CN111033310A - 雷达装置及目标检测方法 - Google Patents

雷达装置及目标检测方法 Download PDF

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CN111033310A CN201880053168.5A CN201880053168A CN111033310A CN 111033310 A CN111033310 A CN 111033310A CN 201880053168 A CN201880053168 A CN 201880053168A CN 111033310 A CN111033310 A CN 111033310A
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velocity
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Abstract

本发明提供能够无需检测目标的位置的变化而在短时间内检测出目标的移动方向的雷达装置及目标检测方法。雷达装置具备：发送部，将基于发送信号的发送波向目标发送；接收部，接收发送波由所述目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及目标检测部，基于发送信号及接收信号来获取与目标有关的信息。目标检测部针对同一目标内的多个检测点的每一个，计算表示检测点相对于该雷达装置的方位的方位角
Figure DDA0002384240390000011
以及目标的相对速度A的沿着所述方位的速度分量
Figure DDA0002384240390000012
，求得方位角
Figure DDA0002384240390000013
与所述速度分量
Figure DDA0002384240390000014
的关系式，根据
Figure DDA0002384240390000015
时的方位角
Figure DDA0002384240390000016
求得表示目标的移动方向的移动角
Figure DDA0002384240390000017
。

Description

雷达装置及目标检测方法
技术领域
本发明涉及对周边的目标(目标对象)进行检测的雷达装置及目标检测方法，尤其涉及对目标的移动方向进行检测的技术。
背景技术
以往，利用信息通信技术来实现解决道路交通方面的问题的智能交通系统(ITS：Intelligent Transport Systems)的开发已在推进中。在该领域中，例如，通过传感器来检测车辆的周围环境(例如，周围的车辆、行人、障碍物等)，基于检测结果来进行用于避免或减轻危险的安全辅助动作(例如警告、制动控制等)的技术被实用化。
作为该传感器之一，已知有使用波长为1～10mm(频率：30～300GHz)的毫米波的雷达装置(所谓的“毫米波雷达”)。毫米波雷达使用电波，因此具有即使在雨天或雾天等恶劣天气下也能够确保恒定的灵敏度这种优点。近年来，使用了宽带的79GHz频段(77～81GHz)的毫米波的高分辨率的毫米波雷达被实用化。
在车载用的雷达装置中广泛使用FMCW(Frequency Modulated-Continuous Wave，调频连续波)方式。在FMCW方式中，发送经调频的连续波(毫米波)，接收由目标物体(以下，称作“目标”)反射回来的反射波。然后，基于发送信号与接收信号间的频率差，检测目标的位置(距离及方位)和相对速度。
另外，能够利用由雷达装置得到的信息，来进行静止物的判断、雷达装置的安装角度的检测、或目标(例如，前行车辆)的移动方向的检测等(例如，专利文献1～5)。在专利文献4、5中公开了，基于目标的位置的变化来检测目标的移动方向。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4992367号公报
专利文献2：日本特开2014-153256号公报
专利文献3：日本特开2009-211212号公报
专利文献4：日本特开2007-139650号公报
专利文献5：日本专利第5959581号公报。
发明内容
发明要解决的问题
但是，在通过以往的方法来检测目标的移动方向的情况下，为了检测目标的位置的变化而进行多个发送接收处理，因此检测时间较长。
本发明的目的在于，提供能够无需检测目标的位置的变化而在短时间内检测出目标的移动方向的雷达装置及目标检测方法。
解决问题的方案
本发明的一个形态的雷达装置具备：
发送部，将基于发送信号的发送波向目标发送；
