CN109154652B - 速度检测装置 - Google Patents

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Abstract

速度检测装置(10)具备速度检测部(S20)、候补检测部(S30～S60)、范围设定部(S70)、以及选择部(S80)。范围设定部将相对速度的观测范围设定在与由速度检测部检测到的车辆速度对应的范围并且小于与脉冲的反复周期对应的奈奎斯特速度的2倍的宽度的范围。选择部选择由候补检测部检测到的相对速度的候补中的进入由范围设定部设定的观测范围的候补作为相对速度。

Description

速度检测装置
相关申请的交叉引用
本国际申请主张基于2016年5月18日向日本专利局提出的日本专利申请第2016－099849号的优先权，并通过参照将日本专利申请第2016－099849号的全部内容引用到本国际申请。
技术领域
本公开涉及根据车载多普勒雷达的接收信号检测物标的相对速度的速度检测装置。
背景技术
一般来说，多普勒雷达发送基于被调制为固定宽度的脉冲状并且以固定的周期反复的发送信号的雷达波，并接收来自反射雷达波的物标的反射波。作为例子，在FMCW方式的多普勒雷达中，混合发送信号和接收信号，生成具有各脉冲的相位信息的混合信号，从而能够检测与2个脉冲的相位差对应的相对速度。但是，若相位差超过±180°，则产生相对速度的折叠(折返し)而相对速度产生模糊。与180°的相位差对应的相对速度被称为奈奎斯特速度。
因此，如下述非专利文献1所记载那样，使用了通过以两种周期交替地发送相同的脉冲，来放大奈奎斯特速度，减少相对速度的模糊的技术。
非专利文献1:David P.Jorgensen,Tom R.Shepherd,and Alan S.Goldstein,2000:A Dual-Pulse Repetition Frequency Scheme for Mitigating VelocityAmbiguities of the NOAA P-3 Airborne Doppler Radar.J.Atmos.Oceanic Technol.,17,585-594
在使用两种反复周期的情况下，必须针对每个反复周期将脉冲分开处理。因此，发明者详细研究的结果发现了与使用一种反复周期的情况相比，可以相干积分的反射脉冲的数量减少，基于相干积分的S/N比的改善程度降低这样的课题。
发明内容
本公开的一个方面希望可提供能够使用1种脉冲反复周期来唯一地检测物标的相对速度的速度检测装置。
本公开的一个方面涉及一种速度检测装置，根据由发送雷达波并接收来自反射雷达波的物标的反射波的车载雷达接收到的接收信号来检测物标相对于搭载有上述车载雷达的车辆的相对速度，上述雷达波基于被调制成固定宽度的脉冲状并且以固定的周期反复的发送信号，在上述速度检测装置中，具备速度检测部、候补检测部、范围设定部、以及选择部。速度检测部检测车辆速度。候补检测部检测与接收信号所包含的多个脉冲的相位差对应的相对速度的候补。范围设定部将相对速度的观测范围设定在与由速度检测部检测到的车辆速度对应的范围并且小于与脉冲的反复周期对应的奈奎斯特速度的2倍的宽度的范围。选择部选择由候补检测部检测到的相对速度的候补中的进入由范围设定部设定的观测范围的候补作为相对速度。
一般而言，根据车辆速度决定应该注意具有怎样的相对速度的物标，所以即使根据车辆速度限定相对速度的观测范围，也不妨碍观测应该注意的物标。而且，通过限定相对速度的观测范围，能够将观测范围设定在小于奈奎斯特速度的2倍的宽度的范围，所以能够从检测到的相对速度的候补中唯一地选择进入观测范围的相对速度。即，能够使用1种反复频率来唯一地检测适当的物标的相对速度作为观测对象。
