JP6560165B2 - レーダ装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両の周辺に存在する物体を検出するレーダ装置に関する。

特許文献１のように、送信周波数上昇期間の周波数スペクトルと送信周波数下降期間の周波数スペクトルをオフセットさせ、オフセットされた２つの周波数スペクトルの差分演算で得られる周波数スペクトルに基づいて、移動物体を検出する移動物体検出装置が知られている。

特開２００６−３８６８７号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、自車両から見た移動物体の方位に応じてオフセット量が変化するために、方位毎に周波数スペクトルをオフセットさせる必要があり、移動物体を検出するための処理負荷が大きくなってしまうという問題があった。

本開示は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、移動物体を検出するための処理負荷を低減することを目的とする。

本開示の一態様は、車両に搭載されて、車両の周辺に存在する少なくとも１つの物体を検出するレーダ装置（３，４，５，６）である。そして本開示のレーダ装置は、第１送信部（２１，２２）と、第１受信部（２３，２４）と、第１スペクトル算出部（Ｓ２４０）と、第２送信部（６１，６２）と、第２受信部（６３，６４）と、第２スペクトル算出部（Ｓ４０）とを備える。さらに本開示のレーダ装置は、方位算出部（Ｓ７０）と、移動量算出部（Ｓ２７０）と、方位スペクトル算出部（Ｓ２５０）と、移動部（Ｓ２８０）と、差分スペクトル算出部（Ｓ２９０）と、ピーク検出部（Ｓ３１０）とを備える。

第１送信部は、予め設定された第１変調周期内に、時間が経過するにつれて周波数が漸増する上り変調区間と、時間が経過するにつれて周波数が漸減する下り変調区間とが含まれるように、周波数変調した第１レーダ波を送信する。

第１受信部は、第１送信部から送信されて物体で反射した第１レーダ波を受信し、受信した第１レーダ波と、第１送信部が送信する第１レーダ波とを混合して第１ビート信号を生成する。

第１スペクトル算出部は、第１受信部で生成された第１ビート信号を周波数解析することにより、第１ビート信号に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表す第１パワースペクトルを算出する。

第２送信部は、予め設定された第２変調周期内に、周波数が第１変調周波数に設定された第１変調区間と、周波数が第２変調周波数に設定された第２変調区間とが含まれるように、周波数変調した第２レーダ波を送信する。

第２受信部は、第２送信部から送信されて物体で反射した第２レーダ波を受信し、受信した第２レーダ波と、第２送信部が送信する第２レーダ波とを混合して第２ビート信号を生成する。

第２スペクトル算出部は、第２受信部で生成された第２ビート信号を周波数解析することにより、第２ビート信号に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表す第２パワースペクトルを算出する。

方位算出部は、第２スペクトル算出部で算出された第２パワースペクトルを用いて、第２レーダ波を反射した物体が存在する方位である物体方位を算出する。
移動量算出部は、車両の走行速度と、方位算出部が算出した物体方位とに基づいて、ドップラー効果による周波数の移動量を算出する。

方位スペクトル算出部は、第１スペクトル算出部で算出された第１パワースペクトルを用いて、少なくとも、方位パワースペクトルを、上り変調区間と下り変調区間のそれぞれについて算出する。方位パワースペクトルは、移動量算出部が算出した物体方位から到来した第１レーダ波に基づいて生成された第１ビート信号に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表す。

移動部は、方位スペクトル算出部により算出された上り変調区間の方位パワースペクトルを、移動量算出部により算出された移動量だけ周波数の正方向へ移動させ、方位スペクトル算出部により算出された下り変調区間の方位パワースペクトルを、移動量算出部により算出された移動量だけ周波数の負方向へ移動させる。

差分スペクトル算出部は、移動部により移動された後の上り変調区間の方位パワースペクトルと、移動部により移動された後の下り変調区間の方位パワースペクトルとを差分することで得られる差分パワースペクトルを算出する。

ピーク検出部は、方位スペクトル算出部により算出された差分パワースペクトルにおいて強度がピークとなるピーク周波数を検出する。
このように構成された本開示のレーダ装置では、物体で反射した第２レーダ波を受信し、第２ビート信号の第２パワースペクトルを用いて、第２レーダ波を反射した物体が存在する物体方位を算出する。これにより、本開示のレーダ装置は、第１レーダ波を反射した物体が存在する方位を特定することができる。このため、本開示のレーダ装置は、互いに異なる複数の方位毎に、第１ビート信号に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表すパワースペクトルを算出したとしても、算出した物体方位のパワースペクトル（すなわち、上記の方位パワースペクトル）についてのみ、移動部による処理を実行すればよくなる。これにより、本開示のレーダ装置は、移動物体を検出するための処理負荷を低減することができる。

なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。

車両警報システム１の構成を示すブロック図である。 レーダ装置３，４，５，６の設置位置と物体検出領域を示す図である。 ＦＭＣＷ処理部１１と２周波ＣＷ処理部１２の構成を示すブロック図である。 信号処理部６５の観測点情報生成処理を示すフローチャートである。 第１，２変調ビート信号のパワースペクトルを示す図である。 信号処理部２５の観測点情報生成処理を示すフローチャートである。 観測点方位毎かつ上り／下り変調区間毎のパワースペクトルを示す図である。 パワースペクトルの移動と差分を説明する図である。

