特許 7402440 レーダ装置、車両、距離測定方法

(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】2023-12-13

(45)【発行日】2023-12-21

(54)【発明の名称】レーダ装置、車両、距離測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/34 20060101AFI20231214BHJP

   G01S 13/931 20200101ALI20231214BHJP

【ＦＩ】

G01S13/34

G01S13/931

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2022515328

(86)(22)【出願日】2021-04-07

(86)【国際出願番号】 JP2021014750

(87)【国際公開番号】W WO2021210465

(87)【国際公開日】2021-10-21

【審査請求日】2022-07-19

(31)【優先権主張番号】P 2020074395

(32)【優先日】2020-04-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100126480

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 睦

(72)【発明者】

【氏名】柏木 克久

【審査官】佐藤 宙子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００６／１３４９１２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１８－５１４７７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１９８４５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１２９６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２６６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－４２２１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２３２０５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】KRONAUGE,M. ROHLING,H.，New Chirp Sequence Radar Waveform，IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems，2014年，VOL.50, NO.4，pp.2870-2877，DOI:10.1109/TAES.2014.120813

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００－ ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００－１３／９５

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

時間経過とともに第１周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第１チャープ信号と、時間経過とともに前記第１周波数とは異なる第２周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第２チャープ信号と、を含む電磁波のビームを送信波として生成する送信部と、
前記送信波の送信および前記送信波が物標で反射した反射波の受信のための、第１受信アンテナおよび第２受信アンテナを含むアンテナと、
前記反射波に関する信号に基づいて、前記物標までの距離を示す第１距離を推定する第１距離推定部と、
前記第１距離に対する、前記第１受信アンテナおよび前記第２受信アンテナで受信するそれぞれの反射波に基づいて、前記反射波が到来する方向を示す到来方向を推定する到来方向推定部と、
前記反射波の位相を推定する所定のアルゴリズムを用いて、前記第１距離に対する、前記第１チャープ信号に対応する前記反射波の位相と、前記第１距離に対する前記第２チャープ信号に対応する前記反射波の位相と、の差を示す位相差を、前記到来方向に基づき推定する位相差推定部と、
前記位相差と、前記第１周波数と前記第２周波数との差と、に基づいて、前記物標までの距離を示す第２距離を推定する第２距離推定部と、
を備えるレーダ装置。

【請求項2】

前記到来方向推定部は、ＡＦ（Ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ）法を用いて、前記到来方向を推定する、
請求項１に記載のレーダ装置。

【請求項3】

前記送信部は、周波数が比例的に変化する前記第１チャープ信号および前記第２チャープ信号を含む電磁波のビームを送信波として送信する、
請求項１または２に記載のレーダ装置。

【請求項4】

前記送信部は、時間幅が等しい前記第１チャープ信号および前記第２チャープ信号を含む電磁波のビームを送信波として送信する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーダ装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか一項に記載の前記レーダ装置を備える車両。

【請求項6】

時間経過とともに第１周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第１チャープ信号と、時間経過とともに前記第１周波数とは異なる第２周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第２チャープ信号と、を含む電磁波のビームを送信波として生成するステップと、
前記送信波を送信するステップと、
前記送信波が物標で反射した反射波を第１受信アンテナおよび第２受信アンテナで受信するステップと、
前記反射波に関する信号に基づいて、前記物標までの距離を示す第１距離を推定するステップと、
前記第１距離に対する、前記第１受信アンテナおよび前記第２受信アンテナで受信するそれぞれの反射波に基づいて、前記反射波が到来する方向を示す到来方向を推定するステップと、
前記反射波の位相を推定する所定のアルゴリズムを用いて、前記第１距離に対する、前記第１チャープ信号に対応する前記反射波の位相と、前記第１距離に対する前記第２チャープ信号に対応する前記反射波の位相と、の差を示す位相差を、前記到来方向に基づき推定するステップと、
前記位相差と、前記第１周波数と前記第２周波数との差と、に基づいて、前記物標までの距離を示す第２距離を推定するステップと、
を含む距離測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、レーダ装置、車両、距離測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来のレーダ装置においては、ＦＭＣＷ方式や２値ＣＷ方式を採用している。ここで、ＦＭＣＷ方式では、距離分解能が周波数の変調の帯域幅に依存するため、距離分解能が使用可能な周波数帯域により制限される。また、２値ＣＷ方式は、ドップラー効果を用いているため、相対速度が等しい物標や静止している物標には適用できない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－１６７０４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のレーダは、２値ＣＷ方式によって、相対速度が等しい物標や静止している物標の距離を推定可能とする。具体的には、特許文献１に記載のレーダは、周波数の異なる２つの連続波をスイッチで制御しつつ放射して、物標から反射された反射信号を受信する。特許文献１に記載のレーダは、当該反射信号に、局部発振信号源からの周波数が鋸歯状に変化する高周波信号を混合し、混合された信号に基づいて、目標物の位置を特定する。

