CN102460207B - 物体探测方法和运算处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种物体探测方法，其中，在与探测到的目标物相同方向上的距离为2倍的位置设定虚拟目标物，在包含虚拟目标物位置的规定范围内设定双倍波目标物探测区域，将在双倍波目标物探测区域内探测到的目标物判定为双倍波目标物，在与双倍波目标物相同方向上的距离为二分之一的位置设定替代目标物，在包含替代目标物位置的规定范围内设定基波目标物探测区域，在基波目标物探测区域内探测不到基波目标物时，将替代目标物作为基波目标物而输出。这样，即使应该被探测到的基波目标物在极近距离处呈无法探测到的状态时，通过仍能被探测到的双倍波目标物求出的替代目标物来推定基波目标物数据而输出，因而能够继续探测基波目标物。采用该方法时，能够用雷达装置可靠地探测到极近距离处的物体。

Description

物体探测方法和运算处理装置
技术领域
本发明涉及一种物体探测方法和运算处理装置，其中，使用收发信号机构朝向设定在已方车辆行进方向上的规定区域发射电磁波，并接收被目标物反射而产生的电磁反射波，再根据接收到的电磁反射波至少探测目标物所在的方向和相距的距离。 
背景技术
人们从下述专利文献1中公知有一种FM·CW雷达装置，其中，当近距离物体的上升沿峰值信号或下降沿峰值信号缺失时，交互发射FM·CW波和CW波，再根据FM·CW波测得的未缺失的一侧的峰值频率和CW波测得的峰值频率，求出与物体的距离和相对速度。 
另外，人们从下述专利文献2中还公知有另一种FM·CW雷达装置，其中，物体的上升沿峰值信号或下降沿峰值信号的某个被淹没在低频噪音中时，用上升沿峰值信号或下降沿峰值信号中的一个来替代另一个而求出与物体的距离和相对速度。 
专利文献1：日本发明专利公开公报特开2006-300536号 
专利文献2：日本发明专利公开公报特开2004-205279号 
但上述专利文献1所述的发明有如下问题，由于需要使FM·CW雷达装置具有发射CW波的功能，所以其成为成本上扬的主要原因。另外，上述专利文献2所述的发明有如下问题，当物体的上升沿峰值信号和下降沿峰值信号双方都淹没在低频噪音中时(物体所在的距离较近且相对速度较小时)，上述FM·CW雷达装置会失去其作用。 
还有用车用雷达装置探测诸如前方车辆等的目标物时，需要使接收到的电磁反射波的峰值强度大于比噪声电平大的阈值，其中，电磁反射波是发出的电磁波被目标物反射而产生的。上述阈值根据电磁波的衰减情况来设定，即，近距离时将其设定得较高而远距离时设定得较低。在远距离时，电磁反射波的峰值强度低于阈值的距离将成为远距离侧的探测极限距离。另外，在极近距离处，为了不将雷达装置内的工作噪音错误地探测为目标物，设定有大于工作噪音的更大的阈值，由该阈值来确定近距离侧的探测极限距离。 
在极近距离处，由于电磁波入射到目标物的面积会减小，从而易于受到形成电磁波反射面的三维曲面的方向的影响，所以会产生如下现象：根据入射位置的不同，接收到的电磁反射波的峰值强度减小。由于上述原因，如图12中(A)所示，可能会出现以下情况：即使在极近距离处，接收到的电磁反射波的峰值强度也因低于阈值而无法探测到目标物。 
作为解决上述问题的一个方案，如图12中(B)所示，可以考虑以下方法：降低极近距离处的阈值而使接收到的电磁反射波的峰值强度不低于阈值。此时可能产生以下问题：雷达装置内的工作噪音超过阈值而使探测出现错误。 
另外，作为第二个解决方案，也可考虑以下方法：减小雷达装置内的工作噪音而使该工作噪音不超过阈值。因此可能产生以下问题：由于需要对雷达装置进行大范围改造，所以这不利于降低成本。 