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態の車両警報システム１は、図１に示すように、警報装置２と、レーダ装置３，４，５，６と車速センサ７を備える。

警報装置２は、車室内に設置された音声出力装置であり、車両警報システム１を搭載した車両（以下、自車両）の乗員に対して、警報を発する。
レーダ装置３，４，５，６は、レーダ波を送信し、反射したレーダ波を受信する。これにより、レーダ装置３〜６は、受信したレーダ波の受信強度と、レーダ波を反射した地点（以下、観測点）までの距離（以下、観測点距離）と、観測点との相対速度（以下、観測点相対速度）と、観測点が存在する方位（以下、観測点方位）を検出する。またレーダ装置３〜６は、検出した受信強度と観測点距離と観測点相対速度と観測点方位を示す観測点情報を警報装置２へ出力する。レーダ装置３，４，５，６はそれぞれ、自車両の前方の左端、前方の右端、後方の左端および後方の右端に設置される。

車速センサ７は、自車両の走行速度を検出し、自車両の走行速度を示す検出信号をレーダ装置３，４，５，６へ出力する。
図２に示すように、レーダ装置３は、自車両の前方における左側に向けてレーダ波を送信することにより、物体検出領域Ｒｆｌ内に存在する周辺車両を検出する。レーダ装置４は、自車両の前方における右側に向けてレーダ波を送信することにより、物体検出領域Ｒｆｒ内に存在する周辺車両を検出する。レーダ装置５は、自車両の後方における左側に向けてレーダ波を送信することにより、物体検出領域Ｒｒｌ内に存在する周辺車両を検出する。レーダ装置６は、自車両の後方における右側に向けてレーダ波を送信することにより、物体検出領域Ｒｒｒ内に存在する周辺車両を検出する。

レーダ装置３，４，５，６は、図３に示すように、ＦＭＣＷ処理部１１と、２周波ＣＷ処理部１２とを備える。
ＦＭＣＷ処理部１１は、送信回路２１と、送信アンテナ２２と、受信アンテナ２３と、受信回路２４と、信号処理部２５とを備える。

送信回路２１は、送信アンテナ２２に対して送信信号Ｓｓ１を供給するものであり、発振器３１と増幅器３２と分配器３３とを備える。発振器３１は、時間に対して周波数が直線的に増加する上り変調区間および周波数が直線的に減少する下り変調区間を有するように変調されたミリ波帯の高周波信号を生成して出力する。増幅器３２は、発振器３１から出力される上記高周波信号を増幅する。分配器３３は、増幅器３２の出力信号を送信信号Ｓｓ１とローカル信号Ｌ１とに電力分配する。

送信アンテナ２２は、この送信回路２１から供給される送信信号Ｓｓ１に基づいて、送信信号Ｓｓ１に対応する周波数のレーダ波を照射する。これにより、周波数が直線的に増加するレーダ波と、周波数が直線的に減少するレーダ波とが交互に出力される。

受信アンテナ２３は、複数のアンテナ素子を一列に配列して構成されたアレーアンテナである。
受信回路２４は、受信スイッチ４１と、増幅器４２と、ミキサ４３と、フィルタ４４と、Ａ／Ｄ変換器４５とを備える。

受信スイッチ４１は、受信アンテナ２３を構成する複数のアンテナ素子の何れか一つを順次選択し、選択されたアンテナ素子からの受信信号Ｓｒ１を増幅器４２へ出力する。
増幅器４２は、受信スイッチ４１から入力した受信信号Ｓｒ１を増幅してミキサ４３へ出力する。

ミキサ４３は、増幅器４２にて増幅された受信信号Ｓｒ１とローカル信号Ｌ１とを混合してビート信号ＢＴ１を生成する。
フィルタ４４は、ミキサ４３が生成したビート信号ＢＴ１から不要な信号成分を除去する。

Ａ／Ｄ変換器４５は、フィルタ４４から出力されたビート信号ＢＴ１をサンプリングしてデジタルデータに変換し、このデジタルデータを信号処理部２５へ出力する。
信号処理部２５は、ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２およびＲＡＭ５３等を備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成された電子制御装置である。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵ５１が非遷移的実体的記録媒体に格納された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、ＲＯＭ５２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。そして信号処理部２５は、ＲＯＭ５２が記憶するプログラムに基づく処理をＣＰＵ５１が実行することにより、信号解析を行ったり、ＦＭＣＷ処理部１１の動作の制御を行ったりする。

具体的には、信号処理部２５は、送信回路２１を制御して、上り変調区間のレーダ波と下り変調区間のレーダ波が送信アンテナ２２から変調周期Ｔｍで交互に照射されるようにする。また信号処理部２５は、受信アンテナ２３を構成する複数のアンテナ素子のそれぞれのビート信号ＢＴ１が受信回路２４においてサンプリングされるようにする。そして信号処理部２５は、ビート信号ＢＴ１のサンプリングデータを解析することにより、観測点までの距離と、観測点との相対速度と、観測点が存在する方位を計測する。