【0005】

しかし、特許文献１に記載のレーダは、一般的な手法として、反射信号に対する高速フーリエ変換の前処理で窓関数を適用する。当該窓関数は、２つの反射信号が隣接した周波数ビンにあると、それぞれの反射信号を適切に分離できない。このため、特許文献１に記載のレーダにおいては、距離分解能が劣化する虞があった。

【0006】

そこで、距離分解能を向上させることが可能なレーダ装置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】

本発明の一側面に係るレーダ装置は、時間経過とともに第１周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第１チャープ信号と、時間経過とともに前記第１周波数とは異なる第２周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第２チャープ信号と、を含む電磁波のビームを送信波として送信する送信部と、前記送信波の送信および前記送信波が物標で反射した反射波の受信のためのアンテナと、前記反射波に関する信号に基づいて、前記物標までの距離を示す第１距離を推定する第１距離推定部と、前記反射波の位相を推定する所定のアルゴリズムを用いて、前記第１距離に対する、前記第１チャープ信号に対応する前記反射波の位相と前記第２チャープ信号に対応する前記反射波の位相との差を示す位相差を推定する位相差推定部と、前記位相差と、前記第１周波数と前記第２周波数との差と、に基づいて、前記物標までの距離を示す第２距離を推定する第２距離推定部と、を備える。

【0008】

本発明の一側面に係る距離測定方法は、時間経過とともに第１周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第１チャープ信号と、時間経過とともに前記第１周波数とは異なる第２周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第２チャープ信号と、を含む電磁波のビームを送信波として送信するステップと、前記送信波を送信するステップと、前記送信波が物標で反射した反射波を受信するステップと、前記反射波に関する信号に基づいて、前記物標までの距離を示す第１距離を推定するステップと、前記反射波の位相を推定する所定のアルゴリズムを用いて、前記第１距離に対する、前記第１チャープ信号に対応する前記反射波の位相と前記第２チャープ信号に対応する前記反射波の位相との差を示す位相差を推定するステップと、前記位相差と、前記第１周波数と前記第２周波数との差と、に基づいて、前記物標までの距離を示す第２距離を推定するステップと、を含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示によれば、距離分解能を向上させることが可能なレーダ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１実施形態に係るレーダ装置の構成の一例を示す図である。

【図2】送信波における経過時間と周波数の変化との関係を示すグラフである。

【図3】第１距離を推定するための送信波における経過時間と周波数の変化との関係を示すグラフである。

【図4】到来方向の推定を概念的に示した図である。

【図5】各チャープ信号における位相を示すグラフである。

【図6】従来のレーダ装置における距離分解能を示す図である。

【図7】第１実施形態に係るレーダ装置における距離分解能を示す図である。

【図8】第２実施形態に係るレーダ装置の構成の一例を示す図である。

【図9】第２実施形態に係るレーダ装置の第１距離と第２距離との関係を示すグラフである。

【図10】第３実施形態に係るレーダ装置の構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、各図を参照しながら本開示の各実施形態について説明する。
＝＝＝第１実施形態に係るレーダ装置１００の構成＝＝＝

【0012】

図１を参照しつつ、第１実施形態に係るレーダ装置１００の構成について説明する。図１は、第１実施形態に係るレーダ装置１００の構成の一例を示す図である。

【0013】

レーダ装置１００は、物標までの距離を測定する装置である。レーダ装置１００は、例えば、車両などの移動体（不図示）に搭載され、当該移動体と他の物標との距離を推定する。なお、図１では第１物標と第２物標とがあるように示しているが、以下説明においては、物標という場合、第１物標または第２物標の少なくともいずれかを示すこととする。

