JP2016128751A - レーダ装置、信号処理方法、および、車両制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】比較的急な加速および減速のいずれかの速度変化が生じた場合でも、時間的に連続する物標を確実に導出できる技術を提供する。【解決手段】レーダ装置は、送信信号の周波数が上昇するアップ区間のピークデータと、送信信号の周波数が下降するダウン区間のピークデータとを対応づけてペアデータを生成し、過去処理のペアデータと時間的な連続性を有するペアデータが存在するか否かを判定する。そしてレーダ装置は、時間的な連続性を有するペアデータと、過去処理のペアデータに基づく予測ペアデータとをそれぞれのフィルタ乗数によりフィルタリングし、フィルタデータを算出する。フィルタ乗数は、ペアデータの加速度に関する情報に基づき設定される。これによりレーダ装置は、比較的急な加速および減速のいずれかの速度変化が生じた場合でも、時間的に連続する物標を確実に導出できる。【選択図】図２

Description

本発明は、レーダ装置の信号処理に関する。

一般に、レーダ装置は、送信波を送信し物標からの反射波に基づき、その物標の位置を導出する処理を行う。具体的にはレーダ装置は、車両（レーダ装置）と物標との距離および相対速度を含む物標情報を導出する処理（以下、「物標導出処理」という。）を行う。レーダ装置は、所定時間（例えば、50msec）を１周期とする物標導出処理を繰り返し行う。そしてレーダ装置は、ある物標を異なるタイミングで導出した場合、それらの物標が時間的に連続する物標か否かを判定する。例えばレーダ装置は、今回の物標導出処理（以下、「今回処理」という。）で導出された物標の中に、前回の物標導出処理（以下、「前回処理」という。）で導出された物標と同じ物標が存在するか否かを判定する。

具体的にはレーダ装置は、前回処理の物標から今回処理の物標を予測した予測物標を算出し、この予測物標に基づく予測範囲内に、今回処理の物標が存在する場合は、前回処理の物標と今回処理の物標とが時間的な連続性を有する物標であると判定する。

そしてレーダ装置は、前回処理の物標と時間的な連続性を有する今回処理の物標が存在する場合、前回処理の物標と今回処理の物標とのフィルタ処理を行い、フィルタ処理後のフィルタデータを今回処理の確定した物標として導出する。このように前回処理の物標と今回処理の物標とのフィルタ処理を行うのは、ノイズ等の影響により今回処理の物標の物標情報が誤った情報の場合でも、その誤った情報による影響を小さくし、物標の位置等のずれを小さくするためである。

レーダ装置は、車両制御装置にフィルタデータを出力する。車両制御装置は、レーダ装置から取得したフィルタデータの物標情報に基づいて車両を制御する。すなわち車両制御装置は、そのフィルタデータの物標が例えば、車両の前方を走行する車両（以下、「先行車」という。）に対応する物標の場合、そのフィルタデータの物標情報に基づいて、先行車との車間距離を一定距離に保ちながら、車両を先行車に追従させるよう制御する。なお、本発明と関連する技術を説明する資料としては特許文献１がある。

特開２００１−１４１８１２号公報

ところでレーダ装置は、先行車が複数回の物標導出処理で略一定速度で移動している場合、前回処理の物標と今回処理の物標との連続性を正確に判定できる。その結果、車両制御装置は、先行車との車間距離を一定距離に保ちながら先行車に追従できる。しかし、先行車が比較的急な加速および減速のいずれかの速度変更を行った場合、今回処理の物標の位置が、予測物標に基づく予測範囲内に含まれないことがある。このように予測範囲内に今回処理の物標の位置が含まれない場合、レーダ装置は予測物標を今回処理で導出された物標と仮定する処理(以下、「外挿処理」という。)を行う。そしてレーダ装置は、外挿処理が複数回の物標導出処理で継続すると、先行車に対応するフィルタデータは既に存在しない（ロスト）と判定する。その結果、車両制御装置はレーダ装置からフィルタデータを取得できず、車両を先行車に追従させられないことがあった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、比較的急な速度変化が生じた場合でも、時間的に連続する物標を確実に導出できるレーダ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、送信信号の周波数が上昇するアップ区間のピークデータと、前記送信信号の周波数が下降するダウン区間のピークデータとを対応づけてペアデータを生成するペアリング手段と、過去処理の前記ペアデータと時間的な連続性を有する前記ペアデータが存在するか否かを判定する判定手段と、前記時間的な連続性を有するペアデータと、前記過去処理のペアデータに基づく予測ペアデータとをそれぞれのフィルタ乗数によりフィルタリングし、フィルタデータを算出するフィルタ手段と、を備え、前記フィルタ手段は、前記ペアデータの加速度に関する情報に基づき、前記フィルタ乗数を設定する。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載のレーダ装置において、前記フィルタ手段は、前記加速度に関する情報の値が所定値以上の場合に、前記加速度に関する情報の値が所定値未満のときよりも、前記時間的な連続性を有するペアデータのフィルタ乗数を大きい値に設定する。

また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載のレーダ装置において、前記加速度に関する情報は、相対加速度および相対ジャークの少なくともいずれかの情報である。

また、請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載のレーダ装置において、前記フィルタデータに基づき、前記アップ区間、および、前記ダウン区間の予測ピークデータを算出する予測手段をさらに備え、前記フィルタ手段は、前記予測ピークデータと前記ピークデータとの周波数差に基づき、前記フィルタ乗数を設定する。

また、請求項５の発明は、請求項４に記載のレーダ装置において、前記フィルタ手段は、前記予測ピークデータと前記ピークデータとの周波数差が第１の周波数差よりも大きい第２の周波数差の場合に、前記第１の周波数差に基づくフィルタ乗数よりも前記第２の周波数差に基づくフィルタ乗数を小さな値に設定する。

また、請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のレーダ装置と、前記レーダ装置から取得した前記フィルタデータを使用するデータ使用装置と、を備える。