ＦＭＣＷ方式では、ビート信号ＢＴ１として、上りビート信号および下りビート信号が生成される。上りビート信号は、上り変調区間のレーダ波が送信されている期間において受信信号Ｓｒ１とローカル信号Ｌ１とを混合することにより生成される。同様に下りビート信号は、下り変調区間のレーダ波が送信されている期間において受信信号Ｓｒ１とローカル信号Ｌ１とを混合することにより生成される。

そして、上りビート信号の周波数ｆｂｕおよび下りビート信号の周波数ｆｂｄと、観測点の距離Ｌ（以下、観測点距離Ｌ）および相対速度ｖ（以下、観測点相対速度ｖ）との間には、下式（１），（２）の関係が成立する。なお、式（１），（２）において、ｃは光速、Δｆは送信信号Ｓｓ１の周波数変動幅、ｆ０は送信信号Ｓｓ１の中心周波数である。

したがって、観測点距離Ｌと観測点相対速度ｖは、下式（３），（４）により算出される。

２周波ＣＷ処理部１２は、送信回路６１と、送信アンテナ６２と、受信アンテナ６３と、受信回路６４と、信号処理部６５とを備える。

送信回路６１は、送信アンテナ６２に対して送信信号Ｓｓ２を供給するものであり、発振器７１と増幅器７２と分配器７３とを備える。発振器７１は、ミリ波帯の高周波信号を生成するものであり、短い時間間隔で交互に、第１変調周波数ｆ１の高周波信号と、第１変調周波数ｆ１とは僅かに周波数の異なる第２変調周波数ｆ２の高周波信号とを生成して出力する。増幅器７２は、発振器７１から出力される上記高周波信号を増幅する。分配器７３は、増幅器７２の出力信号を送信信号Ｓｓ２とローカル信号Ｌ２とに電力分配する。

送信アンテナ６２は、この送信回路６１から供給される送信信号Ｓｓ２に基づいて、送信信号Ｓｓ２に対応する周波数のレーダ波を照射する。これにより、第１変調周波数ｆ１のレーダ波と、第２変調周波数ｆ２のレーダ波とが交互に出力される。

受信アンテナ６３は、複数のアンテナ素子を一列に配列して構成されたアレーアンテナである。
受信回路６４は、受信スイッチ８１と、増幅器８２と、ミキサ８３と、フィルタ８４と、Ａ／Ｄ変換器８５とを備える。

受信スイッチ８１は、受信アンテナ６３を構成する複数のアンテナ素子の何れか一つを順次選択し、選択されたアンテナ素子からの受信信号Ｓｒ２を増幅器８２へ出力する。
増幅器８２は、受信スイッチ８１から入力した受信信号Ｓｒ２を増幅してミキサ８３へ出力する。

ミキサ８３は、増幅器８２にて増幅された受信信号Ｓｒ２とローカル信号Ｌ２とを混合してビート信号ＢＴ２を生成する。
フィルタ８４は、ミキサ８３が生成したビート信号ＢＴ２から不要な信号成分を除去する。

Ａ／Ｄ変換器８５は、フィルタ８４から出力されたビート信号ＢＴ２をサンプリングしてデジタルデータに変換し、このデジタルデータを信号処理部６５へ出力する。
信号処理部６５は、ＣＰＵ９１、ＲＯＭ９２およびＲＡＭ９３等を備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成された電子制御装置である。マイクロコンピュータの各種機能は、ＣＰＵ９１が非遷移的実体的記録媒体に格納された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、ＲＯＭ９２が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。そして信号処理部６５は、ＲＯＭ９２が記憶するプログラムに基づく処理をＣＰＵ９１が実行することにより、信号解析を行ったり、２周波ＣＷ処理部１２の動作の制御を行ったりする。

具体的には、信号処理部６５は、送信回路６１を制御して、第１変調周波数ｆ１および第２変調周波数ｆ２のレーダ波が送信アンテナ６２から予め設定された変調周期で交互に発射されるようにする。また信号処理部６５は、受信アンテナ６３を構成する複数のアンテナ素子のそれぞれのビート信号ＢＴ２が受信回路６４においてサンプリングされるようにする。そして信号処理部６５は、ビート信号ＢＴ２のサンプリングデータを解析することにより、観測点距離と、観測点相対速度と、観測点方位を計測し、観測点距離と観測点相対速度と観測点方位を示す観測点情報をＦＭＣＷ処理部１１へ出力する。

２周波ＣＷ方式では、ビート信号ＢＴ２として、第１変調ビート信号および第２変調ビート信号が生成される。第１変調ビート信号は、第１変調周波数ｆ１の受信信号Ｓｒ２と第１変調周波数ｆ１のローカル信号Ｌ２とを混合することにより生成される。同様に第２変調ビート信号は、第２変調周波数ｆ２の受信信号Ｓｒ２と第２変調周波数ｆ２のローカル信号Ｌ２とを混合することにより生成される。