【0014】

図１に示すように、レーダ装置１００は、例えば、送信アンテナ１１０、受信アンテナ１２０、制御装置１３０を含む。

【0015】

送信アンテナ１１０は、例えばマイクロストリップアンテナなどで形成される。送信アンテナ１１０は、例えば、放射指向性の方向を中心として、検知領域に送信波を送信する。

【0016】

受信アンテナ１２０は、例えば複数のマイクロストリップアンテナなどで形成される。受信アンテナ１２０は、例えば検知領域の物標で送信波が反射した反射波を受信する。受信アンテナ１２０は、例えば検知領域の物標で反射される反射波を全方向で受信できる。受信アンテナ１２０は、例えば、受信した反射波を電気変換して、検出信号として出力する。以下、説明の便宜上、受信アンテナ１２０は、例えば第１受信アンテナ１２１と第２受信アンテナ１２２とで形成されているものとする。

【0017】

制御装置１３０は、物標までの距離を算出する装置である。

【0018】

制御装置１３０は、例えば、送信部１３１、受信部１３２、周波数スペクトル推定部１３３、第１距離推定部１３４、到来方向推定部１３５、反射波推定部１３６、第１位相差推定部１３７、第２距離推定部１３８を含む。

【0019】

送信部１３１は、例えば、時間経過とともに所定の周波数（以下、「第１周波数」という。）から周波数が変化するチャープ信号（以下、「第１チャープ信号」という。）と、時間経過とともに第１周波数とは異なる周波数（以下、「第２周波数」という。）から周波数が変化するチャープ信号（以下、「第２チャープ信号」という。）と、を少なくとも含む電磁波のビームを送信波として生成する。すなわち、送信部１３１は、第１チャープ信号と第２チャープ信号とで初期の周波数が異なる送信波を生成する。

【0020】

具体的には、送信部１３１は、所定の時間間隔で、第１チャープ信号の第１周波数と第２チャープ信号の第２周波数とが異なり、周波数が三角波状の送信波を形成させるための変調制御信号を生成する。送信部１３１は、生成した変調制御信号にしたがって発振周波数を変化させる。これにより、送信部１３１は、各チャープ信号の初期の周波数が異なり、変調区間が所定の時間間隔で繰り返される、発振周波数が三角波状の送信波を生成する。換言すると、送信部１３１は、例えば、各チャープ信号の初期の周波数を変化させた、周波数連続変調（ＦＭＣＷ）方式によって、送信波を生成する。

【0021】

以下、図２を参照しつつ、送信部１３１で生成される送信波について詳細に説明する。図２は、送信波における経過時間と周波数の変化との関係を示すグラフである。図２では、Ｘ軸は経過時間ｔを示し、Ｙ軸は送信波の周波数Ｈｚを示す。図２では、送信波を実線で示し、受信される反射波を破線で示す。

【0022】

図２に示すように、送信部１３１は、経過時間とともに第１周波数ｆ_ｍｉｎ１から周波数が単調増加する第１チャープ信号（Ｃｈｉ１）を生成する。さらに、送信部１３１は、所定の時間後に、経過時間とともに第２周波数ｆ_ｍｉｎ２から周波数が単調増加する第２チャープ信号（Ｃｈｉ２）を生成する。同様に、送信部１３１は、所定の時間後に、第２周波数よりも大きい周波数から周波数が単調増加するチャープ信号を生成してもよい。これにより、送信部１３１は、変調区間が所定の時間間隔で繰り返される送信波を生成できる。以下では、第１周波数ｆ_ｍｉｎ１と第２周波数ｆ_ｍｉｎ２とに着目して説明することとし、第１周波数ｆ_ｍｉｎ１と第２周波数ｆ_ｍｉｎ２との周波数の差を「Δｆ_ｍｉｎ」ということもある。また、図２では、各チャープ信号について、変調区間を等しく示しているが、変調区間が異なっていてもよい。また、各チャープ信号は、単調増加するものに限られず、例えば、単調減少するものであってもよい。

【0023】

受信部１３２は、例えば、受信アンテナ１２０で受信された物標ごとの反射波が合成された受信波と、送信波とをミキシングしてＩＦビート信号を生成する。受信部１３２は、例えば、ミキサ１３２ａ、ＡＤＣ（ａｎａｌｏｇ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１３２ｂを含む。

【0024】

ミキサ１３２ａは、受信波と送信波とをミキシングして、所定の周波数のＩＦビート信号を生成する。ＩＦビート信号は、受信用のアンプ（不図示）で増幅されてＡＤＣ１３２ｂに出力される。

