CN103323838A - 雷达装置 - Google Patents

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Abstract

根据实施方式，提供一种具备生成部、预测部、和判定部的雷达装置。生成部根据与规定的期间对应的差拍信号来生成频谱。预测部基于与过去的期间对应的反射标的位置信息来预测与反射标对应的峰值频率。判定部针对与最新的期间对应的频谱，通过将由预测部预测的峰值频率附近的功率与规定的阈值进行比较来判定峰值频率是否为与反射标对应的峰值。

Description

雷达装置
技术领域
公开的实施方式涉及雷达装置。
背景技术
在现有技术中，公知有一种雷达装置，其发送被频率调制后的连续波的信号，并根据发送波与反射波的频率差来算出反射标的距离、相对速度。
作为这样的雷达装置，提出了基于对接收到的信号进行频率解析后的结果而得到的每个频率的功率(以下，记载为“频谱”)的峰值，来探测反射标的雷达装置(例如，参照JP特开2011-47806号公报)。
但是，根据上述的现有技术，存在难以探测近距离的反射标的问题。
具体来说，在频谱中的峰值中，除了与反射标对应的峰值之外，有时还包含将这样的峰值的频率放大整数倍而得到的频率所对应的倍波峰值。在此情况下，与反射标之间的距离越小，则各峰值的频率差越小，峰值之间具有重叠。
因此，在反射标存在于近距离处的情况下，与反射标对应的峰值被隐藏在倍波峰值中而难以检测。另外，这样的问题点在如车辆中的拥堵追踪那样以近距离的反射标为对象来进行追踪控制的情况下容易明显化。
发明内容
实施方式的一个方式，鉴于上述问题点而作，目的在于提供一种能够提高存在于近距离处的反射标的探测精度的雷达装置。
发明的公开(SUMMARY)
实施方式的一个方式所涉及的雷达装置具备：生成部、预测部、和判定部。生成部根据与规定的期间对应的差拍信号来生成频谱。预测部基于与过去的期间对应的反射标的位置信息来预测与反射标对应的峰值频率。判定部针对与最新的期间对应的频谱，通过将由预测部预测的峰值频率附近的功率与规定的阈值进行比较来判定峰值频率是否为与反射标对应的峰值。
根据实施方式的一个方式，能够提高存在于近距离处的反射标的探测精度。
附图说明
关于本发明的更完整的理解、其所伴随的优点，参照附图来阅读以下发明的详细说明，则能够容易地理解。
图1是表示真正的反射标峰值与倍波峰值之间的关系的说明图。
图2是本实施方式所涉及的峰值检测方法的说明图。
图3是表示雷达装置的构成的框图。
图4A是FM-CW方式的说明图之1。
图4B是FM-CW方式的说明图之2。
图5是表示频谱的一例的图。
图6是表示位置信息的一例的图。
图7是利用了DN峰值预测值的近距离判定的说明图。
图8是表示由雷达装置执行的处理步骤的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本申请所公开的雷达装置的实施方式详细进行说明。此外，在以下所示的实施方式中，针对毫米波雷达的各种方式中、利用了所谓FM-CW(Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波)方式的情况进行说明。另外，关于FM-CW方式，利用图4A以及图4B在后面叙述。
首先，利用图1以及图2对本实施方式所涉及的峰值检测方法进行说明。图1是表示真正的反射标峰值与倍波峰值之间的关系的说明图，图2是本实施方式所涉及的峰值检测方法的说明图。
在此，图1以及图2所示的是，通过在将用所谓三角波进行了频率调制的发送波、和这样的发送波被反射标反射后的反射波合成的基础上进行频率解析而得到的“频谱”的示意图。
此外，图1以及图2中的横轴表示“频率”、纵轴表示“功率”。另外，横轴的“频率”也可以是以规定的频宽将频率标准化后的频率。
在图1以及图2中，从简化说明的观点出发，例示了作为对象的反射标为1个情况。另外，在图1以及图2中，仅示出了倍波峰值中的与2倍波相当的倍波峰值。