そして、第１変調ビート信号の周波数ｆｂ１および第２変調ビート信号の周波数ｆｂ２と、観測点相対速度ｖとの間には、下式（５），（６）の関係が成立する。
ｆｂ１ ＝ （２ｖ／ｃ）×ｆ１ ・・・（５）
ｆｂ２ ＝ （２ｖ／ｃ）×ｆ２ ・・・（６）
すなわち２周波ＣＷ方式では、生成したビート信号の周波数に基づいて、観測点相対速度を計測する。

さらに２周波ＣＷ方式では、周知のように、第１変調ビート信号と第２変調ビート信号との間の位相差に基づいて、観測点距離を算出する。なお、２周波ＣＷ方式では、上記の観測点相対速度は、受信信号の周波数情報から得られるのに対し、上記の観測点距離は、受信信号の位相情報から得られる。このため、二周波ＣＷ方式において、距離の観測精度は、速度の観測精度に対し大きく劣る。

このように構成された車両警報システム１において、信号処理部２５と信号処理部６５は、観測点情報生成処理を実行する。なお、信号処理部２５，６５が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成してもよい。信号処理部２５の観測点情報生成処理は、信号処理部２５の動作中において繰り返し実行される処理である。信号処理部６５の観測点情報生成処理は、信号処理部６５の動作中において繰り返し実行される処理である。

まず、信号処理部６５が実行する観測点情報生成処理の手順を説明する。
この観測点情報生成処理が実行されると、信号処理部６５は、図４に示すように、まずＳ１０にて、発振器７１を起動してレーダ波の送信を開始する。その後Ｓ２０にて、周波数が第１変調周波数ｆ１である第１変調区間および周波数が第２変調周波数ｆ２である第２変調区間からなる一周期が経過するまで、Ａ／Ｄ変換器８５から出力されるビート信号ＢＴ２をサンプリングして取り込む。そして、第１変調区間および第２変調区間からなる一周期が経過すると、Ｓ３０にて、発振器７１を停止してレーダ波の送信を停止する。

次にＳ４０にて、Ｓ２０の処理で取り込んだサンプリングデータについて周波数解析処理を実行して、第１変調ビート信号のパワースペクトルと第２変調ビート信号のパワースペクトルを算出する。このパワースペクトルは、第１変調ビート信号と第２変調ビート信号に含まれる周波数と、各周波数における強度とを表したものである。本実施形態では、上記の周波数解析処理は高速フーリエ変換である。

そしてＳ５０にて、車速センサ７からの検出信号に基づいて自車両の走行速度を算出し、上式（５），（６）を用いて、自車両の走行速度に対応する周波数ｆｂ１，ｆｂ２を算出する。以下、自車両の走行速度に対応する周波数ｆｂ１，ｆｂ２をそれぞれ自車速周波数ｆｖ１，ｆｖ２という。

さらにＳ６０にて、第１変調ビート信号のパワースペクトルと第２変調ビート信号のパワースペクトルのそれぞれについて、パワースペクトル上に存在する１または複数の周波数ピークを検出する。但し、図５に示すように、第１変調ビート信号のパワースペクトルについては、自車速周波数ｆｖ１より高い周波数の周波数ピークを検出する。同様に、第２変調ビート信号のパワースペクトルについては、自車速周波数ｆｖ２より高い周波数の周波数ピークを検出する。図５では、探索範囲Ｒｓが、周波数ピークを検出する周波数範囲であり、ピークＰｋが、Ｓ６０で検出される周波数ピークである。

Ｓ６０の処理が終了すると、図４に示すように、Ｓ７０にて、Ｓ６０で検出した周波数ピークの各々について、受信アンテナ６３を構成する複数のアンテナ素子から取得した同一ピーク周波数の信号成分間の位相差情報などに基づいて、そのピーク周波数で特定される観測点方位を算出する。

またＳ８０にて、２周波ＣＷ方式における周知の手法により、観測点距離と観測点相対速度を算出する。そしてＳ９０にて、観測点距離と観測点相対速度と観測点方位を示す観測点情報をＦＭＣＷ処理部１１へ出力し、観測点情報生成処理を一旦終了する。

次に、信号処理部２５が実行する観測点情報生成処理の手順を説明する。
この観測点情報生成処理が実行されると、信号処理部２５は、図６に示すように、まずＳ２１０にて、発振器３１を起動してレーダ波の送信を開始する。その後Ｓ２２０にて、周波数が漸増する上り変調区間および周波数が漸減する下り変調区間からなる一周期が経過するまで、Ａ／Ｄ変換器４５から出力されるビート信号ＢＴ１をサンプリングして取り込む。そして、上り変調区間および下り変調区間からなる一周期が経過すると、Ｓ２３０にて、発振器３１を停止してレーダ波の送信を停止する。

次にＳ２４０にて、Ｓ２２０の処理で取り込んだサンプリングデータについて周波数解析処理を実行して、受信チャンネルＣＨ１〜ＣＨｎ毎かつ上り／下り変調区間毎にビート信号ＢＴ１のパワースペクトルを算出する。このパワースペクトルは、ビート信号ＢＴ１に含まれる周波数と、各周波数における強度とを表したものである。本実施形態では、上記の周波数解析処理は高速フーリエ変換である。