また、請求項７の発明は、（ａ）送信信号の周波数が上昇するアップ区間のピークデータと、前記送信信号の周波数が下降するダウン区間のピークデータとを対応づけてペアデータを生成する工程と、（ｂ）過去処理の前記ペアデータと時間的な連続性を有する前記ペアデータが存在するか否かを判定する工程と、（ｃ）前記時間的な連続性を有するペアデータと、前記過去処理のペアデータに基づく予測ペアデータとをそれぞれのフィルタ乗数によりフィルタリングし、フィルタデータを算出する工程と、を備え、前記工程（ｃ）は、前記ペアデータの加速度に関する情報に基づき、前記フィルタ乗数を設定する。

本発明によれば、レーダ装置は、比較的急な加速および減速のいずれかの速度変化が生じた場合でも、時間的に連続する物標を確実に導出できる。

また本発明によれば、レーダ装置は、時間的に連続する物標の物標情報をペアリングの信頼度に応じて正確に導出できる。

図１は、車両制御システムの構成を示す図である。 図２は、レーダ装置の構成を示す図である。 図３は、送信波と反射波との関係を示す図である。 図４は、物標導出処理のフローチャートである。 図５は、フィルタ処理の処理内容を詳細に説明するフローチャートである。 図６は、フィルタ処理の処理内容を詳細に説明するフローチャートである。 図７は、アップ区間の予測ピークデータとピークデータとの周波数差について説明する図である。 図８は、ダウン区間の予測ピークデータとピークデータとの周波数差について説明する図である。 図９は、相対速度の第１の乗数と第２の乗数との例を示す図である。 図１０は、急加減速の判定を行わない場合のピークデータと予測ピークデータとの関係を示した図である。 図１１は、急加減速の判定を行った場合のピークデータと予測ピークデータとの関係を示した図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。

＜第１の実施の形態＞
＜１．システムブロック図＞
図１は、車両制御システム１０の構成を示す図である。車両制御システム１０は、例えば自動車などの車両に設けられている。車両は前方とその逆方向の後方とを進行方向として移動する。図に示すように、車両制御システム１０は、レーダ装置１と、車両制御装置２と、車速センサ３とを主に備えている。

本実施の形態のレーダ装置１は、例えば周波数変調した連続波であるＦＭ−ＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）を用いて、車両の周辺に存在する移動物標と静止物標とを含む物標を導出する。移動物標はある速度で移動し、車両の速度とは異なる相対速度を有する物標である。移動物標には、例えばレーダ装置１を搭載した車両が走行する自車線内の前方を、車両と同一方向に走行する先行車が該当する。また静止物標は、車両の速度と略同一の相対速度を有する物標である。静止物標には、例えば自車線の左右側方の少なくともいずれか一側方に設けられたガードレールが該当する。

またレーダ装置１は物標情報を導出する。物標情報は物標の縦距離、相対速度、横距離、および、相対速度、相対加速度、および、相対ジャーク等の情報である。縦距離［ｍ］は、物標から反射した反射波がレーダ装置１の受信アンテナに受信されるまでの距離を示す値である。相対速度［ｋｍ／ｈ］は、車両に対する物標の速度を示す値である。相対加速度［ｍ／ｓ^２］は、車両に対する物標の加速度を示す値である。相対ジャーク［ｍ／ｓ^３］は、車両に対する物標の加加速度を示す値である。

横距離［ｍ］は、車両の左右方向（車幅方向）におけるレーダ装置１の位置から物標の位置までの距離を示す値である。横距離は、後述する物標の角度に基づき導出される距離である。レーダ装置１は、物標情報を車両制御装置２に出力する。

車両制御装置２は、車両のブレーキおよびスロットル等に接続され、レーダ装置１から出力された物標情報を取得して車両の挙動を制御する。そのため車両制御装置２は、物標情報を使用するデータ使用装置であるともいえる。例えば車両制御装置２は、レーダ装置１から取得した物標情報を使用し、先行車との車間距離を一定距離に保ちながら、車両を先行車に追従させる。これにより本実施の形態の車両制御システム１０は、先行車追従システムとして機能する。

また例えば車両制御装置２は、レーダ装置１から取得した物標情報を使用し、車両を減速させることで車両と車両の進行方向に存在する路上障害物との衝突を回避し、車両の乗員を保護する。これにより本実施の形態の車両制御システム１０は、衝突回避システムとして機能する。

車速センサ３は、車両の車軸の回転数に基づき車両の速度に応じた信号を車両制御装置２に出力する。車両制御装置２は、車速センサ３からの信号に基づき現時点の車両の速度を検出する。なお車両制御装置２は、車両の速度をレーダ装置１に出力する。

＜２．レーダ装置ブロック図＞
図２は、レーダ装置１の構成を示す図である。レーダ装置１は、例えば車両のフロントグリル内に設けられ、車両外部に送信波を出力し物標からの反射波を受信する。またレーダ装置１は、送信部１１、受信部１２、および、信号処理部１３を主に備える。

送信部１１は信号生成部１０１、発振器１０２、および、アンプＡＰ１を主に備えている。信号生成部１０１は、三角波状に電圧が変化する変調信号を生成し、発振器１０２に供給する。発振器１０２は、信号生成部１０１で生成された変調信号に基づいて連続波の信号を周波数変調し、時間の経過に従って周波数が変化する送信信号を生成して、アンプＡＰ１に送信する。

アンプＡＰ１は、送信信号の振幅を増幅し、送信信号を送信アンテナＴＸに出力する。なお、複数のアンプＡＰ１のそれぞれに送信アンテナＴＸが電気的に接続されており、１つのアンプＡＰ１に電力が供給されることで、そのアンプＡＰ１に接続された１本の送信アンテナＴＸが送信波ＴＷを出力する。送信アンテナＴＸは例えば２本のアンテナであり、アンプＡＰ１に電力が交互に供給されることで、２本の送信アンテナＴＸから送信波ＴＷが順次出力される。

受信部１２は、アンプＡＰ２、および、ミキサ１０３を主に備えている。アンプＡＰ２は、４本の受信アンテナＲＸのそれぞれに設けられている。アンプＡＰ２は、反射波に対応する受信信号の振幅を増幅してミキサ１０３に出力する。

ミキサ１０３は、４つのアンプＡＰ２のそれぞれの後段に設けられ、発振器１０２から出力された送信信号と、アンプＡＰ２から出力された受信信号とを混合する。これにより送信信号の周波数と、受信信号の周波数との差分周波数であるビート周波数を示すビート信号が生成される。ミキサ１０３は、ビート信号を後述するＡＤ変換器１４に出力する。