接收部，接收所述发送波由所述目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及
目标检测部，基于所述发送信号及所述接收信号来获取与目标有关的信息，
所述目标检测部针对同一目标内的多个检测点的每一个，计算表示所述检测点相对于该雷达装置的方位的方位角
Figure BDA0002384240370000021
以及所述目标的相对速度A的沿着所述方位的速度分量
Figure BDA0002384240370000022
求得所述方位角
Figure BDA0002384240370000023
与所述速度分量
Figure BDA0002384240370000026
的关系式，
根据
Figure BDA0002384240370000024
时的方位角
Figure BDA0002384240370000025
求得表示所述目标的移动方向的移动角θ。
本发明的一个方式的目标检测方法，是使用雷达装置来检测目标的目标检测方法，具备：
第一工序，将基于发送信号的发送波向目标发送；
第二工序，接收所述发送波由所述目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及
第三工序，基于所述发送信号及所述接收信号来获取与目标有关的信息，
所述第三工序中，
针对同一目标内的多个检测点的每一个，计算表示所述检测点相对于该雷达装置的方位的方位角
Figure BDA0002384240370000031
以及所述目标的相对速度A的沿着所述方位的速度分量
Figure BDA0002384240370000034
求得所述方位角
Figure BDA0002384240370000032
与所述速度分量
Figure BDA0002384240370000036
的关系式，
根据
Figure BDA0002384240370000033
时的方位角
Figure BDA0002384240370000035
求得表示所述目标的移动方向的移动角θ。
发明效果
根据本发明，能够无需检测目标的位置的变化而在短时间内检测出目标的移动方向。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的雷达装置的结构的图。
图2是表示信号处理部中的目标检测处理的一例的流程图。
图3A、图3B是表示目标的检测点的图。
图4是表示检测点处的相对速度的图。
图5是表示通过线性近似计算的关系式的一例的图。
图6A～图6F是表示通过曲线近似计算的关系式的一例的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。在本实施方式中，作为本发明的雷达装置，以搭载于车辆的车载用的雷达装置为例进行说明。
图1是表示本发明的一实施方式的雷达装置1的结构的图。
雷达装置1例如是利用79GHz频段的毫米波的FMCW方式的毫米波雷达。雷达装置1例如配置于车辆的前保险杠或后保险杠。
雷达装置1检测车辆的周围环境(例如，周围的车辆、行人、障碍物等)，并将与周围环境有关的信息例如输出到车辆的电子控制单元(ECU：Electronic Control Unit)。ECU基于从雷达装置1输出的与周围环境有关的信息，例如进行用于避免或减轻危险的驾驶辅助动作。与周围环境有关的信息包括目标的位置(距离及方位)以及相对速度。
如图1所示，雷达装置1具备发送部10、接收部20及信号处理部30等。作为雷达装置1，可以适用将发送部10、接收部20及信号处理部30配置在一块基板上而成的单片IC。
发送部10包括：信号源11、定向耦合器12及发送天线13。发送部10将基于发送信号的发送波向目标发送。
信号源11通过对电压控制振荡器(VCO：Voltage Controlled Oscillator)的控制电压附加三角波的调制信号，来生成调频(FM：frequency modulation)后的发送信号。
定向耦合器12将发送信号输出到发送天线13，并且将发送信号的一部分分配至混频器22。
发送天线13将发送信号作为发送波向车辆的周围发射。发送波若到达目标，则与目标的反射率相应地进行反射。
接收部20包括：接收天线21及混频器22。接收部20接收发送波由目标反射而产生反射波，并生成接收信号。
接收天线21接收由目标反射回来的反射波，并将其作为接收信号输出。
混频器22将从接收天线21输出的接收信号和从定向耦合器12输出的发送信号混合，生成差频信号(beat signal)。混频器22将接收信号及差频信号输出到信号处理部30。
