特開 2022-108639 ＦＭＣＷレーダ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022108639

(43)【公開日】2022-07-26

(54)【発明の名称】ＦＭＣＷレーダ装置

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/34 20060101AFI20220719BHJP

   H04B 1/10 20060101ALI20220719BHJP

【ＦＩ】

G01S13/34

H04B1/10 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021003746

(22)【出願日】2021-01-13

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和２年度、総務省、戦略的情報通信研究開発推進事業（ＳＣＯＰＥ）、電波有効利用促進型研究開発、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】504203572

【氏名又は名称】国立大学法人茨城大学

(71)【出願人】

【識別番号】509006691

【氏名又は名称】サクラテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】梅比良 正弘

(72)【発明者】

【氏名】武田 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】酒井 文則

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 健

【テーマコード（参考）】

5J070

5K052

【Ｆターム（参考）】

5J070AB17

5J070AC02

5J070AC06

5J070AE01

5J070AE09

5J070AF03

5J070AH14

5J070AH33

5J070AK35

5K052AA01

5K052BB02

5K052CC04

5K052DD04

5K052EE12

5K052FF03

5K052FF33

5K052GG12

5K052GG26

5K052GG48

5K052GG57

(57)【要約】

【課題】ビート信号の平均振幅に基づいて干渉を検出する閾値を設定するＦＭＣＷレーダ装置において、干渉を検出する閾値をより適切に設定できるようにする。
【解決手段】ＦＭＣＷレーダ装置は、時間とともに周波数が直線的に変化するように周波数変調した送信信号を送信するとともに、前記送信信号を対象物が反射した受信信号を受信し、前記受信信号と前記周波数変調したローカル信号とを乗算して得られるビート信号の周波数から前記対象物との距離を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、前記ビート信号の所定の期間の包絡線を検出する包絡線検出部と、前記包絡線検出部が検出した複数の包絡線を振幅の大きさに応じて並べ替えるソート部と、前記ソート部が並び替えた複数の包絡線のうち、所定の範囲の包絡線の振幅の平均値を基準として、干渉を検出する閾値を設定する閾値設定部と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

時間とともに周波数が直線的に変化するように周波数変調した送信信号を送信するとともに、前記送信信号を対象物が反射した受信信号を受信し、前記受信信号と前記周波数変調したローカル信号とを乗算して得られるビート信号の周波数から前記対象物との距離を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、
前記ビート信号の所定の期間の包絡線を検出する包絡線検出部と、
前記包絡線検出部が検出した複数の包絡線を振幅の大きさに応じて並べ替えるソート部と、
前記ソート部が並び替えた複数の包絡線のうち、所定の範囲の包絡線の振幅の平均値を基準として、干渉を検出する閾値を設定する閾値設定部と、
を有する、ＦＭＣＷレーダ装置。

【請求項2】

前記閾値設定部は、前記ソート部が並び替えた複数の包絡線のうち、振幅が小さい方から所定の範囲の包絡線の平均値を基準として、前記閾値を設定する、請求項１に記載のＦＭＣＷレーダ装置。

【請求項3】

前記所定の範囲を適応的に設定する範囲設定部を有し、
前記閾値設定部は、前記ソート部が並び替えた複数の包絡線のうち、前記範囲設定部が設定した前記所定の範囲の包絡線の振幅の平均値を基準として、前記閾値を設定する、請求項１又は２に記載のＦＭＣＷレーダ装置。

【請求項4】

前記範囲設定部は、前記包絡線検出部が検出した複数の包絡線の振幅の確率密度に基づいて、前記所定の範囲を設定する、請求項３に記載のＦＭＣＷレーダ装置。

【請求項5】

前記閾値設定部は、前記ソート部が並び替えた複数の包絡線のうち、前記所定の範囲の包絡線の振幅の平均値に、所定の係数を乗算して前記閾値を算出する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＦＭＣＷレーダ装置。

【請求項6】

前記ビート信号をＡＤ変換した信号データにおける、前記閾値より振幅が大きいデータのデータ位置を検出する干渉検出部を有し、
前記信号データから、前記データ位置を除外して前記対象物との距離を測定する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のＦＭＣＷレーダ装置。

【請求項7】

前記データ位置を中心に窓関数を設定し、前記信号データと乗算することにより、前記信号データから前記データ位置のデータを除外する干渉抑圧部を有する、請求項６に記載のＦＭＣＷレーダ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＦＭＣＷレーダ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

周波数が直線的に変化するように周波数変調したチャープ信号を送信し、対象物から反射して受信される信号とチャープ信号を乗算して得られるビート信号の周波数から対象物との距離を測定するＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ装置がある。

【0003】

また、ＦＭＣＷレーダ装置において、ビート信号の平均振幅に基づいて閾値を設定し、ビート信号と閾値とを比較して干渉信号を検出し、ビート信号に窓関数を乗算することにより干渉を抑圧する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１００９５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ＦＭＣＷレーダ装置において、干渉源となるＦＭＣＷレーダ信号が異なるチャープ率を持つ場合、及び干渉源となるＦＭＣＷレーダ信号が複数ある場合等には、干渉発生期間が長くなる場合がある。このような場合、ビート信号の平均振幅に基づいて干渉を検出する閾値を設定する方法では、干渉信号がないときより大きな値が閾値として設定されてしまうため、干渉検出ができず、干渉抑圧ができなくなるという問題がある。