另外，作为第三个解决方案，如图12中(C)所示，还可以考虑以下方法：增加雷达装置的电磁波的发射输出值。但是此时可能出现以下问题：电磁波的发射输出值的上限值不仅受到法规的限制，且在发射较强电磁波时，还有可能将原来的诸如前方车辆等目标物以外的路面上的掉落物错误地探测为目标物。 
发明内容
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供一种物体探测方法，采用该方法时，能够可靠地探测到极近距离处的物体。 
为实现上述目的，本发明第1技术方案中所述的物体探测方法为，用收发信号机构朝向设定在己方车辆行进方向上的规定区域发射电磁波，并接收被目标物反射而产生的电磁反射波，再根据接收到的电磁反射波至少探测目标物所在的方向以及距离。上述方法包括以下步骤：第1步骤，在与探测到的目标物相同方向上的距离为2倍的位置设定虚拟目标物；第2步骤，在包含上述虚拟目标物位置的规定范围内设定双倍波目标物探测区域；第3步骤，将在上述双倍波目标物探测区域内探测到的目标物判定为双倍波目标物；第4步骤，在与上述双倍波目标物相同方向上的距离为二分之一的位置设定替代目标物；第5步骤，在包含上述替代目标物位置的规定范围内设定基波目标物探测区域；第6步骤，在上述基波目标物探测区域内探测不到基波目标物时，将上述替代目标物作为基波目标物而输出。 
在第1技术方案基础上，本发明第2技术方案中所述的物体探测方法中，上述第1步骤中探测到的目标物为距离不足规定距离的目标物。 
还有，实施方式中的前方车辆Vb对应于本发明的目标物。 
【发明效果】 
采用本发明的技术方案1时，第1步骤，在与探测到的目标物相同方向上的距离为2倍的位置设定虚拟目标物；第2步骤，在包含虚拟目标物位置的规定范围内设定双倍波目标物探测区域；第3步骤，将在双倍波目标物探测区域内探测到的目标物判定为双倍波目标物；第4步骤，在与双倍波目标物相同方向上的距离为二分之一的位置设定替代目标物；第5步骤，在包含替代目标物位置的规定范围内设定基波目标物探测区域；第6步骤，在基波目标物探测区域内探测不到基波目标物时，将替代目标物作为基波目标物而输出。这样，即使应该被探测到的基波目标物在极近距离处呈无法探测到的状态时，通过仍能被探测到的双倍波目标物求出的替代目标物来推定基波目标物数据而输出，因而能够继续探测基波目标物。而且 由于无需降低目标物的探测阈值，或者提高电磁波的发射强度，所以能防止噪音或原本无需探测到的物体被错误地探测为目标物的情况发生。 
另外，采用本发明的技术方案2时，由于将在第1步骤中探测到的目标物作为距离不足规定距离的目标物，所以只能够在目标物位于极近距离处而且双倍波目标物能够被探测到的情况下实行上述控制，因此，本发明能防止出现无用的控制。 
附图说明
图1是表示毫米波雷达装置的结构的图(第1实施方式)。 
图2是表示物体正在接近收发信号机构时收发信号时的波形以及峰值频率的图形。 
图3是表示对应于图2的峰值信号的图形。 
图4是表示用于说明本发明的原理的图(第1实施方式)。 
图5是表示用于说明实施方式的作用的图(Time1)(第1实施方式)。 
图6是表示用于说明实施方式的作用的图(Time2)(第1实施方式)。 
图7是表示用于说明实施方式的作用的图(Time3)(第1实施方式)。 
图8是表示主程序的流程图(第1实施方式)。 
图9是表示步骤S8的子程序的流程图(第1实施方式)。 
图10是表示步骤S9的子程序的流程图(第1实施方式)。 
图11是表示步骤S10的子程序的流程图(第1实施方式)。 
图12是表示用于说明现有技术中的例子存在的问题的图(现有技术中的例子)。 
【附图标记说明】 
M：收发信号机构，Va：己方车辆，Vb：前方车辆(目标物) 
具体实施方式
