JP2010002389A - 信号処理装置、レーダ装置、及び、信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信領域端部に実在する物体からの受信信号から検出される方位角のうち、受信領域中心部で誤検出された方位角を誤りと判定するとともに、受信領域端部において検出される方位角を正しいと判定する。
【課題を解決するための手段】
基準方向にレーダ信号を送信し、所定間隔離間したアンテナ対で受信したレーダ信号対の位相差から物体の方位角を検出する信号処理装置において、前記受信信号対の強度が、当該受信信号対から検出された前記方位角と前記距離との組合せに対応する基準値以上のときに、当該方位角が正しいと判定し、前記強度が前記基準値未満のときに当該方位角が誤りと判定する。このとき基準値は、前記距離に応じて異なるとともに、前記方位角に応じて異なるので、受信領域中心部内で誤検出された方位角を誤りと判定するとともに、受信領域端部において検出される方位角を正しいと判定することができる。
【選択図】図７

Description

本発明は、複数のアンテナを備えたレーダ信号受信機が受信する受信信号を処理して、前記アンテナ対における受信信号対の位相差から当該受信信号を反射した物体の方位角を検出する技術に関し、特に、検出した方位角が正しいことを受信信号対の強度に基づき判定する技術に関する。

レーダ装置により物体の方位角を検出する方法として位相モノパルス式が知られており、かかるレーダ装置の一例が、特許文献１に記載されている。位相モノパルス式のレーダ装置は、レーダ装置正面（基準方向）に送信したレーダ信号が物体により反射されると、その反射信号を２つの受信用アンテナで受信信号として受信する。このとき、受信用アンテナ対は一定間隔離間しているので、物体の方位に応じて物体からアンテナに至る受信信号の経路長に差が生じる。このため、アンテナに到達時に受信信号対に位相差が生じ、この位相差から物体の方位角が算出される。ここでは、方位角は、基準方向を０度として、基準方向に対する角度差をいう。

位相モノパルス式では、受信信号対の到来方位角が大きくなると、その経路長の差が信号の波長を超える（いわゆる位相が折り返す）場合がある。かかる場合を考慮すると、検出された１つの位相差からは、複数の方位角が算出される。

かかるレーダ装置を、例えば、車両の前方監視を行う車載レーダ装置として用い、先行車両への追従走行制御を行おうとすると、隣接車線などの車両からの受信信号により、自車線前方において実在しない車両の方位角が誤検出されるおそれがある。すると、車両の誤制御につながるおそれがある。

よって、かかる事態を回避するために、位相モノパルス式の車載レーダ装置においては、検出した方位角の正誤判定が行われる。正誤判定方法の一例として、受信信号対の強度は到来方位角に応じて異なることに着目し、受信信号対の強度に基づいて検出した方位角の正誤を判定する方法があげられる。図１を用いて、かかる正誤判定方法について説明する。

まず、図１（Ａ）には、１つの受信用アンテナで受信する受信信号の、到来方位角（横軸）ごとの強度（縦軸）の分布、つまりアンテナパターンＡＰ１が示される。ここでは、受信用アンテナ対のアンテナパターンは同じとする。

このアンテナパターンＡＰ１は、換言すると、同一の反射断面積の物体が等距離かつレーダ信号の受信領域Ｂ１内の全方位に存在すると仮定したときに、方位角ごとに得られる受信信号の強度を表す。よって、基準方向（方位角０度）に向け送信されるレーダ信号の利得は方位角０度で最大となることに対応して、アンテナパターンＡＰ１は、方位角０度で極大となり、方位角が大きくなり受信領域Ｂ１の端部に近づくにつれて減衰する形状となる。

このようなアンテナパターンＡＰ１によると、異なる方位角θ１、θ２（但し、θ１＜θ２）にそれぞれ存在する物体から得られる受信信号の強度はＰ１、Ｐ２（Ｐ１＞Ｐ２）となる。このことを利用し、追従走行制御のための車載用のレーダ装置においては、次のようにして検出した方位角の正誤判定を行う。

追従走行制御では、レーダ信号の受信領域Ｂ１より狭い自車両の走行車線幅に対応した範囲において、正確に先行車両の方位角を検出することが要求される。ここにおいて、かかる範囲（例えば±５度）を、受信領域中心部Ａ１とし、その外の受信領域を受信領域端部Ａ２とする。すると、追従走行制御のためには、受信領域中心部Ａ１内に実在する物体の方位角を検出するとともに、受信領域端部Ａ２に実在する物体からの受信信号の位相が折り返したことにより（受信信号の位相の折返しについては後述する）受信領域中心部Ａ１内で誤検出された方位角と、受信領域端部Ａ２で検出された方位角とを、制御対象から除外できればよい。

よって、上記のようなアンテナパターンＡＰ１において、受信領域中心部Ａ１の両端の方位角に対応する信号強度Ｔ１を基準値として設定する。そして、受信領域中心部Ａ１内の方位角θ１に実在する物体からの受信信号対により、位相の折返しを考慮して受信領域中心部Ａ１内の方位角θ１と、受信領域端部Ａ２の方位角θ２が検出されたとする。このとき、受信信号対の強度Ｐ１は基準値Ｔ１以上となるので、受信領域中心部Ａ１内で検出された方位角θ１は正しいと判定されるとともに、受信領域端部Ａ２で検出された方位角θ２は制御の対象から除外される。