信号処理部１３は、ＡＤ変換器１４、および、メモリ１５等を含むマイクロコンピュータを備えている。ＡＤ変換器１４は、ミキサ１０３から出力されたビート信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、フーリエ変換部１６に出力する。

メモリ１５は、演算の対象とする各種のデータや、後述するフィルタの処理で用いるフィルタ乗数を記憶する記憶装置である。メモリ１５は、例えばＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only memory）やフラッシュメモリ等である。

また信号処理部１３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、フーリエ変換部１６、データ処理部１７、および、信号制御部１８を備えている。フーリエ変換部１６は、ビート信号を対象に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する。これによりフーリエ変換部１６は、ビート信号を周波数領域のデータである周波数スペクトラムに変換する。フーリエ変換部１６で得られた周波数スペクトラムは、データ処理部１７に出力される。

データ処理部１７は、フーリエ変換部１６から出力された周波数スペクトラムに基づき、物標の物標情報を導出する。データ処理部１７は、ピーク抽出部１１０、角度算出部１１１、ペアリング部１１２、連続性判定部１１３、フィルタ部１１４、および、出力部１１５を主に備える。

ピーク抽出部１１０は、フーリエ変換部１６で得られた周波数スペクトラムにおいて、所定の信号レベルを超える周波数ピークを、送信信号の周波数が上昇するアップ区間と、周波数が下降するダウン区間とのそれぞれの区間で抽出する。周波数ピークは、主に周波数と信号レベル（周波数パワー）とを有する信号であり、所定の周波数パワーを超える信号である。

角度算出部１１１は、所定の角度推定方式を用いて、周波数ピークに関する物標の角度を示す角度ピークを、アップ区間とダウン区間とのそれぞれの区間で算出する。角度ピークは、主に角度と信号レベル（角度パワー）とのパラメータを有する信号であり、所定の角度パワーを超える信号である。所定の角度推定方式は、例えばＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）を用いた方式である。

なお、角度算出部１１１は、ＥＳＰＲＩＴの方式を用いた場合、１つの周波数ピークに関して最大３つの角度ピークを算出する。すなわち角度算出部１１１は、１つの区間（例えば、アップ区間）の周波数ピークが示す周波数において、同一周波数で角度が異なる角度ピークを最大３つまで算出できる。なお、周波数を別の単位で表した場合、ＢＩＮ（ビン）となる。１ＢＩＮは、約４６８Ｈｚとなる。

以下では、角度算出部１１１が算出する角度ピークは、１つの場合について説明する。そのため、１つの角度ピークには１つの周波数ピークが対応する。また周波数ピークと角度ピークとをまとめて「ピークデータ」と表現することもある。

そして、上述のピーク抽出部１１０は、予測ピークデータに基づき、時間的な連続性を有するピークデータを抽出する処理を行う。予測ピークデータは、前回の物標導出処理（前回処理）のフィルタデータに基づき、今回の物標導出処理（今回処理）のピークデータを予測したデータである。

ピーク抽出部１１０は、予測ピークデータの周波数に対し、周波数が例えば±３ＢＩＮの周波数範囲内の今回処理のピークデータを抽出する。このような抽出処理は、アップ区間およびダウン区間の両区間で行われる。この抽出処理の詳細な処理内容ついては後述する。

ペアリング部１１２は、アップ区間で抽出されたピークデータと、ダウン区間で抽出されたピークデータとを対応づけたペアデータを生成する。アップ区間のピークデータと、ダウン区間のピークデータとの対応づけは、例えばマハラノビス距離を用いて行われる。

ペアリング部１１２は、角度差を示すθｄと、信号レベル差を示すθｐと、係数ａおよびｂとを用い、数１でマハラノビス距離ＭＤを算出する。角度差θｄは、アップ区間の角度ピークとダウン区間の角度ピークとの角度差である。信号レベル差θｐは、アップ区間の角度ピークとダウン区間の角度ピークとの信号レベル差である。

ペアリング部１１２は、それぞれの区間で抽出されたピークデータのうち、マハラノビス距離が最小値となるアップ区間のピークデータとダウン区間のピークデータとを対応づけて、ペアデータを生成する。そしてペアリング部１１２は、ペアデータから物標情報を導出する。

ここで、ペアリング部１１２が実行する物標情報の導出処理について、図３を用いて具体的に説明する。図３は、送信波ＴＷと反射波ＲＷとの関係を示す図である。説明を簡単にするため、図３に示す反射波ＲＷは１つの物標からの理想的な反射波としている。送信波ＴＷを実線で示し、反射波ＲＷを破線で示す。

図３の上部において、縦軸は周波数［ＧＨｚ］横軸は時間［ｍｓｅｃ］を示している。例えば２本の送信アンテナＴＸのうち、一方の送信アンテナＴＸが時間ｔ１〜ｔ２の区間で送信波ＴＷを出力し、他方の送信アンテナＴＸが時間ｔ２〜ｔ３の区間で送信波ＴＷを出力する。

図３に示すように、送信波ＴＷは、所定の周波数を中心として所定の周期で周波数が上下する連続波となっている。送信波ＴＷの周波数は、時間に対して線形的に変化する。送信波ＴＷの中心周波数をｆ０、送信波ＴＷの周波数の変位幅をΔＦ、送信波ＴＷの周波数が上下する一周期の逆数をｆｍとする。

反射波ＲＷは、送信波ＴＷが物標で反射したものであるため、送信波ＴＷと同様に、所定の周波数を中心として所定の周期で周波数が上下する連続波となる。ただし反射波ＲＷには、送信波ＴＷに対して時間遅延が生じる。この遅延する時間Ｔは、車両に対する物標の縦距離Ｒに応じたものとなる。

