JPH06207979A - 周波数変調レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーダビーム内に静止物体、移動物体を含む
複数の反射物体が存在する場合にも、これらを確実に検
出し、さらに追従走行するためにターゲットの追尾を行
う。 【構成】 被検出物体からの反射波は受信アンテナ２０
で受信され、ミキサ２２で受信信号とサーキュレータ１
６からの送信信号の一部が差分演算により結合され、ビ
ート信号が生成される。ビート信号はＦＦＴ信号処理器
２８に供給され、ビート信号の周波数上昇部及び周波数
下降部それぞれをＦＦＴ処理する。ターゲット認識器３
０では上昇部と下降部のパワースペクトラムのピークサ
ーチを行い相関演算によりピーク対を検出し、距離及び
相対速度を算出する。追従走行時にはターゲットの距離
・相対速度から次の時刻のビートスペクトル位置を演算
し、その近傍にフィルタを設定してターゲットのピーク
対のみを迅速に検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明の周波数変調レーダ装置、
特に車両に搭載され、移動物体を検出するレーダ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、運転者の運転操作低減や安全
性向上等を目的とした種々の装置が開発、車両に搭載さ
れており、先行車等の周囲物体までの距離や相対速度を
検出するためのレーダ装置の開発も盛んに行われてい
る。レーダ装置としては、ミリ波等の電波を用いたも
の、あるいはレーザ光を用いたものが提案されている。

【０００３】ミリ波レーダ装置においては、例えば特開
平２−１９８３８０号公報に開示されたレーダ装置のよ
うに、時間経過に伴って周波数が三角形状で、あるいは
台形形状に変化する周波数変調波を用いたレーダ装置が
提案されている。このレーダ装置においては、物体から
反射された受信周波数変調波と送信周波数変調波からビ
ート信号が生成され、このビート信号の周波数上昇部分
の周波数をｆup、周波数下降部分をｆdownとした場合、 ｆd ＝（ｆdown−ｆup）／２ により物体までの相対速度を演算し、 ｆr ＝（ｆup＋ｆdown）／２ により物体までの距離を演算する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ビート信号の
周波数上昇部分のビート周波数及び周波数下降部分のビ
ート周波数の計測は、ビート信号をある一定のスレッシ
ョルドでパルス化し、このパルスをカウントすることに
より計測される。しかしながら、レーダビーム内に複数
の反射物体が存在した場合、反射レベルの大きい遠方物
体が検知されたり、また各物体の中間的な距離が検知さ
れてしまう問題があった。

【０００５】すなわち、レーダビーム内の複数の反射物
体までの距離をＲ1 ，Ｒ2 ，Ｒ3 とした場合、ビート信
号の距離周波数にはそれぞれの距離に応じた周波数ｆR
1，ｆR2，ｆR3が混合されて歪んだ複合波形となる。こ
の複合波形を一定のスレッショルドでパルス化すると、
反射レベルが最も強い物体の距離周波数のみが検出され
るか、あるいは各距離周波数が平均化された周波数が検
出されてしまうのである。

【０００６】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、レーダビーム内に
静止物体、移動物体を含む複数の反射物体が存在する場
合にも、各物体の距離及び相対速度を正確に検出するこ
とが可能な周波数変調レーダ装置を提供することにあ
る。

【０００７】また、検出した物体が先行車であった場
合、この先行車に追従走行する際に追従先行車のみを迅
速かつ確実に検出することが可能な周波数変調レーダ装
置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の周波数変調レーダ装置は、時間とと
もに周波数が上昇する周波数上昇部分及び時間とともに
周波数が下降する周波数下降部分を有する周波数変調さ
れた搬送波の送受信を行ない、そのビート信号の周波数
上昇部分の周波数及び周波数下降部分の周波数から物体
を捕捉する周波数変調レーダ装置において、前記ビート
信号の周波数上昇部分及び周波数下降部分をそれぞれ高
速フーリエ変換処理する高速フーリエ変換手段と、高速
フーリエ変換処理された周波数上昇部分のパワースペク
トラムと周波数下降部分のパワースペクトラムのピーク
を検出するピーク検出手段と、検出されたピークが複数
存在する場合に上昇部分の各ピークと下降部分の各ピー
クとの相関演算を行う相関演算手段と、前記相関演算の
結果より上昇部分及び下降部分のそれぞれ対応するピー
ク対を検出するピーク対検出手段と、検出されたピーク
対から物体までの距離及び相対速度を演算する距離速度
演算手段とを有することを特徴とする。