反対に、受信領域端部Ａ２の方位角θ２に実在する物体からの受信信号対により、方位角θ１とθ２が検出されたとする。しかし、そのときの受信信号対の強度Ｐ２は基準値Ｔ１を下回るので、受信領域中心部Ａ１内で検出された方位角θ１は誤りと判定され制御の対象から除外されるとともに、受信領域中心部端部Ａ２で検出された方位角θ２も誤りと判定され制御の対象から除外される。

次に、受信信号の強度は物体との距離が近くなるほど大きく、距離が遠くなるほど小さくなることを考慮すると、物体までの距離に応じて異なる基準値を用いる必要がある。

図１（Ａ）に示したアンテナパターンＡＰ１が比較的遠距離に存在する物体に対応するとしたときに、比較的近距離に存在する物体に対応するアンテナパターンは、図１（Ｂ）に示すように、アンテナパターンＡＰ１を上方にシフトしたアンテナパターンＡＰ２になる。すると、遠距離のアンテナパターンＡＰ１に対応した基準値Ｔ１を、近距離のアンテナパターンＰ２に適用すると、受信領域端部Ａ２で基準値Ｔ１を超えるため、誤検出された方位角を正しいと判定するおそれがある。そこで、物体までの距離が近距離の場合には、アンテナパターンＡＰ２における受信領域中心部Ａ１の両端の方位角に対応した基準値Ｔ２を設け、基準値Ｔ２により上述したような正誤判定が行われる。

このように、追従走行制御に用いられるレーダ装置は、物体までの距離と方位角とを検出すると、検出した距離に応じて異なる基準値を用いて、受信信号対の強度が基準値以上であれば検出した方位角が正しく、受信信号の強度が基準値未満であれば検出した方位角が誤りと判定する。なお、物体の距離は、ＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated-Continuous Wave）方式などを用いて検出される。
特開２００１−５１０５０号公報

ところで、近年では、車両の追従走行制御に加え、障害物や他の車両との衝突が予測される場合に、安全装置を作動させるなどして乗員の安全を確保する、衝突対応制御が求められる。衝突の蓋然性が大きい状況として、対向車線を外れて斜め前方から対向車が接近する場合や、交差点に進入するときに異なる方向から進入する他車両と出会い頭に出くわす場合などがあげられる。ここで、従来のレーダ装置によりこれらの物体を検出しようとすると、次のような問題が生じる。

図２（Ａ）は、追従走行制御に用いられるレーダ装置により、対向車線を外れて接近する対向車を検出しようとする場合を示す。ここでは、レーダ装置１０は車両１の前部に搭載され、車両１の前方に送信したレーダ信号の反射信号を受信領域Ｂ１で受信し、受信領域中心部Ａ１内で先行車を検出する。一方、対向車２は、受信領域端部Ａ２において、矢印Ｄ１で示すような軌跡を描き、受信領域端部Ａ２から自車両１に接近する。このような場合、レーダ装置１０は、対向車２からの受信信号対に基づきその方位角を検出するが、そのときの受信信号対の強度は、対向車２が受信領域中心部Ａ１に位置する場合と比べ相対的に低くなるため、図１（Ａ）、（Ｂ）に示したような基準値Ｔ１、またはＴ２を下回る。このため、対向車２については、検出された方位角が誤りと判定される。

また、図２（Ｂ）に示すように、同じ式のレーダ装置１０を自車両１の前側部に搭載し、車両の前側方を指向するように設けた場合にも、対向車２は、受信領域端部Ａ２において自車両１に接近する軌跡Ｄ２を描く。さらに、図２（Ｃ）に示すように、レーダ装置１０を車両１の前側方を指向させたときに、交差点Ｘに別の方向から進入して出会い頭に出くわす他車両３は、受信領域端部Ａ２において自車両１に接近する軌跡Ｄ３を描く。よって、図２（Ｂ）、（Ｃ）の場合は、いずれも図２（Ａ）と同様、車両２、車両３について検出された方位角が誤りと判定される。

このように、従来の正誤判定方法では、衝突の蓋然性が高い物体の検出された方位角が誤りと判定されるので、かかる物体に対して適切な制御がなされないおそれがある。

そこで、上記問題に鑑みてなされた本発明の目的は、受信領域端部に実在する物体からの受信信号対により検出される方位角のうち、受信領域中心部内で誤検出された方位角は誤りと判定するとともに、受信領域端部で検出された方位角は正しいと判定する、レーダ装置の信号処理装置等を提供することにある

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面によれば、アンテナ対を有するとともに、基準方向にレーダ信号を送信し、物体により反射された前記レーダ信号を前記アンテナ対により受信信号対として受信するレーダ信号送受信機の信号処理装置において、前記受信信号対を処理して前記物体までの距離を検出する距離検出手段と、前記受信信号対の位相差に基づき、前記物体が位置する方位角を検出する方位角検出手段と、前記受信信号対の強度が基準値以上のときに当該受信信号対から検出された方位角が正しいと判定する判定手段とを有し、前記基準値は、前記検出された距離が第１の距離のときは第１の基準値、前記距離が前記第１の距離より大きい第２の距離のときは前記第１の基準値より小さい第２の基準値であるとともに、前記検出された方位角が第１の方位角のときは第３の基準値、前記方位角が前記第１の方位角より大きい第２の方位角のときは前記第３の基準値より小さい第４の基準値であることを特徴とする。