また、反射波ＲＷには、車両に対する物標の相対速度Ｖに応じたドップラー効果により、送信波ＴＷに対して周波数ｆｄの周波数偏移が生じる。

このように、反射波ＲＷには、送信波ＴＷに対して、縦距離に応じた時間遅延とともに相対速度に応じた周波数偏移が生じる。このため図３の下部に示すように、ミキサ１０３で生成されるビート信号のビート周波数は、アップ区間とダウン区間とで異なる値となる。ビート周波数は、送信波ＴＷの周波数と反射波ＲＷの周波数との差の周波数である。以下、アップ区間のビート周波数をｆｕｐ、ダウン区間のビート周波数をｆｄｎとする。なお、図３の下部では、縦軸は周波数［ｋＨｚ］、横軸は時間［ｍｓｅｃ］を示している。

ここで、物標の相対速度が０（ゼロ）ｋｍ／ｈの場合（ドップラー効果による周波数偏移がない場合）のビート周波数をｆｒとすると、この周波数ｆｒは次の数２で表される。

この周波数ｆｒは上述の遅延する時間Ｔに応じた値となる。したがって、ペアリング部１１２は、周波数ｆｒを用い、次の数３で物標の縦距離Ｒを算出する。

また、ドップラー効果により偏移する周波数ｆｄは、次の数４で表される。

したがって、ペアリング部１１２は、周波数ｆｄを用い、次の数５で物標の相対速度Ｖを算出する。

ペアリング部１１２は、相対速度Ｖの値を時間微分して相対加速度を算出する。また、ペアリング部１１２は、相対加速度の値を時間微分して相対ジャークを算出する。さらに、ペアリング部１１２は、アップ区間のピークデータの角度θｕｐと、ダウン区間のピークデータの角度θｄｎとを用い、次の数６でペアデータの角度θを求める。

そしてペアリング部１１２は、ペアデータの角度θと縦距離Ｒとに基づいて、三角関数を用いた演算によりペアデータの横距離を算出する。

以上の説明では、１つの物標の縦距離、相対速度、相対加速度、相対ジャーク、および角度（横距離）を求めたが、実際には、レーダ装置１は、複数の物標からの反射波ＲＷを同時に受信する。このためフーリエ変換部１６が、受信信号から得たビート信号をＦＦＴ処理した周波数スペクトラムには、それら複数の物標に関する情報が含まれている。

次に、連続性判定部１１３は、前回処理において後述するフィルタ処理が行われたペアデータ（フィルタデータ）と、今回処理のペアデータとに
時間的な連続性が存在するか否かを判定する。すなわち、連続性判定部１１３は、前回処理で生成されたフィルタデータと時間的な連続性を有する（以下、「連続性のある」ともいう。）ペアデータが、今回処理で生成されたペアデータの中に存在するか否かを判定する。

連続性判定部１１３は、前回処理のフィルタデータに基づき、今回処理のペアデータを予測した予測ペアデータを算出する。連続性判定部１１３は、予測ペアデータに基づく予測範囲内に今回処理のペアデータが存在するか否かを判定する。そして連続性判定部１１３は、予測範囲内に今回処理のペアデータが存在する場合、このペアデータと前回処理のフィルタデータとが連続性のあるデータであると判定する。

なお連続性判定部１１３は、予測範囲内に今回処理のペアデータが存在しない場合は、外挿処理を行う。外挿処理は、予測範囲内に今回処理のペアデータが存在しない場合に、予測ペアデータを、前回処理のフィルタデータと連続性あるデータとする処理である。すなわち予測ペアデータを今回処理のペアデータと仮定する処理である。データ処理部１７は、複数回の物標の導出処理で、外挿処理が所定回数以上となる場合、その外挿処理の対象の物標は送信波ＴＷの送信範囲内には存在しないとして、その物標の物標情報をメモリ１５から削除する。

フィルタ部１１４は、複数回の物標導出処理における連続性判定の結果、ペアデータが所定回数（例えば、３回）以上の連続性を有するデータであると判定された場合、そのペアデータのフィルタ処理を行う。フィルタ処理は、予測ペアデータと、今回処理のペアデータとの２つのデータの物標情報を時間軸方向に平滑化する処理である。

フィルタ処理後のデータは、瞬時値を表すペアデータに対して「フィルタデータ」と呼ばれる。１つのペアデータは、１回の物標の導出処理（例えば、今回処理）で導出されたデータである。これに対してフィルタデータは、連続性のある今回処理のペアデータと、予測ペアデータとをそれぞれのフィルタ乗数によりフィルタリングして算出したデータである。

フィルタ部１１４は、所定条件に基づきそれぞれのフィルタ乗数を設定する。フィルタ部１１４は、ペアデータの加速度に関する情報に基づき、フィルタ乗数を設定する。加速度に関する情報は、例えば相対加速度および相対ジャークの少なくともいずれかの情報である。

またフィルタ部１１４は、今回処理のペアデータの生成に用いられたピークデータと、予測ピークデータとの周波数差に基づきフィルタ乗数を設定する。フィルタ部１１４は、このように周波数差を用いる第１条件と、加速度に関する情報を用いる第２条件とに基づきフィルタ乗数を設定する。

出力部１１５は、フィルタデータを車両制御装置２に出力する。このようにレーダ装置１は、物標の正確な物標情報を導出できる。そして車両制御装置２は、レーダ装置１から取得したフィルタデータの物標情報に基づき、車両に対して適切な制御を行える。

＜３．処理フローチャート＞
次に、信号処理部１３が実行する物標導出処理の全体的な流れについて説明する。図４は、物標導出処理のフローチャートである。信号処理部１３は、物標導出処理を一定時間（例えば、１／２０秒）ごとに周期的に繰り返す。フーリエ変換部１６は、物標導出処理の開始時点では４つの受信アンテナＲＸ全てのアップ区間、および、ダウン区間双方の周波数スペクトラムをデータ処理部１７に出力する。

フーリエ変換部１６は、４つのＡ／Ｄ変換器１４のそれぞれから出力されるビート信号を対象に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行する（ステップＳ１１）。これによりフーリエ変換部１６は、複数の受信アンテナＲＸのそれぞれの受信信号に係るビート信号を、周波数領域のデータである周波数スペクトラムに変換する。フーリエ変換部１６で得られた周波数スペクトラムは、データ処理部１７に出力される。

ピーク抽出部１１０は、予測ピークデータに対して、所定の周波数範囲内に存在するピークデータを抽出する処理を行う。具体的には、ピーク抽出部１１０は、アップ区間およびダウン区間のそれぞれの区間において、予測ピークデータの周波数に対して、例えば±３ＢＩＮの周波数範囲内に存在するピークデータを抽出する（ステップＳ１２）。