如图1所示，频谱100a是时间“t-1”时的频谱，频谱100b是时间“t”时的频谱。另外，时间“t”和时间“t-1”的差(时间步：time step)例如是T(固定值)。
“F”表示是与真正的峰值对应的频率，“F2”表示是与2倍波对应的频率。此外，“t-1”表示与时间“t-1”的频谱对应，“t”表示与时间“t”的频谱对应。
如图1的频谱100a所示，在频谱100a中，包含与反射标对应的真正的峰值即峰值101、和真正的峰值的倍波峰值即峰值102。峰值101的频率是Ft-1，峰值102的频率是F2t-1。
另外，在频谱100a以及频谱100b中，峰值101的功率比峰值102的功率小，但这是因为是并用了降低低频率的功率的滤波器的情况的例示，并不暗示各峰值的功率的大小关系。
若与峰值101对应的反射标接近，则如频谱100b所示，各峰值的频率变得分别小于频谱100a所示的值。在此，倍波峰值与真正的峰值相比更快地移动(频率大幅减少)，因此峰值相互重叠。
因此，如频谱100b所示，对合成了峰值101和峰值102的合成波103进行观察的结果，真正的峰值101被隐藏在合成波103中，难以求出真正的峰值101的位置(频率轴上的位置)。即，难以根据频谱100b来求出真正的峰值101的峰值频率“Ft”。
因此，在本实施方式所涉及的峰值检测方法中，通过以下所示的步骤，来检测真正的峰值101的峰值频率“Ft”。
如图2所示，在本实施方式所涉及的峰值检测方法中，根据时间“t-1”时的真正的峰值101的频率“Ft-1”，来预测时间“t”时的真正的峰值101的频率“Ft”(参照图2的步骤S1)。另外，关于频率预测的详细情况，利用图6在后面叙述。
接着，针对时间“t”时的合成波103，将频率“Ft”时的功率“Pt”(参照图2的点201)与规定的阈值“ThP”进行比较(参照图2的步骤S2)。
然后，在功率“Pt”为规定的阈值“ThP”以上的情况下，时间“t”时的真正的峰值101的频率视为是频率“Ft”。即，在时间“t”时，视为存在频率是“Ft”的真正的峰值101，将频率“Ft”作为与反射标对应的峰值频率来对待。
像这样，根据本实施方式所涉及的峰值检测方法，即使在存在于近距离处的反射标的峰值被隐藏在倍波峰值或噪声中而无法观察的情况下，通过上述的“视为处理”也能够检测与反射标对应的峰值频率。
此外，在本实施方式所涉及的峰值检测方法中，并不是直接采用预测出的峰值频率，而是将与预测出的峰值频率对应的功率为规定的阈值以上作为采用的条件。因此，能够避免将实际上不存在的反射标错误地检测为反射标的情况。即，能够提高存在于近距离处的反射标的探测精度。
另外，在本实施方式所涉及的峰值检测方法中，在发送波和反射波的差分波(以下，记载为“差拍信号”)中，针对UP差拍区间(参照图4A)、DN差拍区间(参照图4A)的各区间分别进行上述峰值检测。关于这一点，利用图4A以及图4B在后面叙述。
接着，利用图3对本实施方式所涉及的雷达装置的构成例进行说明。图3是表示雷达装置10的构成的框图。另外，在图3中，从简化说明的观点出发，示出了雷达装置10的一部分构成。
如图3所示，雷达装置10具备：发送天线11、接收天线12、控制部13、和存储部14。此外，控制部13具备：发送部13a、接收部13b、频率解析部13c、峰值预测部13d、反射标判定部13e、和输出部13f。并且，存储部14存储位置信息14a。
发送天线11是将通过控制部13的发送部13a进行了频率调制的连续波向反射标进行发送的天线。在发送天线11与发送部13a之间，设置有将由发送部13a生成的数字信号变换为模拟信号的变换器(未图示)。另外，在雷达装置10搭载于车辆的情况下，发送天线11向着例如车辆的前方(行进方向)而设置。
