CN109196374B - 目标检测装置 - Google Patents

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Abstract

目标检测装置具备目标检测部、跟踪部、接收趋势判定部(S230)以及目标判定部(S240、S250)。接收趋势判定部(S230)基于跟踪部对对象目标的跟踪结果，判定相对于从车辆到对象目标的距离的来自对象目标的反射波的接收功率的趋势。目标判定部(S240、S250)在通过接收趋势判定部(S230)，判定为不管到对象目标的距离如何都处于接收功率恒定的趋势的情况下，判定为对象目标是车辆能够钻过的高位目标。

Description

目标检测装置
相关申请的交叉引用
本国际申请基于在2016年6月2日向日本专利厅申请的日本专利申请第2016－110840号，主张其优先权的利益，通过参照来将日本专利申请第2016－110840号的全部内容引用到本国际申请。
技术领域
本公开涉及生成与存在于车辆的行进方向的目标有关的信息的目标检测装置。
背景技术
已知有通过发送和接收雷达波，来检测与目标的距离、目标相对于车辆的相对速度、目标的方位这样的与反射了雷达波的目标相关的信息的车载雷达装置。作为这种车载雷达装置，如下述专利文献1所记载的装置那样，有针对经过多个测定周期连续地检测出的目标，根据其接收功率的功率分布，详细而言零点(Null point)的产生模式，来推断目标距离路面的高度的结构。
专利文献1:日本特开2011－17634号公报
然而，零点是受到多径的影响而接收功率大幅降低的点，以与目标距离路面的高度相应的距离间隔产生。具体而言，由于在目标位于路面的情况下，在来自目标的反射波中不会产生多径现象，所以在来自位于路面的目标的反射波的接收功率中不会产生零点。另一方面，在目标位于比路面高的位置的情况下，目标的高度越高，多径现象中的路径差越大，产生零点的距离间隔越窄。而且，若目标所存在的高度为某一高度以上，则不会产生零点。因此，发明人详细研究的结果发现如下技术问题：即使使用零模式(Null pattern)，也可能发生无法正确地识别检测出的目标是否是能够钻过的高位目标。
发明内容
本公开的一个方面希望能够提供一种可高精度地识别车辆能够钻过的高位目标的目标检测装置。
本公开的一个方面是目标检测装置，具备目标检测部、跟踪部、接收趋势判定部、以及目标判定部。目标检测部按照每个预先设定的测定周期，根据雷达传感器的检测结果，来检测存在于车辆的行进方向的目标，其中，上述雷达传感器发送和接收雷达波来检测反射上述雷达波的反射点的位置以及速度。跟踪部跟踪由目标检测部遍及多个测定周期检测出的目标亦即对象目标。接收趋势判定部基于跟踪部对对象目标的跟踪结果，判定相对于从车辆到对象目标的距离的来自对象目标的反射波的接收功率的趋势。目标判定部在通过接收趋势判定部判定不管到对象目标的距离如何，都处于接收功率恒定的趋势的情况下，判定为对象目标是车辆能够钻过的高位目标。
距离天线越远，从天线放射出的雷达波束的宽度越宽。因此，存在于距离车辆远方的高位目标能够捕捉放射出的雷达波束，但存在于车辆的附近的高位目标脱离所放射的雷达波束。因此，来自存在于车辆可钻过的高度的高位目标的反射波的接收功率是由于车辆与目标的距离变短引起的接收功率的上升量与由于高位目标脱离雷达波束引起的接收功率的下降量相抵消，不管到目标的距离如何都成为恒定的趋势。与此相对，由于来自其它车辆、窨井等存在于车辆不能钻过的高度的目标的反射波的接收功率即使车辆接近目标，目标也不会脱离雷达波束，所以处于车辆越接近目标，接收功率越上升的趋势。通过利用这样的特征，能够通过判定接收功率相对于到目标的距离的趋势这样的简易的方法，高精度地判定是否是车辆能够钻过的对象目标。
