JPH11271429A - Ｆｍｃｗレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＦＭＣＷレーダ装置において、複数のターゲ
ットが存在する場合でもピークペアを確実に検出して距
離と速度を検出する。 【解決手段】 三角波で周波数変調された送信信号及び
ターゲットで反射した受信信号を検波器１６で合成検波
し、ビート信号を生成する。ビート信号は信号処理装置
１８に供給され、周波数分析されて上りフェーズと下り
フェーズのピークが検出される。信号処理装置１８は、
過去に検出された距離及び速度から現在の距離及び速度
を算出し、さらにピークペアを予測する。予測ピークペ
アと所定値以下の差で一致する検出ピークペアが存在す
る場合にはそれを真のピークペアとし、所定値以下の差
で一致する検出ピークが１つ存在する場合には、他方の
ピークを予測値から演算する。真のピークペアに基づい
て距離及び速度を演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＦＭＣＷレーダ装
置、特に上りフェーズと下りフェーズのピークペアの検
出に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、送信波を例えば三角波で周波
数変調してターゲットに向けて送信し、受信波と送信波
を混合してビート信号を生成し、ビート信号の上りフェ
ーズと下りフェーズにおけるピークペアからターゲット
までの距離と速度を検出するＦＭＣＷレーダ装置が知ら
れている。具体的には、ビート信号の上りフェーズには
ビート周波数（送信周波数と受信周波数の差の周波数）
ｆｂにドプラ周波数ｆｄが加算され、下りフェーズには
ビート周波数にドプラ周波数ｆｄが減算されるので、上
りフェーズのピーク周波数ｆｂ１と下りフェーズのピー
ク周波数ｆｂ２から、

【数１】 Ｒ＝｛ｃ／（８ｆｍΔｆ）｝・（ｆｂ１＋ｆｂ２） ・・・（１）

【数２】 Ｖ＝（ｃ／（４ｆ０）｝・（ｆｂ１−ｆｂ２） ・・・（２） により距離Ｒと速度Ｖを検出することができる。但し、
ｆｍは繰り返し周波数、Δｆは周波数変移幅、ｃは光
速、ｆ０は中心周波数である。

【０００３】このように、ＦＭＣＷレーダ装置では、タ
ーゲットまでの距離やターゲットの速度を検出するため
には上りフェーズと下りフェーズで対応するピークのペ
アを決定することが必須となる。検出すべきターゲット
が１つしか存在しない場合には対応するピークペアを決
定することは容易であるが、ターゲットが複数存在する
場合には困難であり、各ターゲットの相対速度が互いに
異なる場合には一層困難となる。

【０００４】そこで、例えば特開平８−２６２１３０号
公報に記載されたレーダ装置では、現在のペアとして組
み合わされたピーク（ピーク周波数）に基づいて一定時
間後のピーク周波数を予測し、その予測されたピークペ
アが一定時間後に検出されるピークの中に存在するとき
にそのピークを真のペアとする技術が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
ターゲットやターゲット以外の樹木やガードレールなど
の物体が存在する車両用レーダ装置としてＦＭＣＷレー
ダ装置を用いる場合、種々の物体からの反射波が合成さ
れて受信され、必ずしもペアとなるべきピークが検出さ
れない状況が頻繁に生じ得る。このような状況におい
て、上記従来技術では過去に検出されたペアに基づいて
一定時間後のペアを予測しているため、一定時間後のペ
アリングの予測ができない問題がある。

【０００６】また、ペアとなるべき２つのピーク（上り
フェーズと下りフェーズ）がともに検出されるまで待っ
てペアリングを行う場合においても、その間ターゲット
が定常運動を維持している保証はなく、ペアリングが困
難となる問題がある。

【０００７】このように、上記従来技術では、複数のタ
ーゲットが互いに近傍に存在するようなピークペア判断
が困難な状況下において、真のペアを迅速かつ確実に検
出することができないという問題があった。

