CN108885254A - 物体检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种物体检测装置。物体检测装置(30)具备解析部(S30～S50)、方向推断部(S60)、接收波形形成部(S70)以及距离计算部(S80)。接收波形形成部以在由方向推断部推断出的一个到来方向上具有指向性的方式，对与由各个接收天线接收到的接收波对应的差拍信号进行加权，并按每个连续波的频率，形成接收波形。

Description

物体检测装置

相关申请的交叉引用

本国际申请基于2016年3月16日在日本专利局申请的日本专利申请第2016-052828号，要求该优先权的权利，通过参照日本专利申请第2016-052828号的全部的内容而将其引用到本国际申请。

技术领域

本发明涉及对车辆周边的物体进行检测的物体检测装置。

背景技术

作为雷达的方式存在对于多个发送频率发送频率恒定的连续波的多频CW方式。通常在多频CW方式中，按发送频率，根据发送波、和发送波被物体反射而接收到的接收波，生成差拍信号。作为这样的多频CW方式的雷达，公知有对按每发送频率生成的差拍信号进行频率解析，根据差拍信号的频率成分检测物体的相对速度，并且根据差拍信号的相位检测到物体的距离的雷达(例如下述专利文献1)。

专利文献1：日本特开2015-190777号公报

上述多频CW雷达的差拍信号的频率是与反射了发送波的物体的相对速度对应的频率，该频率的相位是与到该物体的距离对应的相位。但是，在来自具有相同的相对速度的多个物体的反射波被包含于接收波的情况下，在基于该接收波的差拍信号的频率成分中，一个频率与多个物体对应，无法按每个物体分离并检测该频率的相位。发明者详细研究的结果，发现在雷达的周边存在具有相同的相对速度的多个物体的情况下很难高精度地求出到各物体的距离的问题。

发明内容

本发明的一个方面优选能够提供一种即使在周围存在具有相同的相对速度的多个物体的情况下，也能够高精度地计算到各物体的距离的物体检测装置。

本发明的一个方面是对车辆周边的物体进行检测的物体检测装置，具备解析部、方向推断部、接收波形形成部、以及距离计算部。解析部对差拍信号进行频率解析，该差拍信号是根据通过具有多个接收天线的车载雷达依次发送的多个不同的频率的连续波、和各连续波被物体反射并由接收天线的各个接收到的接收波，按每个连续波的频率和每个接收天线而被生成的。方向推断部，按通过解析部中的频率解析确认了物体的存在的每个频率槽，推断反射波的到来方向。接收波形形成部，以在由方向推断部推断出的一个到来方向上具有指向性的方式，对与由接收天线的各个接收到的接收波对应的差拍信号进行加权，并按每个连续波的频率，形成接收波形。距离计算部，根据由接收波形形成部按每个连续波的频率形成的接收波形的相互的相位差，计算到物体的距离

根据本发明，通过接收波形形成部，形成抑制了来自朝向接收天线的指向性的方向以外的物体的反射波的接收波形。因此，即使在具有相同的相对速度的多个物体存在的情况下，已被形成的接收波形的相位成为主要也包含与到存在于朝向指向性的方向的物体的距离对应的相位成分。因此，即使在本车的周边存在具有相同的相对速度的多个物体的情况下，也能够高精度地计算到各物体的距离。

此外，技术方案记载的括弧内的符号表示与作为一个实施方式后述的实施方式中记载的具体的机构的对应关系，并不是限定本发明的技术范围。

附图说明

图1是表述雷达装置的整体构成的框图。

图2是表示双频CW雷达的发送频率以及接收频率的图。

图3是表示关于两个发送频率，从发送到接收的相位的变化的图。

图4是表示与两个发送频率对应的差拍信号的时序图。

图5是表示差拍信号的频谱的图。

图6是表示对物体进行检测的处理顺序的流程图。

图7是表示在车辆周边存在具有相同的相对速度的多个物体的情形的图。

图8是表示平坦的接收指向性的图。

图9是表示使指向性峰值朝向特定方的接收指向性的图。

图10是表示使用了DBF的频谱峰值的到来方向推断的图。

图11是表示使用了MUSIC的频谱峰值的到来方向推断的图。

图12是表示使用DBF而形成的接收指向性的图。

图13是表示使用DCMP而形成的接收指向性的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

＜整体构成＞

首先，参照图1对包含本实施方式的物体检测装置的雷达装置的结构进行说明。本实施方式的雷达装置具备1对毫米波雷达100、处理装置30，是检测存在于车辆的周边的物体的装置。在本实施方式中，处理装置30与物体检测装置相当。