接收天线12是接收由发送天线11发送的发送波被反射标反射后的反射波的天线，将接收到的信号输出到控制部13的接收部13b。另外，在雷达装置10搭载于车辆的情况下，接收天线12也与发送天线11同样地向着例如车辆的前方(行进方向)而设置。
在此，接收天线12可以设为将多个天线连接为阵列状的所谓阵列天线。在此情况下，由各接收天线12接收到的信号在接收部13b被合成。通过像这样将接收天线12设为阵列天线，能够更可靠地捕捉反射标。
控制部13进行雷达装置10的整体控制。发送部13a生成用三角波进行了频率调制的发送波信号，将生成的发送波信号输出到发送天线11。另外，如上所述，发送部13a所生成的发送波信号是数字信号，由在与发送天线11之间设置的未图示的变换器变换为模拟信号，并从发送天线11被发送。
接收部13b取得由接收天线12接收的反射波信号(模拟信号)、和由发送天线11发送的发送波信号(模拟信号)的差分，并将这样的差分变换为数字信号。然后，将变换后的数字信号发送给频率解析部13c。另外，反射波信号与发送波信号的差分被称作“差拍信号”。
在此，利用图4A以及图4B对接收部13b所执行的处理进行说明。图4A是FM-CW方式的说明图之1，图4B是FM-CW方式的说明图之2。另外，在图4A中，示出了发送波以及反射波，在图4B中，示出了差拍信号。此外，图4A以及图4B的横轴表示“时间”，纵轴表示“频率”。
如图4A所示，若将用所谓三角波进行了频率调制的发送波401向着反射标进行发送，则观察到相对于发送波401具有时间延迟的反射波402。在此，在对发送波以及接收波进行了频率调制的三角波中，发送波以及接收波UP的区间是“UP差拍区间(上升差拍区间)”，DOWN的区间是“DN差拍区间(下降差拍区间)”。
在图4A所示的情况下，从时间“Ta”到时间“Tb”的区间，与UP差拍区间对应，从时间“Tb”到时间“Tc”的区间与DN差拍区间对应。并且，若取发送波401和反射波402的差分的绝对值，则可以得到图4B所示的差拍信号。
如图4B所示，差拍信号包含与UP差拍区间对应的UP差拍信号403、和与DN差拍区间对应的DN差拍信号404。在此，在作为探测对象的反射标为1个的情况下，如图4B所示，代表UP差拍信号403的频率为“Fu”，代表DN差拍信号404的频率为“Fd”。因此，能够利用这些频率算出到反射标为止的距离以及与反射标的相对速度。
具体来说，若假设到反射标为止的距离为“X”、与反射标的相对速度为“V”，则距离“X”用“X＝k1(Fu+Fd)/2”来表示，相对速度“V”用“V＝k2(Fu-Fd)/2”来表示。另外，“k1”以及“k2”是规定的系数。如上所述，因为频率“Fu”以及频率“Fd”能够根据差拍信号来检测，所以能够求出距离“X”以及相对速度“V”。
另外，在图4A以及图4B中，例示了反射标为1个的情况，但在存在多个反射标的情况下，UP差拍信号403以及DN差拍信号404将会被观察为合成了与各反射标分别对应的峰值频率后的合成波。因此，如后述那样，通过利用高速傅里叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)等对各差拍信号进行频率解析，来检测与各反射标对应的峰值频率。
回到图3的说明，接着说明控制部13。频率解析部13c通过对从接收部13b接受的差拍信号进行高速傅里叶变换(FFT：Fast FourierTransform)，来生成频谱。
另外，频率解析部13c针对UP差拍信号403(参照图4B)、DN差拍信号404(参照图4B)分别生成频谱。然后，频率解析部13c将生成的各频谱发送给峰值预测部13d。
在此，利用图5对由频率解析部13c生成的频谱的一例进行说明。图5是表示频谱的一例的图。另外，图5中的横轴表示“频率”，纵轴表示“功率”。此外，在图5中，例示了与反射标TG1以及反射标TG2这2个反射标对应的峰值存在于各频谱上的情况。
