特開 2025-8060 方位推定装置、方位推定方法

(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】P2025008060

(43)【公開日】2025-01-20

(54)【発明の名称】方位推定装置、方位推定方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/02 20060101AFI20250109BHJP

   G01S 13/931 20200101ALI20250109BHJP

   G01S 13/34 20060101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

G01S7/02 218

G01S13/931

G01S13/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023109910

(22)【出願日】2023-07-04

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】520124752

【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110001128

【氏名又は名称】弁理士法人ゆうあい特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿南 裕穂

【テーマコード（参考）】

5J070

【Ｆターム（参考）】

5J070AB17

5J070AB24

5J070AC01

5J070AC02

5J070AC06

5J070AC13

5J070AD05

5J070AD08

5J070AD09

5J070AF03

5J070AH35

(57)【要約】

【課題】方位依存誤差を改善することが可能な方位推定装置および方位推定方法を提供する。
【解決手段】方位推定装置として機能するレーダ装置１は、記憶部３２と、理想のモードベクトルを補正するとともに、モードベクトルの補正結果と受信部２０で受信される反射波に対応する受信信号とを用いて方位を推定するプロセッサ３１と、を備える。記憶部３２には、受信部２０の視野角の範囲において２以上の整数であるＮ個に区分された校正区間ごとに最適化された行列要素値を有する複数の校正行列Ｑが記憶されている。そして、プロセッサ３１は、記憶部３２に記憶された複数の校正行列Ｑを用いて校正区間ごとにモードベクトルを補正する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物標で反射した反射波のレーダ装置（１）への到来角を前記物標の方位として推定する方位推定装置であって、
記憶部（３２）と、
前記反射波の前記到来角に応じた位相を示すモードベクトルを補正する補正部（３１ａ）と、
前記補正部での前記モードベクトルの補正結果である補正モードベクトルと、前記レーダ装置の受信部で受信される前記反射波に対応する受信信号とを用いて、前記方位を推定する方位推定部（３１ｂ）と、を備え、
前記記憶部には、前記受信部の視野角の範囲において２以上の整数であるＮ個に区分された校正区間ごとに最適化された行列要素値を有する複数の校正行列が記憶されており、
前記補正部は、前記記憶部に記憶された複数の前記校正行列を用いて前記校正区間ごとに前記モードベクトルを補正する、方位推定装置。

【請求項2】

前記記憶部には、第１手法によって求められた第１校正行列および前記第１手法とは異なる第２手法によって求められた第２校正行列のうち、前記方位の推定誤差が小さくなるものが前記最適化された前記行列要素値を有する前記校正行列として記憶されている、請求項１に記載の方位推定装置。

【請求項3】

前記第１手法は、既知の前記到来角である既知到来角から受信した前記受信信号または前記受信信号の固有値分解から得られる信号部分空間と、前記既知到来角によって決まる理想の前記モードベクトルとを用いて前記第１校正行列を求める手法であり、
前記第２手法は、前記受信信号の固有値分解から得られる雑音部分空間と、前記既知到来角によって決まる理想の前記モードベクトルとを用いて前記第２校正行列を求める手法である、請求項２に記載の方位推定装置。

【請求項4】

前記記憶部には、前記第１校正行列および前記第２校正行列を求める際に用いられていない前記受信信号に基づいて前記方位を推定した際の前記推定誤差が小さくなるものが前記最適化された前記行列要素値を有する前記校正行列として記憶されている、請求項３に記載の方位推定装置。

【請求項5】

物標で反射した反射波のレーダ装置（１）への到来角を前記物標の方位として推定する方位推定方法であって、
前記反射波の前記到来角に応じた位相を示すモードベクトルを補正する補正ステップ（Ｓ１３０、Ｓ２４０）と、
前記補正ステップでの前記モードベクトルの補正結果である補正モードベクトルと、前記レーダ装置の受信部で受信される前記反射波に対応する受信信号とを用いて、前記方位を推定する方位推定ステップ（Ｓ１４０、Ｓ２４０）と、を備え、
前記受信部の視野角の範囲において２以上の整数であるＮ個に区分された校正区間ごとに最適化された行列要素値を有する複数の校正行列を求める校正ステップ（Ｓ２７０）と、を含み、
前記補正ステップでは、前記校正ステップで求めた複数の前記校正行列を用いて前記校正区間ごとに前記モードベクトルを補正する、方位推定方法。

【請求項6】

既知の前記到来角である既知到来角から受信した前記受信信号または前記受信信号の固有値分解から得られる信号部分空間と、前記既知到来角によって決まる理想の前記モードベクトルとを用いて第１校正行列を求める第１演算ステップ（Ｓ２２０）と、
前記受信信号の固有値分解から得られる雑音部分空間と、前記既知到来角によって決まる理想の前記モードベクトルとを用いて第２校正行列を求める第２演算ステップ（Ｓ２３０）と、を含み、
前記校正ステップでは、前記第１校正行列および前記第２校正行列のうち、前記方位の推定誤差が小さくなるものが前記最適化された前記行列要素値を有する前記校正行列として求められる、請求項５に記載の方位推定方法。