【0006】

このような問題を解決するため、特許文献１には、干渉抑圧後のビート信号の振幅より算出した平均値を基準として新たな閾値を設定し、干渉の検出と抑圧を反復して行うことにより、干渉検出性能を向上させるレーダ装置が開示されている。

【0007】

しかし、この方法でも、干渉発生期間がさらに長くなると、最初の干渉検出において、干渉信号を含む全ての信号の振幅の平均値を基準として干渉を検出する閾値を設定するため、干渉信号がないときよりも閾値が大きな値に設定されてしまい、干渉検出ができず、干渉抑圧ができなくなる場合がある。

【0008】

本発明の一実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、ビート信号の平均振幅に基づいて干渉を検出する閾値を設定するＦＭＣＷレーダ装置において、干渉を検出する閾値をより適切に設定できるようにして、干渉検出、干渉抑圧を行うＦＭＣＷレーダ装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するため、本発明の一実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置は、時間とともに周波数が直線的に変化するように周波数変調した送信信号を送信するとともに、前記送信信号を対象物が反射した受信信号を受信し、前記受信信号と前記周波数変調したローカル信号とを乗算して得られるビート信号の周波数から前記対象物との距離を測定するＦＭＣＷレーダ装置であって、前記ビート信号の所定の期間の包絡線を検出する包絡線検出部と、前記包絡線検出部が検出した複数の包絡線を振幅の大きさに応じて並べ替えるソート部と、前記ソート部が並び替えた複数の包絡線のうち、所定の範囲の包絡線の振幅の平均値を基準として、干渉を検出する閾値を設定する閾値設定部と、を有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明の一実施形態によれば、ビート信号の平均振幅に基づいて干渉を検出する閾値を設定するＦＭＣＷレーダ装置において、干渉を検出する閾値をより適切に設定できるようにして、干渉検出、干渉抑圧を行うＦＭＣＷレーダ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成例を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係る包絡線検出処理及び閾値設定処理について説明するための図である。

【図3】第１の実施形態に係る干渉抑圧処理の例を示すフローチャートである。

【図4】第１の実施形態に係る干渉抑圧処理について説明するための図である。

【図5】第２の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成例を示す図である。

【図6】第２の実施形態に係る干渉抑圧処理の例を示すフローチャートである。

【図7】第２の実施形態に係る範囲設定処理について説明するための図（１）である。

【図8】第２の実施形態に係る範囲設定処理について説明するための図（２）である。

【図9】第２の実施形態に係る範囲設定処理について説明するための図（３）である。

【図10】ＦＭＣＷレーダ装置の構成例を示す図である。

【図11】ＦＭＣＷレーダ装置の動作について説明するための図である。

【図12】ＦＭＣＷレーダ装置における干渉について説明するための図である。

【図13】干渉抑圧機能を有するＦＭＣＷレーダ装置の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜ＦＭＣＷレーダ装置の概要＞
本発明の各実施形態に係るＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）レーダ装置の構成について説明する前に、ＦＭＣＷレーダ装置の概要について説明する。

【0013】

図１０は、ＦＭＣＷレーダ装置の構成例を示す図である。図１０に示すように、ＦＭＣＷレーダ装置１０は、例えば、波形発生器１１、電圧制御発振器１２、増幅器１３、低雑音増幅器１４、ミキサ１５、低域通過フィルタ１６、ＡＤ変換器（Analog-to-Digital Converter）１７、及びＤＳＰ（Digital Signal Processor）１８等を有する。

【0014】

波形発生器１１は、ＤＳＰ１８からの制御に従って、例えば、三角波、又はのこぎり波等の、所定の周期で電圧が直線的に変化する制御電圧を生成する。電圧制御発振器１２は、波形発生器１１が生成した制御電圧に応じて周波数が変化する周波数変調連続波（以下、ＦＭＣＷ信号と呼ぶ）を出力する高周波発振器である。増幅器１３は、電圧制御発振器１２が出力するＦＭＣＷ信号を増幅した信号（以下、送信信号と呼ぶ）を送信する電力増幅器である。低雑音増幅器１４は、増幅器１３が送信した送信信号を対象物が反射した信号（以下、受信信号と呼ぶ）を受信し、増幅する低雑音の増幅器である。

【0015】

ミキサ１５は、低雑音増幅器１４が増幅した受信信号と、電圧制御発振器１２が出力するＦＭＣＷ信号（以下、ローカル信号と呼ぶ）とを混合（乗算）してビート信号を出力する乗算器である。低域通過フィルタ１６は、ミキサ１５が出力するビート信号から、不要な周波数成分（例えば、受信信号、ローカル信号等）を除去するローパスフィルタである。ＡＤ変換器１７は、低域通過フィルタ１６から出力されるビート信号をディジタル信号に変換する。ＤＳＰ１８は、ＡＤ変換器１７が出力するディジタル信号に対してＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を行い、例えば、予め設定された閾値を上回るピークを検出して、ピークとなる周波数から対象物までの距離等を算出する。

【0016】

（ＦＭＣＷレーダ装置の動作）
図１１は、ＦＭＣＷレーダ装置の動作について説明するための図である。ＦＭＣＷレーダ装置１０は、波形発生器１１で三角波（又はのこぎり波等）等を生成し、これを電圧制御発振器１２に入力することにより、所定の周波数の範囲内で時間とともに周波数が直線的に変化するＦＭＣＷ信号を生成する。また、ＦＭＣＷレーダ装置１０は、生成したＦＭＣＷ信号を増幅器１３で増幅した送信信号２０を送信し、この送信信号２０が対象物で反射して、距離ｄに比例した遅延時間の後に受信される受信信号２１を受信する。さらに、ＦＭＣＷレーダ装置１０は、受信信号２１と、電圧制御発振器１２が出力するＦＭＣＷ信号であるローカル信号とをミキサ１５に入力することにより、遅延時間に比例したビート周波数を含むビート信号２３を得る。