【0025】

ＡＤＣ１３２ｂは、アナログのＩＦビート信号をデジタルのＩＦビート信号に変換して周波数スペクトル推定部１３３に出力する。ＡＤＣ１３２ｂには、例えば一般的なアナログ－デジタル変換回路を用いる。ＡＤＣ１３２ｂは、例えば、フラッシュ形、パイプライン形、逐次比較形、デルタシグマ形、二重積分形等の種々の方式が挙げられる。

【0026】

周波数スペクトル推定部１３３は、例えば、入力されたデジタルのＩＦビート信号を高速フーリエ変換して周波数スペクトルを生成する。周波数スペクトル推定部１３３は、チャープ信号に対応するＩＦビート信号の電力がピークを示す周波数ｆ_ｐｅａｋを推定する。

【0027】

第１距離推定部１３４は、周波数スペクトル推定部１３３で推定された周波数ｆ_ｐｅａｋに基づき物標までの距離（以下「第１距離」という。）を推定する。

【0028】

図３を参照しつつ、第１距離を推定する手順について説明する。図３は、第１距離を推定するための送信波における経過時間と周波数の変化との関係を示すグラフである。図３では、Ｘ軸は経過時間ｔを示し、Ｙ軸は送信波の周波数Ｈｚを示す。図３では、送信波を実線で示し、受信される反射波を破線で示す。

【0029】

第１距離推定部１３４は、送信波のチャープ信号の最小周波数ｆ_ｍｉｎと最大周波数ｆ_ｍａｘとの間の使用帯域幅Ｂ_ｗと、チャープ信号の周期Ｔ_ｍと、周波数ｆ_ｐｅａｋとに基づいて、第１距離を推定する。具体的には、式（１）に示す「ｆ_ｐｅａｋ」に周波数スペクトル推定部１３３で推定された周波数ｆ_ｐｅａｋを代入して、距離を推定する。これにより、第１距離推定部１３４は、物標までの概略の第１距離Ｒ１を推定できる。

【0030】

Ｒ１ ＝ （（ｃ×Ｔ_ｍ）／（２×ＢＷ））×ｆ_ｐｅａｋ ・・・ （１）
（ＢＷ：使用周波数帯域、Ｔ_ｍ：チャープ周期、ｃ：光速、ｆ_ｐｅａｋ：ビート信号にＦＦＴを適用した後のピーク周波数値）

【0031】

到来方向推定部１３５は、例えば、第１距離に対する、第１受信アンテナ１２１で受信するそれぞれの反射波を合成した受信波と、第２受信アンテナ１２２で受信するそれぞれの反射波を合成した受信波とに基づいて、それぞれの反射波が到来する方向（以下「到来方向」という。）を推定する。換言すると、到来方向推定部１３５は、例えばレーダ装置１００と物標との角度を推定する。

【0032】

具体的には、到来方向推定部１３５は、第１距離に対する、第１受信アンテナ１２１および第２受信アンテナ１２２で受信したそれぞれの受信波につきＡＦ（Ａｎｎｉｈｉｌａｔｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒ）法を適用することで、第１受信アンテナ１２１および第２受信アンテナ１２２の少なくともいずれかと、物標と、で形成される角度（到来方向）を推定する。

【0033】

ＡＦ法は、第１受信アンテナ１２１で受信する受信波と第２受信アンテナ１２２で受信する受信波とを入力として、出力が「０」になるようなフィルタを用いて、アンテナ間の位相差を算出することで、当該角度（到来方向）の推定を行う手法である。

【0034】

なお、到来方向推定部１３５は、ＡＦ法を適用して当該角度を推定することに限定されない。ここで、図４を参照しつつ、到来方向推定部１３５における角度（到来方向）の推定方法の他の一例について説明する。図４は、到来方向の推定を概念的に示した図である。

【0035】

図４では、第１受信アンテナ１２１と第２受信アンテナ１２２との間の距離（以下、「アンテナ間距離」という。）を「ｄ」とし、第１受信アンテナ１２１と物標との角度を「θ」とする。以下では、第１受信アンテナ１２１で受信する反射波の位相を「φ１」とし、第２受信アンテナ１２２で受信する反射波の位相を「φ２」とする。