【請求項7】

前記校正ステップでは、前記第１校正行列および前記第２校正行列を求める際に用いられていない前記受信信号に基づいて前記方位を推定した際の前記推定誤差が小さくなるものが前記最適化された前記行列要素値を有する前記校正行列として求められる、請求項６に記載の方位推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、方位推定装置および方位推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、既知となる到来角から受信した受信信号から所定数の信号を選択し、選択した信号に基づいて推定される到来角と既知となる到来角と差を小さくするための誤差モデル行列を求めるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－２１１２４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、車載のレーダ装置を車両のバンパの内側に設置した場合、レーダ装置からの送信波および物標で反射した反射波がパンパによる屈折や反射の影響によって、一部の到来角での受信信号の振幅や位相の誤差、アンテナ間の相互結合誤差が生ずる。このような到来角に依存する誤差について、以下では方位依存誤差とも呼ぶ。

【0005】

特許文献１には、誤差モデル行列を用いて、反射波の到来角を物標の方位として推定することが記載されているが、全方位に対して単一の誤差モデル行列を適用することになっているので、上述の方位依存誤差を改善することができない。

【0006】

本開示は、方位依存誤差を改善することが可能な方位推定装置および方位推定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

請求項１に記載の発明は、
物標で反射した反射波のレーダ装置への到来角を物標の方位として推定する方位推定装置であって、
記憶部（３２）と、
反射波の到来角に応じた位相を示すモードベクトルを補正する補正部（３１ａ）と、
補正部でのモードベクトルの補正結果である補正モードベクトルと、レーダ装置の受信部で受信される反射波に対応する受信信号とを用いて、方位を推定する方位推定部（３１ｂ）と、を備え、
記憶部には、受信部の視野角の範囲において２以上の整数であるＮ個に区分された校正区間ごとに最適化された行列要素値を有する複数の校正行列が記憶されており、
補正部は、記憶部に記憶された複数の校正行列を用いて校正区間ごとにモードベクトルを補正する。

【0008】

請求項５に記載の発明は、
物標で反射した反射波のレーダ装置への到来角を物標の方位として推定する方位推定方法であって、
反射波の到来角に応じた位相を示す理想のモードベクトルを補正する補正ステップ（Ｓ１３０、Ｓ２４０）と、
補正ステップでのモードベクトルの補正結果である補正モードベクトルと、レーダ装置の受信部で受信される反射波に対応する受信信号とを用いて、方位を推定する方位推定ステップ（Ｓ１４０、Ｓ２４０）と、を備え、
受信部の視野角の範囲において２以上の整数であるＮ個に区分された校正区間ごとに最適化された行列要素値を有する複数の校正行列を求める校正ステップ（Ｓ２７０）と、を含み、
補正ステップでは、校正ステップで求めた複数の校正行列を用いて校正区間ごとにモードベクトルを補正する。

【0009】

このように、所定の校正区間ごとに最適化された校正行列によって補正したモードベクトルを用いて反射波の到来角を推定する構成になっていれば、全方位に対して同じ校正行列を用いる場合に比べて、方位依存誤差を抑えることができる。

【0010】

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係るレーダ装置の概略構成図である。

【図2】第１実施形態に係るレーダ装置の処理部が実行する推定処理の流れを示すフローチャートである。

【図3】第１実施形態に係るレーダ装置の受信部を説明するための説明図である。

【図4】方位の推定処理の概要を説明するための説明図である。

【図5】校正行列を求めるための測定系を説明するための説明図である。

【図6】校正行列を求めるための手法を説明するための説明図である。

【図7】全方位に対して単一の校正行列を適用して方位を推定した際の方位の推定誤差を説明するための説明図である。

【図8】視野角の範囲に区分される校正区間を説明するための説明図である。

【図9】第１実施形態のレーダ装置の制御部が実行する推定処理を説明するための説明図である。

【図10】第１実施形態における校正区間および区間幅の関係を説明するための説明図である。

【図11】校正区間ごとに設定した校正行列を適用して方位を推定した際の方位の推定誤差の一例を説明するための説明図である。

【図12】校正区間ごとに設定した校正行列を適用して方位を推定した際の方位の推定誤差の別の例を説明するための説明図である。

【図13】校正機器が実行する演算処理の流れを示すフローチャートである。

【図14】第１手法で求めた第１校正行列を用いて方位推定処理を実施した際の推定誤差の一例を示している。

【図15】第２手法で求めた第２校正行列を用いて方位推定処理を実施した際の推定誤差の一例を示している。

【図16】第１校正行列および第２校正行列を用いて方位推定処理を実施した際の推定誤差を示している。

【図17】最適な校正行列を用いて方位推定処理を実施した際の方位の推定誤差を説明するための説明図である。

【図18】第２実施形態における校正区間および区間幅の関係を説明するための説明図である。

【図19】第２実施形態の変形例となる校正区間および区間幅の関係を説明するための説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態において、先行する実施形態で説明した事項と同一もしくは均等である部分には、同一の参照符号を付し、その説明を省略する場合がある。また、実施形態において、構成要素の一部だけを説明している場合、構成要素の他の部分に関しては、先行する実施形態において説明した構成要素を適用することができる。以下の実施形態は、特に組み合わせに支障が生じない範囲であれば、特に明示していない場合であっても、各実施形態同士を部分的に組み合わせることができる。