此外，权利要求书所记载的括号内的附图标记表示与作为本公开的一个方式后述的实施方式所记载的具体单元的对应关系，并不限定本公开的技术范围。
附图说明
图1是表示雷达装置的构成的框图。
图2是表示发送信号的波形的图。
图3是表示IF信号的各脉冲的相位的图。
图4是表示相对速度的折叠的图。
图5是表示对于本车速度的观测范围的图。
图6是表示检测相对速度的处理顺序的流程图。
图7是示意性地表示对于IF信号的第一次的FFT处理的图。
图8是示意性地表示以时间序列排列通过第一次的FFT处理计算出的各脉冲的频谱的状态的图。
图9是示意性地表示以时间序列排列通过第一次的FFT处理计算出的各脉冲的频谱，并以距离为单位执行第二次的FFT处理的结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本公开的示例性的实施方式进行说明。
＜构成＞
首先，参照图1对雷达装置1的构成进行说明。雷达装置1具备振荡器11、放大器12、分配器14、发送天线16、接收天线部20、接收开关21、放大器22、混频器23、滤波器24、以及A/D转换器25，是安装于车辆的毫米波雷达。
振荡器11根据来自处理装置10的指令，生成将频率fc、波长λc的毫米波段的高频信号调制成固定宽度的脉冲状并且以固定的反复周期ΔT反复的调制信号。各脉冲是相干脉冲，如图2所示，形成各脉冲的高频信号的频率在规定的频带内被调制为以固定的比例直线减少。因此，发送信号Ss与接收信号Sr的频率的差量包含由与到物标的距离对应的从发送到接收的时间所引起的频率的变化量、和由多普勒频移所引起的频率的变化量。但是，各脉冲的宽度为频率的减少斜率足够大这样窄的宽度，与到物标的距离对应的频率的变化量比由多普勒频移所引起的频率的变化量大得多。因此，单一脉冲内的由多普勒频移所引起的频率的变化量能够无视。放大器12放大振荡器11生成的调制信号。分配器14将放大器12的输出电力分配为发送信号Ss和本地信号L。发送天线16放射与发送信号Ss对应的雷达波。
接收天线部20包括n个接收天线，各接收天线的波束宽度均被设定为包括发送天线16的整个波束宽度。各接收天线分别分配为CH1～CHn。此外，n是自然数。接收开关21依次选择接收天线部20所包含的n个接收天线的任意一个，将来自选择出的接收天线的接收信号Sr供给到接收天线的后段。放大器22放大从接收开关21供给的接收信号Sr。
混频器23将被放大器22放大后的接收信号Sr和与发送信号Ss相同的信号亦即本地信号L混合，来生成中间频率信号(以下，IF信号)。这里，作为IF信号，生成以接收信号Sr与本地信号L的频率的差量为频率的低频侧的IF信号、和以接收信号Sr与本地信号L的频率之和为频率的高频侧的IF信号。滤波器24是低通滤波器，除去混频器23生成的IF信号中的高频侧的IF信号，输出低频侧的IF信号。在本实施方式中，低频侧的IF信号相当于混合信号。A/D转换器25对从滤波器24输出的IF信号进行取样并转换为数字数据Da。
处理装置10具备微型计算机，并且具备用于对数字数据Da执行高速傅立叶转换(以下，FFT)处理等的DSP等运算处理装置。处理装置10通过CPU执行储存于ROM等非过渡实体记录介质的程序，来实现速度检测部、候补检测部、范围设定部、以及选择部的功能。这些功能的一部分或者全部也可以使用组合逻辑电路或模拟电路等的硬件来实现。另外，处理装置既可以具备一个微型计算机，也可以具备多个微型计算机。处理装置10控制振荡器11的启动以及停止、A/D转换器25的取样。另外，处理装置10根据车速传感器50的测量值检测本车速度Vs，使用检测到的本车速度Vs，根据数字数据Da检测物标的相对速度Vr，并且检测从本车辆到物标的距离、物标的方位等物标信息。在本实施方式中，处理装置10相当于车速检测装置。