なお、上記側面には、第３の基準値が第１、または第２の基準値と一致する場合、ならびに、第４の基準値が第１、または第２の基準値と一致する場合が含まれる。

上記側面によれば、検出された方位角が正しいことを判定するための基準値は、前記検出された距離が第１の距離のときは第１の基準値、前記距離が前記第１の距離より大きい第２の距離のときは前記第１の基準値より小さい第２の基準値であるとともに、前記検出された方位角が第１の方位角のときは第３の基準値、前記方位角が前記第１の方位角より大きい第２の方位角のときは前記第３の基準値より小さい第４の基準値となるように設定される。よって、受信領域端部に実在する物体からの受信信号対により複数の方位角が検出される場合において、その受信信号対の強度が受信領域中心部内に対応する基準値を下回ることで受信領域中心部内での誤検出を判定できるとともに、前記強度が受信領域端部に対応する基準値以上となることで受信領域端部において検出された方位角を正しいと判定することができる。

よって、車載用のレーダ装置においては、誤検出された物体を車両制御の対象から除外できるとともに、衝突の蓋然性が大きい物体に対する車両制御を確実にすることができる。

以下、図面にしたがって本発明の実施の形態について説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された事項とその均等物まで及ぶものである。

図３は、本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。レーダ装置１０は、車両１の前部フロントグリル内に搭載され、フロントグリルに形成されるレドームを透過してレーダ信号の送信と、物体により反射されたレーダ信号の受信とを行う。ここで、レーダ信号が受信される範囲を、受信領域Ｂ１とする。そして、レーダ装置１０は、マイクロコンピュータなどの信号処理装置により、物体が位置する方位角と物体までの距離、及び物体の速度を検出する。

ここで、上記の物体としては、車両１の走行車線幅に対応した受信領域中心部Ａ１に位置する先行車両、受信領域中心部Ａ１外の受信領域端部Ａ２において対向車線から外れて接近してくる対向車などが含まれる。そして、これらの物体についての検出結果に基づいて、車両１の図示されない制御装置が、先行車両に追従走行したり、対向車両との衝突を回避したりするように車両１の各種アクチュエータを制御する。

図４は、本実施形態におけるレーダ装置１０の構成例を示す。レーダ装置１０は、レーダ信号を送信する送信アンテナ１１と、所定間隔離間して設置された１対の受信用アンテナ１２＿１、１２＿２とを有し、物体により反射されたレーダ信号を受信用アンテナ１２＿１、１２＿２により受信する。このレーダ装置１０は、後述するようにアンテナ１２＿１、１２＿２での受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の位相差に基づき、物体が位置する方位角を求める、位相モノパルス式のレーダ装置である。また、このレーダ装置１０は、ＦＭ−ＣＷ式で周波数変調したレーダ信号を用いることで、物体までの距離と物体の相対速度を検出する。

レーダ装置１０は、送信系として、信号処理装置１４からの指示に応答して、三角波状の周波数変調信号を生成する変調信号生成部１６と、周波数変調信号に従って周波数変調された送信用レーダ信号Ｓｔを出力する電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８と、送信用レーダ信号Ｓｔを電力分配する分配器２０を有し、さらに、電力分配された送信用レーダ信号Ｓｔの一部Ｓｔ１をレーダ装置正面の基準方向Ｆに向け送信信号として送信する送信アンテナ１１を有する。

また、レーダ装置１０は、受信系として、受信用のアンテナ１２＿１、１２＿２と、信号処理装置１４の指示信号Ｓｃに応答して、受信アンテナ１２＿１、１２＿２による受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２を時分割で切り替えて出力するスイッチ２６とを有し、さらに、スイッチ２６から出力される受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２のそれぞれと電力分配された送信用レーダ信号Ｓｔ１の一部Ｓｔ２とを混合して、送信信号Ｓｔ１と受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２それぞれとの周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２を生成するミキサ２２と、周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２それぞれをサンプリングして、デジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換器２４とを有する。

ここにおいて、上記送信系の構成と受信系の構成が、「レーダ信号送受信機」３０に対応する。そして、レーダ装置１０は、上記送受信系の送受信動作を制御するとともに、Ａ／Ｄ変換器２４を介して入力される周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２のサンプリングデータを処理する信号処理装置１４を有する。

信号処理装置１４は、周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２のサンプリングデータに対し高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処理を実行するためのＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算処理装置と、周知のマイクロコンピュータとを有する。マイクロコンピュータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行する各種処理プログラムや制御プログラムが格納されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＣＰＵが各種データを一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）とを有する。そして、物体までの距離を検出する距離検出手段１４ａ、物体の方位角を検出する方位角検出手段１４ｂ、検出方位角の正誤判定を行う判定手段１４ｃ、正しいと判定された方位角の出力を確定する出力方位角確定手段１４ｄは、各処理手順を定めたソフトウェアと、これを実行するＣＰＵにより構成される。なお、出力可能と判定された検出結果は、図示されない車両１の制御装置に出力される。