角度算出部１１１は、ＥＳＰＲＩＴ等の所定の角度推定方式により、アップ区間のピークデータの角度と、ダウン区間のピークデータの角度とを算出する（ステップＳ１３）。

ペアリング部１１２は、マハラノビス距離を用いる等の所定のペアリング方式により、アップ区間のピークデータと、ダウン区間のピークデータとを対応づけたペアデータを生成する（ステップＳ１４）。

連続性判定部１１３は、前回処理のフィルタデータと今回処理のペアデータとの連続性の有無を判定する（ステップＳ１５）。なお、連続性判定部１１３は、連続性を有するペアデータが存在しない場合、外挿処理を行う。この処理により、前回処理のフィルタデータと連続性あるデータは予測ペアデータとなる。

フィルタ部１１４は、予測ペアデータと、今回処理のペアデータとをそれぞれのフィルタ乗数によりフィルタリングしてフィルタデータを生成する（ステップＳ１６）。なお、連続性判定部１１３が外挿処理を行った場合、今回処理のペアデータは存在しないため、フィルタリングの処理は行われない。

出力部１１５は、フィルタデータを車両制御装置２に出力する（ステップＳ１７）。

＜４．フィルタ処理＞
次に、フィルタ部１１４が実行するフィルタ処理について詳細に説明する。フィルタ部１１４は、このフィルタ処理において、周波数差を用いる第１条件と、加速度に関する情報を用いる第２条件の２つの条件に基づき、今回処理のペアデータと予測ペアデータとをフィルタリングする場合のそれぞれのフィルタ乗数を決定する。例えば、フィルタ部１１４は、今回処理のペアデータの相対速度と、予測ペアデータの相対速度とをフィルタリングするフィルタ乗数を決定する。

図５および図６は、フィルタ処理の処理内容を詳細に説明するフローチャートである。フィルタ部１１４は、フィルタ処理の対象となる全てのペアデータと予測ペアデータとに対してこの処理を行う。

フィルタ部１１４は、最初にペアデータが今回処理において外挿処理の対象か否かを判定する（ステップＳ２１）。フィルタ部１１４は、ペアデータに対して完全外挿処理が行われていない場合（ステップＳ２２でＹｅｓ）、周波数差を用いる第１条件に基づく判定を行う。具体的にはフィルタ部１１４は、今回処理のペアデータの生成に用いられたピークデータと、予測ピークデータとの周波数差をメモリ１５から取得して、その周波数差が以下に説明する周波数差のどの範囲に該当するのかを判定する（ステップＳ２３）。

ここで、完全外挿処理とは、アップ区間およびダウン区間の両方の区間で予測ピークデータに基づく所定の周波数範囲内に今回処理のピークデータが存在しない場合に、予測ペアデータを今回処理のペアデータとする処理である。これに対して片側外挿処理は、アップ区間およびダウン区間のいずれか一方の区間で予測ピークデータに基づく周波数範囲内にピークデータが存在する場合に、この周波数範囲内に存在する一方の区間のピークデータに基づくペアデータを今回処理のペアデータとする処理である。

フィルタ部１１４は、今回処理のペアデータの生成に用いられたピークデータと、予測ピークデータとの周波数差をメモリ１５から取得する。この周波数差は、ペアデータの生成に用いられたピークデータが予測ピークデータに対して±３ＢＩＮ以内に存在し、ピーク抽出されたときの周波数差である。そしてこの周波数差は、例えば「第１範囲」、「第２範囲」、および、「第３範囲」の３つの範囲のいずれかに該当する。第１範囲は、０ＢＩＮ以上、かつ、１ＢＩＮ以下の範囲である。第２範囲は、１ＢＩＮより大、かつ、２ＢＩＮ以下の範囲である。第３範囲は、２ＢＩＮより大、かつ、３ＢＩＮ以下の範囲である。フィルタ部１１４は、予測ピークデータとピークデータとの周波数差が第１範囲〜第３範囲のうちのいずれの範囲に該当するのかを判定する。

ここで、予測ピークデータとピークデータとの周波数差が小さいほど今回処理のペアデータの組合せの信頼度は高くなる。また周波数差が大きいほど組み合わせの信頼度は低くなる。そのため後述するように、組み合わせの信頼度が高い場合は、今回処理のペアデータのフィルタ乗数が比較的大きな値となり、組み合わせの信頼度が低い場合は、今回処理のペアデータのフィルタ乗数が比較的小さい値となる。

次に、予測ピークデータとピークデータとの周波数差の具体例について、図７および図８を用いて説明する。図７は、アップ区間の予測ピークデータとピークデータとの周波数差について説明する図である。図８は、ダウン区間の予測ピークデータとピークデータとの周波数差について説明する図である。図７および図８の横軸は周波数［ｋＨｚ］を示し、縦軸は信号レベル［ｄＢ］を示す。

フィルタ部１１４は、今回処理のペアデータの生成に用いられたアップ区間のピークデータＰｕと、ダウン区間のピークデータＰｄとについて、それぞれの区間の予測ピークデータとの周波数差が第１範囲〜第３範囲のどの範囲に該当するのかを判定する。

フィルタ部１１４は、図７に示すアップ区間の予測ピークデータの周波数ｆｂ０と、ピークデータＰｕの周波数ｆｕとの周波数差が第１範囲（０ｂｉｎ以上、かつ、１ｂｉｎ以下）に該当すると判定する。

次にフィルタ部１１４は、図８に示すダウン区間の予測ピークデータの周波数ｆｂ１と、ピークデータＰｄの周波数ｆｄとの周波数差が第１範囲（０ｂｉｎ以上、かつ、１ｂｉｎ以下）に該当すると判定する。

このように両区間の周波数差が同一の範囲となるため、第１条件の範囲は「第１範囲」となる。なお両区間の周波数差が異なる範囲の場合は、周波数差が大きい方の範囲が採用される。フィルタ部１１４は、例えばアップ区間の周波数差が第１範囲に該当し、ダウン区間の周波数差が第２範囲に該当する場合は、第１条件の範囲を第２範囲とする。