【０００８】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、複数のターゲット
が存在する場合においても迅速かつ確実に上りフェーズ
と下りフェーズのピークを検出し、もってターゲットま
での距離と速度を検出することができるＦＭＣＷレーダ
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、ＦＭ変調における上りフェーズと下
りフェーズのピークペアからターゲットの距離及び速度
を検出するＦＭＣＷレーダ装置であって、過去に検出さ
れたターゲットの距離及び速度の複数のデータに基づい
てターゲットの距離または速度の少なくともいずれかを
予測する予測フィルタと、前記予測フィルタでの予測に
基づいて上りフェーズ及び下りフェーズにおけるピーク
の周波数を算出し、該周波数と所定値以内で一致する周
波数を有するピークペアを真のペアと判定する演算手段
とを有することを特徴とする。過去に検出されたターゲ
ットまでの距離と速度のデータに基づいて現在（距離と
速度を検出すべき処理タイミング）におけるターゲット
の距離や速度を予測し、この予測値に基づいて上りフェ
ーズ及び下りフェーズにおけるピーク周波数を算出する
ことができる。この予測ピークペアは、現在におけるそ
のターゲットの検出ピークペアである確率の高いもので
あり、実際に検出されたピークペアが予測ピークペアと
近い場合、すなわち所定値以内の周波数差で両ピークペ
アが一致する場合には、真のピークペアと判定すること
で、ターゲットが複数近接して存在する場合でも確実に
ピークペアを検出して距離及び速度を検出できる。ま
た、過去のターゲットの距離と速度のデータに基づいて
現在のピークペア周波数を予測するため、ペアとなるべ
きピークが欠落しても正しいピークペアを推定すること
ができる。なお、予測ピークペア周波数の算出は、具体
的には上記の（１）式、（２）式を用いて行うことがで
きる。すなわち、（１）式及び（２）式をｆｂ１及びｆ
ｂ２について解くとそれぞれ距離Ｒと速度Ｖの関数とな
るが、この距離と速度に予測フィルタで予測した距離と
速度を代入することで、予測ピークペアの周波数を算出
することができる。

【００１０】また、上記目的を達成するために、第２の
発明は、第１の発明において、前記演算手段は、前記所
定値以内で一致する周波数を有するピークペアの一方が
検出されない場合には、検出された他方のピークに合わ
せて前記予測フィルタでの予測に基づいて検出されない
一方のピークを算出し、該検出されたピークと該算出さ
れたピークを真のペアと判定することを特徴とする。ピ
ークペアの一方が検出できない場合でも、他方のピーク
に合わせて距離または速度の予測値よりピークを算出す
るので、ピークペアを確実に抽出することができる。例
えば、上りフェーズの検出ピークｆｂ１が予測ピークペ
アの一方と所定値以内の周波数差で一致する場合には、
他方のピークｆｂ２は、上記の（１）式をｆｂ２につい
て解いてｆｂ１と距離の予測値Ｒから算出することがで
きる。もちろん、上記の（２）式を用いてｆｂ１と速度
の予測値Ｖから算出することも可能である。さらに、検
出されない一方のピークとして、前記予測フィルタから
得られる予測ピークペアの対応する片方をそのまま用い
て、検出された一方のピークとペアを構成させることも
可能である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。

【００１２】図１には本実施形態の構成ブロック図が示
されている。本実施形態のＦＭＣＷレーダ装置は、電圧
制御発振器１０、送信アンテナ１２、受信アンテナ１
４、検波器１６及び信号処理装置１８を含んで構成され
ている。

【００１３】電圧制御発振器１０は、送信波を周波数変
調するもので、例えば三角波で周波数変調し、送信波に
上りフェーズと下りフェーズを生成する。図２には、電
圧制御発振器１０の出力電圧と時間との関係が示されて
いる。図において、横軸は時間、縦軸は電圧を示してお
り、時間とともに電圧が増大する（周波数が増大する）
期間が上りフェーズ、時間とともに電圧が減少する（周
波数が減少する）期間が下りフェーズである。

【００１４】送信アンテナ１２及び受信アンテナ１４
は、それぞれ三角波でＦＭ変調した信号をターゲットに
向けて送信し、ターゲットから反射した信号を受信する
もので、例えば車両の前部に搭載することができる。送
信波の一部及び受信アンテナで受信した信号は、検波器
１６に供給される。