＜相对速度的折叠＞
接下来，对相对速度Vr的折叠进行说明。这里，对根据脉冲i－2～i+2计算相对速度Vr的情况进行说明。
在接收到被位于距雷达装置1距离Re的物标反射的反射波的情况下，接收信号的相位θ从发送信号的相位θ0变化4πRe/λc的量。因此，相位的时间变化如以下的式(1)表示。
[式1]
Figure BDA0001868341490000041
这里，若将多普勒频率设为fd，则dθ/dt与多普勒角频率即2πfd相等。另外，dRe/dt与多普勒速度即物标的相对速度Vd相等。因此，式(1)能如式(2)那样表示。
[式2]
Figure BDA0001868341490000051
如图3所示，各脉冲的相位通过多普勒效应旋转。若将连续的脉冲间的相位差即ΔT的期间中的相位差设为Δθ，则Δθ＝dθ/dt×ΔT。因此，相对速度Vd如式(3)那样表示。
[式3]
Figure BDA0001868341490000052
这里，能够测量的多普勒频率fd的最大频率fdmax为通过取样定理进行取样的频率的一半，即作为数据间隔的周期ΔT的倒数的一半，所以fdmax＝1/2ΔT。多普勒频率fd为最大频率fdmax是相位差Δθ的大小为180°时。若多普勒频率fd大于最大频率fdmax，即若相位差Δθ的大小大于180°，则相对速度Vd产生折叠。不产生折叠的最大速度亦即奈奎斯特速度Vn为Vn＝λd/4ΔT。而且，真实的相对速度Vr如式(4)那样表示。m是包括负值的整数，是所谓的奈奎斯特数。此外，以下，将测量出的相对速度Vd称为测量值Vd，将真实的相对速度Vr称为相对速度Vr。
[式4]
Vr＝Vd+m×2Vn (4)
如图4所示，在周期ΔT无限接近0的情况下，不产生折叠，始终为相对速度Vr＝测量值Vd。然而，在雷达装置1这样的脉冲雷达中，周期ΔT具有一定程度的宽度，例如几十μs的宽度，所以实际上，若相对速度Vr变大则产生折叠。因此，需要将测量值Vd修正为相对速度Vr。此时，除非奈奎斯特数被唯一地决定，否则相对速度Vr产生模糊。因此，设定相对速度Vr的观测范围Rg。
＜观测范围的设定＞
接下来，对观测范围Rg的设定方法进行说明。图5示出设定的观测范围Rg。这里，相对速度Vr＝物标的速度－本车速度Vs，当物标的速度在与本车速度Vs相同的方向上大于本车速度Vs的情况下，相对速度Vr为正值。通常，根据本车速度Vs决定应该注意具有怎样的相对速度Vr的物标，所以根据本车速度Vs限定观测范围Rg。详细而言，以满足如下的(1)～(3)的条件的方式设定观测范围Rg。并且，为了唯一地决定奈奎斯特数，观测范围Rg设定为小于奈奎斯特速度Vn的2倍的宽度的范围。
条件(1)：在本车速度Vs小于预先设定的速度阈值的情况下，使观测范围Rg比预先设定的基准范围窄。速度阈值设定为车辆的慢行速度程度的值，例如10km/h。另外，基准范围是小于奈奎斯特速度Vn的2倍的宽度的范围，是对于作为基准的本车速度Vs，例如50km/h设定的观测范围Rg。另外，也可以构成为本车速度Vs越小，观测范围Rg越窄。
本车速度Vs小于速度阈值的行驶环境是停车场或路口等，在这样的行驶环境中在本车辆的周围存在的物标是相对速度Vr的大小较小的行人或慢行车辆等。因此，在本车速度Vs小于速度阈值的情况下，即使使观测范围Rg比基准范围窄也无碍。通过使观测范围Rg变窄，减少因噪声引起的错误检测。
条件(2)：本车速度Vs越大，越减小观测范围Rg的上限值。本车速度Vs越大，超越本车辆的其他车辆的相对速度Vr越小。例如，认为在本车辆以50km/h的本车速度Vs行驶的情况下，即使存在以50km/h的相对速度Vr超过本车辆的其他车辆，在本车辆以150km/h的本车速度Vs行驶的情况下，也不存在以50km/h的相对速度Vr超越的其他车辆。在本车辆以150km/h的本车速度Vs行驶的情况下，能够观测到20km/h左右的相对速度Vr即可。因此，即使本车速度Vs越大，越减小观测范围Rg的上限值也无碍。