またＳ２５０にて、Ｓ２４０で得られたパワースペクトルを用いて、図７に示すように、観測点方位毎かつ上り／下り変調区間毎にビート信号ＢＴ１のパワースペクトルを算出する。観測点方位は、例えばデジタルビームフォーミングの手法を用いて算出される。図７は、方位角θ１，θ２，・・・，θｎ毎に上り変調区間および下り変調区間のパワースペクトルを算出することを示す。なお、θｎにおけるｎは整数である。

Ｓ２５０の処理が終了すると、図６に示すように、Ｓ２６０にて、２周波ＣＷ処理部１２の信号処理部６５から観測点情報を取得する。さらにＳ２７０にて、下式（７）によりドップラーシフト周波数ｆ_Δを算出する。なお、式（７）において、θはＳ２６０で取得した観測点情報が示す観測点方位と自車両の進行方向とが成す角度、ｆ０は上記のようにＦＭＣＷ処理部１１が送信するレーダ波の中心周波数、ｖは自車両の走行速度である。なお、式（７）において、中心周波数ｆ０の代わりに、ＦＭＣＷ処理部１１が送信するレーダ波の周波数範囲内における任意の周波数を設定することが可能である。

ｆ_Δ＝ ２×ｆ０×ｖ×ｃｏｓθ／ｃ ・・・（７）
次にＳ２８０にて、図８に示すように、Ｓ２６０で取得した観測点情報が示す観測点方位における上り変調区間のビート信号ＢＴ１のパワースペクトルをドップラーシフト周波数ｆ_Δだけ周波数軸に沿って正方向へ移動させる。同様に、Ｓ２６０で取得した観測点情報が示す観測点方位における下り変調区間のビート信号ＢＴ１のパワースペクトルをドップラーシフト周波数ｆ_Δだけ周波数軸に沿って負方向へ移動させる。

図８では、パワースペクトルＰＳ１が、Ｓ２６０で取得した観測点情報が示す観測点方位における上り変調区間のパワースペクトルである。パワースペクトルＰＳ２が、Ｓ２６０で取得した観測点情報が示す観測点方位における下り変調区間のパワースペクトルである。また、矢印ＳＨ１で示すように上り変調区間のパワースペクトルＰＳ１を正方向へ移動させるとともに、矢印ＳＨ２で示すように下り変調区間のパワースペクトルＰＳ２を負方向へ移動させる。

図８におけるパワースペクトルＰＳ３は、上り変調区間のパワースペクトルＰＳ１をドップラーシフト周波数ｆ_Δだけ正方向へ移動させた後のパワースペクトルである。同様に、パワースペクトルＰＳ４は、下り変調区間のパワースペクトルＰＳ２をドップラーシフト周波数ｆ_Δだけ負方向へ移動させた後のパワースペクトルである。

Ｓ２８０の処理が終了すると、図６に示すように、Ｓ２９０にて、ドップラーシフト周波数ｆ_Δだけ正方向へ移動させた上り変調区間のパワースペクトルと、ドップラーシフト周波数ｆ_Δだけ負方向へ移動させた下り変調区間のパワースペクトルとの差分を算出する。Ｓ２９０における差分で算出されたパワースペクトルを差分パワースペクトルという。図８におけるパワースペクトルＰＳ５は、上り変調区間のパワースペクトルＰＳ３と下り変調区間のパワースペクトルＰＳ４との差分で得られる差分パワースペクトルである。

Ｓ２９０の処理が終了すると、図６に示すように、Ｓ３００にて、上り探索中心周波数ｆｓｕと下り探索中心周波数ｆｓｄを算出する。上り探索中心周波数ｆｓｕは、Ｓ２６０で取得した観測点情報が示す観測点距離をＬとし、Ｓ２６０で取得した観測点情報が示す観測点相対速度をｖとして、Ｌとｖを上式（１）の右辺に代入することにより算出される。同様に、下り探索中心周波数ｆｓｄは、Ｌとｖを上式（２）の右辺に代入することにより算出される。

そしてＳ３１０にて、Ｓ２９０で算出された差分パワースペクトル上において、上り探索中心周波数ｆｓｕを中心として予め設定された探索周波数幅を有する上り探索範囲内に存在する周波数ピークと、下り探索中心周波数ｆｓｄを中心として上記探索周波数幅を有する下り探索範囲内に存在する周波数ピークを検出する。これにより、上り探索範囲内に存在する周波数ピークの周波数を上りピーク周波数ｆｂｕとして検出し、下り探索範囲内に存在する周波数ピークの周波数を下りピーク周波数ｆｂｄとして検出する。

図８では、差分パワースペクトルＰＳ５において、上り探索中心周波数ｆｓｕを中心とする上り探索範囲Ｒｓｕ内に周波数ピークＰＫ１が存在し、下り探索中心周波数ｆｓｄを中心とする下り探索範囲Ｒｓｄ内に周波数ピークＰＫ２が存在していることを示している。