下面，参照图1～图11说明本发明的实施方式。 
【第1实施方式】 
首先参照图1～图3说明FM·CW雷达装置R的结构。 
如图1所示，雷达装置R的收发信号机构M是由时序信号生成电路1、FM调制控制电路2、振荡器3、放大器4、环形器5和收发信号天线6构成的。根据从时序信号生成电路1输入的时序信号，由FM调制控制电路2对振荡器3的振荡动作进行调制控制，这样如图2中(A)的实线所示，波形被调制处理成三角波形状，来自振荡器3的被调制处理的发射波信号经放大器4和环形器5输入给收发信号天线6，由收发信号天线6发出FM·CW波。如果在收发信号天线6的前方有前方车辆等物体时，由收发信号天线6接收被该物体反射的电磁反射波。如果前方的物体正接近己方车辆，就会出现图2中虚线所示的情况：在发射信号呈直线增加的上升沿，出现频率低于发射信号而且延迟于该发射信号的上述电磁反射波。另外，在发射信号直线减少的下降沿，出现频率高于发射信号而且延迟于该发射信号的上述电磁反射波。 
雷达装置R还具有混频器7、放大器8、放大器9、A/D转换器10、存储器11和运算处理装置12。 
由收发信号天线6接收到的接收信号经环形器5输入给混频器7。在混频器7中，除输入有来自环形器5的接收信号，还有由振荡器3输出的发射信号分配出来的发射信号经放大器8输入该混频器7中。如图2中(B)所示，发射信号和接收信号在混频器7中混合后生成以下一种差频信号：其在发射信号的频率直线增加的上升沿处具有峰值频率Fup，在发射信号的频率直线减少的下降沿处具有峰值频率Fdn。 
从混频器7获得的差频信号被放大器9进行增幅处理而使其振幅达到所需的程度，之后在各采样时刻被A/D转换器10进行A/D转换处理，经过数字化处理后的数据按照时间序列存储在存储器11中。 在该存储器11中输入有来自时序信号生成电路1的时序信号，根据该时序信号，存储器11分别按发射信号的频率直线增加的上升沿和上述频率减少的下降沿的顺序存储数据。 
根据存储在上述存储器11中的数据，如下所述，经由运算处理装置12求出以己方车辆为基准的物体的方向(探测角度)、距离和相对速度并与电子控制单元U进行通信。当由电子控制单元U构成的车辆控制机构接收到来自运算处理装置12的信号后控制制动执行器Aa或警报机构Ab以使其工作，以避免碰撞前方车辆，或者减轻碰撞时的损害程度。其中，制动执行器Aa用于对己方车辆进行自动制动处理，警报机构Ab为蜂鸣器或警示灯等，用于提示驾驶员进行主动的制动操作。 
另外，由雷达装置R对目标物进行探测时，例如其探测间隔为100msec。 
由运算处理装置12采用FFT(快速傅里叶变换)方法，对存储在存储器11中的差频信号的数据进行频率分析并且计算频谱分布情况，再根据该频谱数据检测出探测阈值大于规定阈值且为极大值的频谱(峰值信号)。图3中(A)所示的上升沿的峰值信号和图3中(B)所示的下降沿的峰值信号，以隔着与物体的相对速度为“0”的峰值位置且相互对称的方式被检测出来。接着根据上升沿的峰值频率Fup和下降沿的峰值频率Fdn求出与物体的距离和相对速度。具体地讲，根据两个峰值频率Fup、Fdn之和求出与物体的距离，根据两个峰值频率Fup、Fdn之差求出与物体的相对速度。另外，根据探测到物体时的发射信号的发射方向求出物体的方向(探测角度)。 
接下来参照图4说明本发明的基本原理。 
