ＦＭＣＷレーダ装置

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【発明の名称】	ＦＭＣＷレーダ装置
【発明者】	【氏名】浅野孔一【氏名】大島繁樹【氏名】原田知育【氏名】山田直之
【要約】	【課題】ＦＭＣＷレーダ装置において、ターゲット以外の不要な反射信号（クラッタ）の中からターゲットのピークを確実に検出する。【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の閾値演算部１８ｄは、過去の周波数分析結果からターゲットに対応するピークを除いて得られる周波数スペクトルに基づいて次回のピーク検出用閾値を設定し、ピーク検出部１８ｂは設定された閾値を用いてピークを検出する。過去の周波数スペクトルに基づいて閾値を設定するので、クラッタが存在してもターゲットのピークのみを検出することができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】周波数変調波を送信してターゲットからの反射波を受信し、その受信信号を送信信号に基づいて検波して得られるビート信号のピーク周波数から該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、過去のビート信号の周波数分析結果からターゲットに対応するピークを除いて得られる周波数スペクトルに基づいてピーク検出用閾値を設定する閾値設定手段を有することを特徴とするＦＭＣＷレーダ装置。

【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、特にビート信号からターゲットの距離及び速度を求めるために必要なピークを検出する際の閾値設定に関する。
【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、受信波を送信波に基づいて検波してビート信号を生成し、周波数の上昇区間（上りフェーズ）のビート信号と周波数の下降区間（下りフェーズ）のビート信号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、ビート信号の上りフェーズと下りフェーズからそれぞれピークを検出する必要がある。そこで、従来より、ある一定の閾値を設け、複素ＦＦＴなどの周波数分析結果の中で閾値を超えたものをターゲットに対するピークとして判断する方法が用いられている。
【０００４】しかしながら、閾値を一定とした場合には、遠距離のターゲットや電波強度の小さいターゲットからのピーク値が閾値以下となるおそれがあり、これらのターゲットに対する感度が低下してしまう問題がある。
【０００５】そこで、例えば特開平６－２１４０１５号公報の周波数変調レーダ装置のように、撮像装置で得られた画像の処理結果から判別したターゲットの種類（車種など）に応じて閾値を変化させ、電波強度の小さいターゲット（バイクなど）に対する感度低下を防ぐ技術が提案されている。
【０００６】この他、距離に応じて閾値を下げ、遠方での感度低下を防ぐことも提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ビート信号の周波数分析結果からターゲット（例えば車両など）に対するピークを検出するためには、熱雑音レベルから突出したピークを的確に取り出すとともに、ターゲット以外の樹木やガードレールなど路側物からの不要な反射信号（クラッタ）の中からターゲットのピークを的確に取り出すことが必要となる。
【０００８】上記従来技術は、前者、すなわち熱雑音レベルからターゲットのピークを取り出すことは可能であるが、後者に示すようなクラッタの中から的確にターゲットのピークを取り出すことは困難である問題があった。すなわち、上記従来技術では、バイクなどを検出するために閾値を下げると、バイク以外の路側物のピークも抽出し易くなり、バイクのピークがクラッタに埋もれてしまうおそれがある。
【０００９】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、熱雑音レベルからターゲットのピークを確実に検出するとともに、クラッタの中からターゲットのピークを確実に検出することもできるＦＭＣＷレーダ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、周波数変調波を送信してターゲットからの反射波を受信し、その受信信号を送信信号に基づいて検波して得られるビート信号のピーク周波数から該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、過去のビート信号の周波数分析結果からターゲットに対応するピークを除いて得られる周波数スペクトルに基づいてピーク検出用閾値を設定する閾値設定手段を有することを特徴とする。
【００１１】過去の周波数分析結果にクラッタ成分が含まれる場合、その周波数分析結果からターゲットに対応するピークを除いて得られる周波数スペクトルにもクラッタ成分が含まれている。従って、この周波数スペクトルに基づいて現在（次の処理タイミング）における閾値を設定することで、閾値は周波数依存性を有することとなり、クラッタ成分に対応して閾値も変化することになる。すなわち、クラッタ成分が存在すると、その周波数における閾値も増大することになり、現在のビート信号の周波数分析結果にクラッタが含まれていても、そのクラッタを除去してターゲットのピークのみを取り出すことができる。
【００１２】なお、周波数スペクトルのうち、ターゲットに対応するピークを除いた部分は適当な方法で補間すればよく、補間の方法は任意である。
【００１３】
【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。
【００１４】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１４、検波器１６及び信号処理装置１８を含んで構成されている。