【0017】

ここで、送信信号２０の周波数が降下する区間で得られるビート周波数をｆ_ＢＤ、上昇する区間で得られるビート周波数をｆ_ＢＵとすると対象物との距離ｄと相対速度ｖは、次の式（Ａ）、（Ｂ）で求められる。
ｄ＝ｃ・（ｆ_ＢＤ＋ｆ_ＢＵ）／（８Δｆ・ｆ_ｍ） ・・・（Ａ）
ｖ＝ｃ・（ｆ_ＢＤ－ｆ_ＢＵ）／（４ｆ_０） ・・・（Ｂ）
なお、式（Ａ）、（Ｂ）において、ｃは光速、ｆ_ｍは三角波の変調周波数、ｆ_０は送信信号２０の中心周波数である。このように、周波数増減区間ごとのビート周波数を計測し、その和と差を計算することにより、対象物との距離ｄと相対速度ｖを算出することができる。

【0018】

（干渉について）
ここで、同一周波数帯を用いるＦＭＣＷレーダ装置が２つ存在する場合を考える。この場合、一方のＦＭＣＷレーダ装置が送信する送信信号は、他方のＦＭＣＷレーダ装置への干渉信号となり得る。

【0019】

図１２は、ＦＭＣＷレーダ装置における干渉について説明するための図である。図１２（Ａ）は狭帯域干渉を示しており、図１２（Ｂ）は広帯域干渉を示している。

【0020】

図１２（Ａ）において、ＦＭＣＷレーダ装置１０が、送信信号３１を送信し、送信信号３１を対象物が反射した受信信号３２とともに、受信信号３２と同じ傾きの干渉信号３３を受信したものとする。この場合、ビート信号に含まれる干渉信号３３のビート周波数３４は、受信信号３２のビート周波数３５と同様に一定値となる。従って、ビート信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した周波数スペクトラムには、ノイズフロア３８を上回る受信信号３２のビート周波数３６に加えて、干渉信号３３のビート周波数３７がゴーストターゲットとして観測される。このような干渉は狭帯域干渉と呼ばれる。

【0021】

また、図１２（Ｂ）において、ＦＭＣＷレーダ装置１０が、送信信号３１を送信し、送信信号３１を対象物が反射した受信信号３２とともに、受信信号３２と異なる傾きの干渉信号３９を受信したものとする。この場合、ビート信号に含まれる干渉信号３９のビート周波数４０は、例えば、Ｖ型のように広帯域に渡って変化し、低域通過フィルタ１６を通過する周波数の場合に干渉が発生する。この干渉は、インパルス状の信号として、受信信号３２によるビート周波数３５に重畳して受信される。従って、ビート信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した周波数スペクトラムには、白色雑音と同様のスペクトラムが重畳され、ノイズフロア３８が高くなるため、ＳＮＲ（Signal-to-Noise Ratio）が低下し、遠方のターゲットの検出が困難になる。このような干渉は広帯域干渉と呼ばれる。

【0022】

（干渉抑圧機能を有するＦＭＣＷレーダ装置）
広帯域干渉による雑音の増加、すなわちＳＮＲの低下により、遠方の対象物の検出性能が低下し、ターゲットの不検出率が増加する問題が知られており、広帯域干渉による雑音の増加を軽減する手段が求められている。

【0023】

図１３は、干渉抑圧機能を有するＦＭＣＷレーダ装置の構成例を示している。図１３に示すＦＭＣＷレーダ装置１０は、図１０で説明したＦＭＣＷレーダ装置１０と同様のハードウェア構成を有しており、ＤＳＰ１８内に、信号振幅検出部４１、閾値設定部４２、干渉検出部４３、干渉抑圧部４４、距離測定部４５、及び速度測定部４６等を備えている。

【0024】

信号振幅検出部４１は、ビート信号の振幅を検出する。閾値設定部４２は、ビート信号の振幅の平均値を算出し、この平均値を基準として干渉を検出する閾値（以下、干渉検出閾値と呼ぶ）を設定する。干渉検出部４３は、閾値設定部４２が設定した干渉検出閾値より振幅が大きいデータのデータ位置を検出する。干渉抑圧部４４は、干渉検出部４３で検出されたデータ位置を中心として、窓関数をデータに乗算することにより干渉を抑圧する。距離測定部４５は、干渉抑圧部４４が出力する干渉抑圧後の信号に基づいて、対象物までの距離を算出する。速度測定部４６は、干渉抑圧部４４が出力する干渉抑圧後の信号に基づいて、対象物の速度を算出する。ここで、閾値設定部４２においては、例えば、信号振幅検出部４１で検出された振幅の平均値を算出し、この平均値に所定の係数Ｋを乗算した値等を、干渉検出閾値として設定する。