当前方车辆Vb极其接近己方车辆Va时，由己方车辆Va的雷达装置R发出的电磁波被前方车辆Vb反射后由该雷达装置R接收电磁反射波，由此探测到前方车辆Vb位于距离a处。将此时的前方车辆Vb称为基波目标物。另外，由己方车辆Va的雷达装置R发出的电磁波被前方车辆Vb反射后，在己方车辆Va的前部再被反射而朝 向前方，之后再被前方车辆Vb反射而被接收，从而可能出现以下情况：探测到在距离2a处有前方车辆Vb，但实际上该处不存在前方车辆Vb。将此时的前方车辆Vb称为双倍波目标物。该双倍波目标物被探测为方向与基波目标物同向，并且不仅距离为后者的2倍，相对速度也是后者的2倍。因此，基波目标物在极近距离处呈无法探测到的状态时，可求出与双倍波目标物同向的、位置和相对速度为其二分之一的替代目标物，再用所述替代目标物来替代呈无法探测到的状态的上述基波目标物。 
另外，虽可以想到以下一种情况：电磁波在己方车辆Va和前方车辆Vb之间再往复反射一次，从而探测到三倍波目标物。但实际上由于反射次数变多时电磁波的衰减量变大，所以几乎探测不到三倍波以上的目标物。还有，由于与前方车辆Vb的距离较远时，电磁波的衰减量较大，所以能探测到双倍波目标物的距离限定为与前方车辆Vb的距离是极近距离的情况(例如在10m以下)。 
接下来参照图5～图7说明本发明的具体原理。 
如图5(Time1)所示，当在与己方车辆Va较近的距离a的位置探测到前方车辆Vb的目标物(基波目标物)时，不仅在与该基波目标物相同方向上的距离为2倍的位置设定虚拟目标物，还要以虚拟目标物为中心设定具有规定大小的双倍波目标物探测区域。相对于虚拟目标物的位置，双倍波目标物探测区域在前后方向(己方车辆Va的行进方向)上的宽度为±α(例如α为1m)，而相对于虚拟目标物的位置，以角度表示时，双倍波目标物探测区域在左右方向(与己方车辆Va的行进方向垂直相交的方向)上的宽度为±β(例如β为3deg)。 
如图6(Time2)所示，在双倍波目标物探测区域内探测到目标物时，将该目标物判定为对应于基波目标物的双倍波目标物，并且在该双倍波目标物上标注双倍波目标物标记。 
如图7(Time3)所示，当在上次处理中探测到双倍波目标物时，不仅在所在的距离b的二分之一的b/2的位置设定替代目标物，还要 以该替代目标物为中心设定具有规定大小的基波目标物探测区域。相对于替代目标物的位置，基波目标物探测区域在前后方向上的宽度为±α(例如α为1m)，而相对于替代目标物的位置，以角度表示时，基波目标物探测区域在左右方向上的宽度为±β(例如β为3deg)。当然，基波目标物探测区域的位置，随己方车辆Va和前方车辆Vb的位置关系的变化而在每个循环中被更新。 
在探测基波目标物(实际目标物)期间，该基波目标物应该位于基波目标物探测区域内，但当前方车辆Vb已接近己方车辆Va而呈无法探测到的状态时，用替代目标物替代呈无法探测到的状态的基波目标物。这样，即使己方车辆Va和前方车辆Vb之间的距离减小而基波目标物变为无法探测到的状态，也可将替代目标物用作基波目标物而在不受影响的状态下继续进行车辆控制。 
另外，由于无需降低设定目标物的探测阈值，或提高雷达装置R的发射强度，所以能防止产生以下问题：将雷达装置R的工作噪音错误地探测为目标物，或将路面上的掉落物错误地探测为目标物。而且因无需更换雷达装置R的硬件而只更换软件即可，所以其成本较低。 
参照图8～图11的流程图更详细地说明上述作用。 
首先在图8的步骤S1中，将雷达装置R接收到的信号输入运算处理装置12中，在步骤S2中，采用FFT(快速傅里叶变换)方法对接收到的信号进行频率分析并且计算频谱分布情况，在步骤S3中，根据频谱数据检测出接收到的信号的强度大于规定阈值且为极大值的频谱(峰值信号)。在接下来的步骤S4中，将多个峰值信号中的源于同一目标物的组合在一起而进行分组处理并由此获得分组数据，在步骤S5中，将上升沿的分组数据和下降沿分组数据中的源于同一目标物的进行配对处理，在步骤S6中，求出与目标物的距离和相对速度。接着在步骤S7中，将在上述步骤S6中探测到的目标物确定为假定目标物。 