条件(3)：使得与使本车速度Vs为负的值相等的相对速度Vr进入。具有与使本车速度Vs为负的值相等的相对速度Vr的物标是静止物。在图5中，由虚线表示静止物的相对速度Vr。在任何行驶环境中静止物被观测的情况都较多。因此，若静止物的相对速度Vr折叠，识别为具有速度的移动物，则有可能错误地跟踪静止物。因此，将观测范围Rg设定为静止物的相对速度Vr不折叠的范围，而不将静止物错误识别为移动物。
在本实施方式中，预先作成图5所示这样的对于本车速度Vs的观测范围Rg的图，存储于ROM等存储装置。图作成到本车速度Vs的假定的最高速度，例如200km/h即可。
＜相对速度检测＞
接下来，参照图6的流程图对检测物标的相对速度Vr的处理顺序进行说明。每次检测到IF信号，都由处理装置10执行本处理顺序。
首先，在S10中，获取对IF信号进行取样得到的数字数据Da。
接着，在S20中，根据车速传感器50的测量值检测本车速度Vs。
接着，在S30中，对在S10中获取到的数字数据Da进行相干积分。若将相干积分的脉冲数设为Ni，则相干积分时间Ti为Ti＝NiΔT。相干积分时间Ti是视为物标没有变动的时间，需要比雷达的距离分辨率ΔR＝c/ΔF小得多。例如，在ΔF为300MHz，物标的相对速度Vr为50m/s的情况下，优选相干积分时间Ti为小于10ms的值。此外，c是光速，ΔF是相干积分时间Ti中的发送频率的频率变化量。首先，如图7所示，对每个脉冲进行频率解析，具体而言，进行FFT处理。由此，对每个脉冲，计算出对于距离Re的频谱。
接着，在S40中，如图8所示，按时间序列排列在S30中计算出的每个脉冲的频谱，对于以时间序列排列的频谱，以规定的距离宽度为单位进行FFT处理。由此，如图9所示，计算出对于距离Re以及测量值Vd的频谱。在图9中，为了方便，由二维平面表示，但实际上为三维数据。
接着，在S50中，根据S40的FFT处理结果检测距离Re以及测量值Vd。该测量值Vd被检测为－Vn～Vn的范围的值。
接着，在S60中，根据在S50中检测到的测量值Vd和式(4)计算相对速度Vr的候补值。例如，使奈奎斯特数为－5～5，计算多个相对速度Vr的候补值。
接着，在S70中，参照预先作成的对于本车速度Vs的观测范围Rg的图，设定与在S20中检测到的本车速度Vs对应的观测范围Rg。
接着，在S80中，选择在S60中计算出的相对速度Vr的候补值中的进入在S70中设定的观测范围Rg的候补值作为相对速度Vr。如上所述，观测范围Rg设定为小于奈奎斯特速度Vn的2倍的宽度的范围，所以能够从多个候补值中唯一地选择相对速度Vr。以上，结束本处理。
此外，对于物标的方位推断省略了说明，但通过MUSIC等公知方法，也能够推断物标的方位。另外，在本实施方式中，S20相当于速度检测部的功能所执行的处理，S30～S60相当于候补检测部的功能所执行的处理。另外，S70相当于范围设定部的功能所执行的处理，S80相当于选择部的功能所执行的处理。
＜效果＞
根据以上说明的本实施方式，能得到以下的效果。
(1)通过将观测范围Rg设定在与本车速度Vs对应的范围，并且小于奈奎斯特速度Vn的2倍的宽度的范围，从而能够使用1种周期ΔT来唯一地检测适当的物标的相对速度Vr作为观测对象。
(2)在本车速度Vs小的情况下，使观测范围Rg变窄，从而能够减少因噪声引起的错误检测，使相对速度Vr的检测精度提高。
(3)通过本车速度Vs越大，越减小观测范围Rg的上限值，能够从观测范围Rg排除不适当的物标作为观测对象，高效地设定观测范围Rg。特别是，本车速度Vs越大，静止物的相对速度Vr的大小越大，所以不得不减小观测范围Rg的下限值，但能够通过减小上限值，而将下限值限制在唯一决定相对速度Vr的范围内。