【0036】

図４に示すように、第２受信アンテナ１２２で受信される反射波は、第１受信アンテナ１２１で受信される反射波よりも、ｄ×ｓｉｎ（θ）の追加距離を伝搬する。各アンテナと物標までの距離が、アンテナ間距離よりも十分に長いと仮定すると、位相差は、式（２）で算出される。

【0037】

Δφ ＝ （２πｄ×sin（θ））／λ ・・・ （２）
（φ：アンテナ間の反射波の位相差、ｄ：アンテナ間の距離）

【0038】

よって、角度θは、式（３）で算出される。

【0039】

θ ＝ sin^-1（（λ×Δφ)／（２π×ｄ）） ・・・ （３）

【0040】

また、到来方向推定部１３５は、ＭＯＤＥ法（周波数応答解析）で到来方向を推定してもよい。

【0041】

反射波推定部１３６は、到来方向推定部１３５において推定された角度に基づいて、物標からの反射波を推定する。式（４）を参照しつつ、反射波を推定する手法について説明する。式（４）は、反射波を推定するための行列式である。

【0042】

【数1】

【0043】

式（４）に示すように、当該行列式では、推定された角度を成分として有するヴァンデルモンド行列（ａ）に、係数行列である各物標の反射波のベクトル（ｂ）を掛けて、受信信号を示すベクトル（ｃ）と対応付けている。

【0044】

行列（ａ）において、「Ｚ」は角度θ（推定方向）から導出される複素数であり例えばＺ＝ｅ^ｊθで表され、「Ｚ」に付されている添え字は反射波の推定数であり、「Ｍ」は受信アンテナの数を示す。また、行列（ｂ）において、「Ａ」は反射波の振幅を示し、「α」は反射波の位相を示す。また、行列（ｃ）において、「Ｘ」は各アンテナにおける受信信号を示す。

【0045】

推定された角度が示される行列（ａ）は、「０」ではないことから、逆行列で表すことができる。また、受信信号を示す行列（ｃ）の各成分「Ｘ」は、反射波に基づいて特定される。よって、反射波推定部１３６は、各物標の反射波のベクトル（ｂ）に含まれる各成分を一意に推定できる。これにより、反射波推定部１３６は、該当する物標の反射波の位相αを推定できる。

【0046】

第１位相差推定部１３７は、反射波推定部１３６で推定された反射波に関する反射波に基づいて、第１距離に対する、第１チャープ信号に対応する物標からの反射波の位相と第２チャープ信号に対応する物標からの反射波の位相との差を示す位相差を推定する。

【0047】

図５を参照しつつ、当該位相差について説明する。図５は、各チャープ信号における物標からの反射波の位相を示すグラフである。図５においては、Ｘ軸は経過時間ｔを示し、Ｙ軸は反射波における各チャープ信号の位相を示す。図５において、符号５００は第１チャープ信号（Ｃｈｉ１１）に対応する物標からの反射波の位相を示し、符号５０１は第２チャープ信号（Ｃｈｉ１２）に対応する物標からの反射波の位相を示す。

【0048】

図５に示すように、第１位相差推定部１３７は、例えば、第１チャープ信号Ｃｈｉ１１に対応する物標からの反射波の位相α_１，１と、第２チャープ信号Ｃｈｉ１２に対応する物標からの反射波の位相α_１，２とを特定する。第１位相差推定部１３７は、位相α_１，１と位相α_１，２との位相差Δαを算出する。なお、第１チャープ信号に対応する物標からの反射波の位相と第２チャープ信号に対応する物標からの反射波の位相との位相差を算出するように説明したが、これは、初期周波数が異なる二以上のチャープ信号間の位相差を算出することをいう。

【0049】

第２距離推定部１３８は、当該位相差Δαと、第１周波数ｆ_ｍｉｎ１と第２周波数ｆ_ｍｉｎ２との周波数の差Δｆ_ｍｉｎとに基づいて、式（５）により、物標との距離（以下、「第２距離」という。）を推定する。

【0050】

Ｒ２ ＝ （ｃ×Δα）／（４π×Δｆ_ｍｉｎ） ・・・ （５）
（Ｒ２：第２距離、Δα：各チャープ信号に対応する物標からの反射波の位相差、Δｆ_ｍｉｎ：第１周波数と第２周波数との差）