【０００９】また、上記目的を達成するために、請求項
２記載の周波数変調レーダ装置は、請求項１記載の周波
数変調レーダ装置において、最短距離を示す最短距離ピ
ーク対が所定時間検出された場合に追従走行と判定する
判定手段と、追従走行と判定された場合に次の時刻にお
ける前記最短距離ピーク対のパワースペクトラム上の位
置を推定する推定手段と、次の時刻に得られるパワース
ペクトラムの前記推定された位置近傍のみを抽出する抽
出手段とを有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】請求項１記載の周波数変調レーダ装置では、ビ
ート信号の周波数上昇部分及び周波数下降部分をそれぞ
れ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）してパワースペクトラム
を算出する。レーダビーム内に複数の物体が存在する場
合には、上昇部分及び下降部分のパワースペクトラムに
複数のピークが存在することになる。

【００１１】そこで、ピーク検出回路によりこれらのピ
ークを検出し、さらに上昇部分と下降部分のピーク間の
相関演算を行う。同一物体の上昇ピーク及び下降ピーク
は互いに相似形であるから、相関が得られた（相関演算
を差分により行う場合は最小値となったとき）ピーク対
に着目し、これらのピーク対から各物体までの距離、相
対速度が算出される。

【００１２】また、請求項２記載の周波数変調レーダ装
置では、距離演算を行った結果最短距離を示すピーク対
（最短距離ピーク対）が所定時間以上存在する場合に
は、その物体に追従走行していると自動判別する。

【００１３】そして、この物体に継続して追従すべく、
最短距離ピーク対が次の時刻に現れるパワースペクトラ
ム上の位置を予め推定し、その位置近傍の領域のみを抽
出して次の時刻における最短距離ピーク対を迅速に検出
する。

【００１４】

【実施例】以下、図面を用いながら本発明の周波数変調
レーダ装置の好適な実施例を説明する。

【００１５】第１実施例 図１には本実施例の構成ブロック図が示されている。送
信側回路は、搬送波発生器１０、周波数変調器１２、変
調電圧発生器１４、サーキュレータ１６、及び送信アン
テナ１８から構成される。搬送波発生器１０からは搬送
波が出力され、周波数変調器１２に供給される。一方、
変調電圧発生器１４からは振幅が三角形状に変化する三
角波が出力され、変調波として周波数変調器１２に供給
される。これによって、搬送波発生器１０からの搬送波
は周波数変調され、時間経過に伴って周波数が三角形状
に変化する送信信号が出力される。この送信信号はサー
キュレータ１６を介して送信アンテナ１８に供給され、
被検出物体に向けて放射される。一方、サーキュレータ
１６を介して、送信信号の一部は後述する受信側回路の
ミキサに供給される。

【００１６】受信側回路は、受信アンテナ２０、ミキサ
２２、増幅器２４、フィルタ２６、高速フーリエ変換処
理器（ＦＦＴ信号処理器）２８、ターゲット認識器３
０、危険判定器３２、及び警報器３４から構成される。
被検出物体からの反射波は受信アンテナ２０で受信さ
れ、ミキサ２２に供給される。ミキサ２２では受信信号
とサーキュレータ１６からの送信信号の一部が差分演算
により結合され、ビート信号が生成される。ミキサ２２
からのビート信号は増幅器２４で増幅され、アンチエリ
アシングフィルタ２６を介してＦＦＴ信号処理器２８に
供給される。そして、ＦＦＴ処理された信号はターゲッ
ト認識器３０に供給されて物体が検出され、危険と判定
されたときには警報を発する構成である。

【００１７】図２にはターゲット認識器３０の構成が示
されている。ターゲット認識器３０はピークサーチ器３
０ａ、ウインドウ処理器３０ｂ、相関演算器３０ｃ、距
離・相対速度演算器３０ｄを含んで構成される。ＦＦＴ
信号処理器２８から出力される周波数上昇部分及び周波
数下降部分それぞれのパワースペクトラムはピークサー
チ器３０ａに供給される。ピークサーチ器３０ａでは、
それぞれのパワースペクトラムのピークを検出する。例
えば、図３に示されるようにレーダビーム内にａ、ｂ、
ｃ３つの物体（車両）が存在する場合には、これら３つ
の物体からの反射信号に対応した３つのピークが存在す
ることになる。図４にはこれら３つのピークが模式的に
示されている。図４において、（Ａ）は周波数上昇部分
のパワースペクトラムであり、（Ｂ）は周波数下降部分
のパワースペクトラムである。物体ａ、ｂ、ｃそれぞれ
のピークがｆa 、ｆb 、ｆc （添字up、downはそれぞれ
周波数上昇部分、周波数下降部分であることを示す）で
表されている。ピークサーチ器３０ａは所定のしきいパ
ワー値以上となる部分をサーチし、ピークを検出する。