如图7所示，1对毫米波雷达100被设置于车辆50的后端的保险杠的左右两端，被设定为将车辆50的后方的区域作为探查范围。各个毫米波雷达100具备：振荡器11、分配器12、发送天线部10、接收天线部20、接收开关25、混频器21、放大器22、LPF23以及A/D转换器24。而且，各个毫米波雷达100作为将频率f1、f2设为发送频率的双频CW雷达而动作。此外，LPF是Low Pass Filter(低通滤波器)的缩写，A/D转换器是模拟-数字转换器的简称。在本实施方式中，各个毫米波雷达100与车载雷达相当。

振荡器11是所谓的带PLL电路的电压控减振荡器，生成具有基于来自处理装置30的频率控制信号Cf的频率的毫米波段的信号。频率控制信号Cf是以通过处理装置30在恒定期间，发送规定的频率的雷达波的方式而被生成的信号。在本实施方式中，振荡器11以发送频率f1、f2的雷达波的方式，交替地接收两种频率控制信号Cf。频率f1与频率f2的差量Δf与频率f1和频率f2的中间频率fc相比是非常小的频率。此外，PLL是Phase Locked Loop(锁相回路)的简称，CW是Continuous Wave(连续波)即连续波的简称。

分配器12将振荡器11的输出电力分配为发送信号Ss和本地信号L，并将发送信号Ss向发送天线部10供给，将本地信号L向混频器21供给。发送天线部10具备发送毫米波段的雷达波的K个天线，根据发送信号Ss将作为CW的发送波朝向车辆50的后方放射。K是2以上的整数。详细地说发送天线部10以分时方式交替地放射频率f1的发送波Tw1和频率f2的发送波Tw2。

接收天线部20具备在水平方向被配置为一列的N个天线，接收从发送天线部10发送并被物体反射的雷达波。给N个天线分别分配频道ch1～chN。N是2以上的整数。如图2所示，由接收天线部20接收到的接收波Rw1的频率根据物体的相对速度，而从频率f1向频率f1+fd1进行了多普勒频移。同样，接收波Rw2的频率从频率f2向频率f2+fd2进行了多普勒频移。在图2中，示出了车辆50与物体接近的情况下的与相对速度对应的多普勒频移fd1、fd2。

接收开关25按顺序选择接收天线部20中的任一个天线，将来自已选择的天线的接收信号Sr向混频器21供给。混频器21将本地信号L混合于接收信号Sr而生成差拍信号B，将已生成的差拍信号B向放大器22供给。详细地说混频器21根据发送波Tw1以及接收波Rw1的信号生成差拍信号B1，根据发送波Tw2以及接收波Rw2的信号生成差拍信号B2。这里将差拍信号B1、B2统称为差拍信号B。放大器22对差拍信号B进行放大并向LPF23供给。

LPF23将A/D转换器24中的取样频率作为fs，从被放大器22放大了的差拍信号B中除去具有fs/2以上的频率的频率成分，而向A/D转换器24供给。A/D转换器24用取样频率fs对LPF23的输出进行取样并转换为数字数据亦即取样数据Db，将转换后的取样数据Db向处理装置30供给。详细地说A/D转换器24将对差拍信号B1进行了取样的取样数据Db1、和对差拍信号B2进行了取样的取样数据Db2交替地向处理装置30供给。这里将取样数据Db1、Db2统称为取样数据Db。因此，毫米波雷达100每一定期间交替地放射发送波Tw1和发送波Tw2，交替地取得取样数据Db1和取样数据Db2。

处理装置30具备：包含CPU、ROM、RAM以及I/O等的微机；对经由A/D转换器24而获取的数据执行FFT处理等的信号处理的运算处理装置。处理装置30的各功能通过CPU执行被存储于非迁移的实体记录介质的程序而被实现。在该例中，ROM与存储了程序的非迁移的实体记录介质相当。另外，通过该程序的执行，与程序对应的方法被执行。此外，FFT是FastFourier Transform(快速傅里叶变换)即快速傅立叶转换的简称。

处理装置30通过CPU执行程序，来执行解析处理、方向推断处理、接收波形形成处理、距离计算处理。处理装置30执行上述处理的方法并不限于软件，其中的一部分处理或者全部的处理也可使用组合了逻辑电路、模拟电路等的硬件来执行。