信号处理部30包括目标检测部31。目标检测部31对接收信号及差频信号执行快速傅里叶变换(FFT：Fast Fourier Transform)等处理以进行频率分析，由此检测与目标有关的信息。目标检测部31例如能够基于接收信号及差频信号的频率分布，来检测目标的存在，并且对检测出的目标的位置(距离及方位)及相对速度进行检测。由目标检测部31检测出的与目标有关的信息经由外部接口(省略图示)，例如输出到作为驾驶辅助装置而发挥功能的车辆的ECU。
近年来，雷达装置的高分辨率化正在推进，已经可以对同一目标内的多个检测点的特征分别地进行检测。在本实施方式中，雷达装置1具有在对车辆(包括自行车)等目标进行检测的情况下，在同一目标内包含多个检测点那样的距离分辨率及方位分辨率。
图2是表示信号处理部30(目标检测部31)中的目标检测处理的一例的流程图。例如，随着雷达装置1的电源接通，信号处理部30的CPU执行规定的目标检测程序，从而开始图2所示的目标检测处理。
在此，如图3A所示，对求出以相对速度A移动的目标T的移动方向的情况进行说明。目标T的移动方向是雷达装置1的雷达轴与目标T的移动方向所成的角θ(以下，称作“移动角θ”)。如图3B所示，当在雷达装置1的观测范围中存在车辆等目标T的情况下，针对多个检测点P来检测特征。
在图2的步骤S101中，信号处理部30(目标检测部31)接收从接收部20输出的1帧的接收信号及差频信号。
在步骤S102中，信号处理部30计算检测点P的位置(距离及方位)。能够通过差频信号及接收信号的频率分析，来求得检测点P的距离及方位。由雷达轴与检测点P的方位所成的角
Figure BDA0002384240370000052
(以下，称作“方位角
Figure BDA0002384240370000053
”)来表示检测点P相对于雷达装置1的方位(参照图4)。
在步骤S103中，信号处理部30按每个检测点P计算相对速度
Figure BDA0002384240370000054
所计算的相对速度
Figure BDA0002384240370000055
是沿着检测点P的方位的相对速度，取决于方位角
Figure BDA0002384240370000056
使用目标的相对速度A和表示目标的移动方向的移动角θ，由下式(1)来表示同一目标内的检测点P处的相对速度
Figure BDA0002384240370000057
(参照图4)。
Figure BDA0002384240370000051
即，按每个检测点P计算出的相对速度
Figure BDA0002384240370000058
是目标整体的相对速度A的、沿着检测点P的方位的速度分量。
此外，在步骤S102及步骤S103中的检测点P的位置及相对速度的运算中，可以适用以往的雷达装置进行的公知的方法，因此省略详细的说明。
在步骤S104中，信号处理部30确定同一目标内的检测点P。例如，可以将检测点P的特征处于规定的范围内的一群检测点P，看作同一目标内的检测点。此外，检测点P的特征是包含检测点P的位置及相对速度的概念。
在步骤S105中，信号处理部30基于检测点P的特征计算方位角
Figure BDA0002384240370000069
与相对速度
Figure BDA00023842403700000614
的关系式。
例如，基于针对同一目标内的多个检测点P而获取的方位角
Figure BDA0002384240370000068
及相对速度
Figure BDA0002384240370000062
通过线性近似或曲线近似来求得方位角
Figure BDA0002384240370000061
与相对速度
Figure BDA0002384240370000063
的关系式。
通过线性近似计算的关系式的一例如图5所示。在该情况下，例如，可以基于方位角
Figure BDA0002384240370000065
最大的第一检测点P1和方位角
Figure BDA0002384240370000064
最小的第二检测点P2的方位角
Figure BDA0002384240370000066
及相对速度
Figure BDA0002384240370000067
来计算关系式。另外，例如，也可以利用霍夫变换来计算关系式。
通过曲线近似来计算的关系式的一例如图6A～图6F所示。图6A～图6F中示出了目标T的相对速度为10km/h、移动角θ为0°、15°、30°、45°、60°、90°的情况。已知相对速度
Figure BDA00023842403700000610