【0013】

（第１実施形態）
本実施形態について、図１～図１７を参照して説明する。本実施形態では、本開示の方位推定装置および方位推定方法を車両に搭載されて車両の周囲に存在する様々な物標を検出するレーダ装置１に適用した例について説明する。

【0014】

レーダ装置１は、例えば、車両のフロント部品の内側に配置され、車両の前方に向けて電波を出射するとともに、車両の前方にある物標によって反射した電波を受信することで、物標までの距離、自車両に対する相対速度、自車両に対する方位等を求める。

【0015】

レーダ装置１は、信号の変調方式としてＦＭＣＷ方式が採用されている。レーダ装置１は、電波の動作周波数が、ミリ波に対応する周波数帯（例えば、７６．５ＧＨｚ）とされている。なお、レーダ装置１が送受信する電波の動作周波数は、ミリ波に対応する周波数に限定されず、ミリ波以外の周波数であってもよい。

【0016】

図１に示すように、レーダ装置１は、送信部１０と、受信部２０と、制御部３０とを備える。送信部１０は、発振部１１と変調部１２とを有し、送信アンテナ１３から送信波を送信させる。受信部２０は、複数個の受信アンテナ２１を用いて、物標によって送信波が反射された反射波を受信する。受信部２０は、受信アンテナ２１で受信した信号をＭＭＩＣ２２にて処理することで所望の形態の受信信号Ｘに変換する。なお、“ＭＭＩＣ”は、Monolithic Microwave Integrated Circuitの略称である。

【0017】

制御部３０は、レーダ装置１における電子制御部を構成している。レーダ装置１は、プロセッサ３１と記憶部３２を備えたマイクロコンピュータである。記憶部３２は、例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭＯが挙げられる。マイクロコンピュータの各種機能は、記憶部３２に格納されたコンピュータプログラムを実行することにより実現される。この例では、記憶部３２が、コンピュータプログラムを格納した非遷移有形記録媒体に該当する。プロセッサ３１が実行する機能の一部または全部は、ハードウエア回路で実現されていてもよい。

【0018】

本実施形態の制御部３０は、プロセッサ３１にて、反射波の到来角に応じた位相を示すモードベクトルを補正するとともに、モードベクトルの補正結果である補正モードベクトルと、反射波に対応する受信信号Ｘとを用いて方位を推定する。なお、本実施形態では、プロセッサ３１におけるモードベクトルを補正する構成が補正部３１ａを構成し、プロセッサ３１における補正モードベクトルおよび受信信号Ｘを用いて方位を推定する構成が方位推定部３１ｂを構成している。

【0019】

本実施形態のレーダ装置１は、送信アンテナ１３を１つ有するＳＩＭＯレーダとして構成されている。なお、レーダ装置１は、送信アンテナ１３を複数有するＭＩＭＯレーダやＭＩＳＯレーダとして構成されていてもよい。なお、ＳＩＭＯは、Single Input Multiple Outputの略称である。ＭＩＭＯは、Multiple Input Single Outputの略称である。ＭＩＳＯは、Single Input Multiple Outputの略称である。なお、ｍ個の送信アンテナ１３とｎ個の受信アンテナ２１を有するＭＩＭＯレーダは、ｍ×ｎ個の受信アンテナ２１を有するＳＩＭＯレーダと等価なアレイアンテナとして取り扱うことが可能である。また、ｍ個の送信アンテナ１３と１つの受信アンテナ２１を有するＭＩＳＯレーダは、ｍ個の受信アンテナ２１を有するＳＩＭＯレーダと等価なアレイアンテナとして取り扱うことが可能である。

【0020】

レーダ装置１は、受信部２０での信号の受信結果に基づいて、物標までの距離、物標の速度、物標の方位を推定する物標検出処理を制御部３０にて実行する。以下、制御部３０が実行する物標検出処理について図２を参照しつつ説明する。図２に示す処理は、送信アンテナ１３から所定の送信周期でチャープ信号が送信されると、制御部３０によって周期的または不定期に実行される。

【0021】

図２に示すように、物標からの反射波を複数の受信アンテナ２１で受信すると、制御部３０は、ステップＳ１００にて、物標からの反射波を複数の受信アンテナ２１で受信した際の受信信号Ｘを受信部２０から取得する。