＜相对速度以及距离计算＞

毫米波雷达100作为CW雷达而进行动作。因此，差拍信号B的频率是多普勒频率，差拍信号B的峰值频率成分与物体相对于车辆50的相对速度Vr对应。如上所述，频率f1与频率f2的差量Δf与中间频率fc相比非常小，所以能够视为由相同的物体产生的多普勒频移fd1、与多普勒频移fd2相等。因此，fd1≈fd2，f1≈f2，所以相对速度Vr表示为下式(1)。C表示光速。

[数1]

另一方面，在图3中用圆内的箭头表示差拍信号B的相位。如图3所示，差拍信号B的相位根据电磁波的传播延迟时间而变化，所以差拍信号的相位包含距离信息。从发送时到接收时的期间的相位的变化量Δθ是发送波Tw1与接收波Rw1的相位的差量、以及发送波Tw2与接收波Rw2的相位的差量，成为差拍信号B1、B2的相位。此外，在图3中方便起见，在发送时，虽发送波Tw1、Tw2的相位一致，但由于需要的是相位的变化量Δθ，所以发送时的发送波Tw1、Tw2的相位也可不同。

图4表示与图3对应的差拍信号B1、B2的时序图。相位的变化量Δθ因发送时的频率f1、f2而不同，所以差拍信号B1的相位与差拍信号B2的相位产生相位差而且，对应相位差与距离R而言，由式(2)表示的关系成立。因此，若抽出相位差则能够计算距离R。如图5所示，只要检测与差拍信号B1的功率谱Spa1、以及差拍信号B2的功率谱Spb的峰值频率成分对应的相位，就能够根据该差求出相位差其中，若相位差是2π以上，则产生所谓的折回，对距离R产生歧义。

[数2]

＜物体检测处理＞

接下来，参照图6的流程图对处理装置30执行的物体检测处理进行说明。

首先，在步骤S10中，每一定期间地依次发送频率f1的发送波和频率f2的发送波。接着，在步骤S20中，按照每个频道且按照每个发送频率，取得差拍信号B的取样数据Db。即，取得分别对相对于频道ch1～chN的各频道而生成的N个差拍信号B1进行了取样的取样数据Db1、以及同样地分别对N个差拍信号B2进行了取样的取样数据Db2。

接着，在步骤S40中，按照每个频道且按照每个发送频率，对取样数据Db执行复数FFT处理。即，针对每个频道，对各个取样数据Db1、Db2执行复数FFT处理，计算N个功率谱Spa1和N个功率谱Spa2。

接着，在步骤S50中，将全频道并且全发送频率的功率谱加在一起来计算合成频谱Spb。即将N个功率谱Spa1与N个功率谱Spa2全部加在一起，计算合成频谱Spb。

接着，在步骤S50中，从合成频谱Spb抽出频谱功率是预先设定的阈值以上的峰值被检测的频率槽。即抽出与物体的相对速度对应的峰值频率成分。由此，物体相对于车辆50的相对速度被检测。此时，在车辆50的周边存在相对速度不同的多个物体的情况下，多个频率槽被抽出，多个相对速度被检测。在本实施方式中，步骤S30～S50的处理与执行解析部的功能的处理相当。

在存在于车辆50的周边的多个物体的相对速度全部不同的情况下，能够根据与被抽出了的各频率槽对应的差拍信号B1的相位与差拍信号B2的相位的相位差分别计算到各物体的距离R。例如如图8所示，能够根据从各频道的功率谱Spa1、Spa2抽出的相位差按每个频道、计算距离R1～RN，对距离R1～RN进行平均从而计算距离R。即在该情况下，能够将接收天线部20的指向性设为各频道的权重相等的平坦的接收指向性，来计算距离R。此外，x1(t)～xN(t)表示由频道ch1～chN分别生成的差拍信号B。

另一方面，如图7所示，在存在于车辆50的周边的物体α与物体β具有相同的相对速度Vr的情况下，与来自物体α的反射波对应的峰值频率成分、和与来自物体β的反射波对应的峰值频率成分在合成频谱Spb中被表示为相同的频率槽，无法分离。因此，在上述那样的平坦的接收指向性中，若根据被抽出的频率槽对应的相位差计算距离R，则对于计算出的距离R而言，到物体α的距离Rα和到物体β的距离Rβ成为不同的距离。在实际的道路环境中，在车辆50的周边存在具有相同的相对速度Vr的多个物体的情景较多，所以迫切期望即使在这样的情景下也高精度地计算到物体的距离。