【００１５】検波器１６は、送信信号に基づいて受信信
号を検波し、送信周波数と受信周波数の差の周波数成分
を有するビート信号を生成して信号処理装置１８に供給
する。

【００１６】信号処理装置１８は、ビート信号からピー
クペアを検出してターゲットまでの距離及び速度を検出
するもので、機能ブロックとしては周波数分析部１８
ａ、ピーク検出部１８ｂ、ピークペア決定部１８ｃ、距
離・速度演算部１８ｄ、予測フィルタ処理部１８ｅ及び
ピーク演算部１８ｆから構成される。

【００１７】周波数分析部１８ａは、ビート信号を複素
ＦＦＴ等を用いて周波数分析し、適当な周波数間隔（周
波数ｂｉｎ）毎に複素振幅（電圧）を検出する。検出結
果はピーク検出部１８ｂに出力する。図３には、周波数
分析結果の一例が示されている。図において、横軸は周
波数、縦軸は電圧であり、適当な周波数間隔で離散化さ
れている。図では、一例として２つのターゲットが存在
する場合の上りフェーズと下りフェーズのピークを示し
ている。

【００１８】ピーク検出部１８ｂは、周波数分析結果、
つまり周波数ｂｉｎ毎の電圧からピークを検出する。具
体的には、所定のしきい値を用いてピークを示すｂｉｎ
の番号及びそのｂｉｎの複素振幅（電圧）を検出する。
検出したピークは、ピークペア決定部１８ｃに出力す
る。

【００１９】ピークペア決定部１８ｃは、過去に検出さ
れたターゲットまでの距離及び速度から予測された距離
及び速度に対応するピークペアの周波数と検出されたピ
ーク周波数とを比較し、所定値以下で両者が一致する場
合に検出されたペアを真のペアとして決定する。決定さ
れた真のピークペアは、距離・速度演算部１８ｄに出力
する。

【００２０】距離・速度演算部１８ｄは、決定された真
のピークペアに基づいてターゲットまでの距離と速度を
演算するもので、具体的には上述した（１）式及び
（２）式に基づいて距離と速度を演算する。得られた距
離と速度は予測のために予測フィルタ処理部１８ｅに出
力する。

【００２１】予測フィルタ処理部１８ｅは、入力した距
離及び速度のデータから現在の距離及び速度を予測して
出力するとともに、入力した距離及び速度に基づいて、
次の処理タイミングにおける距離及び速度を予測する。
予測フィルタとしては、例えばカルマンフィルタやα−
βフィルタなどを用いることができる。予測した距離及
び速度は、ピーク演算部１８ｆに出力する。

【００２２】ピーク演算部１８ｆは、予測距離及び予測
速度に対応するピークペア（上りフェーズと下りフェー
ズ）の周波数を演算するもので、具体的には（１）式、
（２）式を逆に用いて演算する。得られたピークペア周
波数はピークペア決定部１８ｃに出力し、次の処理タイ
ミングにおける真のピークペア決定に用いられる。

【００２３】このように、本実施形態の信号処理装置１
８は、検出された距離及び速度から次の処理タイミング
（次のピークペア決定時点）における距離と速度、さら
にはこの距離と速度に対応するピークペアの周波数を演
算し、この予測ピークペアに近い検出ピークペアを真の
ピークペアと判定することで、確実にターゲットまでの
距離と速度を検出する。

【００２４】以下、信号処理装置１８内のピークペア決
定部１８ｃの処理について、より詳細に説明する。

【００２５】図４及び図５には、ピークペア決定部１８
ｃの処理フローチャートが示されている。まず、図４に
おいて、ピーク検出部１８ｂで検出できたピークデータ
を取り込む（Ｓ１０１）。また、ピーク演算部１８ｆで
算出された予測ピークペアデータを取り込む（Ｓ１０
２）。複数のターゲットに対応して予測ピークペアが複
数（ｎ個）存在する場合には、その全てを取り込む。