【0022】

例えば、図３に示すように、レーダ装置１の受信部２０が、Ｌ個の受信アンテナ２１を有するリニアアレイ（素子位置ｄ_１、ｄ_２、・・・ｄ_Ｌ）を含んで構成されているとする。この場合における各受信アンテナ２１での受信信号Ｘは、理想的な信号ではなく、素子間相互結合、アンテナ素子毎の特性（振幅、位相）のバラツキによる誤差、アンテナ素子の位置による誤差等の種々のアレイ誤差が含まれることがある。このようなアレイ誤差を含む受信信号Ｘは、例えば、図４の数式Ｆ１０でモデル化することができる。なお、数式Ｆ１０では、受信信号Ｘを“Ｘ（ｔ）”としている。

【0023】

ここで、数式Ｆ１０～Ｆ１３、Ｆ１５における“Ｔ”は、転置を示している。数式Ｆ１２における“ｓ（ｔ）”は、Ｋ個の到来波それぞれの複素振幅を示す信号ベクトルである。数式Ｆ１１、Ｆ１３における“ｎ（ｔ）”は、各アンテナ素子における平均が“０”、分散が熱雑音電力の雑音成分からなる雑音を要素とした雑音ベクトルである。数式Ｆ１４、Ｆ１５における“ａ（θ_Ｋ）”は、Ｋ番目の到来波に対応する理想的なモードベクトルであり、“Ａ”は、“ａ（θ_Ｋ）”を列とするモード行列である。モードベクトルは、反射波の前記到来角に応じた位相を示すベクトルである。なお、“λ”は波長である。

【0024】

また、数式Ｆ１１、Ｆ１６における“Ｑ”は、種々のアレイ誤差を含む場合における誤差モデルを示す行列である。本実施形態では、誤差モデルを示す行列を理想のモードベクトルを補正する校正行列Ｑとしている。

【0025】

受信部２０から受信信号Ｘを取得すると、制御部３０は、ステップＳ１１０にて、ＦＦＴ処理を行う。制御部３０は、受信信号ＸをＦＦＴにより周波数解析することで、物標までの距離を求める。また、制御部３０は、ＦＦＴによりビート周波数成分毎にＦＦＴを行ってドップラ周波数を求めるとともに当該ドップラ周波数に基づいて物標の相対速度を求める。なお、ＦＦＴは、Fast Fourier Transformの略称である。

【0026】

続いて、制御部３０は、ステップＳ１２０にて、ＦＦＴピーク処理を行う。制御部３０は、例えば、ＦＦＴ処理で求めた距離と速度からなるＲＶマップでピークが生じた周波数ビンを検出する。

【0027】

続いて、制御部３０は、ステップＳ１３０にて、アレイ補正処理を行う。アレイ補正処理では、理想のモードベクトルを補正して種々のアレイ誤差等を踏まえた補正モードベクトルを求める処理である。アレイ補正処理では、校正行列Ｑを用いて理想のモードベクトルである“ａ（θ）”を補正して補正モードベクトルである“ａｍ（θ）”を得る。校正行列Ｑの詳細については後述する。本実施形態では、アレイ補正処理が理想のモードベクトルを補正する“補正ステップ”に対応している。

【0028】

続いて、制御部３０は、ステップＳ１４０にて、方位推定処理を行う。本実施形態では、方位推定処理が補正モードベクトルおよび受信信号Ｘを用いて方位を推定する“方位推定ステップ”に対応している。

【0029】

具体的には、方位推定処理では、受信信号Ｘに基づいて、図４の数式Ｆ１７で示す相関行列Ｒ_ＸＸを求める。そして、制御部３０は、相関行列Ｒ_ＸＸの固有値分解から図４の数式Ｆ１８に示す雑音部分空間Ｕ_Ｎを求める。なお、数式Ｆ１７における“Ｔ”は転置ではなく、スナップショット数である。

【0030】

その後、制御部３０は、雑音部分空間Ｕ_Ｎと校正行列Ｑで補正した補正モードベクトルである“ａｍ（θｋ）”とが直交する関係（すなわち、ａｍ（θｋ） ⊥ Ｕ_Ｎ：ｋ＝１、２、・・・Ｋ）を利用した図４の数式Ｆ１９に示すＭＵＳＩＣ法によって方位を推定する。このＭＵＳＩＣ法では、θ＝θｋのときに数式Ｆ１９の分母がゼロに近づくため、非常に大きな値となる。このピーク値を検出することで反射波の到来角を物標の方位として推定する。なお、本実施形態では、ＭＵＳＩＣ法によって方位を推定しているが、方位推定は、ＭＵＳＩＣ法に限らず、例えば、ＤＢＦ、Ｃａｐｏｎ、ＭＯＤＥ等の他の手法によって実現されていてもよい。

【0031】

ここで、校正行列Ｑを求めるための測定系等について、図５～図９を参照しつつ説明する。校正行列Ｑを求めるための測定系では、例えば、図５に示すように、校正機器４０、校正機器４０の回転させるローテータ５０、ターゲットとなるコーナリフレクタ６０が使用される。