またフィルタ部１１４は、一方の区間の周波数差が第１範囲〜第３範囲のいずれかの範囲に該当し、他方の区間の周波数差がこれらの範囲のいずれにも該当しない場合、すなわち片側外挿の場合、第１条件の範囲を一方の区間の周波数差の範囲とする。

次にフィルタ部１１４は、第２条件の判定を行う。すなわち、フィルタ部１１４は、加速度に関する情報を用いて、所定条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２４）。

ここで所定条件とは、例えば以下の（ａ１）および（ａ２）の条件である。フィルタ部１１４は、今回処理のペアデータが以下の（ａ１）および（ａ２）の条件のいずれかを満たすか否かを判定する。

（ａ１）｜相対加速度｜≧０．９Ｇ
（ａ２）｜相対ジャーク｜≧１．８Ｇ／ｓ
（ａ１）と（ａ２）の条件により、ペアデータに対応する物標（例えば、先行車）に急加速および急減速のいずれかの速度変化が生じたか否かが判定される。物標に対して急加速および急減速のいずれかの速度変化が生じる操作が行われた場合、操作の開始直後は相対加速度に比べて相対ジャークの値が大きくなり、その後、相対ジャークの値が小さくなるにつれて、相対加速度の値が大きくなる傾向がある。

そのため、物標に対して急加速および急減速のいずれかの速度変化が生じる操作が行われた場合、今回処理のペアデータは、最初に（ａ２）の条件を満たし、その後（ａ１）の条件を満たす。また、（ａ１）の条件では「相対加速度」に注目し、（ａ２）の条件では「相対ジャーク」に注目している。そのためフィルタ部１１４は、先行車だけではなく、レーダ装置１を搭載した車両に急な速度変化が生じたか否かを判定可能であり、先行車および車両の両方に急な速度変化が生じたか否かも判定可能である。

フィルタ部１１４は、このようにペアデータが（ａ１）および（ａ２）のいずれかを満たす場合（ステップＳ２４でＹｅｓ）、第１の乗数をメモリ１５から読み出し（ステップＳ２５）、今回処理のペアデータと予測ペアデータとをそれぞれの乗数に基づきフィルタリングする（ステップＳ２６）。

なお、フィルタ部１１４は、今回処理のペアデータが（ａ１）および（ａ２）の加速度判定条件のいずれも満たさない場合（ステップＳ２４でＮｏ）、第２の乗数をメモリから読み出し（ステップＳ２７）、今回処理のペアデータと予測ペアデータとをそれぞれの乗数に基づきフィルタリングする（ステップＳ２６）。

ここで、予測ペアデータとペアデータとのフィルタ乗数として設定される第１の乗数と第２の乗数との例について図９を用いて説明する。図９は、相対速度の第１の乗数と第２の乗数との例を示す図である。図９の表の縦の項目は、第１条件の周波数差が該当する範囲（第１範囲〜第３範囲）を示し、横の項目は、加速度に関する情報が第２条件の判定を満たす場合と、満たさない場合とを示す。フィルタ部１１４は、縦の項目に対応する第１条件と、横の項目に対応する第２条件との判定結果に応じて、予測ペアデータに適用される乗数と、今回処理のペアデータに適用される乗数とを設定する。

例えば、フィルタ部１１４は、予測ペアデータと今回処理のペアデータとの周波数差が第１範囲に該当し、今回処理のペアデータの加速度に関する情報が（ａ１）および（ａ２）のいずれかの条件を満たす場合、予測ペアデータのフィルタ乗数を0.55に設定し、今回処理のペアデータのフィルタ乗数を0.4 5に設定する。

これに対して、フィルタ部１１４は、２つのペアデータの周波数差が第１範囲に該当し、今回処理のペアデータの加速度に関する情報が（ａ１）および（ａ２）のいずれの条件も満たさない場合、予測ペアデータのフィルタ乗数を0.65に設定し、今回処理のペアデータのフィルタ乗数を0.35に設定する。

このようにフィルタ部１１４は、比較的急な加速および減速のいずれかの速度変化が生じたことを示す加速度に関する情報が得られた場合は、このような情報が得られない場合と比べて今回処理のペアデータのフィルタ乗数を大きい値に設定する。すなわち、フィルタ部１１４は、加速度に関する情報の値が所定値以上の場合に、加速度に関する情報の値が所定値未満のときよりも、時間的に連続性を有するペアデータのフィルタ乗数を大きい値に設定する。これにより、レーダ装置１は、比較的急な加速および減速のいずれかの速度変化が生じた場合でも、時間的に連続する物標を確実に導出できる。そして車両制御装置２は、レーダ装置１から取得した物標情報を使用し、先行車との車間距離を一定距離に保ちながら、先行車に追従できる。

また、フィルタ部１１４は、２つのペアデータの周波数差が第２範囲に該当し、今回処理のペアデータの加速度に関する情報が（ａ１）および（ａ２）のいずれかの条件を満たす場合、予測ペアデータのフィルタ乗数を0.75に設定し、今回処理のペアデータのフィルタ乗数を0.25に設定する。このようにフィルタ部１１４は、予測ピークデータと今回処理のピークデータとの周波数差が比較的大きくなることで、今回処理のペアデータのペアリングの信頼度は比較的低いと判定し、予測ピークデータと今回処理のピークデータとの周波数差が比較的小さいときよりも、今回処理のペアデータのフィルタ乗数を小さい値に設置する。

すなわち、フィルタ部１１４は、予測ピークデータと今回処理のピークデータとの周波数差が第１範囲よりも大きい第２範囲に該当する場合に、第１範囲に該当するピークデータのフィルタ乗数よりも、第２範囲に該当するピークデータのフィルタ乗数を小さい値に設定する。これによりレーダ装置１は、時間的に連続する物標の物標情報をペアリングの信頼度に応じて正確に導出できる。

ここで、予測ペアデータのフィルタ乗数をＣとし、予測ペアデータの相対速度をＶ０、予測ペアデータの相対加速度をａ０、１周期の物標導出処理の時間をΔｔとすると、フィルタ処理後の相対速度Ｖｆ[ｋｍ／ｈ]は次の数７で表される。