由上式(1)表示，因此在通过曲线近似来求得关系式的情况下，优选以三角函数近似。也可以预先准备图6A～图6F所示那样的三角函数的图像，并选择与检测点P的特征的拟合程度最高的三角函数。
在图2的步骤S106中，信号处理部30计算目标T的移动方向(移动角θ)。具体而言，求得在步骤S105中所得到的关系式中检测点P的相对速度
Figure BDA00023842403700000613
为0的方位角
Figure BDA00023842403700000615
然后，利用该结果，通过上式(1)求得移动角θ。
例如，在得到了图5或图6F所示那样的关系式的情况下，在方位角
Figure BDA00023842403700000616
为0°时，检测点P的相对速度
Figure BDA00023842403700000611
为0。因此，在上式(1)中，将
Figure BDA00023842403700000612
代入，则θ＝90°。也就是说，检测出目标T在以与雷达轴呈直角的方式横穿的方向上移动。
应予说明，在选择了与检测点P的特征的拟合程度较高的三角函数的情况下，由于θ是已经决定了的，因此不需要重新运算。
这样，雷达装置1具备：发送部10，将基于发送信号的发送波向目标T发送；接收部20，接收发送波由目标T反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及目标检测部31(信号处理部30)，基于发送信号及接收信号来获取与目标T有关的信息。目标检测部31针对同一目标内的多个检测点P的每一个，计算表示检测点P相对于该雷达装置1的方位的方位角
Figure BDA0002384240370000071
以及目标T的相对速度A的沿着所述方位的速度分量
Figure BDA0002384240370000072
(图2的步骤S101～S104)，求得方位角
Figure BDA0002384240370000073
与速度分量
Figure BDA0002384240370000076
的关系式(图2的步骤S105)，根据
Figure BDA0002384240370000075
时的方位角
Figure BDA0002384240370000074
求得表示目标T的移动方向的移动角θ。
另外，雷达装置1中的目标检测方法具备：第一工序，将基于发送信号的发送波向目标T发送；第二工序，接收发送波由目标T反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及第三工序，基于发送信号及接收信号来获取与目标T有关的信息。第三工序中，针对同一目标内的多个检测点P的每一个，计算表示检测点P相对于该雷达装置1的方位的方位角
Figure BDA0002384240370000077
以及目标T的相对速度A的沿着检测点P的方位的速度分量
Figure BDA0002384240370000078
求得方位角
Figure BDA0002384240370000079
与速度分量
Figure BDA00023842403700000712
的关系式，根据
Figure BDA00023842403700000710
时的方位角
Figure BDA00023842403700000711
求得表示所述目标的移动方向的移动角θ。
根据雷达装置1，能够无需检测目标T的位置的变化而在短时间内检测出目标T的移动方向(移动角θ)。可以将雷达装置1所得到的目标T的移动方向用于计算雷达装置1的设置角度。另外，能够利用目标T的移动方向进行对周围的车辆的车道变换的判断或进行对碰撞的危险性的判断。
作为一个例子，将雷达装置1所得到的目标T的移动方向(移动角θ)与目标T的位置及相对速度一起，作为与周围环境有关的信息输出到车辆的驾驶辅助装置(ECU)。驾驶辅助装置基于与周围环境有关的信息，进行用于避免或减轻危险的驾驶辅助动作。
在此，驾驶辅助动作包括：对车辆的制动动作进行控制，以使车辆自动地减速或停止的动作；对转向动作进行控制，以使车辆的行驶方向自动地改变的动作；以及对搭乘者或外部进行警告(例如，通过声音和/或信息显示进行警告)的动作。
在车辆中，基于与周围环境有关的信息来进行驾驶辅助动作，因此该车辆的安全性自不必说，其他车辆及行人的安全性也显著提高。
以上，基于实施方式对由本发明人完成的发明进行了具体说明，但本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离其要点的范围进行变更。
例如，计算目标T的移动方向(移动角θ)的方法不限于实施方式所示的方法。具体而言，在上式(1)中将目标T的相对速度A固定为估计值，按每个检测点P求得满足检测点P的特征(方位角