上述的频率解析部13c分别生成与UP差拍信号403(参照图4B)对应的频谱即UP差拍频谱403a、和与DN差拍信号404(参照图4B)对应的DN差拍频谱404a。并且，接受了各频谱(UP差拍频谱403a以及DN差拍频谱404a)的峰值预测部13d，按照每个频谱对与反射标对应的峰值频率进行预测。
另外，如图5所示，在反射标接近的情况下，UP差拍频谱403a出现在比DN差拍频谱404a低的频率侧。因此，DN差拍频谱404a与UP差拍频谱403a相比，与反射标对应的真正的峰值和倍波峰值(未图示)不易重叠。
因此，后述的反射标判定部13e利用DN差拍频谱404a来进行近距离判定，关于这一点的详细情况，利用图7在后面叙述。另外，也可以构成不进行近距离判定的反射标判定部13e。此外，关于相对于反射标的角度，可以用一般的手法(例如，模向量法)来算出。
回到图3的说明，接着说明控制部13。峰值预测部13d基于存储部14的位置信息14a，针对从频率解析部13c接受的各频谱分别预测峰值频率。另外，峰值预测部13d同时进行通常的峰值检测处理(例如，将频谱在上侧凸起的部分检测为峰值的处理)。
在此，利用图6来说明峰值预测部13d所进行的峰值频率的预测处理。图6是表示位置信息14a的一例的图。如图6所示，位置信息14a是包含例如“反射标标识符”项目、“距离”项目、“相对速度”项目、“角度”项目以及“优先度”项目的信息。
另外，在位置信息14a中，保存由反射标判定部13e与反射标建立了关联的信息。即，与噪声分量所引起的峰值相关的信息，没有保存在位置信息14a中。
在“反射标标识符”项目中，保存识别各反射标的标识符。在“距离”项目中，保存通过上述的计算式得到的与反射标的距离，在“相对速度”项目中，保存与相同的反射标的相对速度。此外，在“角度”项目中，保存相对于反射标的角度，在“优先度”项目中，保存表示峰值预测的优先顺序的优先度。
例如，优先度为“1”的反射标标识符“TG1”，比优先度为“2”的反射标标识符“TG2”先进行预测处理。像这样，通过按照优先度从高到低的顺序进行预测处理，在作为对象的反射标多，并且，处理犹豫时间短的情况下等，能够优选处理危险的反射标(例如，与雷达装置10发生冲撞的可能性高的反射标)。
在此，在位置信息14a中的“距离”项目、“相对速度”项目中，保存有在时间“t-1”检测到的反射标的值。并且，上述的峰值预测部13d根据时间“t-1”时的距离以及相对速度，来预测时间“t”时的距离以及相对速度。
接着，峰值预测部13d根据时间“t”时的距离以及相对速度，来预测时间“t”时的峰值频率。以下，对图6所示的反射标标识符“TG1”的情况进行说明。
在设时间步为“T”的情况下，若假定相对速度不变，则时间“t”时的相对速度为“V1”，距离为“X1+T×V1(其中，V1为负的值)”。
因此，在上述的式“X＝k1(Fu+Fd)/2”的“X”中代入“X1+T×V1”，在式“V＝k2(Fu-Fd)/2”的“V”中代入“V1”，针对“Fu”以及“Fd”进行求解，能够得到时间“t”的峰值频率。
即，能够分别得到与时间“t”时的UP差拍频谱403a(参照图5)的反射标TG1对应的峰值频率“Fu”、和与DN差拍频谱404a(参照图5)的反射标TG1对应的峰值频率“Fd”。另外，关于反射标标识符“TG2”，也同样能够得到各峰值频率。像这样，峰值预测部13d对与各反射标对应的峰值频率进行预测。
返回图3的说明，接着说明控制部13。反射标判定部13e利用由峰值预测部13d预测的各峰值频率、和由频率解析部13c生成的频谱来判定各峰值频率是否与反射标对应。
具体来说，反射标判定部13e将UP差拍频谱403a(参照图5)中的各峰值频率的附近的功率与规定的阈值分别进行比较。此外，在反射标判定部13e中，将DN差拍频谱404a(参照图5)中的各峰值频率的附近的功率分别与规定的阈值进行比较。
然后，反射标判定部13e，针对规定的反射标，例如，在UP差拍频谱403a以及DN差拍频谱404a双方中峰值频率附近的功率为规定的阈值以上的情况下，判定为各峰值频率是与反射标对应的峰值频率。