此外，权利要求书所记载的括号内的附图标记是表示与作为本公开的一个方式后述的实施方式中所记载的具体的单元的对应关系的内容，并不是限定本公开的技术范围的内容。
附图说明
图1是表示车辆控制系统的结构的框图。
图2是表示生成目标信息的处理顺序的流程图。
图3是表示判定目标的高度的处理顺序的流程图。
图4是表示判定目标的进深的处理顺序的流程图。
图5是表示基于来自具有进深的目标的反射波的峰值的形状的图。
图6是例示具有进深的目标的反射点，并且说明在求代表对、进深判定值时所使用的条件的说明图。
图7是按照时间序列表示与能够钻过的目标和不能钻过的目标的距离、以及来自这些目标的反射波的接收强度的图表。
图8是表示本车辆与中位目标的位置关系、与中位目标的距离、以及进深方向的对数的变化的图。
图9是表示本车辆与低位目标的位置关系、与低目标的距离、以及进深方向的对数的变化的图。
图10是表示本车辆与高位目标的位置关系、与高位目标的距离、以及进深方向的对数的变化的图。
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。
(第一实施方式)
＜整体结构＞
应用了本公开的车辆控制系统搭载于车辆，如图1所示，具备车间控制ECU30、发动机ECU32、以及制动ECU34。各ECU30、32、34经由LAN通信总线相互连接。另外，各ECU30、32、34均具备微型计算机，该微型计算机具备CPU、ROM、RAM、以及闪存等半导体存储器。另外，各ECU30、32、34均具备用于至少经由LAN通信总线进行通信的总线控制器。另外，在车间控制ECU30连接有未图示的警报蜂鸣器、巡航控制开关、目标车间设定开关等，并且连接有雷达传感器1。
雷达传感器1是FMCW方式的毫米波雷达，是通过发送和接收经过调频后的毫米波段的雷达波，来识别前行车辆、路边物体等目标的装置。而且，雷达传感器1生成与识别出的目标(以下，识别目标)相关的信息亦即目标信息，并发送至车间控制ECU30。FMCW是Frequency Modulated Continuous Wave(调频连续波)的简称。
此外，目标信息中包含与识别目标的距离、识别目标相对于车辆的相对速度、识别目标所处的方位、车辆与识别目标的碰撞可能性的高低、与车辆的碰撞可能性较高的识别目标的高度、宽度等尺寸的推断值等。
＜雷达传感器的结构＞
接下来，对雷达传感器1的结构进行详细说明。雷达传感器1具备振荡器10、放大器12、分配器14、发送天线16、接收天线部20、放大器22、混频器23、滤波器24、A/D转换器25以及信号处理部26。
振荡器10根据来自信号处理部26的指令起动，生成被调制为具有相对于时间而言频率直线增加的上升区间以及频率直线减少的下降区间的毫米波段的高频信号。放大器12对振荡器10生成的高频信号进行放大。分配器14将放大器12的输出配电为发送信号Ss和本地信号L。发送天线16放射与发送信号Ss相应的雷达波。
接收天线部20包含接收雷达波的n个接收天线。各天线被设定为其波束宽度均包含发送天线16的波束宽度整体，各天线中分配有CH1～CHn。n是1以上的整数。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，并将来自选择出的接收天线的接收信号Sr供给至接收天线部20的后段。
放大器22对从接收开关21供给的接收信号Sr进行放大。混频器23将被放大器22放大后的接收信号Sr和从分配器14供给的本地信号L混合，生成差拍信号BT。滤波器24从混频器23生成的差拍信号BT中除去不必要的信号成分。A/D转换器25对滤波器24的输出取样并转换为数字数据。