フィルタ部１１４は、このように今回処理のフィルタデータの物標情報の一つである相対速度を導出する。そして、フィルタ部１１４は相対速度以外に縦距離、横距離、相対加速度等の物標情報に含まれる各種パラメータを導出できる。またフィルタ部１１４は、これらのパラメータに対し、相対速度の場合と同様に第１条件と第２条件とに基づき、フィルタ乗数を設定できる。

図５のステップＳ２２の処理に戻り、フィルタ部１１４は、今回処理で完全外挿処理が行われた場合（ステップＳ２２でＹｅｓ）に、前回処理のペアデータの加速度に関する情報が、第２条件を満たしたか否かを判定する（図６に示すステップＳ３１）。ここで完全外挿処理が行われた場合、今回処理ではペアデータが生成されなかったこととなる。そのため、物標情報も導出されていないことから、物標の位置等を正確に判定するために相対加速度の値を設定する必要がある。

フィルタ部１１４は、前回処理のペアデータの加速度の情報に関するが第２条件を満たした場合（ステップＳ３１でＹｅｓ）は、前回処理のフィルタデータの相対加速度を今回処理のペアデータの相対加速度として設定する（ステップＳ３２）。なお、フィルタ部１１４は、前回処理のペアデータの加速度の情報に関するが第２条件を満たしていない場合（ステップＳ３１でＮｏ）は、相対加速度「０」を今回処理のペアデータの相対加速度として設定する（ステップＳ３３）。これによりレーダ装置１は、物標の急な速度変更の有無に応じた適切な相対加速度を設定でき、次回の物標導出処理で連続性のある物標の物標情報を導出できる。

＜４．効果＞
次にフィルタ部１１４が、第１条件および第２条件の２つの条件を用いた急加減速の判定によりフィルタ乗数を設定した場合の効果について説明する。図１０は、急加減速の判定を行わない場合のピークデータと予測ピークデータとの関係を示した図である。図１１は、急加減速の判定を行った場合のピークデータと予測ピークデータとの関係を示した図である。図１０および図１１に示すピークデータは、例えばアップ区間のデータであり、ダウン区間のピークデータも、アップ区間のピークデータと同様な特徴を有するものとして説明を行う。図１０および図１１のグラフの横軸は時間［sec］を示し、縦軸は周波数［ＢＩＮ］を示す。

図１０の時間ｔ０〜時間ｔ１１までは今回処理のピークデータＰ１（●）と、予測ピークデータＰ２（□）との周波数は略同一の周波数となる。すなわち、ピークデータＰ１は予測ピークデータＰ２との周波数差が所定の周波数範囲内（例えば、±３ＢＩＮ以内）となり、予測ペアデータと連続性のあるペアデータが生成される。そして、この時間ｔ０〜時間ｔ１１までの間は図１０の下段に示す外挿フラグはＯＦＦとなっている。外挿フラグは、予測ピークデータＰ２に対して所定の周波数範囲内にピークデータＰ１が存在するか否かを示すフラグであり、フラグがＯＦＦの場合は、所定の周波数範囲内にピークデータＰ１が存在し、フラグがＯＮのときは、所定の周波数範囲内にピークデータＰ１が存在しない。

図１０では時間ｔ１１以降、徐々にピークデータＰ１と予測ピークデータＰ２との周波数差が大きくなり始める。このような周波数差は例えば、先行車に対応する物標が急減速したことで生じる差である。そして時間ｔ１２では外挿フラグがＯＮとなる。すなわち、予測ピークデータＰ２に対して±３ＢＩＮ以内にピークデータＰ１が存在しなくなり、今回処理のペアデータが生成されない状態となる。以降も引き続きペアデータが生成されることがなく、このような状態が物標の導出処理において所定回数以上継続することで、先行車に対応する物標の物標情報はメモリ１５から削除される。

これに対して、図１１では、時間ｔ１１で先行車に対応する物標が急減速した場合であっても、フィルタ部１１４が、第１条件と第２条件とに基づく急加減速の判定を行い、その判定条件を満たすことで、今回処理のペアデータのフィルタ乗数を、判定条件を満たさない場合と比べて大きな値に設定する。その結果、予測ピークデータとピークデータとの周波数差が大きくなることはない。また時間ｔ１２以降、外挿フラグはＯＮになることはない。したがって、レーダ装置１は比較的急な加速および減速のいずれかの速度変化が生じた場合でも、時間的に連続する物標を確実に導出できる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。以下では、このような変形例について説明する。上記実施の形態及び以下で説明する形態を含む全ての形態は、適宜に組み合わせ可能である。

上記実施の形態では、フィルタ部１１４は、第１条件と第２条件との２つの条件に基づきフィルタ乗数を設定することについて説明した。これに対して、フィルタ部１１４は、第１条件および第２条件のいずれか１つの条件のみに基づき、フィルタ乗数を設定してもよい。

また上記実施の形態では、データ処理部１７は前回処理のデータと今回処理のデータとを用いて各種処理を行うことについて説明した。これに対してデータ処理部１７は、前回処理以外の別の処理のデータを用いてもよい。例えば、前々回の処理等の過去に行われた物標導出処理（過去処理）のデータと今回処理のデータとを用いて各種処理を行ってもよい。

また上記実施の形態では、第２条件の（ａ１）および（ａ２）に関する相対加速度および相対ジャークは、今回処理のペアデータの値として説明した。これに対して、これらの値は複数回の物標導出処理における平均値であってもよい。

平均値の算出方法は例えば、次のような方法がある。相対加速度の算出を例にあげると、今回処理のペアデータの相対速度と前回処理のペアデータの相対速度との差の第１加速度と、今回処理のペアデータの相対速度と前々回処理のペアデータの相対速度との差の第２加速度とを平均して、今回処理の相対加速度を算出する方法がある。また第１加速度と、前回処理のペアデータの相対速度と前々回処理のペアデータの相対速度との差の第３加速度とを平均して、今回処理の相対加速度を算出する方法がある。このようにフィルタ部１１４は、複数回の物標の導出処理で算出した加速度の平均値を第２条件に用いることもできる。またフィルタ部１１４は、複数回の物標の導出処理で算出したジャークの平均値を第２条件に用いることもできる。