另外，也可以在UP差拍频谱403a以及DN差拍频谱404a的任意一方中峰值频率附近的功率为规定的阈值以上的情况下，判定为各峰值频率是与反射标对应的峰值频率。
像这样，基于判定为与反射标对应的峰值频率，反射标判定部13e对位置信息14a中的“距离”项目、“相对速度”项目以及“角度”项目(参照图6)进行更新。另外，已经说明了根据峰值频率来算出“距离”、“相对速度”以及“角度”的手法，因此省略在此的说明。
此外，反射标判定部13e同时进行位置信息14a中的“优先度”项目的更新。例如，反射标判定部13e按照“距离”越小则优先度越高的方式来更新“优先度”项目。
另外，除了“距离”之外，也可以利用“相对速度”或“角度”来按照每个反射标标识符算出危险度(例如，表示与雷达装置10冲撞的可能性的值)，并按照这样的危险度越高则优先度越高的方式来更新“优先度”项目。
在此情况下，可以设为角度越小则危险度越高，或者根据距离以及相对速度求出的“时间步经过后的距离”越小则危险度越高。此外，也可以将对算出的各危险度进行加权并合计后的值设为最终的危险度。
另外，反射标判定部13e，在判定反射标是否为近距离的近距离判定中判定为近距离的情况下，进行利用了上述功率的判定，关于这一点，利用图7在后面叙述。
回到图3的说明，接着说明控制部13。输出部13f将反射标判定部13e的判定结果输出到外部装置。另外，在本实施方式中，例示了将判定结果输出到外部装置的情况，但也可以在雷达装置10内设置显示部、报知部，显示这样的判定结果，或者进行报知。
存储部14是硬盘驱动器、非易失性存储器等存储设备，存储位置信息14a。另外，关于位置信息14a，利用图6已经进行了说明，因此省略在此的说明。
接着，利用图7来说明反射标判定部13e利用DN差拍频谱404a来进行近距离判定的一例。图7是利用了DN峰值预测值的近距离判定的说明图。在此，“DN峰值预测值”是指在DN差拍频谱404a中被预测的峰值频率的值。另外，图7中的横轴表示“频率”，纵轴表示“功率”。
如图7所示，在反射标接近的情况下，DN峰值预测值随着时间的经过向着方向701移动。因此，反射标判定部13e，在从峰值预测部13d接受的DN峰值预测值“FUt”为规定的阈值即DN峰值用阈值“ThF”以下的情况下，对峰值频率附近的功率和规定的阈值进行比较。
反射标判定部13e，在反射标接近到某种程度的情况下，进行利用了功率的判定的理由如下。即，到反射标为止的距离越大则频谱上的峰值频率越高，真正的峰值和倍波峰值越远离，因此不用进行峰值预测就能够检测真正的峰值。
另外，在图7中，示出了将DN峰值预测值与阈值进行对比的情况，但即使将DN峰值预测值变换为距离(参照与图4B对应的说明)，并将变换后的距离与规定的阈值进行对比也能够得到同样的效果。
接着，利用图8对本实施方式所涉及的雷达装置10所执行的处理步骤进行说明。图8是表示雷达装置10所执行的处理步骤的流程图。
如图8所示，频率解析部13c生成新的频谱(步骤S101)。然后，接受了由频率解析部13c生成的频谱的峰值预测部13d，基于位置信息14a来对各反射标的峰值频率进行预测(步骤S102)。
接着，反射标判定部13e对预测DN峰值频率和规定的阈值进行比较(步骤S103)，判定预测DN峰值频率是否为规定的阈值以下(步骤S104)。然后，在预测DN峰值频率为规定的阈值以下的情况下(步骤S104，是)，判定在预测峰值频率附近是否存在峰值(步骤S105)。
另外，在不满足步骤S104的判定条件的情况下(步骤S104，否)，进行通常的峰值检测处理(步骤S110)，更新位置信息14a(步骤S109)并结束处理。
在预测峰值频率附近不存在峰值的情况下(步骤S105，是)，判定预测峰值频率附近的功率是否为规定的阈值以上(步骤S106)。然后，在预测峰值频率附近的功率为规定的阈值以上的情况下(步骤S106，是)，采用预测峰值频率作为峰值频率(步骤S107)，并针对位置信息14a中的所有的反射标判定预测是否完成(步骤S108)。