(4)通过将观测范围Rg设定为使得与使本车速度Vs为负的值相等的相对速度Vr进入，能够防止或者抑制将静止物错误识别为移动物来跟踪。
(其他的实施方式)
以上，对用于实施本公开的方式进行了说明，但本公开并不局限于上述的实施方式，能够进行各种变形来实施。
(a)在上述实施方式中，对于由FMCW方式的雷达接收的IF信号进行2阶段的FFT处理，检测测量值Vd和距离Re，但本公开并不局限于此。若是能够检测脉冲间的相位的雷达方式则也可以使用任何方式。
(b)在上述实施方式中，将在发送信号的各脉冲内形成的高频信号的频率调制为直线性减少，但也可以调制为直线性增加。另外，高频信号的频率也可以不调制。
(c)观测范围Rg也可以不设定为满足全部条件(1)～(3)。观测范围Rg也可以设计为仅满足条件(1)～(3)中的1个或者2个。
(d)也可以代替存储对于本车速度Vs的观测范围Rg的图，而存储对于本车速度Vs的观测范围Rg的关系式，根据检测出的本车速度Vs和关系式设定与本车速度Vs对应的观测范围Rg。
(e)也可以通过多个构成要素实现上述实施方式中的一个构成要素具有的多个功能，或者通过多个构成要素实现一个构成要素具有的一个功能。另外，也可以通过一个构成要素实现多个构成要素具有的多个功能，或者通过一个构成要素实现由多个构成要素实现的一个功能。另外，也可以省略上述实施方式的构成的一部分。另外，也可以将上述实施方式的构成的至少一部分相对于其他的上述实施方式的构成附加或者置换。此外，仅由权利要求书所记载的语句确定的技术思想所包含的所有方式是本公开的实施方式。
(f)除了上述的速度检测装置，也能够以将该速度检测装置作为构成要素的系统、用于使计算机作为该速度检测装置发挥作用的程序、记录该程序的半导体存储器等非过渡实体记录介质、速度检测方法等各种形式来实现本公开。

Claims (5)

1.一种速度检测装置，是根据由发送雷达波并接收来自反射上述雷达波的物标的反射波的车载雷达接收到的接收信号来检测上述物标相对于搭载有上述车载雷达的车辆的相对速度的速度检测装置，上述雷达波基于被调制成固定宽度的脉冲状并且以固定的周期反复的发送信号，
其中，具备：
速度检测部，其构成为对上述车辆的车辆速度进行检测；
候补检测部，其构成为对与上述接收信号所包含的多个脉冲的相位差对应的上述相对速度的候补进行检测；
范围设定部，其构成为将上述相对速度的观测范围设定在与由上述速度检测部检测到的上述车辆速度对应的范围、且设定在小于与上述脉冲的反复周期对应的奈奎斯特速度的2倍的宽度的范围；以及
选择部，其构成为选择由上述候补检测部检测到的上述相对速度的候补中的进入由上述范围设定部设定的上述观测范围的候补来作为上述相对速度。
2.根据权利要求1所述的速度检测装置，其中，
上述范围设定部构成为在由上述速度检测部检测到的上述车辆速度小于预先设定的速度阈值的情况下，将上述观测范围设定为比预先设定的基准范围窄、或者上述车辆速度越小，上述观测范围越窄。
3.根据权利要求1或者2所述的速度检测装置，其中，
上述范围设定部构成为由上述速度检测部检测到的上述车辆速度越大，将上述观测范围的上限值设定得越小。
4.根据权利要求1或者2所述的速度检测装置，其中，
上述范围设定部构成为将上述观测范围设定为使得与使上述车辆速度为负后的值相等的上述相对速度进入。
5.根据权利要求3所述的速度检测装置，其中，
上述范围设定部构成为将上述观测范围设定为使得与使上述车辆速度为负后的值相等的上述相对速度进入。
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