次にＳ３２０にて、同一の観測点に基づく上りピーク周波数ｆｂｕと下りピーク周波数ｆｂｄとを組み合わせるペアマッチングを実行する。具体的には、上りピーク周波数ｆｂｕと下りピーク周波数ｆｂｄとの組合せについて、ピーク強度の差、および観測点方位の角度差が予め設定された許容範囲内であるか否かを判定する。その判定の結果、ピーク強度の差および観測点方位の角度差がともに、許容範囲内であれば、対応するピーク周波数の組をピークペアとして登録する。

その後Ｓ３３０にて、登録されたピークペアについて、ＦＭＣＷ方式のレーダ装置における周知の手法により、観測点距離と観測点相対速度を算出する。
そしてＳ３４０にて、観測点距離と観測点相対速度と観測点方位を示す観測点情報を警報装置２へ出力し、観測点情報生成処理を一旦終了する。

警報装置２は、レーダ装置３，４，５，６から入力された観測点情報と、自車両の走行速度等に基づいて、衝突予測時間ＴＴＣを算出する。なお、ＴＴＣはTime To Collisionの略である。そして警報装置２は、衝突予測時間ＴＴＣが予め設定された警報判定時間未満である場合に、衝突可能性があると判断し、自車両の乗員に対して警報を発する。

このように構成された車両警報システム１のレーダ装置３，４，５，６は、車両に搭載されて、車両の周辺に存在する観測点を検出する。
レーダ装置３〜６の送信回路２１と送信アンテナ２２は、予め設定された変調周期Ｔｍ内に、時間が経過するにつれて周波数が漸増する上り変調区間と、時間が経過するにつれて周波数が漸減する下り変調区間とが含まれるように、周波数変調したレーダ波を送信する。

受信アンテナ２３と受信回路２４は、送信アンテナ２２から送信されて観測点で反射したレーダ波を受信し、受信したレーダ波と、送信するレーダ波とを混合してビート信号ＢＴ１を生成する。

信号処理部２５は、受信回路２４で生成されたビート信号ＢＴ１を周波数解析することにより、ビート信号ＢＴ１に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表すパワースペクトルを算出する。

送信回路６１と送信アンテナ６２は、予め設定された変調周期内に、周波数が第１変調周波数ｆ１に設定された第１変調区間と、周波数が第２変調周波数ｆ２に設定された第２変調区間とが含まれるように、周波数変調したレーダ波を送信する。

受信アンテナ６３と受信回路６４は、送信アンテナ２２から送信されて観測点で反射したレーダ波を受信し、受信したレーダ波と、送信するレーダ波とを混合してビート信号ＢＴ２を生成する。

信号処理部６５は、受信回路６４で生成されたビート信号ＢＴ２を周波数解析することにより、ビート信号ＢＴ２に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表すパワースペクトルを算出する。

信号処理部６５は、算出されたパワースペクトルを用いて、観測点が存在する方位である観測点方位を算出する。
信号処理部６５は、車両の走行速度と、信号処理部６５が算出した観測点方位とに基づいて、式（７）により、ドップラーシフト周波数ｆ_Δを算出する。

信号処理部２５は、信号処理部２５で算出されたパワースペクトルを用いて、少なくとも、信号処理部６５が算出した観測点方位から到来したレーダ波に基づいて生成されたビート信号ＢＴ１のパワースペクトル（以下、方位パワースペクトル）を、上り変調区間と下り変調区間のそれぞれについて算出する。

信号処理部２５は、上り変調区間の方位パワースペクトルを、算出されたドップラーシフト周波数ｆ_Δだけ周波数の正方向へ移動させ、下り変調区間の方位パワースペクトルを、ドップラーシフト周波数ｆ_Δだけ周波数の負方向へ移動させる。

信号処理部２５は、移動された後の上り変調区間の方位パワースペクトルと、移動された後の下り変調区間の方位パワースペクトルとを差分することで得られる差分パワースペクトルを算出する。

信号処理部２５は、算出された差分パワースペクトルにおいて強度がピークとなるピーク周波数を検出する。
このようにレーダ装置３〜６では、観測点で反射したレーダ波を２周波ＣＷ処理部１２で受信し、ビート信号ＢＴ２のパワースペクトルを用いて、レーダ波を反射した観測点が存在する観測点方位を算出する。これにより、レーダ装置３〜６は、ＦＭＣＷ処理部１１が送信したレーダ波を反射した観測点が存在する方位を特定することができる。このため、レーダ装置３〜６は、互いに異なる複数の方位毎に、ビート信号ＢＴ１に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表すパワースペクトルを算出したとしても、算出した観測点方位のパワースペクトル（すなわち、上記の方位パワースペクトル）についてのみ、ドップラーシフト周波数ｆ_Δだけ移動させる処理を実行すればよくなる。これにより、レーダ装置３〜６は、移動物体を検出するための処理負荷を低減することができる。