【００２６】次に、カウンタｉを１とし（Ｓ１０３）、
ｉ番目の予測ピークペアと所定値以下の差で一致する２
つの検出ピークが存在するか否かを判定する（Ｓ１０
４）。予測ピークペアに近い検出ピークペアが存在する
場合には、２つのピークペアを真のピークペアとして登
録し、登録した検出ピークペアをデータから削除する
（Ｓ１０５）。登録したピークペアをデータから削除す
るのは、他の予測ピークペアとの比較を回避して処理の
冗長を避けるためである。また、対応する予測ピークペ
アデータも削除する（Ｓ１０６）。

【００２７】一方、ｉ番目の予測ピークペアと所定値以
下の差で一致する２つのピークが存在しない場合には、
Ｓ１０５及びＳ１０６の処理は行わず、カウンタｉを１
だけインクリメントして次の予測ピークペアｉ＋１との
比較を行う。これは、周波数が所定値以下の差で予測ピ
ークペアと一致する検出ピークペアが存在しない場合に
は、他のターゲットに対するピークペア探索を優先させ
ることを意味する。Ｓ１０４〜Ｓ１０６の処理は、ｎ個
の予測ペアデータ全てについて繰り返し実行する（Ｓ１
０７）。

【００２８】ｎ個の予測ペアデータと検出したピークと
の比較処理が終了した後、次にカウンタｉを再び１とし
（Ｓ１０９）、ｉ番目の予測ピークペアは未だ削除され
ていないか否かを判定する（Ｓ１１０）。予測ピークペ
アに近い２つの検出ピークが存在しない場合にはこの予
測ピークペアは削除されないから（Ｓ１０６を参照）、
次にｉ番目の予測ピークペアと所定値以下の差で一致す
る検出ピークが１つ存在するか否かを判定する（Ｓ１１
１）。Ｓ１０４では予測ピークペアに近い２つの検出ピ
ークが存在するか否かを判定したが、ここでは予測ピー
クペアに近い検出ピークが１つ存在するか否かを判定す
る点に留意すべきである。そして、予測ピークペアに近
い検出ピークが１つ存在する場合には、この検出ピーク
は真のピークペアの一方で、他方の検出ピークは干渉な
どにより検出できなくなっていると判定できるので、ピ
ークペア決定部１８ｃは、検出ピークと予測ピークペア
から残りのピークを演算して真のピークペアとして登録
する（Ｓ１１２）。すなわち、検出できた片方のピーク
に合わせて別の片方のピークを予測値から算出し、検出
したピークと算出したピークを真のピークペアとして登
録する。そして、登録した検出ピークをデータから削除
するとともに（Ｓ１１３）、対応する予測ピークペアデ
ータを削除する（Ｓ１１４）。これらＳ１１３及びＳ１
１４の処理は、Ｓ１０５及びＳ１０６の処理に対応する
ものである。

【００２９】一方、ｉ番目の予測ピークペアが既に削除
されている場合、あるいはｉ番目の予測ピークペアは未
だ削除されておらず、しかもｉ番目の予測ピークペアと
所定値以下の差で一致する検出ピークが１つも存在しな
い場合には、この予測ピークペアに対応する検出ペアは
存在しないことになるので、Ｓ１１２〜Ｓ１１４の処理
は行わず、カウンタｉを１だけインクリメントして次の
予測ピークペアとの比較を行う（Ｓ１１６）。以上の処
理を全ての予測ピークペアについて実行する（Ｓ１１
５）。

【００３０】次に、図５に示されるように、カウンタｉ
を再度１として（Ｓ１１７）、ｉ番目の予測ピークペア
が未だ削除されていないか否かを判定する（Ｓ１１
８）。予測ピークペアに近い検出ピークが１つまたは２
つある場合には上述したようにその予測ピークペアは削
除されるが、予測ピークペアに近い検出ピークが１つも
存在しない場合には削除されずに残ることになる。この
場合、ｉ番目の予測ピークペアの連続未検出回数が所定
値以下か否かを判定する（Ｓ１１９）。連続未検出回数
が所定回数以下の場合には、何らかの原因により一時的
にピークが検出されなかったと考えられ、検出ピークの
不存在にもかかわらず予測ピークペアを真のピークペア
として登録する（Ｓ１２０）。そして、連続未検出回数
を１だけインクリメントし（Ｓ１２１）、対応する予測
ピークペアデータを削除する（Ｓ１２２）。