ここで、上記構成のレーダ装置１０による、物体までの距離と相対速度、及び物体が位置する方位角の検出方法について説明する。

図５は、ＦＭ−ＣＷ式による、物体までの距離と物体の相対速度の検出方法について説明する図である。図５（Ａ）、（Ｂ）では、横軸に時間経過、縦軸に送信信号Ｓｔ１、受信信号Ｓｒ１及び周波数差信号Ｓｂ１の周波数を示す。

まず、図５（Ａ）に示すように、実線で示す送信信号Ｓｔ１の周波数は、周波数ｆｍの三角波に従って、周波数偏移幅ΔＦ（中心周波数ｆ０）で時間軸に対して直線的な上昇と下降とを反復する。以下では、送信信号Ｓｔ１の周波数上昇期間をアップ期間、周波数下降期間をダウン期間という。そして、送信信号Ｓｔ１の周波数に対し、点線で示す受信信号Ｓｒ１の周波数は、物体Ｔとの距離による遅延ΔＴ１と、物体の相対速度に応じたドップラ効果による周波数偏移ΔＤを受ける。

すると、図５（Ｂ）に示すように、受信信号Ｓｒ１の周波数変移の結果、周波数差信号Ｓｂ１の周波数は、アップ期間というでは周波数ｆｕ（以下、アップビート周波数ｆｕという）、ダウン期間で周波数ｆｄ（以下、ダウンビート周波数ｆｄという）となる。なお、受信信号Ｓｒ２から生成される周波数差信号Ｓｂ２の周波数も、周波数差信号Ｓｂ１と同一の周波数となる。そして、アップビート周波数ｆｕとダウンビート周波数ｆｄとを用いることで、物体までの距離Ｒと相対速度Ｖが次式により算出される。ここで、Ｃは光速である。

Ｒ＝Ｃ・（ｆｕ＋ｆｄ）／（８・ΔＦ・ｆｍ）
Ｖ＝Ｃ・（ｆｄ−ｆｕ）／（４・ｆ０）
図６は、位相モノパルス式による、物体が位置する方位角の検出方法について説明する図である。図６（Ａ）に示すように、レーダ装置正面の基準方向Ｆ（方位角０度）に向けて送信されたレーダ信号は、物体により反射されると伝搬経路Ｒ１、Ｒ２を経てアンテナ１２＿１、１２＿２により受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２として受信される。ここで、アンテナ１２＿１、１２＿２の間隔ｄは物体までの距離に比して微小であるので、伝搬経路Ｒ１、Ｒ２は平行であると考える。すると、伝搬経路Ｒ１、Ｒ２が基準方向Ｆに対してなす角度差θ１が受信信号の到来方位角であり、物体の方位角に対応する。そして、伝搬経路Ｒ１、Ｒ２の経路長の差Δｄ１において受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２に位相差が生じることから、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の平均の波長をλ、位相差をφとすると、φ=Δｄ１・２π/λの関係が成り立つ。また、Δｄ１=d・sinθ１であることから、方位角θ１は次式により算出される。

θ１＝arcsin（λ・φ／（2π・d））
ここで、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の位相差φは、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２それぞれから生成される周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２の位相差に含まれる。よって、本実施形態においては、信号処理装置１４は、後述する手順において、周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２の位相差を用いることで、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の位相差に対応する物体の方位角を検出する。

ところで、かかる方位角の検出方法においては、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の位相差は-π〜πの２πの範囲内で検出される。すると、位相差φがこの範囲を超えると、１つの位相差φから異なる方位角が算出される。

例えば、図６（Ｂ）に示すように、物体の方位角θ２が方位角θ１より大きいと、受信信号の伝搬経路長の差Δｄ２が受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の平均波長λより大きくなる（いわゆる位相が折り返す）場合がある。すると、その結果として受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２位相差が２π+φとなる場合がある。しかし、位相差は-π〜πの２πの範囲で検出されるので、検出された位相差はφとなる。すると、この位相差φは物体が方位角θ１に位置する場合と同じであるにもかかわらず、次式により異なる方位角θ２が算出される。

θ２＝arcsin（λ・（φ+π）／（2π・d））
このように、位相が折り返すことを考慮すると、レーダ信号の受信領域Ｂ１において検出された位相差φから、複数の方位角θ１、θ２が算出される。すると、方位角θ２に物体が実在する場合に、その物体が方位角θ１にも存在するものとして誤検出される。

このような誤検出は、例えば次のような状況で生じる。すなわち、対向車線の対向車など、レーダ信号の受信領域端部Ａ２の方位角に位置する物体からの受信信号対により、自車線前方のレーダ信号の受信領域中心部Ａ１において実在しない先行車両の方位角が誤検出される。そのような場合に、実在しない先行車両に対して追従走行制御がなされると、適切な追従走行を行うことができなくなる。よって、かかる誤検出された方位角を、誤りと判定し、制御対象から除外することが必要となる。