【００１８】ピークサーチ器３０ａで検出されたピーク
はウインドウ処理器３０ｂに供給される。このウインド
ウ処理器３０ｂは後の相関演算器３０ｃで行われる相関
演算の範囲を指定するものであり、例えば周波数上昇部
分のピーク値ｆupa の相関演算を行う際、どの範囲を切
りとってシフトさせ相関演算を行えばよいかを指定す
る。

【００１９】ウインドウ処理器３０ｂで切りとられたピ
ーク近傍領域のパワースペクトラムは、次に相関演算器
３０ｃに供給される。相関演算器３０ｃでは切りとられ
たピーク近傍のパワースペクトラムを所定周波数Δｆず
つ周波数軸上でシフトさせ、上昇部分と下降部分の差分
和を演算する。図５及び図６にはｆupa の相関演算を行
う場合の模式的な説明図が示されている。切りとられた
ｆupa 近傍のパワースペクトラムは周波数下降部分のパ
ワースペクトラム上でΔｆずつシフトされ、その差分の
和が算出される。同一物体からの反射信号では、上昇部
分と下降部分のパワースペクトラムは相似形となるか
ら、ｆupa と対をなすピークｆdowna のところではその
差分の和は最小となる。図６には横軸に周波数、縦軸に
相関量をとった場合の相関量の変化が示されており、一
般に周波数をシフトさせていくに従って相関量は減少
し、やがて最小値となつて再び増加していく変化を示
す。相関量が最小となった周波数に位置するピークがｆ
upa と対をなすピークであり、その周波数をｆdowna と
する。

【００２０】ここで、このようにして検出される対とな
る周波数ピークｆupa とｆdowna （あるいはｆupb とｆ
downb 、ｆupc とｆdownc ）の周波数差は、相対速度に
よるドプラ周波数 ｆd ＝（ｆdown−ｆup）／２ より、２倍となる。本実施例においては、自車進行方向
の停止物体及び同方向への移動物体を対象とするため、
相対速度の最大値は停止物体を検出する場合の自車速Ｖ
0 となる。従って、相関演算を行う際に周波数シフトす
べき範囲は、ｆupa の場合、 ｆupa 〜ｆupa ＋２ｆd0 但し、ｆd0＝２ｆ0 ・Ｖ0 ／ｃ であればよい。なお、対象物が自車から遠ざかる場合に
は、ｆdown＜ｆupとなるが、遠ざかる物体は自車に対し
て危険性がないので検出する必要がなく、相関演算は行
わない。このように、相関演算器３０ｃは相関演算を行
う範囲を限定して相関演算を行うことにより、演算時間
が短縮され、車載レーダに要求される迅速性を満足する
ことができる。

【００２１】相関演算器３０ｃでの相関演算で対となる
ピークが検出され、その周波数ｆup、ｆdownが検出され
た後、それらの情報は距離・相対速度演算器３０ｄに供
給される。距離・相対速度演算器３０ｄでは、前述した
距離周波数、相対速度周波数 ｆd ＝（ｆdown−ｆup）／２ ｆr ＝（ｆdown＋ｆup）／２ 及び ｆd ＝２ｖ／ｃ・ｆ0 ｆr ＝４ｆm Δｆ／ｃ・Ｒ 但し、ｖ：相対速度、ｃ：光速、ｆ0 ：中心周波数、ｆ
m ：変調周波数、Δｆ：周波数偏位幅 により距離及び相対速度を演算する。

【００２２】演算された距離データ及び相対速度データ
は危険判定器３２に供給される。危険判定器３２では予
め定められた、あるいは自車の走行状態に応じて演算さ
れる安全距離と算出された距離データとの大小比較を行
い、安全距離以下である場合には危険と判定し、警報器
３４により運転者に報知する。

