数を推定可能なタイミングであれば、どのようなタイミングで実行されても良い。
　なお、上記実施形態では、本発明を適用するレーダ装置をＦＭＣＷレーダ装置としていたが、本発明を適用するレーダ装置は、これに限るものではない。すなわち、本発明が適用されるレーダ装置は、例えば、連続波をレーダ波として送受信するレーダ装置（例えば、２周波ＣＷレーダ）でも良いし、パルス状に変調されたレーダ波を送受信するレーダ装置（例えば、パルスレーダ）でも良い。

　換言すれば、本発明が適用されるレーダ装置は、レーダ波の送受信サイクルを、規定された周期で繰り返し実行すると共に、１つの物標に対する到来方位を推定可能なレーダ装置であれば、どのようなものでも良い。

１…走行支援システム
３０…レーダ装置
３１…発振器
３２…増幅器
３４…分配器
３６…送信アンテナ
３９…アンテナ
４０…受信アンテナ
４１…受信スイッチ
４２…増幅器
４３…ミキサ
４４…フィルタ
４５…Ａ／Ｄ変換器
４６…信号処理部
７０…被覆部
６０…走行支援ＥＣＵ

Claims (14)

1. 　送信アンテナからレーダ波を送信すると共に、前記送信アンテナから送信したレーダ波が反射されることで生じた到来波を、複数のアンテナ素子からなる受信アンテナにて受信する送受信サイクルを、予め規定された周期で繰り返し実行する送受信手段と、
   　前記レーダ波を透過する部材であり、かつ少なくとも前記受信アンテナの開口面を覆う被覆部と、
   　前記送受信手段にて送受信サイクルを実行するごとに、前記レーダ波を送受信した結果に基づいて、前記レーダ波を反射した物標それぞれを検出する物標検出手段と、
   　前記物標検出手段で検出した物標のそれぞれに対応する到来波が到来した方位である到来方位を推定する方位推定手段と、
   　前記方位推定手段での到来方位の推定の結果、１つの物標に対して複数の到来方位が存在する物標が前記物標検出手段で検出した全物標の中で占める割合である複数検出割合が、規定された規定割合以上である付着状態を検出する状態検出手段と、
   　前記状態検出手段にて付着状態であることを、規定された回数の送受信サイクルである規定サイクル回数に渡って検出すると、前記レーダ波を透過しノイズの要因となる物質が前記被覆部に付着しているものと判定する判定手段と
   　を備えるレーダ装置。
2. 　前記物標検出手段は、
   　前記受信アンテナで受信した到来波を周波数解析した結果に基づいて検出された周波数ピークそれぞれを、前記物標として検出するように構成され、
   　前記方位推定手段は、
   　前記周波数ピークのそれぞれについて、前記アンテナ素子の各々における受信信号の相関行列を導出し、その相関行列を固有値分解した結果から１つの物標に対する到来方位の数を推定するように構成された
   　請求項１に記載のレーダ装置。
3. 　前記状態検出手段は、
   　前記相関行列を固有値分解した結果である固有値の中で、値が最大の固有値である最大固有値と該最大固有値以外の各固有値である比較固有値との比を表す固有値比を導出する比率導出手段と、
   　前記比率導出手段で導出された固有値比のそれぞれが、１つの物標に対する前記到来波が１つであることを表すものとして予め規定された基準閾値以上であれば、前記１つの物標に対する到来方位の数が複数であるものと推定する波数推定手段と
   　を備える請求項２に記載のレーダ装置。
4. 　前記判定手段は、
   　前記付着状態であることの確からしさが高いほど、前記規定サイクル回数を低下させるように構成された
   　請求項３に記載のレーダ装置。
5. 　前記判定手段は、
   　前記物標検出手段で検出した物標の数が多いほど、前記付着状態であることの確からしさが高いものとするように構成された
   　請求項４に記載のレーダ装置。
6. 　前記判定手段は、前記複数検出割合が高いほど、前記付着状態であることの確からしさが高いものとするように構成された
   　請求項５に記載のレーダ装置。
7. 　前記判定手段は、
   　前記付着状態であることの確からしさが高いほど、前記規定サイクル回数を低下させるように構成された
   　請求項２に記載のレーダ装置。
8. 　前記判定手段は、
   　前記物標検出手段で検出した物標の数が多いほど、前記付着状態であることの確からしさが高いものとするように構成された
   　請求項７に記載のレーダ装置。
9. 　前記判定手段は、前記複数検出割合が高いほど、前記付着状態であることの確からしさが高いものとするように構成された
   　請求項８に記載のレーダ装置。
10. 　前記判定手段は、
    　前記付着状態であることの確からしさが高いほど、前記規定サイクル回数を低下させるように構成された
    　請求項１に記載のレーダ装置。
11. 　前記判定手段は、
    　前記物標検出手段で検出した物標の数が多いほど、前記付着状態であることの確からしさが高いものとするように構成された
    　請求項１０に記載のレーダ装置。
12. 　前記判定手段は、前記複数検出割合が高いほど、前記付着状態であることの確からしさが高いものとするように構成された
    　請求項１１に記載のレーダ装置。
13. 　前記判定手段は、前記複数検出割合が高いほど、前記付着状態であることの確からしさが高いものとするように構成された
    　請求項１０に記載のレーダ装置。
14. 　送信アンテナからレーダ波を送信すると共に、前記送信アンテナから送信したレーダ波が反射されることで生じた到来波を、複数のアンテナ素子からなる受信アンテナにて受信する送受信サイクルを、予め規定された周期で繰り返し実行する送受信手段と、
    　前記レーダ波を透過する部材であり、かつ少なくとも前記受信アンテナの開口面を覆う被覆部と、を備えたレーダ装置の到来波処理方法において、
    　前記送受信手段にて送受信サイクルを実行するごとに、前記レーダ波を送受信した結果に基づいて、前記レーダ波を反射した物標それぞれを検出し、
    　前記検出した物標のそれぞれに対応する到来波が到来した方位である到来方位を推定し、
    　前記到来方位の推定の結果、１つの物標に対して複数の到来方位が存在する物標が前記検出した全物標の中で占める割合である複数検出割合が、規定された規定割合以上である付着状態を示すと、前記付着状態であることを、規定された回数の送受信サイクルである規定サイクル回数に渡って検出し、
    　この検出がなされると、前記レーダ波を透過しノイズの要因となる物質が前記被覆部に付着しているものと判定する、
    　ことを特徴とするレーダ装置の到来波処理方法。

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