この点、受信領域端部Ａ２の方位角に位置する物体からの受信信号は、受信領域中心部Ａ１の方位角に位置する物体からの受信信号と比べその強度が小さいことから、受信信号対の強度が一定の基準値以下のときには、受信領域中心部Ａ１には物体が実在しないと判断できる。よって、そのとき検出された方位角は一律に誤りと判断することにより、自車線前方で誤検出された方位角を制御対象から除外できる。さらに、物体の距離に応じて受信信号強度が異なるので、かかる基準値を距離に応じて切り替えることで、物体の距離が変化しても、受信信号強度に適した基準値を用いることができる。

しかしながら、対向車が車線を外れて斜め前方から接近し、衝突の蓋然性が大きい場合には、かかる対向車は受信領域端部Ａ２に位置するので、その受信信号対の強度は比較的小さくなる。ここで、かかる対向車の方位角を的確に検出し、衝突対応制御を優先的に行うために、そのような受信信号対には異なる基準値を用いる必要がある。

そこで、本実施形態における信号処理装置１４は、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の強度に基づいて方位角の正誤判定を行うときに、検出した物体までの距離に応じて異なる基準値を用いるとともに、検出した方位角に応じて異なる基準値を用いて正誤判定を行う点に特徴を有する。そうすることにより、誤検出された先行車両を制御対象から除外することに加えて、対向車の検出した方位角を正しいと判定でき、対向車に対する車両制御が確実に行われる。

図７は、本実施形態の方位角の正誤判定にについて説明する図である。まず、図７（Ａ）には、方位角を横軸、受信信号の強度を縦軸に、遠距離のアンテナパターンＡＰ１と、近距離のアンテナパターンＡＰ２が示される。さらに、図７（Ａ）には、遠距離の物体について検出された方位角の正誤を判定するための基準値Ｔ１１と、近距離の物体について検出された方位角の正誤を判定するための基準値Ｔ２１とが示される。

図示されるように、同一方位角においては遠距離の物体からの受信信号対の強度より、近距離の物体からの受信信号対の強度の方が大きいので、基準値Ｔ２１の方がＴ１１より大きい値に設定される。さらに、基準値Ｔ１１、Ｔ１２は、アンテナパターンＡＰ１、ＡＰ２の形状に対応して、方位角が大きくなるにつれて小さくなるように設定される。

このような基準値Ｔ１１、Ｔ１２を用いることで、レーダ信号の受信領域中心部Ａ１では誤検出した方位角を誤りと判定できるとともに、レーダ信号の受信領域端部Ａ２にある物体の方位角を正しいと判定することができる。例えば、遠距離かつ方位角θ２に実際に存在する物体からの受信信号対により、位相が折り返すことを考慮して方位角θ１とθ２とが検出された場合に、遠距離のアンテナパターンＡＰ１によると、強度Ｐ２１の受信信号対が得られる。すると、この強度Ｐ２１は方位角θ２においては基準値Ｔ１１以上となるが、方位角θ１においては基準値Ｔ１１未満となる。よって、まず、方位角θ１は誤りと判定される。それとともに、方位角θ２は、正しいと判定される。

この物体が、方位角θ２を維持したまま近距離に接近し、受信信号の位相が折り返すことにより方位角θ１とθ２とが検出された場合においても同様である。すなわち、近距離のアンテナパターンＡＰ２によると、強度Ｐ２２の受信信号が得られる。すると、この強度Ｐ２２は方位角θ２においては基準値Ｔ２１以上となるが、方位角θ１においては基準値Ｔ２１未満となる。よって、位相の折返しに起因して検出された方位角θ１は誤りと判定されるとともに、方位角θ２は、正しいと判定される。

このように、レーダ信号の受信領域中心部Ａ１においては、受信領域端部Ａ２に実在する物体からの受信信号対により受信領域中心部Ａ１で方位角が誤検出されたときはこれを車両制御の対象から除外でき、それとともに、受信領域端部Ａ２で検出した方位角に対する車両制御を確実にすることができる。

図７（Ｂ）には、本実施形態における別の基準値の設定例が示される。遠距離のアンテナパターンＡＰ１と、近距離のアンテナパターンＡＰ２に対し、遠距離の物体について検出された方位角の正誤を判定するための基準値Ｔ１２、Ｔ１３と、近距離の物体について検出された方位角の正誤を判定するための基準値Ｔ２２、Ｔ２２が示される。この場合も、同一方位角においては遠距離の物体からの受信信号の強度より、近距離の物体からの受信信号の強度の方が大きいので、基準値Ｔ２２、Ｔ２３の方がＴ１２、Ｔ１３より大きい値に設定される。さらに、基準値Ｔ１２、Ｔ１３、及び基準値Ｔ２２、Ｔ２３は、方位角が大きくなるにつれて段階的に小さくなるように設定される。

このような基準値の設定の仕方によっても、上述と同様、レーダ信号の受信領域中心部Ａ１においては誤検出を判定できるとともに、レーダ信号の受信領域端部Ａ２にある物体の方位角を正しいと判定することができる。すなわち、遠距離かつ方位角θ２に実際に存在する物体からの受信信号により、方位角θ１とθ２とが検出され、そのときの受信信号は強度Ｐ２１である場合に、強度Ｐ２１は方位角θ２においては基準値Ｔ１３以上となるが、方位角θ１においては基準値Ｔ１２未満となる。よって、方位角θ１は誤りと判定されるとともに、方位角θ２は、正しいと判定される。