【0025】

（課題）
ここで、干渉源となるＦＭＣＷレーダ信号が異なるチャープ率を持つ場合には、干渉発生期間が長くなる場合がある。また、受信される干渉源のレーダ信号の電力や対象物で反射して受信される信号の電力も様々である。従って、図１３に示すように、干渉信号を含む信号の振幅の平均値を基準として干渉検出閾値を設定するＦＭＣＷレーダ装置１０では、干渉信号がないときより大きな値が干渉検出閾値として設定されてしまうという問題が発生する。また、同じチャープ率のＦＭＣＷレーダ信号であったとしても、干渉源となるＦＭＣＷレーダ信号が複数ある場合には、同様に干渉信号がないときより大きな値が干渉検出閾値として設定されてしまうという問題が発生する。このように、従来の技術では、干渉検出閾値が適切に設定されず、干渉信号の不検出により、ノイズフロアの増加することによりＳＮＲが低下し、対象物の検出性能が低下するという問題がある。

【0026】

この課題を解決するため、特許文献１には、図１３に示すような干渉抑圧機能を有するＦＭＣＷレーダ装置１０において、干渉抑圧後のビート信号の振幅から算出した平均値を基準として新たな閾値を設定し、干渉の検出と抑圧を反復して行う技術が提案されている。しかし、このようなＦＭＣＷレーダ装置１０では、干渉の検出と抑圧を反復して行うため、信号処理時間が一定とならず、干渉の状況によって長い信号処理時間を要する問題がある。また、干渉発生の継続期間が長くなると、最初の干渉検出において、干渉信号を含むすべての信号の振幅の平均値を基準として干渉検出閾値を設定するため、干渉信号がないときより大きな値が干渉検出閾値として設定されるため、干渉抑圧性能が低下するという問題がある。

【0027】

本発明の各実施形態は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、ビート信号の平均振幅に基づいて干渉を検出する閾値を設定するＦＭＣＷレーダ装置において、干渉を検出する閾値をより適切に設定できるようにして、干渉抑圧性能の低下が起こらないようにする。

【0028】

［第１の実施形態］
以下に、本発明の第１の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

【0029】

＜ＦＭＣＷレーダ装置の構成＞
図１は、第１の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成例を示す図である。ＦＭＣＷレーダ装置１００は、図８で説明したＦＭＣＷレーダ装置１０と同様に、波形発生器１１、電圧制御発振器１２、増幅器１３、低雑音増幅器１４、ミキサ１５、低域通過フィルタ１６、ＡＤ変換器１７、及びＤＳＰ１８等を有する。

【0030】

また、第１の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１００は、ＤＳＰ１８により、例えば、包絡線検出部１０１、ソート部１０２、閾値設定部１０３、干渉検出部１０４、干渉抑圧部１０５、距離測定部１０６、速度測定部１０７、及び制御部１０８等を実現している。なお、ＤＳＰ１８が実現している各構成要素のうち、少なくとも一部は、ハードウェアによって実現されるものであっても良い。また、ＦＭＣＷレーダ装置１００は、コンピュータの構成を備え、ＤＳＰ１８が実現している各構成要素のうち、少なくとも一部を、コンピュータによって実行されるプログラムによって実現しても良い。

【0031】

波形発生器１１は、ＤＳＰ１８からの制御に従って、例えば、三角波、又はのこぎり波等の、所定の周期で電圧が直線的に変化する制御電圧を生成する。電圧制御発振器１２は、波形発生器１１が生成した制御電圧に応じて周波数が変化するＦＭＣＷ信号を出力する。増幅器１３は、電圧制御発振器１２が出力するＦＭＣＷ信号を増幅し、増幅した送信信号を送信する。低雑音増幅器１４は、増幅器１３が送信した送信信号を対象物が反射した受信信号を受信し、増幅する。

【0032】

ミキサ１５は、低雑音増幅器１４が増幅した受信信号と、電圧制御発振器１２が出力するローカル信号とを混合（乗算）して２つの信号の周波数差の周波数を持つビート信号を出力する。低域通過フィルタ１６は、ミキサ１５が出力するビート信号から、不要な周波数成分（例えば、受信信号、ローカル信号等）を除去する。ＡＤ変換器１７は、低域通過フィルタ１６から出力されるビート信号をディジタル信号（信号データ）に変換する。

【0033】

包絡線検出部１０１は、ビート信号の所定の期間の包絡線を検出する。例えば、包絡線検出部１０１は、ＡＤ変換器１７がビート信号をＡＤ変換した信号データから、ビート信号の包絡線を検出する包絡線検出処理を実行する。

【0034】

（包絡線検出について）
対象物との距離に応じて受信信号のレベルが変動するため、干渉検出閾値の設定においては、ターゲットが反射した受信信号の受信平均電力に相当する信号レベルを基準として、干渉検出閾値を設定することが望ましい。例えば、ビート信号の振幅の平均値を算出し、予め設定した所定の係数Ｋを乗算した値を干渉検出閾値として干渉信号を検出することを考える。ここで、所定の係数Ｋは、ノイズフロアの振幅のばらつきにより、ノイズが対象物として誤検知されないように、予め定められた係数である。

【0035】

レーダ間干渉によるインパルス状の干渉信号の発生期間が十分短ければ、特に処理を行わなくても干渉検出閾値を適切な値に設定することができる。しかし、干渉信号の発生期間が長い場合は、対象物によるビート信号に大きなレベルの干渉信号が長時間重畳されるため、その振幅の平均値は、干渉信号がないときの振幅の平均値よりも大きくなり、所定の係数Ｋを乗算して設定した干渉検出閾値も大きくなる。従って、ここで設定された干渉検出閾値より小さい振幅の干渉信号を検出することができなくなり、ＦＭＣＷレーダ装置１００の干渉検出性能が低下する。