信号处理部26控制振荡器10的起动或者停止、通过A/D转换器25的差拍信号BT的取样。另外，信号处理部26进行与车间控制ECU30的通信、使用取样数据的信号处理，并接收信号处理所需要的车速等信息、或发送作为该信号处理的结果获得的目标信息。
信号处理部26具备微型计算机，该微型计算机具备CPU、ROM、RAM以及闪存等半导体存储器。进一步，信号处理部26具备用于对从A/D转换器25获取的数据，执行高速傅立叶变换(以下，FFT)处理等的DSP等运算装置。
信号处理部26作为信号处理的功能的一部分，由CPU执行非过渡性实体的记录介质中储存的程序，来实现物体检测部、跟踪部、接收趋势判定部、目标判定部以及判定值计算部的功能。实现这些功能的方法并不限于软件，也可以使用对逻辑电路、模拟电路等组合而成的硬件来实现其一部分或者全部的功能。此外，信号处理部26可以具备一个微型计算机，也可以具备多个微型计算机。
＜目标信息生成处理＞
接下来，参照图2所示的流程图对生成目标信息的处理顺序进行说明。信号处理部26将雷达波的一个调制周期作为测定周期，按照每个测定周期反复执行本处理顺序。
首先，在S110中，对在前一次的测定周期期间积蓄的一个调制周期量的取样数据，执行频率解析处理具体而言FFT处理，并对每个频道CH1～CHn并且雷达波的上升以及下降的每个区间，计算差拍信号BT的功率谱。
接着，在S120中，进行提取在S110中计算出的功率谱上成为峰值的频率成分(以下，峰值频率成分)的峰值搜索。此外，在通过该峰值搜索提取的峰值频率成分中，有适合后述的S180中的预测值的峰值频率成分和除此以外的峰值频率成分。在不存在适合预测值的峰值频率成分的情况下，视为被埋入噪声、其它峰值频率成分并进行峰值频率成分的外推。此外，所谓的适合意味着在预先设定的允许范围内一致。另外，进行外推后的峰值频率成分的信号电平设定为零或噪声电平。
接着，在S130中，对在S120中提取出的峰值频率成分中除去被进行外推的峰值频率以外的每个峰值频率成分并且每个调制区间，执行求出产生该峰值频率的反射波的到来方向的方位运算处理。具体而言，对从各频道CH1～CHn收集的n个相同频率的峰值频率成分，实施频率解析处理，具体而言FFT处理或者MUSIC等超分辨率法。
接着，在S140中，执行配对处理。配对处理是设定在S120中提取出的上升调制时的峰值频率成分和下降调制时的峰值频率成分的组合的处理。具体而言，对于在S120中提取出的峰值频率成分的信号电平、在S130中计算出的到来方向，组合几乎一致的2个峰值，详细而言，2个峰值之差为预先设定的一致判定阈值以下的2个峰值。进一步，对于所设定的各组合，使用FMCW雷达中的公知的方法来计算距离、相对速度，并仅登录该计算距离以及计算速度小于预先设定的上限距离以及上限速度的组合，作为正式的对，即雷达波的反射点。
接着，在S150中，对在本次的测定周期中在S140中登录的每个对(以下，本周期对)，执行历史跟踪处理。历史跟踪处理是判定本周期对是否表示与在前一次的测定周期中在S140中登录的对(以下，前一周期对)相同的目标，即是否具有历史连接的处理。
具体而言，基于前一周期对的信息，计算与前一周期对对应的本周期对的预测位置以及预测速度，并计算该预测位置以及预测速度与根据本周期对求出的检测位置以及检测速度的差值亦即位置差值以及速度差值。而且，在计算出的位置差值以及速度差值小于预先设定的上限值亦即上限位置差以及上限速度差的情况下，判断为有历史连接。进一步，将被判断为遍及多个测定周期，例如5个周期具有历史连接的对识别为目标。此外，向本周期对依次移交具有历史连接的前一周期对的信息，例如，历史连接的次数、后述的外推计数器、外推标志等。