【0032】

校正機器４０は、レーダ装置１と同様の機能を備える機器である。なお、校正機器４０は、レーダ装置１とは別のレーダ装置１と同様の機能を備える機器が採用されていてもよいし、レーダ装置１そのものが採用されていてもよい。

【0033】

校正行列Ｑを求めるための測定系は、ローテータ５０を用いて校正機器４０を所定の角度に回転させることによって、コーナリフレクタ６０からの反射波の到来角度θを設定し、その時の受信信号Ｘを校正機器４０で測定可能とされている。なお、図５は、平面図であり、到来角度θは水平方向の角度となっている。また、校正機器４０の正面に対して直交する方向での到来角度θをゼロとしている。

【0034】

このような測定系を用いて校正行列Ｑを求める際には、受信部２０の視野角の範囲内において、所定の角度ステップで校正機器４０を回転させ、その都度測定される受信信号Ｘを校正機器４０のメモリに受信データとして記憶する。そして、校正機器４０は、メモリに記憶された受信データに基づいて校正行列Ｑを求める。

【0035】

ここで、校正行列Ｑを求める手法は、種々の手法があり、例えば、図６に示す“手法Ａ”および“手法Ｂ”に大別することができる。手法Ａは、既知の到来角である既知到来角から受信した受信信号Ｘmeansまたは受信信号Ｘmeansの固有値分解から得られる信号部分空間Ｕ_Ｓと、既知到来角によって決まる理想のモードベクトルとを用いて校正行列Ｑを求める手法である。手法Ｂは、既知の到来角である既知到来角から受信した受信信号Ｘmeansの固有値分解から得られる雑音部分空間Ｕ_Ｎと、既知到来角によって決まる理想のモードベクトルとを用いて校正行列Ｑを求める手法である。なお、受信信号Ｘmeansは、実際の受信信号Ｘを所定のスナップショット数で平均化したものである。

【0036】

ところで、例えば、レーダ装置１を車両のバンパの内側に設置した場合、レーダ装置１からの送信波および物標で反射した反射波がパンパによって屈折したり、反射したりすることがある。この影響によって、一部の到来角での受信信号Ｘの振幅や位相の誤差やアンテナ間の相互結合誤差等の方位依存誤差が生ずることがある。

【0037】

図７は、全方位に対して単一の校正行列Ｑを適用した際の方位の推定誤差を説明するための説明図である。この例の校正行列Ｑは、図７（ａ）に示すように、視野角の範囲で校正機器４０を“１［ｄｅｇ］”の角度ステップで回転させた際の受信データ（以下、校正データとも呼ぶ）を用いて求めたものである。また、この例では、視野角の範囲で校正機器４０を“０．５［ｄｅｇ］”の角度ステップで回転させた際の受信データを評価データとし、当該評価データに基づいて推定した方位と既知到来角との差を方位の推定誤差として求めている。

【0038】

全方位に対して単一の校正行列Ｑを適用して物標の方位を推定した場合、例えば、図７（ｂ）に示すように、一部の到来角における方位の推定誤差が大きくなる傾向がある。また、例えば、図７（ｃ）に示すように、スペクトルパワーのピークが小さく、ピーク幅が大きくなる傾向がある。

【0039】

これらを踏まえ、本実施形態のレーダ装置１は、視野角の範囲を複数の区間に区分し、当該区間ごとに設定した校正行列Ｑによってモードベクトルを補正することで、方位推定誤差の改善を図っている。

【0040】

レーダ装置１は、例えば、図８に示すように、視野角の範囲において２以上の整数であるＮ個に区分された校正区間ごとに設定された校正行列Ｑ_１～Ｑ_Ｎが制御部３０の記憶部３２に記憶されている。この校正行列Ｑ_１～Ｑ_Ｎは、例えば、図９の数式Ｆ２６で示すように、到来角度θを引数とする行列とされている。

【0041】

本実施形態のレーダ装置１は、記憶部３２に記憶された複数の校正行列Ｑ_１～Ｑ_Ｎを用いて、例えば、図９の数式Ｆ２１で示すように、校正区間ごとにモードベクトルを補正する。その後、レーダ装置１は、例えば、図９の数式Ｆ２９で示すように、モードベクトルの補正結果である補正モードベクトルと、受信部２０で受信される受信信号Ｘとを用いて物標の方位として推定する。なお、図９に示す数式Ｆ２０、Ｆ２２～Ｆ２５、Ｆ２７、Ｆ２８は、図４に示す数式Ｆ１０、Ｆ１２～Ｆ１５、Ｆ１７、Ｆ１８と同じ式となっている。