【0036】

そこで、本実施形態では、受信信号とローカル信号とを乗算して得られるビート信号をＡＤ変換した信号から包絡線を検出し、信号が取り得る振幅の値の種類を少なくする。

【0037】

図２は、第１の実施形態に係る包絡線検出処理、及び閾値設定処理について説明するための図である。例えば、図２において、希望信号のビート信号をＡｓｉｎ（ωｔ）とすると、ビート信号の振幅は０～Ａで変動するが、包絡線２０２を検出すると、一定値Ａとなる。また、干渉信号のビート信号の振幅をＢとし、Ｂ>>Ａとすると、干渉信号が存在する期間ｔにおける包絡線を検出すると、一定値Ｂとなる。なお、一般に、干渉信号は干渉源のレーダから直接受信されるため、対象物から反射して受信される信号に比べて大きくなることからＢ>>Ａとなる。

【0038】

包絡線検出部１０１は、例えば、図２に示すような所定の期間の包絡線２０２を、繰り返し検出する。これにより、包絡線検出部１０１は、例えば、図２に示すように、所定の期間において０～Ｂまで振幅が変動するビート信号２０１を振幅Ａと振幅Ｂの２種類の大きさの信号に変換することができる。

【0039】

ソート部１０２は、包絡線検出部１０１が検出した複数の包絡線を振幅の大きさに応じて並べ替えるソート処理を実行する。例えば、ソート部１０２は、包絡線検出部１０１が検出した複数の包絡線２０２の振幅に対して、振幅が小さい方（又は大きい方）から順に並べ替える。

【0040】

閾値設定部１０３は、ソート部１０２が並び替えた複数の包絡線のうち、所定の範囲の包絡線の振幅の平均値を基準として、干渉検出閾値を設定する閾値設定処理を実行する。例えば、閾値設定部１０３は、ソート部１０２が並び替えた複数の包絡線のうち、所定の範囲の包絡線の振幅の平均値に、前述した所定の係数Ｋを乗算して干渉検出閾値を算出する。

【0041】

複数の包絡線の数（サンプル数）をＮ（Ｎは２以上の整数）とすると、並び替えた包絡線の所定の範囲の振幅値の平均値、例えば、振幅の小さいものから順に並び替えた場合、１～Ｎ／２までの平均をとれば、干渉信号の継続時間が全体の１／２以下であれば、希望信号のビート信号の包絡線Ａを検出できることになる。この平均値は、本来検出したいビート信号の包絡線振幅であり、これより大きいものが干渉信号となる。

【0042】

好ましくは、閾値設定部１０３が、包絡線の振幅の平均値を算出する所定の範囲は、想定する希望信号と干渉信号の継続時間等に基づいて設定する。例えば、ビート信号の周波数が低く、検出した包絡線の大きさが変動する場合は、例えばＮ／４～Ｎ／２までの平均をとって希望信号のビート信号の包絡線を検出すれば良い。このとき、干渉信号の継続時間が全体の１／２以下であれば、適切に希望信号のビート信号の包絡線を検出することができる。従って、干渉検出閾値が観測レーダ信号の振幅を基準とした干渉検出閾値もより大きな値に設定されることはなくなり、干渉信号を適切に検出することが可能になる。

【0043】

干渉検出部１０４は、ビート信号をＡＤ変換した信号データから、閾値設定部１０３が設定した干渉検出閾値より振幅が大きいデータのデータ位置を検出する干渉検出処理を実行する。例えば、干渉検出部１０４は、図２に示すようなビート信号２０１のうち、閾値設定部１０３が設定した干渉検出閾値Ｒｔhより振幅が大きいデータの期間ｔの位置を検出する。

【0044】

干渉抑圧部１０５は、干渉検出部１０４が検出したデータ位置を中心に窓関数を設定し、ビート信号の信号データと乗算することにより、ビート信号の信号データから、干渉検出部１０４が検出したデータ位置を中心とした窓における値を０とする。これにより、ビート信号に含まれる干渉信号を抑圧することができる。なお、干渉抑圧部１０５が干渉を抑圧する方法はこれに限られない。例えば、干渉抑圧部１０５は、干渉検出部１０４が検出したデータ位置の振幅を圧縮するもの等であっても良い。

【0045】

距離測定部１０６は、干渉抑圧部１０５が出力するデータ信号を高速フーリエ変換（第１のＦＦＴ）し、対象物に対応するスペクトルの周波数に基づいて、対象物までの距離を測定する。例えば三角波の周波数変調を行う場合は、式（Ａ）の演算を行い、距離を算出する。速度測定部１０７は、例えば三角波の周波数変調を行う場合は式（Ｂ）の演算を行い、対象物の速度等を測定する。のこぎり波の周波数変調を行う場合は、さらに高速フーリエ変換（第２のＦＦＴ）を行い、対象物の速度等を測定する。制御部１０８は、例えば、ＦＭＣＷレーダ装置１００の動作タイミング等を設定する。

【0046】

＜処理の流れ＞
続いて、第１の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１００における閾値設定方法、及び干渉抑圧方法の処理の流れについて説明する。

【0047】

図３は、第１の実施形態に係る干渉抑圧処理の例を示すフローチャートの例である。この処理は、ＡＤ変換器１７がＡＤ変換したＮ個のデータ系列をｒ（ｉ）とし、この信号データに対して、図１に示すＤＳＰが実行する信号処理の一部を示している。

【0048】

ステップＳ３０１において、ＤＳＰ１８は、ＡＤ変換器１７がビート信号をＡＤ変換したＮ個のデータ系列ｒ（ｉ）（ｉ＝１～Ｎ）を、入力データ（信号データ）として取得する。