接着，在S160中，将在本周期的S150中识别出的目标作为本周期目标，将在前一周期的S150中识别出的目标作为前一周期目标，来执行目标外推处理。目标外推处理是若有与本周期目标没有历史连接的前一周期目标，则基于针对该前一周期目标的预测值生成外推对，并将所生成的外推对添加至本周期目标的处理。
此外，对各本周期目标，设定表示外推的有无的外推标志GF、表示连续地外推的次数的外推计数器。在本周期目标是实际检测出的实对的情况下，外推标志GF以及外推计数器被清零，在本周期目标是外推对的情况下，外推标志GF被置1，并且外推计数器自加1。而且，在外推计数器的计数值达到预先设定的废弃阈值的情况下，将该目标作为丢失的目标废弃。
接着，在S170中，对于在S150以及S160中登录的本周期目标的每一个，执行求出应在下一周期检测的峰值频率、应检测的方位角度的下一周期目标预测处理。
接着，在S180中，基于在上述的S110～S170中获得的信息以及从车间控制ECU30获得的车速信息，执行判定静止目标的高度的高度判定处理。此外，对于高度判定处理的详细内容后述。
接着，在S190中，对识别出的每个目标，生成由该目标的速度、位置、方位角度、以及在S180中推断出的高度构成的目标信息，并将生成的目标信息发送至车间控制ECU30。通过以上结束本处理。此外，在本实施方式中，S110～S150的处理相当于目标检测部执行的处理。另外，S150～S170的处理相当于跟踪部执行的处理。
＜高度判定处理＞
接下来，参照图3所示的流程图对在之前的S180中执行的高度判定处理的详细内容进行说明。
首先，在S210中，将判断为遍及多个周期具有历史连接的对，并且，与静止的目标对应的对作为静止对，来判断是否存在未进行后述的S220～S260的处理的未处理的静止对。静止的对为例如相对速度为本车速的±5km/h以内的对。若不存在未处理的静止对，则直接结束本处理。
在存在未处理的静止对的情况下，在S220中，从未处理的静止对中选择满足代表条件的对作为代表对。在这里，作为代表条件，使用存在于最接近本车辆的位置。
接着，在S230中，对选择出的代表对，生成表示反射波的接收功率的趋势的趋势判定值。趋势判定值是伴随着本车辆接近目标的接收功率的上升值。在这里，反射波的接收功率受到多径的影响而振动。因此，跟踪代表对的历史，将接收功率的极大值中的最远离目标的地点的极大值，即开始观测代表对后最初的接收功率的极大值作为基准值。而且，将从本测定周期的最近的接收功率的极大值减去基准值所得的差值作为趋势判定值。
接着，在S240中，判断趋势判定值是否小于预先设定的钻过阈值。在趋势判定值小于钻过阈值的情况下，在S250中，判定该静止对是基于本车辆能够钻过的高位目标的对，并将高位标志设为“开”。然后，返回到S210。另一方面，在趋势判定值为钻过阈值以上的情况下，判定为该静止对是基于本车辆不能钻过的目标的对。然后，在S260中进行进深判定处理，并返回到S210。对于进深判定处理的详细内容后述。通过以上，结束高度判定处理。此外，在本实施方式中，S230的处理相当于接收趋势判定部执行的处理，S240以及S250的处理相当于目标判定部执行的处理。
＜进深判定处理＞
接下来，参照图4所示的流程图对在之前的S260中执行的进深判定处理的详细内容进行说明。
首先，在S310中，对在S220中选择出的代表对生成进深判定值。如图5所示，来自具有进深的目标的反射波在宽度较宽的频率窗口(frequencybin)成为峰值，获得多个静止对。因此，为了选择起因于与代表对相同物体的静止对，将存在于预先设定的相同认定范围并且满足相同目标条件的静止对，即相同物体对的数量设为进深判定值。此外，如图6所示，相同认定范围使用与代表对的纵位置之差为预先设定的纵位置选择判定值(例如±10m)以内，并且，与代表对的横位置之差为预先设定的横位置选择判定值(例如±1.8m)以内。