また、レーダ装置３〜６の信号処理部６５は、自車両の走行速度に対応するビート信号ＢＴ２の周波数である自車速周波数ｆｖ１，ｆｖ２を算出する。そして信号処理部６５は、ビート信号ＢＴ２のパワースペクトルにおいて、算出された自車速周波数ｆｖ１，ｆｖ２より高い周波数の領域で、強度がピークとなるピーク周波数を検出することにより、観測点を検出する。これによりレーダ装置３〜６は、静止している観測点と、自車両から遠ざかっている観測点とを予め除外して、自車両に近付いてくる観測点を検出することができ、観測点を検出するための処理負荷を低減することができる。

また、レーダ装置３〜６の信号処理部６５は、自車速周波数ｆｖ１，ｆｖ２より高い周波数の領域で検出した周波数ピークについて観測点方位を算出する。これによりレーダ装置３〜６は、静止している観測点と、自車両から遠ざかっている観測点とを予め除外して、自車両に近付いてくる観測点についての観測点方位を算出することができ、観測点方位を算出するための処理負荷を低減することができる。

また、レーダ装置３〜６の信号処理部６５は、算出されたパワースペクトルを用いて、観測点距離と観測点相対速度を算出する。そして信号処理部２５は、上り変調区間の方位パワースペクトルにおいて観測点距離と観測点相対速度に対応するビート信号ＢＴ１の周波数である上り探索中心周波数ｆｓｕを算出する。また信号処理部２５は、下り変調区間の方位パワースペクトルにおいて観測点距離と観測点相対速度に対応するビート信号ＢＴ１の周波数である下り探索中心周波数ｆｓｄを算出する。

また信号処理部２５は、差分パワースペクトルにおいて、算出された上り探索中心周波数ｆｓｕの付近の上り探索範囲内と、算出された下り探索中心周波数ｆｓｄの付近の下り探索範囲内とで、ピーク周波数を検出する。

これによりレーダ装置３〜６は、ピーク周波数を検出するための探索範囲を縮小することができ、ピーク周波数を検出するための処理負荷を低減することができる。
以上説明した実施形態において、送信回路２１および送信アンテナ２２は第１送信部に相当し、受信アンテナ２３および受信回路２４は第１受信部に相当し、Ｓ２４０は第１スペクトル算出部としての処理に相当する。

また、送信回路６１および送信アンテナ６２は第２送信部に相当し、受信アンテナ６３および受信回路６４は第２受信部に相当し、Ｓ４０は第２スペクトル算出部としての処理に相当する。

また、Ｓ７０は方位算出部としての処理に相当し、Ｓ２７０は移動量算出部としての処理に相当し、Ｓ２５０は方位スペクトル算出部としての処理に相当する。
また、Ｓ２８０は移動部としての処理に相当し、Ｓ２９０は差分スペクトル算出部としての処理に相当し、Ｓ３１０はピーク検出部としての処理に相当する。

また、観測点は物体に相当し、変調周期Ｔｍは第１変調周期に相当し、ＦＭＣＷ処理部１１から送信されるレーダ波は第１レーダ波に相当し、ビート信号ＢＴ１は第１ビート信号に相当し、Ｓ２４０で算出されるパワースペクトルは第１パワースペクトルに相当する。

また、２周波ＣＷ処理部１２の変調周期は第２変調周期に相当し、２周波ＣＷ処理部１２から送信されるレーダ波は第２レーダ波に相当し、ビート信号ＢＴ２は第２ビート信号に相当し、Ｓ４０で算出されるパワースペクトルは第２パワースペクトルに相当し、観測点方位は物体方位に相当し、ドップラーシフト周波数ｆ_Δは移動量に相当する。

また、Ｓ５０は車速周波数算出部としての処理に相当し、Ｓ６０は物体検出部としての処理に相当し、Ｓ８０は距離速度算出部としての処理に相当し、Ｓ３００は対応周波数算出部としての処理に相当する。

また、観測点距離は物体距離に相当し、観測点相対速度は物体相対速度に相当し、上り探索中心周波数ｆｓｕは上り対応周波数に相当し、下り探索中心周波数ｆｓｄは下り対応周波数に相当する。

また、上り探索範囲は上り対応周波数の付近の周波数範囲に相当し、下り探索範囲は下り対応周波数の付近の周波数範囲に相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。

［変形例１］
例えば上記実施形態では、Ｓ２５０にて観測点方位毎かつ上り／下り変調区間毎にビート信号ＢＴ１のパワースペクトルを算出するものを示した。しかし、２周波ＣＷ処理部１２から観測点情報を取得した後に、Ｓ２４０で得られたパワースペクトルを用いて、取得した観測点情報が示す観測点方位における上り／下り変調区間のパワースペクトルのみを算出するようにしてもよい。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

上述したレーダ装置３〜６の他、当該レーダ装置３〜６を構成要素とするシステム、当該レーダ装置３〜６としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した媒体、物体検出方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。

３，４，５，６…レーダ装置、１１…ＦＭＣＷ処理部、１２…２周波ＣＷ処理部、２１…送信回路、２２…送信アンテナ、２３…受信アンテナ、２４…受信回路、２５…信号処理部、６１…送信回路、６２…送信アンテナ、６３…受信アンテナ、６４…受信回路、６５…信号処理部