また、この物体が、方位角θ２を維持したまま近距離に接近し、強度Ｐ２２の受信信号から方位角θ１とθ２とが検出された場合においても、この強度Ｐ２２は方位角θ２においては基準値Ｔ２３以上となるが、方位角θ１においては基準値Ｔ２２未満となる。よって、方位角θ１は誤りと判定されるとともに、方位角θ２は正しいと判定される。

なお、上述の例では、遠距離と近距離の２パターンの基準値を示したが、距離に応じてより細かく基準値を設定することはもちろん可能である。また、このほかにも基準値の設定は可能である。物体の距離と方位角との組合せに応じて異なる基準値であって、受信用アンテナのアンテナパターンに対応して距離が大きくなるほど小さく、かつ、方位角が大きくなるほど小さくなるような基準値であれば、上記同様の効果を得ることができる。

また、こうした基準値は、方位角と距離との組合せに基準値を予め対応づけたマップデータとして、信号処理装置１４内のＲＯＭに格納しておくことが可能である。その場合、信号処理装置１４は、検出した距離と方位角とをパラメータとしてマップデータを参照して、基準値を抽出する。また、信号処理装置１４は、方位角と距離とをパラメータとして、演算により基準値を算出してもよい。

ここで、本実施形態において、上述した方法により物体までの距離、相対速度、及び物体が位置する方位角を検出し、さらに検出した方位角の正誤判定を行う信号処理装置１４の動作手順について説明する。

図８は、本実施形態における信号処理装置１４の動作手順を説明するフローチャート図である。図８に示す手順は、送信信号Ｓｔ１の変調周期ごとに実行される。

信号処理装置１４は、まずアンテナ１２＿１、１２＿２ごとの周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２のサンプルデータをＦＦＴ処理し、周波数方向に対する信号強度の分布が極大値を形成するピーク周波数を検出する（Ｓ２）。この処理は、アップ区間での周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２と、ダウン区間の周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２に対して別々に行われる。その結果、アップ区間にて検出したピーク周波数がアップビート周波数、ダウン区間にて検出したピーク周波数がダウンビート周波数に対応する。

次に、信号処理装置１４は、アップビート周波数における周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２の位相差を検出し、その位相差に対応した方位角を検出する。これにより、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２を反射した物体の方位角が検出される（Ｓ４）。また、信号処理装置１４は、ダウンビート周波数における周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２からも、同様にして、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２を反射した物体の方位角を検出する。

ここで、同一の物体からは同一の方位角と、同一の強度の周波数差信号Ｓｂ１，Ｓｂ２が検出されることから、信号処理装置１４は、検出された方位角と信号強度とが一致する、アップビート周波数とダウンビート周波数とを対応付けする（Ｓ６）。そして、信号処理装置１４は、同一物体から得られたアップビート周波数とダウンビート周波数とを用いて、その物体までの距離と相対速度を検出する（Ｓ８）。

そして、物体までの距離と物体が位置する方位角が検出されると、信号処理装置１４は、検出結果の確定を行う（Ｓ１０）。ここでは、複数の物体が検出されたときに、そのなかから信頼性の高い検出結果を確定する。この処理の一部として、後に詳述するが、距離と方位角とに対応した基準値と、受信信号対の強度との比較による、方位角の正誤判定が行われる。

そして、信号処理装置１４は、正しいと判定された方位角について、車両制御の対象としての条件を満たすか否かを判定し、条件を満たす検出結果を選択する（Ｓ１２）。ここでは、例えば、レーダ信号の受信領域中心部Ａ１における自車線前方の方位角に位置し、一定距離以下の物体であれば追従走行制御の対象として選択される。また、レーダ信号の受信領域端部Ａ２に位置し、一定距離以下の物体であれば、衝突対応制御の対象として選択される。そして、選択された検出結果が、車両の制御装置に向けて出力される（Ｓ１４）。

図９は、検出結果確定処理の詳細な手順を説明するフローチャート図である。図８の手順Ｓ１０のサブルーチンに対応する。

信号処理装置１４は、まず、今回サイクルで検出された物体の距離と方位角に対応する基準値を用いて、受信信号対の強度と基準値とを比較することにより検出した方位角の正誤を判定する（Ｓ２０）。ここでは、周波数差信号Ｓｂ１、Ｓｂ２の強度が受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の強度に比例していることから、周波数差信号対から受信信号対の強度が検出される。そして、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２のいずれか一方または両方を基準値と比較してもよいし、受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の平均などの代表値を基準値と比較してもよい。また、このとき、周波数差信号からＦＦＴ処理時のフロアノイズを除去したときは、その分強度を増加させた受信信号対を用いて正誤判定を行うことができる。さらに、受信信号対がレドームを透過するときの減衰分を考慮して、その分強度を増加させた受信信号を用いて正誤判定を行うこともできる。あるいは、周波数差信号対の強度を受信信号対の強度の代わりとして、周波数差信号対に対して予め設定された基準値を用いることも可能である。

