[发明专利]雷达系统、雷达信号处理装置、车辆行驶控制装置以及方法及电脑程序

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过雷达识别一台或多台前方行驶车辆的配置的技术。

背景技术

以往，在车载雷达系统中使用利用FMCW(FrequencyModulatedContinuous Wave：频率调制连续波)雷达、多频率CW(ContinuousWave：连续波)雷达以及脉 冲雷达的方式的电子扫描式雷达。在这样的雷达系统中，一般地，将被调制的连续波 或脉冲波作为“发送波”从发送天线放射，将通过前方行驶车辆反射而返回到接收天线 的入射波作为“接收波”接收。然后，基于利用接收波的天线信号(接收信号)推断前 方行驶车辆的位置以及速度。以搭载有雷达系统的车辆为基准，通过到前方行驶车辆 的距离以及前方行驶车辆的方向规定前方行驶车辆的位置。另外，在本说明书中，将 搭载有雷达系统的车辆称为“本车辆”，将行驶在本车辆前面的车辆称为“前方行驶车 辆”。“前方行驶车辆”行驶在与本车辆行驶的车道相同的车道上或与该车道相邻的同 一方向的车道上。

在车载雷达系统中，前方行驶车辆的“方向”可以通过包含道路的面(近似“平面”) 内的方位(azimuth)规定。因此，在本说明书中，对于被雷达探测的物体，存在将“方 向(direction)”与“方位(azimuth)”作为相同含义的用语来使用的情况。

前方行驶车辆的方向能够用入射波的入射方向(DOA：DirectionOfArrival)」的角 度表示。在雷达技术的领域中，像前方行驶车辆那样反射发送波的物体有时被称为“目 标(target)”。目标作为“反射波”的波源发挥功能。目标为到达至接收天线的波、即 接收波的信号源。

在车载用的雷达系统中，追求使用小型且价格低廉的天线。例如将四个或五个天 线元件作为构成构件的阵列天线用作接收用天线。在阵列天线中，根据天线元件的排 列方式有直线阵列式、平面阵列式、环形阵列式以及共形阵列式。

若基于从这样的阵列天线的各天线元件获得的接收信号，能够通过信号处理技 术，推断反射发送波的物体的方位(入射方向)。然而，在反射发送波的物体的个数 为多个时，通过各个物体产生的反射波以不同的角度入射到接收天线上。因此，从接 收天线生成多个入射波重叠的复杂的信号。并且，在车载雷达系统中，物体的配置关 系以及距离相对于阵列天线动态变化。因此，为了基于阵列天线的接收信号正确推断 一台或多台前方行驶车辆的各方位，需要使用电脑高速进行庞大的运算。

为了推断入射方向，提出了处理阵列天线的接收信号的各种算法的方案。公知的 入射方向推断算法包括以下方法(参照专利文献1及2)。

(1)数字波束(DBF：DigitalBeamFormer)法

(2)Capon法

(3)线形预测法

(4)最小范数法

(5)MUSIC(MUltipleSIgnalClassification:多重信号分类)法

(6)ESPRIT(EstimationofSignalParametersviaRotationalInvarianceTechniques: 利用旋转不变因子技术来推断信号参数)法

一般地，方向推断的角度分辨率越高，信号处理所需的运算的量就越大。在上述 的入射方向推断方法(1)到(6)中，角度分辨率以从方法(1)到方法(6)的顺序 变高，运算量增加。角度分辨率特别高的MUSIC法以及ESPRIT法也被称为“超分辨 率算法”，对阵列天线的接收信号需要高速进行运算量较多的处理。具体来说，根据 超分辨率算法，从各阵列天线的接收信号的数据作成自相关矩阵。然后，通过该自相 关矩阵的特征值展开(eigenvaluedecomposition)来推断接收波的入射方向。矩阵的 特征值展开指的是将矩阵分解成在对角成分中具有特征值的对角矩阵，也被称为“特 征值分解”。在进行自相关矩阵的特征值展开时，求自相关矩阵的特征值以及特征矢 量(例如专利文献3)。