【0049】

ステップＳ３０２において、包絡線検出部１０１は、入力データｒ（ｉ）の絶対値をとり、例えば、所定の区間の最大値の検出、或いは、低域通過フィルタを通して、包絡線Ｒ（ｉ）を検出する。

【0050】

ステップＳ３０３において、ソート部１０２は、包絡線Ｒ（ｉ）を大きさの順に並べ替えて、Ｒ'（ｉ）を得る。

【0051】

ステップＳ３０４において、閾値設定部１０３は、ソート部１０２が並べ替えた信号データ、Ｒ'（ｉ）のうち、所定の範囲、例えば、ｉ＝Ｌ～Ｍ（＜Ｎ）の範囲の平均値を算出し、算出した平均値を基準として干渉検出閾値Ｒ_ｔｈを設定する。例えば、閾値設定部１０３は、次の式（１）を用いて、算出した平均値に所定の係数Ｋを乗算して干渉検出閾値Ｒ_ｔｈを算出する。

【0052】

【数1】

式（１）において、Ｌ、Ｍ、Ｋは、設計パラメータであり、Ｋは、例えば、干渉がない場合に、希望信号であるビート信号を干渉として検出しないように、１より大きな値、例えば２程度の大きさに設定する。また、所定の範囲Ｌ～Ｍは、想定する希望信号と干渉信号の継続時間等に基づいて設定する。例えば、干渉信号の継続時間が全体の１／２以下であれば、所定の範囲Ｌ～Ｍを、１～Ｎ／２に設定する。また、別の一例として、所定の範囲Ｌ～Ｍは、第２の実施形態で後述するように、ＦＭＣＷレーダ装置１００が、干渉の状況に応じて適応的に設定しても良い。

【0053】

なお、対象物からのビート信号の振幅は、対象物が近くに存在する場合、あるいは対象物の反射断面積が大きい場合には大きくなり、逆の場合には小さくなる。従って、このように、ビート信号の包絡線の平均値を基準にして干渉検出閾値Ｒ_ｔｈを設定することにより、ビート信号の大きさに応じた、より適切な干渉検出閾値Ｒ_ｔｈを設定することができる。

【0054】

ステップＳ３０５において、干渉検出部１０４は、ビート信号をＡＤ変換した信号データにおける干渉検出閾値より振幅が大きいデータのデータ位置を検出する。例えば、干渉検出部１０４は、Ｒ（ｉ）＞Ｒ_ｔｈとなるＱ（ｉ）を「０」とし、Ｒ（ｉ）≦Ｒ_ｔｈとなるＱ（ｉ）を「１」と設定して、干渉検出点データであるＱ（ｉ）を取得する。

【0055】

ステップＳ３０６において、干渉抑圧部１０５は、干渉検出部１０４が検出したデータ位置を中心に窓関数を設定し、ビート信号をＡＤ変換した信号データと乗算することにより、干渉検出部１０４が検出したデータ位置の干渉信号を含む信号データを抑圧する。例えば、干渉抑圧部１０５は、ビート信号をＡＤ変換した信号データＳ（ｉ）＝ｒ（ｉ）に、窓関数Ｗ（ｊ－ｉ）を乗算して、干渉抑圧出力Ｓ（ｊ）を得る。

【0056】

ステップＳ３０７において、干渉抑圧部１０５は、干渉抑圧出力Ｓ（ｊ）を、例えば、距離測定部１０６等に出力する。

【0057】

図４は、第１の実施形態に係る干渉抑圧処理について説明するための図である。図４（Ａ）は、干渉信号４０４を含む信号データ４０１と、干渉検出閾値４０２の一例のイメージを示している。干渉抑圧部１０５は、このような信号データ４０１に、例えば、図４（Ｂ）に示すように、干渉信号４０４の位置をＷ（ｉ）＝０、それ以外をＷ（ｉ）＝１とした窓関数Ｗ（ｉ）を乗算する。これにより、例えば、図４（Ｃ）に示すように、信号データ４０１から、干渉信号４０４を除外した信号データ４０５が得られる。なお、図４（Ｂ）では、２Ｗ＋１の幅でＷ（ｉ）＝０とする矩形の窓関数を用いているが、二乗余弦窓、台形窓等、他の様々な窓関数を適用しても良い。

【0058】

距離測定部１０６は、上記の信号処理により得られた信号データ４０５を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して、電力周波数スペクトラムのピークとその周波数を検出することにより、対象物の検出と、対象物までの距離の測定を行う。

【0059】

以上、第１の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１００によれば、ビート信号の平均振幅に基づいて干渉検出閾値を設定するＦＭＣＷレーダ装置１００において、干渉検出閾値をより適切に設定できるようになる。例えば、ＦＭＣＷレーダ装置１００は、干渉信号４０４を除外した信号データ４０５の振幅の平均値を基準として干渉検出閾値を設定するので、干渉信号がないときより大きな値が干渉検出閾値として設定されてしまうという従来技術の問題点を解決できる。また、干渉の状況によって長い信号処理時間を要する場合があるという問題点も解決することができる。

【0060】

［第２の実施形態］
第１の実施形態において、ＦＭＣＷレーダ装置１００の閾値設定部１０３が、ソート部１０２が並び替えた複数の包絡線のうち、予め定められた所定の範囲の包絡線の振幅の平均値を基準として、干渉検出閾値を設定する方法について説明した。この方法では、干渉の条件に応じて、適切な平均値の算出範囲を予め設定していたため、例えば、干渉の条件が変わると、干渉抑圧性能が低下する場合があった。