そして、信号処理装置１４は、正しいと判定された方位角と、その物体までの距離と相対速度とを含む検出結果に対し、図８の手順が前回サイクルで実行されたときに信頼性が高いとして確定された検出結果との連続性を判定する（Ｓ２２）。ここでは、前回確定された検出結果について方位角と距離から算出されるレーダ装置１０を中心とした座標系における座標位置を算出し、その座標位置と前回の相対速度から予想される一定範囲に今回の検出結果から算出される座標位置が入る場合に、連続性有りと判定される。なお、前回確定された検出結果と連続しない検出結果は、新規の検出結果として連続性履歴のカウントが開始される。

そして、信号処理装置１４は、連続性有りと判定された回数が規定回数を上回る検出結果を、次の処理Ｓ１２（図８）に出力可能な検出結果として確認する（Ｓ２４）。このような処理により、検出結果の信頼性を高めることができ、誤検出に基づく不適切な車両制御が行われることを防ぐことができる。そして、本実施形態によれば、レーダ装置１０の受信領域端部Ａ２における受信信号強度が小さい物体の方位角も検出結果として確定できるので、連続性判定を早期に開始できる。よって、その分、車両制御対象として出力する時期も早くでき、車両制御の安全性向上を図ることができる。

ところで、本実施形態では、レーダ信号の受信領域端部Ａ２において強度が比較的小さい受信信号についても基準値を小さくすることで、検出された方位角を正しいと判定する。しかし、受信信号の強度が小さい分、対信号雑音比が低下するので、検出される受信信号の位相差に誤差が生じ、方位角の検出精度が低下する可能性が大きくなる。

そこで、本実施形態では、信号処理装置１４は、手順Ｓ２０で方位角が正しいと判定した回数を物体ごとにＲＡＭに記憶しておき、手順Ｓ２４で方位角が正しいと判定された回数が規定回数に達しているかを確認し、規定回数に達している方位角を出力可能と確認する。このように、正誤判定において正しいと判定された履歴が一定以上である検出結果を出力することで、位相差の検出誤差に起因して誤検出された方位角を出力しこれに基づく車両制御が行われることを防ぐことができる。

なお、上述の連続性判定回数や正判定回数に対する規定回数は、任意の回数とすることが可能である。

図１０は、レーダ装置１０の別の使用状況を説明する図である。図示するように、レーダ装置１０は、車両１の前側部に搭載され、車両１の前側方を指向して送信信号を送信する。このようにすることで、レーダ装置１０を車両１の前方のみを指向して設置される場合より広い監視範囲を確保できる。なお、ここでは、受信領域中心部Ａ１はレーダ信号の受信領域Ｂ１における任意の方位角範囲に対応する。

このような構成によれば、図２（Ｂ）、（Ｃ）に示したように、対向車線を越えて接近する対向車や、出会い頭に出くわす他車両などが、受信領域端部Ａ２にある場合でも、検出した方位角を正しいと判定できる。それとともに、受信領域中心部Ａ１内の方位角が誤検出された場合には、これを誤りと判定できる。よって、例えば受信領域中心部Ａ１内に実在しない物体を誤って検出し、受信領域中心部Ａ１で方位角が確定された実在の物体と連続性が接続されてしまい、誤制御が引き起こされるような事態を回避できる。

さらに、図１１に示すように、カーブした車線においても、対向車線を外れて矢印Ｄ４のような軌跡を描きながら受信領域端部Ａ２において接近する対向車４に対しても、検出した方位角を正しいと判定できる。よって、対向車４に対し的確に車両の制御ができるとともに、受信領域中心部Ａ１内に実在しない物体を誤検出してしまい、そのことによる誤制御を回避できる。

図１２は、レーダ装置１０の別の構成例について説明する図である。図３に示した構成例と異なる点について説明する。

この構成例では、レーダ装置１０は、受信用のアンテナとして、さらにアンテナ１２＿３を有する。そして、スイッチ２６は、３つのアンテナの受信信号を時分割で切り替えて、ミキサ２２に出力する。この場合、アンテナ１２＿１、１２＿２との間隔ｄと、アンテナ１２＿２、１２＿３との間隔ｄ’とが異なるように各アンテナを配置することで、アンテナ１２＿１、１２＿２による受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ２の位相差に基づく方位角検出と、アンテナ１２＿２、１２＿３による受信信号Ｓｒ２、Ｓｒ３の位相差に基づく方位角検出とを併用できる。すなわち、異なる位相差を用いて方位角検出を行うことができる。そうすることで、例えば、２つの検出結果の平均を採用することにより、方位角検出の精度を向上させることができる。

さらに、上記に加え、アンテナ１２＿１、１２＿３による受信信号Ｓｒ１、Ｓｒ３の位相差に基づく方位角検出を加えることで、さらに方位角検出の精度が向上できる。

なお、かかる構成例においても、信号処理装置１４による方位角の正誤判定手順は同様に行われる。

また、上述の説明においては、レーダ装置１０は、ＦＭ−ＣＷ式で周波数変調したレーダ信号を用い、送信信号と受信信号の周波数差信号から、物体までの距離、相対速度、及び方位角を求めている。その際、周波数差信号対の位相差を受信信号対の位相差として用い、方位角を検出する。しかしながら、レーダ装置１０は、ＦＭ−ＣＷ式で物体までの距離と相対速度を求め、別途、一定周波数のレーダ信号を送受信して、受信信号対の位相差から物体の方位角を求める手順としてもよい。