【0042】

本実施形態の校正行列Ｑ_１～Ｑ_Ｎは、例えば、図１０に示すように、校正区間内にある複数のポイントで得られた受信データを用いて求められる。なお、図１０では、視野角の範囲に６つの校正区間を設定し、各校正区間の区間内にある１２個の受信データを用いて、６つの校正行列Ｑ_１～Ｑ_６を求めたものを例示している。

【0043】

本実施形態では、校正データを収集する区間の幅（以下、区間幅とも呼ぶ）が校正区間の幅と一致している。また、校正データを収集する角度ステップは、各校正区間で同じ値とされている。なお、図１０に示す例では、角度ステップは２［ｄｅｇ］に設定されている。

【0044】

ここで、例えば、図１１（ａ）に示すように、校正区間の区間数Ｎが多かったり、校正データを収集する角度ステップが小さかったりするデータ条件では、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）に示すように方位依存誤差の影響が小さくなり易い。このようなケースでは、方位の推定誤差の低減効果を充分に得られることになる。

【0045】

一方、例えば、図１２（ａ）に示すように、校正データを収集する角度ステップが大きく、校正行列Ｑ_１～Ｑ_６を求める際の受信データの数が少ないデータ条件では、図１２（ｂ）、図１２（ｃ）に示すように、方位依存誤差の影響が大きくなり易い。このようなケースでは、方位の推定誤差の低減効果が小さくなってしまうことがある。

【0046】

このように、方位の推定誤差の低減効果は、校正区間の区間数Ｎおよび角度ステップに応じて変化する。また、方位の推定誤差の低減効果は、区間幅や校正行列Ｑを求める手法によっても変化する。

【0047】

これらを踏まえて、校正機器４０は、校正区間の区間数Ｎ、角度ステップ、区間幅、校正行列Ｑを求める手法等の方位の推定誤差の低減効果に影響する区間パラメータとし、最適な区間パラメータを選定して校正行列Ｑを最適化する最適化処理を行う。以下、校正機器４０が実行する最適化処理について図１３を参照しつつ説明する。図１３に示す処理は、送信アンテナ１３から所定の送信周期でチャープ信号が送信されると、校正機器４０によって実行される。

【0048】

図１３に示すように、校正機器４０は、ステップＳ２００にて、既知の方位からの受信信号Ｘを取得する。具体的には、校正機器４０は、所定の角度ステップで回転される度に測定される受信信号Ｘをメモリに受信データとして記憶する。

【0049】

続いて、校正機器４０は、ステップＳ２１０にて、校正区間の区間数Ｎ、角度ステップ、区間幅等の区間パラメータを設定する。校正機器４０は、例えば、初回については、予め定めた初期値を区間パラメータに設定し、次回以降は、区間の区間数Ｎ、角度ステップ、区間幅のいずれか１つを変化させたものを区間パラメータに設定する。

【0050】

続いて、校正機器４０は、ステップＳ２２０にて、校正区間ごとに第１手法によって第１校正行列Ｑａを求める演算処理を実行する。校正機器４０は、例えば、図６に挙げた手法Ａの１つを第１手法とし、当該手法に基づいて第１校正行列Ｑａを求める。なお、本実施形態では、ステップＳ２２０の処理が、“第１校正行列Ｑａを求める第１演算ステップ”に対応している。

【0051】

続いて、校正機器４０は、ステップＳ２３０にて、校正区間ごとに第１手法とは異なる第２手法によって第２校正行列Ｑｂを求める演算処理を実行する。校正機器４０は、例えば、図６に挙げた手法Ｂの１つを第２手法とし、当該手法に基づいて第２校正行列Ｑｂを求める。なお、本実施形態では、ステップＳ２３０の処理が、“第２校正行列Ｑｂを求める第２演算ステップ”に対応している。

【0052】

続いて、校正機器４０は、ステップＳ２４０にて、コーナリフレクタ６０の方位を推定する方位推定処理を実行する。この方位推定処理では、例えば、図２に示すＦＦＴ処理、ＦＦＴピーク処理、アレイ補正処理、方位推定処理によってコーナリフレクタ６０の方位を推定する。具体的には、方位推定処理では、第１校正行列Ｑａによって補正したモードベクトルを用いた方位の推定結果を第１推定方位として求めるとともに、第２校正行列Ｑｂによって補正したモードベクトルを用いた方位の推定結果を第２推定方位として求める。なお、本実施形態では、ステップＳ２４０の処理が“補正ステップ”および“方位推定ステップ”に対応している。

【0053】

続いて、校正機器４０は、ステップＳ２５０にて、方位推定処理で求めた方位の推定誤差が所定の閾値以下となっているか否かを判定する。この判定処理では、第１校正行列Ｑａおよび第２校正行列Ｑｂを求める際に用いられた受信信号Ｘに基づく方位の推定誤差だけでなく、各校正行列Ｑを求める際に用いられていない受信信号Ｘに基づく方位の推定誤差についても閾値と比較するようになっている。