【0051】

これにより、第１距離よりも距離分解能が高い第２距離を推定することができる。

【0052】

以下、図６、図７を参照しつつ、従来のレーダ装置と比較した、第１実施形態に係るレーダ装置における効果について説明する。

【0053】

図６は、従来のレーダ装置における距離分解能を示す図である。図６において、横軸は物標の横方向（Ｙ方向）の位置を示し、縦軸は物標の距離方向（Ｘ方向）の位置を示す。すなわち、図６では、従来のレーダ装置と第１，第２物標とを平面的に見た位置関係を示す。なお、従来のレーダ装置は、図６の横軸の「０．００」の位置に配置されているものとする。図６において、符号６００は第１物標の推定された位置を示し、符号６０１は、第１物標の実際の位置を示し、符号６０２は第２物標の推定された位置を示し、符号６０３は第２物標の実際の位置を示す。

【0054】

従来のＦＳＫ方式を用いたレーダ装置は、チャープ信号を用いないため、物標との間で相対速度差が生じているときにのみ距離を推定できる。すなわち、従来のレーダ装置では、相対速度差が「０」の物標との距離を推定できない。

【0055】

また、従来のＦＭＣＷもしくはＦＣＭを用いたレーダ装置では、高速フーリエ変換における窓関数による距離分解能の劣化が生じる。図６に示すように、従来のレーダ装置は、到来方向の推定により２つの物標を分離できているものの、距離分解能の劣化により、推定された物標の位置と実際の物標の位置とに誤差を生じる（距離方向で分離不可）。そのため、従来のレーダ装置では、実際の物標の位置が異なる一の物標と他の物標とが同一の距離にあるように推定される。

【0056】

図７は、第１実施形態に係るレーダ装置１００における距離分解能を示す図である。図７において、横軸は物標の横方向（Ｙ方向）の位置を示し、縦軸は物標の距離方向（Ｘ方向）の位置を示す。すなわち、図７では、レーダ装置１００と第１，第２物標とを平面的に見た位置関係を示す。なお、レーダ装置１００は、横軸の「０．００」の位置に配置されているものとする。図７において、符号７００は第１物標の推定された位置を示し、符号７０１は、第１物標の実際の位置を示し、符号７０２は第２物標の推定された位置を示し、符号７０３は第２物標の実際の位置を示す。

【0057】

上述したように、第１実施形態に係るレーダ装置１００は、第１チャープ信号の初期周波数が第２チャープ信号の初期周波数と異なるように、送信波を生成する。

【0058】

これにより、第１実施形態に係るレーダ装置１００は、物標からの反射波の位相変化を推定可能となるため、より精度高く物標までの距離を推定できる。そのため、図７に示すように、第１実施形態に係るレーダ装置１００は、距離方向（Ｘ方向）においても２つの物標を分離できる。これは、高速フーリエ変換における窓関数による距離分解能の劣化を生じないためである。

【0059】

また、第１実施形態に係るレーダ装置１００は、ＦＭＣＷ方式を用いているため、相対速度が「０」の物標であっても距離を推定できる。

【0060】

さらに言うと、第１実施形態に係るレーダ装置１００は、各チャープ信号の初期周波数を任意に設定して、そのレーダ装置固有のパターンを構成できるため、他のレーダ装置の反射波との識別が可能となる。
＝＝＝第２実施形態に係るレーダ装置２００の構成＝＝＝

【0061】

図８、図９を参照しつつ、第２実施形態に係るレーダ装置２００の構成について説明する。図８は、第２実施形態に係るレーダ装置２００の構成の一例を示す図である。図９は、第２実施形態に係るレーダ装置２００の第１距離と第２距離との関係を示すグラフである。図９において、横軸は第１距離を示し、縦軸は第２距離を示す。図９において、符号９００は第１物標の推定された位置を示し、符号９０１は第２物標の推定された位置を示す。

【0062】

第２実施形態に係るレーダ装置２００は、例えば、送信アンテナ２１０、受信アンテナ２２０、送信部２３１、受信部２３２、周波数スペクトル推定部２３３、第１距離推定部２３４、第２位相差推定部２３５、第２距離推定部２３６を含む。

【0063】

第２実施形態に係るレーダ装置２００は、第１実施形態に係るレーダ装置１００と比較して、到来方向推定部１３５、反射波推定部１３６、第１位相差推定部１３７を排除し、第２位相差推定部２３５を追加したものである。