さらに、レーダ装置１０は、物体までの距離を検出する方法として他の方法、例えば、パルスレーダ式を採用してもよい。その場合、距離検出手段１４ａは、パルス信号の往復時間に基づき距離を検出する。また、レーダ装置１０は、別途方位角検出のためにレーダ信号を送受信し、方位角検出手段１４ｂは、受信信号対の位相差から方位角を検出することも可能である。

また、上述においては、車両の前方、あるいは前側方を指向したレーダ装置１０の実施形態について説明したが、レーダ装置１０を車両の後部に設置して後方を監視させたり、側部に設けて側方を監視させたりすることも可能である。

以上説明したとおり、本発明によれば、受信領域端部に実在する物体からの受信信号から検出される方位角のうち、受信領域中心部で誤検出された方位角を誤りと判定するとともに、受信領域端部において検出される方位角を正しいと判定することができる。よって実在しない物体を車両制御の対象から除外できるとともに、実在する物体に対する車両制御を確実にすることができる。

受信信号が到来する方位角に対するその受信信号の強度の分布を説明する図である。 追従走行制御に用いられるレーダ装置により対向車等を検出しようとする場合を説明する図である。 本実施形態におけるレーダ装置の使用状況を説明する図である。 本実施形態におけるレーダ装置１０の構成例を示す図である。 ＦＭ−ＣＷ式による、物体までの距離と物体の相対速度の検出方法について説明する図である。 位相モノパルス式による、物体が位置する方位角の検出方法について説明する図である。 本実施形態の方位角の正誤判定における基準値について説明する図である。 本実施形態における信号処理装置１４の動作手順を説明するフローチャート図である。 検出結果確定処理の詳細な手順を説明するフローチャート図である。 本実施形態におけるレーダ装置の別の使用状況を説明する図である。 カーブした車線において対向車を検出する場合を説明する図である。 本実施形態におけるレーダ装置１０の別の構成例について説明する図である。

符号の説明

１０：レーダ装置、１２＿１、１２＿２：アンテナ、１４：信号処理装置、１４ａ：距離検出手段、１４ｂ：方位角検出手段、１４ｃ：判定手段、１４ｄ：出力方位角確定手段

Claims (6)

1. アンテナ対を有するとともに、基準方向にレーダ信号を送信し、物体により反射された前記レーダ信号を前記アンテナ対により受信信号対として受信するレーダ信号送受信機の信号処理装置において、
   前記受信信号対を処理して前記物体までの距離を検出する距離検出手段と、
   前記受信信号対の位相差に基づき、前記物体が位置する方位角を検出する方位角検出手段と、
   前記受信信号対の強度が基準値以上のときに当該受信信号対から検出された方位角が正しいと判定する判定手段とを有し、
   前記基準値は、前記検出された距離が第１の距離のときは第１の基準値、前記距離が前記第１の距離より大きい第２の距離のときは前記第１の基準値より小さい第２の基準値であるとともに、前記検出された方位角が第１の方位角のときは第３の基準値、前記方位角が前記第１の方位角より大きい第２の方位角のときは前記第３の基準値より小さい第４の基準値であることを特徴とする信号処理装置。
2. 請求項１において、
   前記判定手段は、前記受信信号対の強度が前記基準値未満のときには当該受信信号対から検出された方位角が誤りと判定することを特徴とする信号処理装置。
3. 請求項１または２において、
   前記第１、第２の方位角は、共通の受信信号対から検出されることを特徴とする信号処理装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかにおいて、
   前記方位角検出手段と前記正誤判定手段とによる処理が繰り返し実行され、
   前記方位角が正しいと判定された回数が規定数となったときに、当該方位角を出力する方位角として確定する出力方位角確定手段をさらに有することを特徴とする信号処理装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載されたレーダ信号送受信機と信号処理装置とを有するレーダ装置。
6. アンテナ対を有するとともに、基準方向にレーダ信号を送信し、物体により反射された前記レーダ信号を受信するレーダ信号送受信機の前記アンテナ対における受信信号対の信号処理方法において、
   前記受信信号対を処理して前記物体までの距離を検出する距離検出工程と、
   前記受信信号対の位相差に基づき、前記物体が位置する方位角を検出する方位角検出工程と、
   前記受信信号対の強度が基準値以上のときに当該受信信号対から検出された方位角が正しいと判定する判定工程とを有し、
   前記基準値は、前記検出された距離が第１の距離のときは第１の基準値、前記距離が前記第１の距離より大きい第２の距離のときは前記第１の基準値より小さい第２の基準値であるとともに、前記検出された方位角が第１の方位角のときは第３の基準値、前記方位角が前記第１の方位角より大きい第２の方位角のときは前記第３の基準値より小さい第４の基準値であることを特徴とする信号処理方法。

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