接着在S320中，判断进深判定值是否小于预先设定的通过阈值(例如2)。在进深判定值小于通过阈值的情况下，在S330中，判定为该静止对是基于本车辆能够越过的低位目标的对，并将低位标志设为“开”。然后，结束进深判定处理。另一方面，在进深判定值为通过阈值以上的情况下，在S340中，判定为该静止对是本车辆不能通过并且不能越过的中位目标，即，有本车辆碰撞的可能性的中位目标，并将中位标志设为“开”。然后，结束进深判定处理。此外，在本实施方式中，S310的处理相当于判定值计算部执行的处理，S320～S340的处理相当于目标判定部执行的处理。
＜作用＞
从天线放射出的雷达波束距离天线越远，宽度越宽。而且，高位目标存在于相对于设置有发送天线16的高度向上方远离的高度。因此，存在于距离本车辆远方的高位目标能够被放射出的雷达波束捕捉，但存在于本车辆的附近的高位目标脱离放射出的雷达波束。因此，在目标是高位目标的情况下，如在图7中用箭头A所示，来自该目标的反射波的接收功率是由于本车辆接近目标引起的接收功率的上升量和由于高位目标脱离雷达波束引起的接收功率的下降量相抵消，不管到目标为止的距离如何都成为恒定的趋势。
另一方面，由于低位目标以及中位目标存在于接近设置有发送天线16的高度的高度，所以即使本车辆接近目标，也不会脱离所放射的雷达波束。因此，在目标是低位目标以及中位目标的情况下，如图7中用箭头B所示，来自该目标的反射波的接收功率处于随着接近目标而缓缓地增大的趋势。因此，能够根据来自目标的反射波的接收功率相对于从车辆到目标的距离的趋势，来判定目标是否是高位目标。
进一步，如图8所示，有本车辆碰撞的可能性的其它车辆等的中位目标的进深方向的尺寸为数m，进深判定值为3以上。另一方面，如图9所示，车辆能够越过的窨井等低位目标的进深方向的尺寸最多为1m，进深判定值为0。因此，能够根据目标的进深，判别目标是低位目标还是中位目标。此外，在图8以及图9中，示出起因于相同目标的静止对中除去代表对的对数。另外，如图10所示，在目标为牌子、信号灯等上位目标的情况下，进深方向的尺寸最多也为1m，进深判定值最多为1。
＜效果＞
根据以上说明的本实施方式，可得到以下的效果。
(1)由于在来自高位目标的反射波的接收功率和来自中位目标以及低位目标的反射波的接收功率的趋势不同，所以通过利用该趋势的不同，能够高精度地识别高位目标。
(2)由于中位目标的进深方向的尺寸较大，所以除了接收功率的趋势以外还使用进深判定值，从而能够高精度地识别中位目标。
(3)由于低位目标的进深方向的尺寸较小，所以除了接收功率的趋势以外还使用进深判定值，从而能够高精度地识别低位目标。
(4)能够根据相对于到目标的距离振动的接收功率的基准值与极大值的差值，判定相对于距离，接收功率处于恒定的趋势还是处于上升的趋势。
(其他实施方式)
以上，对用于实施本公开的方式进行了说明，但本公开并不限于上述的实施方式，能够进行各种变形并实施。
(a)在上述实施方式中，仅使用反射波的接收功率的趋势来识别高位目标，但也可以除了接收功率的趋势以外还使用进深判定值来识别高位目标。即，也可以在接收功率的趋势恒定，并且进深判定值小于通过阈值的情况下，将目标判定为高位目标。该情况下的通过阈值可以是与S320中的通过阈值相同的值，也可以是不同的值。这样，能够进一步高精度地识别高位目标。
(b)在上述实施方式中，将趋势判定值设为检测出目标之后的最初的接收功率的极大值与最近的极大值的差值，但本公开并不限于此，是反映出接收功率相对于到目标的距离的趋势的值即可。例如，也可以将检测出目标之后的最初的接收功率的极小值与最近的极小值的差值设为趋势判定值。另外，也可以对接收功率应用低通滤波器，将除去变动成分的接收功率的变化量设为趋势判定值。