【0061】

そこで、第２の実施形態では、ＦＭＣＷレーダ装置１００が、包絡線の振幅の平均値の算出範囲（所定の範囲）を適応的に設定する範囲設定部を有する場合の例について説明する。

【0062】

＜ＦＭＣＷレーダ装置の構成＞
図５は、第２の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置の構成例を示す図である。図５に示すように、第２の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１００は、図１で説明した第１の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１００の構成に加えて、範囲設定部５０１を有している。

【0063】

＜処理の流れ＞
図６は、第２の実施形態に係る干渉抑圧処理の例を示すフローチャートである。図６に示す処理のうち、ステップＳ３０１～Ｓ３０３、Ｓ３０４～Ｓ３０７の処理は、図３で説明した第１の実施形態に係る干渉抑圧処理と同様である。

【0064】

第２の実施形態では、ステップＳ３０４において、閾値設定部１０３が干渉検出閾値を設定する前に、ステップ６０１において、範囲設定部５０１が、並べ替えした包絡線データＲ'（ｉ）（ｉ＝１～Ｎ）に基づいて、平均値の算出範囲Ｌ、Ｍを設定する。これにより、干渉の条件が変わった場合でも、干渉の条件に応じて、より適切な平均値の算出範囲Ｌ、Ｍを設定することができる。

【0065】

（範囲設定処理について）
範囲設定部５０１による範囲設定処理について説明する前に、第１の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１００において、干渉の条件によって、干渉抑圧性能が低下する場合の例について説明する。

【0066】

図７（Ａ）は、干渉信号の時間率が２５％である場合における、干渉信号７０２を含むビート信号７０１、及びその包絡線７０３と、包絡線７０３の大きさにより並べ替えた後の包絡線ｘの確率密度関数ｐ（ｘ）、及び確率分布関数Ｐ（ｘ）の模式図である。なお、図７（Ａ）において、希望信号の振幅Ａ＝１、干渉信号７０２の振幅Ｂ＝１００、サンプル数Ｎ＝５１２であるものとする。ここで、平均値の算出範囲Ｌ、Ｍを、予めＬ＝６４、Ｍ＝３８４と設定した場合、希望信号の時間比率が７５％であるため、２５６サンプルの包絡線信号の平均値は、ほぼ希望信号の振幅の大きさと等しくなる。

【0067】

図７（Ｂ）は、干渉信号の時間率が５０％である場合における、干渉信号７１２を含むビート信号７１１、及びその包絡線７１３と、包絡線７１３の大きさにより並べ替えた後の包絡線ｘの確率密度関数ｐ（ｘ）、及び確率分布関数Ｐ（ｘ）の模式図である。図７（Ｂ）において、希望信号の振幅Ａ＝１、干渉信号７０２の振幅Ｂ＝１００、サンプル数Ｎ＝５１２であるものとする。ここで、平均値の算出範囲Ｌ、Ｍを、予めＬ＝６４、Ｍ＝３８４と設定した場合、希望信号の時間比率が５０％であるため、２５６サンプルの包絡線信号の平均値は、２５６の中に１２８サンプルの干渉信号の包絡線Ｂが含まれることになる。

【0068】

例えば、希望信号の包絡線の振幅Ａ＝１、干渉信号の包絡線の振幅Ｂ＝１００とすると、干渉信号の時間率が２５％である場合、包絡線の平均値は、１×２５６／２５６＝１である。一方、干渉信号の時間率が２５％である場合、包絡線の平均値は、（１×１２８＋１００×１２８）／２５６＝５０．５となる。従って、所定の係数Ｋ＝２として包絡線の平均値の２倍以上の大きさの信号を干渉信号として検出する場合、干渉検出閾値は５０．５×２＝１０１となり、干渉信号を検出できなくなる。

【0069】

第２の実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１００は、この問題を解決する手段を提供するものであり、希望信号の包絡線の平均値をとる範囲であるＬとＭを適応的に設定して、干渉信号が平均値の計算に与える影響を低減する。

【0070】

範囲設定部５０１が、希望信号の包絡線の平均値をとる範囲であるＬとＭを適応的に設定する範囲設定処理には、様々な手法が考えられる。ここでは、範囲設定部５０１による範囲設定処理の一例について説明する。

【0071】

図８（Ａ）は、干渉信号の時間率が２５％である場合における、干渉信号８０２を含むビート信号８０１、及びその包絡線８０３と、包絡線８０３の大きさにより並べ替えた後の包絡線ｘの確率密度関数ｐ（ｘ）、及び確率分布関数Ｐ（ｘ）の模式図である。

【0072】

第２の実施形態では、範囲設定部５０１は、並べ替えした包絡線データＲ'（ｉ）（ｉ＝１～Ｎ）に基づいて、包絡線ｘの確率密度関数ｐ（ｘ）、すなわちヒストグラムを作成する。このヒストグラムを用いて、振幅の小さい順に確率密度のピークをサーチして検出すると、ピークを持つＡ'が検出される。この振幅Ａ'は希望信号の包絡線Ａと近い値であり、例えばＡ'の±２０％の範囲の振幅Ｒ'（ｉ）＝０．８Ａ'となるｉをＬ、Ｒ'（ｉ）＝１．２Ａ'となるｉをＭとして、Ｒ'（ｉ）（ｉ＝１～Ｎ）の平均をとる範囲Ｌ、Ｍを定める。また、このＬ、Ｍを用いて、Ｒ'（ｉ）の平均値を計算することにより、干渉信号８０２のデータが除外され、包絡線の振幅値の平均値を算出する範囲を適応的に設定することが可能になる。なお、Ａ'の範囲の割合は適切な範囲であれば２０％でなくても良く、設計パラメータとなる。