【００２３】このように、本実施例では、周波数上昇部
分及び下降部分それぞれについてＦＦＴ処理を行い、そ
れぞれのピークを算出して限定された範囲で相関演算を
行うことにより対となるピーク及びその周波数を個別に
算出できるので、レーダビームに複数の物体が存在する
場合にも各物体までの距離及び相対速度を迅速、かつ確
実に検出できる。

【００２４】第２実施例 上記第１実施例では複数物体を検出し、危険である場合
には警報を発生したが、本実施例では車載レーダを先行
車追従用に用いる場合の例について説明する。先行車に
追従する場合、複数の物体から追従すべきターゲットを
抽出し、このターゲットを追尾する必要がある。このた
め、本実施例では、ターゲットの動きを予測し、次の観
測時間でのターゲットのパワースペクトラム上での存在
位置近傍のみを抽出処理し、他の物体の信号をノイズと
して排除する手法を採用している。

【００２５】図７には本第２実施例における構成ブロッ
ク図が示されてる。図１の第１実施例の構成と異なる点
は、ターゲット認識器３０の後段に、ターゲット追尾を
行う追尾器３６が設けられている点である。このターゲ
ット追尾器３６は演算器及びバンドパスフィルタを有し
ており、まず、ターゲット認識器３０からのピーク信号
情報を入力し、そのピーク信号の内の一の信号（追従す
べきターゲット）から算出される距離及び相対速度に基
づき次の時刻における距離及び相対速度を演算する。そ
して、次の時刻において得られるパワースペクトラムの
内、演算された距離及び相対速度に相当する周波数位置
のみを透過するフィルタを設定し、このフィルタを透過
した信号のみで対となるピーク信号を検出する。

【００２６】図８には本第２実施例の処理フローチャー
トが示されている。ターゲット認識器３０で検出れた複
数対のピーク信号及び各信号から算出された距離及び相
対速度情報がターゲット追尾器３６に供給される。ター
ゲット追尾器３６では、これらピーク信号の内、追尾す
べき信号を抽出する。本実施例では、特に自車に最も近
い距離にある物体（直近の先行車）をターゲットに設定
する。この場合、複数のピーク対のうち、最も周波数の
低いピーク対を抽出することによりターゲットが抽出さ
れる（Ｓ１０１及び図９参照）。

【００２７】次に、抽出された最小周波数ピーク対が所
定時間ｔ0 以上スペクトラム上のほぼ同一位置に存在し
ているか否がが判定される（Ｓ１０２）。ターゲットに
追従して走行している場合には、このターゲットまでの
距離及び相対速度は大きく変化しないから、ピーク信号
は同一位置近傍に現れることになる。従って、この場合
にはターゲットに追従して走行していると判断でき、こ
のターゲットを追尾する必要が生じる。

【００２８】追尾は以下のように行われる。すなわち、
まずその時点ｔにおけるターゲット物体までの距離Ｒn
及び相対速度ｖn が算出される（Ｓ１０３）。これは、
ターゲット認識器３０にて前述した演算処理の結果算出
された距離及び相対速度を入力することにより行われ
る。次に、次の時刻ｔ＋Δｔにおけるターゲットまでの
距離Ｒn+1 、ｖn+1 を Ｒn+1 ＝Ｒn −ｖn ・Δｔ ｖn+1 ≦ｖn ＋α・Δｔ により推定する（Ｓ１０４）。ここで、相対速度ｖn は
自車に近づく場合を正としており、また相対速度ｖn+1
は自車が出し得る最大加速度をαとした場合の推定値で
ある。これらより、次の時刻におけるビートスペクトル
は ｆup(n+1) ＝ｆRn+1−ｆvn+1 ｆdown(n+1) ＝ｆRn+1＋ｆvn+1 但し、ｆRn+1＝４ｆm Δｆ／ｃ・Ｒn+1 ｆvn+1＝２ｖn+1 ／ｃ・ｆ0 と推定される。そこで、図１０に示されるようにターゲ
ット追尾器３６は次の時刻のパワースペクトラム（ビー
トスペクトラム）において中心ｆRn+1、幅２｜ｆｖn+1
｜＋Ｂのフィルタを設定する（Ｓ１０５）。このよう
に、次の時刻にターゲットのピークが現れると予想され
る位置にフイルタを設けることにより、時々刻々変化す
るターゲットを追尾することができるともに、突発的に
出現するガードレール等のピークが排除され、安定して
ターゲットのみを検出することができる。