【0054】

また、校正機器４０は、方位推定処理で求めた第１推定方位および第２推定方位と既知到来角とを比較して、第１推定方位の推定誤差および第２推定方位の推定誤差を求める。そして、校正機器４０は、第１推定方位の推定誤差および第２推定方位の推定誤差の一方が閾値以下である否かを判定する。なお、閾値は、例えば、方位の誤差の許容範囲の上限値等に設定される。

【0055】

推定誤差が閾値を超えている場合、校正機器４０は、ステップＳ２１０に戻り、これまでとは異なる区間パラメータで校正行列Ｑを求め、当該校正行列Ｑを用いた方位推定処理を行う。

【0056】

一方、推定誤差が閾値以下である場合、校正機器４０は、ステップＳ２６０にて、推定誤差が閾値以下となる区間パラメータを最適な区間パラメータとして出力する。そして、校正機器４０は、ステップＳ２７０にて、第１校正行列Ｑａおよび第２校正行列Ｑｂのうち、方位の推定誤差が小さくなるものを最適化された行列要素値を有する校正行列Ｑとして出力する。なお、本実施形態では、ステップＳ２７０の処理が、最適化された複数の校正行列Ｑを求める“校正ステップ”に対応している。

【0057】

具体的には、校正機器４０は、第１校正行列Ｑａを用いた際の推定誤差が第２校正行列Ｑｂを用いた際の推定誤差以下となる区間については、第１校正行列Ｑａを、最適化された行列要素値を有する校正行列Ｑとして設定する。また、校正機器４０は、第１校正行列Ｑａを用いた際の推定誤差が第２校正行列Ｑｂを用いた際の推定誤差よりも大きくなる区間については、第２校正行列Ｑｂを、最適化された行列要素値を有する校正行列Ｑとして設定する。このようにして求められた校正行列Ｑは、レーダ装置１の記憶部３２に記憶され、物標の方位を推定する際に用いられる。

【0058】

ここで、図１４は、最適な区間パラメータにおいて、第１手法で求めた第１校正行列Ｑａを用いて方位推定処理を実施した際の推定誤差の一例を示している。また、図１５は、最適な区間パラメータにおいて、第２手法で求めた第２校正行列Ｑｂを用いて方位推定処理を実施した際の推定誤差の一例を示している。図１６は、最適な区間パラメータにおいて、各校正行列Ｑを用いて方位推定処理を実施した際の推定誤差を示している。図１６では、第１校正行列Ｑａを用いて方位推定処理を実施した際の推定誤差を実線で示し、第２校正行列Ｑｂを用いて方位推定処理を実施した際の推定誤差を一点鎖線で示している。

【0059】

図１４および図１５に示す例では、図１６に示すように、第１校正行列Ｑａを用いた際の推定誤差が、視野角の範囲のうち一部の区間（本例では２０～４０［ｄｅｇ］の範囲）において、第２校正行列Ｑｂを用いた際の推定誤差よりも大きくなっている。この場合、視野角の範囲のうち一部の区間（本例では２０～４０［ｄｅｇ］の範囲）については、第２校正行列Ｑｂが校正行列Ｑとして設定され、それ以外は第１校正行列Ｑａが校正行列Ｑとして設定される。これによると、例えば、図１７に示すように、視野角の範囲全体において、推定誤差を低減することができる。

【0060】

以上説明したレーダ装置１は、物標の方位を推定する方位推定装置としての機能を果たす。また、校正機器４０等を用いて物標の方位を推定する方法は、本開示の方位推定方法に対応している。

【0061】

本実施形態のレーダ装置１の制御部３０は、記憶部３２と、反射波の到来角に応じた位相を示すモードベクトルを補正するとともにモードベクトルの補正結果と受信部２０で受信される受信信号Ｘとを用いて方位を推定するプロセッサ３１と、を備える。記憶部３２には、受信部２０の視野角の範囲において２以上の整数であるＮ個に区分された校正区間ごとに最適化された行列要素値を有する複数の校正行列Ｑが記憶されている。プロセッサ３１は、記憶部３２に記憶された複数の校正行列Ｑを用いて校正区間ごとにモードベクトルを補正する。

【0062】

このように、所定の校正区間ごとに最適化された校正行列Ｑによって補正したモードベクトルを用いて反射波の到来角を推定する構成になっていれば、全方位に対して同じ校正行列Ｑを用いる場合に比べて、方位依存誤差を抑えることができる。

【0063】

また、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。

【0064】

（１）記憶部３２には、第１手法によって求められた第１校正行列Ｑａおよび第１手法とは異なる第２手法によって求められた第２校正行列Ｑｂのうち、方位の推定誤差が小さくなるものが最適化された行列要素値を有する校正行列Ｑとして記憶されている。このように、異なる手法で第１校正行列Ｑａおよび第２校正行列Ｑｂを求め、その中から方位の推定誤差が小さくなるものが校正行列Ｑとして採用されていれば、校正区間ごとに最適化な校正行列Ｑを用いたモードベクトルの補正を実現することができる。