【0064】

第２実施形態に係るレーダ装置２００における、送信アンテナ２１０、送信部２３１、周波数スペクトル推定部２３３、第１距離推定部２３４、第２距離推定部２３６は、第１実施形態に係るレーダ装置１００における、送信アンテナ１１０、送信部１３１、周波数スペクトル推定部１３３、第１距離推定部１３４、第２距離推定部１３８と同じであるため、その説明を省略する。

【0065】

第２実施形態に係るレーダ装置２００は、例えば反射波を一つの受信アンテナ２２０（第３受信アンテナ）で受信してもよい。すなわち、第２実施形態に係るレーダ装置２００は、受信アンテナ２２０が一つで構成されていてもよい。これは、レーダ装置２００では、物標の角度（到来方向）の推定を行わないためである。

【0066】

送信部２３１は、例えば、周波数が比例的に増加または減少する第１チャープ信号および第２チャープ信号を含む電磁波のビームを送信波として送信する。比例的に増加または減少するとは、例えば単調増加または単調減少することをいう。

【0067】

また、送信部２３１は、例えば、時間幅が等しい第１チャープ信号および第２チャープ信号を含む電磁波のビームを送信波として送信する。

【0068】

第２位相差推定部２３５は、例えば高速フーリエ変換によって各チャープ信号間における各反射波の位相差を推定する。なお、第２位相差推定部２３５は、高速フーリエ変換によらず、相関処置により位相差を推定可能な他の位相検知アルゴリズムによって、各チャープ信号間における各反射波の位相差を推定してもよい。

【0069】

具体的には、第２位相差推定部２３５は、式（６）により、例えば第１物標に対応するＩＦビート信号Ｖ_ＩＦ１を推定する。

【0070】

【数2】

（Ａ_ｔｘ：送信波の振幅、Ａ_ｒｘ：受信波の振幅、Ｒ_１：第１距離、ＢＷ：使用周波数帯域、ｃ：光速、Ｔ_ｍ：チャープ周期、ｆ_{ｍｉｎ ｎ}：ｎ番目のチャープ信号の初期周波数）

【0071】

これにより、式（６）の（２π（２Ｒ_１×ｆ_{ｍｉｎ ｎ}）／ｃ））を変形して、式（７）に示すように、ｎ番目のチャープ信号に対応する反射波の位相α_１，ｎを推定できる。

【0072】

【数3】

【0073】

したがって、第２位相差推定部２３５は、式（７）に基づいて、例えば、図５に示すような、チャープ信号Ｃｈｉ１１に対応する反射波の位相α_１，１とチャープ信号Ｃｈｉ１２に対応する反射波の位相α_１，２との位相差Δα_１を推定できる。

【0074】

同様に、第２位相差推定部２３５は、第２物標に対応するＩＦビート信号に基づいて、チャープ信号間の位相差Δα_２を推定できる。

【0075】

すなわち、第２実施形態に係るレーダ装置２００は、送信波のチャープ信号の初期周波数を変化させることによって、物標を分離できるととともに、以下に示す各物標の第２距離を推定できる。

【0076】

第２実施形態に係るレーダ装置２００は、第１実施形態に係るレーダ装置１００と同様に、第２距離推定部２３６において、式（５）によって、物標までの距離が推定される。すなわち、図９に示すように、第２距離推定部２３６は、概略の第１距離に対して、詳細の第２距離を推定する。

【0077】

これにより、第２実施形態に係るレーダ装置２００は、従来のレーダ装置よりも、距離分解能を高めることができる。また、第２実施形態に係るレーダ装置２００は、受信アンテナ２２０が一つで構成されてもよいため、その構成が簡易となる。
＝＝＝第３実施形態に係るレーダ装置３００の構成＝＝＝

【0078】

図１０を参照しつつ、第３実施形態に係るレーダ装置３００の構成について説明する。図１０は、第３実施形態に係るレーダ装置３００の構成の一例を示す図である。

【0079】

第３実施形態に係るレーダ装置３００は、第２実施形態に係るレーダ装置２００と比較して、受信アンテナ２２０を排除し、分離部３３７を追加したものである。以下、第３実施形態に係るレーダ装置３００のその他の構成要素については、その説明を省略する。