(c)在上述实施方式中，作为进深判定值，使用存在于相同认定范围并且满足相同目标条件的静止对的数量，但本公开并不限于此，也可以是获得反映出进深的值的参数。
(d)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所具有的多个功能，或通过多个构成要素实现一个构成要素所具有的一个功能。另外，也可以通过一个构成要素实现多个构成要素所具有的多个功能，或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结构的一部份。另外，也可以将上述实施方式的结构的至少一部分附加至其它上述实施方式的结构，或者将上述实施方式的结构的至少一部分置换为其它上述实施方式的结构。此外，仅通过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都是本公开的实施方式。
(e)除了上述的目标检测装置以外，也能够以以下各种方式来实现本公开：将该目标检测装置作为构成要素的雷达系统、用于使计算机作为该目标检测装置发挥功能的程序、记录有该程序的半导体存储器等非过渡性实态的记录介质、目标检测方法等。

Claims (4)

1.一种目标检测装置，具备：
目标检测部，构成为按照每个预先设定的测定周期，根据雷达传感器的检测结果，来检测存在于车辆的行进方向的目标，其中，上述雷达传感器发送和接收雷达波来检测反射上述雷达波的反射点的位置以及速度；
跟踪部，构成为跟踪通过上述目标检测部遍及多个上述测定周期检测出的目标亦即对象目标；
接收趋势判定部，构成为基于上述跟踪部对上述对象目标的跟踪结果，判定相对于从上述车辆到上述对象目标的距离的来自上述对象目标的反射波的接收功率的趋势；
目标判定部，构成为在通过上述接收趋势判定部，判定为不管到上述对象目标的距离如何，都处于上述接收功率恒定的趋势的情况下，判定为上述对象目标是上述车辆能够钻过的高位目标；以及
判定值计算部，构成为计算表示上述对象目标的进深的进深判定值，
上述接收趋势判定部构成为在从极大值减去基准值所得的差值小于预先设定的钻过阈值的情况下，判定为处于上述接收功率恒定的趋势，在上述差值超过上述钻过阈值的情况下，判定为处于上述接收功率上升的趋势，上述基准值是相对于到上述对象目标的距离振动的上述接收功率的上述极大值中，距离上述对象目标最远的地点上的上述极大值，
上述目标判定部构成为在通过上述接收趋势判定部判定为不管到上述对象目标的距离如何，都处于上述接收功率恒定的趋势，并且，由上述判定值计算部计算出的进深判定值小于预先设定的通过阈值的情况下，判定为上述对象目标是上述车辆能够钻过的高位目标。
2.根据权利要求1所述的目标检测装置，其中，
上述目标判定部构成为在通过上述接收趋势判定部判定为到上述对象目标的距离越短，处于上述接收功率越上升的趋势的情况下，判定为上述对象目标是上述车辆不能钻过的目标。
3.根据权利要求2所述的目标检测装置，其中，
上述目标判定部构成为在通过上述接收趋势判定部判定为处于上述接收功率上升的趋势，并且，由上述判定值计算部计算出的进深判定值大于预先设定的通过阈值的情况下，判定为上述对象目标是有与上述车辆碰撞的可能性的中位目标。
4.根据权利要求2或3所述的目标检测装置，其中，
上述目标判定部构成为在通过上述接收趋势判定部判定为处于上述接收功率上升的趋势，并且，由上述判定值计算部计算出的进深判定值小于预先设定的通过阈值的情况下，判定为上述对象目标是上述车辆能够越过的低位目标。
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