【００３１】一方、ｉ番目の予測ピークペアの連続未検
出回数が所定値を超える場合には、予測ピークペアに対
応するターゲットが存在しないことを意味するから、こ
の予測ピークペアに対する予測処理を打ち切る（Ｓ１２
３）。そして、この予測ピークペアデータを削除する
（Ｓ１２２）。以上の処理を全ての予測ピークペアにつ
いて繰り返す（Ｓ１２４、Ｓ１２５）。

【００３２】そして、このような処理によっても未削除
の検出ピークが存在する場合には（Ｓ１２６でＹＥ
Ｓ）、検出ピークをピークペアとして登録し、取り込ん
だ検出ピークのデータから削除する（Ｓ１２７）。これ
は、あるタイミングでターゲットが突然出現した場合に
対応するものであり、次の処理タイミングではこのピー
クペアに基づいてそのターゲットの予測が行われること
になる。

【００３３】このように、本実施形態では、 （１）過去に検出されたターゲットの距離及び速度のデ
ータに基づいて現在のターゲットの距離及び速度を予測
し、この予測値に基づいてビート信号の周波数分析結果
の上りフェーズと下りフェーズのピークの周波数を算出
し、これらの予測ピークペアに対して周波数が近い（そ
の差が所定値以下）検出ピークペアを真のピークペアと
する （２）予測ピークペアと周波数が所定値以下の差で一致
する検出ピークペアが存在しない場合には、他のターゲ
ットに対するピークペア探索を優先させる （３）予測ピークペアと周波数が所定値以下の差で一致
する検出ピークが片方でも存在する場合には、別の片方
のピークが干渉などで検出できないと判断して検出でき
た片方のピークに合わせて別の片方のピークを予測値に
基づき算出し、検出したピークと算出したピークを真の
ピークペアとする （４）予測ピークペアと周波数が所定値以下の差で一致
する検出ピークが存在しない場合には、連続して検出で
きなかった回数を求め、その値が所定値以下の場合には
予測ピークペアを真のピークペアとし、所定値を超える
場合には対応するターゲットが存在しないと判断する （５）ペアリングできない検出ピークが存在する場合に
は、新たなターゲットとして真のピークペアとすること
で、迅速かつ確実にピークペアを検出し、これによりタ
ーゲットまでの距離及び速度を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の構成ブロック図である。

【図２】 実施形態の周波数変調の説明図である。

【図３】 実施形態の周波数分析説明図である。

【図４】 実施形態の処理フローチャート（その１）で
ある。

【図５】 実施形態の処理フローチャート（その２）で
ある。

【符号の説明】

１０ 電圧制御発振器、１２ 送信アンテナ、１４ 受
信アンテナ、１６ 検波器、１８ 信号処理装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 知育 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山田 直之 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＦＭ変調における上りフェーズと下りフ
   ェーズのピークペアからターゲットの距離及び速度を検
   出するＦＭＣＷレーダ装置であって、 過去に検出されたターゲットの距離及び速度の複数のデ
   ータに基づいてターゲットの距離または速度の少なくと
   もいずれかを予測する予測フィルタと、 前記予測フィルタでの予測に基づいて上りフェーズ及び
   下りフェーズにおけるピークの周波数を算出し、該周波
   数と所定値以内で一致する周波数を有するピークペアを
   真のペアと判定する演算手段と、 を有することを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、前記所定値以内で一致
   する周波数を有するピークペアの一方が検出されない場
   合には、検出された他方のピークに合わせて前記予測フ
   ィルタでの予測に基づいて検出されない一方のピークを
   算出し、該検出されたピークと該算出されたピークを真
   のペアと判定することを特徴とする請求項１記載のＦＭ
   ＣＷレーダ装置。