【0080】

送受信アンテナ３１０は、送信波を送信し、送信波が第１，第２物標で反射した反射波を受信するように、一つのアンテナで構成される。

【0081】

分離部３３７は、例えば、サーキュレータであり、送受信アンテナ３１０に接続され、送信波に関する信号と反射波に関する信号とを分離する。

【0082】

これにより、送信波の送信と反射波の受信とを一つのアンテナで実現できるため、モジュール面積を縮減でき、レーダ装置３００の小型化が図れる。
＝＝＝まとめ＝＝＝

【0083】

本開示の例示的な実施形態に係るレーダ装置１００，２００は、時間経過とともに第１周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第１チャープ信号と、時間経過とともに第１周波数とは異なる第２周波数から周波数が変化するチャープ信号を示す第２チャープ信号と、を含む電磁波のビームを送信波として生成する送信部１３１，２３１と、送信波の送信および送信波が物標で反射した反射波の受信のためのアンテナ１１０，１２０と、反射波に関する信号たる受信波に基づいて、物標までの距離を示す第１距離を推定する第１距離推定部１３４，２３４と、反射波の位相を推定する所定のアルゴリズムを用いて、第１距離に対する、第１チャープ信号に対応する反射波の位相と第２チャープ信号に対応する反射波の位相との差を示す位相差Δαを推定する第１，第２位相差推定部１３７，２３５（位相差推定部）と、位相差Δαと、第１周波数と第２周波数との差Δｆ_ｍｉｎと、に基づいて、物標までの距離を示す第２距離を推定する第２距離推定部１３８，２３６と、を備える。これにより、レーダ装置１００，２００は、簡易な装置構成で高い距離分解能を実現できる。また、レーダ装置１００，２００は、静止物に対しても距離を推定できる。さらに、レーダ装置１００，２００は、各チャープの初期周波数を変化させているため、他のレーダ装置からの妨害を低減できる。

【0084】

また、レーダ装置１００の受信部１３２は、第１受信アンテナ１２１と、第２受信アンテナ１２２と、を含み、第１距離に対する、第１受信アンテナ１２１および第２受信アンテナ１２２で受信するそれぞれの反射波に基づいて、反射波が到来する方向を示す到来方向を推定する到来方向推定部１３５をさらに備え、第１位相差推定部１３７は、到来方向に基づき、物標からの反射波を求める手法を用いて、位相差を推定する。これにより、レーダ装置１００は、高い距離分解能で物標との距離を推定できる。

【0085】

また、レーダ装置１００の到来方向推定部１３５は、ＡＦ法を用いて、到来方向を推定する。これにより、レーダ装置１００は、物標との角度を高い精度で推定できるため、高い距離分解能で物標との距離を推定できる。

【0086】

また、レーダ装置２００の受信部２３２は、反射波を、受信アンテナ２２０（第３受信アンテナ）のみで受信する。これにより、レーダ装置２００は、距離の推定を高い精度で保ちつつ、構成を簡素化できる。

【0087】

レーダ装置３００の送受信アンテナ３１０は、送信波を送信し、反射波を受信する、一つのアンテナを含み、送受信アンテナ３１０に接続され、送信波に関する信号と反射波に関する信号とを分離する分離部３３７、をさらに備える。これにより、一つのアンテナで送受信を行うことができるため、レーダ装置の小型化が図れる。

【0088】

また、レーダ装置１００，２００，３００の送信部１３１，２３１，３３１は、周波数が比例的に変化する第１チャープ信号および第２チャープ信号を含む電磁波のビームを送信波として送信する。これにより、レーダ装置２００，３００は、高い距離分解能で物標との距離を推定できる。

【0089】

また、レーダ装置１００，２００，３００の送信部１３１，２３１，３３１は、時間幅が等しい第１チャープ信号および第２チャープ信号を含む電磁波のビームを送信波として送信する。これにより、レーダ装置１００，２００，３００は、高い距離分解能で物標との距離を推定できる。

【0090】

以上説明した実施形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定して解釈するためのものではない。本開示は、その趣旨を逸脱することなく、変更または改良され得るとともに、本開示にはその等価物も含まれる。すなわち、実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。実施形態が備える素子及びその配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0091】

１００，２００，３００…レーダ装置、１１０，２１０…送信アンテナ、１２０，２２０…受信アンテナ、１３０，２３０，３３０…制御装置、１３１，２３１，３３１…送信部、１３２，２３２，３３２…受信部、１３３，２３３，３３３…周波数スペクトル推定部、１３４，２３４，３３４…第１距離推定部、１３５…到来方向推定部、１３６…反射波推定部、１３７…第１位相差推定部、２３５，３３５…第２位相差推定部、１３８，２３６，３３６…第２距離推定部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】