在接下来的步骤S8中，判定是否存在对应于假定目标物且距离 和相对速度为其2倍的双倍波目标物，而在接下来的步骤S9中，用替代目标物替代基波目标物，其中，该替代目标物是对双倍波目标物进行逆运算而求得的，其距离和相对速度为后者的二分之一。接着在步骤S10中确定最终的输出目标物。 
上述步骤S1～步骤S7中的处理实际上与现有技术中的处理相同，上述步骤S8～步骤S10为新的部分。 
接下来根据图9中的流程图说明上述步骤S8(双倍波目标物预测处理)的子程序。 
首先在步骤S11中，如果完成了所有假定目标物的确认则结束该程序，如果没有完成，在步骤S12中判断假定目标物所在的距离是否不足规定数值(例如10m)。设定该规定数值的意义在于，在该不足的距离处有探测到双倍波目标物的可能性。在上述步骤S12中，如果假定目标物所在的距离不足规定数值，在步骤S13中设定双倍波目标物探测区域(参照图5)。在接下来的步骤S14中，若在双倍波目标物探测区域内存在其他假定目标物时，将该假定目标物判定为双倍波目标物，并且标注双倍波目标物标记(参照图6)。 
接下来根据图10中的流程图说明上述步骤S9(基波目标物替代处理)的子程序。 
首先在步骤S21中，如果完成了所有假定目标物的确认则结束该程序，如果没有完成，在步骤S22中判断在上次循环中是否已向假定目标物标注了双倍波目标物标记。在上述步骤S22中，如果已向假定目标物标注了双倍波目标物标记，在步骤S23中设定基波目标物探测区域(参照图7)。在接下来的步骤S24中，如果在基波目标物探测区域内不存在其他假定目标物时，在步骤S25中求出替代目标物，其距离和相对速度为双倍波目标物的二分之一。 
接下来，根据图11中的流程图说明上述步骤S10(输出目标物的确定处理)的子程序。 
首先在步骤S31中，若设定有标注了替代目标物标记的替代目标物，在步骤S32中，将假定目标物和替代目标物作为用于进行车辆 控制的输出目标物而输出，若在上述步骤S31中没有设定替代目标物，在步骤S33中将假定目标物作为用于进行车辆控制的输出目标物而输出。 
如上所述，当己方车辆Va和前方车辆Vb之间的距离接近而缺少对应于前方车辆Vb的基波目标物时，由于可以用替代目标物来替代所缺少的基波目标物，所以即使缺少基波目标物时，也能在不受影响的状态下继续进行车辆控制。 
以上说明了本发明的实施方式，但在不脱离本发明的主旨的范围内可对其进行各种设计变更。 
例如，双倍波目标物探测区域和基波目标物探测区域的大小并不局限于实施方式的那样，可以对其进行适当的改变。 
另外，本发明的目标物也不局限于实施方式限定的前方车辆Vb。 

Claims (2)

1.一种物体探测方法，其中，用收发信号机构(M)朝向设定在己方车辆(Va)的行进方向上的规定区域发射电磁波，并接收被目标物(Vb)反射而产生的电磁反射波，再根据接收到的电磁反射波至少探测目标物(Vb)所在的方向和距离，其特征在于，上述方法包括以下步骤：
第1步骤，在与探测到的目标物(Vb)相同方向上的距离为2倍的位置设定虚拟目标物；
第2步骤，在包含上述虚拟目标物位置的规定范围内设定双倍波目标物探测区域；
第3步骤，将在上述双倍波目标物探测区域内探测到的目标物(Vb)判定为双倍波目标物；
第4步骤，在与上述双倍波目标物相同方向上的距离为二分之一的位置设定替代目标物；
第5步骤，在包含上述替代目标物位置的规定范围内设定基波目标物探测区域；
第6步骤，在上述基波目标物探测区域内探测不到基波目标物时，将上述替代目标物作为基波目标物而输出。
2.根据权利要求1所述的物体探测方法，其特征在于，
在上述第1步骤中探测到的目标物(Vb)为距离不足规定距离的目标物(Vb)。
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