因此，将接收天线部20的指向性不设为平坦的，使峰值朝向特定的方向。详细地说如图9所示，在计算距离Rα的情况下，在信号处理中仅制成使指向性的峰值朝向物体α的接收指向性，除去来自物体β的反射信号，仅抽出来自物体α的反射信号。若形成仅抽出了来自物体α的反射信号的接收波形，则能够从该接收波形的频谱高精度地抽出与距离Rα对应的相位差进而能够高精度地计算距离Rα。此外，W1～WN表示频道ch1～chN的复数权重。另外，y(t)是将差拍信号x1(t)～xN(t)乘以复数权重W1～WN并加在一起后的输出，即是在使接收天线部20的指向性的峰值朝向特定的方向的情况下被形成的接收波形。以下，将W1～WN作为W。

为了针对成为距离的计算对象的物体，形成朝向了接收天线部20的指向性的峰值的接收波形，需要成为计算对象的物体相对于车辆50存在的方向。因此，在步骤S60中，按合成频谱Spb中的每个峰值频率成分，即按确认了存在物体的每个频率槽，推断反射波相对于车辆50的到来方向。到来方向的推断方法可以是任意的方法。

例如也可使用扫描接收天线部20的主瓣而推断到来方向的、DBF那样的算法，来推断到来方向。另外，也可使用扫描接收天线部20的零点而高分辨率地推断到来方向的、MUSIC、ESPRIT那样的高分辨率到来方向推断算法，来推断到来方向。这里也可使用与频率f1对应的差拍信号B1来推断到来方向，也可使用与频率f2对应的差拍信号B2来推断到来方向。在本实施方式中，步骤S60的处理与执行方向推断部的功能的处理相当。

在物体α与物体β存在于接近的位置的情况下，如图10所示，若进行使用了DBF的到来方向推断，则存在将物体α与物体β作为一体的物体推断了到来方向的担忧。另一方面，如图11所示，若进行使用了MUSIC的到来方向推断，则能够使存在于接近的位置的物体α与物体β分离，而能够推断各自的到来方向。因此，虽优选使用高分辨率到来推断算法来推断到来方向，但由于相应地运算负荷变高，所以只要根据处理装置30的性能等来进行选择即可。此外，DBF是Digital Beam Forming(数字波束成形)的简称，MUSIC是Multiple SignalClassification(多重信号分类法)的简称。另外，ESPRIT是Estimation of SignalParametersvia Rotational Invariance Techniques(使用旋转不变技术估计信号参数)的简称。

接着，在步骤S70中，按每个推断出的到来方向亦即推断方向，以使接收天线部20的指向性的峰值朝向推断方向的方式，计算频道ch1～chN的复数权重W。而且，对在各频道中已生成的差拍信号B1分别乘以计算出的复数权重W并使其加在一起。同样，对在各频道中生成了的差拍信号B2分别乘以复数权重W并使其加在一起。此时，无论发送频率如何，只要使相对于相同的频道的复数权重相同即可。由此，按每发送频率，使用按每频道生成的差拍信号B，形成使天线部20的指向性的峰值朝向推断方向时的接收波形。

作为复数权重W的计算方法也可使用任意的方法。例如也可计算形成单纯的DBF指向性的复数权重W。另外，也可使用DCMP，计算形成使指向性的峰值朝向特定的物体的方向、并使零点指向性朝向其它的物体那样的、接收指向性的复数权重W。此外，DCMP是Directionally Constrained minimization of Power(方向约束最小化功率)、即方向约束功率最小化法的简称。在本实施方式中，步骤S70的处理与执行接收波形形成部的功能的处理相当。

图12以及图13表示在物体α存在于40deg方向、物体β存在于-70deg方向的情况下，将物体α作为距离的计算对象而形成的接收指向性。图12是使指向性的峰值朝向40deg方向的DBF指向性，图13是使指向性的峰值朝向40deg方向，并且使零点指向性朝向-70deg方向的DCMP指向性。使用DBF形成的接收波形不仅包含来自物体α的反射波还包含来自物体β的反射波。然后，能够从使用DCMP形成的接收波形除去来自物体β的反射波。因此，使用DCMP的一方能够高精度地计算距离。