【００１５】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。
【００１６】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。
【００１７】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。
【００１８】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１８ａ、ピーク検出部１８ｂ、ピークペアリング部１８ｃ、閾値演算部１８ｄ、距離・速度演算部１８ｅから構成される。
【００１９】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、一例としてターゲットの他に物体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。
【００２０】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、閾値演算部１８ｄで設定された閾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、ピークペアリング部１８ｃに出力する。
【００２１】ピークペアリング部１８ｃは、上りフェーズと下りフェーズにおけるピークの組み合わせを決定するもので、このピークの組み合わせ（ピークペア）を距離・速度演算部１８ｅに出力する。また、ピークペアは閾値演算部１８ｄにも出力する。
【００２２】閾値演算部１８ｄは、ピーク検出部１８ｂでビート信号の周波数分析結果からピークを検出するためのピーク検出用閾値を設定するもので、従来のように固定あるいはターゲットの電波強度に応じて変化させるのではなく、過去の周波数分析結果と過去のピークペアに基づいて現在（次の処理タイミング）の閾値を動的に設定する。具体的には、例えばピーク値を示す周波数を中心とした高、低、所定の周波数幅の周波数分析結果の値を、その周波数幅より高い周波数及び低い周波数の値を用いて補間した値で置き換え、これを周波数軸上で平滑化して得られた結果に所定値を加算して閾値とする。これにより、閾値は周波数依存性を有することとなり、クラッタが含まれていてもそのクラッタに応じて閾値も変化することになる。なお、閾値設定方法についてはさらに後述する。
【００２３】距離・速度演算部１８ｅは、ピークペアリング部１８ｃから供給されたピークペアに基づいてターゲットまでの距離と速度を上記の（１）式及び（２）式を用いて演算し出力する。
【００２４】このような構成において、本実施形態では閾値演算部１８ｄで動的に閾値を設定する点に特徴があり、これによりターゲット以外の路側物が存在する場合でもターゲットのピークを確実に取り出すようにしている。
【００２５】以下、閾値演算部１８ｄにおける閾値設定処理について説明する。
【００２６】図４には、ビート信号の周波数分析結果（周波数スペクトル）の一例が示されている。図において、横軸は周波数（周波数ｂｉｎ）、縦軸は電圧である。なお、図では説明の都合上、上り及び下りの１フェーズ分だけが示されている。通常、離散的なＦＦＴ処理が行われ、周波数分析の結果はある周波数間隔（周波数ｂｉｎ）毎に出力される。
【００２７】図５には、図４においてピーク周辺を拡大した一部拡大図が示されている。図において、横軸は周波数ｂｉｎであり、第（ｊ）ｂｉｎがピークを示すｂｉｎである。このような周波数分析結果を入力した閾値演算部１８ｄは、ピークのｂｉｎ（つまり第（ｊ）ｂｉｎ）を含む高低、所定の個数の周波数ｂｉｎの分析結果の値を、その両側の値を使って補間した値に置き換える。
【００２８】図６には、ピークのｂｉｎを含む高、低それぞれ２ｂｉｎを所定個数とした場合が示されている。ピークのｂｉｎである第（ｊ）ｂｉｎを含んで２ｂｉｎ分だけ高いものは第（ｊ＋１）ｂｉｎであり、２ｂｉｎ分だけ低いものは第（ｊ－１）ｂｉｎである。これら第（ｊ－１）ｂｉｎ～第（ｊ＋１）ｂｉｎの値を、その両側の値、すなわち第（ｊ－２）ｂｉｎの値と第（ｊ＋２）ｂｉｎの値で補間する。補間方法としては、種々の方法を用いることができ、例えば直線補間を用いることができる。図中、破線が補間された値を示している。
【００２９】図７には、図６に示された補間値を周波数軸上で平滑化し、さらに平滑化された値に所定値を加算して得られる最終的な閾値が示されている。図中、一点鎖線は補間値（破線）を周波数軸上で平滑化した値を示し、二点鎖線は所定値を加算して得られる最終的な閾値を示している。なお、所定値は、レーダ装置の検出性能や使用環境によって異なるが、概ね数ｄＢ～１０ｄＢ程度に設定すればよい。
【００３０】このように、過去に検出された周波数分析結果からターゲットのピークを除いて得られる周波数スペクトルに基づいて閾値を設定することで、ターゲット以外の路側物によるピーク（クラッタ）が存在する場合でも、そのクラッタに応じて閾値が設定されるため（つまり、クラッタが大きいとそれに伴ってその周波数部分で閾値も大きくなる）、クラッタの中からターゲットのピークを確実に検出することが可能となる。
【００３１】なお、本実施形態では、ターゲットのピークを含む高低それぞれ２個の周波数分析結果の値を置き換えているが、ピークを含む３個あるいはそれ以上の個数の値を置き換えることも可能である。具体的には、置き換える周波数幅は、ピークの強度あるいはピークの先鋭度に基づいて定めることが好適であり、ピークの強度が大きい程、あるいは先鋭度は小さい程、置き換える周波数幅を大きく設定することが好適である。

【出願人】	【識別番号】０００００３６０９【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
【出願日】	平成１０年（１９９８）３月２５日
【代理人】	【弁理士】【氏名又は名称】吉田研二（外２名）
【公開番号】	特開平１１－２７１４３１
【公開日】	平成１１年（１９９９）１０月８日
【出願番号】	特願平１０－７７９７０