また上記実施の形態では、フィルタ部１１４は、前回処理のペアデータが加速度に関する情報が第２条件を満たした場合（ステップＳ３１でＹｅｓ）は、前回処理のフィルタデータの相対加速度を今回処理のペアデータの相対加速度として設定する（ステップＳ３２）と説明した。これに対してフィルタ部１１４は、前回処理のペアデータの相対加速度と、前回処理以前の複数のペアデータの相対加速度との平均値を今回処理のペアデータの相対加速度として設定してもよい。平均値の算出は前回処理のペアデータの相対加速度と、前回以前の複数のペアデータの相対加速度とのそれぞれの相対加速度に異なる重み付けをして算出する方法や、それぞれの相対加速度に等しい重み付けをして算出方法などがある。そして、相対加速度に異なる重み付けが行われる場合、フィルタ部１１４は複数の物標導出処理のうち、処理の順序が時間的に前の相対加速度の重み付けを比較的小さくし、処理の順序が時間的に後の相対加速度の重み付けを比較的大きくする。

また上記実施の形態では、フィルタ部１１４は第２の条件の（ａ１）では相対加速度を用い、（ａ２）では相対ジャークを用いて判定を行うと説明した。これに対してフィルタ部１１４は、（ａ１）の判定対象を例えば縦距離とし、（ａ２）の判定対象を例えば相対速度とする等、他のパラメータを用いて判定を行うようにしてもよい。

また上記各実施の形態では、レーダ装置１の送信アンテナＴＸの本数は２本、受信アンテナＲＸの本数は４本として説明した。このようなレーダ装置１の送信アンテナＴＸおよび受信アンテナＲＸの本数は一例であり、複数の物標を導出できれば他の本数であってもよい。

また上記各実施の形態では、レーダ装置の角度推定方式は、ＥＳＰＲＩＴを例に説明したが、ＥＳＰＲＩＴ以外に、ＤＢＦ（Digital Beam Forming)、ＰＲＩＳＭ（Propagator method based on an Improved Spatial-smoothing Matrix)、および、ＭＵＳＩＣ(Multiple Signal Classification)等の角度推定方式を用いてもよい。

また上記各実施の形態では、レーダ装置１は車両の前部（例えばフロントバンパー内）に設けられると説明した。これに対してレーダ装置１は、車両外部に送信波を出力できる箇所であれば、車両の後部（例えばリアバンパー）、左側部（例えば、左ドアミラー）、および、右側部（例えば、右ドアミラー）の少なくともいずれか１ヶ所に設けてもよい。

また上記各実施の形態では、送信アンテナＴＸからの出力は、電波、超音波、光、および、レーザ等の物標情報を検出できる方法であればいずれを用いてもよい。

また上記各実施の形態では、レーダ装置１は車両以外に用いられてもよい。例えばレーダ装置１は、航空機および船舶等に用いられてもよい。

また、上記実施の形態では、プログラムに従ったＣＰＵの演算処理によってソフトウェア的に各種の機能が実現されると説明したが、これら機能のうちの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。また逆に、ハードウェア回路によって実現されるとした機能のうちの一部は、ソフトウェア的に実現されてもよい。

１ レーダ装置
２ 車両制御装置
３ 車速センサ
１０ 車両制御システム
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ 信号処理部
１４ Ａ／Ｄ変換部
１５ メモリ
１６ フーリエ変換部
１７ データ処理部
１８ 信号制御部

Claims (7)

1. 送信信号の周波数が上昇するアップ区間のピークデータと、前記送信信号の周波数が下降するダウン区間のピークデータとを対応づけてペアデータを生成するペアリング手段と、
   過去処理の前記ペアデータと時間的な連続性を有する前記ペアデータが存在するか否かを判定する判定手段と、
   前記時間的な連続性を有するペアデータと、前記過去処理のペアデータに基づく予測ペアデータとをそれぞれのフィルタ乗数によりフィルタリングし、フィルタデータを算出するフィルタ手段と、
   を備え、
   前記フィルタ手段は、前記ペアデータの加速度に関する情報に基づき、前記フィルタ乗数を設定すること、
   を特徴とするレーダ装置。
   
2. 請求項１に記載のレーダ装置において、
   前記フィルタ手段は、前記加速度に関する情報の値が所定値以上の場合に、前記加速度に関する情報の値が所定値未満のときよりも、前記時間的な連続性を有するペアデータのフィルタ乗数を大きい値に設定すること、
   を特徴とするレーダ装置。
   
3. 請求項１または２に記載のレーダ装置において、
   前記加速度に関する情報は、相対加速度および相対ジャークの少なくともいずれかの情報であること、
   を特徴とするレーダ装置。
   
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のレーダ装置において、
   前記フィルタデータに基づき、前記アップ区間、および、前記ダウン区間の予測ピークデータを算出する予測手段をさらに備え、
   前記フィルタ手段は、前記予測ピークデータと前記ピークデータとの周波数差に基づき、前記フィルタ乗数を設定すること、
   を特徴とするレーダ装置。
   
5. 請求項４に記載のレーダ装置において、
   前記フィルタ手段は、前記予測ピークデータと前記ピークデータとの周波数差が第１の周波数差よりも大きい第２の周波数差の場合に、前記第１の周波数差に基づくフィルタ乗数よりも前記第２の周波数差に基づくフィルタ乗数を小さな値に設定すること、
   を特徴とするレーダ装置。
   
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のレーダ装置と、
   前記レーダ装置から取得した前記フィルタデータを使用するデータ使用装置と、
   を備えること、
   を特徴とする車両制御システム。
   
7. （ａ）送信信号の周波数が上昇するアップ区間のピークデータと、前記送信信号の周波数が下降するダウン区間のピークデータとを対応づけてペアデータを生成する工程と、
   （ｂ）過去処理の前記ペアデータと時間的な連続性を有する前記ペアデータが存在するか否かを判定する工程と、
   （ｃ）前記時間的な連続性を有するペアデータと、前記過去処理のペアデータに基づく予測ペアデータとをそれぞれのフィルタ乗数によりフィルタリングし、フィルタデータを算出する工程と、
   を備え、
   前記工程（ｃ）は、前記ペアデータの加速度に関する情報に基づき、前記フィルタ乗数を設定すること、
   を特徴とする信号処理方法。

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