【0065】

（２）第１手法は、既知の前記到来角である既知到来角から受信した受信信号Ｘまたは受信信号Ｘの固有値分解から得られる信号部分空間Ｕ_Ｓと、既知到来角によって決まる理想のモードベクトルとを用いて第１校正行列Ｑａを求める手法である。また、第２手法は、受信信号Ｘの固有値分解から得られる雑音部分空間Ｕ_Ｎと、既知到来角によって決まる理想のモードベクトルとを用いて第２校正行列Ｑｂを求める手法である。これによれば、校正区間ごとに最適化な校正行列Ｑを用いたモードベクトルの補正を実現することができる。

【0066】

（３）記憶部３２には、第１校正行列Ｑａおよび第２校正行列Ｑｂを求める際に用いられていない受信信号Ｘに基づいて方位を推定した際の推定誤差が小さくなるものが最適化された行列要素値を有する校正行列Ｑとして記憶されている。このように、各校正行列Ｑを求める際に用いられていない受信信号Ｘに基づいて方位を推定した際の推定誤差が小さくなるように校正行列Ｑの行列要素値を最適化すれば、方位依存誤差を適切に抑えることができる。

【0067】

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、図１８を参照して説明する。本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

【0068】

図１８に示すように、第２実施形態では、校正データを収集する区間幅が校正区間の幅よりも拡大している。具体的には、本実施形態の区間幅は、校正区間に加えて校正区間の両端に隣接する複数のポイントを含んで設定されている。

【0069】

また、第２実施形態では、校正データを収集する角度ステップが第１実施形態と同様に各校正区間で同じ値とされている。なお、図１８に示す例では、角度ステップが２［ｄｅｇ］に設定されている。

【0070】

本実施形態の校正行列Ｑは、区間幅にある複数のポイントで得られた受信信号Ｘを用いて決定される。これによれば、第１実施形態に比べて、校正行列Ｑを求める際の受信データを増やせるので、方位の推定誤差を更に低減することが期待できる。

【0071】

その他については、第１実施形態と同様である。本実施形態の方位推定装置、方位推定方法は、第１実施形態と共通の構成または均等な構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

【0072】

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、校正データを収集する角度ステップが２［ｄｅｇ］に設定されているものを例示したが、角度ステップは、最適化処理によって求められた角度に設定される。第２実施形態では、校正データを収集する区間幅が校正区間の幅よりも拡大され、校正行列Ｑを求める際の受信データが多くなっているので、例えば、図１９に示すように、角度ステップは３［ｄｅｇ］に設定される場合もあり得る。なお、角度ステップは、各校正区間で同じ値ではなく、校正区間の位置に応じて変更されていてもよい。このことは第１実施形態についても同様である。

【0073】

また、第２実施形態では、校正区間および校正区間の両端に隣接する複数のポイントが区間幅に設定されているが、これに限定されない。区間幅は、校正区間および校正区間の一端に隣接する複数のポイントを含んで設定されていてもよい。なお、区間幅は、校正区間の位置に応じて変更されていてもよい。

【0074】

（他の実施形態）
以上、本開示の代表的な実施形態について説明したが、本開示は、上述の実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように種々変形可能である。

【0075】

上述の実施形態では、第１手法によって求められた第１校正行列Ｑａおよび第２手法によって求められた第２校正行列Ｑｂのうち、方位の推定誤差が小さくなるものが校正行列Ｑとして記憶部３２に記憶されているものを例示したが、これに限定されない。レーダ装置１には、例えば、第１手法および第２手法の一方だけで求められた校正行列Ｑが記憶部３２に記憶されていてもよい。

【0076】

上述の実施形態で説明したように、第１校正行列Ｑａおよび第２校正行列Ｑｂを求める際に用いられていない受信信号Ｘに基づいて方位を推定した際の推定誤差が小さくなるものを最適な校正行列Ｑとすることが望ましいが、これに限定されない。方位推定装置および方位推定方法は、第１校正行列Ｑａおよび第２校正行列Ｑｂを求める際に用いられていた受信信号Ｘに基づいて方位を推定した際の推定誤差が小さくなるものを最適な校正行列Ｑとするようになっていてもよい。

【0077】

上述の実施形態では、本開示の方位推定装置および方位推定方法を車両に搭載されて車両の周囲に存在する様々な物標を検出するレーダ装置１に適用した例について説明したが、これに限定されない。本開示の方位推定装置および方位推定方法は、車両以外の機器や物体に設置されるレーダ装置１にも適用可能である。

【0078】

上述の実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

【0079】

上述の実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されない。

【0080】

上述の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されない。

【0081】

本開示の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータで、実現されてもよい。本開示の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータで、実現されてもよい。本開示の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせで構成された一つ以上の専用コンピュータで、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

【符号の説明】

【0082】

１ レーダ装置
３１ａ 補正部
３１ｂ 方位推定部
３２ 記憶部

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】