因此，为了高精度地计算距离，更优选利用高分辨率到来方向算法来推断到来方向，使用DCMP来形成接收波形。然而，相应地运算负荷变高，所以也可利用DBF来推断到来方向，使用DCMP来形成接收波形，也可利用高分辨率到来方向算法来推断到来方向，使用DBF来形成接收波形。

接着，在步骤S80中，按每推断方向，使用已形成的接收波形来计算到物体的距离R。即针对按每发送频率形成的各个接收波形来执行FFT处理并抽出相位差根据已抽出的相位差计算距离R。通过至此的处理，按每个物体获得相对速度、方位、距离。在本实施方式中，步骤S80的处理与距离计算部的功能执行的处理相当。

接着，在步骤S90中，按每个物体，生成包含相对速度、方位、距离的物体信息。由此结束本处理。

＜效果＞

根据以上详述的本实施方式，能够得到以下的效果。

(1)按每个物体的相对速度，分别推断具有该相对速度的物体的方向。而且，按每个发送频率，形成将天线部20的指向性朝向了推断方向之一的情况下的接收波形。因此，即使在车辆50的周边存在具有相同的相对速度的多个物体的情况下，也能够高精度地抽出与到存在于朝向了指向性的方向的物体的距离对应的相位差因此，即使在车辆50的周边存在具有相同的相对速度的多个物体的情况下，也能够高精度地计算到各物体的距离R。

(2)使用方向约束功率最小化法来形成接收波形，由此形成仅抽出了来自距离的计算对象亦即物体的反射波的接收波。因此，能够高精度地计算到作为计算对象的物体的距离。

(3)组合高分辨率到来方向推断算法、和方向约束功率最小化法，由此能够高精度地计算到作为计算对象的物体的距离。

[其它实施方式]

以上，虽对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式，能够作为各种变形来实施。

(a)在上述实施方式中，毫米波雷达100虽作为双频CW雷达而进行动作，但并不限于此。毫米波雷达100也可作为3频以上的多频CW而进行动作。

(b)在上述实施方式中，虽根据合成频谱Spb检测出相对速度，但也可根据功率谱Spa1、Spa2的任一个、或者平均功率谱检测出相对速度。

(c)也可利用多个构成要素来实现上述实施方式中的一个构成要素所具有的多个功能，或利用多个构成要素来实现一个构成要素所具有的一个功能。另外，也可利用一个构成要素来实现多个构成要素具有的多个功能，或利用一个构成要素来实现由多个构成要素实现的一个功能。另外，也可省略上述实施方式的结构的一部分。另外，也可将上述实施方式的结构的至少一部分附加到其它的上述实施方式的结构或者置换为其它的上述实施方式的结构。此外，由技术方案所记载的文字所确定的技术思想所含的所有实施方式均是本发明的实施方式。

(d)除了上述的物体检测装置以外，能够利用将该物体检测装置作为构成要素的系统、作为该物体检测装置而用于使计算机发挥功能的程序、记录了该程序的半导体存储器等的非迁移的实态的记录介质、物体检测方法等各种形态来实现本发明。

Claims (3)

1.一种物体检测装置，是以检测车辆(50)周边的物体的方式构成的物体检测装置(30)，其具备：

解析部(S30～S50)，其对差拍信号进行频率解析，该差拍信号是根据通过具有多个接收天线(20)的车载雷达(100)依次发送的多个不同的频率的连续波、和各连续波被上述物体反射并由上述各个接收天线接收到的接收波，按每个上述连续波的频率和每个上述接收天线而被生成的；

方向推断部(S60)，其按通过上述解析部的频率解析确认了物体的存在的每个频率槽，推断反射波的到来方向；

接收波形形成部(S70)，其以在由上述方向推断部推断出的一个到来方向上具有指向性的方式，对与由上述各个接收天线接收到的上述接收波对应的上述差拍信号进行加权，按每个上述连续波的频率，形成接收波形；以及

距离计算部(S80)，其根据由上述接收波形形成部按每个上述连续波的频率形成的接收波形的相互的相位差，计算到上述物体的距离。

2.根据权利要求1所述的物体检测装置，其中，

上述接收波形形成部构成为，使指向性的峰值朝向由上述方向推断部推断出的上述到来方向中、作为上述距离的计算对象的上述物体存在的方向，使指向性的零点朝向其它的上述物体存在的方向，形成上述接收波形。

3.根据权利要求1或2所述的物体检测装置，其中，

上述方向推断部构成为使用高分辨率到来方向推断算法来推断上述到来方向。