Figure BDA0002384240370000081
及相对速度
Figure BDA0002384240370000082
)的移动角θ。然后，以速度分辨率的量使目标T的相对速度A变化，同样地按每个检测点P求得移动角θ。关系式的拟合程度越高，即目标T的相对速度A的估计值越接近实测值，则移动角θ的范围越小。可以将移动角θ的范围最小时的平均值设为移动角θ。
另外，例如，雷达装置1也可以适用脉冲方式、FSK(Frequency Shift Keying，频移键控)等除了FMCW方式以外的方式。
另外，本发明的雷达装置1除了车辆以外，还能够搭载于铁路车辆、船舶、飞机等运输设备或设置于道路的路侧智能站。也可以与其他雷达装置(例如76GHz毫米波雷达)、立体摄像机等传感器组合而搭载于运输设备上。通过搭载多个传感器，能够更准确地掌握运输设备的周围环境。
另外，由目标检测部31执行的计算目标T的移动方向的处理(图2的步骤S105、S106)，也可以通过使车辆的ECU执行目标检测程序来实现。即，本发明的目标检测方法不仅适用于雷达装置，还可以适用于对来自雷达装置的输出进行利用的ECU等外部装置。在该情况下，能够有效利用既有的雷达装置。
应该认为此次公开的实施方式在所有方面均为例示，而非用于限制。本发明的范围并非由上述说明表示，而是由权利要求书表示，并且还包括与权利要求书等同的含义及范围内的所有变更。
在2017年9月29日提出的日本专利申请特愿2017-191224中包含的说明书、附图及摘要的公开内容全部引用于本申请。
附图标记说明
1雷达装置
10发送部
11信号源
12定向耦合器
13发送天线
20接收部
21接收天线
22混频器
30信号处理部
31目标检测部

Claims (6)

1.一种雷达装置，其具备：
发送部，将基于发送信号的发送波向目标发送；
接收部，接收所述发送波由所述目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及
目标检测部，基于所述发送信号及所述接收信号来获取与目标有关的信息，
所述目标检测部针对同一目标内的多个检测点的每一个，计算表示所述检测点相对于该雷达装置的方位的方位角
Figure FDA0002384240360000011
以及所述目标的相对速度A的沿着所述方位的速度分量
Figure FDA0002384240360000012
求得所述方位角
Figure FDA0002384240360000013
与所述速度分量
Figure FDA0002384240360000014
的关系式，
根据
Figure FDA0002384240360000015
时的方位角
Figure FDA0002384240360000016
求得表示所述目标的移动方向的移动角θ。
2.如权利要求1所述的雷达装置，其中，
所述关系式是基于针对所述多个检测点获取的所述方位角
Figure FDA0002384240360000017
及速度分量
Figure FDA0002384240360000018
而计算出的近似式。
3.如权利要求2所述的雷达装置，其中，
所述近似式是线性近似式。
4.如权利要求2所述的雷达装置，其中，
所述近似式由三角函数表示。
5.如权利要求4所述的雷达装置，其中，
所述近似式是从预先准备的多个三角函数之中通过拟合来选择的。
6.一种目标检测方法，是使用雷达装置来检测目标的目标检测方法，其具备：
第一工序，将基于发送信号的发送波向目标发送；
第二工序，接收所述发送波由所述目标反射而产生的反射波，并生成接收信号；以及
第三工序，基于所述发送信号及所述接收信号来获取与目标有关的信息，
所述第三工序中，
针对同一目标内的多个检测点的每一个，计算表示所述检测点相对于该雷达装置的方位的方位角
Figure FDA0002384240360000021
以及所述目标的相对速度A的沿着所述方位的速度分量
Figure FDA0002384240360000022
求得所述方位角
Figure FDA0002384240360000023
与所述速度分量
Figure FDA0002384240360000024
的关系式，
根据
Figure FDA0002384240360000025
时的方位角
Figure FDA0002384240360000026
求得表示所述目标的移动方向的移动角θ。
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