特許 7260427 信号処理装置、レーダ装置、および、信号処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-10

(45)【発行日】2023-04-18

(54)【発明の名称】信号処理装置、レーダ装置、および、信号処理方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 3/48 20060101AFI20230411BHJP

   G01S 7/02 20060101ALI20230411BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20230411BHJP

【ＦＩ】

G01S3/48

G01S7/02 218

H01Q21/06

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019132627

(22)【出願日】2019-07-18

(65)【公開番号】P2021018097

(43)【公開日】2021-02-15

【審査請求日】2021-12-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000237592

【氏名又は名称】株式会社デンソーテン

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒野 泰寛

(72)【発明者】

【氏名】伊佐治 修

【審査官】梶田 真也

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１５１３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４０４７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３３１３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１６６９６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ３／００ － ３／７４

Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００ － １３／９５

Ｈ０１Ｑ ３／００ － ３／４６

Ｈ０１Ｑ ２１／００ － ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【請求項5】

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。

【請求項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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－２４１５２１号公報

【文献】特開２００５－３３１３４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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。

【0009】

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。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【発明の効果】

【0015】

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。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態に係るレーダ装置の構成を示す図

【図2】第１～第３のアンテナアレイについて説明するための図

【図3】レーダ装置の概略動作例を示すフローチャート

【図4】３つの物標の二次元方位を模式的に示す図

【図5】３つの物標の二次元方位候補を模式的に示す図

【図6】３つの物標の二次元方位候補を模式的に示す図

【図7】変形例に係るレーダ装置の構成を示す図

【発明を実施するための形態】

【0017】

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。

【0018】

＜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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

＜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。

【0040】

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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

＜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。

【0055】

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）。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

＜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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【符号の説明】

【0084】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】