【0073】

図８（Ｂ）は、干渉信号の時間率が５０％である場合における、干渉信号８１２を含むビート信号８１１、及びその包絡線８１３と、包絡線８１３の大きさにより並べ替えた後の包絡線ｘの確率密度関数ｐ（ｘ）、及び確率分布関数Ｐ（ｘ）の模式図である。

【0074】

この場合も、範囲設定部５０１は、作成したヒストグラムを用いて、振幅の小さい順に確率密度のピークをサーチして検出することにより、ピークを持つＡ'を検出することができる。これは、干渉信号８１２の振幅Ｂが希望信号の振幅Ａより小さい場合、希望信号にマスクされ、干渉信号８１２の振幅Ｂがヒストグラムに現れないためである。このように、干渉信号の状態が変化した場合でも、範囲設定部５０１は、包絡線の振幅値の平均値を算出する範囲を適応的に設定し、ビート信号８１１から干渉信号８１２を除外することができる。

【0075】

続いて、範囲設定部５０１による範囲設定処理の別の一例について説明する。

【0076】

図９（Ａ）は、干渉信号の時間率が２５％である場合における、干渉信号８０２を含むビート信号８０１、及びその包絡線８０３と、包絡線８０３の大きさにより並べ替えた後の包絡線ｘの確率密度関数ｐ（ｘ）、及び確率分布関数Ｐ（ｘ）の模式図である。

【0077】

範囲設定部５０１は、作成したヒストグラムを用いて、例えば、Ｌ＝１と固定し、Ｍのみを設定しても良い。この場合、平均値をとるための振幅ｘの範囲を設定するため、全体の平均値を計算すると、その平均値はＡより大きく、Ｂより小さくなる。図９（Ａ）において、Ａ＝１、Ｂ＝１００とすると、（１×３８４＋１００×１２８）／５１２＝２５．７５となり、包絡線の振幅の大きさの順に並べ替えたＲ'（ｉ）（ｉ＝１～Ｎ）において、２５．７５となるｉをサーチし、Ｍを設定する。これにより、干渉信号９０２の部分、Ｂ＝１００を除外して、包絡線の振幅値の平均値を算出する範囲を適応的に設定することが可能になる。

【0078】

図９（Ｂ）は、干渉信号の時間率が５０％である場合における、干渉信号９１２を含むビート信号９１１、及びその包絡線９１３と、包絡線９１３の大きさにより並べ替えた後の包絡線ｘの確率密度関数ｐ（ｘ）、及び確率分布関数Ｐ（ｘ）の模式図である。

【0079】

この場合でも、Ａ＝１、Ｂ＝１００とすると、（１×２５６＋１００×２５６）／５１２＝５０．５となり、包絡線の振幅の大きさの順に並べ替えたＲ'（ｉ）（ｉ＝１～Ｎ）において、５０．５となるｉをサーチし、Ｍを設定することで、干渉信号の部分、Ｂ＝１００を除外して、包絡線の振幅値の平均値を算出する範囲を適応的に設定できる。

【0080】

図８、図９で説明した実施例以外にも、確率分布関数の変曲点となる振幅を検出して、包絡線の振幅の大きさの順に並べ替えたＲ'（ｉ）（ｉ＝１～Ｎ）において、その振幅となるｉをサーチし、Ｌ、Ｍを設定する手法等、様々なバリエーションが考えられるが、これらは全て本発明に包含される。

【0081】

以上、本発明の各実施形態によれば、ビート信号の平均振幅に基づいて干渉を検出する閾値を設定するＦＭＣＷレーダ装置において、干渉を検出する閾値をより適切に設定できるようになる。

【0082】

＜利用シーンの例＞
将来、自動運転や運転者支援システムが普及すると、周囲の人や障害物、他の車両等との距離、位置などの周囲環境を検出するために利用されるレーダを搭載した車両数が増加するため、近距離の車両から送信される複数のレーダ信号が干渉信号として受信される。

【0083】

このレーダ間の干渉に発生する広帯域干渉、および狭帯域干渉を回避する技術、あるいは干渉が発生しても、これによるターゲットの誤検出や不検出が発生しないようにする技術が求められている。特に、自動運転のような応用においては、ターゲットの誤検出や不検出が、交通事故につながることになるため、この干渉を回避、除去する技術は極めて重要となる。

【0084】

本発明の各実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１００は、他の複数のレーダ装置による干渉、特に広帯域干渉を効果的に低減することができるので、自動運転や運転者支援システム等の機能を搭載した、例えば、自動車等の車両に好適に適用することができる。なお、本発明の各実施形態に係るＦＭＣＷレーダ装置１００は、自動車等の車両に限られず、様々な用途に適用可能であることは言うでもない。

【0085】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されない。本発明は、特許請求の範囲に記載された範囲内において、各種の変更、応用、及び組み合わせが可能であり、それらについても本発明の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0086】

１００ ＦＭＣＷレーダ装置
１０１ 包絡線検出部
１０２ ソート部
１０３ 閾値設定部
１０４ 干渉検出部
１０５ 干渉抑圧部
５０１ 範囲設定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】