另外，在不满足步骤S105的判定条件的情况下(步骤S105，否)，利用预测频率附近的峰值来进行通常的峰值检测处理(步骤S110)。此外，在不满足步骤S106的判定条件的情况下(步骤S106，否)，不进行步骤S107的处理，而进行步骤S108的处理。
然后，在针对所有的反射标已经完成的情况下(步骤S108，是)，对位置信息14a进行更新(步骤S109)，并结束处理。另一方面，在不满足步骤S108的判定条件的情况下(步骤S108，否)，反复进行步骤S104以后的处理。
如上所述，在本实施方式中，构成了具备生成部(频率解析部)、预测部(峰值预测部)、和判定部(反射标判定部)的雷达装置。生成部根据与规定的期间对应的差拍信号来生成频谱。预测部基于与过去的期间对应的反射标的位置信息来预测与反射标对应的峰值频率。判定部针对与最新的期间对应的频谱，将由预测部预测的峰值频率附近的功率与规定的阈值进行比较，由此来判定峰值频率是否为与反射标对应的峰值。
因此，根据本实施方式所涉及的雷达装置，能够提高存在于近距离处的反射标的探测精度。
另外，在上述的实施方式中，说明了预测部预测与真正的峰值对应的峰值频率的情况，但也可以设为分别预测倍波峰值的峰值频率，并根据频谱来进行去除倍波峰值的处理。这样一来，即使在利用了通常的峰值检测处理(例如，将频谱在上侧凸起的部分检测为峰值的处理)的情况下，也容易检测与真正的峰值对应的峰值频率。
即，在频谱中含有较多的噪声的情况下等，能够与近距离、远距离无关地高效地从频谱中排除噪声的影响。
关于进一步的效果、变形例，能够由本领域技术人员容易地导出。因此，本发明的更广泛的方式，不限定于如以上那样表示并记述的特定的详细内容以及代表性的实施方式。因此，能够在不脱离权利要求书以及其等同物所定义的总括性的发明概念的精神或范围的情况下进行各种变更。
工业实用性(INDUSTRIAL APPLICABILITY)
如上所述，本发明所涉及的雷达装置，在提高存在于近距离处的反射标的探测精度的情况下有用，尤其适合如拥堵追踪那样，将近距离的反射标作为对象来进行追踪控制的情况。

Claims (5)

1.一种雷达装置，具备：
生成部，其根据与规定的期间对应的差拍信号来生成频谱；
预测部，其基于与过去的期间对应的反射标的位置信息来预测与该反射标对应的峰值频率；和
判定部，其针对与最新的期间对应的所述频谱，通过将由所述预测部预测出的所述峰值频率附近的功率与规定的阈值进行比较来判定该峰值频率是否为与所述反射标对应的峰值。
2.根据权利要求1所述的雷达装置，其中：
所述预测部，通过将基于与所述过去的期间对应的位置信息预测出的所述最新的期间所对应的位置信息变换为所述峰值频率，来对该峰值频率进行预测。
3.根据权利要求2所述的雷达装置，其中：
所述判定部，在由所述预测部预测出的所述最新的期间所对应的位置信息中所含的到所述反射标为止的距离为规定的阈值以下的情况下，将所述功率与规定的阈值进行比较。
4.根据权利要求2所述的雷达装置，其中：
所述判定部，在由所述预测部预测出的所述峰值频率为规定的阈值以下的情况下，将所述功率与规定的阈值进行比较。
5.根据权利要求4所述的雷达装置，其中：
所述生成部，针对所述差拍信号中的上升差拍区间以及下降差拍区间分别生成所述频谱，
所述预测部，对每个所述频谱分别预测所述峰值频率，
所述判定部，在针对所述下降差拍区间预测出的所述峰值频率为规定的阈值以下的情况下，将针对与所述上升差拍区间以及所述下降差拍区间分别对应的所述频谱的至少一方而由所述预测部预测出的所述峰值频率附近的功率为规定的阈值以上作为条件，来判定该峰值频率是与所述反射标对应的峰值。
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