Claims (4)

1. 車両に搭載されて、前記車両の周辺に存在する少なくとも１つの物体を検出するレーダ装置（３，４，５，６）であって、
   予め設定された第１変調周期内に、時間が経過するにつれて周波数が漸増する上り変調区間と、時間が経過するにつれて周波数が漸減する下り変調区間とが含まれるように、周波数変調した第１レーダ波を送信する第１送信部（２１，２２）と、
   前記第１送信部から送信されて前記物体で反射した前記第１レーダ波を受信し、受信した前記第１レーダ波と、前記第１送信部が送信する前記第１レーダ波とを混合して第１ビート信号を生成する第１受信部（２３，２４）と、
   前記第１受信部で生成された前記第１ビート信号を周波数解析することにより、前記第１ビート信号に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表す第１パワースペクトルを算出する第１スペクトル算出部（Ｓ２４０）と、
   予め設定された第２変調周期内に、周波数が第１変調周波数に設定された第１変調区間と、周波数が第２変調周波数に設定された第２変調区間とが含まれるように、周波数変調した第２レーダ波を送信する第２送信部（６１，６２）と、
   前記第２送信部から送信されて前記物体で反射した前記第２レーダ波を受信し、受信した前記第２レーダ波と、前記第２送信部が送信する前記第２レーダ波とを混合して第２ビート信号を生成する第２受信部（６３，６４）と、
   前記第２受信部で生成された前記第２ビート信号を周波数解析することにより、前記第２ビート信号に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表す第２パワースペクトルを算出する第２スペクトル算出部（Ｓ４０）と、
   前記第２スペクトル算出部で算出された前記第２パワースペクトルを用いて、前記第２レーダ波を反射した前記物体が存在する方位である物体方位を算出する方位算出部（Ｓ７０）と、
   前記車両の走行速度と、前記方位算出部が算出した前記物体方位とに基づいて、ドップラー効果による周波数の移動量を算出する移動量算出部（Ｓ２７０）と、
   前記第１スペクトル算出部で算出された前記第１パワースペクトルを用いて、少なくとも、前記移動量算出部が算出した前記物体方位から到来した前記第１レーダ波に基づいて生成された前記第１ビート信号に含まれる周波数と、各周波数における強度との対応関係を表す方位パワースペクトルを、前記上り変調区間と前記下り変調区間のそれぞれについて算出する方位スペクトル算出部（Ｓ２５０）と、
   前記方位スペクトル算出部により算出された前記上り変調区間の前記方位パワースペクトルを、前記移動量算出部により算出された前記移動量だけ周波数の正方向へ移動させ、前記方位スペクトル算出部により算出された前記下り変調区間の前記方位パワースペクトルを、前記移動量算出部により算出された前記移動量だけ周波数の負方向へ移動させる移動部（Ｓ２８０）と、
   前記移動部により移動された後の前記上り変調区間の前記方位パワースペクトルと、前記移動部により移動された後の前記下り変調区間の前記方位パワースペクトルとを差分することで得られる差分パワースペクトルを算出する差分スペクトル算出部（Ｓ２９０）と、
   前記方位スペクトル算出部により算出された前記差分パワースペクトルにおいて強度がピークとなるピーク周波数を検出するピーク検出部（Ｓ３１０）と
   を備えるレーダ装置。
2. 請求項１に記載のレーダ装置であって、
   前記方位算出部は、
   前記車両の走行速度に対応する前記第２ビート信号の周波数である車速周波数を算出する車速周波数算出部（Ｓ５０）と、
   前記第２パワースペクトルにおいて、前記車速周波数算出部により算出された前記車速周波数より高い周波数の領域で、強度がピークとなるピーク周波数を検出することにより、前記物体を検出する物体検出部（Ｓ６０）と
   を備えるレーダ装置。
3. 請求項２に記載のレーダ装置であって、
   前記方位算出部は、前記物体検出部が検出した前記物体について前記物体方位を算出するレーダ装置。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のレーダ装置であって、
   前記第２スペクトル算出部で算出された前記第２パワースペクトルを用いて、前記第２レーダ波を反射した前記物体と前記車両との距離である物体距離と、前記第２レーダ波を反射した前記物体と前記車両との相対速度である物体相対速度とを算出する距離速度算出部（Ｓ８０）と、
   前記上り変調区間の前記方位パワースペクトルにおいて、前記距離速度算出部が算出した前記物体距離および前記物体相対速度に対応する前記第１ビート信号の周波数である上り対応周波数を算出し、前記下り変調区間の前記方位パワースペクトルにおいて、前記距離速度算出部が算出した前記物体距離および前記物体相対速度に対応する前記第１ビート信号の周波数である下り対応周波数を算出する対応周波数算出部（Ｓ３００）とを備え、
   前記ピーク検出部は、前記差分パワースペクトルにおいて、前記対応周波数算出部により算出された前記上り対応周波数の付近の周波数範囲内と、前記対応周波数算出部により算出された前記下り対応周波数の付近の周波数範囲内とで、前記ピーク周波数を検出するレーダ装置。

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