【００２９】そして、フィルタを通過したピークの中で
パワーレベルが同程度で、周波数差があまりない（相対
速度がほぼ０である）ｆupとｆdownの対をサーチし（Ｓ
１０６及び図１１参照）、そのような対が存在する場合
にはこのピーク信号から距離及び相対速度を算出し、次
の追尾に備える（Ｓ１０８）。

【００３０】一方、フィルタを透過した信号に所望のピ
ーク対が存在しない場合には、ターゲットの運動状態が
急変したと考えられ、再び前記第１実施例と同様の手法
でターゲットのピーク対をサーチする。すなわち、周波
数の上昇部分と下降部分に分けてＦＦＴ処理し（Ｓ１０
９）、上昇部分のパワースペクトラムからピーク値をサ
ーチする（Ｓ１１０）。そして、ピーク近傍のスペクト
ラム情報をウインドウで切りとり（Ｓ１１１）、下降部
分との相関演算を行って相関量が最小となる周波数を算
出し、ｆdownとして対とする（Ｓ１１２〜Ｓ１１４）。
こうしてピーク対が再び検出され、それらの中からター
ゲットを抽出する。

【００３１】このように、本第２実施例では、ターゲッ
トの動きから次の時刻におけるスペクトルに位置を予測
し、予測位置にフィルタを設定してピーク対を検出する
ので、迅速にターゲットを検出することができるととも
に、他の物体のピークを誤検出することがなく確実に追
尾できる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の周波数変
調レーダ装置によれば、レーダビーム内に静止物体、移
動物体を含む複数の反射物体が存在する場合にも、各物
体の距離及び相対速度を正確に検出することが可能な周
波数変調レーダ装置を提供することにある。

【００３３】また、検出した物体が先行車であった場
合、この先行車に追従走行する際に追従先行車のみを迅
速かつ確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の構成ブロック図である。

【図２】同実施例のターゲット認識器の構成ブロック図
である。

【図３】同実施例のレーダビーム及び検出物体の説明図
である。

【図４】同実施例のパワースペクトラム説明図である。

【図５】同実施例の相関演算説明図である。

【図６】同実施例の相関演算説明図である。

【図７】本発明の第２実施例の構成ブロック図である。

【図８】同実施例の処理フローチャートである。

【図９】同実施例のターゲット設定説明図である。

【図１０】同実施例のフィルタ設定説明図である。

【図１１】同実施例のピーク対追尾説明図である。

【符号の説明】

１０ 搬送波発生器 １２ 周波数変調器 １４ 変調電圧発生器 １６ サーキュレータ １８ 送信アンテナ ２０ 受信アンテナ ２２ ミキサ ２４ 増幅器 ２６ フィルタ ２８ ＦＦＴ信号処理器 ３０ ターゲット認識器 ３２ 危険判定器 ３４ 警報器 ３６ ターゲット追尾器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時間とともに周波数が上昇する周波数上
   昇部分及び時間とともに周波数が下降する周波数下降部
   分を有する周波数変調された搬送波の送受信を行ない、
   そのビート信号の周波数上昇部分の周波数及び周波数下
   降部分の周波数から物体を捕捉する周波数変調レーダ装
   置において、 前記ビート信号の周波数上昇部分及び周波数下降部分を
   それぞれ高速フーリエ変換処理する高速フーリエ変換手
   段と、 高速フーリエ変換処理された周波数上昇部分のパワース
   ペクトラムと周波数下降部分のパワースペクトラムのピ
   ークを検出するピーク検出手段と、 検出されたピークが複数存在する場合に上昇部分の各ピ
   ークと下降部分の各ピークとの相関演算を行う相関演算
   手段と、 前記相関演算の結果より上昇部分及び下降部分のそれぞ
   れ対応するピーク対を検出するピーク対検出手段と、 検出されたピーク対から物体までの距離及び相対速度を
   演算する距離速度演算手段と、 を有することを特徴とする周波数変調レーダ装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の周波数変調レーダ装置に
   おいて、 最短距離を示す最短距離ピーク対が所定時間検出された
   場合に追従走行と判定する判定手段と、 追従走行と判定された場合に次の時刻における前記最短
   距離ピーク対のパワースペクトラム上の位置を推定する
   推定手段と、 次の時刻に得られるパワースペクトラムの前記推定され
   た位置近傍のみを抽出する抽出手段と、 を有することを特徴とする周波数変調レーダ装置。